JP5337006B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関等の燃焼装置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、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、主体金具の座部の温度が５００℃以上と）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、中心電極を絶縁体に対して封着・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、絶縁体に対する中心電極のより確実な固定を期待することができる。尚、中心電極及び端子電極は、所定の金属材料からなる棒状の中軸によって電気的に接続されており、十分な気密性を確保すべく、中軸の先端部が埋まるようにして前記充填粉末が充填される。

特開昭５７−１０１３６５号公報

ところで、前記中軸は、銅合金や炭素鋼から形成され得る。ところが、この場合には、使用時において、絶縁体に比べて、中軸が比較的大きく膨張してしまう（延びてしまう）こととなるため、充填粉末が中軸の延びに引きずられる形でずれ動いてしまう。その結果、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ることで、充填粉末の固着性が低下してしまい、ひいては気密性の低下や中心電極の固定性低下を招い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、充填粉末の固着性低下を防止することで、気密性等の飛躍的な向上を図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、当該軸孔内に段部を備える絶縁体と、
径方向外側に膨出する鍔部を有し、前記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、前記中心電極の後端部から前記軸孔の後端開口側へと延びる棒状の中軸と、
前記中軸の先端部及び前記軸孔の間において、前記鍔部に接するように充填される充填粉末と、
前記軸孔の後端側に挿設され、前記中軸の後端部と接触する端子電極とを備えるスパークプラグであって、
前記中軸のうち、少なくとも前記充填粉末に対して外周面が接触する部位を、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、
前記中軸のうち、少なくとも前記端子電極との接触部位表面に耐熱処理加工を施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）。

上記構成１によれば、中軸のうち少なくとも充填粉末に対して外周面の接触する部位が、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場合であっても、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、構成１によれば、中軸のうち少なくとも端子電極との接触部位表面に耐熱処理加工が施される。このため、例えば、後記する構成２において示されるコバール（Ｎｉ及びＣｏを含んでなる鉄系合金）のように比較的酸化しやすい材料により中軸を構成したとしても、端子電極との接触部位が腐食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。
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。

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２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と同様の作用効果が奏されることとなる。

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、前記中心電極の鍔部を、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３によれば、中軸のうち外周面が充填粉末に接触する部位に加えて、中心電極の鍔部が、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って構成されている。すなわち、中心電極及び中軸のうち、外周面が充填粉末に接触する部位の全域が上述の金属材料によって形成されている。従って、充填粉末のずれ動きをより一層抑制することができ、気密性等の更なる向上を図ることができる。

第１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。 第２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。 気密性評価試験の結果を示すグラフである。 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。

〔第１実施形態〕
以下に、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構成されており、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。

加えて、前記端子電極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に対して前記中軸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、内周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。

さらに、本実施形態において、前記中軸７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）によって形成されている。尚、当該金属材料は、常温から５００℃における線膨張係数が約６．４×１０^-6（１／Ｋ）である。また、前記絶縁碍子２の常温から５００℃における線膨張係数は約６．９×１０^-6（１／Ｋ）である。すなわち、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。加えて、上述した通り、中心電極５の鍔部５Ａについても、中軸７と同一の金属材料により形成されている。

尚、中軸７や鍔部５Ａ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）から中軸７等を形成することとしてもよい。

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。

また、端子電極６は、中軸７と同一の金属材料により形成されている。従って、端子電極６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）以内とされている。尚、本実施形態では、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）とを固定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。

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の後端側に端子電極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、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。

さらに、中心電極５の鍔部５Ａについても、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って構成されている。従って、充填粉末２６におけるずれ動きをより一層抑制することができ、気密性等の更なる向上を図ることができる。

また、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。

さらに、端子電極６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。従って、使用時において、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、その結果、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る。このため、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、仮に使用に伴い端子電極６が腐食し、端子電極６と前記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る。その結果、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、第１雄ねじ部６Ａが腐食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、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。
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、特に上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。本第２実施形態におけるスパークプラグ５１は、図２に示すように、特に電極組立体５８の構成が上記第１実施形態と相違する。すなわち、電極組立体５８は、上記第１実施形態と同様に中心電極５５及び中軸５７により構成されているが、中心電極５５の鍔部５５Ａ及び棒状部５５Ｂが同一の金属材料（例えば、インコネル等）により一体的に形成されており、前記鍔部５５Ａに対して中軸５７の先端部が溶接されている。つまり、中軸５７のみが、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、鍔部５５Ａはそれとは異なる金属材料により構成されている。

以上、本第２実施形態によれば、上記第１実施形態とほぼ同様の作用効果が奏されることとなる。

次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、中軸及び鍔部の双方をコバールにより形成したサンプル（実施例１）、中軸をコバールにより形成したサンプル（実施例２）、及び、中軸を白金合金により形成したサンプル（実施例３）と、炭素鋼により中軸を形成したサンプル（比較例１）、及び、銅合金により中軸を形成したサンプル（比較例２）とをそれぞれ作製し、各サンプルについて気密性評価試験を行った。

尚、気密性評価試験の概要は次の通りである。まず、１時間で５００℃まで上昇させるとともに、その後１時間に亘って５００℃で加熱し、次いで徐冷することを１サイクルとする冷熱試験を、各サンプルについて１サイクルから１００サイクル行った。そして、冷熱試験後のサンプルを容積２００ｃｃのチャンバーに組付けた上で、チャンバー内の初期圧力を２０ｋＰａとして３０分間放置した。その後、３０分経過後におけるチャンバー内の圧力（残存圧力）を測定し、初期圧力に対する残存圧力の割合（残存圧力比）を算出した。図３に、各サンプルにおける、冷熱試験のサイクル数と残存圧力比との関係を示す。尚、図３においては、実施例１の試験結果を白抜き丸（○）でプロットし、実施例２の試験結果を黒四角（■）でプロットし、実施例３の試験結果を白抜き菱形（◇）でプロットし、比較例１の試験結果を白抜き三角（△）でプロットし、比較例２の試験結果をバツ印（×）でプロットした。また、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により形成した。尚、表１に、常温から５００℃における各サンプルの中軸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３に示すように、中軸を炭素鋼や銅合金により構成した比較例１，２のサンプルは、冷熱試験のサイクル数を増大させるにつれて、気密性が大きく低下し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、中軸の線膨張係数が比較的大きかったことから、冷熱試験時において軸線に沿った中軸の延び量と絶縁碍子の延び量との差が大きくなってしまい、その結果、充填粉末が大きくずれ動いてしまったことに起因すると考えられる。

これに対して、中軸をコバールや白金合金により構成し、常温から５００℃における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）以内とした実施例１，２，３のサンプルは、冷熱試験を繰り返し行った場合でも、残存圧力がほとんど減少することなく、優れた気密性を有することがわかった。これは、加熱時における中軸の延び量と絶縁碍子の延び量との差が極めて小さくなり、ひいては充填粉末のずれ動きが極力抑制されたためであると考えられる。

特に、中軸及び鍔部（つまり、充填粉末に接触する部分の全域）を、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）以内の金属材料により形成した実施例１のサンプルは、１００サイクルの冷熱試験を行った後においても、気密性が全く低下しないことが確認された。

以上、上記評価試験の結果を勘案して、気密性の向上を図るべく、常温から５００℃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中軸を構成することが好ましいといえる。また、気密性の更なる向上を図るという観点からは、中軸に加えて、中心電極の鍔部についても、常温から５００℃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好ましいといえる。

次に、中軸表面をＮｉメッキで覆ったスパークプラグのサンプルと、中軸表面をＮｉメッキで覆わなかったスパークプラグのサンプルとを作製し、各サンプルについて、上述の冷熱試験を複数サイクル行った。そして、１０サイクル終了後、及び、１００サイクル終了後に、各サンプルについて、端子電極から中心電極までの通電経路の抵抗値を測定した。表２に、中軸表面をＮｉメッキで覆ったサンプル（Ｎｉメッキあり）、及び、中軸をＮｉメッキで覆わなかったサンプル（Ｎｉメッキなし）について、初期抵抗値、１０サイクル終了後の抵抗値、及び、１００サイクル終了後の抵抗値をそれぞれ示す。尚、各サンプルともに、中軸をコバールにより形成した。また、各サンプルの初期抵抗値を０．０１ｋΩとした。

表２に示すように、中軸表面をＮｉメッキで覆わなかったサンプルは、冷熱試験を繰り返し行うことで、抵抗値が急激に増大してしまうことがわかった。これは、５００℃という高温下に置かれることで中軸表面の酸化が急速に進行してしまったことによると考えられる。

一方で、中軸表面をＮｉメッキで覆ったサンプルは、冷熱試験を複数サイクル行った場合であっても、通電経路の抵抗値が増大しない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、５００℃という高温下においても中軸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、スパークプラグの通電抵抗値の増大防止を図るという観点から、中軸表面（少なくとも端子電極との接触部位表面）にＮｉメッキ等の耐熱処理加工を施すことが有意であるといえる。

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、中軸７，５７全体が、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形成されているが、中軸７，５７のうち少なくとも充填粉末２６に対して外周面が接触する部位をこのような金属材料により形成することとしてもよい。

（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）上記実施形態におけるスパークプラグ１，５１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。

（ｄ）上記実施形態では、中軸７の先端部外周面が平滑状に形成されているが、図４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４においては、前記溝部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。但し、このように粗面化部の表面粗さや溝部７Ａの深さを比較的大きくすることで、充填粉末２６のずれ動きがより懸念されるところであるが、中軸７を上述した金属材料により構成することで、当該懸念を払拭することができる。つまり、中軸７を上述した金属材料により構成することで、粗面化部の表面粗さや溝部７Ａの深さを比較的大きくすることによるデメリットが解消され、粗面化部の表面粗さ等を比較的大きくすることによる気密性等の向上というメリットがより一層確実に、かつ、効果的に発揮されるのである。

（ｅ）上記実施形態では、中軸７の表面全域に耐熱処理加工（Ｎｉメッキ）が施されているが、中軸７のうち少なくとも端子電極６との接触部位表面に耐熱処理加工を施すこととしてもよい。また、中軸７に耐熱処理加工を施さないこととしてもよい。

（ｆ）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。

（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、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。

（ｉ）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、座部１６の温度が５００℃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。

１，５１…スパークプラグ、２…絶縁碍子（絶縁体）、４…軸孔、４Ａ…段部、５…中心電極、５Ａ，５５Ａ…鍔部、６…端子電極、７，５７…中軸、２６…充填粉末、ＣＬ１…軸線。

Claims (3)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有するとともに、当該軸孔内に段部を備える絶縁体と、
   径方向外側に膨出する鍔部を有し、前記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、前記中心電極の後端部から前記軸孔の後端開口側へと延びる棒状の中軸と、
   前記中軸の先端部及び前記軸孔の間において、前記鍔部に接するように充填される充填粉末と、
   前記軸孔の後端側に挿設され、前記中軸の後端部と接触する端子電極とを備えるスパークプラグであって、
   前記中軸のうち、少なくとも前記充填粉末に対して外周面が接触する部位を、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、
   前記中軸のうち、少なくとも前記端子電極との接触部位表面に耐熱処理加工を施したことを特徴とするスパークプラグ。
2. 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に記載のスパークプラグ。
3. 前記中心電極の鍔部を、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請求項１又は２に記載のスパークプラグ。

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