JP6674496B2 - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はスパークプラグ及びその製造方法に関し、特にチップの耐火花消耗性を向上できるスパークプラグ及びその製造方法に関するものである。

スパークプラグの電極（チップ）に適用できる線材として、特許文献１には、Ｉｒを含有する線材の長手方向の断面における結晶粒を０．２５ｍｍ^２当たり２〜２０個とする技術が開示されている。特許文献１に開示される技術では、結晶粒の数を抑えることにより、高温下で結晶に比べて酸化し易い粒界の面積を抑えて、高温酸化消耗性を向上させる。

特開２０１５−１９００１２号公報

しかし、上記従来の技術では、火花放電によるチップの体積減少（火花消耗）の抑制効果は不明である。スパークプラグのチップは耐火花消耗性の向上が望まれている。

本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、チップの耐火花消耗性を向上できるスパークプラグ及びその製造方法を提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、Ｉｒを主体とするチップと、チップが接合された母材と、を備える第１電極と、チップと火花ギャップを介して対向する第２電極と、を備える。チップは、火花ギャップ内でチップと第２電極とを結ぶ第１方向の任意の断面において０．２５ｍｍ^２の範囲に現出する結晶粒が２０個以上であり、第１方向の結晶粒の長さをＹ、第１方向に垂直な第２方向の結晶粒の長さをＸとするときに、５μｍ≦Ｘ≦１００μｍ、且つ、Ｙ／Ｘ≧１．５を満たす。

請求項１記載のスパークプラグによれば、チップは、火花ギャップ内でチップと第２電極とを結ぶ第１方向の任意の断面において０．２５ｍｍ^２の範囲に２０個以上の結晶粒が現出する。第１方向の結晶粒の長さＹ、第１方向に垂直な第２方向の結晶粒の長さＸの関係が５μｍ≦Ｘ≦１００μｍ、且つ、Ｙ／Ｘ≧１．５を満たすので、チップの耐火花消耗性を向上できる。

請求項２記載のスパークプラグによれば、チップは、その断面において、Ｉｒの含有率の範囲は４質量％以下である。よって、請求項１の効果に加え、チップの局所的な消耗を抑制できる。

請求項３記載のスパークプラグによれば、チップは、Ａｒ雰囲気中１３００℃でチップを１０時間加熱した処理後のその断面のビッカース硬度Ｈａ、処理前のその断面のビッカース硬度Ｈｂの関係がＨｂ≧２２０ＨＶ、且つ、Ｈｂ／Ｈａ≦１．３を満たす。よって、請求項１又は２の効果に加え、チップの硬さを確保しつつ、高温下での再結晶化や粒成長を抑制し、チップの耐火花消耗性を長期間に亘って維持できる。

請求項４記載のスパークプラグによれば、チップは、さらにＲｈを０．５質量％以上含有するので、再結晶温度を低下させることができる。その結果、請求項１から３のいずれかの効果に加え、所望の組織にチップを調製し易くできる。

請求項５記載のスパークプラグの製造方法によれば、準備工程により、チップの直径に相当する直径をもち複数の結晶粒からなる線材が準備される。加熱工程により、線材の長手方向の一部が加熱され線材に温度勾配が形成されることで結晶粒が長手方向へ成長する。その結果、線材をチップに適用して、請求項１から４のいずれかに記載のスパークプラグを製造できる。

請求項６記載のスパークプラグの製造方法によれば、冷却工程により線材の長手方向の一部が冷却されるので、線材に温度勾配をより形成し易くできる。よって、請求項５の効果に加え、チップの品質の安定性を向上できる。

一実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 図１の一部を拡大したスパークプラグの断面図である。 チップの断面図である。 加熱装置の模式図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は一実施の形態におけるスパークプラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図であり、図２は図１の一部を拡大したスパークプラグ１０の断面図である。図１及び図２では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という。

図１に示すようにスパークプラグ１０は中心電極２０（第１電極）及び接地電極４０（第２電極）を備えている。中心電極２０は絶縁体１１に固定され、接地電極４０は主体金具３０に接続されている。絶縁体１１は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材である。絶縁体１１は、軸線Ｏに沿って軸孔１２が貫通する。軸孔１２の先端側には、後端側を向く後端向き面１３が全周に亘って形成されている。絶縁体１１は、軸線方向の中央に外径が最も大きい大径部１４が形成されている。絶縁体１１は、大径部１４よりも先端側に、径方向の外側に張り出した係止部１５が形成されている。係止部１５は先端側へ向かうにつれて縮径している。

中心電極２０は、軸孔１２に配置される棒状の部材である。中心電極２０は、後端向き面１３よりも軸孔１２の先端側に配置される軸部２１と、後端向き面１３に係止される頭部２２と、を備えている。軸部２１の一部は軸孔１２から突出する。中心電極２０は熱伝導性に優れる芯材が母材２３に埋設されている。本実施形態では、母材２３はＮｉを主体とする合金またはＮｉからなり、芯材は銅を主体とする合金または銅からなる。なお、芯材を省略することは可能である。

図２に示すように中心電極２０は母材２３の先端に溶融部２４が形成され、チップ２５が接合されている。溶融部２４は抵抗溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等により形成され、母材２３とチップ２５とが溶け合ってなる。本実施形態では、溶融部２４はレーザ溶接によって母材２３の全周に形成されている。

チップ２５はＩｒを主体とする合金またはＩｒからなる金属で形成されている。Ｉｒを主体とする合金とは、合金に対するＩｒの含有率が５０ｗｔ％以上であることをいう。Ｉｒからなる金属とは、Ｉｒ以外に不可避不純物を含む金属である。本実施形態では、チップ２５はＩｒを主体とする合金からなる円柱状の部材である。チップ２５は、Ｉｒ以外にＰｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｎｉ等を含有し得る。

本実施形態では、母材２３に突き合わせたチップ２５の端面２５ａの中央が残存し、その周囲に溶融部２４が形成された状態が図示されている。しかし、これに限られるものではない。チップ２５の端面２５ａが全て溶融部２４に溶融して消失していても良い。

図１に戻って説明する。端子金具２６は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼）で形成されている。端子金具２６は絶縁体１１の後端に固定されており、先端側が軸孔１２内に配置される。端子金具２６は軸孔１２内で中心電極２０と電気的に接続されている。

主体金具３０は、絶縁体１１の外周に配置される円筒状の部材である。主体金具３０は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。絶縁体１１の先端側の一部を取り囲む胴部３１と、胴部３１の後端側に連接される座部３４と、座部３４の後端側に連接される工具係合部３５と、工具係合部３５の後端側に連接される後端部３６と、を備えている。胴部３１は、エンジン（図示せず）のねじ穴に螺合するおねじ３２が外周に形成されており、絶縁体１１の係止部１５を先端側から係止する棚部３３が内周に形成されている。

座部３４は、エンジンのねじ穴とおねじ３２との隙間を塞ぐための部位であり、胴部３１の外径よりも外径が大きく形成されている。工具係合部３５は、エンジンのねじ穴におねじ３２を締め付けるときに、レンチ等の工具を係合させる部位である。後端部３６は径方向の内側へ向けて屈曲し、絶縁体１１の大径部１４よりも後端側に位置する。主体金具３０は、棚部３３及び後端部３６によって、絶縁体１１の大径部１４及び係止部１５を保持する。

接地電極４０は主体金具３０の胴部３１に接続される部材である。本実施形態では、接地電極４０は主体金具３０に接続される母材４１と、溶融部４２（図２参照）により母材４１に接合されたチップ４３と、を備えている。母材４１は導電性を有する金属製（例えばニッケル基合金製）である。チップ４３は、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｈ等の貴金属を主体とする合金または貴金属からなる部材である。溶融部４２は抵抗溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等により形成され、母材４１とチップ４３とが溶け合ってなる。本実施形態では溶融部４２は抵抗溶接により形成されている。

スパークプラグ１０（図１参照）は、中心電極２０のチップ２５の端面２５ｂと接地電極４０（チップ４３）との間が第１方向Ｄ１に離れ、チップ２５の端面２５ｂと接地電極４０との間に火花ギャップＧが形成される。本実施形態では、第１方向Ｄ１は軸線Ｏの方向と一致する。チップ２５は、第１方向Ｄ１の任意の断面において０．２５ｍｍ^２の範囲（０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方形の視野）に２０個以上の結晶粒が現出する。チップ２５は、第１方向Ｄ１の結晶粒の長さＹ、第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２の結晶粒の長さＸの関係が、５μｍ≦Ｘ≦１００μｍ、且つ、Ｙ／Ｘ≧１．５を満たす。これにより、チップ２５の耐火花消耗性を向上できる。

図３を参照して、チップ２５の結晶粒の長さ（Ｘ，Ｙ）の測定方法の一例を説明する。図３はチップ２５の軸線Ｏ（図１参照）を含む断面図である。結晶粒の長さはＪＩＳ Ｇ０５５１：２０１３年に準拠して測定する。例えば、母材２３に接合されたチップ２５（溶融部２４を形成するときの熱影響を受けたもの）について、軸線Ｏを含む平面でチップ２５を切断し、チップ２５を２つに分ける。２つに分けた一方について、平らな断面が現れるようにチップ２５を研磨し、金属顕微鏡またはＳＥＭによる組成像による顕微鏡写真を得る。

得られた顕微鏡写真の端面２５ｂから０．０５ｍｍ離れた位置に、端面２５ｂと平行に直線からなる試験線５０を引く。次いで、試験線５０から０．０５ｍｍ離れた位置に、試験線５０と平行に直線からなる試験線５１を引く。さらに、試験線５１から０．０５ｍｍ離れた位置に、試験線５１と平行に直線からなる試験線５２を引く。なお、チップ２５の第１方向Ｄ１の長さが短くて、チップ２５に３本の試験線５０，５１，５２を引けない場合には、試験線５０，５１，５２の間隔（０．０５ｍｍ）を短くしたり、試験線５０，５１，５２の間隔は変えないで端面２５ｂと試験線５０との間隔（０．０５ｍｍ）を短くしたりすることができる。

次いで、試験線５０，５１，５２がそれぞれ通過または捕捉したチップ２５の結晶粒の数（Ｎ_１，Ｎ_２，Ｎ_３）を計数する。結晶粒の計数は、試験線５０，５１，５２と結晶粒の交差の形態によって、試験線５０，５１，５２が結晶粒を通過する場合はＮ_１，Ｎ_２，Ｎ_３＝１、試験線５０，５１，５２が結晶粒内で終了する場合はＮ_１，Ｎ_２，Ｎ_３＝０．５、試験線５０，５１，５２が粒界に接している場合はＮ_１，Ｎ_２，Ｎ_３＝０．５とする。試験線５０，５１，５２のうちチップ２５の結晶粒と交差した部分の長さをそれぞれＹ_１，Ｙ_２，Ｙ_３としたとき、（Ｙ_１＋Ｙ_２＋Ｙ_３）／（Ｎ_１＋Ｎ_２＋Ｎ_３）を、第１方向Ｄ１のチップ２５の結晶粒の長さ（Ｙ）とする。

次に、チップ２５の端面２５ｂの線分の中点５３を通る直線であって、試験線５０，５１，５２に垂直な直線からなる試験線５４を顕微鏡写真の上に引く。さらに、試験線５４から１００μｍ離れた位置に、試験線５４と平行に直線からなる試験線５５，５６を試験線５４の両側に引く。試験線５４，５５，５６は、端面２５ｂから溶融部２４又は端面２５ａまで引く。

次いで、３本の試験線５４，５５，５６がそれぞれ通過または捕捉したチップ２５の結晶粒の数（Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３）を計数する。結晶粒の計数（Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３）はＮ_１，Ｎ_２，Ｎ_３の計数と同様にする。試験線５４，５５，５６のうち結晶粒と交差した部分の長さをそれぞれＸ_１，Ｘ_２，Ｘ_３としたとき、（Ｘ_１＋Ｘ_２＋Ｘ_３）／（Ｍ_１＋Ｍ_２＋Ｍ_３）を、第２方向Ｄ２の結晶粒の長さ（Ｘ）とする。

チップ２５は、結晶粒の長さを測定した断面において、複数の測定点でＩｒの含有率を測定した測定値の最大値と最小値との差（範囲）が４ｗｔ％以下にされる。Ｉｒの過剰な偏析を抑制できるので、チップ２５の局所的な消耗を抑制できる。なお、Ｉｒの含有率はＥＰＭＡのＷＤＳ分析により測定できる。

チップ２５をＡｒ雰囲気中１３００℃で１０時間加熱した処理後のチップ２５の断面のビッカース硬度をＨａ、その処理前のチップ２５の断面のビッカース硬度をＨｂとするときに、Ｈｂ≧２２０ＨＶ、且つ、Ｈｂ／Ｈａ≦１．３を満たす。これにより、チップ２５の硬さを確保しつつ、高温下での再結晶化や粒成長を抑制し、チップ２５の耐火花消耗性を長期間に亘って維持できる。

なお、チップ２５の組織や硬さは、溶接方法、溶接時の雰囲気、溶接に用いるレーザビームや電子ビームの照射条件、チップ２５の材質や形状等（チップ２５の第１方向Ｄ１の長さや断面積）、チップ２５を製造する際の加工条件などにより制御できる。

チップ２５のビッカース硬度は、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９年に準拠して測定される。チップ２５の結晶粒の長さ（Ｘ，Ｙ）を測定したチップ２５の切断面を鏡面研磨して、ビッカース硬度Ｈｂを測定する試験片とする。軸線Ｏを含む平面でチップ２５を切断して２つに分けたもう一方は、切断面を鏡面研磨して、ビッカース硬度Ｈａを測定する試験片とする。

なお、チップ２５を切断して２つに分けた試験片を作ることができない場合には、同じ条件で製造したスパークプラグ１０を２つ用意し、そのうちの１つを用いてビッカース硬度Ｈｂを測定する試験片を作り、もう１つを用いてビッカース硬度Ｈａを測定する試験片を作っても良い。

ビッカース硬度Ｈａを測定する試験片には、切断面を鏡面研磨する前に熱処理を施す。熱処理は、溶融部２４を形成するときの熱影響を受けたチップ２５（母材２３や溶融部２４を含んでいても良い）を雰囲気炉に入れ、Ａｒを２Ｌ／分の流量で流しながら１３００℃まで１０℃／分の速度で昇温し、１３００℃で１０時間の加熱を維持した後に加熱を止め、Ａｒを２Ｌ／分の流量で流しながら自然冷却する処理である。熱処理を施す理由は、チップ２５の残留応力を除去すると共に、加工や溶接熱等の影響で変化したチップ２５の結晶組織を調整するためである。

ビッカース硬度Ｈａ，Ｈｂの測定点（圧子を押し込む点）は、チップ２５の縁から０．１０ｍｍ離れた位置とする。圧子が押し込まれてできる圧痕が互いに０．４ｍｍ離れる測定点を４点選ぶ。なお、圧痕が溶融部２４に含まれる場合、又は、溶融部２４とチップ２５との境界から１００μｍ以内の領域に圧痕が含まれる場合には、その圧痕は測定値から除く。測定値が溶融部２４の影響を受けるのを防ぐためである。圧子に加える試験力は１．９６Ｎ（２００ｇｆ）、試験力の保持時間は１０秒とする。４点の測定点における測定値の算術平均値を算出し、ビッカース硬度Ｈａ，Ｈｂとする。

図４を参照してチップ２５の製造方法について説明する。図４はチップ２５の材料となる線材６１が加熱される加熱装置６０の模式図である。図４では、加熱装置６０の長手方向の両端の図示が省略されている。加熱装置６０は、チップ２５の直径に相当する直径をもつ線材６１を加熱し、線材６１の組織を調製する装置である。線材６１はＩｒを主体とする合金からなり、合金はさらにＲｈを０．５質量％以上含有する。線材６１は複数の結晶粒からなり、線材６１の短手方向の結晶粒の長さＸは１００μｍ以下である。

加熱装置６０は、石英ガラス等により形成された透明なチューブ６２と、チューブ６２の外側の所定の位置に配置されたヒータ６３と、ヒータ６３と軸方向に間隔をあけてチューブ６２の内側に配置されたクーラ６４と、ヒータ６３で加熱された線材６１の温度を測定する温度計６５と、を備えている。チューブ６２の内側に配置された線材６１は、ヒータ６３から離れた位置に配置されたチャック（図示せず）により保持される。

チューブ６２は、線材６１を加熱する雰囲気を確保するための部材であり、必要に応じて、チューブ６２の内側にＡｒガス等の不活性ガスが流される。ヒータ６３は、線材６１の長手方向の一部を加熱するものである。ヒータ６３により長手方向の一部が加熱された線材６１は、長手方向に温度勾配が形成される。本実施形態ではヒータ６３は高周波誘導加熱用コイルである。ヒータ６３は溶融しない温度に線材６１を加熱する。ヒータ６３により加熱された線材６１が到達する温度は、線材６１の組成にもよるが、例えば１０００〜１５００℃程度である。

クーラ６４は、線材６１の長手方向の一部を冷却するものである。クーラ６４は、ヒータ６３と軸方向に間隔をあけて配置されているので、線材６１に温度勾配をより形成し易くできる。本実施形態では、クーラ６４は水冷によって自身が冷却される金属製のブロックであり、線材６１に接触している。温度計６５は、ヒータ６３の位置における線材６１の温度を測定する。本実施形態では、温度計６５は放射温度計である。

加熱工程においてヒータ６３が線材６１の一部を加熱し、冷却工程においてクーラ６４が線材６１の一部を冷却する。これにより、線材６１に長手方向の温度勾配が形成され、線材６１を構成する結晶粒が長手方向へ成長する。線材６１を保持した状態でチャックが線材６１の長手方向（矢印Ｌ方向）に移動すると、線材６１が長手方向に移動する。これにより、線材６１に順次、温度勾配が形成され、結晶粒が長手方向へ成長した部分が線材６１に順次形成される。

加熱された線材６１が一定の長さに切断されチップ２５が作られるので、チップ２５の第１方向Ｄ１（線材６１の長手方向）の結晶粒の長さＹを長くできる。線材６１の加熱時間や温度勾配の大きさ等を設定することにより、結晶粒が５μｍ≦Ｘ≦１００μｍ、且つ、Ｙ／Ｘ≧１．５を満たすチップ２５を製造できる。さらに、線材６１の長手方向の一部をクーラ６４が冷却するので、温度勾配をより形成し易くでき、５μｍ≦Ｘ≦１００μｍ、且つ、Ｙ／Ｘ≧１．５を満たすチップ２５の品質の安定性を向上できる。

線材６１は溶融しない温度に加熱されるので、加熱装置６０による加熱時の凝固偏析により生じる組成のばらつきを防ぎつつ、チップ２５の組織を調製できる。これにより、耐火花消耗性に優れるチップ２５を安定に製造できる。線材６１はＩｒに加え、Ｒｈを０．５質量％以上含有するので、大気雰囲気で粒成長させることができる。さらに、Ｒｈにより再結晶温度が低下するので、所望の組織に線材６１を調製し易くできる。

スパークプラグ１０は、得られたチップ２５を用いて、例えば以下のような方法によって製造される。まず、チップ２５が母材２３に接合された中心電極２０を絶縁体１１の軸孔１２に挿入し、軸孔１２に中心電極２０を配置する。次いで、端子金具２６と中心電極２０との導通を確保しつつ、端子金具２６を絶縁体１１の後端に固定する。次に、接地電極４０が予め接合された主体金具３０に絶縁体１１を挿入し、後端部３６を屈曲して主体金具３０を絶縁体１１に組み付ける。次いで、接地電極４０が中心電極２０のチップ２５と対向するように接地電極４０を曲げ加工し、スパークプラグ１０を得る。

なお、本実施形態では、加熱装置６０がチューブ６２を備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。大気雰囲気で線材６１を加熱しても酸化等による問題が生じなければ、チューブ６２を省略することは当然可能である。

本実施形態では、高周波誘導加熱用コイルをヒータ６３とする場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。電気炉（発熱体）、バーナ等をヒータ６３とすることは当然可能である。

本実施形態では、金属製の水冷されるブロックをクーラ６４とする場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。水等の流体が内部を流れるパイプ、冷却用の液体やガス等の流体を線材６１に向けて吐出するノズル、ペルチェ素子などをクーラ６４とすることは当然可能である。なお、クーラ６４は省略できる。クーラ６４を省略してもヒータ６３によって線材６１に温度勾配を形成できるからである。

本実施形態では、線材６１を長手方向に移動させ、線材６１に順次、温度勾配を形成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。線材６１を長手方向に移動させる代わりに、ヒータ６３やクーラ６４を線材６１に沿って移動させることは当然可能である。また、線材６１やヒータ６３、クーラ６４を移動させる機構を省略することは当然可能である。線材６１に温度勾配を形成すれば、線材６１やヒータ６３等を移動させなくても粒成長するからである。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（サンプルの作成）
試験者は、各種線材の一部を加熱しそこ以外の一部を冷却して温度勾配を形成し種々の線材を得た後、これを切断して同一寸法の種々の円柱状のチップ２５を得た。試験者は、同一寸法の母材２３の端面とチップ２５の端面２５ａとをそれぞれ突き合わせた後、ファイバレーザ溶接機により、全周に亘って母材２３とチップ２５との境界にレーザビームを照射して溶融部２４を形成し、種々の中心電極２０を得た。なお、チップ２５の組成が異なっても、溶融部２４とチップ２５との境界からチップ２５の端面２５ｂまでの軸線方向の長さが同一となるように、ファイバレーザ溶接機が母材２３及びチップ２５に入力するエネルギーを調整した。

得られた種々の中心電極２０を絶縁体１１に固定し、絶縁体１１に主体金具３０を組み付けてサンプル２〜１６におけるスパークプラグ１０を得た。比較のために、加熱および冷却の処理を施さない線材を用いて円柱状のチップを作成した以外は、サンプル２〜１６と同様にして、サンプル１におけるスパークプラグを得た。各サンプルについて複数の分析を行うので、各サンプルは、同一の条件で作成したものを複数準備した。

表１は、サンプル１〜１６におけるスパークプラグ１０のチップ２５の組成および組織の一覧表である。

チップ２５の組成は、ＥＰＭＡ（ＪＸＡ−８５００Ｆ、日本電子株式会社製）のＷＤＳ分析（加速電圧２０ｋＶ、測定領域のスポット径１μｍ）により測定した。まず、軸線Ｏを含む平面でチップ２５を切断し、その切断面において任意の測定点の組成を測定した。次に、その測定点の中心から０．５μｍだけ中心の位置を離した測定点の組成を測定した。これを順次行い、０．５μｍ間隔に設定された１０点の測定点の組成を測定した。表１に示す組成はこの１０点の測定値の算術平均値である。表１に示す数値が０（ゼロ）の元素は含有量が検出限界以下であることを示す。さらに、試験者は同じ切断面においてこの分析（１０点の測定）を任意の位置で５回行い、合計５０点のＩｒの測定値の最大値と最小値との差（範囲）を算出した。

また、試験者は前述のとおり、軸線Ｏを含むチップ２５の断面（第１方向Ｄ１の断面）において０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方形の視野（０．２５ｍｍ^２の範囲）に現出する結晶粒の数、結晶粒の長さＸ，Ｙ／Ｘ、ビッカース硬度Ｈｂ／Ｈａを測定した。結果は表１に記した。全てのサンプルはＨｂ≧２２０ＨＶであった。

（火花消耗試験）
試験者は、投影機を用いてスパークプラグの各サンプルのチップ２５の寸法の情報を取得しチップ２５の体積（Ｖｂ）を算出した後、各サンプルをチャンバに取り付けた。窒素ガス（流量０．５Ｌ／分）をチャンバに充填し、チャンバを０．６Ｍｐａに加圧した。この状態で、１００Ｈｚの周期で１５０時間、中心電極２０のチップ２５と接地電極４０との間に火花放電を生じさせる試験を行った。

試験後、チャンバからスパークプラグを取り外し、投影機を用いてチップ２５の寸法の情報を取得しチップ２５の体積（Ｖａ）を算出した。次いで、試験前のチップ２５の体積（Ｖｂ）から試験後のチップの体積（Ｖａ）を減じた体積（Ｖｂ−Ｖａ、以下「消耗体積」と称す）を算出した。

表１に示すように、サンプル１（比較例）は０．２５ｍｍ^２の範囲に現出する結晶粒が２０個以上であり、Ｉｒの含有率の範囲は４質量％以下であった。Ｙ／Ｘ≧１．５は満たすが、Ｘ＜５μｍであった。また、Ｈｂ／Ｈａ＞１．３であった。

判定は、サンプル１の消耗体積（Ｖ１）に対する各サンプルの消耗体積（Ｖ）の比率（Ｖ／Ｖ１）に基づき、ＡからＣの３ランクに分けた。判定基準は以下のとおり。Ａ：Ｖ／Ｖ１＜０．８５，Ｂ：０．８５≦Ｖ／Ｖ１＜０．９５，Ｃ：Ｖ／Ｖ１≧０．９５。Ｖ／Ｖ１が小さいほど、サンプル１（比較例）に比べてチップの消耗が少なく、耐火花消耗性に優れることを示している。結果は表１に記した。

表１に示すとおり、サンプル５〜１６はＡ判定であった。サンプル５〜１６は、０．２５ｍｍ^２の範囲に現出する結晶粒が２０個以上であり、結晶粒の長さＸ，Ｙが、５μｍ≦Ｘ≦１００μｍ、且つ、Ｙ／Ｘ≧１．５を満たしていた。Ｉｒの含有率の範囲は４質量％以下であり、Ｈｂ／Ｈａ≦１．３であった。０．２５ｍｍ^２の範囲に現出する結晶粒が２０個以上であり、５μｍ≦Ｘ≦１００μｍ、且つ、Ｙ／Ｘ≧１．５を満たすと耐火花消耗性が向上するメカニズムは不明だが、第１方向Ｄ１へ延びる結晶粒と第２方向Ｄ２に密な粒界とが火花消耗を抑制すると推察される。

サンプル４はＢ判定であった。サンプル４は、０．２５ｍｍ^２の範囲に現出する結晶粒が２０個以上であり、結晶粒の長さＸ，Ｙが、５μｍ≦Ｘ≦１００μｍ、且つ、Ｙ／Ｘ≧１．５を満たしていた。Ｈｂ／Ｈａ≦１．３であったが、Ｉｒの含有率の範囲は５質量％であった。サンプル４はＩｒの含有率の範囲がサンプル５〜１６に比べて大きいので、Ｉｒの偏析によりサンプル５〜１６に比べて火花消耗が進行したと推察される。

サンプル２及び３（比較例）はＣ判定であった。サンプル３は０．２５ｍｍ^２の範囲に現出する結晶粒が２０個以上であった。Ｉｒの含有率の範囲は４質量％以下であり、Ｈｂ／Ｈａ≦１．３であった。Ｙ／Ｘ≧１．５は満たすが、Ｘ＜５μｍであった。サンプル３は結晶粒の第２方向Ｄ２の長さＸがサンプル４〜１６に比べて短いので、粒界が第２方向Ｄ２に過密化しサンプル４〜１６に比べて火花消耗が進行したと推察される。

サンプル２は０．２５ｍｍ^２の範囲に現出する結晶粒が２０個以上であった。Ｉｒの含有率の範囲は４質量％以下であり、Ｈｂ／Ｈａ≦１．３であった。５μｍ≦Ｘ≦１００μｍは満たすが、Ｙ／Ｘ＜１．５であった。サンプル２はＹ／Ｘ＜１．５なので、結晶粒の第１方向Ｄ１の長さＹが不足し、サンプル４〜１６に比べて火花消耗が進行したと推察される。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

実施形態では、チップ２５の形状が円柱の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の形状を採用することは当然可能である。他のチップ２５の形状としては、例えば円錐台状、楕円柱状、三角柱や四角柱等の多角柱状などが挙げられる。

実施形態では、中心電極２０のチップ２５の耐火花消耗性を向上させるため、チップ２５が所定の条件を満たす（中心電極２０を第１電極とする）場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。接地電極４０のチップ４３の耐火花消耗性を向上させる場合には、チップ４３が所定の条件を満たす（接地電極４０を第１電極とし、中心電極２０を第２電極とする）ようにすれば良い。

実施形態では、中心電極２０の母材２３にチップ２５を接合する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。母材２３とチップ２５との間に、Ｎｉ基合金などで形成された中間材を介在させることは当然可能である。この場合、中間材は母材２３の一部である。接地電極４０を第１電極とする場合も、母材４１とチップ４３との間に、Ｎｉ基合金などで形成された中間材を介在させることは当然可能である。この場合、中間材は母材４１の一部である。

実施形態では、第１電極である中心電極２０のチップ２５と第２電極である接地電極４０とが軸線Ｏの方向に対向し、その間に火花ギャップＧが形成される場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。第１電極のチップと第２電極とを、軸線Ｏと交わる方向に対向させ、その間に火花ギャップを形成することは当然可能である。その場合、火花ギャップ内でチップと第２電極とを結ぶ方向が第１方向となる。その第１方向は軸線Ｏの方向と交差するので、軸線Ｏの方向が常に第１方向というわけではない。第１電極のチップ及び第２電極が配置される位置によって、第１方向および第２方向は設定される。

１０ スパークプラグ
２０ 中心電極（第１電極）
２３ 母材
２５ チップ
４０ 接地電極（第２電極）
６１ 線材
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｇ 火花ギャップ

Claims (6)

1. Ｉｒを主体とするチップと、前記チップが接合された母材と、を備える第１電極と、
   前記チップと火花ギャップを介して対向する第２電極と、を備えるスパークプラグであって、
   前記チップは、前記火花ギャップ内で前記チップと前記第２電極とを結ぶ第１方向の任意の断面において０．２５ｍｍ^２の範囲に現出する結晶粒が２０個以上であり、
   前記第１方向の前記結晶粒の長さをＹ、前記第１方向に垂直な第２方向の前記結晶粒の長さをＸとするときに、５μｍ≦Ｘ≦１００μｍ、且つ、Ｙ／Ｘ≧１．５を満たすスパークプラグ。
2. 前記チップは、前記断面において、Ｉｒの含有率の範囲は４質量％以下である請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記チップは、Ａｒ雰囲気中１３００℃で前記チップを１０時間加熱した処理後の前記断面のビッカース硬度をＨａ、前記処理前の前記断面のビッカース硬度をＨｂとするときに、Ｈｂ≧２２０ＨＶ、且つ、Ｈｂ／Ｈａ≦１．３を満たす請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記チップは、さらにＲｈを０．５質量％以上含有する請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記チップの直径に相当する直径をもち複数の結晶粒からなる線材を準備する準備工程と、
   前記線材の長手方向の一部を加熱することで前記線材に温度勾配を形成し前記結晶粒を長手方向へ成長させる加熱工程と、を備えるスパークプラグの製造方法。
6. 前記線材の長手方向の一部を冷却する冷却工程をさらに備える請求項５記載のスパークプラグの製造方法。

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