JP2006147406A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】 接地電極に対する接合性が良好で対火花消耗性に優れた貴金属チップを提供する。
【解決手段】 貴金属チップ９０は、プラチナを主成分とし、ロジウム、イリジウム、ニッケル、タングステン、パラジウム、ルテニウム、オスミウムのうち少なくとも一つが添加された内側合金９１と、イリジウムを主成分とし、ロジウム、プラチナ、ニッケル、タングステン、パラジウム、ルテニウム、オスミウムのうち少なくとも一つが添加された外側合金９２とが、軸線と直交する方向に接合されたクラッド材より形成されている。内側合金は接地電極に対する接合性が高く、外側合金の接合が補強されるため、スパークプラグの接地電極に抵抗溶接であっても十分な接合強度を得ることができ、接合後の脱落が防止される。また外側合金により耐火花消耗性が高く、スパークプラグの長期間の使用でも着火性が低下しにくい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、火花放電を行う電極に貴金属チップを接合した内燃機関用のスパークプラグに関するものである。

従来、内燃機関には点火のためにスパークプラグが用いられている。このスパークプラグは、一般的には、中心電極が挿設された絶縁碍子を保持する主体金具と、この主体金具の先端面に一端が接合され、他端側に一側面が中心電極の先端部に対向するように屈曲された接地電極とを有している。さらにスパークプラグには、中心電極と接地電極との対向する部位の少なくともいずれか一方に対火花消耗性向上のための貴金属を用いた電極チップ（貴金属チップ）が形成され、通常、抵抗溶接やレーザ溶接によって接合がなされる。こうした貴金属チップは、火花放電時の消炎作用を低減するために、中心電極や接地電極から突き出す針形状を有することが望ましい（例えば特許文献１参照）。

近年、スパークプラグの耐消耗性の向上に対する要求が高まり、従来から使用されているプラチナよりも高融点であるイリジウムを使用した貴金属チップが提案されている。しかしイリジウムを使用した貴金属チップは従来のプラチナを使用したものに比較して溶接性が劣るため、レーザ溶接により接合がなされることが一般的である。中心電極側に貴金属チップを接合する場合、絶縁碍子に組み付ける前の中心電極の先端部に、あらかじめ貴金属チップをレーザ溶接することができる。

一方、接地電極側に貴金属チップを接合する場合、通常は、中心電極、絶縁碍子、端子電極、および接地電極が溶接された主体金具等が互いに組み付けられて、火花放電ギャップの調整が行われる直前に、接地電極に貴金属チップがレーザ溶接される。このとき、レーザ光は貴金属チップと接地電極との当接境界付近に照射されるが、組み付けられた絶縁碍子や中心電極、主体金具の位置関係によりレーザ光の照射角度には制限が生ずる。このため、貴金属チップと接地電極との接合状態が不安定だったり、生産性が低下するといった虞があった。

また、貴金属チップをあらかじめ接地電極に接合し、その後に主体金具に溶接する方法も考えられるが、主体金具に接合する前の状態（貴金属チップが接合された状態）の接地電極を管理する際に、接地電極同士がぶつかったりすると貴金属チップが脱落する虞がある。これを防止しようとすると貴金属チップ接合後の接地電極の管理が煩雑となるため、生産性が低下するという問題があった。

そこで、耐火花消耗性の良好な貴金属チップ（放電層部材）の接地電極側の端面に、例えばプラチナ系合金などの溶接性の良好な貴金属チップ（緩和層部材）を接合した複合部材からなる貴金属チップ（複合電極チップ）を作製する。そして、両部材の積層方向を突出方向とし、先端側に放電層部材が接合された緩和層部材を基部側として接地電極に接合すれば、その接合が抵抗溶接であっても、複合電極チップは十分な接合性を得ることができる（例えば特許文献２参照）。
特開２００３−３１７８９６号公報 特開平５−１６６５７７号公報

しかしながら、スパークプラグを取り付ける内燃機関は冷熱サイクルを繰り返すものであり、近年の内燃機関の小型化に伴いスパークプラグも小型化したことで、冷熱サイクルにおける温度差（振幅）が激しくなる傾向にある。この冷熱サイクルの影響により複合電極チップが熱膨張と熱収縮を繰り返すと、緩和層部材と放電層部材との間の線膨張係数の差により両部材間で寸法差が生じ、特にその体積が大きいもの、すなわち複合電極チップの外径の大きいものほど剥離が生じやすくなる虞があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、接地電極に対する接合性が良好で対火花消耗性に優れた貴金属チップを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のスパークプラグは、中心電極と、前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、その絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、一端が前記主体金具の先端面に接合され、他端側の一側面が前記中心電極を指向するように屈曲された接地電極と、少なくとも前記接地電極の他端側に自身の基端側が接合された柱状の貴金属チップとを備え、前記貴金属チップは、前記接地電極と溶接された部位の先端側隣接部において自身の軸線と直交する方向に、プラチナを主成分とし、ロジウム、イリジウム、ニッケル、タングステン、パラジウム、ルテニウム、オスミウムのうち少なくとも一つが添加された第１合金と、イリジウムを主成分とし、ロジウム、プラチナ、ニッケル、タングステン、パラジウム、ルテニウム、オスミウムのうち少なくとも一つが添加された第２合金とが接合されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記貴金属チップは、前記接地電極の他端側の一側面から０．３ｍｍ以上突出し、かつ、その先端面の外接円の直径が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記第１合金は、１０重量％以上３０重量％以下のニッケルを含有することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記第２合金は、７５重量％以上のイリジウムを含有することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記貴金属チップは、少なくとも自身の先端面においてその径方向の外周側が前記第２合金によって形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明のスパークプラグは、請求項５に記載の発明の構成に加え、前記貴金属チップは、前記第２合金からなる管部の内部に前記第１合金からなる芯部を配置した状態で、線引き加工を施すことによって作製されたことを特徴とする。

また、請求項７に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記貴金属チップは、前記接地電極の他端側の一側面に抵抗溶接によって接合されたことを特徴とする。

また、請求項８に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明の構成に加え、少なくとも前記第１合金または前記第２合金のうちいずれか一方には、希土類酸化物が含有されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明のスパークプラグでは、火花放電間隙にて火花放電を行う貴金属チップにイリジウムを主成分とする第２合金チップを有するため耐火花消耗性が高く、火花放電間隙が広がりにくいので長期間にわたって安定した着火性を得ることができる。この第２合金は第１合金と比較して融点が高く溶接性に劣るが、接地電極と溶接された部位よりも更に貴金属チップの先端側に隣接した部分において、貴金属チップの軸線と直交する方向にプラチナを主成分とする第１合金と接合されている。この第１合金は溶接性が高く接地電極との接合を強固に行えるので、接地電極と第２合金との溶接の強度が補強される。このため、貴金属チップと接地電極との溶接は抵抗溶接でも十分な溶接性を得ることができ、生産コストを低減することができる。なお、本発明において「主成分」とは、その成分が、含有される全成分のうち最も含有率の高い成分であることを示す。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグでは、請求項１に係る発明の効果に加え、貴金属チップは、接地電極との他端部の一側面から０．３ｍｍ以上突出しているので、火花放電の際に火花放電間隙にて発生した火炎核が、その成長する過程において、接地電極に接触して熱量を奪われることで火炎核の成長が阻害される、いわゆる消炎作用を低減することができる。これはつまり、接地電極からの貴金属チップの突出量を大きくしたことで、貴金属チップよりも体積の大きな接地電極に、成長過程の火炎核が接触するまでの時間を遅らせることができるからであり、ひいてはスパークプラグの着火性を向上することができる。また、貴金属チップの先端面に外接する円の直径が１．０ｍｍ以下であるので、貴金属チップの体積をより小さくし、消炎作用を低減することができる。第１合金と第２合金とは組成が異なるため線膨張係数も異なるが、熱膨張・熱収縮を繰り返した際に、貴金属チップの体積が小さいため、線膨張係数の差による両合金間の寸法差が大きくなってしまうことを回避できる。このため、第１合金および第２合金と、接地電極との溶接界面における剥離の虞を低減することができる。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグでは、請求項１または２に係る発明の効果に加え、第１合金は１０重量％以上３０重量％以下のニッケルを含有するので、接地電極との溶接をより強固に行うことができる。ニッケルの含有量が１０重量％未満であった場合、第１合金の融点が高くなり溶接性が低下するため十分な接合強度が得られなくなる虞がある。また、ニッケルの含有量が３０重量％より多い場合、加工性が低下してしまい、生産コストが高くなる虞がある。

また、請求項４に係る発明のスパークプラグでは、請求項１乃至３のいずれかに係る発明の効果に加え、第２合金は７５重量％以上のイリジウムを含有するので、火花放電の際の耐火花消耗性を高くすることができる。イリジウムの含有量が７５重量％未満であると第２合金の融点が下がることとなり、耐火花消耗性が低下する虞がある。

また、請求項５に係る発明のスパークプラグでは、請求項１乃至４のいずれかに係る発明の効果に加え次の効果を奏する。火花放電は尖突状の部位から発生しやすく、貴金属チップにおいて、その部位は先端面の縁部分となる。ここで貴金属チップの先端面においてその径方向の外周側を第２合金で形成すれば、先端面の縁部分には第２合金が配置されることとなる。貴金属チップをこのような構成とすることで、スパークプラグの耐火花消耗性は向上し、火花放電間隙が広がりにくくなるので、長期間にわたって安定した着火性を得ることができる。

また、請求項６に係る発明のスパークプラグでは、請求項５に係る発明の効果に加え、貴金属チップは第２合金からなる管部の内部に第１合金からなる芯部を配置した状態で線引き加工により作製されるため、線引き加工後の貴金属チップの原形を、その軸線方向と直交する方向に切断すれば、接地電極との接合面となる軸線断面に第１合金および第２合金を露出させることができる。すなわち、貴金属チップを容易に加工し、安価に作製することができ、生産コストを低減することができる。

また、請求項７に係る発明のスパークプラグでは、請求項１乃至６のいずれかに係る発明の効果に加え、貴金属チップを接地電極の他端部の一側面に抵抗溶接により接合しても十分な接合強度を得ることができるので、生産コストを低減することができる。

また、請求項８に係る発明のスパークプラグでは、請求項１乃至７のいずれかに係る発明の効果に加え、少なくとも第１合金または第２合金のうちいずれか一方に、希土類酸化物が含有されているので、耐火花消耗性を高くすることができる。

以下、本発明を具体化したスパークプラグの実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態におけるスパークプラグの一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。なお、図１において、スパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、絶縁体を構成する絶縁碍子１０と、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０内に軸線Ｏ方向に保持された中心電極２０と、主体金具５０の先端面５７に基部３２を溶接され、先端部３１の一側面が中心電極２０の先端部２２の先端面２１に対向する接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端部に設けられた端子金具４０とから構成されている。

まず、このスパークプラグ１００の絶縁体を構成する絶縁碍子１０について説明する。絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。この絶縁碍子１０の胴部１８の中央付近には、胴部１８よりも拡径された鍔部１９が形成されている。また、胴部１８よりも先端側（図中下側）には、胴部１８よりも外径が細く形成され、内燃機関の燃焼室に曝される脚長部１３が設けられている。そして、脚長部１３と胴部１８との間は段部１５として形成されている。一方、胴部１８の後端側には、沿面距離を稼ぐためのコルゲーション部１１が形成されている。

次に、中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル系合金等で形成され、内部に熱伝導性に優れる銅等からなる金属芯２３を有している。中心電極２０の先端部２２は絶縁碍子１０の先端面から突出しており、先端側に向かって径小となるように形成されている。その先端部２２の先端面２１には柱状の貴金属チップ９５が、その柱軸を中心電極２０の軸線にあわせるようにして溶接されている。また、中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられたシール体４およびセラミック抵抗３を経由して、上方の端子金具４０に電気的に接続されている。そして端子金具４０には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、外部回路から高電圧が印加されるようになっている。

次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は、図示外の内燃機関にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具であり、絶縁碍子１０を取り囲むようにして保持している。主体金具５０は鉄系の材料より形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、図示外の内燃機関上部に設けられたエンジンヘッドに螺合する雄ねじ部５２とを備えている。

さらに主体金具５０には、工具係合部５１より後端側に加締め部５３が設けられている。その加締め部５３を加締めることにより、主体金具５０内に形成された段部５６に、板パッキン８を介して絶縁碍子１０の段部１５が支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。加締めにより段部１５と段部５６との間の気密を保持して燃焼ガスの流入を防ぐことができるように、その密閉を完全なものとするため、主体金具５０と絶縁碍子１０との間に環状のリング部材６，７が介在され、さらにリング部材６，７の間にタルク（滑石）９の粉末が充填される。すなわち、主体金具５０は、板パッキン８、リング部材６，７およびタルク９を介して絶縁碍子１０を保持している。また、主体金具５０の中央部には鍔部５４が形成され、ねじ部５２の後端側近傍、すなわち鍔部５４の座面５５にはガスケット５（薄板を折りたたんだ環状のパッキン）が嵌挿されている。

次に、接地電極３０について説明する。接地電極３０は、耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金が用いられる。この接地電極３０は自身の長手方向の横断面が略長方形を有しており、基部３２が主体金具５０の先端面５７に溶接により接合されている。また、接地電極３０の先端部３１は、中心電極２０の先端部２２に対向するように屈曲されている。この中心電極２０に対向する側の面である接地電極３０の先端部３１の内面３３は、中心電極２０の軸線Ｏ方向に略直交している。そして、その内面３３上で、中心電極２０の先端面２１より突設された貴金属チップ９５に対向する位置には、柱状の貴金属チップ９０が抵抗溶接によって接合されており、両貴金属チップ９０，９５間で火花放電ギャップ（火花放電間隙）が形成されている。なお、先端部３１が、本発明における「接地電極の他端」に相当し、内面３３が、本発明における「一側面」に相当する。また、基部３２が、本発明における「接地電極の一端」に相当する。

次に、図２，図３を参照して、接地電極３０の貴金属チップ９０について説明する。図２は、接地電極３０に接合された貴金属チップ９０の斜視図である。図３は、貴金属チップ９０の製造方法の例を模式的に示す図である。

図２に示すように貴金属チップ９０は、その軸線方向（図２における上下方向）と直交する方向において、外側にイリジウムを主成分とする外側合金９２と、内側にプラチナを主成分とする内側合金９１とが接合されたクラッド材からなる。接地電極３０の先端部３１の内面３３に、その軸線方向の基端９７側（軸線方向の一端側）の端面（接合面９６）が溶接され、先端９４側の先端面９３が、中心電極２０に接合された貴金属チップ９５（図１参照）に対向している。

本実施の形態では、外側合金９２は、イリジウムを主成分とし、ロジウム、プラチナ、ニッケル、タングステン、パラジウム、ルテニウム、オスミウム、および希土類酸化物（例えばイットリアなど）のうち少なくとも一つが第２添加成分として添加された合金である。なお、イリジウムの含有量は７５重量％以上であることが望ましい。イリジウムの含有量が７５重量％未満であると外側合金９２の融点が下がり、耐火花消耗性が低下する虞がある。なお、外側合金９２が、本発明における「第２合金」に相当する。

また、内側合金９１は、プラチナを主成分とし、ロジウム、イリジウム、ニッケル、タングステン、パラジウム、ルテニウム、オスミウム、および希土類酸化物（例えばイットリアなど）のうち少なくとも一つが第２添加成分として添加された合金である。なお、内側合金９１がプラチナ−ニッケル合金からなる場合、ニッケルの含有量は、１０重量％以上３０重量％以下であることが望ましい。ニッケルの含有量が１０重量％未満である場合、溶接性が低下し、抵抗溶接では十分な接合強度が得られなくなる虞がある。また、ニッケルの含有量が３０重量％より多い場合、加工性が低下し、生産コストが高くなる虞がある。なお、内側合金９１が、本発明における「第１合金」に相当する。

また、上記のように外側合金９２や内側合金９１にイットリア等の希土類酸化物が含有すれば、貴金属チップ９０の耐火花消耗性を高くすることができる。

このような構成の貴金属チップ９０は、本実施の形態では線引き加工（伸線加工）によって作製される。図３に示すように、イリジウムを主成分とする合金からなる貴金属管１９２と、プラチナを主成分とする合金からなる貴金属芯１９１とを作製する（形成工程）。そして貴金属管１９２内に貴金属芯１９１を挿通させ（挿通工程）、これを伸線ダイス１９５のダイス穴に通すことで、断面が円形となるように引き延ばした線状の貴金属棒１９８を得る（線引き工程）。この貴金属棒１９８を所定の長さで切断し、円柱状の貴金属チップ９０を得る（切断工程）。なお、貴金属管１９２および貴金属芯１９１が、それぞれ、本発明における「管部」および「芯部」に相当する。

こうして得られる貴金属チップ９０は、接地電極３０に抵抗溶接により接合される。貴金属チップ９０は接地電極３０の内面３３に対して直交する方向に突出状に、その基端９７側の接合面９６が接合されるが、上記のように線引き加工によって作製されるため、接合面９６には外側合金９２および内側合金９１が露出されていることとなる。貴金属チップ９０と接地電極３０との溶接界面では、溶接性に優れた内側合金９１が接地電極３０に強固に接合されるため、外側合金９２の溶接の強度が補強され、貴金属チップ９０の接合後の脱落は防止されることとなる。また、火花放電は尖突状の部位から発生しやすいが、貴金属チップ９０においては、先端面９３の縁部分が火花放電の際の尖突状の部位に相当する。本実施の形態では、その先端面９３の縁部分に外側合金９２が配置されているので、耐火花消耗性にも優れた効果を発揮することができる。このように構成された貴金属チップ９０を用いることでスパークプラグ１００の耐火花消耗性は向上し、火花放電ギャップが広がりにくくなるので、長期間にわたって安定した着火性を得ることができる。

こうした貴金属チップ９０は、その先端面９３の直径（あるいは胴部の外径が一定であれば、その外径であってもよい。）が１．０ｍｍ以下であり、接地電極３０からの突出量（接地電極３０との接合面からの突出長さ）が０．３ｍｍ以上の針形状のものであれば、貴金属チップ９０を構成する内側合金９１と外側合金９２との間での剥離が発生する虞が低減される。これは、針形状の貴金属チップ９０であれば接地電極に対するその体積が、より小さいため、熱膨張・熱収縮を繰り返した際に、内側合金９１と外側合金９２との間の線膨張係数の差による両合金間での寸法差が大きくはならないからであり、特に溶接界面における剥離の虞が低減され、貴金属チップ９０が脱落しにくくなる。さらに、体積の大きい接地電極３０から火花放電ギャップが離れるため、火花放電の際の消炎作用が低減されるので、スパークプラグ１００の着火性を向上することができる。

［実施例１］
貴金属チップ９０をこのような構成としたことの効果について検証するため、後述する評価試験を行った。本実施の形態の貴金属チップ９０として、大きさや、内側合金９１と外側合金９２の組成を異ならせた１２種類のサンプルを作製した。そして各サンプルを組み付けたスパークプラグを用い、火花消耗性および溶接性について評価する机上試験を行った。また、各サンプルを作製する際の加工性についても評価を行った。

第１〜第３のサンプルは、いずれも内側合金と外側合金の組成をそれぞれＰｔ−２０Ｎｉ，Ｉｒ−Ｙ_２Ｏ_３とし、各サンプルの外径を、順に０．６，１．０，１．２（ｍｍ）と異ならせた貴金属チップとして作製した。第４，第５のサンプルは、それぞれＰｔ−２０Ｎｉ，Ｉｒ−Ｙ_２Ｏ_３からなる外径０．６ｍｍの貴金属チップとして作製した。第６，第７のサンプルは、内側合金の組成をいずれもＰｔ−２０Ｎｉとし、外側合金の組成をそれぞれＩｒ−３０Ｒｈ，Ｉｒ−２５Ｒｈとした外径０．６ｍｍの貴金属チップとして作製した。第８〜第１１のサンプルは、内側合金の組成をそれぞれＰｔ−３５Ｎｉ，Ｐｔ−３０Ｎｉ，Ｐｔ−１０Ｎｉ，Ｐｔ−５Ｎｉとし、外側合金の組成いずれもＩｒ−５Ｐｔとした外径０．６ｍｍの貴金属チップとして作製した。第１２のサンプルは、内側合金と外側合金の組成をそれぞれＩｒ−Ｙ_２Ｏ_３，Ｐｔ−２０Ｎｉとした外径０．６ｍｍの貴金属チップとして作製した。

各サンプルを作製する際の線引き加工において、歩留まりをもって加工性についての評価を行った。そして、歩留まりが７５％以上であった場合を「○」、７５％未満５０％以上であった場合を「△」、５０％未満であった場合を「×」として評価した。

また、これら各サンプルを接地電極に抵抗溶接したスパークプラグに対して机上試験を行った。火花消耗性についての評価試験では、各スパークプラグに対して窒素雰囲気中にて０．６ＭＰａの圧力をかけ、６０Ｈｚにて１００時間の火花放電を行った。その結果、火花放電ギャップ（中心電極の先端面と、接地電極に溶接された貴金属チップの先端面との間の距離）が、試験前より増加した量（長さ）が０．１ｍｍ未満であった場合を「○」、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ未満であった場合を「△」、０．２ｍｍ以上であった場合を「×」として評価した。

溶接性についての評価試験では、各サンプルを組み付けたスパークプラグを用意し、貴金属チップが接合された接地電極や中心電極付近をバーナーで加熱した。９５０℃に加熱し、その後２分間保持し、１分間室温で自然冷却し、これを１サイクルとして１０００サイクル行った後、貴金属チップの状態について調べた。検査方法は、貴金属チップの軸線を通る平面で貴金属チップごと接地電極を切断し、その断面をエッチング処理する。そしてその断面において接地電極と貴金属チップとの接合面を観察し、酸化スケールの進行度合いを測定する。貴金属チップの軸線に垂直な方向の長さに対する酸化スケールの合計長さを測定し、酸化スケールの割合が３０％未満であった場合を「○」、３０％以上５０％未満であった場合を「△」、５０％以上であった場合を「×」として評価した。これら評価試験の結果を表１に示す。

各サンプルについての評価試験の結果、第１〜第１２のテストサンプルの火花消耗性は、順に「○」，「○」，「○」，「×」，「○」，「×」，「○」，「×」，「○」，「○」，「○」，「×」と評価された。また、溶接性は、順に「○」，「△」，「×」，「○」，「×」，「○」，「○」，「○」，「○」，「○」，「×」，「○」と評価された。加工性については、順に「○」，「○」，「○」，「○」，「○」，「○」，「○」，「×」，「○」，「○」，「○」，「△」と評価された。

第１〜第３のサンプルを比較した結果、貴金属チップの先端面の直径、すなわち貴金属チップの外径が小さいほど貴金属チップの体積が、より小さくなるため、内側合金と外側合金との間の線膨張係数の差による両合金間での寸法差が小さく、溶接性が向上することが確認できた。また、第１，第４のサンプルを比較した結果、貴金属チップをプラチナ−ニッケル合金から形成すれば、溶接性については問題ないものの火花消耗性が低下することが確認できた。第１，第５のサンプルを比較した結果、貴金属チップをイリジウムから形成すれば、火花消耗性については問題ないものの溶接性が低下することが確認できた。

次に、第６，第７のサンプルを比較した結果、外側合金におけるイリジウムの含有量が７０重量％未満となると、火花消耗性が低下することが確認できた。また、第８，第９のサンプルを比較した結果、内側合金においてニッケルの含有量が３０重量％より多くなると、溶接性については問題ないが、硬度が高くなり、加工性が低下する。ニッケルの含有量が増えたことにより融点が下がり、耐火花消耗性が低下することが確認できた。さらに第１０，第１１のサンプルを比較した結果、内側合金においてニッケルの含有量が１０重量％未満となると、火花消耗性や加工性については問題ないが、溶接性が低下することが確認できた。

そして、第１，第１２のサンプルを比較した結果、溶接性については問題ないが、火花放電が発生しやすい外側側（先端面の縁部分）にプラチナ−ニッケル合金が配置されるため火花消耗性が低下することが確認できた。さらに、線引き加工においても、プラチナ−ニッケル合金が貴金属管側、より剛性の高いイリジウム−イットリア合金が貴金属芯側となるため、加工性がやや低下することが確認できた。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、本実施の形態では、溶接界面に外側合金９２と内側合金９１とが露出されているとしたが、少なくとも溶接によって溶融した部分に外側合金９２が接していればよく、必ずしも両合金が露出していなくともよい。また、貴金属チップ９５の構成を貴金属チップ９０と同じ構成とし、中心電極２０の先端面２１に抵抗溶接してもよい。また、貴金属チップ９５はなくともよい。

また、貴金属チップ９０は、本実施の形態では一本の貴金属芯１９１を貴金属管１９２に挿通した状態で線引き加工を行って外側合金９２と内側合金９１とがクラッド状に形成されるようにしたが（図３参照）、複数本の貴金属芯１９１を貴金属管１９２に挿通させて線引き加工を行ってもよい。例えば、図４に示すように貴金属芯１９１を３本用いた貴金属チップ１９０や、図５に示すように貴金属芯１９１を５本用いた貴金属チップ２９０などを作製してもよい。また、貴金属管１９２の内周に隔壁を設けて貴金属芯１９１を挿通した状態や、あるいは貴金属管１９２と同一の材料からなる貴金属芯と貴金属芯１９１とを挿通した状態で線引き加工を行って、図６に示すように、内側合金９１が外側合金９２内にて散らばった状態の貴金属チップ３９０を作製してもよい。すなわち、接地電極３０との溶接界面、あるいは溶接によって溶融した部分に、内側合金９１と外側合金９２とが接した状態とすることのできる貴金属チップを作製すればよい。またその溶接界面付近に、上記溶接後の条件を満たすように内側合金９１および外側合金９２が配置されていれば足り、貴金属チップ９０の先端側（放電側）に、内側合金９１が露出していなくともよい。

また、線引き加工において形成される貴金属チップ９０の外周の形状は軸線断面円形でなくともよく、多角形であってもよい。円形の場合は、その外径（先端面の直径）が１．０ｍｍ以下であればよく、また多角形の場合は、これに外接する円の直径が１．０ｍｍ以下となれば足りる。

さらに、接地電極の形状は本実施の形態のものに限られるものではない。本実施の形態の接地電極は、その先端側の一側面が中心電極の先端面に対し略水平に対向した形状のものであったが、接地電極の先端が中心電極の軸線に向かって傾いた、いわゆるスラント形状のものであってもよい。

本発明は、火花放電間隙を形成する電極にイリジウムを含有した貴金属チップを接合するスパークプラグに適用することができる。

スパークプラグ１００の部分断面図である。 接地電極３０に接合された貴金属チップ９０の斜視図である。 貴金属チップ９０の製造方法の例を模式的に示す図である。 貴金属チップ９０の変形例としての貴金属チップ１９０の斜視図である。 貴金属チップ９０の変形例としての貴金属チップ２９０の斜視図である。 貴金属チップ９０の変形例としての貴金属チップ３９０の斜視図である。

符号の説明

１０ 絶縁碍子
１２ 軸孔
２０ 中心電極
２１ 先端面
２２ 先端部
３０ 接地電極
３１ 先端部
３２ 基部
３３ 内面
５０ 主体金具
５７ 先端面
９０ 貴金属チップ
９１ 内側合金
９２ 外側合金
９３ 先端面
９４ 先端
９６ 接合面
９７ 基端
１００ スパークプラグ
１９１ 貴金属芯
１９２ 貴金属管

Claims (8)

1. 中心電極と、前記中心電極の軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、その絶縁碍子の径方向周囲を取り囲んで保持する主体金具と、一端が前記主体金具の先端面に接合され、他端側の一側面が前記中心電極を指向するように屈曲された接地電極と、少なくとも前記接地電極の他端側に自身の基端側が接合された柱状の貴金属チップとを備え、
   前記貴金属チップは、前記接地電極と溶接された部位の先端側隣接部において自身の軸線と直交する方向に、
   プラチナを主成分とし、ロジウム、イリジウム、ニッケル、タングステン、パラジウム、ルテニウム、オスミウムのうち少なくとも一つが添加された第１合金と、
   イリジウムを主成分とし、ロジウム、プラチナ、ニッケル、タングステン、パラジウム、ルテニウム、オスミウムのうち少なくとも一つが添加された第２合金と
   が接合されていることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記貴金属チップは、前記接地電極の他端側の一側面から０．３ｍｍ以上突出し、かつ、その先端面の外接円の直径が１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記第１合金は、１０重量％以上３０重量％以下のニッケルを含有することを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
4. 前記第２合金は、７５重量％以上のイリジウムを含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスパークプラグ。
5. 前記貴金属チップは、少なくとも自身の先端面においてその径方向の外周側が前記第２合金によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。
6. 前記貴金属チップは、前記第２合金からなる管部の内部に前記第１合金からなる芯部を配置した状態で、線引き加工を施すことによって作製されたことを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
7. 前記貴金属チップは、前記接地電極の他端側の一側面に抵抗溶接によって接合されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスパークプラグ。
8. 少なくとも前記第１合金または前記第２合金のうちいずれか一方には、希土類酸化物が含有されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のスパークプラグ。
   

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