WO2010103790A1 - 内燃機関用スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

接地電極と同一の材料からなる突部を有するスパークプラグにおいて、突部における熱引き性能の向上を図り、ひいては耐消耗性の向上を図る事を課題とする。スパークプラグ（１）は、軸線ＣＬ１方向に延びる棒状の中心電極（５）と、中心電極（５）の外周に設けられた略円筒状の絶縁碍子（２）と、絶縁碍子（２）の外周に設けられた略筒状の主体金具（３）と、主体金具（３）の先端部（２６）から延びるとともに、自身の先端部が中心電極（５）の先端部との間に火花放電間隙（３５）を形成する接地電極（２７）とを備える。前記接地電極（２７）の先端部には、前記中心電極５側に突出し、中心電極（５）の先端部との間で火花放電間隙（３５）を形成する突部（２８）が、前記接地電極（２７）と同一の材料から形成される。また、少なくとも前記突部（２８）の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされる。

Description

内燃機関用スパークプラグ及びその製造方法

本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグ及びその製造方法に関する。

一般的に自動車エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグは、中心電極と接地電極との間の火花放電間隙において、火花を生じさせることにより、内燃機関の燃焼室に供給される混合気に点火する構成となっている。　

近年では、排ガス規制への対応や燃費向上の観点から、リーンバーンエンジンや、直噴エンジン、低排ガスエンジン等の内燃機関の開発が積極的に行われている。このような内燃機関においては、従来よりも着火性に優れたスパークプラグが要求される。　

着火性に優れたスパークプラグとしては、接地電極に突部を設けたものが知られており、例えば、接地電極に対して、耐消耗性に優れるイリジウム合金や白金合金等の貴金属チップを溶接して突部を形成したものが挙げられる（特許文献１等参照）。　

ところが、イリジウム合金や白金合金等の貴金属チップは高価であり、製造コストの増大を招いてしまうおそれがある。　

そこで、接地電極自体を加工することによって、接地電極を構成する材料と同一の材料からなる突部を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献２等参照）。

特開２００３－３１７８９６号公報 特開２００６－２８６４６９号公報

しかしながら、接地電極から突出して設けられた突部においては、熱が引かれにくく、耐消耗性が低下してしまうおそれがある。ここで、上記特許文献１に示すように、突部がイリジウム合金や白金合金等の貴金属チップによって形成されている場合、貴金属合金は耐消耗性に優れることから、熱引きがさほど良くなくとも、前記突部は、使用に耐え得る程度の耐消耗性を維持することができる。ところが、上記特許文献２に示すように、接地電極自体を加工して突部を形成した場合、接地電極を構成する合金は貴金属合金と比べて耐消耗性の面で劣るため、熱引きが良くないと、突部の消耗が急激に進行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、接地電極と同一の材料からなる突部を有するスパークプラグにおいて、突部における熱引き性能の向上を図り、ひいては耐消耗性の向上を図ることができる内燃機関用スパークプラグ及びその製造方法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．本構成の内燃機関用スパークプラグは、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、　前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、　前記絶縁体の外周に設けられた略筒状の主体金具と、　前記主体金具の先端部から延びるとともに、自身の先端部が前記中心電極の先端部との間に間隙を形成する接地電極とを備える内燃機関用スパークプラグであって、　前記接地電極の先端部には、前記中心電極側に突出し、前記中心電極の先端部との間で前記間隙を形成する突部が、前記接地電極と同一の材料から形成されるとともに、　少なくとも前記突部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされることを特徴とする。

前記突部においては、熱引きがあまり良くないことから、突部はより高温となってしまいやすい。従って、接地電極と同一の材料からなり、貴金属合金と比べて、耐消耗性に劣る突部は、火花放電等に伴い、急激に消耗してしまうおそれがある。

構成２．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１において、前記突部の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下とされることを特徴とする。

構成３．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１又は２において、前記接地電極の先端部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされることを特徴とする。

接地電極はその先端側ほど熱引きがさほど良くなく、接地電極の先端側により近い部位ほど高温となりやすい。従って、接地電極の先端部は、内燃機関の使用に伴い消耗してしまいやすい。

構成４．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記接地電極は、自身の略中間部分に屈曲部を備え、前記突部の平均結晶粒径が、前記屈曲部の平均結晶粒径よりも大きいことを特徴とする。　

一般的に接地電極は、中心電極との間で所定の間隙を形成すべく、中心電極側へと屈曲して形成されるが、接地電極の屈曲部には内燃機関の動作に伴う応力が集中しやすい。そのため、接地電極の折損を防止すべく、屈曲部の強度を十分に確保しておく必要がある。　

構成５．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記突部は、前記中心電極側に０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下突出していることを特徴とする。　

構成６．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１乃至５のいずれかに記載の内燃機関用スパークプラグの製造方法であって、　前記接地電極の先端部を加熱し、当該接地電極の先端部の平均結晶粒径を２０μｍ以上２００μｍ以下とする加熱工程と、前記突部を形成する突部形成工程とを備えることを特徴とする。

構成７．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成６において、前記突部形成工程は、前記接地電極の先端部に対して、前記中心電極側の面の背面側から押圧力を加えて押出成型を行うことで、前記突部を形成する押出成型工程を含むことを特徴とする。　

構成８．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成７において、前記押出成型工程の前に、前記加熱工程における加熱処理を行うことを特徴とする。　

構成９．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成６乃至８のいずれかにおいて、前記加熱工程における加熱処理を経ることで、前記接地電極の先端部のビッカース硬度を８０Ｈｖ以上１５０Ｈｖ以下とすることを特徴とする。

構成１によれば、接地電極の先端部には、接地電極と同一の材料からなる突部が設けられている。従って、着火性及び火炎伝播性の向上を図ることができるとともに、貴金属チップを用いて突部を構成した場合と比較して、製造コストの増大抑制を図ることができる。

さらに、構成１によれば、接地電極の先端部のうち、少なくとも突部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下と比較的大きなものとされる。従って、突部においては、少なくとも２０μｍ以上の平均粒径の結晶で構成されることにより、熱伝導が速やかに行われる。すなわち、本構成のスパークプラグは、貴金属チップを用いることなく、接地電極の本体部から突出して設けられた突部の熱引き性能の向上を図ることができ、耐消耗性を向上させることができる。

尚、平均結晶粒径を２０μｍ未満とした場合には、熱伝導率で劣ったものとなり、上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。一方で、平均結晶粒径が２００μｍを超える場合には、熱引き性能の向上を図ることができるものの、結晶粒界で割れが生じやすくなってしまい、ひいては突部に欠損が生じやすくなってしまうおそれがある。　

構成２によれば、突部の平均結晶粒径が５０μｍ以上とされるため、突部において熱伝導がより速やかに行われることとなり、ひいては耐消耗性の更なる向上を図ることができる。

構成３によれば、接地電極先端部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされるため、接地電極の先端部全域の熱伝導率（熱引き性能）を向上させることができる。その結果、耐消耗性の更なる向上を図ることができる。

構成４によれば、突部の平均結晶粒径が、屈曲部の平均結晶粒径よりも大きく、換言すれば、屈曲部の平均結晶粒径がより小さなもの（例えば、２０μｍ未満）とされている。従って、屈曲部における粒界強度（機械的強度）の向上を図ることができ、屈曲部における接地電極の折損をより確実に防止することができる。　

構成５によれば、突部は、接地電極の本体部（接地電極のうち、その表面に形成された突部等を除外した平坦部分）から中心電極側へと０．３ｍｍ以上突出している。従って、突部を設けることによる着火性及び火炎伝播性の向上という作用効果が、より確実に、かつ、より効果的に奏されることとなる。一方で、突部が接地電極の本体部から突出することで、突部における耐消耗性の低下を招いてしまうおそれがあるが、本構成５によれば、突部の突出量は１．０ｍｍ以下とされているため、このような懸念を払拭することができる。　

構成６によれば、複雑な処理を施すことなく、単に加熱処理を施すことによって、接地電極先端部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされる。すなわち、本構成によれば、着火性に優れるとともに、十分な耐消耗性を有するスパークプラグを比較的容易に製造することができる。

構成７によれば、接地電極に押圧力を加えて押出成型を行うことで、突部が形成される。従って、例えば、切削加工等を施して突部を形成する場合と比較して、製造コストの増大を招くことなく、突部を比較的容易に形成することができる。　

一方で、押出成型を施すことにより突部を形成した場合には、図２に示すように、突部から主体金具側へと至る熱伝達の経路がより狭いものとなってしまう。そのため、突部にいては、熱がより一層引かれにくくなってしまうおそれがある。　

この点、上記各構成を採用することにより、突部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされ、優れた熱引き性能が実現されることから、押出成型によって突部を形成した場合であっても、突部において十分な耐消耗性が確保される。すなわち、上記各構成は、押出成型によって突部を形成したスパークプラグにおいて特に有意である。　

構成８によれば、加熱処理により接地電極の硬度をより小さくすることができるため、突部の押出成型を一層容易に行うことができる。その結果、製造効率の向上を図ることができる。また、押出成型に用いられる加工用治具の損耗等を効果的に抑制することができ、製造コストの増大抑制という面でも有意である。　

構成９のように、加熱処理を施すことにより、接地電極先端部の硬度をビッカース硬度で８０Ｈｖ以上１５０Ｈｖ以下と十分に小さくすることで、突部の形成をより一層容易に行うことができ、製造効率の更なる向上等を図ることができる。

本実施形態のスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 スパークプラグ先端部の構成を示す一部破断正面図である。 突部の構成等を示すための部分拡大図である。 耐久性評価試験における、突部の平均結晶粒径と、突部の消耗量との関係を示すグラフである。 別の実施形態における突部の構成を示すための一部破断正面図である。 別の実施形態における突部の構成を示すための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、内燃機関用スパークプラグ（以下、「スパークプラグ」と称す）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、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とを備えている。また、絶縁碍子２は、前記中胴部１２よりも先端側に、これよりも細径に形成された脚長部１３を備えている。当該脚長部１３は、スパークプラグ１を内燃機関に組付けたときに、当該内燃機関の燃焼室に晒される部位である。加えて、前記脚長部１３と中胴部１２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。当該中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が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、中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとを備えている。さらに、前記中心電極５の先端部には、貴金属合金（例えば、イリジウム合金）により形成された円柱状の貴金属チップ３１が接合されている。　

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をエンジンヘッド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をエンジンヘッド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る。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部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。　

また、主体金具３の先端部２６には、Ｎｉ合金等で構成された接地電極２７が接合されている。より詳しくは、接地電極２７は、前記主体金具３の先端部２６に対しその基端部が溶接されるとともに、略中間部分が曲げ返されて構成されている。前記貴金属チップ３１と、次述する接地電極２７の突部２８との間には、間隙としての火花放電間隙３５が形成されており、当該火花放電間隙３５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。　

また、図２に示すように、接地電極２７の内側面２７ａには、前記貴金属チップ３１に対向する突部２８が形成されている。当該突部２８は、軸線ＣＬ１方向に沿って、接地電極２７の内側面２７ａから中心電極５側に向けて突出している。より詳しくは、突部２８は、接地電極２７の内側面２７ａから中心電極５側へと０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下突出している。また、突部２８は、軸線ＣＬ１と直交する方向に沿った断面形状が略円形の円柱状をなしている（図３参照）。　

加えて、突部２８は、後述するように、接地電極２７の外側面２７ｂが押圧されることで押出加工されている。従って、接地電極２７の外側面２７ｂには、押出加工に際して形成された有底の穴部２９が開口している。また、接地電極の２７のうち、突部２８の基端部の外周部分と穴部２９の底面の外周部分との間に挟まれる部位は、接地電極２７の他の部位よりも薄くなっている。すなわち、突部２８から主体金具３側へと至る熱伝達の経路が比較的狭いものとなっている。　

さらに、本実施形態においては、接地電極２７の先端部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされている。尚、本実施形態においては、接地電極２７の先端部に対して加熱処理を施すことによって、接地電極２７の先端部の粒成長が促進され、ひいては接地電極２７の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされている。そのため、接地電極２７の先端部の平均結晶粒径は、接地電極２７の屈曲部３０の平均結晶粒径（例えば、２０μｍ未満）よりも大きなものとなっている。　

尚、「平均結晶粒径」とあるのは、次のようにして測定することができる。すなわち、突部２８を切断した上で、当該突部２８の内部（例えば、突部２８の先端面や側面から０．１ｍｍ以上内側に位置する部位）の断面にエッチング処理を施す。そして、金属組織を観察可能な程度に、前記断面を所定倍（例えば、８０倍）に拡大して撮影する。次いで、撮影された画像に所定長さの直線（例えば、長さ４０ｍｍの直線；尚、８０倍に拡大した場合、当該直線は、拡大前の断面で、長さ０．５ｍｍの直線に相当する）を引いた上で、当該直線が通過する結晶粒の数を測定する。その後、前記所定長さを前記所定倍で除算して前記直線の実際の長さ（上述の例だと「０．５ｍｍ」となる）を得た上で、この直線の長さを測定された結晶粒の数で除算することによって、平均結晶粒径を測定することができる。　

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、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）を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、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。　

続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ合金等からなる直棒状の接地電極２７が抵抗溶接される。当該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の溶接された主体金具３が得られる。また、接地電極２７の溶接された主体金具３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。　

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、成型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へ投入され焼成され、絶縁碍子２が得られる。　

また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金を配置したＮｉ合金を鍛造加工して中心電極５を作製する。次に、中心電極５の先端部に対して貴金属チップ３１がレーザ溶接等により設けられる。　

そして、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表面には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及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが組付けられる。より詳しくは、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固定される。　

次いで、接地電極２７の先端部（少なくとも前記突部２８の形成予定位置を含む）に対して、加熱処理を施す。詳述すると、高周波加熱装置を用いて、接地電極２７の先端部が放射温度計による測定で１１５０℃となるように、１０分間に亘って接地電極２７の先端部を加熱し、その後、徐冷する。当該加熱処理が施されることによって、接地電極２７の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされる。また、当該加熱処理によって接地電極２７の先端部が焼鈍されることとなり、当該先端部のビッカース硬度が８０Ｈｖ以上１５０Ｈｖ以下とされる。尚、この加熱処理が、本発明の加熱工程に相当する。　

さらに、加熱処理された接地電極２７の先端部のうち、前記中心電極５側の面の背面側から円柱状の加工用治具により押圧力を加えて押出成型を行うことで、前記突部２８及び穴部２９を形成する。尚、当該押出加工が、本発明の押出成形工程に相当する。　

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（チップ３１）及び前記突部２８間の火花放電間隙３５の大きさを調整する加工が実施されることで、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の先端部には、接地電極２７と同一の材料からなる突部２８が設けられている。従って、着火性及び火炎伝播性の向上を図ることができるとともに、貴金属チップを用いて突部を構成した場合と比較して、製造コストの増大抑制を図ることができる。　

また、接地電極２７の先端部のうち、少なくとも突部２８の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下と比較的大きなものとされる。従って、貴金属チップを用いることなく、接地電極２７の本体部から突出して設けられた突部２８の熱引き性能の向上を図ることができ、耐消耗性を向上させることができる。　

さらに、接地電極２７の平均結晶粒径が、屈曲部３０の平均結晶粒径よりも大きく、換言すれば、屈曲部３０の平均結晶粒径がより小さなものとされている。従って、屈曲部３０における粒界強度（機械的強度）の向上を図ることができ、屈曲部３０における接地電極２７の折損をより確実に防止することができる。　

併せて、突部２８は、接地電極２７の内側面２７ａから中心電極５側へと０．３ｍｍ以上突出している。従って、突部２８を設けることによる着火性及び火炎伝播性の向上という作用効果が、より確実に、かつ、より効果的に奏されることとなる。一方で、突部２８の突出量は１．０ｍｍ以下とされているため、耐消耗性の向上をより確実に実現することができる。　

加えて、製造方法について鑑みると、本実施形態では、複雑な処理を施すことなく、単に加熱処理を施すことによって、接地電極２７先端部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされている。すなわち、着火性に優れるとともに、十分な耐消耗性を有するスパークプラグ１を比較的容易に製造することができる。　

また、接地電極２７に押出加工を行うことで、突部２８が形成されるため、例えば、切削加工等を施して突部２８を形成す
る場合と比較して、製造コストの増大を招くことなく、突部２８を比較的容易に形成することができる。一方で、押出加工を施すことにより突部２８を形成した場合には、突部２８からの熱がより一層引かれにくくなってしまうことが懸念されるが、上述の通り、接地電極２７先端部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされることから、押出加工によって突部２８を形成した場合であっても、十分な耐消耗性が確保される。　

併せて、加熱処理によりビッカース硬度で８０Ｈｖ以上１５０Ｈｖ以下と硬度を小さくした接地電極２７の先端部に押出成型を行うため、突部２８をより一層容易に形成することができる。その結果、製造効率の向上を図ることができる。また、接地電極２７先端部の硬度を小さなものとすることで、押出成型に用いられる加工用治具の損耗等を効果的に抑制することができ、製造コストの増大防止という面でも有意である。　

次に、本実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、先端部（突部）の平均結晶粒径を種々変更した接地電極を有する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耐久性評価試験を行った。耐久性評価試験の概要は、次の通りである。すなわち、排気量２０００ｃｃの４気筒エンジンに、作製したサンプルを組付けた上で、全開状態（回転量＝５６００ｒｐｍ）で１００時間に亘ってエンジンを動作させた。そして、１００時間経過後、各サンプルの突部の消耗量を測定するとともに、突部における欠損の有無を判定した。図４に、突部の平均結晶粒径と、突部の消耗量との関係を示す。また、表１に、突部の平均結晶粒径と、突部における欠損の有無との関係を示す。尚、表１において、突部での欠損が確認されなかった場合には、優れた強度を有するとして、「Ａ」の評価を下し、一方で、突部での欠損が確認された場合には、強度が不十分であるとして、「Ｂ」の評価を下すこととした。　

図４に示すように、突部の平均結晶粒径を２０μｍ未満としたサンプルは、突部における消耗量が比較的多くなってしまい、耐消耗性が不十分となってしまうことが明らかとなった。　

一方で、突部の平均結晶粒径を２０μｍ以上としたサンプルは、突部における消耗を効果的に抑制することができ、優れた耐消耗性を有することがわかった。これは、突部を構成する結晶の粒径を比較的大きなものとしたことで、突部における熱伝導率が向上したことに起因すると考えられる。また、突部の平均結晶粒径を５０μｍ以上としたサンプルは、突部の消耗をより一層抑制することができ、さらに、突部の平均結晶粒径を１００μｍ以上としたサンプルは、極めて優れた耐消耗性を有することが明らかとなった。　

但し、表１に示すように、突部の平均結晶粒径が２００μｍを超えるサンプルは、突部において欠損が生じるおそれがあることが明らかとなった。一方で、突部の平均結晶粒径を２００μｍ以下としたサンプルについては、突部における欠損は確認されず、優れた強度を有することがわかった。　

以上の試験結果より、優れた耐消耗性を実現するという観点からは、突部の平均結晶粒径を２０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましいといえる。また、より一層優れた耐消耗性を実現するという観点からは、突部の平均結晶粒径を５０μｍ以上２００μｍ以下とすることがより好ましく、突部の平均結晶粒径を１００μｍ以上２００μｍ以下とすることが一層好ましいといえる。　

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、接地電極２７先端部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされているが、少なくとも突部２８の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされていればよい。　

（ｂ）上記実施形態では、中心電極５の先端部に貴金属チップ３１が設けられているが、貴金属チップ３１を省略して構成することとしてもよい。一方で、図５に示すように、接地電極２７の突部２８の先端面に貴金属チップ３２を設けることとしてもよい。突部２８に貴金属チップ３２を設けることによって、耐消耗性のより一層の向上を図ることができる。また、突部２８の先端面に貴金属チップ３２を設ける場合には、突部２８（貴金属チップ３２）を接地電極２７の内側面２７ａから１．５ｍｍ程度突出させることとしてもよく、このように構成することで、着火性のより一層の向上を図ることができる。尚、貴金属チップ３２は、比較的薄肉のものであり、突部２８を構成するために設けられるものではない。　

（ｃ）上記実施形態では、接地電極２７の外側面２７ｂから押圧力を加えて押出加工を施すことにより突部２８が形成されているが、突部２８の形成方法はこれに限定されるものではない。従って、例えば、突部２８の形状に対応した凹部を有する治具を接地電極２７の内側面２７ａに押し当てることで突部２８を形成することとしてもよいし、切削加工を施すことによって突部２８を形成することとしてもよい。　

（ｄ）上記実施形態における加熱処理の条件は一例であって、他の条件によって加熱処理を施すこととしてもよい。従って、例えば、より低温（例えば、１０００℃）でより長時間（例えば、１時間）に亘って加熱処理を施すこととしてもよい。　

（ｅ）上記実施形態では、接地電極２７の先端部に加熱処理を施した後に、押出加工を施すことによって突部２８が形成されている。これに対して、押出加工を施した後に、接地電極２７の先端部（突部２８）に加熱処理を施すことで、接地電極２７先端部の平均結晶粒径を２０μｍ以上２００μｍ以下とすることとしてもよい。　

（ｆ）上記実施形態において、突部２８は円柱状をなしているが、突部２８の形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、突部２８を、断面矩形状や断面六角状などの断面多角形状に形成することとしてもよい。　

（ｇ）接地電極２７における突部２８の形成位置は、上記実施形態における形成位置に限定されるものではなく、例えば、図６に示すように、突部２８を接地電極２７の最先端部に形成することとしてもよい。　

（ｈ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６の先端面に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６－２３６９０６号公報等）。また、主体金具３の先端部２６の側面に接地電極２７を接合することとしてもよい。　

（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。

１…スパークプラグ（内燃機関用スパークプラグ）　２…絶縁碍子（スパークプラグ用絶縁体）　３…主体金具　４…軸孔　５…中心電極　２７…接地電極　２８…突部　３０…屈曲部　３５…火花放電間隙（間隙）

Claims (9)

1. 軸線方向に延びる棒状の中心電極と、　前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、　前記絶縁体の外周に設けられた略筒状の主体金具と、　前記主体金具の先端部から延びるとともに、自身の先端部が前記中心電極の先端部との間に間隙を形成する接地電極と　を備える内燃機関用スパークプラグであって、　前記接地電極の先端部には、前記中心電極側に突出し、前記中心電極の先端部との間で前記間隙を形成する突部が、前記接地電極と同一の材料から形成されるとともに、　少なくとも前記突部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
2. 前記突部の平均結晶粒径が５０μｍ以上２００μｍ以下とされることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグ。
3. 前記接地電極の先端部の平均結晶粒径が２０μｍ以上２００μｍ以下とされることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用スパークプラグ。
4. 前記接地電極は、自身の略中間部分に屈曲部を備え、　前記突部の平均結晶粒径が、前記屈曲部の平均結晶粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
5. 前記突部は、前記中心電極側に０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下突出していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグの製造方法であって、　前記接地電極の先端部を加熱し、当該接地電極の先端部の平均結晶粒径を２０μｍ以上２００μｍ以下とする加熱工程と、　前記突部を形成する突部形成工程と　を備えることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
7. 前記突部形成工程は、前記接地電極の先端部に対して、前記中心電極側の面の背面側から押圧力を加えて押出成型を行うことで、前記突部を形成する押出成型工程を含むことを特徴とする請求項６に記載のスパークプラグの製造方法。
8. 前記押出成型工程の前に、前記加熱工程における加熱処理を行うことを特徴とする請求項７に記載のスパークプラグの製造方法。
9. 前記加熱工程における加熱処理を経ることで、前記接地電極の先端部のビッカース硬度を８０Ｈｖ以上１５０Ｈｖ以下とすることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。

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