JP2011113837A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁体及び端子電極に対する接着剤の剥離抑制等を図ることにより、ナット取外し時における絶縁体からの端子電極の脱落をより確実に防止する。
【解決手段】スパークプラグ１は、軸線ＣＬ１方向に延びる軸孔４を有するとともに、当該軸孔４の後端側に雌ねじ部４Ｂを具備する絶縁碍子２と、所定のナットが取付けられる第１雄ねじ部６Ａ、及び、前記雌ねじ部４Ｂに螺合される第２雄ねじ部６Ｂを具備する端子電極６とを備える。雌ねじ部４Ｂ及び第２雄ねじ部６Ｂの間に接着剤が配置された状態で、絶縁碍子２に端子電極６が固定される。端子電極６のうち少なくとも第２雄ねじ部６Ｂに対応する部位が、常温から４００℃において絶縁碍子２を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関等の燃焼装置に用いられるスパークプラグに関する。

スパークプラグは、燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料改質器等）における点火に用いられるものである。スパークプラグは、例えば、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、絶縁体の外側に設けられた円筒状の主体金具と、前記軸孔の先端部に配設される中心電極と、軸孔の後端側に配設される端子電極とを備える。また、中心電極及び端子電極は、所定のガラス粉末を含んでなるガラス粉末混合物を圧縮・加熱して形成したガラスシール層により絶縁体に対して封着・固定されるのが一般的である。尚、絶縁体は、十分な耐電圧性能を確保するという観点から、一般的にアルミナを主成分とする絶縁性セラミックにより形成される。

ところで、例えば、ボイラーや燃料電池等においては、熱効率の向上等の観点から、取付けられたスパークプラグを積極的に冷却することが難しい。そのため、ボイラーや燃料電池用改質器等に用いられるスパークプラグは、使用時において非常に高温（例えば、端子電極の温度が４００℃）となり得る。従って、溶損のおそれを考慮すると、ガラスシール層により中心電極や端子電極を絶縁体に固着させることは困難である。

そこで、端子電極を絶縁体の後端部にねじ止めするとともに、軸孔内であって中心電極の後端部上にタルク等からなる粉末（充填粉末）を充填することで、端子電極及び中心電極を絶縁体に対して固定する技術が知られている（例えば、特許文献１等参照）。当該技術によれば、高温環境下においても、絶縁体に対する端子電極及び中心電極のより確実な固定や気密性の確保を期待することができる。

また、絶縁体に対して端子電極をより強固に固定すべく、絶縁体と端子電極との間には接着剤が設けられる。さらに、使用時において、端子電極に対して電力供給用ケーブルの端子が取付けられるが、当該端子を保持するためのナットを取付けるべく、端子電極の後端部にはねじ部が形成される。

特開昭５７−１０１３６５号公報

ところで、端子電極は、例えば、炭素鋼などの耐熱性合金により形成され得る。ところが、この場合には、使用時において、絶縁体がさほど膨張しないにも関わらず、端子電極が比較的大きく膨張してしまう（延びてしまう）こととなる。そのため、燃焼装置の作動・停止の繰り返しに伴い、加熱・冷却が繰り返されることで、前記接着剤が絶縁体や端子電極から剥がれてしまい、絶縁体に対して端子電極が緩んでしまうおそれがある。端子電極の緩みが生じてしまうと、例えば、使用に伴い端子電極が腐食し、端子電極と前記ナットとが固着している場合などにあっては、ナットを取外すべくナットを回転させた際に、ナットとともに端子電極が回転してしまい、ひいては絶縁体から端子電極が脱落してしまうおそれがある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁体及び端子電極に対する接着剤の剥離抑制等を図ることにより、ナット取外し時における絶縁体からの端子電極の脱落をより確実に防止することができるスパークプラグを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有するとともに、当該軸孔の後端側に雌ねじ部を具備する絶縁体と、
所定のナットが取付られる第１雄ねじ部、及び、前記雌ねじ部に螺合される第２雄ねじ部を具備する端子電極とを備え、
前記雌ねじ部及び前記第２雄ねじ部の間に接着剤が配置された状態で、前記絶縁体に前記端子電極が固定されてなるスパークプラグであって、
前記端子電極のうち少なくとも前記第２雄ねじ部に対応する部位を、常温から４００℃において前記絶縁体を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成したことを特徴とする。

尚、「常温」とあるのは、２０℃から２５℃までの温度をいう。また、「主成分」とあるのは、材料中、最も質量比の高い成分を指すものである（以下、同様）。加えて、「所定のナット」としては、例えば、端子電極に電力供給用ケーブルの端子を取付ける際に、当該端子を保持すべく、前記第１雄ねじ部に取付けられるものを挙げることができる。

上記構成１によれば、端子電極のうち少なくとも第２雄ねじ部に対応する部位（つまり、外周面が接着剤に接触する部位）が、常温から４００℃において絶縁体を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成されている。従って、使用時における、絶縁体の延び量と端子電極の延び量との差を比較的小さなものとすることができる。これにより、接着剤が絶縁体や端子電極から剥がれてしまうことを抑制でき、絶縁体に対して端子電極をより確実に固定することができる。その結果、仮に使用に伴い端子電極が腐食し、端子電極とナットとが固着してしまった場合であっても、ナットを取外す際に、ナットとともに端子電極が回転してしまうことをより確実に防止でき、ひいては端子電極の脱落をより確実に防止することができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記接着剤は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を主成分とする無機系接着剤であることを特徴とする。

上記構成２によれば、絶縁体及び端子電極を固定するための接着剤として、Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂を主成分とする無機系接着剤が用いられる。従って、高温環境下での使用時における接着剤の劣化を抑制することができ、端子電極の脱落をより一層確実に防止することができる。

構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記金属材料は、ニッケル（Ｎｉ）を２８．０質量％以上３０．０質量％以下、コバルト（Ｃｏ）を１５．０質量％以上１８．０質量％以下含有し、残部が鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物からなることを特徴とする。

上記構成３のように、前記金属材料として、所定量のＮｉ及びＣｏを含んでなる鉄系合金（いわゆるコバール）を用いることとしてもよい。この場合においても、上記構成１等と同様の作用効果が奏されることとなる。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記第１雄ねじ部のねじ方向と前記第２雄ねじ部のねじ方向とを逆にしたことを特徴とする。

上記構成４によれば、端子電極の第１雄ねじ部のねじ方向と第２雄ねじ部のねじ方向とが逆にされているため、ナットを取外す際に、ナットとともに端子電極が回転してしまうことがなくなる。一方で、ナットの取付時に端子電極が回転し得るが、ナットを取付ける際に必要なトルクは、端子電極に固着したナットを取外すために必要なトルクよりも遙かに小さい。従って、上記構成４によれば、ナット取外時に端子電極の脱落が生じ得ず、また、ナット取付時においても、上記構成１等を採用することによる接着剤の剥離防止効果とナット取付時のトルクが極めて小さいこととが相俟って、端子電極の脱落が極めて生じにくい。そのため、端子電極の脱落を非常に効果的に防止することができる。

構成５．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記端子電極のうち、少なくとも前記第１雄ねじ部の表面に耐熱処理加工を施したことを特徴とする。

尚、「耐熱処理加工」としては、例えば、Ｎｉメッキや銀メッキ、クロムメッキ等のメッキ処理を挙げることができる。

上記構成５によれば、端子電極のうち少なくとも第１雄ねじ部の表面に耐熱処理加工が施される。このため、例えば、上記構成３において示したコバールのように比較的酸化しやすい材料により端子電極を構成したとしても、高温下における第１雄ねじ部の腐食を効果的に防止することができる。その結果、端子電極に対するナットの固着をより確実に防止することができ、ひいてはナットを取外す際の端子電極の脱落をより一層確実に防止することができる。

構成６．本構成のスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有するとともに、当該軸孔の後端側に雌ねじ部を具備する絶縁体と、
所定のナットが螺合される第１雄ねじ部、及び、前記雌ねじ部に螺合される第２雄ねじ部を具備する端子電極と、
径方向外側に膨出する鍔部を有し、前記軸孔内に形成された段部に前記鍔部が係止された状態で前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、
前記軸孔内に設けられ、前記中心電極及び前記端子電極を電気的に接続する棒状の中軸と、
前記中軸の先端部及び前記軸孔の間において、前記鍔部上に充填される充填粉末とを備え、
前記雌ねじ部及び前記第２雄ねじ部の間に接着剤が配置された状態で、前記絶縁体に前記端子電極が固定されてなるスパークプラグであって、
前記端子電極を、常温から４００℃において前記絶縁体を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成し、
前記中軸を、常温から５００℃において前記絶縁体を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成したことを特徴とする。

上記構成６によれば、基本的には上記構成１等と同様の作用効果が奏される。

ところで、使用時においては、中軸は５００℃程度の高温となり得る。そのため、使用時において、中軸の膨張（延び）に引きずられる形で充填粉末が移動してしまい、加熱・冷却の繰り返しに伴い、充填粉末の固着性が低下してしまうおそれがある。

この点、上記構成６によれば、中軸は、常温から５００℃において絶縁体を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成されている。従って、使用時における、中軸の延び量と絶縁体の延び量との差を比較的小さなものとすることができる。これにより、燃焼装置の作動・停止の繰り返し等に伴い、加熱・冷却が繰り返しなされたとしても、充填粉末のずれ動きを極力抑制することができる。その結果、充填粉末の固着性低下をより確実に防止することができ、気密性や中心電極の固定性の飛躍的な向上を図ることができる。

また、上記構成６によれば、絶縁体、端子電極、及び、中軸の間における線膨張係数の差を比較的小さなものとすることができる。そのため、これら絶縁体や中軸等は、加熱時にほぼ同等の割合で膨張することとなる。その結果、熱膨張に伴い絶縁体や中軸等に大きな負荷が加わってしまうこと等をより確実に防止することができる。

スパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 端子緩み確認試験の結果を示すグラフである。 Ｚｎメッキを設けたサンプル及びＮｉメッキを設けたサンプルについてのナット緩みトルクを示すグラフである。 別の実施形態における端子電極の構成を示す部分拡大正面図である。 別の実施形態におけるスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１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１の先端側、上側を後端側として説明する。

スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分（例えば、９０質量％以上）とし、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｃａ、及び、Ｂ等を含んで構成される絶縁性セラミックで形成されている。また、絶縁碍子２は、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、大径部１１と中胴部１２との連接部にはテーパ部１４が形成されており、当該テーパ部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４には、軸線ＣＬ１方向先端側へと縮径する段部４Ａが形成されている。また、軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、その後端部において径方向外側に膨出形成された鍔部５Ａと、当該鍔部５Ａよりも先端側に位置する円柱状の棒状部５Ｂとを備えている。そして、中心電極５は、前記鍔部５Ａが前記軸孔４の段部４Ａに係止されるとともに、棒状部５Ｂの先端部が絶縁碍子２の先端から突出した状態で、軸孔４に挿設されている。尚、前記鍔部５Ａ及び棒状部５Ｂはそれぞれ異なる材料により形成されており、両者が接合されることで中心電極５が構成されている。

さらに、軸孔４には、前記中心電極５の後端部から軸孔４の後端開口側へと延びる棒状の中軸７が配設されている。当該中軸７は、前記中心電極５の鍔部５Ａを構成する金属材料と同一の金属材料（中軸７を構成する金属材料については後に詳述する）により構成されている。すなわち、中軸７及び鍔部５Ａは同一の材料により一体的に形成されるとともに、前記棒状部５Ｂが鍔部５Ａに対して接合されることで、中心電極５及び中軸７からなる電極組立体８が構成されている。

また、軸孔４の後端側には、雌ねじ部４Ｂが形成されるとともに、端子電極６が挿入・固定されている。端子電極６は、その後端側に形成された第１雄ねじ部６Ａと、その先端側に形成された第２雄ねじ部６Ｂとを備えている。前記第１雄ねじ部６Ａは、電力供給用のケーブルの先端に設けられた端子（例えば、Ｙ端子や丸端子等）を端子電極６に取付けるにあたって、当該端子を保持するためのナット（図示せず）が取付けられるものである。また、前記第２雄ねじ部６Ｂは、軸孔４の雌ねじ部４Ｂに対して所定の接着剤を介して螺合される。これにより、端子電極６は、その後端部が絶縁碍子２の後端から突出した状態で軸孔４に挿設されている。尚、本実施形態では、第１雄ねじ部６Ａのねじ方向と第２雄ねじ部６Ｂのねじ方向とが同一とされている。

加えて、端子電極６の先端側には、軸孔ＣＬ１に沿って延びる挿通穴６Ｃが形成されており、当該挿通穴６Ｃに対して中軸７の後端部が圧入されている。より詳しくは、前記挿通穴６Ｃには、軸線ＣＬ１側へと延びる複数の爪（図示せず）が形成されており、挿通穴６Ｃに対して中軸７を挿入し、前記爪を潰れ変形させることで、挿通穴６Ｃに中軸７が圧入されている。

加えて、主体金具３は、ＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱性合金により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１を内燃機関や燃料電池改質器等の燃焼装置に取付けるためのねじ部１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、スパークプラグ１を燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身のテーパ部１４が主体金具３のテーパ部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方のテーパ部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との間の空間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

加えて、前記中心電極５の先端は、主体金具３の先端部よりも突出するように配設されている。そして、中心電極５の先端部と主体金具３の先端部との間に火花放電間隙２７が形成されており、当該火花放電間隙２７において軸線ＣＬ１にほぼ直交する方向に沿って火花放電が行われるようになっている。

また、前記中軸７の先端部と軸孔４との間であって、中心電極５の鍔部５Ａ上にはタルク等からなる充填粉末２６が充填されている。さらに、充填粉末２６上には、アルミナセメント（図示せず）が充填されている。これにより、中心電極５が絶縁碍子２に対して固定されるとともに、中心電極５と軸孔４との間からの燃焼空気の漏洩防止が図られている。

加えて、本実施形態において、端子電極６は、Ｎｉを２８．０質量％以上３０．０質量％以下、Ｃｏを１５．０質量％以上１８．０質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる金属材料（いわゆる、コバール）により構成されている。尚、当該金属材料は、常温から４００℃における線膨張係数が約５．８×１０^-6（１／Ｋ）である。また、本実施形態における前記絶縁碍子２の常温から４００℃における線膨張係数は約６．６×１０^-6（１／Ｋ）である。すなわち、端子電極６は、常温から４００℃において絶縁碍子２を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成されている。

尚、端子電極６を構成する金属材料は、上述したコバールに限定されるものではない。従って、例えば、所定の白金合金（例えば、Ｐｔ−２０Ｉｒ合金等）から端子電極６を形成することとしてもよい。

また、端子電極６のうち少なくとも第１雄ねじ部６Ａ表面には、耐熱処理加工としてＮｉメッキが施されている。

さらに、端子電極６（第２雄ねじ部６Ｂ）と絶縁碍子２（軸孔４）とを接着する前記接着剤として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を主成分とする無機系接着剤が用いられている。尚、接着剤としては、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とする無機系接着剤を用いることとしてもよい。

加えて、前記中軸７は、常温から５００℃において絶縁碍子２を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成されている。尚、本実施形態では、中軸７及び端子電極６は同一の金属材料により形成されている。

さらに、前記中軸７の表面全域には、耐熱処理加工としてＮｉメッキが施されている。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。

主体金具３は、切削加工等、従来公知の手法により形成する。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用いて、成型用素地造粒物を調製するとともに、当該成型用素地造粒物を用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対し、研削加工が施され整形されるとともに、整形されたものが焼成炉で焼成されることにより、絶縁碍子２が得られる。尚、ラバープレス成形に際しては、軸孔４を形成すべく、基端部に雄ねじを有するプレスピンが成型用素地造粒物に埋入される。そして、成形体からプレスピンを取外したときには、軸孔４とともに、前記雄ねじによって雌ねじ部４Ｂが形成される。

次いで、中心電極５及び中軸７からなる電極組立体８を製造しておく。すなわち、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金に塑性加工や切削加工等を施すことで、一端部に径方向外側に膨出する部位（鍔部５Ａに対応する）を有する棒状の中軸中間体を作製するとともに、所定の金属材料（例えば、インコネル等）に鍛造加工等を施すことで、棒状の中心電極中間体を作製する。そして、中軸中間体の一端部に前記中心電極中間体の端部を溶接することで、中心電極５及び中軸７からなる電極組立体８が得られる。その後、中軸７表面を覆うようにしてＮｉメッキが施される。

次に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金に塑性加工や切削加工等を施すことで端子電極６を作製する。また、端子電極６のうち少なくとも第１雄ねじ部６Ａの表面を覆うようにしてＮｉメッキが施される。

そして、絶縁碍子２に対して、電極組立体８及び端子電極６を封着・固定する。すなわち、絶縁碍子２の軸孔４に電極組立体８を挿入し、前記段部４Ａに鍔部５Ａを係止させた状態で、筒状の治具を用いて、軸孔４及び電極組立体８（中軸７）の間に充填粉末２６を圧縮充填する。次いで、軸孔４の後端側に前記所定の接着剤を塗布した上で、軸孔４の雌ねじ部４Ｂに端子電極６の第２雄ねじ部６Ｂを螺合する。これにより、端子電極６の挿入穴６Ｃに電極組立体８（中軸７）の後端部が圧入固定された状態で、絶縁碍子２に対して電極組立体８及び端子電極６が封着固定される。

次いで、上記のようにそれぞれ作製された電極組立体８及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、主体金具３とが組付けられる。より詳しくは、主体金具３に絶縁碍子２を挿入した上で、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって絶縁碍子２及び主体金具３が組付けられる。

その後、主体金具３のねじ首１７にガスケット１８を設けることで、上述のスパークプラグ１が得られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、端子電極６が、常温から４００℃において絶縁碍子２を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成されている。従って、使用時における、絶縁碍子２の延び量と端子電極６の延び量との差を比較的小さなものとすることができる。これにより、接着剤が絶縁碍子２や端子電極６から剥がれてしまうことを抑制でき、絶縁碍子２に対して端子電極６をより確実に固定することができる。その結果、仮に使用に伴い端子電極６が腐食し、端子電極６とナットとが固着してしまった場合であっても、ナットを取外す際に、ナットとともに端子電極６が回転してしまうことを防止でき、ひいては絶縁碍子２からの端子電極６の脱落をより確実に防止することができる。

また、前記接着剤として、ＳｉＯ₂を主成分とする無機系接着剤が用いられているため、高温環境下での使用時における接着剤の劣化を抑制することができる。その結果、端子電極６の脱落をより一層確実に防止することができる。

加えて、端子電極６のうち少なくとも第１雄ねじ部６Ａの表面にＮｉメッキが施されているため、コバールのように比較的酸化しやすい材料により端子電極６を構成したとしても、高温下における第１雄ねじ部６Ａの腐食を効果的に防止することができる。その結果、端子電極６Ａに対するナットの固着をより確実に防止することができ、ひいてはナットを取外す際の端子電極６の脱落をより効果的に防止することができる。

併せて、本実施形態では、中軸７が、常温から５００℃において絶縁碍子２を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成されている。従って、使用時における中軸７の延び量と絶縁碍子２の延び量との差を比較的小さなものとすることができ、燃焼装置の作動・停止の繰り返し等に伴い、加熱・冷却が繰り返しなされたとしても、充填粉末２６のずれ動きを極力抑制することができる。その結果、充填粉末２６の固着性低下をより確実に防止することができ、気密性や中心電極５の固定性の飛躍的な向上を図ることができる。

また、絶縁碍子２、端子電極６、及び、中軸７の間における線膨張係数の差が比較的小さなものとなるため、これら絶縁碍子２や中軸７等は、加熱時にほぼ同等の割合で膨張することとなる。その結果、熱膨張に伴い絶縁碍子２や中軸７等に大きな負荷が加わってしまうこと等をより確実に防止することができる。

さらに、中軸７表面にＮｉメッキが施されるため、本実施形態のように比較的酸化しやすいコバールにより中軸７を構成したとしても、端子電極６との接触部位が酸化してしまうことを効果的に防止することができる。その結果、高温環境下で使用した場合であっても、スパークプラグ１の通電抵抗が増大してしまうことをより確実に抑制でき、長寿命化を図ることができる。

次に、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、端子電極と絶縁碍子とを有機系接着剤又はＳｉＯ₂を主成分とする無機系接着剤で接着するとともに、端子電極を炭素鋼により形成したスパークプラグのサンプル（比較例）と、端子電極をコバールにより形成したスパークプラグのサンプル（実施例１）と、端子電極を白金合金により形成したスパークプラグのサンプル（実施例２）とをそれぞれ１０本ずつ作製し、各サンプルについて端子緩みトルク評価試験を行った。

尚、端子緩みトルク評価試験の概要は次の通りである。すなわち、まず新品状態にある各サンプルについて、絶縁碍子を固定した上で端子電極に対して取外し方向へのトルクを加えて、端子電極が緩んだときのトルク（端子緩みトルク）を各サンプルごとに特定し、各サンプルにおける端子緩みトルクの最大値（ＭＡＸ）、最小値（ＭＩＮ）、及び、平均値（ＡＶＥ）をそれぞれ測定した。次いで、１時間で４００℃まで上昇させるとともに、その後１時間に亘って４００℃で加熱し、次いで徐冷する冷熱試験を各サンプルに対して行い、冷熱試験後における各種サンプルの端子緩みトルクの最大値（ＭＡＸ）、最小値（ＭＩＮ）、及び、平均値（ＡＶＥ）をそれぞれ測定した。図２に、各種サンプルについて、冷熱試験前及び冷熱試験後における、端子緩みトルクの最大値、最小値、及び、平均値をそれぞれ示す。尚、絶縁碍子は、各サンプルともにアルミナを主成分とする絶縁性セラミックで形成した。また、表１に、比較例に係るサンプル及び実施例１，２に係るサンプルについての常温から４００℃における端子電極及び絶縁碍子の線膨張係数と、両線膨張係数の差とを示す。

図２に示すように、端子電極を炭素鋼により形成したサンプルは、接着剤の相違に関わらず、冷熱試験後には、冷熱試験前に比べて端子緩みトルクが大きく低下してしまう（端子電極が外れやすくなってしまう）ことが明らかとなった。これは、表１に示すように、端子電極（炭素鋼）と絶縁碍子との線膨張係数の差が比較的大きかったことから、加熱時において端子電極の延び量と絶縁碍子の延び量とが大きく異なってしまい、その結果、冷熱試験を経たことで、接着剤が端子電極や絶縁碍子が剥がれてしまったことに起因すると考えられる。

これに対して、端子電極をコバールや白金合金により形成し、常温から４００℃において絶縁碍子を構成する材料との線膨張係数の差を２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内としたサンプルは、冷熱試験後においても、冷熱試験前と比べて端子緩みトルクがさほど減少しないことがわかった。これは、端子電極の延び量と絶縁碍子の延び量との差が小さくなったため、冷熱試験を行った後においても、接着剤が端子電極及び絶縁碍子の双方に対してより確実に接着していたためであると考えられる。

また特に、端子電極をコバールにより形成し、接着剤として無機系接着剤を用いたサンプルは、冷熱試験後においても端子緩みトルクの減少がほとんど認められなかった。これは、無機系接着剤が耐熱性に優れることから、冷熱試験の際に高温に晒されたとしても、接着剤にほとんど劣化が生じなかったためであると考えられる。

以上、上記試験の結果を勘案して、端子電極の脱落をより確実に防止するという観点から、端子電極を、常温から４００℃において絶縁碍子を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成することが望ましいといえる。また、端子電極の脱落をより一層確実に防止すべく、端子電極及び絶縁碍子を接着する接着剤として、ＳｉＯ₂等を主成分とする無機系接着剤を用いることが有意であるといえる。

次に、端子電極の後端部（第１雄ねじ部）に亜鉛（Ｚｎ）メッキ又はＮｉメッキを施したスパークプラグのサンプルを１０本ずつ作製し、各サンプルの第１雄ねじ部に１Ｎｍのトルクにてナットを取付けた上で、上述の冷熱試験を行った。そして、冷熱試験後、ナットに対して取外し方向への力を加えて、ナットが緩んだときのトルク（ナット緩みトルク）を測定した。図３に、Ｚｎメッキを施したサンプル及びＮｉメッキを施したサンプルについてのナット緩みトルクを示す。尚、図３においては、Ｚｎメッキを施したサンプルの試験結果を黒四角（■）でプロットし、Ｎｉメッキを施したサンプルの試験結果を黒丸（●）で示す。また、端子電極は各サンプルともにコバールにより形成した。

図３に示すように、端子電極にＺｎメッキを施したサンプルは、冷熱試験後において、ナット緩みトルクが増大してしまい、ナットを取外す際に端子電極の脱落を招きやすいことがわかった。

一方で、端子電極にＮｉメッキを施したサンプルは、冷熱試験後においてもナット緩みトルクが増大することなく、ナット取外し時における端子電極の脱落をより確実に防止できることが明らかとなった。これは、耐熱性に優れたＮｉメッキを設けたことで、４００℃という高温下においても端子電極表面の酸化を防止できたためであると考えられる。

以上より、端子電極表面の腐食ひいてはナットの固着を防止し、端子電極の脱落をより確実に防止するという観点から、端子電極の後端部（第１雄ねじ部）の表面にＮｉメッキ等の耐熱処理加工を施すことが好ましいといえる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、第１雄ねじ部６Ａのねじ方向と第１雄ねじ部６Ｂのねじ方向とが同一とされているが、図４に示すように、第１雄ねじ部５６Ａのねじ方向と第２雄ねじ部５６Ｂのねじ方向とを逆にすることとしてもよい。この場合には、ナットを取外す際に、ナットとともに端子電極５６が回転してしまうことにより生ずる接着剤の剥離を防止することとなり、端子電極５６の脱落が極めて生じにくい。そのため、端子電極５６の脱落を極めて効果的に防止することができる。

（ｂ）上記実施形態における絶縁碍子２を構成する絶縁性セラミックの組成は例示であって、絶縁性セラミックの組成はこれに限定されるものではない。

（ｃ）上記実施形態では、端子電極６全体が、常温から４００℃において絶縁碍子２を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により形成されているが、端子電極６のうち少なくとも第２雄ねじ部６Ｂに対応する部位（つまり、外周面が接着剤に接触する部位）がこのような金属材料により形成されていればよい。

（ｄ）上記実施形態におけるスパークプラグ１は、中心電極５と主体金具３の先端部との間に火花放電間隙２７が形成されているが、主体金具３の先端部から延びる棒状の接地電極を設け、当該接地電極及び中心電極５の間に火花放電間隙を形成することとしてもよい。

（ｅ）上記実施形態では、端子電極６と絶縁碍子２とを接着する接着剤として無機系接着剤を例示しているが、有機系接着剤を用いることとしてもよい。

（ｆ）上記実施形態では、端子電極６の第１雄ねじ部６Ａを覆うようにしてＮｉメッキが施されているが、Ｎｉメッキ等の耐熱処理加工を施さないこととしてもよい。

（ｇ）上記実施形態では、耐熱処理加工としてＮｉメッキを例示しているが、例えば、耐熱処理加工としてＡｇメッキやＣｒメッキを施すこととしてもよい。

（ｈ）上記実施形態では、中軸７の先端部外周面は平滑状に形成されているが、図５に示すように、中軸７の先端部のうち、少なくとも充填粉末２６が周囲に位置する部位の表面に、軸線ＣＬ１を中心とする環状の溝部７Ａを複数形成することとしてもよい（尚、便宜上、図５では、溝部７Ａを強調して示している）。また、溝部７Ａに代えて、例えばブラスト加工等の粗面化加工を施すことにより、中軸７の先端部外周面に粗面化部を設けることとしてもよい。この場合には、中軸７と充填粉末２６との接触面積をより増大させることができるため、充填粉末２６の固着性や気密性のより一層の向上を図ることができる。

尚、気密性等の向上をより確実に図るという観点から、溝部７Ａを設けるにあたっては、その深さを３５μｍ以上とすることが望ましく、粗面化部を設けるにあたっては、その表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１で規定される３５Ｓ以上とすることが好ましい。

（ｉ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

（ｊ）本件発明のスパークプラグは、内燃機関等、種々の燃焼装置に用いることができるが、端子電極６の温度が４００℃程度となり得る燃焼装置（例えば、燃料電池改質器やボイラーなど）において特に有意である。

１…スパークプラグ、２…絶縁碍子（絶縁体）、４…軸孔、４Ｂ…雌ねじ部、５…中心電極、６…端子電極、６Ａ…第１雄ねじ部、６Ｂ…第２雄ねじ部、７…中軸、２６…充填粉末、ＣＬ１…軸線。

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有するとともに、当該軸孔の後端側に雌ねじ部を具備する絶縁体と、
   所定のナットが取付られる第１雄ねじ部、及び、前記雌ねじ部に螺合される第２雄ねじ部を具備する端子電極とを備え、
   前記雌ねじ部及び前記第２雄ねじ部の間に接着剤が配置された状態で、前記絶縁体に前記端子電極が固定されてなるスパークプラグであって、
   前記端子電極のうち少なくとも前記第２雄ねじ部に対応する部位を、常温から４００℃において前記絶縁体を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成したことを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記接着剤は、アルミナ又は二酸化ケイ素を主成分とする無機系接着剤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. 前記金属材料は、ニッケルを２８．０質量％以上３０．０質量％以下、コバルトを１５．０質量％以上１８．０質量％以下含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記第１雄ねじ部のねじ方向と前記第２雄ねじ部のねじ方向とを逆にしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記端子電極のうち、少なくとも前記第１雄ねじ部の表面に耐熱処理加工を施したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
6. 軸線方向に延びる軸孔を有するとともに、当該軸孔の後端側に雌ねじ部を具備する絶縁体と、
   所定のナットが螺合される第１雄ねじ部、及び、前記雌ねじ部に螺合される第２雄ねじ部を具備する端子電極と、
   径方向外側に膨出する鍔部を有し、前記軸孔内に形成された段部に前記鍔部が係止された状態で前記軸孔の先端側に挿設される中心電極と、
   前記軸孔内に設けられ、前記中心電極及び前記端子電極を電気的に接続する棒状の中軸と、
   前記中軸の先端部及び前記軸孔の間において、前記鍔部上に充填される充填粉末とを備え、
   前記雌ねじ部及び前記第２雄ねじ部の間に接着剤が配置された状態で、前記絶縁体に前記端子電極が固定されてなるスパークプラグであって、
   前記端子電極を、常温から４００℃において前記絶縁体を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成し、
   前記中軸を、常温から５００℃において前記絶縁体を構成する材料との線膨張係数の差が２．０×１０^-6（１／Ｋ）以内となる金属材料により構成したことを特徴とするスパークプラグ。

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