JP4746707B1 - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】析出物が過飽和状態となること等を防止し、優れた接合強度を実現する。
【解決手段】スパークプラグ１は、主体金具３と、抵抗溶接で主体金具３に接合された接地電極２７とを備える。接地電極２７は、酸化物や金属間化合物等の少なくとも一種を含む析出物ＰＲが粒界に析出してなる金属材料により形成される。接地電極２７のうち、主体金具３との接合境界から１００μｍの範囲に位置する部位を熱影響部２７Ａとし、接地電極２７の先端部を一般部２７Ｂとしたとき、熱影響部２７Ａの断面において、最大の面積を有する析出物ＰＲの内接円の直径が５０μｍ以下とされ、析出物ＰＲ間の最短距離が２μｍ以上とされる。熱影響部２７Ａの断面にて析出物ＰＲの占める面積（最大の面積を有する析出物ＰＲの内接円の直径）が、一般部２７Ｂの断面にて析出物ＰＲの占める面積（最大の面積を有する析出物ＰＲの内接円の直径）の６５％（８５％）以上とされる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

スパークプラグは、例えば、内燃機関（エンジン）等に取付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられる。一般的にスパークプラグは、軸孔を有する絶縁体と、当該軸孔の先端側に挿通される中心電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、抵抗溶接により主体金具の先端部に接合され、中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。また、耐腐食性の向上を図るべく、接地電極の溶接された主体金具に対して亜鉛メッキ等のメッキ処理が施され得る。

ところで、接地電極は、燃焼室の中心側に向けて突き出して配置されるため、使用時において極めて高温となる。そのため、接地電極を構成する金属材料の結晶が粗大化（いわゆる粒成長）してしまいやすく、内部腐食や耐久性の低下を招いてしまうおそれがある。

そこで、粒成長の抑制を図るべく、ＹやＺｒ等の酸化物や窒化物、又は、金属間化合物からなる析出物が粒界に析出してなる金属材料により、接地電極を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２等参照）。当該技術によれば、高温下において結晶粒が粗大化する過程で、前記析出物により結晶粒の成長が阻害されることとなり、その結果、粒成長が抑制され、内部腐食等を効果的に防止することができる。

特開２００４−２４７１７５号公報 特開２００９−１６２７８号公報

ところが、本願発明者が鋭意検討したところ、析出物が粒界に析出してなる金属材料により接地電極を形成したときには、主体金具に対する接地電極の接合強度を十分に得られない場合があることが分かった。この点、本願発明者が更なる検討を加えた結果、次の原因により、接合強度が低下し得ることが見出された。

すなわち、主体金具に対して接地電極を接合した際に、接合界面付近では発熱時に析出物が固溶し、冷却過程において再析出するが、このとき、本来析出すべき析出物が析出せず、溶融部分の母相中に過度に溶け込んだ状態（過飽和状態）で固化してしまうことがあり得る。過飽和状態にある析出物は、化学的に不安定で活性な状態となってしまうため、メッキ処理に際して、当該析出物が水素を吸蔵してしまう。その結果、接合部分が脆化してしまい、接合強度の低下を招いてしまうのである。

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、析出物が過飽和状態となってしまうこと等を防止することで、接地電極において優れた接合強度を実現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、筒状の主体金具と、
抵抗溶接により、基端部が前記主体金具に接合されたニッケル（Ｎｉ）を主成分とする接地電極とを備え、
ネオジム（Ｎｄ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ジルコニウム（Ｚｒ）のいずれかの元素の酸化物、炭化物、窒化物、及び、金属間化合物の少なくとも一種を含む析出物が粒界に析出してなる金属材料により、前記接地電極が形成されたスパークプラグであって、
前記接地電極のうち、前記主体金具との接合境界から１００μｍの範囲に位置する部位を熱影響部とし、前記接地電極の先端部を一般部としたとき、
前記熱影響部の断面において前記析出物の占める面積が、前記一般部の断面において前記析出物の占める面積の６５％以上とされ、
前記熱影響部の断面において、前記析出物のうち最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径が５０μｍ以下であり、かつ、前記析出物間の最短距離が２μｍ以上であることを特徴とする。

尚、接地電極の一般部は、抵抗溶接等に伴う熱の影響を受けていない部位をいう。従って、例えば、接地電極の先端部に貴金属チップを接合した場合においては、接地電極の先端部のうち、当該貴金属チップの接合部分に接近した部位（つまり、接合時に熱影響を受けた部位）を除いた部位が、接地電極の一般部となる。従って、一般部としては、例えば、接地電極のうち、主体金具との接合境界、及び、貴金属チップとの接合境界から１ｍｍ以上離間した部位を挙げることができる。また、「析出物の内接円の直径」とあるのは、析出物の断面積と同一の面積を有する円の直径をいう（以下、同様）。

上記構成１によれば、接地電極が、ネオジム（Ｎｄ）、イットリウム（Ｙ）、及び、ジルコニウム（Ｚｒ）のいずれかの元素の酸化物、炭化物、窒化物、及び、金属間化合物の少なくとも一種を含む析出物が粒界に析出してなる金属材料により形成されているため、接地電極の耐腐食性や耐久性を向上させることができる。

一方で、接地電極を構成する金属材料に析出物が含まれているため、接地電極における接合強度の低下が懸念されるが、上記構成１によれば、熱影響部の断面において析出物の占める面積が、一般部の断面において析出物の占める面積の６５％以上とされている。すなわち、熱影響部において析出物が十分に析出するように構成されている。従って、熱影響部において析出物が過飽和状態となってしまうことをより確実に防止できる。その結果、メッキ処理に伴う接合部分（熱影響部及びその近傍）の脆化を効果的に抑制することができる。

ところで、析出物を起点として亀裂が生じた際には、析出物の間を粒界に沿ってその亀裂が伝播していく。このとき、析出物間の距離が過度に小さい場合には、亀裂がより早く伝播されてしまい、その結果、強度が低下してしまうおそれがある。この点、上記構成１によれば、熱影響部の断面において、析出物のうち最大の面積を有するものの内接円の直径が５０μｍ以下とされ、かつ、析出物間の最短距離が２μｍ以上とされている。すなわち、析出物間の距離が過度に小さくならないように構成されているため、亀裂の伝播スピードを効果的に低減させることができる。その結果、熱影響部の強度低下をより確実に防止することができる。

以上のように、上記構成１によれば、熱影響部の脆化を抑制できるとともに、亀裂の伝播スピードの低減を図ることで、熱影響部の強度低下をより確実に防止することができる。その結果、接地電極の接合強度を飛躍的に向上させることができる。

尚、熱影響部の断面において析出物の占める面積を、一般部の断面において析出物の占める面積の６５％以上とするにあたっては、抵抗溶接において、接合部分（熱影響部）の発熱量を抑制し、接合部分が急速に冷却されないようにする（つまり、析出物が析出するための時間を設ける）とよい。

但し、接合部分の冷却速度を過度に遅くしてしまうと、析出物の径が過度に大きくなってしまい、熱影響部の断面において析出物のうち最大の面積を有するものの内接円の直径が５０μｍ超となってしまうおそれがある。そのため、接合部分の発熱量を抑制しつつ、例えば、自然冷却等により、ある程度の冷却速度をもって接合部分を冷却することが好ましい。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、前記熱影響部の断面において前記析出物の占める面積が、前記一般部の断面において前記析出物の占める面積の８５％以上とされ、
前記熱影響部の断面において、前記析出物のうち最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径が５０μｍ以下であり、かつ、前記析出物間の最短距離が８μｍ以上であることを特徴とする。

上記構成２によれば、熱影響部においてより多くの析出物が析出するように構成されるとともに、析出物間の距離がより大きく確保されている。従って、熱影響部において析出物が過飽和状態となってしまうことをより一層確実に防止できるとともに、亀裂の伝播スピードを一層効果的に低減させることができる。その結果、接地電極の接合強度の更なる向上を図ることができる。

構成３．本構成のスパークプラグは、筒状の主体金具と、
抵抗溶接により、基端部が前記主体金具に接合されたＮｉを主成分とする接地電極とを備え、
Ｎｄ、Ｙ、及び、Ｚｒのいずれかの元素の酸化物、炭化物、窒化物、及び、金属間化合物の少なくとも一種を含む析出物が粒界に析出してなる金属材料により、前記接地電極が形成されたスパークプラグであって、
前記接地電極のうち、前記主体金具との接合境界から１００μｍの範囲に位置する部位を熱影響部とし、前記接地電極の先端部を一般部としたとき、
前記熱影響部の断面における前記析出物のうち、最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径が、前記一般部の断面における前記析出物のうち、最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径の８５％以上とされ、
前記熱影響部の断面において、前記析出物のうち最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径が５０μｍ以下であり、かつ、前記析出物間の最短距離が２μｍ以上であることを特徴とする。

上記構成３によれば、熱影響部の断面における析出物のうち最大の面積を有するものの内接円の直径が、一般部の断面における析出物のうち最大の面積を有するものの内接円の直径の８５％以上とされている。つまり、熱影響部において析出物が十分に析出するように構成されており、これにより、熱影響部において析出物が過飽和状態となってしまうことをより確実に防止できる。その結果、上記構成１と同様の作用効果が奏されることとなる。

尚、熱影響部の断面における析出物のうち最大の面積を有するものの内接円の直径を、一般部の断面における析出物のうち最大の面積を有するものの内接円の直径の８５％以上とするにあたっては、抵抗溶接において、接合部分の発熱量を抑制し、接合部分が急速に冷却されないようにするとよい。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成３において、前記熱影響部の断面において、前記析出物のうち最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径が５０μｍ以下であり、かつ、前記析出物間の最短距離が８μｍ以上であることを特徴とする。

上記構成４によれば、析出物間の距離がより大きく確保されているため、亀裂の伝播スピードをより効果的に低減させることができる。その結果、接地電極の接合強度をより一層向上させることができる。

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、前記熱影響部の断面における、前記析出物間の最短距離が３０μｍ以下とされることを特徴とする。

上記構成５によれば、析出物間の距離が３０μｍ以下と十分に小さなものとされているため、結晶粒の粗大化をより一層確実に抑制することができる。その結果、熱影響部における内部腐食や耐久性の低下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。 接地電極の熱影響部等を示す部分拡大側面図である。 （ａ）は、熱影響部の内部組織を示す部分拡大断面図であり、（ｂ）は、一般部の内部組織を示す部分拡大断面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。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、絶縁碍子２、及び、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、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された円柱状の後端側胴部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、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。また、中胴部１２と脚長部１３との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部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の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。中心電極５は、ニッケル（Ｎｉ）合金により形成され、全体として棒状（円柱状）をなしている。また、中心電極５の先端面は平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。

また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属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（雄ねじ部）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、径方向外側に突出形成された鍔状の座部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が設けられている。また、工具係合部１９の後端側には、径方向内側に向けて屈曲形成された加締め部２０が設けられており、当該加締め部２０により絶縁碍子２が保持されている。尚、本実施形態では、スパークプラグ１の小型化を図るべく、主体金具３が小径とされている。そのため、主体金具３のねじ部１５のねじ径がＭ１２以下とされている。

加えて、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状の段部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、自身の段部１４が主体金具３の段部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ている。尚、前記両段部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の内周面との隙間に入り込む燃料ガス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との間にリング部材２３，２４が介在されているとともに、リング部材２３，２４間には、滑石（タルク）２５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及び滑石２５を介して絶縁碍子２を保持している。

さらに、前記主体金具３の先端部２６には、自身の略中間が曲げ返されて、その先端部側面が中心電極５の先端部と対向する断面矩形状の接地電極２７が設けられている。当該接地電極２７は、主体金具３に対して抵抗溶接により接合されている。また、接地電極２７は、主体金具３の小径化に伴う接合領域の減少に対応すべく、比較的細いもの（例えば、基端部の断面積が４．５ｍｍ²以下）とされている。加えて、中心電極５の先端部及び接地電極２７の先端部の間には火花放電間隙３３が形成されており、当該火花放電間隙３３において、前記軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。

さらに、本実施形態において、接地電極２７は、Ｎｉを主成分とし、酸化物、炭化物、窒化物、及び、金属間化合物の少なくとも一種を含む析出物が粒界に析出してなる金属材料により形成されている。尚、酸化物としては、例えば、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）、酸化ネオジム（Ｎｄ₂Ｏ₃）等を挙げることができ、炭化物としては、二炭化イットリウム（ＹＣ₂）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）等を挙げることができる。また、窒化物としては、窒化イットリウム（ＹＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）等を挙げることができ、金属間化合物としては、Ｎｉ−Ｙ、Ｎｉ−Ｎｄ、Ｎｉ−Ｈｏ、Ｎｉ−Ｇｄ、Ｎｉ−Ｓｍ等を挙げることができる。本実施形態において、前記析出物は、Ｎｄ、Ｙ、及び、Ｚｒのいずれかの元素を含むものとされている。

加えて、接地電極２７の金属組織は、次のように構成されている。すなわち、図２に示すように、接地電極２７のうち、主体金具３との接合境界ＷＢから１００μｍの範囲に位置する部位（つまり、抵抗溶接に際して熱の影響を大きく受けたと考えられる部位）を熱影響部２７Ａとし、接地電極２７の先端部（つまり、熱の影響をほとんど受けなかったと考えられる部位）を一般部２７Ｂ（図１参照）とする。このとき、図３（ａ），（ｂ）〔図３（ａ）は、熱影響部２７Ａの部分拡大断面図であり、図３（ｂ）は、一般部２７Ｂの部分拡大断面図である〕に示すように、熱影響部２７Ａ及び一般部２７Ｂにおいては、その粒界に析出物ＰＲが析出しているが、熱影響部２７Ａの断面において析出物ＰＲの占める面積が、一般部２７Ｂの断面において析出物ＰＲの占める面積の６５％以上とされている。すなわち、抵抗溶接による熱の影響を受けた部位であっても、十分な量の析出物が粒界に析出するように構成されている。

尚、「熱影響部２７Ａの断面において析出物ＰＲの占める面積を、一般部２７Ｂの断面において析出物ＰＲの占める面積の６５％以上とすること」に代えて、「熱影響部２７Ａの断面における析出物ＰＲのうち、最大の面積を有する析出物ＰＲの内接円の直径を、一般部２７Ｂの断面における析出物ＰＲのうち、最大の面積を有する析出物ＰＲの内接円の直径の８５％以上とすること」としてもよい。

尚、内接円の直径とあるのは、析出物ＰＲの断面積と同一の面積を有する円の直径をいう。例えば、析出物ＰＲの断面積がＳであったとき、析出物ＰＲの内接円の直径Ｒは、Ｒ＝（４Ｓ／π）^1/2となる。

また、熱影響部２７Ａの断面における析出物ＰＲの平均粒径は、一般部２７Ｂの断面における析出物ＰＲの平均粒径よりも小さくされている。

加えて、図３（ａ）に示すように、熱影響部２７Ａの断面において、析出物ＰＲ間の最短距離ＳＬが２μｍ以上３０μｍ以下とされている。さらに、熱影響部２７Ａの断面においては、析出物ＰＲのうち最大の面積を有するものの内接円の直径が５０μｍ以下とされている。

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。

まず、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、成形用素地造粒物を調製し、これ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。得られた成形体に対し、研削加工が施され整形される。そして、整形されたものが焼成炉にて焼成されることで、絶縁碍子２が得られる。

続いて、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えば、Ｓ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）に対して冷間鍛造加工等を施すことで、貫通孔を形成するとともに、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

さらに、前記主体金具中間体、絶縁碍子２とは別に、中心電極５、及び、接地電極２７を製造しておく。すなわち、Ｎｉ合金に対して鍛造加工等を施すことで中心電極５を作製する。また、Ｎｉを主成分とし、酸化物等が析出してなる金属材料に鍛造加工を施すことで、棒状の接地電極２７が得られる。

続いて、前記主体金具中間体の先端面に、前記棒状の接地電極２７が抵抗溶接される。すなわち、接地電極２７の基端部を主体金具中間体の先端面に対してやや大きな荷重（例えば、約８００Ｎ）で押し当てつつ、接地電極２７と主体金具中間体との接触部分に対して、やや小さな電流（例えば、約２．０ｋＡ）を所定の通電時間だけ流し込む。このとき、押し当て荷重が比較的大きいことから、接地電極と主体金具中間体との間の接触抵抗が低下する。このため、印加される電流が小さいことと相俟って、接触部分における発熱量を比較的小さくできるようになっている。抵抗溶接により溶融した接触部分は、発熱量が比較的低いことから徐々に冷却され、最終的に固化する。これにより、主体金具中間体に対して接地電極２７が接合される。また、溶接時の熱の影響により、接地電極２７の熱影響部２７Ａの断面における析出物の平均粒径は、一般部２７Ｂの断面における析出物の平均粒径よりも小さくされる。

さらに、溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の接合された主体金具３が得られる。さらに、主体金具３等の表面には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。

次いで、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、後方から前記端子電極６で押圧しつつ、焼成炉内にて加熱することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０表面に釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。

その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極５等を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが固定される。より詳しくは、主体金具３に絶縁碍子２を挿通した状態で、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て、前記加締め部２０を形成することによって固定される。

そして最後に、接地電極２７を中心電極５側に屈曲させるとともに、中心電極５及び接地電極２７間に形成された火花放電間隙３３の大きさを調整する加工を実施することで、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、接地電極２７が、酸化物、炭化物、窒化物、及び、金属間化合物の少なくとも一種を含む析出物が粒界に析出してなる金属材料により形成されている。そのため、接地電極２７の耐腐食性等を向上させることができる。

一方で、接地電極２７を構成する金属材料に析出物が含まれているため、接地電極２７における接合強度の低下が懸念されるが、本実施形態では、熱影響部２７Ａの断面において析出物ＰＲの占める面積が、一般部２７Ｂの断面において析出物ＰＲの占める面積の６５％以上（又は、熱影響部２７Ａの断面における析出物ＰＲのうち最大の面積を有する析出物ＰＲの内接円の直径が、一般部２７Ｂの断面における析出物ＰＲのうち最大の面積を有する析出物ＰＲの内接円の直径の８５％以上）とされている。すなわち、熱影響部２７Ａにおいて析出物ＰＲが十分に析出するように構成されている。従って、熱影響部２７Ｂにおいて析出物ＰＲが過飽和状態となってしまうことをより確実に防止できる。その結果、メッキ処理に伴う接合部分（熱影響部２７Ａ及びその近傍）の脆化を効果的に抑制することができる。

また、熱影響部２７Ａの断面において、析出物ＰＲのうち最大の面積を有するものの内接円の直径が５０μｍ以下とされ、かつ、析出物間の最短距離が２μｍ以上とされている。このため、生じた亀裂の伝播スピードを効果的に低減させることができ、熱影響部２７Ａの強度低下をより確実に防止することができる。

以上のように、本実施形態によれば、熱影響部２７Ａの脆化を抑制できるとともに、亀裂の伝播スピードの低減を図ることで、熱影響部２７Ａの強度低下をより確実に防止することができる。その結果、接地電極２７の接合強度を飛躍的に向上させることができる。尚、本実施形態のように、接地電極２７が細化され、接合領域を十分に確保できないスパークプラグ１においては、熱影響部２７Ａを上述の構成とすることが特に有効である。

さらに、析出物ＰＲ間の距離が３０μｍ以下と十分に小さなものとされているため、結晶粒の粗大化をより一層確実に抑制することができる。その結果、熱影響部２７Ａにおける内部腐食や耐久性低下をより確実に防止することができる。

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、抵抗溶接の条件を変更することで、一般部の断面において析出物の占める面積に対する、熱影響部の断面において析出物の占める面積の割合（析出物面積割合）、又は、一般部の断面において最大の面積を有する析出物の内接円の直径に対する、熱影響部の断面において最大の面積を有する析出物の内接円の直径の割合（析出物直径割合）と、熱影響部の断面において最大の面積を有する析出物の内接円の直径（内接円最大直径）と、熱影響部の断面における析出物間の最短距離（析出物間距離）をと種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて引張試験、及び、加熱後組織確認試験を行った。

引張試験の概要は次の通りである。すなわち、所定の引張試験機（ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製オートグラフ）を用いて、サンプルの接地電極に対して引張力を加えた。そして、破断が生じた箇所を特定するとともに、破断が生じた際の引張強度（Ｎ）を測定した。ここで、主体金具と接地電極との接合境界及びその近傍で破断が生じた場合には、接合強度に劣るとして「×」の評価を下し、接合境界及びその近傍で破断が生じることなく、接地電極を構成する母材において破断が生じた場合には、接合強度に優れるとして「○」の評価を下すこととした。

また、加熱後組織確認試験の概要は次の通りである。すなわち、熱影響部を２０時間に亘って１０００℃にて加熱した後、熱影響部における結晶粒の粒度番号を特定した。尚、粒度番号の特定は、ＪＩＳ Ｇ０５５１に準じて行った。具体的には、熱影響部における複数箇所の断面をエッチング処理後、金属顕微鏡で観察し、１ｍｍ²当たりの結晶粒の平均個数ｍを求めた。そして、ｍ＝８×２^G（Ｇは粒度番号を示す）の式に基づいて、粒度番号を特定した。ここで、粒度番号が５番以上である場合には、粒成長が抑制されているとして「○」の評価を下し、一方で、粒度番号が４番以下である場合には、粒成長の抑制がやや不十分であるとして「△」の評価を下すこととした。

表１に、析出物面積割合を変更した各サンプルにおける引張試験の試験結果、及び、加熱後組織確認試験の試験結果を示す。また、表２に、析出物直径割合を変更した各サンプルにおける引張試験の試験結果、及び、加熱後組織確認試験の試験結果を示す。尚、表１及び表２においては、加熱後組織確認試験の試験結果に関わらず、接合境界及びその近傍で破断が生じたサンプルは、総合評価を「×」とした。一方で、接合境界及びその近傍にて破断が生じなかったサンプルは、総合評価を「○」とし、接合境界及びその近傍で破断が生じず、かつ、引張強度が２．０ｋＮ以上であったサンプルは、総合評価を「◎」とした。

また、析出物面積割合、析出物直径割合、内接円最大直径、及び、析出物間距離は、電子顕微鏡（ＳＥＭ）のＣＯＭＰ像を用いて測定した。尚、電子顕微鏡の倍率を１０００倍として、１２０μｍ×９０μｍの視野内にて観察された析出物を対象として、析出物面積割合等を測定した。加えて、各サンプルの接地電極は、Ｎｉを主成分とし、析出物としてＮｉ−Ｎｄが添加された金属材料より形成した。さらに、各サンプルともに、接地電極を抵抗溶接した後、亜鉛メッキを施した。尚、各サンプルともに、抵抗溶接の条件を同一のものとして、試験用のサンプルと析出物面積割合等を測定するためのサンプルとをそれぞれ作製した。

表１及び表２に示すように、析出物面積割合を６５％未満としたサンプル（サンプル１〜５）、析出物直径割合を８５％未満としたサンプル（サンプル２２〜２６）、析出物の内接円最大直径を５０μｍ超としたサンプル（サンプル５，６，２６，２７）、又は、析出物間距離を２μｍ未満としたサンプル（サンプル７，２８）については、接合境界及びその近傍で破断が生じてしまい、接地電極の接合強度が不十分となってしまうことが明らかとなった。これは、次の理由（Ａ），（Ｂ）によると考えられる。すなわち、
（Ａ）析出物面積割合が６５％未満とされたり、析出物直径割合が８５％未満とされたりしたこと〔つまり、接合境界及びその近傍（すなわち熱影響部）において、析出物が十分に析出することなく、合金中で過飽和状態となったこと〕で、メッキを施す際に、熱影響部中の析出物が水素を吸蔵してしまい、その結果、熱影響部が脆化してしまったこと
（Ｂ）析出物の内接円最大直径を５０μｍ超としたり、析出物間距離を２μｍ未満としたりしたことで、析出物間の距離が過度に小さくなってしまい、その結果、析出物を起点とした亀裂が粒界に沿ってより早く伝播するようになってしまったこと
によると考えられる。

これに対して、析出物面積割合を６５％以上、又は、析出物直径割合を８５％以上とするとともに、析出物の内接円最大直径を５０μｍ以下、析出物間距離を２μｍ以上としたサンプル（サンプル８〜２１，２９〜３７）は、接合境界及びその近傍で破断が生じることなく、優れた接合強度を有することが分かった。これは、析出物の過飽和状態が抑制されたことで、メッキを施す際の水素の吸蔵を抑制でき、その結果、熱影響部の強度を十分に維持できたこと、及び、内接円最大直径を５０μｍ以下、析出物間距離を２μｍ以上としたことで、熱影響部における亀裂の伝播スピードを低減できたことに起因すると考えられる。

加えて、接合強度に優れたサンプルの中でも、析出物面積割合を８５％以上とするとともに、析出物間距離を８μｍ以上としたサンプル（サンプル１３〜２１）や、析出物直径割合を８５％以上に維持しつつ、析出物間距離を８μｍ以下としたサンプル（サンプル３１〜３７）は、引張強度が２．０ｋＮ以上となり、極めて優れた接合強度を有することが分かった。

また特に、析出物間距離を３０μｍ以下としたサンプル（サンプル８〜１７，１９〜２１，２９〜３３，３５〜３７）は、加熱後における粒成長を抑制でき、内部腐食等の抑制効果に優れることが確認された。

以上の試験結果より、接地電極において優れた接合強度を実現するためには、析出物面積割合を６５％以上、又は、析出物直径割合を８５％以上とするとともに、析出物の内接円最大直径を５０μｍ以下とし、析出物間距離を２μｍ以上とすることが好ましいといえる。また、接合強度の更なる向上を図るべく、析出物面積割合を８５％以上とするとともに、析出物間距離を８μｍ以上としたり、析出物直径割合を８５％以上に維持しつつ、析出物間距離を８μｍ以下としたりすることがより好ましいといえる。

さらに、耐腐食性や耐久性の向上を図るべく、析出物間距離を３０μｍ以下とする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）上記実施形態においては、軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるタイプ（いわゆる平行電極タイプ）のスパークプラグ１に対して本発明の技術思想が適用されているが、本発明の技術思想を適用可能なスパークプラグのタイプはこれに限定されるものではない。従って、例えば、中心電極の側面に接地電極の先端面が対向し、軸線とほぼ直交する方向に火花放電が行われるタイプ（いわゆる横放電タイプ）のスパークプラグに、本発明の技術思想を適用することとしてもよい。このようなスパークプラグは、接地電極の屈曲部分の曲率半径を比較的小さくする必要があるため、接地電極に屈曲加工を施す際に、接地電極と主体金具との接合部分により大きな応力が加わり得る。そのため、接合部分における接地電極の折損がより懸念されるが、本発明の技術思想を適用することで、接地電極の接合強度を十分に向上させることができ、接地電極の折損をより確実に防止することができる。従って、本発明は、いわゆる横放電タイプのスパークプラグにおいて特に有効である。

（ｂ）上記実施形態では、中心電極５及び接地電極２７間に火花放電間隙３３が形成されているが、両電極５，２７の少なくとも一方に貴金属合金（例えば、白金合金やイリジウム合金等）からなる貴金属チップを設け、一方の電極に設けられた貴金属チップと他方の電極との間、又は、両電極に設けられた両貴金属チップの間に火花放電間隙を形成することとしてもよい。尚、接地電極２７の先端部に貴金属チップを設ける場合、接地電極２７の先端部のうち、貴金属チップを設ける際の熱影響等が及んでいない部位が、接地電極２７の一般部２７Ｂとされる。

（ｃ）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。

１…スパークプラグ
３…主体金具
２７…接地電極
２７Ａ…熱影響部
２７Ｂ…一般部
ＰＲ…析出物

Claims (5)

1. 筒状の主体金具と、
   抵抗溶接により、基端部が前記主体金具に接合されたニッケルを主成分とする接地電極とを備え、
   ネオジム、イットリウム、及び、ジルコニウムのいずれかの元素の酸化物、炭化物、窒化物、及び、金属間化合物の少なくとも一種を含む析出物が粒界に析出してなる金属材料により、前記接地電極が形成されたスパークプラグであって、
   前記接地電極のうち、前記主体金具との接合境界から１００μｍの範囲に位置する部位を熱影響部とし、前記接地電極の先端部を一般部としたとき、
   前記熱影響部の断面において前記析出物の占める面積が、前記一般部の断面において前記析出物の占める面積の６５％以上とされ、
   前記熱影響部の断面において、前記析出物のうち最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径が５０μｍ以下であり、かつ、前記析出物間の最短距離が２μｍ以上であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記熱影響部の断面において前記析出物の占める面積が、前記一般部の断面において前記析出物の占める面積の８５％以上とされ、
   前記熱影響部の断面において、前記析出物のうち最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径が５０μｍ以下であり、かつ、前記析出物間の最短距離が８μｍ以上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. 筒状の主体金具と、
   抵抗溶接により、基端部が前記主体金具に接合されたニッケルを主成分とする接地電極とを備え、
   ネオジム、イットリウム、及び、ジルコニウムのいずれかの元素の酸化物、炭化物、窒化物、及び、金属間化合物の少なくとも一種を含む析出物が粒界に析出してなる金属材料により、前記接地電極が形成されたスパークプラグであって、
   前記接地電極のうち、前記主体金具との接合境界から１００μｍの範囲に位置する部位を熱影響部とし、前記接地電極の先端部を一般部としたとき、
   前記熱影響部の断面における前記析出物のうち、最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径が、前記一般部の断面における前記析出物のうち、最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径の８５％以上とされ、
   前記熱影響部の断面において、前記析出物のうち最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径が５０μｍ以下であり、かつ、前記析出物間の最短距離が２μｍ以上であることを特徴とするスパークプラグ。
4. 前記熱影響部の断面において、前記析出物のうち最大の面積を有する前記析出物の内接円の直径が５０μｍ以下であり、かつ、前記析出物間の最短距離が８μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載のスパークプラグ。
5. 前記熱影響部の断面における、前記析出物間の最短距離が３０μｍ以下とされる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。

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