WO2012020523A1 - スパークプラグ及びスパークプラグ用の主体金具 - Google Patents

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弘哲 那須
児玉　和宏
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日本特殊陶業株式会社
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    • Y10T428/12611—Oxide-containing component

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug for an internal combustion engine.
  • a spark plug used for ignition of an internal combustion engine such as a gasoline engine is provided with an insulator on the outside of the center electrode, and a metal shell is provided on the outside of the spark plug to form a spark discharge gap with the center electrode.
  • the electrode has a structure attached to the metal shell.
  • the metal shell is generally made of an iron-based material such as carbon steel, and its surface is often plated for corrosion protection.
  • a plating technique a construction technique for forming a two-layered plating layer composed of a Ni plating layer and a chromate layer is known (Patent Document 1).
  • the plating process is performed before the caulking process.
  • the caulking process is to insulate the metal shell by inserting the insulator with the center electrode into the hollow part of the hollow cylindrical metal shell and caulking part of the metal shell inside (insulator side). It is a process of fixing to the body. Due to the deformation of the metal shell accompanying the caulking process, there is a problem that the plating layer is cracked or peeled off and salt corrosion resistance is deteriorated. In addition, due to the stress remaining in the metal shell due to the caulking process and the increase in hardness due to the structural change due to heating during heat caulking, stress corrosion is applied to the metal shell where high residual stress exists. There was a problem that cracking occurred. However, in the past, the actual situation is that no sufficient contrivance has been made for the spark plug excellent in both salt corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance. *
  • An object of the present invention is to provide a spark plug excellent in salt corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance.
  • Application Example 3 A spark plug according to Application Example 2, which satisfies 5 ⁇ m ⁇ A ⁇ 15 ⁇ m. *
  • this invention can be implement
  • the thickness A of the nickel plating layer in the metal shell is not smaller than 3 ⁇ m, the residual due to insufficient cleaning of oil or the like adhering to the surface of the metal shell before forming the nickel plating layer. Since it is possible to suppress the occurrence of a portion (pinhole) that is difficult to be plated, salt corrosion resistance can be improved. In addition, since the thickness A of the nickel plating layer is not larger than 15 ⁇ m, cracking of the nickel plating layer due to the large thickness can be suppressed, and the plating peeling resistance can be improved. Therefore, salt corrosion resistance can be improved.
  • the thickness B of the chromate layer excludes a relatively smaller range than 2 nm, the destruction of the chromate layer due to the residual stress due to caulking can be suppressed.
  • the thickness B of the chromate layer excludes a relatively larger range than 45 nm, it is possible to suppress the occurrence of cracks during processing due to poor adhesion to the metal shell (nickel plating layer). Therefore, the stress corrosion cracking resistance can be improved. As described above, a spark plug excellent in salt corrosion resistance and stress corrosion resistance can be provided.
  • the thickness A of the nickel plating layer is not smaller than 3 ⁇ m, the plating is caused by the residual due to insufficient cleaning of oil or the like adhering to the surface of the metal shell before forming the nickel plating layer. Since it can suppress that a part (pinhole) which is hard to attach can be suppressed, salt corrosion resistance can be improved. In addition, since the thickness A of the nickel plating layer is not larger than 15 ⁇ m, cracking of the nickel plating layer due to the large thickness can be suppressed, and the plating peeling resistance can be improved. Therefore, salt corrosion resistance can be improved.
  • the thickness B of the chromate layer excludes a relatively smaller range than 2 nm, the destruction of the chromate layer due to the residual stress due to caulking can be suppressed.
  • the thickness B of the chromate layer excludes a relatively larger range than 45 nm, it is possible to suppress the occurrence of cracks during processing due to poor adhesion to the metal shell (nickel plating layer). Therefore, the stress corrosion cracking resistance can be improved.
  • a spark plug excellent in salt corrosion resistance and stress corrosion resistance can be provided.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing test results of plating peeling resistance, salt corrosion resistance, and stress corrosion cracking resistance of 49 samples S1 to S49 created under the above processing conditions.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part showing the structure of a spark plug as an embodiment of the present invention.
  • the spark plug 100 includes a cylindrical metal shell 1, a cylindrical insulator 2 fitted into the metal shell 1 so that the tip portion protrudes, and the insulator 2 with the tip portion protruding.
  • a center electrode 3 provided on the inner side and a ground electrode 4 disposed so that one end is coupled to the metal shell 1 and the other end faces the tip of the center electrode 3 are provided.
  • a spark discharge gap g is formed between the ground electrode 4 and the center electrode 3. *
  • the insulator 2 is made of a ceramic sintered body such as alumina or aluminum nitride, for example, and has a through-hole 6 for fitting the center electrode 3 along the axial direction of the insulator 2.
  • the terminal fitting 13 is inserted and fixed on one end side of the through hole 6, and the center electrode 3 is inserted and fixed on the other end side.
  • the resistor 15 is disposed between the terminal fitting 13 and the center electrode 3 in the through hole 6. Both end portions of the resistor 15 are electrically connected to the center electrode 3 and the terminal fitting 13 through the conductive glass seal layers 16 and 17, respectively.
  • the metal shell 1 is formed in a hollow cylindrical shape from a metal such as carbon steel, and constitutes a housing of the spark plug 100.
  • a threaded portion 7 for attaching the spark plug 100 to an engine block (not shown) is formed on the outer peripheral surface of the metal shell 1.
  • the hexagonal portion 1e is a tool engaging portion that engages a tool such as a spanner or a wrench when the metal shell 1 is attached to the engine block, and has a hexagonal cross-sectional shape.
  • a ring-shaped wire packing is provided on the rear edge of the flange-shaped protrusion 2e of the insulator 2.
  • a packed layer 61 such as talc and a ring-shaped packing 60 are disposed in this order.
  • the insulator 2 is pushed forward (downward in the figure) toward the metal shell 1, and in this state, the opening edge of the rear end of the metal shell 1 is used as a packing 60 (and thus a protrusion that functions as a crimping receiving portion).
  • a crimped portion 1 d is formed, and the metal shell 1 is fixed to the insulator 2.
  • a gasket 30 is fitted into the proximal end portion of the threaded portion 7 of the metal shell 1.
  • the gasket 30 is a ring-shaped part formed by bending a metal plate material such as carbon steel.
  • the flange-shaped gas seal portion 1f on the metal shell 1 side By screwing the screw portion 7 into the screw hole on the cylinder head side, the flange-shaped gas seal portion 1f on the metal shell 1 side. Between the screw hole and the periphery of the opening of the screw hole, it is deformed so as to be compressed and crushed in the axial direction, and serves to seal the gap between the screw hole and the screw part 7.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a process of caulking and fixing the metal shell 1 to the insulator 2.
  • the ground electrode 4 is omitted.
  • the center electrode 3 and the conductive glass sealing layers 16 and 17 in the through hole 6 the resistor 15 and the terminal metal 13 are provided. Is inserted through the insertion opening 1p at the rear end of the metal shell (the portion to be crimped 200 to be the crimping portion 1d is formed), and the engaging portion 2h of the insulator 2 is inserted. And the engaging portion 1 c of the metal shell 1 are engaged through the plate packing 63. *
  • the line packing 62 is arranged on the inner side from the insertion opening 1p side of the metal shell 1, the filling layer 61 such as talc is formed, and the line packing 60 is further arranged.
  • the caulking die 111 is used to caulk the caulking scheduled portion 200 to the end surface 2n of the protruding portion 2e as the caulking receiving portion via the wire packing 62, the filling layer 61, and the wire packing 60, thereby FIG.
  • a caulking portion 1 d is formed, and the metal shell 1 is caulked and fixed to the insulator 2.
  • the groove portion 1h FIG.
  • the spark plug 100 of FIG. 1 is completed by bending the ground electrode 4 to the center electrode 3 side to form a spark discharge gap g. Note that the caulking process described in FIG. 2 is cold caulking, but hot caulking can also be used. *
  • FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the metal plating process.
  • nickel strike plating is performed. This nickel strike plating is performed in order to clean the surface of the metallic shell made of carbon steel and improve the adhesion between the plating and the base metal. However, nickel strike plating may be omitted.
  • processing conditions for nickel strike plating processing conditions that are normally used can be used. Examples of specific preferable processing conditions are as follows. *
  • Nickel strike plating treatment conditions ⁇ Examples of nickel strike plating treatment conditions> -Plating bath composition: Nickel chloride: 150 to 600 g / L 35% hydrochloric acid: 50 to 300 ml / L Solvent: Deionized water Processing temperature (bath temperature): 25 to 40 ° C. Cathode current density: 0.2 to 0.4 A / dm 2. Processing time: 5 to 20 minutes
  • step T110 an electrolytic nickel plating process is performed.
  • the electrolytic nickel plating treatment a barrel type electrolytic nickel plating treatment using a rotating barrel can be used, and other plating treatment methods such as a static plating method may be used.
  • processing conditions for electrolytic nickel plating processing conditions that are normally used can be used. Examples of specific preferable processing conditions are as follows.
  • Plating bath composition Nickel sulfate: 100 to 400 g / L Nickel chloride: 20 to 60 g / L Boric acid: 20 to 60 g / L Solvent: Deionized water and bath pH: 0 to 4.8 ⁇ Processing temperature (bath temperature): 25 to 60 ° C. ⁇ Cathode current density: 0.2 to 0.4 A / dm 2 ⁇ Processing time: 24 to 192 minutes
  • step T120 electrolytic chromate treatment is performed.
  • a rotary barrel can also be used in the electrolytic chromate treatment, and other plating treatment methods such as a static plating method may be used.
  • Examples of preferable treatment conditions for the electrolytic chromate treatment are as follows. *
  • potassium dichromate can be used in addition to sodium dichromate.
  • other treatment conditions amount of dichromate, cathode current density, treatment time, etc.
  • a two-layered film of a nickel plating layer and a chromate layer is formed on the outer surface and the inner surface of the metal shell.
  • another protective film can be formed on the two-layered film.
  • a film of an anti-seizure agent it is possible to suppress seizure between the spark plug and the engine head when the engine head becomes hot.
  • a rust preventive oil film containing at least one of C, Ba, Ca, and Na can be formed.
  • the nickel plating layer was formed by performing an electrolytic nickel plating process on the following process conditions using a rotating barrel.
  • the component ratio (mass%) of nickel (Ni) in this nickel plating layer was 98% or more.
  • the thickness of the nickel plating layer was controlled by the plating time, and seven types of samples with different nickel plating layer thicknesses were prepared. Specifically, seven types of samples having different nickel plating layer thicknesses were prepared according to the following seven types of processing times.
  • the “thickness of the nickel plating layer” means the total thickness of the thickness of the layer obtained by the above-described nickel strike plating treatment and the thickness of the layer obtained by the above-described electrolytic nickel plating treatment.
  • Processing time 24 minutes Nickel plating layer thickness: 2 ⁇ m Processing time: 36 minutes Nickel plating layer thickness: 3 ⁇ m Processing time: 48 minutes Nickel plating layer thickness: 4 ⁇ m Processing time: 60 minutes Nickel plating layer thickness: 5 ⁇ m Processing Time: 108 minutes Nickel plating layer thickness: 9 ⁇ m Processing time: 180 minutes Nickel plating layer thickness: 15 ⁇ m Processing time: 192 minutes Nickel plating layer thickness: 16 ⁇ m
  • the relationship between the processing time and the thickness of the nickel plating layer is in advance. It was determined by experiment. The thickness of the nickel plating layer was measured using a fluorescent X-ray film thickness meter under the conditions of X-ray beam diameter: 0.2 mm and irradiation time: 10 seconds. *
  • chromate layer was formed on the nickel plating layer by performing electrolytic chromate treatment under the following treatment conditions using a rotating barrel.
  • the thickness of the chromate layer was controlled by the cathode current density, and seven types of samples having different chromate layer thicknesses were prepared. Specifically, seven types of samples having different chromate layer thicknesses were prepared according to the following seven types of cathode current densities.
  • the thickness of the chromate layer was measured as follows. First, a small piece was cut out from the vicinity of the outer surface of each sample using a focused ion beam processing apparatus (FIB processing apparatus). Then, by analyzing this small piece using a scanning transmission electron microscope (STEM) at an acceleration voltage of 200 kV, the cross section of the metal shell (the cross section perpendicular to the central axis shown by the one-dot chain line in FIG. 1) In the vicinity of the outer surface, a color map image of Cr element was obtained. And the film thickness of the chromate layer was measured from this color map image.
  • STEM scanning transmission electron microscope
  • ⁇ Plating peeling resistance test> As an evaluation test for plating peeling resistance, after the chromate treatment of the metal shell of each sample, an insulator or the like is fixed by a caulking process, and then the plating state in the caulking portion 1d is observed. It was determined whether the plating was lifted or peeled off. *
  • ⁇ Stress corrosion cracking resistance test> As an evaluation test regarding stress corrosion cracking resistance, the following accelerated corrosion test was performed. First, after four holes having a diameter of about 2 mm were formed in the groove 1h (FIG. 1) of each sample (metal shell), an insulator or the like was fixed by caulking. The reason for making the hole is to allow the test corrosive liquid to enter the metal shell.
  • the test conditions for the accelerated corrosion test are as follows. *
  • Corrosion solution composition Calcium nitrate tetrahydrate: 1036 g Ammonium nitrate: 36 g Potassium permanganate: 12 g Pure water: 116 g, pH: 3.5- 4.5 Processing temperature: 30 30-40 ° C
  • potassium permanganate as an oxidant is added to the corrosion solution is to accelerate the corrosion test.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the test results of plating peeling resistance, salt corrosion resistance, and stress corrosion cracking resistance for 49 samples S1 to S49 prepared under the above processing conditions. *
  • the thickness of the nickel plating layer is preferably in the range of 2 to 15 ⁇ m in terms of resistance to plating peeling. This is presumably because if the thickness of the nickel plating layer is too large, the plating layer is easily cracked even with a small stress.
  • the thickness of the nickel plating layer is in the range of 3 to 16 ⁇ m, the occurrence of red rust is suppressed to within 10%, but the thickness of the nickel plating layer is 2 ⁇ m. In the cases (samples S2, S8, S15, S22, S29, S36, S43), the occurrence of red rust is larger than 10%. Therefore, in terms of salt corrosion resistance, the thickness of the nickel plating layer is preferably in the range of 3 to 16 ⁇ m.
  • the thickness of the chromate layer is preferably in the range of 2 to 45 nm in terms of resistance to stress corrosion cracking.
  • the thickness of the chromate film is in the range of 20 to 45 nm (samples S22 to S42), cracking does not occur when the cumulative test time is 80 hours or less, so this range is more preferable.
  • the stress corrosion cracking resistance is inferior in the case where the thickness of the chromate layer is small (1 nm) is presumed to be that the chromate layer is easily destroyed by residual stress because the layer is too thin.
  • the stress corrosion cracking resistance is inferior in the case where the thickness of the chromate layer is large (50 nm) because the chromate layer is thick and the adhesion to the metal shell is inferior, so that cracking is likely to occur during processing such as caulking. It is estimated that.
  • the thickness of the nickel plating layer is in the range of 5 to 15 ⁇ m, and the thickness of the chromate layer is in the range of 20 to 45 nm. Some cases are most preferred. In the samples S25 to S27, S32 to S34, and S39 to S41 that satisfy this condition, the evaluation of all tests was the highest.

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Abstract

耐塩食性及び耐応力腐食割れ性に優れたスパークプラグを提供する。ニッケルめっき層とニッケルめっき層の上に形成されたクロメート層とを含む複合層で被覆された主体金具を備えたスパークプラグであって、ニッケルめっき層の厚みＡは、３μｍ≦Ａ≦１５μｍであり、クロメート層の厚みＢは、２ｎｍ≦Ｂ≦４５ｎｍであることを特徴とする、スパークプラグ。

Description

スパークプラグ及びスパークプラグ用の主体金具
本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関する。
ガソリンエンジンなどの内燃機関の点火に使用されるスパークプラグは、中心電極の外側に絶縁体が設けられ、さらにその外側に主体金具が設けられ、中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極が主体金具に取り付けられた構造を有する。主体金具は一般に炭素鋼等の鉄系材料で構成され、その表面には防食のためのめっきが施されることが多い。かかるめっき技術として、Ｎｉめっき層及びクロメート層からなる２層構造のめっき層を形成する施工技術が知られている（特許文献１）。
特開２００２－１８４５５２号公報
２層構造のめっき層を形成する技術では、加締め処理の前にめっき処理が行われる。加締め処理とは、中心電極を組み付けた絶縁体を、中空円筒状の主体金具の空洞部分に挿入して、主体金具の一部を内側（絶縁体側）に加締めることにより、主体金具を絶縁体に対して固定する処理である。この加締め処理に伴う主体金具の変形により、めっき層に割れや剥がれが生じて耐塩食性が劣化するという問題があった。また、加締め処理により主体金具に残留する応力や、熱加締め時の加熱による組織変化に伴う硬度の上昇に起因して、主体金具において、硬度が高く大きな残留応力が存在する箇所に応力腐食割れが発生するという問題があった。しかしながら、従来においては、耐塩食性及び耐応力腐食割れ性のいずれにも優れたスパークプラグについて、十分な工夫がなされていないのが実情であった。　
本発明は、耐塩食性及び耐応力腐食割れ性に優れたスパークプラグを提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。　
［適用例１］ニッケルめっき層と前記ニッケルめっき層の上に形成されたクロメート層とを含む複合層で被覆された主体金具を備えるスパークプラグであって、　前記ニッケルめっき層の厚みＡは、３μｍ≦Ａ≦１５μｍであり、　前記クロメート層の厚みＢは、２ｎｍ≦Ｂ≦４５ｎｍであることを特徴とする、スパークプラグ。　
［適用例２］適用例１に記載のスパークプラグであって、　２０ｎｍ≦Ｂ≦４５ｎｍを満たすことを特徴とするスパークプラグ。　
［適用例３］適用例２に記載のスパークプラグであって、　５μｍ≦Ａ≦１５μｍを満たすことを特徴とするスパークプラグ。　
［適用例４］ニッケルめっき層と前記ニッケルめっき層の上に形成されたクロメート層とを含む複合層で被覆されたスパークプラグ用の主体金具であって、　前記ニッケルめっき層の厚みＡは、３μｍ≦Ａ≦１５μｍであり、　前記クロメート層の厚みＢは、２ｎｍ≦Ｂ≦４５ｎｍであることを特徴とする、スパークプラグ用の主体金具。　
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグや主体金具の製造方等の形態で実現することができる。
適用例１のスパークプラグでは、主体金具におけるニッケルめっき層の厚みＡが３μｍよりも小さくないので、ニッケルめっき層を形成する前に主体金具の表面に付着していた油等の洗浄不足による残留によって、めっきが付きづらい部分（ピンホール）が生じることを抑制できるため、耐塩食性を高めることができる。加えて、ニッケルめっき層の厚みＡが１５μｍよりも大きくないので、厚みが大きいことによるニッケルめっき層の割れが抑制でき、耐めっき剥がれ性を高めることができる。したがって、耐塩食性を高めることができる。また、クロメート層の厚みＢが、比較的小さな２ｎｍよりも小さな範囲を除外しているので、加締めによる残留応力に起因するクロメート層の破壊を抑制できる。加えて、クロメート層の厚みＢが、比較的大きな４５ｎｍよりも大きな範囲を除外しているので、主体金具（ニッケルめっき層）への密着性が劣ることによる加工時の割れの発生を抑制できる。したがって、耐応力腐食割れ性を高めることができる。以上により、耐塩食性及び耐応力腐食性に優れたスパークプラグを提供することができる。
適用例２の構成により、耐腐食割れ性を、より高めることができる。　
適用例３の構成により、耐めっき剥がれ性及び耐塩食性を、より高めることができる。　
適用例４の主体金具では、ニッケルめっき層の厚みＡが３μｍよりも小さくないので、ニッケルめっき層を形成する前に主体金具の表面に付着していた油等の洗浄不足による残留によって、めっきが付きづらい部分（ピンホール）が生じることを抑制できるため、耐塩食性を高めることができる。加えて、ニッケルめっき層の厚みＡが１５μｍよりも大きくないので、厚みが大きいことによるニッケルめっき層の割れが抑制でき、耐めっき剥がれ性を高めることができる。したがって、耐塩食性を高めることができる。また、クロメート層の厚みＢが、比較的小さな２ｎｍよりも小さな範囲を除外しているので、加締めによる残留応力に起因するクロメート層の破壊を抑制できる。加えて、クロメート層の厚みＢが、比較的大きな４５ｎｍよりも大きな範囲を除外しているので、主体金具（ニッケルめっき層）への密着性が劣ることによる加工時の割れの発生を抑制できる。したがって、耐応力腐食割れ性を高めることができる。このように、適用例４の主体金具を用いることにより、耐塩食性及び耐応力腐食性に優れたスパークプラグを提供することができる。
本発明の一実施例としてのスパークプラグの構造を示す要部断面図である。 主体金具１を絶縁体２に加締め固定する工程の一例を示す説明図である。 主体金具のめっき処理の手順を示すフローチャートである。 上記の処理条件で作成された４９個のサンプルＳ１～Ｓ４９についての耐めっき剥がれ性と耐塩食性と耐応力腐食割れ性の試験結果を示す説明図である。
Ａ．スパークプラグの構成：　図１は、本発明の一実施例としてのスパークプラグの構造を示す要部断面図である。このスパークプラグ１００は、筒状の主体金具１と、先端部が突出するようにその主体金具１内に嵌め込まれた筒状の絶縁体２と、先端部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と、主体金具１に一端が結合され他端側が中心電極３の先端と対向するように配置された接地電極４と、を備えている。接地電極４と中心電極３の間には火花放電ギャップｇが形成されている。　
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、その内部には絶縁体２の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔６を有している。貫通孔６の一方の端部側には端子金具１３が挿入・固定され、他方の端部側には中心電極３が挿入・固定されている。また、貫通孔６内において、端子金具１３と中心電極３との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端部は、導電性ガラスシール層１６，１７を介して中心電極３と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続されている。　
主体金具１は、炭素鋼等の金属により中空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。主体金具１の外周面には、スパークプラグ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。なお、六角部１ｅは、主体金具１をエンジンブロックに取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部であり、六角状の横断面形状を有している。主体金具１の後方側（図中の上方）の開口部の内面と、絶縁体２の外面との間には、絶縁体２のフランジ状の突出部２ｅの後方側周縁にリング状の線パッキン６２が配置され、そのさらに後方側には、タルク等の充填層６１と、リング状のパッキン６０とがこの順に配置されている。組み立て時には、絶縁体２を主体金具１に向けて前方側（図中の下側）に押し込み、その状態で主体金具１の後端の開口縁をパッキン６０（ひいては加締め受部として機能する突出部２ｅ）に向けて内側に加締めることにより加締め部１ｄが形成され、主体金具１が絶縁体２に対して固定される。　
主体金具１のねじ部７の基端部には、ガスケット３０がはめ込まれている。このガスケット３０は、炭素鋼等の金属板素材を曲げ加工したリング状の部品であり、ねじ部７をシリンダヘッド側のねじ孔にねじ込むことにより、主体金具１側のフランジ状のガスシール部１ｆとねじ孔の開口周縁部との間で、軸線方向に圧縮されてつぶれるように変形し、ねじ孔とねじ部７との間の隙間をシールする役割を果たす。　
図２は、主体金具１を絶縁体２に加締め固定する工程の一例を示す説明図である。なお、図２では、接地電極４を省略して描いている。まず、図２（ａ）に示すような主体金具１に対し、図２（ｂ）のように、貫通孔６に中心電極３及び導電性ガラスシール層１６，１７、抵抗体１５及び端子金具１３を予め組みつけた絶縁体２を、主体金具後端の挿入開口部１ｐ（加締め部１ｄとなるべき加締め予定部２００が形成されている）から挿入し、絶縁体２の係合部２ｈと主体金具１の係合部１ｃとを、板パッキン６３を介して係合させた状態とする。　
そして、図２（ｃ）に示すように、主体金具１の挿入開口部１ｐ側から内側に線パッキン６２を配置し、タルク等の充填層６１を形成してさらに線パッキン６０を配置する。そして、加締め金型１１１により、加締め予定部２００を線パッキン６２、充填層６１及び線パッキン６０を介して、加締め受部としての突出部２ｅの端面２ｎに加締めることにより、図２（ｄ）に示すように加締め部１ｄが形成され、主体金具１が絶縁体２に加締め固定される。この際、加締め部１ｄの他に、六角部１ｅとガスシール部１ｆとの間にある溝部１ｈ（図１）も、加締め時の圧縮応力に屈して変形する。この理由は、加締め部１ｄと溝部１ｈの厚みが主体金具１の中で最も薄く、変形しやすいからである。なお、溝部１ｈを「薄肉部」とも呼ぶ。図２（ｄ）の工程の後、接地電極４を中心電極３側に曲げ加工して火花放電ギャップｇを形成することにより、図１のスパークプラグ１００が完成する。なお、図２で説明した加締め工程は冷間加締めであるが、熱加締めも利用可能である。　
Ｂ．めっき処理：　スパークプラグ１００の製造時において、前述の加締め工程の前に、主体金具１に対してめっき処理が行われる。図３は、主体金具のめっき処理の手順を示すフローチャートである。ステップＴ１００では、ニッケルストライクめっきが行われる。このニッケルストライクめっきは、炭素鋼で形成された主体金具の表面を洗浄するとともに、めっきと下地金属との密着性を向上させるために行われるものである。但し、ニッケルストライクめっきは省略してもよい。ニッケルストライクめっきの処理条件としては、通常利用される処理条件を利用可能である。具体的な好ましい処理条件の例は以下の通りである。　
＜ニッケルストライクめっきの処理条件の例＞・めっき浴組成：　塩化ニッケル：　　　１５０～６００ｇ／Ｌ　３５％塩酸：　　　　５０～３００ｍｌ／Ｌ　溶媒：脱イオン水・処理温度（浴温度）： 　２５～４０℃・陰極電流密度： 　　　０．２～０．４Ａ／ｄｍ２・処理時間： 　　　　　５～２０分　
ステップＴ１１０では、電解ニッケルめっき処理が行われる。電解ニッケルめっき処理としては、回転バレルを使用したバレル式電解ニッケルめっき処理を利用可能であり、また、静止めっき法などの他のめっき処理方法を利用してもよい。電解ニッケルめっきの処理条件としては、通常利用される処理条件を利用可能である。具体的な好ましい処理条件の例は以下の通りであ
る。　
＜電解ニッケルめっきの処理条件の例＞・めっき浴組成：　硫酸ニッケル：　　　１００～４００ｇ／Ｌ　塩化ニッケル：　　　２０～６０ｇ／Ｌ　ホウ酸：　　　　　　２０～６０ｇ／Ｌ　溶媒：脱イオン水・浴ｐＨ： 　　　　　　２．０～４．８・処理温度（浴温度）： 　２５～６０℃・陰極電流密度： 　　　０．２～０．４Ａ／ｄｍ２・処理時間： 　　　　　２４～１９２分　
ステップＴ１２０では、電解クロメート処理が行われる。電解クロメート処理においても回転バレルを利用可能であり、また、静止めっき法などの他のめっき処理方法を利用してもよい。電解クロメート処理の好ましい処理条件の例は以下の通りである。　
＜電解クロメート処理の処理条件の例＞・処理浴（クロメート処理液）組成：　重クロム酸ナトリウム：　２０～７０ｇ／Ｌ　溶媒：脱イオン水、・浴ｐＨ： 　　　　　　　　２～６・処理温度（浴温度）： 　　２０～６０℃・陰極電流密度： 　　　　　０．０１～０．５０Ａ／ｄｍ２（特に０．０２～０．４５Ａ／ｄｍ２が好ましい）・処理時間： 　　　　　　　１～１０分　
なお、重クロム酸塩としては、重クロム酸ナトリウムの他に重クロム酸カリウムも利用可能である。また、他の処理条件（重クロム酸塩の量、陰極電流密度、処理時間など）は、望ましいクロメート層膜厚に応じて上記とは異なる組み合わせを採用可能である。　
これらのめっき処理の結果、ニッケルめっき層とクロメート層との２層構造の皮膜が主体金具の外面及び内面に形成される。なお、この２層構造の皮膜の上に、さらに他の保護皮膜を形成することもできる。例えば、Ｃ（鉱物油・グラファイト）を含有し、Ａｌ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕから選ばれる成分を１種類以上含有する焼き付き防止剤の皮膜を形成することができる。焼き付き防止剤の皮膜を形成することにより、エンジンヘッドが高温となった場合におけるスパークプラグとエンジンヘッドとの間の焼き付きを抑制できる。また、例えば、Ｃ，Ｂａ，Ｃａ，及びＮａの少なくとも１種類を含有する防錆油の膜を形成することもできる。こうして多層構造の保護皮膜が形成された後に、主体金具が加締め工程によって絶縁体等と固定されてスパークプラグが製造される。　
Ｃ．実施例：Ｃ１．処理条件：　ＪＩＳＧ３５３９に規定された冷間圧造用炭素鋼線ＳＷＣＨ１７Ｋを素材として用い、主体金具１を冷間鍛造により製造した。この主体金具１に接地電極４を溶接接合し、脱脂・水洗を行なった後、下記の処理条件で回転バレルを用いたニッケルストライクめっき処理を行なった。＜ニッケルストライクめっきの処理条件＞・めっき浴組成：　塩化ニッケル：　　３００ｇ／Ｌ　３５％塩酸：　　　１００ｍｌ／Ｌ・処理温度（浴温度）： ３０±５℃・陰極電流密度： 　　０．３Ａ／ｄｍ２・処理時間： 　　　　１５分　
次に、電解ニッケルめっき処理を、回転バレルを用いて下記の処理条件で行うことによって、ニッケルめっき層を形成した。なお、このニッケルめっき層におけるニッケル（Ｎｉ）の成分比率（質量％）は、９８％以上であった。＜電解ニッケルめっきの処理条件＞・めっき浴組成：　硫酸ニッケル：　　２５０ｇ／Ｌ　塩化ニッケル：　　５０ｇ／Ｌ　ホウ酸：　　　　　４０ｇ／Ｌ・浴ｐＨ： 　　　　　４．０・処理温度（浴温度）： ５５±５℃・陰極電流密度： 　　０．３Ａ／ｄｍ２・処理時間： 　　　　２４分～１９２分　
本実施例では、めっき処理時間によりニッケルめっき層の厚みを制御し、ニッケルめっき層の厚みの異なる７種類のサンプルを用意した。具体的には、以下の７種類の処理時間により、ニッケルめっき層の厚みの異なる７種類のサンプルを用意した。なお、「ニッケルめっき層の厚み」とは、上述したニッケルストライクめっき処理で得られた層の厚みと、上述した電解ニッケルめっき処理で得られた層の厚みとの合計の厚みを意味する。　・処理時間：２４分　　　ニッケルめっき層厚み：２μｍ　・処理時間：３６分　　　ニッケルめっき層厚み：３μｍ　・処理時間：４８分　　　ニッケルめっき層厚み：４μｍ　・処理時間：６０分　　　ニッケルめっき層厚み：５μｍ　・処理時間：１０８分　　　ニッケルめっき層厚み：９μｍ　・処理時間：１８０分　　　ニッケルめっき層厚み：１５μｍ　・処理時間：１９２分　　　ニッケルめっき層厚み：１６μｍ　なお、処理時間とニッケルめっき層の厚みとの関係は、予め実験により求めておいた。ニッケルめっき層の厚みの測定は、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて、Ｘ線のビーム径：０．２ｍｍ，照射時間：１０秒間の条件下で実施した。　
次に、電解クロメート処理を、回転バレルを用いて下記の処理条件で行うことによって、ニッケルめっき層の上にクロメート層を形成した。＜電解クロメート処理の処理条件＞・処理浴（クロメート処理液）組成：　重クロム酸ナトリウム：　４０ｇ／Ｌ　溶媒：脱イオン水・処理温度（浴温度）： 　　　３５±℃・陰極電流密度： 　　　　　０．０１Ａ／ｄｍ２～０．５０Ａ／ｄｍ２・処理時間： 　　　　　　　５分　
本実施例では、陰極電流密度によりクロメート層の厚みを制御し、クロメート層の厚みの異なる７種類のサンプルを用意した。具体的には、以下の７種類の陰極電流密度により、クロメート層の厚みの異なる７種類のサンプルを用意した。　・陰極電流密度：０．０１Ａ／ｄｍ２　　クロメート層厚み：１ｎｍ　・陰極電流密度：０．０２Ａ／ｄｍ２　　クロメート層厚み：２ｎｍ　・陰極電流密度：０．１０Ａ／ｄｍ２　　クロメート層厚み：１０ｎｍ　・陰極電流密度：０．２０Ａ／ｄｍ２　　クロメート層厚み：２０ｎｍ　・陰極電流密度：０．４０Ａ／ｄｍ２　　クロメート層厚み：４０ｎｍ　・陰極電流密度：０．４５Ａ／ｄｍ２　　クロメート層厚み：４５ｎｍ　・陰極電流密度：０．５０Ａ／ｄｍ２　　クロメート層厚み：５０ｎｍ　なお、陰極電流密度とクロメート層の厚みとの関係は、予め実験により求めた。クロメート層の厚みの測定は、以下のように行った。まず、収束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ加工装置）を用いて各サンプルの外表面近くから小片を切り出した。そして、この小片を走査型透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて加速電圧２００ｋＶにて分析することによって、主体金具の横断面（図１に一点鎖線で示す中心軸に垂直な断面）のうちの外表面近傍において、Ｃｒ元素のカラーマップ画像を得た。そして、このカラーマップ画像からクロメート層の膜厚を測定した。　
以上の各処理条件に基づき、ニッケルめっき層の厚み及びクロメート層の厚みが互いに異なる４９個（７種類×７種類）の主体金具のサンプル（Ｓ１～Ｓ４９）を作成し、各サンプルＳ１～Ｓ４９について、耐塩食性，耐めっき剥がれ性，及び耐応力腐食割れ性を評価するための試験を行った。　
Ｃ２．評価試験条件：＜耐塩食性試験＞　耐塩食性に関する評価試験として、ＪＩＳ Ｈ８５０２に規定された中性塩水噴霧試験を行った。この試験では、４８時間の塩水噴霧試験後に、サンプルの主体金具の表面積に対する赤錆の発生面積の割合を測定した。発生面積割合の値を求める際には、試験後のサンプルの写真を撮影し、その写真中で赤錆の発生している部分の面積Ｓａと、写真中での主体金具の面積Ｓｂとを測定し、その比Ｓａ／Ｓｂを赤錆の発生面積割合として算出した。　
＜耐めっき剥がれ性試験＞　耐めっき剥がれ性に関する評価試験として、各サンプルの主体金具をクロメート処理した後に加締め工程によって絶縁体等を固定し、その後に加締め部１ｄにおけるめっき状態を観察し、めっきに浮き又は剥離が生じているか否かを判定した。　
＜耐応力腐食割れ性試験＞　耐応力腐食割れ性に関する評価試験として、以下の加速腐食試験を実施した。まず、各サンプル（主体金具）の溝部１ｈ（図１）に直径約２ｍｍの穴を４カ所開けた後に、加締めによって絶縁体等を固定した。穴を開けた理由は、試験用の腐食液が主体金具の内部に入るようにするためである。加速腐食試験の試験条件は以下の通りである。　
［加速腐食試験（耐応力腐食割れ性評価試験）の試験条件］・腐食液組成：　硝酸カルシウム四水和物：　１０３６ｇ　硝酸アンモニウム：　　　　３６ｇ　過マンガン酸カリウム：　　１２ｇ　純水：　　　　　　　　　　１１６ｇ・ｐＨ： 　　　　　　　　　　３．５～４．５・処理温度： 　　　　　　　　３０～４０℃　ここで、腐食液に酸化剤としての過マンガン酸カリウムを入れた理由は、腐食試験を加速するためである。　
この試験条件で１０時間後にサンプルを取り出して、外部から拡大鏡を用いて溝部１ｈを観察し、溝部１ｈに割れが発生していないか否かを調べた。割れが発生していない場合には、腐食液を交換して同一条件でさらに１０時間の加速腐食試験を追加し、この試験を累計試験時間が８０時間になるまで繰り返し行った。溝部１ｈには、加締め工程の結果として、大きな残留応力が生じている。従って、この加速腐食試験によって、溝部１ｈにおける耐応力腐食割れ性を評価することが可能である。　
Ｃ３．試験結果：　図４は、上記の処理条件で作成された４９個のサンプルＳ１～Ｓ４９についての耐めっき剥がれ性と、耐塩食性と、耐応力腐食割れ性の試験結果を示す説明図である。　
図４に示すように、耐めっき剥がれ性の点では、クロメート層の厚みがいずれのケースにおいても、ほぼ同様の結果が得られた。具体的には、クロメート層の厚みがいずれのケースにおいても、ニッケルめっき層の厚みが２～１５μｍの範囲であれば、めっきの浮き及び剥離が生じなかったが、ニッケルめっき層の厚みが１６μｍのケース（サンプルＳ７，Ｓ１４，Ｓ２１，Ｓ２８，Ｓ３５，Ｓ４２，Ｓ４９）では、めっきの浮き又は剥離が生じた。したがって、耐めっき剥がれ性の点では、ニッケルめっき層の厚みは、２～１５μｍの範囲が好ましい。これは、ニッケルめっき層の厚みが大き過ぎると、小さな応力であってもめっき層が割れ易くなるからであると推測される。　
耐塩食性の点では、クロメート層の厚みがいずれのケースにおいても、ほぼ同様の結果が得られた。具体的には、クロメート層の厚みがいずれのケースにおいても、ニッケルめっき層の厚みが３～１６μｍの範囲であれば、赤錆発生は１０％以内に抑制されるが、ニッケルめっき層の厚みが２μｍのケース（サンプルＳ２，Ｓ８，Ｓ１５，Ｓ２２，Ｓ２９，Ｓ３６，Ｓ４３）では、赤錆発生は１０％よりも大きくなっている。したがって、耐塩食性の点では、ニッケルめっき層の厚みは、３～１６μｍの範囲が好ましい。これは、ニッケルめっき層の厚みが小さすぎると、主体金具の表面に付着していた油や汚れ等の洗浄不足による残留によって、めっきが付きづらい部分（ピンホール）が生じてしまい、かかる部分から錆が発生・拡大するからであると推測される。　
耐応力腐食割れ性の点では、ニッケルめっき層の厚みがいずれのケースにおいても、ほぼ同様の結果が得られた。具体的には、ニッケルめっき層の厚みがいずれのケースにおいても、クロメート層の厚みが２～４５ｎｍの範囲の範囲であれば累計試験時間が２０時間以下では溝部１ｈに割れが発生しなかったが、クロメート層の厚みが１ｎｍのケース（サンプルＳ１～Ｓ７）、及び５０ｎｍのケース（サンプルＳ４３～Ｓ４９）では、累計試験時間が２０時間以下で溝部１ｈに割れが発生した。したがって、耐応力腐食割れ性の点では、クロメート層の厚みは、２～４５ｎｍの範囲が好ましい。特に、クロメート膜の厚みが２０～４５ｎｍの範囲（サンプルＳ２２～Ｓ４２）では、累計試験時間が８０時間以下では割れが生じないので、この範囲がより好ましい。　
クロメート層の厚みが小さい（１ｎｍ）ケースにおいて耐応力腐食割れ性が劣るのは、層が薄すぎるので残留応力によってクロメート層が破壊され易いため
であると推測される。また、クロメート層の厚みが大きい（５０ｎｍ）ケースにおいて耐応力腐食割れ性が劣るのは、クロメート層が厚く主体金具への密着性が劣るので加締め等の加工の際に割れが生じ易くなるためであると推測される。　
以上の耐めっき剥がれ性，耐塩食性，及び耐応力腐食割れ性を総合して判断すると、ニッケルめっき層の厚みが５～１５μｍの範囲であり、かつ、クロメート層の厚みが２０～４５ｎｍの範囲であるケースが最も好ましい。この条件を満たすサンプルＳ２５～Ｓ２７，Ｓ３２～Ｓ３４，Ｓ３９～Ｓ４１では、全ての試験の評価が最高であった。
１…主体金具　　　１ｃ…係合部　　　１ｄ…加締め部　　　１ｅ…六角部　　　１ｆ…ガスシール部（フランジ部）　　　１ｈ…溝部（薄肉部）　　　１ｐ…挿入開口部　　　２…絶縁体　　　２ｅ…突出部　　　２ｈ…係合部　　　２ｎ…端面　　　３…中心電極　　　４…接地電極　　　６…貫通孔　　　７…ねじ部　　１３…端子金具　　１５…抵抗体　　１６，１７…導電性ガラスシール層　　３０…ガスケット　　６０…線パッキン　　６１…充填層　　６２…線パッキン　　６３…板パッキン　　１００…スパークプラグ　　１１１…金型　　２００…加締め予定部

Claims (4)

  1. ニッケルめっき層と前記ニッケルめっき層の上に形成されたクロメート層とを含む複合層で被覆された主体金具を備えるスパークプラグであって、　前記ニッケルめっき層の厚みＡは、３μｍ≦Ａ≦１５μｍであり、　前記クロメート層の厚みＢは、２ｎｍ≦Ｂ≦４５ｎｍであることを特徴とする、スパークプラグ。
  2. 請求項１に記載のスパークプラグであって、　２０ｎｍ≦Ｂ≦４５ｎｍを満たすことを特徴とするスパークプラグ。
  3. 請求項２に記載のスパークプラグであって、　５μｍ≦Ａ≦１５μｍを満たすことを特徴とするスパークプラグ。
  4. ニッケルめっき層と前記ニッケルめっき層の上に形成されたクロメート層とを含む複合層で被覆されたスパークプラグ用の主体金具であって、　前記ニッケルめっき層の厚みＡは、３μｍ≦Ａ≦１５μｍであり、　前記クロメート層の厚みＢは、２ｎｍ≦Ｂ≦４５ｎｍであることを特徴とする、スパークプラグ用の主体金具。
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