WO2015093003A1 - スパークプラグ - Google Patents

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WO2015093003A1
WO2015093003A1 PCT/JP2014/006115 JP2014006115W WO2015093003A1 WO 2015093003 A1 WO2015093003 A1 WO 2015093003A1 JP 2014006115 W JP2014006115 W JP 2014006115W WO 2015093003 A1 WO2015093003 A1 WO 2015093003A1
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WO
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outer layer
spark plug
ground electrode
content
core
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/006115
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和樹 伊藤
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本特殊陶業株式会社 filed Critical 日本特殊陶業株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug.
  • spark plugs have been used in internal combustion engines.
  • the spark plug has an electrode that forms a gap.
  • an electrode for example, a ground electrode having an outer layer portion excellent in oxidation resistance and a core portion excellent in thermal conductivity has been proposed. If such a ground electrode is employed, the oxidation resistance can be improved by lowering the temperature of the ground electrode.
  • the ground electrode can deteriorate due to various causes.
  • the ground electrode may be consumed by a spark. Further, the ground electrode may be oxidized by being exposed to the fuel gas. As described above, since the ground electrode can be deteriorated due to various causes, it is not easy to improve the durability of the ground electrode. *
  • the main advantage of the present invention is to improve the durability of the ground electrode.
  • a central electrode extending in the axial direction; A ground electrode that forms a gap with the tip surface of the central electrode; A spark plug having The ground electrode is An outer layer forming part of the surface of the ground electrode; A core part having an exposed surface that is part of the outer layer and formed of a material having a higher thermal conductivity than the outer layer, and is exposed from the outer layer; Have The outer layer is formed of a material containing nickel as a main component and 14 wt% or more of chromium, The core is formed of a material containing nickel having a higher content than the content of nickel in the outer layer, When the tip surface of the center electrode is projected in parallel with the axial direction, the exposed surface includes a portion of the ground electrode that overlaps the projected tip surface, Spark plug.
  • the spark erosion resistance of the portion of the surface of the ground electrode where discharge can occur can be improved by the exposed core portion.
  • the durability of the ground electrode can be improved.
  • the spark plug according to any one of Application Examples 1 to 3 The chromium content of the core is zero, or less than the chromium content of the outer layer,
  • the ground electrode has a diffusion layer formed between the core and the outer layer,
  • the diffusion layer has a thickness of 5 ⁇ m or more. Spark plug.
  • the spark plug according to any one of Application Examples 1 to 4 The core portion is a spark plug including 96 wt% or more of nickel and 0.05 wt% or more of at least one selected from yttrium or a rare earth element.
  • the present invention can be realized in various aspects, and can be realized in aspects such as a spark plug, an internal combustion engine equipped with the spark plug, a spark plug manufacturing method, and the like.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of electrodes 20 and 30 of a spark plug 100.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a graph used for calculating the thickness of a diffusion layer 34.
  • FIG. It is the schematic which shows the structure of another embodiment of a ground electrode.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of the spark plug of the embodiment.
  • the illustrated line CL indicates the central axis of the spark plug 100.
  • the illustrated cross section is a cross section including the central axis CL.
  • the central axis CL is also referred to as “axis line CL”
  • the direction parallel to the central axis CL is also referred to as “axis line direction”.
  • the radial direction of the circle centered on the central axis CL is also simply referred to as “radial direction”
  • the circumferential direction of the circle centered on the central axis CL is also referred to as “circumferential direction”.
  • the 1st direction D1 is a direction which goes to the electrodes 20 and 30 from the terminal metal fitting 40 mentioned later.
  • the second direction D2 and the third direction D3 in the drawing are directions perpendicular to each other, and both are directions perpendicular to the first direction D1.
  • the first direction D1 is also referred to as the front end direction D1
  • the direction opposite to the first direction D1 is also referred to as the rear end direction D1r.
  • 1 is referred to as the front end side of the spark plug 100
  • the rear end direction D1r side in FIG. 1 is referred to as the rear end side of the spark plug 100. *
  • the spark plug 100 includes an insulator 10 (hereinafter also referred to as “insulator 10”), a center electrode 20, a ground electrode 30, a terminal metal fitting 40, a metal shell 50, a conductive first seal portion 60, A resistor 70, a conductive second seal portion 80, a front end side packing 8, a talc 9, a first rear end side packing 6, and a second rear end side packing 7 are provided.
  • insulator 10 insulator 10
  • the insulator 10 is a substantially cylindrical member having a through hole 12 (hereinafter also referred to as “shaft hole 12”) extending along the central axis CL and penetrating the insulator 10.
  • the insulator 10 is formed by firing alumina (other insulating materials can also be used).
  • the insulator 10 includes a leg portion 13, a first reduced outer diameter portion 15, a distal end side body portion 17, a flange portion 19, and a second reduced outer diameter that are arranged in order from the front end side toward the rear end direction D1r. Part 11 and rear end side body part 18.
  • the outer diameter of the first reduced outer diameter portion 15 gradually decreases from the rear end side toward the front end side.
  • a reduced inner diameter portion 16 whose inner diameter gradually decreases from the rear end side toward the front end side is formed.
  • the outer diameter of the second reduced outer diameter portion 11 gradually decreases from the front end side toward the rear end side.
  • a rod-shaped center electrode 20 extending along the center axis CL is inserted on the distal end side of the shaft hole 12 of the insulator 10.
  • the center electrode 20 includes a leg portion 25, a flange portion 24, and a head portion 23 that are arranged in order from the front end side toward the rear end direction D1r.
  • a portion on the distal end side of the leg portion 25 is exposed outside the shaft hole 12 on the distal end side of the insulator 10.
  • the other part of the center electrode 20 is disposed in the shaft hole 12.
  • the surface of the flange portion 24 on the distal direction D1 side is supported by the reduced inner diameter portion 16 of the insulator 10.
  • the center electrode 20 has an outer layer 21 and a core portion 22.
  • the rear end portion of the core portion 22 is exposed from the outer layer 21 and forms the rear end portion of the center electrode 20.
  • the other part of the core part 22 is covered with the outer layer 21. However, the entire core portion 22 may be covered with the outer layer 21.
  • the outer layer 21 is formed using a material that has better corrosion resistance than the core 22, that is, a material that consumes less when exposed to combustion gas in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a material that has better corrosion resistance than the core 22 for example, nickel (Ni) or an alloy containing nickel as a main component (for example, Inconel ("INCONEL" is a registered trademark)) is used.
  • the “main component” means a component having the highest content (hereinafter the same).
  • As the content rate a value expressed in weight percent is adopted.
  • the core portion 22 is formed of a material having a higher thermal conductivity than the outer layer 21, for example, a material containing copper (for example, copper or an alloy containing copper as a main component). *
  • a terminal fitting 40 is inserted on the rear end side of the shaft hole 12 of the insulator 10.
  • the terminal fitting 40 is formed using a conductive material (for example, a metal such as low carbon steel).
  • the terminal fitting 40 includes a cap mounting portion 41, a flange portion 42, and a leg portion 43 that are arranged in order from the rear end side toward the distal end direction D1.
  • the cap mounting portion 41 is exposed outside the shaft hole 12 on the rear end side of the insulator 10.
  • the leg portion 43 is inserted into the shaft hole 12 of the insulator 10. *
  • a columnar resistor 70 for suppressing electrical noise is disposed between the terminal fitting 40 and the center electrode 20.
  • a conductive first seal portion 60 is disposed between the resistor 70 and the center electrode 20, and a conductive second seal portion 80 is disposed between the resistor 70 and the terminal fitting 40. .
  • the center electrode 20 and the terminal fitting 40 are electrically connected through the resistor 70 and the seal portions 60 and 80.
  • the resistor 70 includes, for example, glass particles (for example, B 2 O 3 —SiO 2 glass) as main components, ceramic particles (for example, TiO 2 ), and a conductive material (for example, Mg). , Are used.
  • the seal portions 60 and 80 are formed using, for example, glass particles similar to the resistor 70 and metal particles (for example, Cu).
  • the metal shell 50 is a substantially cylindrical member having a through hole 59 extending along the central axis CL and penetrating the metal shell 50.
  • the metal shell 50 is formed using a low carbon steel material (other conductive materials (for example, metal materials) can also be used).
  • the insulator 10 is inserted into the through hole 59 of the metal shell 50.
  • the metal shell 50 is fixed to the outer periphery of the insulator 10.
  • the distal end of the insulator 10 (in this embodiment, the portion on the distal end side of the leg portion 13) is exposed outside the through hole 59.
  • the rear end of the insulator 10 (in this embodiment, the portion on the rear end side of the rear end side body portion 18) is exposed outside the through hole 59. *
  • the metal shell 50 includes a body portion 55, a seat portion 54, a deformation portion 58, a tool engaging portion 51, and a caulking portion 53, which are arranged in order from the front end side to the rear end side.
  • the seat part 54 is a bowl-shaped part.
  • a screw portion 52 for screwing into a mounting hole of an internal combustion engine for example, a gasoline engine
  • An annular gasket 5 formed by bending a metal plate is fitted between the seat portion 54 and the screw portion 52.
  • the metal shell 50 has a reduced inner diameter portion 56 disposed on the distal direction D1 side with respect to the deformable portion 58.
  • the inner diameter of the reduced inner diameter portion 56 gradually decreases from the rear end side toward the front end side.
  • the front end packing 8 is sandwiched between the reduced inner diameter portion 56 of the metal shell 50 and the first reduced outer diameter portion 15 of the insulator 10.
  • the front end side packing 8 is an iron O-ring (other materials (for example, metal materials such as copper) can also be used). *
  • the shape of the tool engaging portion 51 is a shape (for example, a hexagonal column) with which the spark plug wrench is engaged.
  • a caulking portion 53 is provided on the rear end side of the tool engaging portion 51.
  • the caulking portion 53 is disposed on the rear end side of the second reduced outer diameter portion 11 of the insulator 10 and forms the rear end (that is, the end on the rear end direction D1r side) of the metal shell 50.
  • the caulking portion 53 is bent toward the inner side in the radial direction. *
  • an annular space SP is formed between the inner peripheral surface of the metal shell 50 and the outer peripheral surface of the insulator 10.
  • the space SP is surrounded by the crimped portion 53 and the tool engaging portion 51 of the metal shell 50, and the second reduced outer diameter portion 11 and the rear end side body portion 18 of the insulator 10. It is space.
  • a first rear end side packing 6 is disposed on the rear end side in the space SP.
  • a second rear end side packing 7 is disposed on the front end side in the space SP.
  • these rear end side packings 6 and 7 are iron C-rings (other materials are also employable).
  • powder of talc (talc) 9 is filled. *
  • the crimping portion 53 is crimped so as to be bent inward. And the crimping part 53 is pressed to the front end direction D1 side. Thereby, the deformation
  • the front end side packing 8 is pressed between the first reduced outer diameter portion 15 and the reduced inner diameter portion 56 and seals between the metal shell 50 and the insulator 10. As a result, the gas in the combustion chamber of the internal combustion engine is prevented from leaking outside through the metal shell 50 and the insulator 10. In addition, the metal shell 50 is fixed to the insulator 10. *
  • the ground electrode 30 is joined to the tip 501 of the metal shell 50 (that is, the end 501 on the tip direction D1 side).
  • the ground electrode 30 is a rod-shaped electrode.
  • the ground electrode 30 extends from the metal shell 50 in the distal end direction D1, bends toward the central axis CL, and reaches the distal end portion 38.
  • the second direction D2 is a direction from the outer peripheral side toward the central axis CL along the ground electrode 30.
  • the tip portion 38 forms a gap g with the tip surface 29 (surface 29 on the tip direction D1 side) of the center electrode 20.
  • the ground electrode 30 is joined to the metal shell 50 so as to be electrically connected (for example, laser welding).
  • the ground electrode 30 includes an outer layer 35 that forms part of the surface of the ground electrode 30, and a core portion 36 that includes an exposed surface 36 e that is a part of the outer layer 35 that is covered and exposed from the outer layer 35. Yes. Details of the configuration of the ground electrode 30 will be described later. *
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the electrodes 20 and 30 of the spark plug 100.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional view of a part of the spark plug 100 on the tip direction D1 side. Specifically, this cross section passes through the central axis CL and the bar-shaped central axis 30x of the ground electrode 30 (that is, the bar-shaped central axis 30x extending from the base end 31 toward the distal end portion 38). It is.
  • FIG. 2B shows a schematic view of the distal end portion 38 of the ground electrode 30 as viewed from the rear end direction D1r side of the ground electrode 30 toward the distal end direction D1.
  • 2C is a cross-sectional view perpendicular to the central axis 30x of the distal end portion 38 of the ground electrode 30 (specifically, a cross-sectional view taken along the line C2-C2 in FIG. 2A). Note that, on the right side of the center axis CL in FIG. 2A, the outer appearance of the center electrode 20, the insulator 10, and the metal shell 50 viewed in the third direction D3 is shown. *
  • the ground electrode 30 is formed using a rod-shaped member having a substantially rectangular cross section. As shown in FIG. 2A, one end 31 (hereinafter referred to as “base end 31”) of the ground electrode 30 is joined to the distal end 501 of the metal shell 50. The ground electrode 30 extends from the base end 31 toward the distal end direction D1 and bends toward the central axis CL to reach the distal end portion 38. The distal end portion 38 faces the distal end surface 29 on the distal end direction D1 side of the distal end surface 29 of the center electrode 20 (that is, the surface on the distal end direction D1 side).
  • the ground electrode 30 includes an outer layer 35 that forms part of the surface of the ground electrode 30, a core portion 36 that is partially covered by the outer layer 35, and an outer layer 35 and a core portion 36. And a diffusion layer 34 formed therebetween.
  • the outer layer 35 is formed using a material containing nickel as a main component.
  • the core part 36 is formed of a material having a higher thermal conductivity than the outer layer 35.
  • the core part 36 is formed of a material containing nickel having a higher content than the content of the outer layer 35.
  • the diffusion layer 34 is a layer formed by diffusing each component of the outer layer 35 and the core part 36.
  • the core portion 36 extends from the proximal end 31 to the middle of the distal end portion 38.
  • the outer layer 35 is omitted, and the core portion 36 is exposed.
  • an exposed surface 36e that is an exposed portion of the surface of the core portion 36 is indicated by hatching.
  • FIG. 2B shows a projection surface 29p obtained by projecting the tip surface 29 of the center electrode 20 in parallel with the center axis CL.
  • the tip surface 29 is projected without changing its shape and size.
  • the exposed surface 36e includes the entire projection surface 29p. That is, the exposed surface 36e of the core part 36 and the front end surface 29 of the center electrode 20 form a gap g.
  • the outer layer 35 forms at least a portion of the surface of the ground electrode 30 opposite to the portion that forms the gap g, that is, a portion on the tip direction D1 side. *
  • the reason why the core portion 36 is exposed in the portion of the surface of the ground electrode 30 that overlaps with the projection surface 29p, that is, the portion where discharge is likely to occur, is as follows. That is, since the ground electrode 30 is exposed to a cycle of gas compression and expansion and heating and cooling in the combustion chamber of the internal combustion engine, the surface of the ground electrode 30 is easily oxidized.
  • the material of the ground electrode 30 by adopting a material having high durability against oxidation (for example, an alloy containing nickel and chromium as main components), the oxidation resistance of the ground electrode 30 can be improved. However, when such a material is used, durability against discharge (spark) may be low. *
  • the portion where the discharge is likely to occur and the other portion of the surface of the ground electrode 30 are formed of different members. Specifically, a portion of the surface of the ground electrode 30 that overlaps the projection surface 29 p is formed by the exposed surface 36 e of the core portion 36. Accordingly, the occurrence of discharge at the portion other than the exposed surface 36e in the surface of the ground electrode 30 is suppressed.
  • the material of the core portion 36 a material having high durability against discharge is adopted. For example, a material containing nickel whose content is higher than the content of nickel in the outer layer 35 can be used as the material of the core portion 36. When the nickel content is high, the high thermal conductivity of nickel can be maintained.
  • the core part 36 easily releases heat generated by the discharge to the metal shell 50. As a result, durability against discharge can be improved.
  • the other part of the surface of the ground electrode 30 is formed by the outer layer 35.
  • a material having high durability against oxidation for example, an alloy of nickel and chromium
  • the oxidation of the ground electrode 30 can be suppressed.
  • a method of manufacturing such a ground electrode 30 can be adopted as a method of manufacturing such a ground electrode 30.
  • the following method can be employed.
  • a cup-shaped outer member formed of the material of the outer layer 35 is prepared, and the inner member formed of the material of the core portion 36 is inserted into the outer member.
  • a rod-shaped member having an inner member and an outer member covering the inner member is formed by molding the outer shape of the outer member in a state where the inner member is inserted.
  • the rod-shaped ground electrode before bending is formed by scraping the outer member of the portion that forms the gap g of the obtained rod-shaped member.
  • the base electrode 31 of such a rod-shaped ground electrode is joined to the tip 501 of the metal shell 50 (for example, laser welding), and the ground electrode is bent so that an appropriate gap g is formed, whereby the ground electrode 30 is formed. Is done.
  • the diffusion layer 34 can be formed in the process of forming the ground electrode 30 using the inner member and the outer member. For example, the outer member is pressed against the inner member by forming the outer shape of the outer member while the inner member is inserted. As a result, the diffusion layer 34 is formed.
  • the rod-shaped ground electrode before bending may be annealed. By such heating of the ground electrode 30, the thick diffusion layer 34 can be formed. *
  • FIG. 2 shows various dimensions Dg, 20D, 10P, 20P, 30H, 30W, 35T, and 36T of the spark plug 100.
  • the distance Dg (FIG. 2A) is the distance of the gap g (hereinafter referred to as “gap distance Dg”).
  • the gap distance Dg is the shortest distance between the two surfaces 29 and 36e forming the gap g.
  • the tip diameter 20 ⁇ / b> D is the outer diameter of the tip surface 29 of the center electrode 20.
  • the first protrusion length 10P is a length parallel to the central axis CL of the portion of the insulator 10 that protrudes from the tip 501 of the metal shell 50 toward the tip direction D1.
  • the second protruding length 20P is a length parallel to the central axis CL of the portion of the center electrode 20 that protrudes from the tip 139 of the insulator 10 toward the tip direction D1.
  • the height 30H (FIG. 2C) is the length in a direction parallel to the central axis CL of the substantially rectangular cross section of the ground electrode 30.
  • the width 30 ⁇ / b> W is a length in a direction perpendicular to the central axis CL of the substantially rectangular cross section of the ground electrode 30.
  • the outer layer thickness 35T is the thickness of the outer layer 35. When the thickness of the outer layer 35 changes according to the position on the outer layer 35, the minimum value of the thickness of the outer layer 35 is adopted as the outer layer thickness 35T.
  • the core diameter 36T is the length of the core portion 36 in the radial direction (that is, the direction perpendicular to the central axis 30x).
  • the maximum value of the length in the radial direction is adopted as the core diameter 36T. Further, when the length in the radial direction changes according to the position on the core portion 36, the maximum value of the length in the radial direction is adopted as the core diameter 36T.
  • the outer layer 35 is formed of a material containing nickel (Ni) as a main component.
  • Ni nickel
  • a component other than nickel a component selected from chromium (Cr), aluminum (Al), and silicon (Si) is employed.
  • the following method can be employed. First, after the outer layer 35 is dissolved with an acid, elements other than nickel are quantified by ICP emission spectroscopic analysis. The nickel content is calculated by subtracting the sum of the contents of elements other than nickel from 100%.
  • the composition of other members (for example, the composition of the core portion 36) can be specified using the same method. *
  • the aluminum content was 0.5, 1, 2 (wt%), an even better B evaluation was obtained. Therefore, it is preferable to employ a value selected from 0.5, 1, 2 (wt%) as the upper limit of the preferable range of the aluminum content.
  • a value selected from 0.5, 1, 2 (wt%) as the upper limit of the preferable range of the aluminum content.
  • a range of greater than zero wt% and 2 wt% or less can be employed.
  • arbitrary values below the upper limit among said values are employable. For example, a range of 0.5 wt% or more may be employed. *
  • the silicon content was 0.1, 0.5 (wt%), a better B evaluation was obtained. Therefore, it is preferable to adopt a value selected from 0.1 and 0.5 (wt%) as the upper limit of the preferable range of the silicon content.
  • a preferable range of the silicon content a range of greater than zero wt% and 0.5 wt% or less can be employed.
  • a minimum of the preferable range of the content rate of silicon arbitrary values below the minimum among said values are employable. For example, a range of 0.1 wt% or more may be employed.
  • the aluminum content that yields an evaluation result equal to or higher than the B evaluation is 0.1, 1, 2, 3 (wt %)Met. Therefore, when the silicon content is in the range of 0.1 wt% or more and 0.5 wt% or less, any value among these values can be adopted as the upper limit of the preferable range of the aluminum content. .
  • a preferable range of the aluminum content a range of greater than zero wt% and 3 wt% or less can be employed. Further, when the aluminum content was 0.1, 1, 2 (wt%), a better A evaluation was obtained.
  • a value selected from 0.1, 1, 2 (wt%) as the upper limit of the preferable range of the aluminum content is preferable to employ.
  • a range of the aluminum content a range of greater than zero wt% and 2 wt% or less can be employed.
  • arbitrary values below the upper limit among said values are employable. For example, a range of 0.1 wt% or more may be employed.
  • Evaluation results equal to or higher than B evaluation were obtained in each of the cases where the aluminum content was 0.1 wt% and 2 wt%.
  • the silicon contents for which an evaluation result equal to or higher than the B evaluation was obtained were 0.1, 1, 2 (wt%). Therefore, when the aluminum content is in the range of 0.1 wt% or more and 2 wt% or less, any value of these values can be adopted as the upper limit of the preferable range of the silicon content.
  • a preferable range of the silicon content a range greater than zero wt% and equal to or less than 2 wt% can be employed.
  • arbitrary values below the upper limit among said values are employable. For example, a range of 0.1 wt% or more can be employed. *
  • the nickel content of the core portion 36 is 96.9 wt%.
  • the core portion 36 contains nickel having a higher content than the nickel content of the outer layer 35. Therefore, the durability against discharge can be improved as compared with the case where the nickel content of the core portion 36 is lower than that of the outer layer 35. Further, the thermal conductivity of the core portion 36 can be made higher than that of the outer layer 35.
  • the chromium content (1 wt%) in the core portion 36 is less than the chromium content in the outer layer 35. . Therefore, compared with the case where the chromium content rate of the core part 36 is more than the chromium content rate of the outer layer 35, durability against discharge can be improved. Further, the thermal conductivity of the core portion 36 can be made higher than that of the outer layer 35.
  • Second evaluation test A second evaluation test using a sample of the spark plug 100 will be described. In the second evaluation test, the amount of wear of the core portion 36 of the ground electrode 30 and the strength of the ground electrode 30 when the internal combustion engine was operated were evaluated. Table 2 below shows the sample number, the content (unit: weight percent) of the components (Ni, Cr, Al, Si, Y, Nd) contained in the core portion 36, and the evaluation results. Yes. The blank content indicates 0 wt%. *
  • the core part 36 is formed of a material containing nickel (Ni) as a main component.
  • Ni nickel
  • a component selected from chromium (Cr), aluminum (Al), silicon (Si), yttrium (Y), and neodymium (Nd) is employed.
  • Nominal diameter of screw part 52 M14 First protrusion length 10P: 3 mm Second protrusion length 20P: 3 mm Gap distance Dg: 1.1 mm Tip diameter 20D: 2.5 mm Height 30H: 1.6mm Width 30W: 2.8mm Composition of outer layer 35: nickel (84.5 wt%), chromium (14 wt%), aluminum (1 wt%), silicon (0.5 wt%)
  • a 6-cylinder gasoline engine with a displacement of 2000 cc was used as the internal combustion engine.
  • a sample of the spark plug 100 was mounted on an internal combustion engine, and the throttle was fully opened to operate at a rotational speed of 5000 rpm.
  • the consumption amount of the ground electrode 30 was measured, and the presence or absence of deformation of the ground electrode 30 was confirmed.
  • the consumption amount the difference in volume of the ground electrode 30 before and after the test was adopted.
  • the volume of the ground electrode 30 was calculated using an X-ray CT scanner.
  • the consumed part of the ground electrode 30 was mainly the core part 36.
  • the A evaluation of the consumption amount indicates that the consumption amount by operation is less than 1.0 mm 3
  • the B evaluation of the consumption amount indicates that the consumption amount by operation is 1.0 mm 3 or more.
  • a strength A rating indicates that the ground electrode 30 was not deformed
  • a strength B rating indicates that the ground electrode 30 was deformed.
  • the presence or absence of deformation of the ground electrode 30 was confirmed by comparing the projections of the ground electrode 30 before and after operation.
  • the projected view of the ground electrode 30 represents the same shape as the outer shape of the ground electrode 30 shown in FIG. 2A, and was obtained by projecting the ground electrode 30 in parallel with the third direction D3.
  • the content rate of yttrium and neodymium from which A evaluation with comparatively favorable strength was obtained was 0.05, 0.1, 1, 2, 3, 4, 5, 6 (wt%). Therefore, any value among these values can be adopted as the lower limit of the preferable range of the content of yttrium and neodymium in the core portion 36. For example, a range of 0.05 wt% or more can be adopted as a preferable range of the content of yttrium and neodymium. In addition, any value above the lower limit of the above values can be adopted as the upper limit. For example, a range of 6 wt% or less can be adopted as a preferable range of the content of yttrium and neodymium. *
  • rare earth elements have similar chemical properties. Therefore, a material containing at least one selected from yttrium and rare earth elements in addition to nickel as a main component can be adopted as the material of the core portion 36.
  • rare earth elements include Nd, La, Ce, Dy, Er, Yb, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Ho, Tm, and Lu.
  • the content of the selected element the same range as the above-described preferable range of the content of yttrium and neodymium can be employed. When a plurality of elements are selected, it is preferable that the total value of their contents is in the above-described preferable range.
  • the content rate of nickel with which A evaluation of comparatively favorable consumption was obtained is 96, 96.9, 96.95, 96.98, 97, 98, 99, 99.9, 99.95, 99. .98, 100 (wt%). Therefore, any value among these values can be adopted as the lower limit of the preferable range of the nickel content of the core 36.
  • a range of 96 wt% or more can be adopted as a preferable range of the nickel content.
  • a value of 4 wt% or less can be adopted as the content of at least one selected from yttrium and rare earth elements.
  • the nickel content of the core portion 36 is preferably larger than the nickel content of the outer layer 35.
  • any value above the lower limit of the above values can be adopted as the upper limit.
  • a range of 100 wt% or less can be employed.
  • the chromium content of the core portion 36 of samples (that is, all samples) for which A evaluation was obtained at least one of the consumption amount and the strength was 0, 0.5, 1, 1.5, 2 ( wt%). Therefore, any value among these values can be adopted as the upper limit of the preferable range of the chromium content in the core portion 36. For example, a range of 2 wt% or less can be adopted as a preferable range of the chromium content. Moreover, any value below the upper limit among the above values can be adopted as the lower limit. For example, a range of zero wt% or more can be adopted. Further, the chromium content in the outer layer 35 of each sample was 14 wt%. Thus, since the chromium content of the core portion 36 is smaller than the chromium content of the outer layer 35, the durability of the core portion 36 against discharge can be improved while improving the durability of the outer layer 35 against oxidation. *
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a graph used for calculating the thickness of the diffusion layer 34.
  • the horizontal axis indicates a position P on an analysis line to be described later, and the vertical axis indicates the intensity I of the characteristic X-ray of chromium.
  • FIG. 2A shows an example of the analysis line AL.
  • the analysis line AL is a straight line from the outer layer 35 to the core portion 36 through the diffusion layer 34 on the cross section of the ground electrode 30. Specifically, a straight line orthogonal to the boundary on the cross section orthogonal to the boundary between the outer layer 35 and the core portion 36 (that is, the diffusion layer 34) is employed as the analysis line AL.
  • the left portion indicates the core portion 36 and the right portion indicates the outer layer 35. *
  • the ground electrode 30 of the sample of the spark plug 100 was cut in a cross section passing through the central axis CL of the spark plug 100 and the central axis 30x of the ground electrode 30. Then, along the analysis line AL on the cross section, the line analysis profile of the intensity distribution of the characteristic X-rays of chromium was measured by electron beam microanalysis (EPMA).
  • EPMA electron beam microanalysis
  • SEM / EDS scanning electron microscope / energy dispersive X-ray analyzer
  • JSM-6490LA manufactured by JEOL Ltd.
  • the acceleration voltage was set to 20 kV
  • the magnification was set to 1500 times.
  • FIG. 3 indicates the intensity of the measured characteristic X-ray.
  • a large strength I indicates that the chromium content is high.
  • a graph G shown in FIG. 3 shows a correspondence relationship between the intensity I and the position P represented by the measured line analysis profile (hereinafter, this graph G is referred to as “chrome distribution G”).
  • chrome distribution G In order to reduce the influence of noise, it is preferable to remove a minute intensity fluctuation component having a wavelength of less than 1 ⁇ m by filtering.
  • the average of the intensity I in the outer layer 35 is calculated as the first intensity I1
  • the average of the intensity I in the core portion 36 is calculated as the second intensity I2.
  • the chromium content in the core 36 is less than the chromium content in the outer layer 35.
  • the second intensity I2 is smaller than the first intensity I1.
  • the strength I increases from the second strength I 2 to the first strength I 1 from the core portion 36 toward the outer layer 35.
  • the layer in which the chromium content varies from the content of the core portion 36 to the content of the outer layer 35 corresponds to the diffusion layer 34.
  • a difference dI in FIG. 3 is a difference between the first intensity I1 and the second intensity I2.
  • two threshold values Iu and Id of intensity I were calculated according to the following arithmetic expression.
  • First threshold Iu first intensity I1-0.01 * difference dI
  • second threshold Id second intensity I2 + 0.01 * difference dI (the symbol “*” is a multiplication symbol) and a straight line LIu representing the first threshold Iu
  • the distance T between the first position P1 represented by the intersection of the chrome distribution G and the second position P2 represented by the intersection of the straight line LId representing the second threshold value Id and the chrome distribution G is diffused. This was calculated as the thickness T of the layer 34.
  • the thickness T of the diffusion layer 34 the thickness of the layer in which the chromium content changes greatly is calculated. *
  • composition configurations Samples of 7 different configurations (hereinafter referred to as “composition configurations”) with “A-37” were tested.
  • composition configurations Eight kinds of different thickness samples having different thicknesses T of the diffusion layers 34 were manufactured.
  • the ground electrode 30 was heated to diffuse chromium from the outer layer 35 to the core portion 36.
  • the thickness T was adjusted by adjusting the diffusion processing time (the longer the diffusion processing time, the larger the thickness T).
  • the other configurations were the same except that the thickness T of the diffusion layer 34 was different. *
  • thickness T with which favorable A evaluation was obtained was 5, 10, 15, 20, 25, 30 ( ⁇ m). Therefore, any value among these values can be adopted as the lower limit of the preferable range of the thickness T of the diffusion layer 34.
  • a preferable range of the thickness T of the diffusion layer 34 is a range of 5 ⁇ m or more.
  • any value above the lower limit of the above values can be adopted as the upper limit.
  • a range of 30 ⁇ m or less can be adopted as a preferable range of the thickness T of the diffusion layer 34.
  • the chromium content rate of the core part 36 is less than the chromium content rate of the outer layer 35. . Therefore, the durability of the core portion 36 against discharge and the durability of the outer layer 35 against oxidation can be improved.
  • the evaluation results in Table 3 were common to the seven types of composition configurations.
  • the seven types of compositional configurations include a configuration that does not include aluminum and silicon (No. A-10), a configuration that includes aluminum but does not include silicon (No. A-15), and includes aluminum.
  • the structure including silicon (A-21) and the structure including both aluminum and silicon (A-26, A-31, A-35, A-37) are included.
  • 0, 0.1, 0.5, and 2 (wt%) were evaluated as the aluminum content.
  • 0, 0.1, 0.5, and 1 (wt%) were evaluated as the silicon content.
  • the preferable range of the thickness T of the diffusion layer 34 can be applied to various compositions of the outer layer 35. As a result, it is estimated that it can apply also to the other composition structure different from seven types of composition structures. *
  • FIG. 4 is a schematic view showing the configuration of another embodiment of the ground electrode.
  • 4A is a cross section including the central axis CL of the spark plug 100b and the central axis 30xb of the rod-shaped ground electrode 30b extending from the base end 31b to the tip end portion 38b, as in FIG. 2A. is there.
  • FIG. 4B is a schematic view of the ground electrode 30b as seen from the rear end direction D1r side of the ground electrode 30b toward the front end direction D1, similarly to FIG. 2B.
  • the configuration other than the ground electrode 30b is the same as the configuration of the spark plug 100 shown in FIGS.
  • the elements of the spark plug 100b the same elements as those of the spark plug 100 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. *
  • the ground electrode 30b includes an outer layer 35b, a core portion 36b, and a diffusion layer 34b.
  • the difference from the ground electrode 30 of the first embodiment shown in FIG. 2 is that the exposed surface 36eb of the core portion 36b faces the front end surface 29 of the center electrode 20 on the center electrode 20 side of the surface of the ground electrode 30b.
  • This is a point extending from the portion (that is, the portion including the projection surface 29p) to the virtual plane 13p.
  • the virtual plane 13p is a plane perpendicular to the central axis CL including the tip 139 of the insulator 10. That is, the exposed surface 36eb of the core portion 36 includes a surface that continues from the portion facing the tip surface 29 of the center electrode 20 to the virtual plane 13p and faces the center electrode 20.
  • the ground electrode 30b can be adopted as a method of manufacturing the ground electrode 30b.
  • a rod-shaped member having an inner member and an outer member covering the inner member is formed.
  • the bar-shaped ground electrode before bending is formed by scraping the outer member of the portion corresponding to the exposed surface 36eb of the obtained bar-shaped member.
  • the ground electrode 30b is formed by joining the base end 31b of such a rod-shaped ground electrode to the tip 501 of the metal shell 50 (for example, laser welding) and bending the ground electrode so that an appropriate gap g is formed. To do. *
  • the above-mentioned preferable range is applicable as each of the composition of the outer layer 35b, the composition of the core part 36b, and the thickness T of the diffusion layer 34b.
  • the configuration of the spark plug is not limited to the configuration described in FIGS. 1, 2, and 4, and various configurations can be employed.
  • a part of the projection surface 29p of the tip surface 29 of the center electrode 20 may overlap with the outer layer of the ground electrode.
  • a part of the projection surface 29p may protrude beyond the ground electrode without overlapping the ground electrode.
  • a noble metal tip may be provided in a portion of the center electrode 20 where the gap g is formed.
  • materials containing various noble metals such as platinum (Pt), iridium (Ir), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), palladium (Pd), gold (Au) as main components can be adopted. It is. In this case, the tip surface of the noble metal tip is adopted as the tip surface of the center electrode.
  • the size of the core portion is large and the thickness of the outer layer is thin.
  • the thickness of the outer layer (for example, the outer layer thickness 35T in FIG. 2) is preferably smaller than half the length of the core portion in the radial direction (for example, the core diameter 36T in FIG. 2).
  • the thickness of the outer layer is smaller than a value of 1/8 of the length of the core portion in the radial direction.
  • the thickness of the outer layer is preferably 0.5 mm or less, which is the thickness of the sample of the first evaluation test.
  • leg part 29 ... tip surface, 29p ... projection surface, 30, 30b ... ground electrode, 30W ... width, 30x, 30xb ... central axis, 31, 31b ... proximal end, 34, 34b ... diffusion layer, 35, 35b ... outer layer, 36, 36b ... core, 36T ... core diameter, 36e, 36eb ... exposed surface, 38, 38b ... tip 40 ... terminal fitting, 41 ... cap mounting part, 42 ... collar part, 43 ... leg part, 50 ... metallic shell, 51 ... tool engaging part, 52 ... screw Part, 53 ... caulking part, 54 ... seat part, 55 ... trunk part, 56 ... reduced inner diameter part, 58 ... deformation part, 59 ...

Landscapes

  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

接地電極の耐久性を向上する。　スパークプラグは、軸線方向に延びる中心電極と、中心電極の先端面との間でギャップを形成する接地電極と、を有する。接地電極は、接地電極の表面の一部を形成する外層と、外層に一部が被覆され外層よりも熱伝導率が高い材料で形成され、外層から露出した部分である露出面を備える芯部と、を有する。外層は、主成分としてのニッケルと、１４ｗｔ％以上のクロムと、を含む材料で形成されている。芯部は、外層のニッケルの含有率よりも高い含有率のニッケルを含む材料で形成されている。中心電極の先端面を軸線方向と平行に投影した場合に、露出面は、接地電極のうちの投影された先端面と重なる部分を、含んでいる。

Description

スパークプラグ
本発明は、スパークプラグに関するものである。
従来から、内燃機関に、スパークプラグが用いられている。スパークプラグは、ギャップを形成する電極を有している。電極としては、例えば、耐酸化性に優れる外層部と、熱伝導性が良好な芯部と、を有する接地電極が、提案されている。このような接地電極を採用すれば、接地電極の温度を低下させることで、耐酸化性を向上できる。
特開平５－１３１４６号公報
接地電極は、種々の原因によって、劣化し得る。例えば、接地電極は、火花によって、消耗する場合がある。また、接地電極は、燃料ガスに曝されることによって、酸化する場合がある。このように、接地電極は、種々の原因によって、劣化し得るので、接地電極の耐久性を向上することは、容易ではなかった。　
本発明の主な利点は、接地電極の耐久性を向上することである。
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、以下の適用例として実現することが可能である。　
［適用例１］　軸線方向に延びる中心電極と、

　前記中心電極の先端面との間でギャップを形成する接地電極と、

　を有するスパークプラグであって、

　前記接地電極は、

　　前記接地電極の表面の一部を形成する外層と、

　　前記外層に一部が被覆され前記外層よりも熱伝導率が高い材料で形成され、前記外層から露出した部分である露出面を備える芯部と、

　を有し、

　前記外層は、主成分としてのニッケルと、１４ｗｔ％以上のクロムと、を含む材料で形成されており、

　前記芯部は、前記外層のニッケルの含有率よりも高い含有率のニッケルを含む材料で形成されており、

　前記中心電極の前記先端面を前記軸線方向と平行に投影した場合に、前記露出面は、前記接地電極のうちの前記投影された前記先端面と重なる部分を、含む、

　スパークプラグ。　
この構成によれば、接地電極のうちの、投影された中心電極の先端面と重なる部分、すなわち、放電が生じ易い部分の耐火花消耗性を、露出した芯部によって向上できる。さらに、接地電極のうちの、他の部分、すなわち、燃焼ガスに曝される部分の耐酸化性を、外層によって向上できる。この結果、接地電極の耐久性を向上できる。　
［適用例２］　適用例１に記載のスパークプラグであって、

　前記露出面は、前記投影された前記先端面の全体と、重なる、

　スパークプラグ。　
この構成によれば、接地電極のうちの露出面以外の部分で放電が生じることが抑制されるので、接地電極の耐久性を向上できる。　
［適用例３］　適用例１または２に記載のスパークプラグであって、

　前記軸線方向に延びる軸孔が形成され、前記軸孔の先端側に前記中心電極が配置される絶縁体を有し、

　前記露出面は、前記絶縁体の先端を含む前記軸線方向に垂直な仮想平面まで続くとともに前記中心電極と対向する面を、含む、

　スパークプラグ。　
この構成によれば、接地電極の表面のうちの放電が生じ得る部分の耐火花消耗性を、露出した芯部によって向上できる。この結果、接地電極の耐久性を向上できる。　
［適用例４］　適用例１から３のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、

　前記芯部のクロムの含有率は、ゼロ、または、前記外層のクロムの含有率未満であり、

　前記接地電極は、前記芯部と前記外層との間に形成された拡散層を有し、

　前記拡散層の厚さは、５μｍ以上である、

　スパークプラグ。　
この構成によれば、芯部と外層との密着性を向上できるので、接地電極の耐久性を向上できる。　
［適用例５］　適用例１から４のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、

　前記芯部は、ニッケルを９６ｗｔ％以上、イットリウムまたは希土類元素から選ばれる少なくとも１種を０．０５ｗｔ％以上含む、スパークプラグ。
この構成によれば、接地電極の耐久性を向上できる。　
［適用例６］　適用例１から５のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、

　前記外層は、０ｗｔ％より大きく、かつ、２ｗｔ％以下のアルミニウムを含む、スパークプラグ。　
この構成によれば、接地電極の耐久性を向上できる。　
［適用例７］　適用例１から６のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、

　前記外層は、０ｗｔ％より大きく、かつ、０．５ｗｔ％以下のシリコンを含む、スパークプラグ。　
この構成によれば、接地電極の耐久性を向上できる。　
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、スパークプラグを搭載する内燃機関、スパークプラグの製造方法、等の態様で実現することができる。
実施形態のスパークプラグの一例の断面図である。 スパークプラグ１００の電極２０、３０の構成を示す概略図である。 拡散層３４の厚さの算出に用いられるグラフの概略図である。 接地電極の別の実施形態の構成を示す概略図である。
Ａ．第１実施形態：Ａ１．スパークプラグの構成：　図１は、実施形態のスパークプラグの一例の断面図である。図示されたラインＣＬは、スパークプラグ１００の中心軸を示している。図示された断面は、中心軸ＣＬを含む断面である。以下、中心軸ＣＬのことを「軸線ＣＬ」とも呼び、中心軸ＣＬと平行な方向を「軸線方向」とも呼ぶ。中心軸ＣＬを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、中心軸ＣＬを中心とする円の円周方向を「周方向」とも呼ぶ。中心軸ＣＬと平行な方向のうち、図１における下方向を第１方向Ｄ１と呼ぶ。第１方向Ｄ１は、後述する端子金具４０から電極２０、３０に向かう方向である。図中の第２方向Ｄ２と第３方向Ｄ３とは、互いに垂直な方向であり、いずれも、第１方向Ｄ１と垂直な方向である。以下、第１方向Ｄ１を、先端方向Ｄ１とも呼び、第１方向Ｄ１の反対方向を、後端方向Ｄ１ｒとも呼ぶ。また、図１における先端方向Ｄ１側をスパークプラグ１００の先端側と呼び、図１における後端方向Ｄ１ｒ側をスパークプラグ１００の後端側と呼ぶ。　
スパークプラグ１００は、絶縁体１０（以下「絶縁碍子１０」とも呼ぶ）と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、導電性の第１シール部６０と、抵抗体７０と、導電性の第２シール部８０と、先端側パッキン８と、タルク９と、第１後端側パッキン６と、第２後端側パッキン７と、を備えている。　
絶縁体１０は、中心軸ＣＬに沿って延びて絶縁体１０を貫通する貫通孔１２（以下「軸孔１２」とも呼ぶ）を有する略円筒状の部材である。絶縁体１０は、アルミナを焼成して形成されている（他の絶縁材料も採用可能である）。絶縁体１０は、先端側から後端方向Ｄ１ｒに向かって順番に並ぶ、脚部１３と、第１縮外径部１５と、先端側胴部１７と、鍔部１９と、第２縮外径部１１と、後端側胴部１８と、を有している。第１縮外径部１５の外径は、後端側から先端側に向かって、徐々に小さくなる。絶縁体１０の第１縮外径部１５の近傍（図１の例では、先端側胴部１７）には、後端側から先端側に向かって内径が徐々に小さくなる縮内径部１６が形成されている。第２縮外径部１１の外径は、先端側から後端側に向かって、徐々に小さくなる。　
絶縁体１０の軸孔１２の先端側には、中心軸ＣＬに沿って延びる棒状の中心電極２０が挿入されている。中心電極２０は、先端側から後端方向Ｄ１ｒに向かって順番に並ぶ、脚部２５と、鍔部２４と、頭部２３と、を有している。脚部２５の先端側の部分は、絶縁体１０の先端側で、軸孔１２の外に露出している。中心電極２０の他の部分は、軸孔１２内に配置されている。鍔部２４の先端方向Ｄ１側の面は、絶縁体１０の縮内径部１６によって、支持されている。また、中心電極２０は、外層２１と芯部２２とを有している。芯部２２の後端部は、外層２１から露出し、中心電極２０の後端部を形成する。芯部２２の他の部分は、外層２１によって被覆されている。ただし、芯部２２の全体が、外層２１によって覆われていても良い。　
外層２１は、芯部２２よりも耐食性に優れる材料、すなわち、内燃機関の燃焼室内で燃焼ガスに曝された場合の消耗が少ない材料を用いて形成されている。外層２１の材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、または、ニッケルを主成分として含む合金（例えば、インコネル（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は、登録商標））が用いられる。ここで、「主成分」は、含有率が最も高い成分を意味している（以下、同様）。含有率としては、重量パーセントで表される値が、採用される。芯部２２は、外層２１よりも熱伝導率が高い材料、例えば、銅を含む材料（例えば、銅、または、銅を主成分とする合金）で形成されている。　
絶縁体１０の軸孔１２の後端側には、端子金具４０が挿入されている。端子金具４０は、導電材料（例えば、低炭素鋼等の金属）を用いて形成されている。端子金具４０は、後端側から先端方向Ｄ１に向かって順番で並ぶ、キャップ装着部４１と、鍔部４２と、脚部４３と、を有している。キャップ装着部４１は、絶縁体１０の後端側で、軸孔１２の外に露出している。脚部４３は、絶縁体１０の軸孔１２に挿入されている。　
絶縁体１０の軸孔１２内において、端子金具４０と中心電極２０との間には、電気的なノイズを抑制するための、円柱状の抵抗体７０が配置されている。抵抗体７０と中心電極２０との間は、導電性の第１シール部６０が配置され、抵抗体７０と端子金具４０との間には、導電性の第２シール部８０が配置されている。中心電極２０と端子金具４０とは、抵抗体７０とシール部６０、８０とを介して、電気的に接続される。シール部６０、８０を用いることによって、積層される部材２０、６０、７０、８０、４０間の接触抵抗が安定し、中心電極２０と端子金具４０との間の電気抵抗値を安定させることができる。なお、抵抗体７０は、例えば、主成分であるガラス粒子（例えば、Ｂ2Ｏ3－ＳｉＯ2系のガラス）と、セラミック粒子（例えば、ＴｉＯ２）と、導電性材料（例えば、Ｍｇ）と、を用いて形成されている。シール部６０、８０は、例えば、抵抗体７０と同様のガラス粒子と、金属粒子（例えば、Ｃｕ）と、を用いて形成されている。　
主体金具５０は、中心軸ＣＬに沿って延びて主体金具５０を貫通する貫通孔５９を有する略円筒状の部材である。主体金具５０は、低炭素鋼材を用いて形成されている（他の導電材料（例えば、金属材料）も採用可能である）。主体金具５０の貫通孔５９には、絶縁体１０が挿入されている。主体金具５０は、絶縁体１０の外周に固定されている。主体金具５０の先端側では、絶縁体１０の先端（本実施形態では、脚部１３の先端側の部分）が、貫通孔５９の外に露出している。主体金具５０の後端側では、絶縁体１０の後端（本実施形態では、後端側胴部１８の後端側の部分）が、貫通孔５９の外に露出している。　
主体金具５０は、先端側から後端側に向かって順番に並ぶ、胴部５５と、座部５４と、変形部５８と、工具係合部５１と、加締部５３と、を有している。座部５４は、鍔状の部分である。胴部５５の外周面には、内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）の取付孔に螺合するためのネジ部５２が形成されている。座部５４とネジ部５２との間には、金属板を折り曲げて形成された環状のガスケット５が嵌め込まれている。　
主体金具５０は、変形部５８よりも先端方向Ｄ１側に配置された縮内径部５６を有している。縮内径部５６の内径は、後端側から先端側に向かって、徐々に小さくなる。主体金具５０の縮内径部５６と、絶縁体１０の第１縮外径部１５と、の間には、先端側パッキン８が挟まれている。先端側パッキン８は、鉄製のＯリングである（他の材料（例えば、銅等の金属材料）も採用可能である）。　
工具係合部５１の形状は、スパークプラグレンチが係合する形状（例えば、六角柱）である。工具係合部５１の後端側には、加締部５３が設けられている。加締部５３は、絶縁体１０の第２縮外径部１１よりも後端側に配置され、主体金具５０の後端（すなわち、後端方向Ｄ１ｒ側の端）を形成する。加締部５３は、径方向の内側に向かって屈曲されている。　
主体金具５０の後端側では、主体金具５０の内周面と、絶縁体１０の外周面と、の間に、環状の空間ＳＰが形成されている。本実施形態では、この空間ＳＰは、主体金具５０の加締部５３および工具係合部５１と、絶縁体１０の第２縮外径部１１および後端側胴部１８と、に囲まれた空間である。この空間ＳＰ内の後端側には、第１後端側パッキン６が配置されている。この空間ＳＰ内の先端側には、第２後端側パッキン７が配置されている。本実施形態では、これらの後端側パッキン６、７は、鉄製のＣリングである（他の材料も採用可能である）。空間ＳＰ内における２つの後端側パッキン６、７の間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。　
スパークプラグ１００の製造時には、加締部５３が内側に折り曲がるように加締められる。そして、加締部５３が先端方向Ｄ１側に押圧される。これにより、変形部５８が変形し、パッキン６、７とタルク９とを介して、絶縁体１０が、主体金具５０内で、先端側に向けて押圧される。先端側パッキン８は、第１縮外径部１５と縮内径部５６との間で押圧され、そして、主体金具５０と絶縁体１０との間をシールする。以上により、内燃機関の燃焼室内のガスが、主体金具５０と絶縁体１０との間を通って外に漏れることが、抑制される。また、主体金具５０が、絶縁体１０に、固定される。　
接地電極３０は、主体金具５０の先端５０１（すなわち、先端方向Ｄ１側の端５０１）に接合されている。本実施形態では、接地電極３０は、棒状の電極である。接地電極３０は、主体金具５０から先端方向Ｄ１に向かって延び、中心軸ＣＬに向かって曲がって、先端部３８に至る。第２方向Ｄ２は、接地電極３０に沿って外周側から中心軸ＣＬに向かう方向である。先端部３８は、中心電極２０の先端面２９（先端方向Ｄ１側の表面２９）との間でギャップｇを形成する。また、接地電極３０は、主体金具５０に、電気的に導通するように、接合されている（例えば、レーザ溶接）。接地電極３０は、接地電極３０の表面の一部を形成する外層３５と、外層３５に一部が被覆され外層３５から露出した部分である露出面３６ｅを備える芯部３６と、を有している。接地電極３０の構成の詳細については、後述する。　
Ａ２．接地電極の構成：　図２は、スパークプラグ１００の電極２０、３０の構成を示す概略図である。図２（Ａ）は、スパークプラグ１００の先端方向Ｄ１側の一部分の断面図を示している。具体的には、この断面は、中心軸ＣＬと、接地電極３０の棒形状の中心軸３０ｘ（すなわち、基端３１から先端部３８に向かって延びる棒形状の中心軸３０ｘ）と、を通る断面である。図２（Ｂ）は、接地電極３０の後端方向Ｄ１ｒ側から先端方向Ｄ１を向いて見た、接地電極３０の先端部３８の概略図を示している。図２（Ｃ）は、接地電極３０の先端部３８の中心軸３０ｘと垂直な断面図である（具体的には、図２（Ａ）のＣ２－Ｃ２断面図）。なお、図２（Ａ）中の中心軸ＣＬの右側では、第３方向Ｄ３方向を向いて見た中心電極２０と絶縁碍子１０と主体金具５０との外観が示されている。　
接地電極３０は、断面が略矩形状の棒状の部材を用いて形成されている。図２（Ａ）に示すように、接地電極３０の一方の端３１（以下、「基端３１」と呼ぶ）は、主体金具５０の先端５０１に接合されている。接地電極３０は、この基端３１から、先端方向Ｄ１側に向かって延び、そして、中心軸ＣＬに向かって曲がって、先端部３８に至る。先端部３８は、中心電極２０の先端面２９（すなわち、先端方向Ｄ１側の面）の先端方向Ｄ１側で、先端面２９と対向している。
図２（Ａ）に示すように、接地電極３０は、接地電極３０の表面の一部を形成する外層３５と、外層３５に一部が被服された芯部３６と、外層３５と芯部３６と間に形成された拡散層３４と、を有している。外層３５は、主成分としてのニッケルを含む材料を用いて形成されている。芯部３６は、外層３５よりも熱伝導率が高い材料で形成されている。例えば、芯部３６は、外層３５の含有率よりも高い含有率のニッケルを含む材料で形成されている。拡散層３４は、外層３５と芯部３６とのそれぞれの成分が拡散することによって形成された層である。
芯部３６は、基端３１から先端部３８の途中まで、延びている。先端部３８の後端方向Ｄ１ｒ側では、外層３５が省略され、そして、芯部３６が露出している。図２（Ｂ）には、芯部３６の表面のうちの露出した部分である露出面３６ｅが、ハッチングで示されている。また、図２（Ｂ）には、中心電極２０の先端面２９を中心軸ＣＬと平行に投影した投影面２９ｐが示されている。ここで、先端面２９は、形状と大きさを変えずに、投影される。図示するように、露出面３６ｅは、投影面２９ｐの全体を、含んでいる。すなわち、芯部３６の露出面３６ｅと、中心電極２０の先端面２９とが、ギャップｇを形成する。外層３５は、接地電極３０の表面のうち、少なくともギャップｇを形成する部分とは反対側の部分、すなわち、先端方向Ｄ１側の部分を、形成している。　
接地電極３０の表面のうちの投影面２９ｐと重なる部分、すなわち、放電が生じやすい部分において、芯部３６が露出している理由は、以下の通りである。すなわち、接地電極３０は、内燃機関の燃焼室内で、ガスの圧縮と膨張、そして、加熱と冷却とのサイクルにさらされるので、接地電極３０の表面は、酸化されやすい。ここで、接地電極３０の材料として、酸化に対する耐久性が高い材料（例えば、主成分としてのニッケルと、クロムとを含む合金）を採用することによって、接地電極３０の耐酸化性を向上できる。ところが、そのような材料を用いる場合、放電（火花）に対する耐久性が低い場合がある。　
そこで、本実施形態では、接地電極３０の表面のうち、放電が生じやすい部分と、他の部分とが、互いに異なる部材で形成されている。具体的には、接地電極３０の表面のうち、投影面２９ｐと重なる部分は、芯部３６の露出面３６ｅによって形成されている。従って、接地電極３０の表面のうち露出面３６ｅ以外の部分で放電が生じることが抑制される。芯部３６の材料として、放電に対する耐久性が高い材料が、採用される。例えば、外層３５のニッケルの含有率よりも高い含有率のニッケルを含む材料を、芯部３６の材料として採用可能である。ニッケルの含有率が高い場合には、ニッケルによる高い熱伝導率を維持できる。従って、芯部３６は、放電によって生じた熱を主体金具５０に逃がし易い。この結果、放電に対する耐久性を向上できる。また、接地電極３０の表面のうちの他の部分は、外層３５によって形成されている。外層３５の材料として、酸化に対する耐久性が高い材料（例えば、ニッケルとクロムの合金）が、採用される。この結果、接地電極３０の酸化を抑制できる。　
このような接地電極３０の製造方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、以下の方法を採用可能である。外層３５の材料で形成されたカップ状の外部材を準備し、その外部材の中に、芯部３６の材料で形成された内部材を挿入する。内部材が挿入された状態で、外部材の外形を成形することによって、内部材と、内部材を覆う外部材と、を有する棒状の部材を形成する。得られた棒状の部材のうちのギャップｇを形成する部分の外部材を削り取ることによって、曲げる前の棒状の接地電極を形成する。このような棒状の接地電極の基端３１を主体金具５０の先端５０１に接合し（例えば、レーザ溶接）、適切なギャップｇが形成されるように接地電極を曲げることによって、接地電極３０が形成される。なお、拡散層３４は、内部材と外部材とを用いる接地電極３０の形成の過程で、形成され得る。例えば、内部材が挿入された状態で外部材の外形を成形することによって、外部材が内部材に押しつけられる。この結果、拡散層３４が形成される。また、接地電極３０を曲げやすくするために、曲げる前の棒状の接地電極を、焼鈍する場合がある。このような接地電極３０の加熱によって、厚い拡散層３４が形成され得る。　
図２には、スパークプラグ１００の種々の寸法Ｄｇ、２０Ｄ、１０Ｐ、２０Ｐ、３０Ｈ、３０Ｗ、３５Ｔ、３６Ｔが示されている。距離Ｄｇ（図２（Ａ））は、ギャップｇの距離である（以下、「ギャップ距離Ｄｇ」と呼ぶ）。ギャップ距離Ｄｇは、ギャップｇを形成する２つの面２９、３６ｅの間の最短距離である。先端径２０Ｄは、中心電極２０の先端面２９における外径である。第１突出長１０Ｐは、絶縁体１０のうちの主体金具５０の先端５０１から先端方向Ｄ１側に突出する部分の中心軸ＣＬと平行な長さである。第２突出長２０Ｐは、中心電極２０のうちの絶縁体１０の先端１３９から先端方向Ｄ１側に突出する部分の中心軸ＣＬと平行な長さである。　
高さ３０Ｈ（図２（Ｃ））は、接地電極３０の略矩形の断面の中心軸ＣＬと平行な方向の長さである。幅３０Ｗは、接地電極３０の略矩形の断面の中心軸ＣＬと垂直な方向の長さである。外層厚さ３５Ｔは、外層３５の厚さである。外層３５の厚さが外層３５上の位置に応じて変化する場合、外層３５の厚さの最小値が、外層厚さ３５Ｔとして採用される。芯径３６Ｔは、芯部３６の径方向（すなわち、中心軸３０ｘと垂直な方向）の長さである。芯部３６の中心軸３０ｘと垂直な断面形状が非円形状である場合、径方向の長さの最大値が、芯径３６Ｔとして採用される。また、径方向の長さが芯部３６上の位置に応じて変化する場合、径方向の長さの最大値が、芯径３６Ｔとして採用される。　
Ｂ．第１評価試験：　スパークプラグ１００のサンプルを用いた第１評価試験について説明する。第１評価試験では、内燃機関を運転した場合の接地電極３０の外層３５の耐久性が評価された。以下の表１は、サンプルの番号と、外層３５に含まれる成分（Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ）の含有率（単位は重量パーセント（ｗｔ％））と、評価結果と、を示している。空欄の含有率は、０ｗｔ％を示している。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
外層３５は、主成分としてのニッケル（Ｎｉ）を含む材料で形成されている。ニッケル以外の成分としては、クロム（Ｃｒ）と、アルミニウム（Ａｌ）と、シリコン（Ｓｉ）と、から選択された成分が、採用されている。含有率の測定方法としては、例えば、以下の方法を採用可能である。まず、外層３５を酸で溶解した後、ＩＣＰ発光分光分析法によって、ニッケル以外の元素の定量を行う。ニッケルの含有率は、ニッケル以外の元素の含有率の和を１００％から引くことによって算出される。他の部材の組成（例えば、芯部３６の組成）についても、同じ方法を用いて特定可能である。　
評価試験に用いられた３８個のサンプルの間では、スパークプラグの構成のうちの外層３５の組成以外の構成は、共通であり、図１、図２に示す構成と同じであった。例えば、以下の構成は、３８個のサンプルに共通であった。　ネジ部５２の呼び径　：Ｍ１４

　第１突出長１０Ｐ　　：３ｍｍ

　第２突出長２０Ｐ　　：３ｍｍ

　ギャップ距離Ｄｇ　　：１．１ｍｍ

　先端径２０Ｄ　　　　：２．５ｍｍ

　高さ３０Ｈ　　　　　：１．６ｍｍ

　幅３０Ｗ　　　　　　：２．８ｍｍ

　外層厚さ３５Ｔ　　　：０．５ｍｍ

　芯部３６の組成　　　：ニッケル（９６．９ｗｔ％）、クロム（１ｗｔ％）、アルミニウム（２ｗｔ％）、イットリウム（０．１ｗｔ％）
評価試験では、内燃機関として、排気量が２０００ｃｃの６気筒のガソリンエンジンが用いられた。スパークプラグ１００のサンプルを内燃機関に装着し、スロットルを全開にして５０００ｒｐｍの回転速度で運転を行った。そして、１００時間の運転の後に接地電極３０を拡大鏡で観察し、腐食が生じたか否かを確認した。外層３５の表面に形成されたクロムを含む層が剥がれ、その下にニッケルの結晶粒が観察される場合に、腐食が生じたと判定した。このような腐食は、接地電極３０の先端部３８で生じやすい。１００時間の運転と腐食の確認とを繰り返し、腐食が生じるまでの合計運転時間を、耐久性の指標として評価した。Ａ評価は、３００時間の運転で腐食が生じなかったことを示し、Ｂ評価は、３００時間の運転で腐食が生じたことを示し、Ｃ評価は、２００時間の運転で腐食が生じたことを示し、Ｄ評価は、１００時間の運転で腐食が生じたことを示している。　
［クロムの含有率］　「Ａ－１番」から「Ａ－１３番」の１３個のサンプルは、クロム（Ｃｒ）の含有率と耐久性との関係を示している。表１に示すように、クロムの含有率が１４ｗｔ％以上である場合に、クロムの含有率が１３ｗｔ％以下である場合と比べて、良好なＣ評価が得られた。この理由は、クロムの含有率が高い場合には、低い場合と比べて、外層３５の表面に形成されるクロムを含む酸化物の被膜が堅牢になるからだと推定される。なお、比較的良好なＣ評価が得られたクロムの含有率は、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０（ｗｔ％）であった。従って、これらの値のうちの任意の値を、クロムの含有率の好ましい範囲の下限として採用可能である。例えば、１４ｗｔ％以上の範囲を採用可能である。また、上記の値のうちの下限以上の任意の値を、上限として採用可能である。例えば、２０ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。　
［アルミニウムの含有率］　「Ａ－１４番」から「Ａ－１９番」の６個のサンプルは、アルミニウム（Ａｌ）の含有率と耐久性との関係を示している。アルミニウムを含まない「Ａ－１番」から「Ａ－１３番」と比べて、アルミニウムを含むことによって、評価結果を向上できた。この理由は、アルミニウムによって、クロムを含む酸化物の被膜が更に堅牢になるからだと推定される。Ｃ評価以上の評価結果が得られたアルミニウムの含有率は、０．５、１、２、３、４（ｗｔ％）であった。従って、これらの値のうちの任意の値を、アルミニウムの含有率の好ましい範囲の上限として採用可能である。例えば、アルミニウムの含有率の好ましい範囲として、ゼロｗｔ％よりも大きく、かつ、４ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。また、アルミニウムの含有率が０．５、１、２（ｗｔ％）である場合には、さらに良好なＢ評価が得られた。従って、アルミニウムの含有率の好ましい範囲の上限として、０．５、１、２（ｗｔ％）から選択された値を採用することが好ましい。例えば、アルミニウムの含有率の好ましい範囲として、ゼロｗｔ％よりも大きく、かつ、２ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。なお、アルミニウムの含有率の好ましい範囲の下限としては、上記の値のうちの上限以下の任意の値を採用可能である。例えば、０．５ｗｔ％以上の範囲を採用してもよい。　
また、「Ａ－１４番」、「Ａ－１６番」から「Ａ－１９番」の５個のサンプルが示すように、クロムの含有率が１４ｗｔ％である場合には、アルミニウムの種々の含有率で、Ｃ評価以上の評価結果が得られた。また、「Ａ－１５番」が示すように、クロムの含有率を３０ｗｔ％に増大させた場合にも、比較的良好なＢ評価が得られた。従って、アルミニウムの上記の好ましい範囲は、クロムの含有率を、１４ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下の範囲内で変化させた場合にも、適用可能と推定される。そして、クロムの含有率の好ましい範囲として、３０ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。　
［シリコンの含有率］　「Ａ－２０番」から「Ａ－２４番」の５個のサンプルは、シリコン（Ｓｉ）の含有率と耐久性との関係を示している。シリコンを含まない「Ａ－１番」から「Ａ－１３番」と比べて、シリコンを含むことによって、評価結果を向上できた。この理由は、シリコンによって、クロムを含む酸化物の被膜が更に堅牢になるからだと推定される。Ｃ評価以上の評価結果が得られたシリコンの含有率は、０．１、０．５、１、２（ｗｔ％）であった。従って、これらの値のうちの任意の値を、シリコンの含有率の好ましい範囲の上限として採用可能である。例えば、シリコンの含有率の好ましい範囲として、ゼロｗｔ％よりも大きく、かつ、２ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。また、シリコンの含有率が０．１、０．５（ｗｔ％）である場合には、さらに良好なＢ評価が得られた。従って、シリコンの含有率の好ましい範囲の上限として、０．１、０．５（ｗｔ％）から選択された値を採用することが好ましい。例えば、シリコンの含有率の好ましい範囲として、ゼロｗｔ％よりも大きく、かつ、０．５ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。なお、シリコンの含有率の好ましい範囲の下限としては、上記の値のうちの下限以下の任意の値を採用可能である。例えば、０．１ｗｔ％以上の範囲を採用してもよい。　
また、「Ａ－２０番」、「Ａ－２２番」から「Ａ－１４番」の４個のサンプルが示すように、クロムの含有率が１４ｗｔ％である場合には、シリコンの種々の含有率で、Ｃ評価以上の評価結果が得られた。また、「Ａ－２１番」が示すように、クロムの含有率を３０ｗｔ％に増大させた場合にも、比較的良好なＢ評価が得られた。従って、シリコンの上記の好ましい範囲は、クロムの含有率を、１４ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下の範囲内で変化させた場合にも、適用可能と推定される。そして、クロムの含有率の好ましい範囲として、３０ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。　
［アルミニウムの含有率（含シリコン）］　「Ａ－２５番」から「Ａ－３４番」の１０個のサンプルは、外層３５がシリコン（Ｓｉ）を含む場合の、アルミニウム（Ａｌ）の含有率と耐久性との関係を示している。「Ａ－２５番」から「Ａ－２９番」の５個のサンプルのシリコンの含有率は、０．１ｗｔ％であった。「Ａ－３０番」から「Ａ－３４番」の５個のサンプルのシリコンの含有率は、０．５ｗｔ％であった。いずれの場合も、アルミニウムを含まずにシリコンを含む「Ａ－２０番」から「Ａ－２４番」と比べ、アルミニウムを含むことによって、評価結果を向上できた。この理由は、アルミニウムとシリコンとによって、クロムを含む酸化物の被膜が更に堅牢になるからだと推定される。　
シリコンの含有率が０．１ｗｔ％の場合と０．５ｗｔ％の場合とのそれぞれにおいて、Ｂ評価以上の評価結果が得られたアルミニウムの含有率は、０．１、１、２、３（ｗｔ％）であった。従って、シリコンの含有率が０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下の範囲内である場合に、これらの値のうちの任意の値を、アルミニウムの含有率の好ましい範囲の上限として採用可能である。例えば、アルミニウムの含有率の好ましい範囲として、ゼロｗｔ％よりも大きく、かつ、３ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。また、アルミニウムの含有率が０．１、１、２（ｗｔ％）である場合には、さらに良好なＡ評価が得られた。従って、アルミニウムの含有率の好ましい範囲の上限として、０．１、１、２（ｗｔ％）から選択された値を採用することが好ましい。例えば、アルミニウムの含有率の好ましい範囲として、ゼロｗｔ％よりも大きく、かつ、２ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。なお、アルミニウムの含有率の好ましい範囲の下限としては、上記の値のうちの上限以下の任意の値を採用可能である。例えば、０．１ｗｔ％以上の範囲を採用してもよい。　
また、「Ａ－２５番」、「Ａ－２７番」から「Ａ－３０番」、「Ａ－３２番」から「Ａ－３４番」の８個のサンプルが示すように、クロムの含有率が１４ｗｔ％である場合には、アルミニウムの種々の含有率で、Ｂ評価以上の評価結果が得られた。また、「Ａ－２６番」と「Ａ－３１番」とが示すように、クロムの含有率を３０ｗｔ％に増大させた場合にも、比較的良好なＡ評価が得られた。従って、アルミニウムの上記の好ましい範囲は、クロムの含有率を１４ｗｔ％以上、３０ｗｔ％以下の範囲内で変化させた場合にも、適用可能と推定される。そして、クロムの含有率の好ましい範囲として、３０ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。　
［シリコンの含有率（含アルミニウム）］　「Ａ－２５番」、「Ａ－３５番」、「Ａ－３６番」と、「Ａ－２８番」、「Ａ－３７番」、「Ａ－３８番」との６個のサンプルは、外層３５がアルミニウムを含む場合の、シリコンの含有率と耐久性との関係を示している。「Ａ－２５番」、「Ａ－３５番」、「Ａ－３６番」の３個のサンプルのアルミニウムの含有率は、０．１ｗｔ％であった。「Ａ－２８番」、「Ａ－３７番」、「Ａ－３８番」の３個のサンプルのアルミニウムの含有率は、２ｗｔ％であった。なお、６個のサンプルのそれぞれのクロムの含有率は、１４ｗｔ％であった。　
アルミニウムの含有率が０．１ｗｔ％である場合と２ｗｔ％である場合とのそれぞれにおいて、Ｂ評価以上の評価結果が得られた。Ｂ評価以上の評価結果が得られたシリコンの含有率は、０．１、１、２（ｗｔ％）であった。従って、アルミニウムの含有率が０．１ｗｔ％以上２ｗｔ％以下の範囲内である場合に、これらの値のうちの任意の値を、シリコンの含有率の好ましい範囲の上限として採用可能である。例えば、シリコンの含有率の好ましい範囲として、ゼロｗｔ％よりも大きく、２ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。また、シリコンの含有率の好ましい範囲の下限としては、上記の値のうちの上限以下の任意の値を採用可能である。例えば、０．１ｗｔ％以上の範囲を採用可能である。　
なお、３８個のサンプルのいずれも、芯部３６のニッケルの含有率は、９６．９ｗｔ％である。外層３５がクロムを含む「Ａ－２番」から「Ａ－３８番」のいずれにおいても、芯部３６は、外層３５のニッケルの含有率よりも高い含有率のニッケルを含んでいる。従って、芯部３６のニッケルの含有率が外層３５よりも低い場合と比べて、放電に対する耐久性を向上可能である。また、芯部３６の熱伝導率を、外層３５よりも高くすることができる。　
また、外層３５がクロムを含む「Ａ－２番」から「Ａ－３８番」のいずれにおいても、芯部３６のクロムの含有率（１ｗｔ％）は、外層３５のクロムの含有率未満である。従って、芯部３６のクロムの含有率が外層３５のクロムの含有率以上である場合と比べて、放電に対する耐久性を向上可能である。また、芯部３６の熱伝導率を、外層３５よりも高くすることができる。　
Ｃ．第２評価試験：　スパークプラグ１００のサンプルを用いた第２評価試験について説明する。第２評価試験では、内燃機関を運転した場合の、接地電極３０の芯部３６の消耗量と、接地電極３０の強度と、が評価された。以下の表２は、サンプルの番号と、芯部３６に含まれる成分（Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙ、Ｎｄ）の含有率（単位は、重量パーセント）と、評価結果と、を示している。空欄の含有率は、０ｗｔ％を示している。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
芯部３６は、主成分としてのニッケル（Ｎｉ）を含む材料で形成されている。ニッケル以外の成分としては、クロム（Ｃｒ）と、アルミニウム（Ａｌ）と、シリコン（Ｓｉ）と、イットリウム（Ｙ）と、ネオジム（Ｎｄ）と、から選択された成分が、採用されている。　
評価試験には、イットリウムの含有率が調整された「Ｂ－１番」から「Ｂ－１５番」の１５個のサンプルと、ネオジムの含有率が調整された「Ｃ－１番」から「Ｃ－１５番」の１５個のサンプルと、が用いられた。スパークプラグの構成のうちの芯部３６の組成以外の構成は、共通であり、図１、図２に示す構成と同じであった。例えば、以下の構成は、３０個のサンプルに共通であった。

　ネジ部５２の呼び径　：Ｍ１４

　第１突出長１０Ｐ　　：３ｍｍ

　第２突出長２０Ｐ　　：３ｍｍ

　ギャップ距離Ｄｇ　　：１．１ｍｍ

　先端径２０Ｄ　　　　：２．５ｍｍ

　高さ３０Ｈ　　　　　：１．６ｍｍ

　幅３０Ｗ　　　　　　：２．８ｍｍ

　外層３５の組成　　　：ニッケル（８４．５ｗｔ％）、クロム（１４ｗｔ％）、アルミニウム（１ｗｔ％）、シリコン（０．５ｗｔ％）
評価試験では、内燃機関として、排気量が２０００ｃｃの６気筒のガソリンエンジンが用いられた。スパークプラグ１００のサンプルを内燃機関に装着し、スロットルを全開にして５０００ｒｐｍの回転速度で運転を行った。そして、４００時間の運転の後に、接地電極３０の消耗量を測定し、そして、接地電極３０の変形の有無を確認した。消耗量としては、試験前後の接地電極３０の体積の差分を採用した。接地電極３０の体積は、Ｘ線ＣＴスキャナを用いて算出した。接地電極３０のうちの消耗した部分は、主に芯部３６であった。消耗量のＡ評価は、運転による消耗量が１．０ｍｍ３未満であることを示し、消耗量のＢ評価は、運転による消耗量が１．０ｍｍ３以上であることを示している。強度のＡ評価は、接地電極３０が変形しなかったことを示し、強度のＢ評価は、接地電極３０が変形したことを示している。接地電極３０の変形の有無は、運転前と運転後との間の接地電極３０の投影図を比較することによって、確認された。接地電極３０の投影図は、図２（Ａ）に示す接地電極３０の外形と同じ形状を表しており、第３方向Ｄ３と平行に接地電極３０を投影することによって、取得された。運転前後の投影図の間に差がない場合、変形がないと判定され、運転前後の投影図の間に差がある場合、変形があると判定された。接地電極３０の変形としては、例えば、曲げられた接地電極３０が延びようとする変形が、生じた。　
「Ｂ－１番」から「Ｂ－１５番」のサンプルが示すように、イットリウムの含有率が高い場合に、強度の評価結果が良好であった。また、「Ｃ－１番」から「Ｃ－１５番」のサンプルが示すように、ネオジムの含有率が高い場合に、強度の評価結果が良好であった。これらの理由は、イットリウムおよびネオジムによってニッケルの結晶粒の形成が抑制されることによって、芯部３６の強度が向上するからだと推定される。　
なお、強度の比較的良好なＡ評価が得られたイットリウムおよびネオジムの含有率は、０．０５、０．１、１、２、３、４、５、６（ｗｔ％）であった。従って、これらの値のうちの任意の値を、芯部３６のイットリウムおよびネオジムの含有率の好ましい範囲の下限として採用可能である。例えば、イットリウムおよびネオジムの含有率の好ましい範囲として、０．０５ｗｔ％以上の範囲を採用可能である。また、上記の値のうちの下限以上の任意の値を、上限として採用可能である。例えば、イットリウムおよびネオジムの含有率の好ましい範囲として、６ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。　
なお、イットリウムとネオジムとに限らず、一般的に、希土類元素は、化学的性質が互いに類似している。従って、芯部３６の材料として、主成分としてのニッケルに加えて、イットリウムおよび希土類元素から選ばれる少なくとも１種と、を含む材料を採用可能である。希土類元素としては、例えば、Ｎｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｐｒ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｔｍ、Ｌｕを挙げることができる。また、選ばれた元素の含有率としては、イットリウムおよびネオジムの含有率の上述の好ましい範囲と同じ範囲を採用可能である。複数の元素が選択される場合、それらの含有率の合計値が、上述の好ましい範囲内にあることが好ましい。　
また、「Ｂ－１番」から「Ｂ－１５番」、「Ｃ－１番」から「Ｃ－１５番」のサンプルが示すように、芯部３６のニッケルの含有率が高い場合に、消耗量の評価結果が良好であった。この理由は、以下のように推定される。すなわち、ニッケルの含有率が高い場合には、ニッケルによる高い熱伝導率が維持される。従って、ニッケルの含有率が高い場合には、芯部３６は、放電によって生じた熱を主体金具５０に逃がし易い。この結果、放電に対する耐久性が向上する、と推定される。　
なお、消耗量の比較的良好なＡ評価が得られたニッケルの含有率は、９６、９６．９、９６．９５、９６．９８、９７、９８、９９、９９．９、９９．９５、９９．９８、１００（ｗｔ％）であった。従って、これらの値のうちの任意の値を、芯部３６のニッケルの含有率の好ましい範囲の下限として採用可能である。例えば、ニッケルの含有率の好ましい範囲として、９６ｗｔ％以上の範囲を採用可能である。この場合、イットリウムおよび希土類元素から選ばれる少なくとも１種の含有率としては、４ｗｔ％以下の値を採用可能である。また、放電に対する耐久性を向上するためには、芯部３６のニッケルの含有率は、外層３５のニッケルの含有率よりも大きいことが好ましい。また、上記の値のうちの下限以上の任意の値を、上限として採用可能である。例えば、ニッケルの含有率の好ましい範囲としては、１００ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。　
また、消耗量と強度との少なくとも一方でＡ評価が得られたサンプル（すなわち、全てのサンプル）の芯部３６のクロムの含有率は、０、０．５、１、１．５、２（ｗｔ％）であった。従って、これらの値のうちの任意の値を、芯部３６のクロムの含有率の好ましい範囲の上限として採用可能である。例えば、クロムの含有率の好ましい範囲として、２ｗｔ％以下の範囲を採用可能である。また、上記の値のうちの上限以下の任意の値を、下限として採用可能である。例えば、ゼロｗｔ％以上の範囲を採用可能である。また、各サンプルの外層３５のクロムの含有率は、１４ｗｔ％であった。このように、芯部３６のクロムの含有率が、外層３５のクロムの含有率よりも小さいので、外層３５の酸化に対する耐久性を向上しつつ、芯部３６の放電に対する耐久性を向上できる。　
Ｄ．第３評価試験：　スパークプラグ１００のサンプルを用いた第３評価試験について説明する。第３評価試験では、内燃機関を運転した場合の、外層３５と芯部３６との密着性（すなわち、拡散層３４の耐久性）が評価された。以下の表３は、拡散層３４の厚さ（単位は、マイクロメートル）と、密着性の評価結果と、を示している。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
図３は、拡散層３４の厚さの算出に用いられるグラフの概略図である。横軸は、後述する分析ライン上の位置Ｐを示し、縦軸は、クロムの特性Ｘ線の強度Ｉを示している。図２（Ａ）には、分析ラインＡＬの例が示されている。分析ラインＡＬは、接地電極３０の断面上で外層３５から拡散層３４を通って芯部３６に至る直線である。具体的には、外層３５と芯部３６との境界（すなわち、拡散層３４）と直交する断面上で、その境界と直交する直線が、分析ラインＡＬとして採用される。図３のグラフでは、左側の部分が芯部３６を示し、右側の部分が外層３５を示している。　
拡散層３４の厚さを測定するために、まず、スパークプラグ１００のサンプルの接地電極３０を、スパークプラグ１００の中心軸ＣＬと接地電極３０の中心軸３０ｘとを通る断面で切断した。そして、断面上の分析ラインＡＬに沿って、電子線微小分析（Electron Probe Micro Analysis：ＥＰＭＡ）によって、クロムの特性Ｘ線の強度分布の線分析プロファイルを測定した。線分析プロファイルの測定には、ＳＥＭ／ＥＤＳ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分析装置）を用いた（具体的には、日本電子株式会社製のＪＳＭ－６４９０ＬＡ）。ここで、加速電圧を２０ｋＶに設定し、倍率を１５００倍に設定した。図３の強度Ｉは、測定された特性Ｘ線の強度を示している。強度Ｉが大きいことは、クロムの含有率が高いことを示している。図３に示すグラフＧは、測定された線分析プロファイルによって表される強度Ｉと位置Ｐとの対応関係を示している（以下、このグラフＧを「クロム分布Ｇ」と呼ぶ）。なお、ノイズの影響を緩和するために、波長が１μｍ未満の微小な強度変動成分を、フィルタリングで除去することが好ましい。　
次に、測定された位置Ｐと強度Ｉとの対応関係を用いて、外層３５における強度Ｉの平均を、第１強度Ｉ１として算出し、芯部３６における強度Ｉの平均を、第２強度Ｉ２として算出した。評価試験に用いたサンプルでは、芯部３６のクロムの含有率は、外層３５のクロムの含有率未満である。従って、第２強度Ｉ２は、第１強度Ｉ１よりも、小さい。また、図示するように、外層３５と芯部３６との境界、すなわち、拡散層３４では、強度Ｉは、芯部３６から外層３５に向かって、第２強度Ｉ２から第１強度Ｉ１まで増大する。このように、クロムの含有率が芯部３６の含有率から外層３５の含有率まで変化する層が、拡散層３４に対応する。　
図３中の差分ｄＩは、第１強度Ｉ１と第２強度Ｉ２との間の差分である。この差分ｄＩを用いて、強度Ｉの２つの閾値Ｉｕ、Ｉｄを、以下の演算式に従って、算出した。　第１閾値Ｉｕ　＝　第１強度Ｉ１－０．０１＊差分ｄＩ　第２閾値Ｉｄ　＝　第２強度Ｉ２＋０．０１＊差分ｄＩ（記号「＊」は、乗算記号）　そして、第１閾値Ｉｕを表す直線ＬＩｕとクロム分布Ｇとの交点によって表される第１位置Ｐ１と、第２閾値Ｉｄを表す直線ＬＩｄとクロム分布Ｇとの交点によって表される第２位置Ｐ２と、の間の距離Ｔを、拡散層３４の厚さＴとして算出した。このように、拡散層３４の厚さＴとしては、クロムの含有率が大きく変化する層の厚さが、算出される。　
評価試験では、同じ構成の複数のスパークプラグを製造した。そして、それらのうちの１つを、厚さＴを測定するために用い、他の１つを、その厚さＴに対応する密着性の評価試験に用いた。評価試験では、表１の「Ａ－１０番」と「Ａ－１５番」と「Ａ－２１番」と「Ａ－２６番」と「Ａ－３１番」と「Ａ－３５番」と「Ａ－３７番」との７種類の構成（以下「組成構成」と呼ぶ）のサンプルが、試験された。７種類の組成構成のそれぞれのサンプルとして、拡散層３４の厚さＴが互いに異なる８種類の異厚サンプルが、製造された。拡散層３４の厚さＴを調整するために、接地電極３０を加熱することによってクロムを外層３５から芯部３６へ拡散させる拡散処理を行った。拡散処理の時間を調整することによって、厚さＴを調整した（拡散処理の時間が長いほど、厚さＴが大きい）。１つの組成構成の８種類の異厚サンプルの間では、拡散層３４の厚さＴが異なる点を除く他の構成は同じであった。　
評価試験では、内燃機関として、排気量が２０００ｃｃの６気筒のガソリンエンジンが用いられた。スパークプラグ１００のサンプルを内燃機関に装着し、スロットルを全開にして５０００ｒｐｍの回転速度で運転を行った。そして、４００時間の運転の後に、接地電極３０を図２（Ａ）に示す断面で切断し、外層３５と芯部３６との境界に酸化層またはクラックが発生したか否かを確認した。表３に示すＡ評価は、酸化層とクラックのいずれも生じなかったことを示し、Ｂ評価は、酸化層とクラックとの少なくとも一方が生じたことを示している。なお、上述したように、７種類の組成構成を評価したが、拡散層３４の厚さＴと評価結果との対応関係は、７種類の組成構成の間で同じであった。すなわち、表３は、７種類の組成構成に共通な評価結果を示している。　
表３に示すように、拡散層３４の厚さＴが大きい場合には、小さい場合と比べて、良好な評価結果が得られた。この理由は、以下のように、推定される。拡散層３４の厚さＴが大きい場合には、外層３５と芯部３６との境界において、位置Ｐ（図３）の変化に対するクロムの含有率の変化が緩やかである。すなわち、外層３５と芯部３６との間での組成の急激な変化が抑制される。従って、外層３５と芯部３６との密着性を向上できる。拡散層３４の厚さＴが小さい場合には、外層３５と芯部３６との間で組成が急激に変化する。従って、外層３５と芯部３６との密着性が低下する。
なお、良好なＡ評価が得られた厚さＴは、５、１０、１５、２０、２５、３０（μｍ）であった。従って、これらの値のうちの任意の値を、拡散層３４の厚さＴの好ましい範囲の下限として採用可能である。例えば、拡散層３４の厚さＴの好ましい範囲として、５μｍ以上の範囲を採用可能である。また、上記の値のうちの下限以上の任意の値を、上限として採用可能である。例えば、拡散層３４の厚さＴの好ましい範囲として、３０μｍ以下の範囲を採用可能である。
なお、表１で説明したように、評価された７種類の組成構成（すなわち、第１評価試験のサンプル）では、芯部３６のクロムの含有率が、外層３５のクロムの含有率未満である。従って、芯部３６の放電に対する耐久性と、外層３５の酸化に対する耐久性とを、向上できる。　
また、上述したように、表３の評価結果は、７種類の組成構成に共通であった。表１に示すように、７種類の組成構成は、アルミニウムとシリコンとを含まない構成（Ａ－１０番）と、アルミニウムを含むがシリコンを含まない構成（Ａ－１５番）と、アルミニウムを含まずにシリコンを含む構成（Ａ－２１番）と、アルミニウムとシリコンの両方を含む構成（Ａ－２６番、Ａ－３１番、Ａ－３５番、Ａ－３７番）と、を含んでいる。さらに、アルミニウムの含有率としては、０、０．１、０．５、２（ｗｔ％）が評価された。また、シリコンの含有率としては、０、０．１、０．５、１（ｗｔ％）が評価された。このように、拡散層３４の厚さＴの好ましい範囲は、外層３５の種々の組成に適用可能である。ひいては、７種類の組成構成とは異なる他の組成構成にも、適用可能と推定される。　
Ｅ．接地電極の第２実施形態：　図４は、接地電極の別の実施形態の構成を示す概略図である。図４（Ａ）は、図２（Ａ）と同様に、スパークプラグ１００ｂの中心軸ＣＬと、基端３１ｂから先端部３８ｂまで延びる棒形状の接地電極３０ｂの中心軸３０ｘｂと、を含む断面である。図４（Ｂ）は、図２（Ｂ）と同様に、接地電極３０ｂの後端方向Ｄ１ｒ側から先端方向Ｄ１を向いてみた、接地電極３０ｂの概略図である。スパークプラグ１００ｂの構成のうち、接地電極３０ｂ以外の構成は、図１、図２に示すスパークプラグ１００の構成と同じである。スパークプラグ１００ｂの要素のうち、スパークプラグ１００の要素と同じ要素には、同じ符号を付して説明を省略する。　
第２実施形態の接地電極３０ｂは、外層３５ｂと芯部３６ｂと拡散層３４ｂとを有している。図２に示す第１実施形態の接地電極３０との差異は、芯部３６ｂの露出面３６ｅｂが、接地電極３０ｂの表面のうちの中心電極２０側で、中心電極２０の先端面２９と対向する部分（すなわち、投影面２９ｐを含む部分）から、仮想平面１３ｐまで、延びている点である。ここで、仮想平面１３ｐは、絶縁体１０の先端１３９を含む中心軸ＣＬと垂直な平面である。すなわち、芯部３６の露出面３６ｅｂは、中心電極２０の先端面２９と対向する部分から仮想平面１３ｐまで続くとともに中心電極２０と対向する面を含んでいる。　
接地電極３０ｂの表面のうち、中心電極２０側の部分では、投影面２９ｐと重なる部分の外であっても、放電が生じ得る。特に、絶縁体１０の先端１３９よりも先端方向Ｄ１側、すなわち、仮想平面１３ｐよりも先端方向Ｄ１側では、接地電極３０ｂと中心電極２０との間に他の部材が配置されていないので、放電が生じ得る。そこで、第２実施形態では、そのような放電が生じ得る部分に、芯部３６ｂの露出面３６ｅｂを拡張している。この結果、放電によって接地電極３０ｂが消耗することを、抑制できる。　
なお、接地電極３０ｂの製造方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、第１実施形態の接地電極３０と同様に、内部材と、内部材を覆う外部材と、を有する棒状の部材を形成する。そして、得られた棒状の部材のうちの露出面３６ｅｂに対応する部分の外部材を削り取ることによって、曲げる前の棒状の接地電極を形成する。このような棒状の接地電極の基端３１ｂを主体金具５０の先端５０１に接合し（例えば、レーザ溶接）、適切なギャップｇが形成されるように接地電極を曲げることによって、接地電極３０ｂを形成する。　
また、外層３５ｂの組成と芯部３６ｂの組成と拡散層３４ｂの厚さＴとのそれぞれとしては、上述の好ましい範囲を、適用可能である。　
Ｆ．変形例：（１）スパークプラグの構成としては、図１、図２、図４で説明した構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、中心電極２０の先端面２９の投影面２９ｐの一部が、接地電極の外層と重なっていてもよい。また、投影面２９ｐの一部が、接地電極と重ならずに、接地電極の外にはみ出ていてもよい。一般には、投影面２９ｐの少なくとも一部が、接地電極の芯部の露出面と重なることが好ましい。この構成によれば、放電による耐久性を向上できる。　
（２）中心電極２０のうちのギャップｇを形成する部分に、貴金属チップが設けられていてもよい。貴金属チップの材料としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）等の種々の貴金属を主成分として含む材料を採用可能である。この場合、中心電極の先端面としては、貴金属チップの先端面が、採用される。　
（３）接地電極の芯部を通じた接地電極から主体金具への熱の移動を容易にするためには、芯部の大きさが大きく、外層の厚さが薄いことが好ましい。例えば、外層の厚さ（例えば、図２の外層厚さ３５Ｔ）は、芯部の径方向の長さ（例えば、図２の芯径３６Ｔ）の半分の値よりも、小さいことが好ましい。さらに、外層の厚さは、芯部の径方向の長さの８分の１の値よりも、小さいことが好ましい。さらに、外層の厚さは、第１評価試験のサンプルの厚さである０．５ｍｍ以下であることが好ましい。　
以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。
５...ガスケット、６...パッキン、６...第１後端側パッキン、７...第２後端側パッキン、８...先端側パッキン、９...タルク、１０...絶縁体（絶縁碍子）、１１...第２縮外径部、１２...貫通孔（軸孔）、１３...脚部、１３ｐ...仮想平面、１５...第１縮外径部、１６...縮内径部、１７...先端側胴部、１８...後端側胴部、１９...鍔部、２０...電極（中心電極）、２０Ｄ...先端径、１０Ｐ...第１突出長、２０Ｐ...第２突出長、２１...外層、２２...芯部、２３...頭部、２４...鍔部、２５...脚部、２９...先端面、２９ｐ...投影面、３０、３０ｂ...接地電極、３０Ｗ...幅、３０ｘ、３０ｘｂ...中心軸、３１、３１ｂ...基端、３４、３４ｂ...拡散層、３５、３５ｂ...外層、３６、３６ｂ...芯部、３６Ｔ...芯径、３６ｅ、３６ｅｂ...露出面、３８、３８ｂ...先端部、４０...端子金具、４１...キャップ装着部、４２...鍔部、４３...脚部、５０...主体金具、５１...工具係合部、５２...ネジ部、５３...加締部、５４...座部、５５...胴部、５６...縮内径部、５８...変形部、５９...貫通孔、６０...第１シール部、７０...抵抗体、８０...第２シール部、１００、１００ｂ...スパークプラグ、１３９...先端、２９０...被覆部、５０１...先端、ｇ...ギャップ、Ｇ...クロム分布、Ｄ１...第１方向（先端方向）、Ｄ２...第２方向、Ｄ３...第３方向、Ｄ１ｒ...後端方向、ＣＬ...中心軸（軸線）、ＳＰ...空間、Ｄｇ...ギャップ距離

Claims (7)

  1. 軸線方向に延びる中心電極と、

    　前記中心電極の先端面との間でギャップを形成する接地電極と、

    　を有するスパークプラグであって、

    　前記接地電極は、

    　　前記接地電極の表面の一部を形成する外層と、

    　　前記外層に一部が被覆され前記外層よりも熱伝導率が高い材料で形成され、前記外層から露出した部分である露出面を備える芯部と、

    　を有し、

    　前記外層は、主成分としてのニッケルと、１４ｗｔ％以上のクロムと、を含む材料で形成されており、

    　前記芯部は、前記外層のニッケルの含有率よりも高い含有率のニッケルを含む材料で形成されており、

    　前記中心電極の前記先端面を前記軸線方向と平行に投影した場合に、前記露出面は、前記接地電極のうちの前記投影された前記先端面と重なる部分を、含む、

    　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、

    　前記露出面は、前記投影された前記先端面の全体と、重なる、

    　スパークプラグ。
  3. 請求項１または２に記載のスパークプラグであって、

    　前記軸線方向に延びる軸孔が形成され、前記軸孔の先端側に前記中心電極が配置される絶縁体を有し、

    　前記露出面は、前記絶縁体の先端を含む前記軸線方向に垂直な仮想平面まで続くとともに前記中心電極と対向する面を、含む、

    　スパークプラグ。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、

    　前記芯部のクロムの含有率は、ゼロ、または、前記外層のクロムの含有率未満であり、

    　前記接地電極は、前記芯部と前記外層との間に形成された拡散層を有し、

    　前記拡散層の厚さは、５μｍ以上である、

    　スパークプラグ。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、

    　前記芯部は、ニッケルを９６ｗｔ％以上、イットリウムまたは希土類元素から選ばれる少なくとも１種を０．０５ｗｔ％以上含む、スパークプラグ。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、

    　前記外層は、０ｗｔ％より大きく、かつ、２ｗｔ％以下のアルミニウムを含む、スパークプラグ。
  7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のスパークプラグであって、

    　前記外層は、０ｗｔ％より大きく、かつ、０．５ｗｔ％以下のシリコンを含む、スパークプラグ。
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