JPH11154583A

JPH11154583A - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH11154583A
Application number: JP9336470A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsutani; 渉松谷; Ichiro Gonda; 一郎権田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-06-08
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: JP3856551B2; US6046532A

Abstract

(57)【要約】【課題】発火部材料としてＩｒを主成分とする金属を
使用しつつも、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による消
耗が起こりにくいスパークプラグを提供する。【解決手段】スパークプラグ１００は、中心電極３
と、その中心電極３の外側に設けられた絶縁体２と、絶
縁体２の外側に設けられた主体金具１と、主体金具１に
一端が結合され、他端側が中心電極３と対向するように
配置された接地電極４とを備え、それら中心電極３と接
地電極４との少なくとも一方にチップ３１ないし３２が
固着されて火花放電ギャップｇが形成される。そして、
該チップ３１ないし３２は、Ｉｒを主体に構成されると
ともに、ビッカース硬度がＨｖ４００以下となる領域
が、その表面から少なくとも０．０５ｍｍ以上の厚さで
形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関に使用され
るスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車エンジン等の内燃機関用の
スパークプラグとして、耐火花消耗性向上のために、電
極の先端にＰｔ（白金）合金のチップを溶接して発火部
を形成したものが使用されているが、白金は高価であり
融点も１７６９℃程度であって耐火花消耗材料としては
十分ではないため、チップ材料としてより安価で融点も
２４５４℃程度と高いＩｒ（イリジウム）を使用する提
案がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】スパークプラグの発火
部をＩｒで構成した場合、Ｉｒは９００〜１０００℃の
高温域においては、揮発性の酸化物を生じて消耗しやす
い性質を有しているため、そのまま電極発火部に使用す
ると、火花消耗よりも酸化揮発による消耗が問題となる
欠点がある。従って、市街地走行のような温度の低い条
件であれば耐久性はよいが、高速連続運転の場合には、
耐久性が極端に低下してしまう問題がある。そこで、発
火部を構成する合金に適当な元素を添加して、Ｉｒの酸
化揮発による消耗を抑さえる試みがなされている。例え
ば、特開平９−７７３３号公報には、Ｒｈを添加するこ
とによりＩｒ成分の酸化揮発を抑さえ、発火部の高温耐
熱性と耐消耗性を改善したスパークプラグが開示されて
いる。また、Ｉｒの酸化・揮発を抑制するために、Ｉｒ
にＹ₂Ｏ₃等の希土類酸化物を分散させた材料を発火部構
成材料として使用する提案もなされている（特開平７−
３７６７７号）。しかしながら、近年のエンジンの高出
力化に伴いプラグの使用温度域はさらに上昇する傾向に
あり、より耐久性に優れたスパークプラグが望まれてい
る。

【０００４】本発明は、発火部材料としてＩｒを主成分
とする金属を使用しつつも、高温でのＩｒ成分の酸化・
揮発による消耗が起こりにくく、ひいては耐久性に優れ
たスパークプラグを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上述の課
題を解決するために本発明のスパークプラグの第一の構
成は、中心電極と、その中心電極の外側に設けられた絶
縁体と、絶縁体の外側に設けられた主体金具と、中心電
極と対向するように配置された接地電極と、それら中心
電極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火花放
電ギャップを形成する発火部とを備え、その発火部が、
Ｉｒを主体に構成されるとともに、ビッカース硬度がＨ
ｖ４００以下となる領域が、その表面から０．０５ｍｍ
以上の厚さで形成されたことを特徴とする。

【０００６】本発明者らは、火花放電ギャップを形成す
る発火部をＩｒを主体とする金属で構成した場合、表面
から厚さ０．０５ｍｍ以上の表層部領域のビッカース硬
度をＨｖ４００以下とすることで、高温でのＩｒ成分の
酸化揮発による消耗が効果的に抑制され、ひいてはより
耐久性に優れたスパークプラグが実現されることを見い
出したのである。

【０００７】上記スパークプラグの発火部において、ビ
ッカース硬度がＨｖ４００以下となる表層部領域の厚さ
が０．０５ｍｍ未満になると、高温でのＩｒ成分の酸化
揮発による消耗抑制効果が十分に達成されなくなる。な
お、表層部領域のビッカース硬度は、望ましくはＨｖ３
７０以下とするのがよい。また、ビッカース硬度がＨｖ
４００以下（望ましくはＨｖ３７０以下）となる該表層
部領域の厚さは、望ましくは０．１ｍｍ以上であること
が望ましい。

【０００８】なお、上記発火部は、Ｉｒを主体とする金
属からなるチップを、接地電極及び／又は中心電極に対
し溶接により接合して形成することができる。この場
合、本明細書でいう「発火部」とは、接合されたチップ
のうち、溶接による組成変動の影響を受けていない部分
（例えば、溶接により接地電極ないし中心電極の材料と
合金化した部分を除く残余の部分）を指すものとする。

【０００９】この場合、発火部は、Ｉｒを主体とする金
属素材に所定の加工を施し、さらに９００〜１７００℃
で焼鈍を施して得られるチップを、中心電極と接地電極
との少なくとも一方に固着することにより形成すること
ができる。なお、ここでいう「加工」とは、圧延、鍛
造、切削、切断及び打抜きの少なくともいずれかを単独
で、又は複数を組み合わせてなされるものを意味するも
のとする。この場合、圧延、鍛造、あるいは打抜き等の
加工は、合金を所定の温度に昇温して行ういわゆる熱間
加工（あるいは温間加工）により行うことができる。そ
の加工温度は合金組成にもよるが、例えば７００℃以上
とするのがよい。チップのより具体的な製造方法として
は、例えば溶解合金を熱間圧延により板状に加工し、さ
らにその板材を熱間打抜き加工により所定の形状に打ち
抜いてチップを形成する方法を例示できる。なお、溶解
合金を熱間圧延又は熱間鍛造により線状あるいはロッド
状に加工した後、これを長さ方向に所定長に切断してチ
ップを形成する方法も可能である。

【００１０】このような加工を経て製造されたチップ
は、塑性加工による歪が相当程度に残留して加工硬化を
起こしており、特に歪残留の程度が大きい表層部領域は
硬度が相当に高くなっている。本発明者らが鋭意検討し
た結果、このようなチップをそのまま接地電極ないし中
心電極に固着して発火部を形成すると、Ｉｒ成分の酸化
・揮発による消耗が進行しやすく、スパークプラグの耐
久性が損なわれることが判明した。そして、本発明者ら
は、該チップに９００〜１７００℃で焼鈍を施して、ビ
ッカース硬度がＨｖ４００以下（望ましくは３７０以
下）となる表層部領域の厚さが０．０５ｍｍ以上（望ま
しくは０．１ｍｍ以上）となるようにチップを軟化させ
ることで、Ｉｒ成分の酸化・揮発が効果的に抑制され、
スパークプラグの耐久性が向上することを見い出し、本
発明を完成するに至ったのである。なお、焼鈍雰囲気
は、処理中のＩｒの酸化・揮発が抑制されるよう、例え
ば不活性ガス雰囲気又は１０^-3torr以下の真空雰囲気、
あるいは水素雰囲気等の還元性雰囲気にて行なうことが
望ましい。

【００１１】焼鈍温度が９００℃未満になると、チップ
の軟化が不十分となり、ひいては発火部のＩｒ成分の酸
化・揮発抑制効果が十分に得られなくなる。一方、１７
００℃を超える焼鈍温度は、チップが過度に軟化して変
形したり、Ｉｒ成分揮発が進行しやすくなるので好まし
くない。焼鈍温度は、望ましくは１０００〜１５００℃
の範囲で調整するのがよい。

【００１２】発火部は、図５に示すように、その断面組
織を観察したときにその断面上に表れる粒子の外形線に
対し、その外形線と接しかつ粒子内を横切らないように
２本の平行線を、その粒子との位置関係を変えながら各
種引いたときの、上記平行線間の距離の最大値をその粒
子の最大径ｄmax、同じく最小値を最小径ｄminとし、任
意の断面における各粒子毎の最大径ｄmaxに対する最小
径ｄminの比をｄmin／ｄmaxとして、そのｄmin／ｄmax
の平均値が０．７以上となっていることが望ましい。す
なわち、圧延や線引き加工等により強加工されたチップ
素材は上述の通り加工硬化しているため、発火部のＩｒ
成分の酸化・揮発抑制上好ましくない。この場合、素材
の粒子（主に結晶粒子）は加工方向に大きく引き伸ばさ
れ、上記ｄmin／ｄmaxはかなり小さい値を示す。しかし
ながら、前述の焼鈍を施せば再結晶が進んでｄmin／ｄm
axは次第に大きくなる。そして、ｄmin／ｄmaxの平均値
が０．７以上になれば、発火部のＩｒ成分の酸化・揮発
が一層効果的に抑制され、スパークプラグの寿命向上を
図ることができる。なお、ｄmin／ｄmaxの平均値は、望
ましくは０．７５以上となっているのがよい。

【００１３】また、本発明のスパークプラグの第二の構
成は、中心電極と、その中心電極の外側に設けられた絶
縁体と、絶縁体の外側に設けられた主体金具と、中心電
極と対向するように配置された接地電極と、それら中心
電極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火花放
電ギャップを形成する発火部とを備え、その発火部が、
Ｉｒを主体に構成されるとともに、その断面組織を観察
したときにその断面上に表れる粒子の外形線に対し、そ
の外形線と接しかつ粒子内を横切らないように２本の平
行線を、その粒子との位置関係を変えながら各種引いた
ときの、上記平行線間の距離の最大値をその粒子の最大
径ｄmax、同じく最小値を最小径ｄminとし、任意の断面
における各粒子毎の最大径ｄmaxに対する最小径ｄminの
比をｄmin／ｄmaxとして、そのｄmin／ｄmaxの平均値が
０．７以上となっていることを特徴とする。例えば前述
の焼鈍等により、発火部の粒子のｄmin／ｄmaxの平均値
が０．７以上となるように、該発火部の構成素材（ある
いはチップの構成素材）の組織を調整すれば、Ｉｒ成分
の酸化・揮発を抑制し、スパークプラグの寿命を向上さ
せる上で一定の効果が期待できる。なお、ｄmin／ｄmax
の平均値は、望ましく０．７５以上となっているのがよ
い。

【００１４】また、本発明のスパークプラグの第三の構
成は、中心電極と、その中心電極の外側に設けられた絶
縁体と、絶縁体の外側に設けられた主体金具と、中心電
極と対向するように配置された接地電極と、それら中心
電極と接地電極との少なくとも一方に固着されて火花放
電ギャップを形成する発火部とを備え、その発火部が、
Ｉｒを主体に構成されるとともに、火花放電ギャップに
面した表面から厚さ０．０５ｍｍまでの表層部領域のビ
ッカース硬度の平均値ｈSの、残余の領域のビッカース
硬度の平均値ｈBに対する比ｈS／ｈBが０．９以下であ
ることを特徴とする。

【００１５】発火部を形成するためのチップの加工硬化
の程度が相当に大きい場合、前述の焼鈍を施しても、例
えば周囲の結晶粒に拘束されて回復・再結晶が妨げられ
る等の要因で、該チップの中心部では軟化がそれほど進
行しないことがある。この場合、上記構成のように、チ
ップ固着により形成される発火部の表層部領域が残余の
領域（すなわち中心部領域）に比べて、上記ｈS／ｈBが
０．９以下となる程度に軟化していれば、Ｉｒ成分の酸
化・揮発を抑制し、スパークプラグの寿命を向上させる
上で一定の効果が期待できる。なお、ｈS／ｈBの値は、
望ましくは０．８５以下となっているのがよい。また、
上記発火部は、その断面組織を観察したときにその断面
上に表れる粒子の外形線に対し、その外形線と接しかつ
粒子内を横切らないように２本の平行線を、その粒子と
の位置関係を変えながら各種引いたときの、上記平行線
間の距離の最大値をその粒子の最大径ｄmax、同じく最
小値を最小径ｄminとし、任意の断面における各粒子毎
の最大径ｄmaxに対する最小径ｄminの比をｄmin／ｄmax
として、そのｄmin／ｄmaxの平均値が０．７以上（望ま
しくは０．７５以上）となっていればさらによい。さら
に、上記発火部は、ビッカース硬度がＨｖ４００以下と
なる領域が、その表面から０．０５ｍｍ以上の厚さで形
成されていればさらによい。

【００１６】上記発火部は、例えば下記のようなＩｒ合
金を主体に構成することができる。（１）Ｉｒを主体としてＲｈを３〜５０重量％（ただし
５０重量％は含まない）の範囲で含有する合金を使用す
る。該合金の使用により、高温でのＩｒ成分の酸化・揮
発による発火部の消耗が効果的に抑制され、ひいては耐
久性に優れたスパークプラグが実現される。

【００１７】上記合金中のＲｈの含有量が３重量％未満
になると、Ｉｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分とな
り、発火部が消耗しやすくなるためプラグの耐久性が低
下する。一方、Ｒｈの含有量が５０重量％以上になると
合金の融点が低下し、プラグの耐久性が同様に低下す
る。以上のことから、Ｒｈの含有量は前述の範囲で調整
するのがよく、望ましくは７〜３０重量％、より望まし
くは１５〜２５重量％、最も望ましくは１８〜２２重量
％の範囲で調整するのがよい。

【００１８】（２）Ｉｒを主体としてＰｔを１〜２０重
量％の範囲で含有する合金を使用する。該合金の使用に
より、高温でのＩｒ成分の酸化・揮発による発火部の消
耗が効果的に抑制され、ひいては耐久性に優れたスパー
クプラグが実現される。なお、上記合金中のＰｔの含有
量が１重量％未満になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果
が不十分となり、発火部が消耗しやすくなるためプラグ
の耐久性が低下する。一方、Ｐｔの含有量が２０重量％
以上になると合金の融点が低下し、プラグの耐久性が同
様に低下する。

【００１９】（３）Ｉｒを主体としてＲｈを０．１〜３
０重量％の範囲で含有し、さらにＲｕを０．１〜１７重
量％の範囲で含有する合金を使用する。これにより、高
温でのＩｒ成分の酸化・揮発による発火部の消耗がさら
に効果的に抑制され、ひいてはより耐久性に優れたスパ
ークプラグが実現される。Ｒｈの含有量が０．１重量％
未満になるとＩｒの酸化・揮発の抑制効果が不十分とな
り、発火部が消耗しやすくなるためプラグの耐消耗性が
確保できなくなる。一方、Ｒｈの含有量が３０重量％を
超えると、Ｒｕを含有する合金の融点が低下して耐火花
消耗性が損なわれ、プラグの耐久性が同様に確保できな
くなる。それ故、Ｒｈの含有量は上記範囲で調整され
る。

【００２０】一方、Ｒｕの含有量が０．１重量％未満に
なると、該元素の添加によるＩｒの酸化・揮発による消
耗を抑制する効果が不十分となる。また、Ｒｕの含有量
が１７重量％を超えると、発火部が却って火花消耗しや
すくなり、プラグの十分な耐久性が確保できなくなる。
それ故、Ｒｕの合計含有量は上記範囲で調整され、望ま
しくは０．１〜１３重量％、さらに望ましくは０．５〜
１０重量％の範囲で調整するのがよい。

【００２１】Ｒｕが合金中に含有されることにより発火
部の耐消耗性が改善される原因の一つとして、例えばこ
の成分の添加により、合金表面に高温で安定かつ緻密な
酸化物皮膜が形成され、単体の酸化物では揮発性が非常
に高かったＩｒが、該酸化物皮膜中に固定されることが
推測される。そして、この酸化物皮膜が一種の不動態皮
膜として作用し、Ｉｒ成分の酸化進行を抑制するものと
考えられる。また、Ｒｈを添加しない状態では、Ｒｕを
添加しても合金の高温での耐酸化揮発性はそれほど改善
されないことから、上記酸化物皮膜はＩｒ−Ｒｕ−Ｒｈ
系等の複合酸化物であり、これが緻密性ないし合金表面
に対する密着性においてＩｒ−Ｒｕ系の酸化物皮膜より
優れたものとなっていることも考えられる。

【００２２】なお、Ｒｕの合計含有量が増え過ぎると、
Ｉｒ酸化物の揮発よりはむしろ下記のような機構により
火花消耗が進行するようになるものと推測される。すな
わち、形成される酸化物皮膜の緻密性あるいは合金表面
に対する密着力が低下し、該合計含有量が１７重量％を
超えると特にその影響が顕著となる。そして、スパーク
プラグの火花放電の衝撃が繰返し加わると、形成されて
いる酸化物皮膜が剥がれ落ちやすくなり、それによって
新たな金属面が露出して火花消耗が進行しやすくなるも
のと考えられる。

【００２３】また、Ｒｕの添加により、さらに次のよう
な重要な効果を達成することができる。すなわち、Ｒｕ
を合金中に含有させることにより、Ｉｒ−Ｒｈ二元合金
を使用する場合と比較して、Ｒｈ含有量を大幅に削減し
ても耐消耗性を十分に確保でき、ひいては高性能のスパ
ークプラグをより安価に構成できるようになる。この場
合、Ｒｈの含有量は０．１〜３重量％、より望ましくは
０．１〜１重量％となっているのがよい。

【００２４】なお、上記（１）〜（３）のいずれの材質
においても、チップを構成する材料には、元素周期律表
の３Ａ族（いわゆる希土類元素）及び４Ａ族（Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ）に属する金属元素の酸化物（複合酸化物を含
む）を０．１〜１５重量％の範囲内で含有させることが
できる。これにより、Ｉｒ成分の酸化・揮発による消耗
がさらに効果的に抑制される。上記酸化物の含有量が
０．１重量％未満になると、当該酸化物添加によるＩｒ
の酸化・揮発防止効果が十分に得られなくなる。一方、
酸化物の含有量が１５重量％を超えると、チップの耐熱
衝撃性が低下し、例えばチップを電極に溶接等により固
着する際に、ひびわれ等の不具合を生ずることがある。
なお、上記酸化物としては、Ｙ₂Ｏ₃が好適に使用される
が、このほかにもＬａＯ₃、ＴｈＯ₂、ＺｒＯ₂等を好ま
しく使用することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態を図面を用いて説明する。図１に示す本発明の一例
たるスパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端
部２１が突出するようにその主体金具１の内側に嵌め込
まれた絶縁体２、先端に形成された発火部３１を突出さ
せた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、及
び主体金具１に一端が溶接等により結合されるとともに
他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の
先端部と対向するように配置された接地電極４等を備え
ている。また、接地電極４には上記発火部３１に対向す
る発火部３２が形成されており、それら発火部３１と、
対向する発火部３２との間の隙間が火花放電ギャップｇ
とされている。

【００２６】絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化
アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、そ
の内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込む
ための孔部６を有している。また、主体金具１は、低炭
素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパーク
プラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外
周面には、プラグ１００を図示しないエンジンブロック
に取り付けるためのねじ部７が形成されている。

【００２７】次に、図２に示すように、中心電極３及び
接地電極４の本体部３ａ及び４ａはＮｉ合金等で構成さ
れている。一方、上記発火部３１及び対向する発火部３
２は、Ｉｒを主体とする合金、例えばＩｒ−Ｒｈ合金に
より構成される。

【００２８】中心電極３の本体部３ａは先端側が縮径さ
れるとともにその先端面が平坦に構成され、ここに上記
発火部を構成する合金組成からなる円板状のチップを重
ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶
接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部Ｂを形成
してこれを固着することにより発火部３１が形成され
る。また、対向する発火部３２は、発火部３１に対応す
る位置において接地電極４にチップを位置合わせし、そ
の接合面外縁部に沿って同様に溶接部Ｂを形成してこれ
を固着することにより形成される。なお、発火部３１及
び対向する発火部３２のいずれか一方を省略する構成と
してもよい。この場合には、発火部３１と接地電極４と
の間、あるいは対向する発火部３２と中心電極３との間
で火花放電ギャップｇが形成される。

【００２９】これらチップは、例えば所定の組成となる
ように各合金成分を配合・溶解することにより得られる
溶解合金を熱間圧延により板状に加工し、その板材を熱
間打抜き加工により所定のチップ形状に打ち抜き、さら
に、真空ないし不活性ガス雰囲気、あるいは水素雰囲気
等の還元性雰囲気にて９００〜１７００℃（望ましくは
１０００〜１５００℃）で焼鈍されたものが使用され
る。なお、チップは、合金を熱間圧延又は熱間鍛造によ
り線状あるいはロッド状に加工した後、これを長さ方向
に所定長に切断し、さらに焼鈍を施して形成したものを
使用してもよい。

【００３０】そして、該チップに基づいて形成された発
火部３１及び対向する発火部３２は、ビッカース硬度が
Ｈｖ４００以下（望ましくはＨｖ３７０以下）となる領
域が、その表面から０．０５ｍｍ（望ましくは０．１ｍ
ｍ）以上の厚さで形成される。また、上記発火部３１
（及び対向する発火部３２）は、その任意の断面におい
て、各粒子毎の前述の最大径ｄmaxに対する最小径ｄmin
の比（図５参照）をｄmin／ｄmaxとして、そのｄmin／
ｄmaxの平均値が０．７以上（望ましくは０．７５以
上）のものとされる。

【００３１】以下、スパークプラグ１００の作用につい
て説明する。すなわち、図１に示すように、スパークプ
ラグ１００は、そのねじ部７においてエンジンブロック
に取り付けられ、燃焼室に供給される混合気への着火源
として使用される。ここで、その火花放電ギャップｇを
形成する発火部３１及び対向する発火部３２が上述のよ
うに構成されることで、Ｉｒの酸化・揮発による発火部
の消耗が抑制される。これにより、長期に渡って火花放
電ギャップｇが拡大せず、プラグ１００の寿命を伸ばす
ことができる。

【００３２】例えば、図４（ａ）に示すように、圧延板
素材２００を打ち抜いて製造したチップ１０１の場合、
圧延面に由来する両端面付近に特に硬度の高い表層部１
０１ａが形成される。このチップ１０１をそのまま用い
て図２の発火部３１ないし対向する発火部３２を形成す
ると、そのギャップ対向面３１ａないし３２ａ付近の硬
度が高くなり、該部分においてＩｒ成分の酸化揮発が起
きやすくなる。一方、図４（ｂ）に示すように、鍛造に
より製造されたロッド状素材１０２を長さ方向に所定長
に切断して製造したチップ１０１の場合は、その外周面
付近に硬度の高い表層部１０１ｂが形成される。これを
用いて発火部３１ないし対向する発火部３２を形成した
場合は、その周面３１ｂないし３２ｂ付近の硬度が高く
なり、該部分においてＩｒ成分の酸化揮発が起きやすく
なる。しかしながら、いずれの場合も前述の焼鈍を行な
ったチップを使用すれば、上記表層部１０１ａないし１
０１ｂの高硬度状態が解消し、Ｉｒの酸化・揮発が抑制
されることとなる。

【００３３】図３に示すように、発火部３１ないし対向
する発火部３２は、（図３では発光部３１で代表させて
いる）中心電極３の中心軸線Ｏと平行な第一の面による
断面Ｐ1と、同じく該中心軸線Ｏと平行でかつ第一の面
と直交する第二の面による断面Ｐ2と、該中心軸線Ｏと
直交する第三の面による断面Ｐ3とのいずれにおいて
も、粒子のｄmin／ｄmaxの平均値が０．７以上、望まし
くは０．７５以上であるのがよい。例えば、焼鈍を施さ
ないかあるいは焼鈍が不十分なチップを用いて図２の発
火部３１ないし対向する発火部３２を形成した場合、図
４（ａ）のチップ１０１においては、圧延方向に引き伸
ばされた粒子が主体的となるので、断面Ｐ3において、
ｄmin／ｄmaxが０．７未満となりやすくなる。一方、図
４（ｂ）のチップ１０１においては、鍛造による延伸方
向に引き伸ばされた粒子が主体的となるので、断面Ｐ1
ないしＰ2において、ｄmin／ｄmaxの平均値が０．７未
満となりやすくなる。しかしながら、焼鈍が十分に施さ
れたチップを用いることで、発火部３１ないし対向する
発火部３２は、いずれの断面Ｐ1〜Ｐ3においても、ｄmi
n／ｄmaxの平均値を０．７以上とすることが可能とな
る。

【００３４】なお、焼鈍時間を長くすることにより、チ
ップ１０１のほぼ全体を、例えばビッカース硬度がＨｖ
４００以下（望ましくはＨｖ３７０以下）となるように
してもよい。一方、チップ１０１の加工硬化の程度が相
当に大きい場合、前述の焼鈍を施しても、周囲の結晶粒
に拘束されて回復・再結晶等が妨げられる等の要因で、
該チップ１０１の中心部では軟化がそれほど進行しない
ことがある。また、チップ１０１の構成材質によって
は、焼鈍を十分に施しても、そのビッカース硬度をＨｖ
４００以下とできない場合がある。これらの場合、図４
（ｃ）に示すように、チップ１０１の固着により形成さ
れる発火部３１（及び対向する発火部３２：図では発火
部３１で代表させる）の表層部領域３１ｓの平均のビッ
カース硬度ｈSと、残余の領域（すなわち中心部領域）
３１ｃの平均のビッカース硬度ｈBとの比ｈS／ｈBが
０．９以下（望ましくは０．８５以下）となる程度に軟
化していれば、Ｉｒ成分の酸化・揮発を抑制し、スパー
クプラグの寿命を向上させる上で一定の効果が達成され
る。

【００３５】

【実施例】（実施例１）Ｉｒ単体金属素材（純度９９．
９％）と、所定量のＩｒ、Ｒｈ、及びＰｔを配合・溶解
することによりＩｒを主体としてＲｈないしＰｔを各種
組成で含有する合金素材とを溶解法により作製した。こ
れら素材を熱間圧延（温度約７００℃）により厚さ０．
５mmの板状とし、これを熱間打抜（温度約７００℃）に
より直径０．７mm、厚さ０．５mmの円板状のチップに加
工した。そして、加工後のチップに対し、温度１１５０
℃又は１２００℃、保持時間５〜４０時間にて真空焼鈍
を行なった。なお、比較のために、未焼鈍のチップも作
製した。

【００３６】上記各チップは、研磨によりその厚さ方向
中央部で軸線とほぼ直交する向きの断面を作り、その光
学顕微鏡写真を撮影して、各粒子の最大径ｄmaxに対す
る最小径ｄminの比ｄmin／ｄmaxを公知の画像解析手法
により求め、その平均値を求めた。

【００３７】また、図６に示すように、各チップを軸線
Ｏ1を含む面で切断し、さらに該軸線の中点を通ってこ
れと直交する基準線Ｏ2を中心として幅０．２mmの細長
い硬度測定領域を設定し、該基準線Ｏ2の一方の端側の
表面（図６で「基準点」として表示）からチップ中心に
向けて０．０５mm間隔で、該基準線Ｏ2に沿うビッカー
ス硬度の分布を測定した。なお、測定はマイクロビッカ
ース硬度計を用い、かつ基準線Ｏ2に沿う各位置毎に上
記硬度測定領域の幅方向に沿って所定の間隔で４点測定
した平均値により硬度を求めた。そして、その測定した
硬度分布において、上記基準点から０．０５ｍｍの位置
での硬度をｈ0.05、同じく０．１ｍｍの位置での硬度を
ｈ0.1として両者の平均（ｈ0.05＋ｈ0.1）／２を表層部
硬度ｈSとして算出した。また、基準点から０．３０ｍ
ｍの位置での硬度をｈ0.30、同じく０．３５ｍｍの位置
での硬度をｈ0.35、さらに０．４０ｍｍの位置での硬度
をｈ0.40として、それらの平均（ｈ0.30＋ｈ0.35＋ｈ0.
40）／３を中心部硬度ｈBとして算出した

【００３８】そして、それらチップを試験片とし、大気
中にて１１００℃で３０時間保持した後の各試験片の重
量減少率（酸化減量）を測定した。その結果を表１に示
す。

【００３９】

【表１】

【００４０】すなわち、表層部の硬度ｈSがＨｖ４００
以下となっているチップについては、いずれも酸化減量
が小さくなっていることがわかる。これは、該チップを
用いてスパークプラグを作製すれば、プラグの温度が上
昇する高速・高負荷運転状態においてもチップの消耗が
抑制され、プラグの耐久性が高められることを示唆して
いる。また、これらチップは、ｄmin／ｄmaxの平均値が
いずれも０．７以上となっていることもわかる。一方、
表層部の硬度ｈSがＨｖ４００を超えるチップ（試料番
号１，３，８）については、酸化減量が大きくなってい
る（１５％以上）ことがわかる。

【００４１】次に、上記作製したいくつかのチップのう
ち、実施例として表１の番号６のチップ（表層部硬度ｈ
S：Ｈｖ３２８）と、同じく比較例として番号３のチッ
プ（表層部硬度ｈS：Ｈｖ５５６）を用いて、図１に示
すスパークプラグ１００の発火部３１及び対向する発火
部３２を形成した。なお、火花放電ギャップｇの幅は
１．１mmに設定した。図６に、これらチップの前記基準
線に沿う硬度分布の測定結果を示す。すなわち、番号６
のチップでは、表面から０．１ｍｍまでの硬度がＨｖ３
６０以下であり、本発明の範囲に属するものとなってい
るのに対し、番号３のチップでは、位置によらずその硬
度が一律にＨｖ５００以上の高い値を示していることが
わかる。また、図７には、使用したチップの表層部断面
の光学顕微鏡組織写真を示す（（ａ）が番号６、（ｂ）
が番号３：倍率２００倍）。焼鈍を施さなかった番号３
のチップの組織は、加工に起因して一方向に強く引き伸
ばされた結晶粒が主体的となっているのに対し、焼鈍を
施した番号６のチップは、再結晶が進んで、各結晶粒が
全体として丸みを帯びた等軸晶的な組織を示しているこ
とがわかる。

【００４２】そして、上記プラグの性能試験を以下の条
件にて行った（番号３及び６のみ）。すなわち、６気筒
ガソリンエンジン（排気量２８００ｃｃ）にそれらプラ
グを取り付け、スロットル全開状態、エンジン回転数５
５００ｒｐｍにて４００時間連続運転し（中心電極温度
約９００℃）、運転終了後のプラグの発火部の状態を目
視にて観察した。その外観写真を図８に示す。すなわ
ち、図８（ｂ）に示すように、焼鈍を施さず表層部が硬
化したままのチップ（番号３）で発火部を構成した比較
例のスパークプラグについては、発火部の消耗が著しく
進行しているのに対し、同図（ａ）に示すように、焼鈍
を施して表層部を軟化させたチップ（番号６）で発火部
を構成した実施例のスパークプラグでは、発火部の消耗
がそれほど進んでおらず耐消耗性が改善されていること
がわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパークプラグを示す正面部分断面
図。

【図２】その要部を示す拡大断面図。

【図３】発火部の断面位置を示す説明図。

【図４】チップの製造方法の例を示す説明図。

【図５】チップ中の粒子の最大径及び最小径の定義を示
す説明図。

【図６】実施例における断面硬度分布の測定に用いた試
料の模式図と、番号３及び番号６のチップについての測
定結果を示すグラフ。

【図７】番号３及び番号６のチップの断面表層部の光学
顕微鏡写真。

【図８】番号３及び番号６の各チップを用いて作成した
スパークプラグの発火部の、試験終了後の外観を示す写
真。

【符号の説明】

１主体金具２絶縁体３中心電極４接地電極３１発火部（チップ）３２対向する発火部（チップ）ｇ火花放電ギャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心電極と、その中心電極の外側に設け
られた絶縁体と、前記絶縁体の外側に設けられた主体金
具と、前記中心電極と対向するように配置された接地電
極と、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に
固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備
え、前記発火部は、Ｉｒを主体に構成されるとともに、ビッ
カース硬度がＨｖ４００以下となる領域が、その表面か
ら０．０５ｍｍ以上の厚さで形成されたことを特徴とす
るスパークプラグ。
【請求項２】前記発火部は、断面組織を観察したとき
にその断面上に表れる粒子の外形線に対し、その外形線
と接しかつ前記粒子内を横切らないように２本の平行線
を、その粒子との位置関係を変えながら各種引いたとき
の、前記平行線間の距離の最大値をその粒子の最大径ｄ
max、同じく最小値を最小径ｄminとし、任意の断面にお
ける各粒子毎の最大径ｄmaxに対する最小径ｄminの比を
ｄmin／ｄmaxとしたときに、そのｄmin／ｄmaxの平均値
が０．７以上となっている請求項１記載のスパークプラ
グ。
【請求項３】中心電極と、その中心電極の外側に設け
られた絶縁体と、前記絶縁体の外側に設けられた主体金
具と、前記中心電極と対向するように配置された接地電
極と、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に
固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備
え、前記発火部は、Ｉｒを主体に構成されるとともに、断面
組織を観察したときにその断面上に表れる粒子の外形線
に対し、その外形線と接しかつ前記粒子内を横切らない
ように２本の平行線を、その粒子との位置関係を変えな
がら各種引いたときの、前記平行線間の距離の最大値を
その粒子の最大径ｄmax、同じく最小値を最小径ｄminと
し、任意の断面における各粒子毎の最大径ｄmaxに対す
る最小径ｄminの比をｄmin／ｄmaxとしたときに、その
ｄmin／ｄmaxの平均値が０．７以上となっていることを
特徴とするスパークプラグ。
【請求項４】中心電極と、その中心電極の外側に設け
られた絶縁体と、前記絶縁体の外側に設けられた主体金
具と、前記中心電極と対向するように配置された接地電
極と、それら中心電極と接地電極との少なくとも一方に
固着されて火花放電ギャップを形成する発火部とを備
え、前記発火部は、Ｉｒを主体に構成されるとともに、表面
から厚さ０．０５ｍｍまでの表層部領域のビッカース硬
度の平均値ｈSの、残余の領域のビッカース硬度の平均
値ｈBに対する比ｈS／ｈBが０．９以下であることを特
徴とするスパークプラグ。
【請求項５】前記発火部は、断面組織を観察したとき
にその断面上に表れる粒子の外形線に対し、その外形線
と接しかつ前記粒子内を横切らないように２本の平行線
を、その粒子との位置関係を変えながら各種引いたとき
の、前記平行線間の距離の最大値をその粒子の最大径ｄ
max、同じく最小値を最小径ｄminとし、任意の断面にお
ける各粒子毎の最大径ｄmaxに対する最小径ｄminの比を
ｄmin／ｄmaxとしたときに、そのｄmin／ｄmaxの平均値
が０．７以上となっている請求項４記載のスパークプラ
グ。
【請求項６】前記発火部は、Ｉｒを主体とする金属素
材に所定の加工を施し、さらに９００〜１７００℃で焼
鈍を施して得られるチップを、前記中心電極と接地電極
との少なくとも一方に固着することにより形成されたも
のである請求項１ないし５のいずれかに記載のスパーク
プラグ。