JP3856551B2

JP3856551B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JP3856551B2
Application number: JP33647097A
Authority: JP
Inventors: 渉松谷; 一郎権田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: US6046532A; JPH11154583A

Description

【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】
本発明のスパークプラグは、中心電極と、その中心電極の外側に設けられた絶縁体と、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るとともに、
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。
【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Ｈｖ３７０以下とするのがよい。また、ビッカース硬度がＨｖ４００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、１７００℃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／ｄmax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、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】
本発明のスパークプラグにおいては、その発火部を、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ｈ S の、残余の領域のビッカース硬度の平均値ｈ B に対する比ｈ S ／ｈ B を０．９以下とすることができる。
【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０．１〜３０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、Ｚｒ、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３２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０．１ｍｍ）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１０１ａ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１０１ｂ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、ｄmin／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Ｈｖ４００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Ｈｖ４００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０．３０ｍｍ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ｈS：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Ｈｖ３６０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５５００ｒｐｍ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

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るとともに、
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。
前記発火部は、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ｈ S の、残余の領域のビッカース硬度の平均値ｈ B に対する比ｈ S ／ｈ B が０．９以下である請求項１記載のスパークプラグ。
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ｄ min とし、任意の断面における各粒子毎の最大径ｄ max に対する最小径ｄ min の比をｄ min ／ｄ max としたときに、そのｄ min ／ｄ max の平均値が０．７以上となっている請求項２記載のスパークプラグ。
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３のいずれかに記載のスパークプラグ。