特許 7409075 スパークプラグ、貴金属チップ、貴金属チップの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】スパークプラグ、貴金属チップ、貴金属チップの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/20 20060101AFI20231226BHJP

   H01T 13/39 20060101ALI20231226BHJP

   H01T 13/32 20060101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

H01T13/20 B

H01T13/20 E

H01T13/39

H01T13/32

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019235116

(22)【出願日】2019-12-25

(65)【公開番号】P2021103666

(43)【公開日】2021-07-15

【審査請求日】2022-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】柴田 正道

(72)【発明者】

【氏名】中尾 裕史

【審査官】関 信之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０５１６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－０７７７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１５１９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２４２９８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｔ １３／２０

Ｈ０１Ｔ １３／３９

Ｈ０１Ｔ １３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｉｒ合金の素材が引き伸ばされて所定外径の円柱状に形成された貴金属チップ（１６）と、前記貴金属チップの外周面に対向するように配置された接地電極（２１）とを備え、前記貴金属チップと前記接地電極との間で放電を行うスパークプラグ（１０）であって、
前記貴金属チップの軸線方向における結晶粒の長さを、前記軸線方向に垂直な方向における結晶粒の長さで割った値をアスペクト比として、前記貴金属チップにおいて前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値が、１．３以上、且つ４．８以下に調整されている、スパークプラグ。

【請求項2】

前記貴金属チップにおいて前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値が、２．０以上、且つ４．８以下に調整されている、請求項１に記載のスパークプラグ。

【請求項3】

前記スパークプラグの初期状態において、前記貴金属チップの外周面と前記接地電極との距離が、０．２５ｍｍ以上、且つ０．６ｍｍ以下に設定されている、請求項１又は２に記載のスパークプラグ。

【請求項4】

前記貴金属チップの軸線方向の長さは、２ｍｍ以上、且つ４ｍｍ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

【請求項5】

Ｉｒ合金の素材が引き伸ばされて所定外径の円柱状に形成された貴金属チップ（１６）であって、
前記貴金属チップは、前記貴金属チップと、前記貴金属チップの外周面に対向するように配置された接地電極（２１）とを備え、前記貴金属チップと前記接地電極との間で放電を行うスパークプラグ（１０）に適用されるものであり、
前記貴金属チップの軸線方向における結晶粒の長さを、前記軸線方向に垂直な方向における結晶粒の長さで割った値をアスペクト比として、前記貴金属チップにおいて前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値が、１．３以上、且つ４．８以下に調整されている、貴金属チップ。

【請求項6】

前記貴金属チップにおいて前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値が、２．０以上、且つ４．８以下に調整されている、請求項５に記載の貴金属チップ。

【請求項7】

前記貴金属チップの軸線方向の長さは、２ｍｍ以上、且つ４ｍｍ以下である、請求項５又は６に記載の貴金属チップ。

【請求項8】

Ｉｒ合金により円柱状の貴金属チップ（１６）を製造する方法であって、
前記貴金属チップは、前記貴金属チップと、前記貴金属チップの外周面に対向するように配置された接地電極（２１）とを備え、前記貴金属チップと前記接地電極との間で放電を行うスパークプラグ（１０）に適用されるものであり、
前記貴金属チップの軸線方向における結晶粒の長さを、前記軸線方向に垂直な方向における結晶粒の長さで割った値をアスペクト比として、
円柱状のＩｒ合金の素材（３０）を軸線方向に引き伸ばして外径を所定外径に調節した後、加熱処理により前記素材を再結晶化させて、前記素材において前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値を、１．３以上、且つ４．８以下に調整する一方、前記素材を軸線方向の長さが規定長さになるように切断して前記貴金属チップを形成する、貴金属チップの製造方法。

【請求項9】

前記加熱処理により前記素材を再結晶化させて、前記素材において前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値を、２．０以上、且つ４．８以下に調整する、請求項８に記載の貴金属チップの製造方法。

【請求項10】

前記加熱処理において、１０００℃以上、且つ１４００℃以下の温度に前記素材を加熱して再結晶化させる、請求項８又は９に記載の貴金属チップの製造方法。

【請求項11】

前記加熱処理において、１１００℃以上、且つ１２００℃以下の温度に前記素材を加熱して再結晶化させる、請求項８～１０のいずれか１項に記載の貴金属チップの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スパークプラグに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、円柱状の中心電極と、中心電極の外周面に対向するように配置された環状の接地電極とを有するスパークプラグがある（特許文献１参照）。中心電極は、貴金属により円柱状に形成された貴金属チップを先端に備えている場合がある。その場合、貴金属チップの外周面に対向するように環状の接地電極が配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－５１６３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、円柱状の貴金属チップは、円柱状の素材を軸線方向に引き伸ばして外径寸法を調節した後に、軸線方向の長さが規定長さになるように切断して製造される。このため、円柱状の貴金属チップの結晶構造は、引き伸ばし方向に沿った繊維状になっている。そして、スパークプラグの使用により、貴金属チップの外周面がささくれて繊維状の組織が外周面に対向する接地電極に接触し、貴金属チップと接地電極とが短絡する場合があることに本願発明者は着目した。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、円柱状の貴金属チップの外周面に接地電極が対向したスパークプラグにおいて、貴金属チップと接地電極との短絡を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための第１の手段は、
Ｉｒ合金の素材が引き伸ばされて所定外径の円柱状に形成された貴金属チップ（１６）と、前記貴金属チップの外周面に対向するように配置された接地電極（２１）とを備え、前記貴金属チップと前記接地電極との間で放電を行うスパークプラグ（１０）であって、
前記貴金属チップの軸線方向における結晶粒の長さを、前記軸線方向に垂直な方向における結晶粒の長さで割った値をアスペクト比として、前記貴金属チップにおいて前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値が、１．３以上、且つ４．８以下に調整されている。

【0007】

上記構成によれば、スパークプラグは、Ｉｒ合金の素材が引き伸ばされて所定外径の円柱状に形成された貴金属チップと、貴金属チップの外周面に対向するように配置された接地電極とを備えている。そして、スパークプラグは、貴金属チップと接地電極との間で放電を行う。

【0008】

ここで、貴金属チップの軸線方向における結晶粒の長さを、軸線方向に垂直な方向における結晶粒の長さで割った値をアスペクト比とする。上述したように、一般に円柱状の貴金属チップの結晶構造は、引き伸ばし方向に沿った繊維状になっている。このため、結晶粒のアスペクト比の平均値は、１０以上になることが多い。スパークプラグの使用により貴金属チップが高温に晒されると、貴金属チップのＩｒ合金の粒界部ではＩｒの酸化物が形成される。Ｉｒの酸化物は高温で揮発し易いため、貴金属チップの外周面がささくれて繊維状の組織が外周面に対向する接地電極に接触する場合があることに本願発明者は着目した。なお、貴金属チップの外周面と接地電極との距離は、放電を適切に行うことのできる距離、例えば０．２～０．７ｍｍに設定される。

【0009】

この点、貴金属チップにおいてＩｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が、１．３以上、且つ４．８以下に調整されている。結晶粒のアスペクト比は、引き伸ばされて形成された貴金属チップを、加熱処理して再結晶化させることにより低下させることができる。Ｉｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が４．８以下である場合、アスペクト比が１０以上の場合と比べて結晶粒間の保持力が弱まる。その結果、貴金属チップの表面から剥がれた組織は、接地電極に接触することなく脱落することを本願発明者は見出した。したがって、貴金属チップと接地電極との短絡を抑制することができる。一方、Ｉｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が１．３未満である場合、貴金属チップの表面から組織が過剰に剥がれ、貴金属チップが消耗し易くなることを本願発明者は見出した。したがって、Ｉｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値を１．３以上に調整することにより、貴金属チップの消耗を抑制することができる。

【0010】

第２の手段では、前記貴金属チップにおいて前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値が、２．０以上、且つ４．８以下に調整されている。こうした構成によれば、貴金属チップの表面から組織が剥がれることをさらに抑制することができ、貴金属チップの消耗をさらに抑制することができる。

【0011】

第３の手段では、前記スパークプラグの初期状態において、前記貴金属チップの外周面と前記接地電極との距離が、０．２５ｍｍ以上、且つ０．６ｍｍ以下に設定されている。

【0012】

スパークプラグの初期状態（使用開始時）において、貴金属チップの外周面と接地電極との距離が、０．２５ｍｍ、０．４ｍｍ、及び０．６ｍｍのいずれであっても、第１，第２の手段の効果を奏すること本願発明者により確認されている。したがって、スパークプラグの初期状態において、貴金属チップの外周面と接地電極との距離が、０．２５ｍｍ以上、且つ０．６ｍｍ以下に設定されたスパークプラグにおいて、貴金属チップと接地電極との短絡を抑制することができる。

【0013】

具体的には、第４の手段のように、前記貴金属チップの軸線方向の長さは、２ｍｍ以上、且つ４ｍｍ以下である、といった構成を採用することができる。

【0014】

第５手段は、Ｉｒ合金の素材が引き伸ばされて所定外径の円柱状に形成された貴金属チップ（１６）であって、前記貴金属チップの軸線方向における結晶粒の長さを、前記軸線方向に垂直な方向における結晶粒の長さで割った値をアスペクト比として、前記貴金属チップにおいて前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値が、１．３以上、且つ４．８以下に調整されている。

【0015】

上記構成によれば、第１～第４のいずれか１つの手段のスパークプラグに適用することにより、貴金属チップと接地電極との短絡を抑制しつつ、貴金属チップの消耗を抑制することができる。

【0016】

第６の手段では、前記貴金属チップにおいて前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値が、２．０以上、且つ４．８以下に調整されている。

【0017】

上記構成によれば、貴金属チップの表面から組織が剥がれることをさらに抑制することができ、貴金属チップの消耗をさらに抑制することができる。

【0018】

具体的には、第７の手段のように、前記貴金属チップの軸線方向の長さは、２ｍｍ以上、且つ４ｍｍ以下である、といった構成を採用することができる。

【0019】

第８の手段は、
Ｉｒ合金により円柱状の貴金属チップ（１６）を製造する方法であって、
前記貴金属チップの軸線方向における結晶粒の長さを、前記軸線方向に垂直な方向における結晶粒の長さで割った値をアスペクト比として、
円柱状のＩｒ合金の素材（３０）を軸線方向に引き伸ばして外径を所定外径に調節した後、加熱処理により前記素材を再結晶化させて、前記素材において前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値を、１．３以上、且つ４．８以下に調整する一方、前記素材を軸線方向の長さが規定長さになるように切断して前記貴金属チップを形成する。

【0020】

上記工程によれば、円柱状のＩｒ合金の素材が軸線方向に引き伸ばされ、素材の外径が所定外径に調節される。その後、加熱処理により素材が再結晶化させられ、素材においてＩｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が、１．３以上、且つ４．８以下に調整される。また、素材が軸線方向の長さが規定長さになるように切断されて、貴金属チップが形成される。したがって、第６の手段の貴金属チップを製造することができる。なお、アスペクト比を調整した素材を切断してもよいし、素材を切断後にアスペクト比を調整してもよい。

【0021】

第９の手段では、前記加熱処理により前記素材を再結晶化させて、前記素材において前記Ｉｒ合金の結晶粒の前記アスペクト比の平均値を、２．０以上、且つ４．８以下に調整する。

【0022】

上記工程によれば、第６の手段の貴金属チップを製造することができる。

【0023】

略１０００℃においてＩｒ合金の再結晶化が始まる。また、１４００℃よりも高温になると、Ｉｒ合金の再結晶化の速度が過剰に速くなる。

【0024】

この点、第１０の手段では、前記加熱処理において、１０００℃以上、且つ１４００℃以下の温度に前記素材を加熱して再結晶化させる。したがって、Ｉｒ合金の素材を再結晶化させることができるとともに、結晶粒のアスペクト比の平均値を安定させ易くなる。

【0025】

Ｉｒ合金の素材を加熱処理する温度が低過ぎると、Ｉｒ合金の再結晶化の速度が遅くなり、結晶粒のアスペクト比の平均値を調整するために必要な時間が長くなる。一方、Ｉｒ合金の素材を加熱処理する温度が高過ぎると、Ｉｒ合金の再結晶化の速度が過剰に速くなり、結晶粒のアスペクト比の平均値が不安定になる。

【0026】

この点、第１１の手段では、前記加熱処理において、１１００℃以上、且つ１２００℃以下の温度に前記素材を加熱して再結晶化させる。上記工程によれば、結晶粒のアスペクト比の平均値を調整するために必要な時間が長くなることを抑制しつつ、結晶粒のアスペクト比の平均値を安定させ易くなる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】スパークプラグの断面図。

【図2】スパークプラグの先端付近の断面斜視図。

【図3】スパークプラグの先端付近の平面図。

【図4】比較例の貴金属チップの製造工程を示す模式図。

【図5】比較例の貴金属チップの結晶構造を示すＳＥＭ写真。

【図6】比較例の貴金属チップの外周面がささくれた状態を示す模式図。

【図7】貴金属チップの結晶構造を示すＳＥＭ写真。

【図8】貴金属チップの外周面の組織が脱落する状態を示す模式図。

【図9】平均アスペクト比とスパークプラグの寿命時間との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、コージェネレーションの内燃機関に用いられるスパークプラグに具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、自動車の内燃機関に用いられるスパークプラグに具現化することもできる。

【0029】

図１に示すように、スパークプラグ１０は、ハウジング１１、絶縁碍子１２、中心電極１３、接地電極２１等を備えている。ハウジング１１（主体金具）は、円筒状（筒状）に形成されている。ハウジング１１の内側には、円筒状（筒状）の絶縁碍子１２が保持されている。絶縁碍子１２の内側には、円柱状（柱状）の中心電極１３が保持されている。中心電極１３の先端は、絶縁碍子１２の先端から突出している。ハウジング１１の先端には、環状の接地電極２１が固定されている。

【0030】

中心電極１３、ハウジング１１、絶縁碍子１２、及び接地電極２１は、同軸状に配置されている。すなわち、中心電極１３、ハウジング１１、絶縁碍子１２、及び接地電極２１の中心軸線は、スパークプラグ１０の中心軸線Ｃと一致している。

【0031】

ハウジング１１は、鉄等の金属材料によって形成されている。ハウジング１１の下部の外周には、ねじ１１ａが切られている。ねじ１１ａの外径は例えば１４［ｍｍ］である。ハウジング１１は、内径方向へ環状に突出する突出部１１ｂを有している。

【0032】

絶縁碍子１２（碍子）は、アルミナ等の絶縁材料で成形されている。絶縁碍子１２は、第１胴部１２ａ、第２胴部１２ｂ、脚部１２ｃを有している。第２胴部１２ｂと脚部１２ｃとの間には、環状の段部１２ｄが形成されている。環状のパッキン１５は、段部１２ｄと突出部１１ｂとの間をシールしている。ハウジング１１の上端部１１ｄをかしめることにより、ハウジング１１と絶縁碍子１２とが一体に結合されている。

【0033】

中心電極１３の上部には、周知のように中心軸部１８、端子部１９が電気的に接続されている。端子部１９には、火花発生用の高電圧を印加する外部回路が接続される。また、ハウジング１１のねじ１１ａの上端部には、内燃機関への取り付けに用いられるガスケット２０が設けられている。スパークプラグ１０が内燃機関の燃焼室に対して取り付けられた状態では、スパークプラグ１０の中心電極１３及び接地電極２１が燃焼室に露出している。そして、端子部１９から接地電極２１への方向が、燃焼室の中央方向となる。

【0034】

ハウジング１１は、先端部に他の部分よりも内径が小さい縮径部１１ｅを有している。スパークプラグ１０の軸線方向（中心軸線Ｃ方向）において、縮径部１１ｅの先端面１１ｆ、すなわちハウジング１１の先端面１１ｆは、中心軸線Ｃに垂直な平面となっている。また、接地電極２１において、ハウジング１１側の端面（基端面）及びハウジング１１と反対側の端面である先端面２１ａも、平面となっている。そして、縮径部１１ｅの先端面１１ｆと接地電極２１の基端面とを面接触させた状態で、接地電極２１がハウジング１１に溶接（接合）されている。図３に示すように、縮径部１１ｅの内周縁部の一部には、３つ（複数）の通気孔１１ｇが形成されている。通気孔１１ｇは、縮径部１１ｅにおいてハウジング１１の内部と外部とを連通している。

【0035】

図２に示すように、接地電極２１は、ハウジング１１の縮径部１１ｅの先端面１１ｆから先端側に突出するように配置されている。接地電極２１の外径は、縮径部１１ｅの内径よりも大きく、ハウジング１１の先端面１１ｆの外径よりも小さい。接地電極２１の内径は、ハウジング１１の縮径部１１ｅの内径よりも小さい。接地電極２１の内周面は、全周にわたって、ハウジング１１の縮径部１１ｅの内周面よりも径方向の内側に位置している。

【0036】

接地電極２１は、円筒状（環状）の電極母材２１ｂと、電極母材２１ｂの内周縁部に設けた貴金属層２１ｃとを有する。例えば、電極母材２１ｂは、ニッケル（Ｎｉ）基合金からなり、貴金属層２１ｃは、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの単体、もしくはこれらの合金からなる。そして、貴金属層２１ｃは、電極母材２１ｂに拡散接合されている。貴金属層２１ｃの厚みは、例えば０．１ｍｍ～０．５ｍｍである。なお、貴金属層２１ｃは、電極母材２１ｂに溶接接合されていてもよい。

【0037】

絶縁碍子１２の内部には、中心電極１３が挿入されて保持されている。中心電極１３は、耐熱性等に優れているＮｉ合金を母材として、円柱状に形成されている。具体的には、中心電極１３の内材（中心材）が銅で形成され、外材（外皮材）がＮｉ基合金で形成されている。

【0038】

中心電極１３は、先端に円柱状の貴金属チップ１６を備えている。貴金属チップ１６の外径は例えば２．４ｍｍであり、軸線方向の長さは例えば３．０ｍｍである。中心電極１３の外材と貴金属チップ１６との間には、溶接部１７が形成されている。溶接部１７（溶融部）は、外材の先端に貴金属チップ１６をレーザ溶接（溶接）した際に形成された部分であり、外材の成分と貴金属チップ１６の成分とで形成されている。貴金属チップ１６は、絶縁碍子１２の先端よりも突出している。

【0039】

貴金属チップ１６の外周面に対向するように、接地電極２１が配置されている。中心軸線Ｃを含む断面において、接地電極２１の内周面は、貴金属チップ１６の外周面に平行になっている。接地電極２１の先端面２１ａは、貴金属チップ１６の先端面１６ｂよりも先端側に配置されている。貴金属チップ１６の外周面と接地電極２１の内周面との間に、全周にわたって火花ギャップが形成されている。接地電極２１の内周面と中心電極１３の外周面との距離、すなわち火花ギャップの幅は、例えば０．２５ｍｍ以上、且つ０．６ｍｍ以下である。そして、貴金属チップ１６の外周面と接地電極２１の内周面との間で放電が行われ、放電火花が形成される。

【0040】

図４は、比較例の貴金属チップ１１６の製造工程を示す模式図である。素材３０は、Ｉｒ合金により円柱状に形成されている。Ｉｒ合金の組成は、例えばＩｒ９０ｗｔ％（重量パーセント）、Ｒｈ１０ｗｔ％である。例えば引き抜き加工機により素材３０を軸線方向に引き伸ばして、外径を所定外径に調節した素材３１を形成する。所定外径は、上記貴金属チップ１６の外径と等しい外径であり、２．４ｍｍである。続いて、例えばせん断加工により、素材３１を軸線方向の長さが規定長さになるように切断して、貴金属チップ１１６を形成する。規定長さは、貴金属チップ１６の軸線方向の長さと等しい長さであり、３．０ｍｍである。

【0041】

図５は、比較例の貴金属チップ１１６の結晶構造を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）写真である。同写真は、貴金属チップ１１６の外周面から１ｍｍ以内の範囲において、貴金属チップ１１６の軸線方向に平行な断面を撮影したものである。同図の上下方向が、上記素材３０の引き伸ばし方向である。貴金属チップ１１６の結晶構造は、引き伸ばし方向に沿った繊維状になっている。

【0042】

ここで、貴金属チップ１６，１１６の軸線方向における結晶粒の長さを、軸線方向に垂直な方向における結晶粒の長さで割った値をアスペクト比とする。そして、貴金属チップ１１６の外周面から１ｍｍ以内の範囲において、貴金属チップ１１６の軸線方向に平行な断面を観察した。そして、断面において５００μｍ×５００μｍの領域内の結晶粒のアスペクト比の平均値を算出した。その結果、貴金属チップ１１６の結晶粒のアスペクト比の平均値は、略１５（１０以上）であった。

【0043】

スパークプラグ１０の使用により貴金属チップ１１６が高温に晒されると、貴金属チップ１１６のＩｒ合金の粒界部ではＩｒの酸化物が形成される。Ｉｒの酸化物は高温で揮発し易いため、スパークプラグ１０の使用に伴ってＩｒの酸化物の揮発が進行する。さらに、放電の熱により気体が急膨張し、貴金属チップ１１６に衝撃力が作用すると、図６に示すように、貴金属チップ１１６の外周面がささくれることが分かった。その結果、繊維状の組織１１６ａが接地電極２１に接触して、中心電極１３と接地電極２１とが短絡する場合があることに本願発明者は着目した。

【0044】

そこで、本実施形態では、加熱処理により上記素材３１を再結晶化させて、素材３１においてＩｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値を、１．３以上、且つ４．８以下に調整する。望ましくは、素材３１においてＩｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値を、２．０以上、且つ４．８以下に調整する。

【0045】

略１０００℃においてＩｒ合金の再結晶化が始まる。また、１４００℃よりも高温になると、Ｉｒ合金の再結晶化の速度が過剰に速くなる。この点、加熱処理において、１０００℃以上、且つ１４００℃以下の温度に素材３１を加熱して再結晶化させる。望ましくは、加熱処理において、１１００℃以上、且つ１２００℃以下の温度に素材３１を加熱して再結晶化させる。

【0046】

ここで、Ｉｒ合金の素材３１を加熱処理する温度が低過ぎると、Ｉｒ合金の再結晶化の速度が遅くなり、結晶粒のアスペクト比の平均値を調整するために必要な時間が長くなる。一方、Ｉｒ合金の素材３１を加熱処理する温度が高過ぎると、Ｉｒ合金の再結晶化の速度が過剰に速くなり、結晶粒のアスペクト比の平均値が不安定になる。この点、１１５０℃において素材３１を３０分間加熱して再結晶化させる。なお、加熱温度が１１５０℃よりも低い場合は加熱時間を３０分間よりも長くし、加熱温度が１１５０℃よりも高い場合は加熱時間を３０分間よりも短くするとよい。

【0047】

その後、素材３１を軸線方向の長さが３．０ｍｍ（規定長さ）になるように切断して、貴金属チップ１６を形成する。

【0048】

図７は、貴金属チップ１６の結晶構造を示すＳＥＭ写真である。同写真は、貴金属チップ１６の外周面から１ｍｍ以内の範囲において、貴金属チップ１６の軸線方向に平行な断面を撮影したものである。同図の上下方向が、上記素材３０の引き伸ばし方向である。貴金属チップ１６の結晶構造は、再結晶化により多結晶状になっている。

【0049】

貴金属チップ１６の外周面から１ｍｍ以内の範囲において、貴金属チップ１６の軸線方向に平行な断面を観察した。そして、断面において５００μｍ×５００μｍの領域内の結晶粒のアスペクト比の平均値を算出した。その結果、貴金属チップ１６の結晶粒のアスペクト比の平均値は、略３であった。

【0050】

貴金属チップ１６においてＩｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が４．８以下である場合、アスペクト比が１０以上の場合と比べて結晶粒間の保持力が弱まる。その結果、図８に示すように、貴金属チップ１６の外周面から剥がれた組織１６ａは、接地電極２１に接触することなく脱落することを本願発明者は見出した。一方、貴金属チップ１６においてＩｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が１．３未満である場合、貴金属チップ１６の外周面から組織１６ａが過剰に剥がれ、貴金属チップ１６が消耗し易くなることを本願発明者は見出した。

【0051】

図９は、平均アスペクト比とスパークプラグ１０の寿命時間との関係を示すグラフである。貴金属チップ（中心電極１３）と接地電極２１とが短絡した時点、又は貴金属チップと接地電極２１との間のギャップの幅がスパークプラグ１０の初期状態（使用開始時）から０．０２ｍｍ増加した時点を寿命時間としている。短絡により寿命時間となった場合を黒丸で示し、ギャップ増加により寿命時間となった場合を白丸で示している。また、初期状態のギャップ幅が０．２５ｍｍの場合を破線、０．４ｍｍの場合を実線、０．６ｍｍの場合を一点鎖線で示している。

【0052】

寿命時間の試験条件は以下の通りである。内燃機関の回転速度が１５００ｒｐｍ、負荷が１００％、燃料が天然ガス、内燃機関は１２気筒で総排気量７４．９Ｌである。この条件において、上記ギャップ幅及び上記平均アスペクト比（上記アスペクト比の平均値）を変化させて、１つの気筒のスパークプラグ１０の寿命時間を評価した。

【0053】

平均アスペクト比が１５の貴金属チップは、比較例の貴金属チップ１１６に相当する。平均アスペクト比１５では、初期状態のギャップ幅が０．２５ｍｍ、０．４ｍｍ、及び０．６ｍｍのいずれにおいても、略５０時間で短絡により寿命時間となっている。これは、図６で示したように、繊維状の組織１１６ａが接地電極２１に接触して、中心電極１３と接地電極２１とが短絡したためである。

【0054】

加熱処理を行って貴金属チップの平均アスペクト比を５まで低下させると、寿命時間が徐々に延びているが、初期状態のギャップ幅が０．２５ｍｍ、０．４ｍｍ、及び０．６ｍｍのいずれにおいても、短絡により寿命時間となっている。この場合も、図６で示した短絡が生じて寿命時間になっている。そして、初期状態のギャップ幅が広いほど、寿命時間が長くなっている。これは、初期状態のギャップ幅が広いほど、図６で示した短絡が生じるまでの時間が長くなるためである。

【0055】

加熱処理を行って貴金属チップの平均アスペクト比をさらに低下させると、平均アスペクト比４．８以下において短絡が生じなくなっている。これは、図８で示したように、貴金属チップ１６の外周面から剥がれた組織１６ａが、接地電極２１に接触することなく脱落するためである。

【0056】

平均アスペクト比４．８～１．０では、ギャップ増加により寿命時間となっている。そして、平均アスペクト比４．８～１．３までは、寿命時間が緩やかに縮まっている。これは、再結晶化により結晶粒が成長すると、結晶粒間の保持力が弱まり、貴金属チップの外周面から組織が剥がれ易くなるためである。平均アスペクト比が１．３よりも低下すると、寿命時間が急激に縮まっている。これは、結晶粒間の保持力がさらに弱まり、貴金属チップの外周面から組織が過剰に剥がれて、貴金属チップが消耗し易くなるためである。平均アスペクト比４．８～１．０では、初期状態のギャップ幅が０．２５ｍｍ、０．４ｍｍ、及び０．６ｍｍのいずれにおいても、略同様の傾向になっている。これは、ギャップ幅が初期状態から０．０２ｍｍ増加するまでの時間に、初期状態のギャップ幅はあまり影響しないためである。

【0057】

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

【0058】

・貴金属チップ１６においてＩｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が、１．３以上、且つ４．８以下に調整されている。Ｉｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が４．８以下である場合、アスペクト比が１０以上の場合と比べて結晶粒間の保持力が弱まる。その結果、貴金属チップ１６の外周面から剥がれた組織１６ａは、外周面に対向する接地電極２１に接触することなく脱落することを本願発明者は見出した。したがって、貴金属チップ１６と接地電極２１との短絡を抑制することができる。一方、Ｉｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が１．３未満である場合、貴金属チップ１６の外周面から組織１６ａが過剰に剥がれ、貴金属チップ１６が消耗し易くなることを本願発明者は見出した。したがって、Ｉｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値を１．３以上に調整することにより、貴金属チップ１６の消耗を抑制することができる。

【0059】

・貴金属チップ１６においてＩｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が、２．０以上、且つ４．８以下に調整されている。こうした構成によれば、貴金属チップ１６の外周面から組織１６ａが剥がれることをさらに抑制することができ、貴金属チップ１６の消耗をさらに抑制することができる。

【0060】

・スパークプラグ１０の初期状態（使用開始時）において、貴金属チップ１６の外周面と接地電極２１との距離が、０．２５ｍｍ、０．４ｍｍ、及び０．６ｍｍのいずれであっても、略同様の効果を奏すること本願発明者により確認されている。したがって、スパークプラグ１０の初期状態において、貴金属チップ１６の外周面と接地電極２１との距離が、０．２５ｍｍ以上、且つ０．６ｍｍ以下に設定されたスパークプラグ１０において、貴金属チップ１６と接地電極２１との短絡を抑制することができる。

【0061】

・貴金属チップ１６は、引き伸ばされて所定外径の円柱状に形成されている。このような貴金属チップ１６において結晶粒のアスペクト比を調整することで、貴金属チップ１６の外径を所定外径に調節することができるとともに、貴金属チップ１６と接地電極２１との短絡を抑制することができる。

【0062】

・円柱状のＩｒ合金の素材３０が軸線方向に引き伸ばされ、素材３０の外径が所定外径に調節される。その後、加熱処理により素材３１が再結晶化させられ、素材３１においてＩｒ合金の結晶粒のアスペクト比の平均値が、１．３以上、且つ４．８以下に調整される。また、素材３１が軸線方向の長さが規定長さになるように切断されて、貴金属チップ１６が形成される。したがって、結晶粒のアスペクト比が調整された貴金属チップ１６を製造することができる。

【0063】

・加熱処理において、１０００℃以上、且つ１４００℃以下の温度に素材３１を加熱して再結晶化させる。したがって、Ｉｒ合金の素材３１を再結晶化させることができるとともに、結晶粒のアスペクト比の平均値を安定させ易くなる。

【0064】

・加熱処理において、１１００℃以上、且つ１２００℃以下の温度に素材３１を加熱して再結晶化させる。上記工程によれば、結晶粒のアスペクト比の平均値を調整するために必要な時間が長くなることを抑制しつつ、結晶粒のアスペクト比の平均値を安定させ易くなる。

【0065】

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【0066】

・貴金属チップ１６の軸線方向の長さである規定長さは、３ｍｍに限らず、２ｍｍ以上、且つ４ｍｍ以下であってもよい。こうした規定長さであっても、寿命時間の評価結果は上記実施形態と同様の傾向となる。

【0067】

・上記実施形態では、加熱処理によりアスペクト比を調整した素材３１を切断したが、素材３１を切断後に加熱処理によりアスペクト比を調整することもできる。

【0068】

・Ｉｒ合金の組成は、例えばＩｒ７３ｗｔ％、Ｒｈ２７ｗｔ％であってもよい。この組成のＩｒ合金により製造した貴金属チップ１６であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。また、Ｒｈ以外の金属をＩｒ合金に添加することもできる。

【0069】

・接地電極２１は、貴金属層２１ｃを有していなくてもよい。接地電極２１は、円筒状（環状）に限らず、貴金属チップ１６に対向する複数の円弧状部により構成されていてもよいし、貴金属チップ１６に対向する４つ股状や３つ股状（複数の股状）に構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0070】

１０…スパークプラグ、１３…中心電極、１６…貴金属チップ、２１…接地電極。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】