JPH0737678A - スパークプラグ用電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中心電極或いは接地電極の熱伝導性および高
温強度を向上することを可能にし、且つボイドの発生お
よび成長を防止することを可能にする。 【構成】 耐食性、耐熱性に優れたニッケル合金よりな
るニッケルカップ１１内に、金属元素若しくは金属間化
合物が銅の母相から析出した状態で均一に分散して存在
する熱伝導性に優れた銅合金よりなる銅軸１２を封入す
る前工程において、銅軸１２を真空で６００℃以上７５
０℃以下の温度範囲の熱処理温度で焼鈍するようにし
た。これにより、銅軸１２内のボイドの発生および成長
が抑えられ、且つ銅軸１２のビッカース硬度が低下し
て、ニッケルカップ１１と銅軸１２との境界部分に隙間
が発生しないようになりニッケル合金と銅合金との嵌合
性が向上した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性に優れたニッケ
ル合金の内部に耐熱伝導性に優れた銅合金を封入してな
る中心電極、或いは接地電極に好適なスパークプラグ用
電極の製造方法に関するもので、内燃機関用スパークプ
ラグの複合中心電極、或いは複合接地電極の製造方法に
係わる。

【０００２】

【従来の技術】純銅（Ｃｕ）をニッケル（Ｎｉ）合金内
に封入してなる複合成形体を用いたスパークプラグ用中
心電極は、温度変化の激しい熱サイクル（例えばスロッ
トル全開の高速運転とアイドリングの低速運転との繰り
返しによる運転状態）に遭遇すると、純銅とニッケル合
金との熱膨張係数の差により生じる熱応力によって、純
銅を被覆するニッケル合金が塑性変形し、その蓄積によ
り中心電極の形状が変形する。なお、中心電極の変形具
合は、高温での結晶粒の粗大化の抑制を図って粒界等で
発生し易いボイドの影響を強く受け、ボイドが成長する
とニッケル合金の変形が加速する。

【０００３】図１４は中心電極１０１の変形の様子を示
したものであり、熱応力の繰り返しにより純銅１０２の
中にボイド１０３が発生し、そのボイド１０３が成長す
ることにより、中心電極１０１は、図１４（ａ）に示し
たように、径方向に膨張し、軸方向に縮む。なお、初期
形状を二点鎖線、変形後形状を実線で示す。さらに、５
０００ｒｐｍ全開１分とアイドリング１分を６０００サ
イクル繰り返して熱応力が加え続けられると、中心電極
１０１は、図１４（ｂ）の実線矢印に示したように、更
にボイド１０３が成長して径方向に膨張し続け、遂には
絶縁碍子１０４を押し割るという不具合が発生する。

【０００４】また、純銅とニッケル合金との複合成形体
を接地電極１０５に採用すると、熱膨張係数の差により
生じる熱応力によって、純銅１０６中にボイド１０７が
発生し、そのボイド１０７が成長することにより、図１
５の二点鎖線に示したように、接地電極１０５が起き上
がってくるという不具合が発生する。

【０００５】中心電極１０１や接地電極１０５の変形
は、共に純銅１０２、１０６中にボイド１０３、１０７
が形成され、それが成長することにより生じる現象であ
るので、このボイド１０３、１０７の発生を抑制できれ
ば、中心電極１０１や接地電極１０５の変形を防止する
ことができると考えられる。

【０００６】そこで、従来より、種々の銅合金の研究が
行われており、特開昭６１−１４３９７１号公報、特開
昭６１−１４３９７２号公報、特開昭６１−１４３９７
３号公報、特開昭６１−１４８７８８号公報、特開昭６
１−１４８７８９号公報、特開昭６１−１４８７９０号
公報および特開平４−６５７９１号公報等に、銅合金に
関する多くの技術が開示されている。例えば、特開昭６
１−１４３９７３号公報には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒのうち
一種若しくは二種以上の金属元素を０．０３重量％〜
１．０重量％含有した銅合金が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
においては、特定の金属元素を選んで純銅に添加する添
加量を規制するものであり、特定の金属元素をどのよう
な目的で、且つどのような状態で使用して課題を解決し
ようとするかについては、どの公報にも記述がない。

【０００８】通常、純銅に他の金属元素を添加するとそ
の銅合金の熱伝導率は急速に低下する。このため、上述
の従来の技術に基づいて、純銅に特定の金属元素を所定
量添加して製造した銅合金を中心電極に用いた場合に
は、熱伝導率が低下することによって、スパークプラグ
の耐プレイグニッション性能が低下するという不具合が
あった。また、接地電極に用いた場合には、ニッケル材
の高温酸化が起き易く、ニッケルの酸化に起因して電極
消耗度合が早くなるという不具合があった。

【０００９】本発明は、熱伝導性および高温強度を向上
することが可能で、且つボイドの発生および成長を防止
することが可能なスパークプラグ用電極の製造方法の提
供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ニッ
ケルを主体とする耐食性に優れた耐食金属の内部に、銅
との過飽和固溶体を形成する金属元素を含有し、且つ前
記金属元素若しくは金属間化合物が前記銅の母相から析
出した状態で均一に分散して存在する熱伝導性に優れた
銅合金を塑性加工によって封入することによりスパーク
プラグ用電極を製造する製造方法であって、前記耐食金
属内に封入される前工程で前記銅合金を、真空或いは非
酸化性雰囲気で６００℃以上７５０℃以下の温度範囲内
で熱処理し、更に前記耐食金属内に前記銅合金を封入し
てなる複合成形体を、真空或いは非酸化性雰囲気で９０
０℃以上９６０℃以下の温度範囲内で熱処理することを
特徴とする技術手段を採用した。

【００１１】請求項２の発明のように、前記金属元素
は、クロム又はジルコニウムのうち少なくとも一方を含
有することを特徴とする技術手段を採用しても良い。こ
の請求項２の発明によれば、クロム、ジルコニウム共
に、各々少量の添加で、高温での熱伝導率が改善され、
且つ銅合金の高温強度が向上する。

【００１２】請求項３の発明のように、前記金属元素の
総量は、０．５重量％以上１．５重量％以下の範囲にあ
ることを特徴とする技術手段を採用しても良い。この請
求項３の発明によれば、金属元素の総量が０．５重量％
未満であると銅の母相中での過飽和固溶体の析出量が少
ないので銅合金の高温強度があまり向上せず、熱サイク
ルにより結晶粒が粗大化し、ボイドが発生して成長する
可能性がある。また、金属元素の総量が１．５重量％を
越えると熱伝導率特性が大幅に悪化する可能性がある。

【００１３】

【作用】請求項１の発明によれば、金属元素若しくは金
属間化合物が銅の母相から析出した状態で均一に分散し
て存在するので、銅合金の高温強度が向上し、熱サイク
ルを加えても結晶粒が微細状態を維持する。すなわち、
結晶粒の粗大化が阻止されるので、銅合金中のボイドが
粒界で発生し難くなり、その成長も阻止される。更に、
金属元素若しくは金属間化合物を析出物として銅の母相
から出しているので、銅の母相自体は金属元素の固溶が
少なく、銅合金は純銅本来の特性である優れた熱伝導性
が維持される。

【００１４】そして、耐食金属内に封入される前工程で
銅合金を、真空或いは非酸化性雰囲気で６００℃以上７
５０℃以下の温度範囲内で熱処理することにより銅合金
の硬度を低下させて、耐食金属の内部に銅合金を封入し
たときに、耐食金属と銅合金との境界部分に隙間が発生
しないようにすることによって耐食金属と銅合金との嵌
合性が向上する。更に、複合成形体を、真空或いは非酸
化性雰囲気で９００℃以上９６０℃以下の温度範囲内で
熱処理することにより、銅合金と耐食金属との拡散によ
る強固な銅−ニッケル合金層を形成して、耐食金属と銅
合金との境界部分の隙間をなくすことによって耐食金属
と銅合金との接合強度が向上する。

【００１５】

【実施例】

〔実施例の構成〕本発明のスパークプラグ用電極の製造
方法を図１ないし図１３に示す一実施例に基づき説明す
る。図１は内燃機関用突出し型のスパークプラグを示し
た図である。

【００１６】内燃機関用突出し型のスパークプラグ１
は、内部に軸孔２を有する筒状の絶縁碍子３と、先端部
が絶縁碍子３の先端面から突出した状態で軸孔２内に嵌
め込まれた断面形状が丸棒状の中心電極４と、先端部方
向にＬ字状に屈曲する断面形状が方形状の接地電極５
と、この接地電極５を先端面に溶接し、絶縁碍子３を嵌
め込んで固定する筒状の主体金具６とを備えている。

【００１７】図２は中心電極４の全体構造を示した図
で、図３は接地電極５の全体構造を示した図である。中
心電極４と接地電極５は、本発明のスパークプラグ用電
極であって、ニッケル合金製の電極母材７、８の内部に
銅合金製の芯材９、１０を封入した複合成形体２５、２
７（図５参照）を採用している。また、中心電極の先端
は、絶縁碍子３の先端面から１．５mm〜１５．０mm突き
出されており、スパークプラグ１が内燃機関の気筒に取
り付けられたときに、内燃機関の燃焼室の内壁面から
４．５mm〜１７．０mm燃焼室内に突き出される。

【００１８】図２に示す中心電極４において、電極母材
７は耐食性（とくに耐火花消耗性）、耐熱性（高温強
度）に優れたニッケル合金（例えばインコネル６００：
商品名や、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ合金、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−
Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ａｌ合金）が用いられて
いる。また、芯材９は、銅との過飽和固溶体を形成する
下記の表１に示す一種以上の金属元素を含有し、且つ添
加する金属元素の総量を０．５重量％〜１．５重量％に
調製して製造した熱伝導性（熱引き）に優れた銅合金で
あり、金属元素若しくは金属間化合物が銅の母相から析
出した状態で均一的に分散して存在するようにしてい
る。

【００１９】但し、表１に示す一種以上の金属元素は、
クロム（Ｃｒ）又はジルコニウム（Ｚｒ）の少なくとも
一方を含有している。また、図３に示す接地電極５の電
極母材８も高ニッケル合金（例えばインコネル６００：
商品名や、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ合金、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−
Ｃｒ合金、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ａｌ合金）が用いられ、
芯材１０中の金属元素の添加割合も表１に示すように調
製されている。

【００２０】なお、表１中、実施例の芯材９（１０）の
構成材料は銅合金Ｂ、銅合金Ｄ〜銅合金Ｋと銅合金Ｍ〜
銅合金Ｏであり、比較例の芯材９（１０）の構成材料は
銅合金Ａ、銅合金Ｃ、銅合金Ｌ、銅合金Ｐ、銅合金Ｑ
で、従来例の芯材の構成材料は純銅（ＯＦＨＣ）Ｒであ
る。

【００２１】

【表１】

【００２２】なお、表１において、銅合金Ａ〜Ｑおよび
純銅Ｒの室温の熱伝導率はレーザーフラッシュ法により
測定した。また、０．１mm引込み変形時の熱サイクル数
は、２０００ｃｃの６気筒ガソリンエンジンにスパーク
プラグ１を装着して、６０００ｒｐｍ×Ｗ．Ｏ．Ｔ（ス
ロットル全開）で１分間高速運転とアイドリングで１分
間低速運転とを繰り返す運転条件（熱サイクル）を与え
て、熱サイクル数が１０００回に達してから１００回毎
に中心電極４が０．１mm引込んでいるか否かを測定し
た。

【００２３】さらに、熱サイクルが１０００回でのボイ
ドの有無は、上述の熱サイクル数が１０００回に達した
ときのボイドの発生状態を調査した。そして、析出硬化
型芯材を構成するもの、すなわち、Ｃｒ又はＺｒを含む
金属元素を表１に示した添加割合で調製し、金属元素若
しくは金属間化合物が銅の母相から析出した状態で分散
して存在するようにした銅合金は○を記した。

【００２４】ここで、図４（ａ）は銅合金Ｈの金属組織
（１０００倍）を拡大した顕微鏡写真であり、図４
（ｂ）は銅合金Ｈ中のＺｒを、図４（ｃ）は銅合金材Ｈ
の中のＣｒに関して面分析した金属組織を拡大した顕微
鏡写真であり、（ａ）〜（ｃ）中の白点はＺｒ又はＣｒ
の存在を示す。

【００２５】〔実施例の製造方法〕次に、この実施例の
中心電極４の製造方法の一例を図５に基づいて説明す
る。先ず、純銅（Ｃｕ）に、表１に示す添加割合で銅と
過飽和固溶体を形成する金属元素を添加して非酸化雰囲
気で溶解した後に丸棒状に鋳造する。この鋳造部材を９
００℃前後に加熱して熱間押出し成形を行ってコイル状
部材（図示せず）を形成する。

【００２６】このコイル状部材を９５０℃〜９６０℃に
加熱した後に強制冷却（水冷等）を施し、過飽和固溶体
として、添加した金属元素若しくは金属間化合物による
１０μｍ以下の微細な析出物を銅の母相から析出した状
態で均一に分散させるようにする。更に、このコイル状
部材を冷間で伸線→焼鈍を行い、約φ４．０程度のコイ
ル状部材とし、このコイル状部材を用いて図５に示した
ような成形プロセスで中心電極４および接地電極５を成
形する。

【００２７】耐食性に優れる棒状のニッケル合金を塑性
加工することにより、図５（ａ）に示したように、カッ
プ形状のニッケルカップ１１を形成する。このニッケル
カップ１１の一端側には開口部１３、他端側には閉塞部
１４が形成される。また、開口部１３と閉塞部１４との
間には、断面形状が円筒形状の嵌合部１５が形成され、
この嵌合部１５内には嵌合穴１６が形成される。さら
に、閉塞部１４の外周には、テーパ状のコーナ部１７が
形成される。

【００２８】上述のコイル状部材を塑性加工することに
より、図５（ｂ）に示したように、丸棒形状の銅軸１２
を形成する。このとき、銅軸１２の一端側には断面形状
が円形状の鍔状部１８、他端側には鍔状部１８より小径
で断面形状が円形状の被嵌合部１９、および鍔状部１８
と被嵌合部１９との間にはテーパ状の段差部２０が形成
される。また、被嵌合部１９の先端にはテーパ状のコー
ナ部２１が形成される。なお、鍔状部１８は省略して円
形状比嵌合部１９のみを形成したものであっても良い。

【００２９】そして、銅軸１２を６００℃以上７５０℃
以下の温度範囲で３０分間〜１時間程度真空にて加熱し
た後に大気中で放冷する。いわゆる焼鈍を施す。なお、
この実施例（銅合金材Ｂ〜銅合金材Ｏ）では、純銅の中
に酸素と反応し易いクロム、ジルコニウムが０．５重量
％以上１．５重量％以下含まれているので、焼鈍雰囲気
は一酸化炭素或いは水素を微量含む還元雰囲気等の非酸
化性雰囲気でも良い。

【００３０】ニッケルカップ１１内に銅軸１２をプレス
加工により嵌め込んで、図５（ｃ）に示したように、銅
合金とニッケル合金とからなる複合成形体２２を形成す
る。このとき、ニッケルカップ１１の嵌合部１５と銅軸
１２の被嵌合部１９との嵌合寸法を十分とることによ
り、銅軸１２の被嵌合部１９中の銅合金がニッケルカッ
プ１１の嵌合穴１６内に充満されて面圧が全体に加わ
り、ニッケルカップ１１と銅軸１２との嵌合部分で良好
な銅−ニッケル合金との隙間のない圧着状態が得られ
る。

【００３１】このとき、実施例の銅軸１２は丸棒形状で
も、ビッカース硬度が高く、更に銅軸１２に塑性加工す
ると、金属元素による加工硬度が顕著に進行して、更に
硬度が上昇する。このような硬い銅軸１２の被嵌合部１
９をニッケルカップ１１の嵌合穴１６内にプレス加工に
よって押し込んでも、ニッケルカップ１１の嵌合穴１６
の形状に見合うように銅軸１２の被嵌合部１９が変形し
ないか、或いはスプリングバックによってニッケルカッ
プ１１と銅軸１２の境界部分に隙間が形成される。

【００３２】このため、図６（ａ）に示した線分析写真
のように、銅−ニッケル合金層に微小クラックが生じて
しまう不具合があり、ニッケルカップ１１と銅軸１２の
境界部分全域に渡って十分なプレス面圧を持って銅とニ
ッケルとが圧着された状態が起こり難い。このような状
態で、次の工程で複合成形体２２に９３０℃×１Ｈｒの
真空拡散処理を施しても、接触していない銅合金とニッ
ケル合金は銅−ニッケル合金層を形成せず、またプレス
面圧が低い場合も、十分強固な銅−ニッケル合金層を得
ることが困難であった。

【００３３】図７は、銅軸の側面部に隙間を有する中心
電極（従来例）とニッケルカップ１１と銅軸１２との境
界部分全域に十分強固な銅−ニッケル合金層を有する中
心電極（実施例）４とを、２０００ｃｃの６気筒ガソリ
ンエンジンで６０００ｒｐｍ×Ｗ．Ｏ．Ｔの高速運転と
アイドリングの低速運転とを１分間毎に繰り返す加熱冷
却試験を行って評価したグラフである。この図７のグラ
フに示したように、従来例は銅軸の側面部にボイドが集
中し、熱サイクル数が１５００回という比較的早期に中
心電極４の変形を生じるが、実施例はニッケルカップ１
１と銅軸１２との境界部分全域に十分強固な銅−ニッケ
ル合金層を有するため、熱サイクル数が４０００回を越
えても中心電極４が変形に至らない。

【００３４】図８は銅軸１２の熱処理温度（焼鈍温度）
を変化させて銅軸１２のビッカース硬度を調査した結果
を示したグラフで、銅軸１２のビッカース硬度はビッカ
ース圧痕圧入法により評価した。この実施例では、図８
のグラフに示したように、銅軸１２を６５０℃以上７５
０℃以下の温度範囲で３０分間〜１時間程度焼鈍を行
い、銅軸１２のビッカース硬度を８０以上９０以下の範
囲にしている。これにより、図６（ｂ）に示した線分析
の写真のように、銅−ニッケル合金層は５μｍ以上、望
ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲で確保され、
且つニッケルカップ１１と銅軸１２の被嵌合部１９の境
界部分に隙間を生ずることはない。

【００３５】なお、銅軸１２のビッカース硬度を低下さ
せてニッケルカップ１１との嵌合性を改善させるために
は、すなわち、銅軸１２のビッカース硬度を９０以下に
低下させるためには、銅軸１２の焼鈍温度が６００℃以
上必要であるが、７５０℃より焼鈍温度を高くしても、
銅軸１２のビッカース硬度はそれ以上に低下しないので
この実施例では７５０℃を上限とするようにしている。

【００３６】次に、複合成形体２２に９００℃以上９６
０℃以下の温度範囲で、望ましくは９３０℃の熱処理温
度で１時間程度の真空拡散処理を施す。これにより、電
極母材７と芯材９との境界部分に十分に強固な金属層が
形成されることによって電極母材７と芯材９との接合強
度が向上する。その後に、冷間押出し成形により、図５
（ｄ）に示したように、一端側に断面形状が円形状の鍔
状部２３、他端側に鍔状部２３より小径で断面形状が円
形状の円柱部２４を有する複合成形体２５が形成され
る。これにより、中心電極４が製造される。

【００３７】なお、複合成形体２５を形成した後に、９
００℃以上９６０℃以下の温度範囲で３０分間〜１時間
程度焼鈍を施すことによって、電極母材７と芯材９との
拡散により更に強固な銅−ニッケル合金層を形成するよ
うにしても良い。

【００３８】次に、この実施例の接地電極５の製造方法
の一例を図５に基づいて説明する。接地電極５を製造す
る場合には、中心電極４と同様な製造工程を経て複合成
形体２５を形成した後に、図５（ｅ）に示したように、
複合成形体２５の鍔状部２３側を切断して円柱部２４の
寸法を所定の長さにする。その後に、図５（ｆ）に示し
たように、所定の寸法の円柱部２４を方形状のダイス
（図示せず）内へ押し通して断面形状が方形状の角柱部
２６を有する複合成形体２７を形成する。これにより、
接地電極５が製造される。

【００３９】なお、複合成形体２７を形成した後に、９
００℃以上９６０℃以下の温度範囲で３０分間〜１時間
程度焼鈍を施すことによって、電極母材８と芯材１０と
の拡散により更に強固な銅−ニッケル合金層を形成する
ようにしても良い。

【００４０】〔実施例と比較例の実験結果〕ここで、表
１に示した実施例の芯材９の構成材料として、０．８５
重量％のＣｒ、０．１５重量％のＺｒ、０．０５重量％
のＳｉよりなる金属元素を含有した銅合金Ｇと、比較例
の芯材９の構成材料として、０．３重量％のＡｌよりな
る金属元素を含有した銅合金Ｑとの高温での結晶粒が微
細化状態について調査した全開耐久試験について説明す
る。この全開耐久試験は、芯材９、１０として銅合金Ｇ
と銅合金Ｑを備えた中心電極４、接地電極５を備えたス
パークプラグ１を２０００ｃｃの６気筒ガソリンエンジ
ンに装着して、６０００ｒｐｍ×Ｗ．Ｏ．Ｔで高速運転
し、２００時間経過後の様子を観察したもので、その試
験結果を図９の金属組織を拡大した顕微鏡写真に示し
た。

【００４１】この全開耐久試験後の銅合金Ｇ、銅合金Ｑ
の金属組織を見ると、図９（ａ）に示した銅合金Ｇは約
８００℃〜８５０℃の温度までは結晶粒が微細化状態の
ままであり、図９（ｂ）に示した銅合金Ｑは約８００℃
〜８５０℃の温度で結晶粒が粗大化していることが分か
る。この理由は、実施例のものが、すなわち、銅合金Ｇ
の金属元素中にＣｒ又はＺｒのうち少なくとも一方を含
有し、且つその金属元素の総量が０．５重量％以上１．
５重量％以下となるようにしていることによって、その
金属元素が銅の母相から析出することによる効果である
と言える。

【００４２】なお、添加する金属元素の総量が０．５重
量％未満であると金属元素が十分な量、銅の母相から析
出しないので結晶粒が粗大化し、銅合金の高温強度が劣
るようになると共に、ボイドが発生し易くなってしま
う。また、添加する金属元素の総量が１．５重量％を越
えると芯材９、１０の熱伝導率の低下が顕著になり、実
用に供さなくなる。

【００４３】次に、実施例の芯材９の構成材料としての
銅合金Ｇと従来例の芯材の構成材料としての純銅Ｒを加
熱する温度を変化させて、引張強度および熱伝導率につ
いて調査した２つの実験について説明する。第１の実験
は、銅合金Ｇと純銅Ｒを加熱する温度を室温から６００
℃まで変化させ、銅合金Ｇと純銅Ｒの引張強度について
調査したもので、その実験結果を図１０のグラフに示し
た。この図１０のグラフからも確認できるように、どの
温度に対しても純銅Ｒより銅合金Ｇの引張強度が優れて
いることが分かる。

【００４４】第２の実験は、銅合金Ｇと純銅Ｒを加熱す
る温度を室温から６００℃まで変化させ、銅合金Ｇと純
銅Ｒの熱伝導率について調査したもので、その実験結果
を図１１のグラフに示した。この図１１のグラフからも
確認できるように、純銅Ｒは温度の上昇に従って熱伝導
率が徐々に低下していることが分かる。これに対して、
銅合金Ｇは室温から３００℃までは温度の上昇に従って
熱伝導率が低下する傾向にあるが、３００℃を越えると
温度の上昇と共に熱伝導率が上昇する傾向にあり、高温
時の熱伝導率を向上する効果があることが分かる。

【００４５】ここで、中心電極４や接地電極５の変形
は、複合成形体２２である銅合金とニッケル合金との熱
膨張係数の差に起因する熱応力によるものであり、実施
例の銅合金を用いると銅軸１２の強度が向上するので、
純銅や比較例に見られるような銅軸１２内のボイドの発
生を抑制することができるが、その分、他の部分へ負担
がかかる。具体的には、図１２および図１３に示したよ
うに、ニッケルカップ１１と銅軸１２との境界部分が最
も大きな熱応力が加わるし、この部分の強度が弱い（例
えばニッケルカップ１１と銅軸１２との境界部分に微小
隙間３１が存在する場合など）と熱応力が集中し、ボイ
ド３２の集中から最終的には中心電極４又は接地電極５
の変形に至るという不具合が発生する。

【００４６】しかるに、実施例のように、高強度な銅合
金を中心電極４又は接地電極５に採用する場合、純銅や
比較例とは異なった変形挙動或いは熱応力のかかる挙動
に対し、ニッケルカップ１１と銅軸１２との境界部分に
隙間なく、且つ各々の銅−ニッケル合金層で強固に接合
されることで、中心電極４又は接地電極５の変形を防止
しようとするものであり、これにより耐久性に優れたス
パークプラグが得られる。

【００４７】したがって、銅合金材Ｂ〜銅合金材Ｋと銅
合金材Ｍ〜銅合金材Ｏ、すなわち、Ｃｒ又はＺｒを含む
金属元素を表１に示した添加割合で調製し、金属元素若
しくは金属間化合物が銅の母相から析出した状態で分散
して存在するようにした析出硬化型芯材９を使用した実
施例のものは、銅合金の高温強度が向上し、結晶粒が微
細状態を維持し、結晶粒の粗大化が抑制される。

【００４８】このため、析出硬化型芯材９を有する中心
電極４には、２０００ｃｃの６気筒ガソリンエンジンで
６０００ｒｐｍ×Ｗ．Ｏ．Ｔの高速運転とアイドリング
の低速運転とを１分間毎に繰り返す熱サイクルを１００
０回与えてもボイドの発生は認められず、０．１mm引込
み変形するのに３５００回〜４０００回の熱サイクル数
が必要となる。これにより、非常に過酷な運転条件が与
えられても中心電極４が変形し難くスパークプラグ１の
耐久性を飛躍的に向上できる。

【００４９】なお、室温の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ
以上で、熱サイクル数が１０００回でボイドの発生が無
い銅合金、つまり熱伝導性および耐久性に優れる銅合金
は、実施例の銅合金Ｂ、銅合金Ｄ、銅合金Ｆ〜銅合金
Ｊ、銅合金Ｍ〜銅合金Ｏである。

【００５０】〔実施例の効果〕以上のように、この実施
例では、純銅に、過飽和固溶体として銅の母相から析出
するＣｒ、Ｚｒ等の金属元素を添加することにより、芯
材９、１０の高温時におる熱伝導率を向上させることが
できる。この結果、この芯材９を中心電極４に採用した
場合には、使用時の中心電極４の先端部の温度の過昇温
を防止することができ、耐プレイグニッション性能を向
上することができる。また、芯材１０を接地電極５に採
用した場合には、電極母材の高温酸化を防止することが
でき、電極消耗割合を低減することができる。

【００５１】また、この実施例の突出し型のスパークプ
ラグ１は、発火位置が主体金具の先端面から３．０mm〜
４．０mm程度燃焼室内に突き出している通常のスパーク
プラグに対して、図１に示したように、４．５mm〜１
７．０mm程度燃焼室内に突き出して燃焼室の中央部で点
火させているので希薄燃焼での点火性を改善することが
できる。しかし、一般的に、中心電極４の突出し長さｈ
が長い程、受熱温度が増加し、銅とニッケルとの熱膨張
係数の差に起因する熱応力が増大し、ボイドの発生やボ
イドの成長を進行させ易くなる。

【００５２】ところが、この実施例のように突出し型の
スパークプラグ１の中心電極４および接地電極５に銅合
金を採用した場合には、過飽和固溶体の結晶粒の微細化
により銅の母相から析出した析出物により、高温での結
晶粒の粗大化を抑制でき、粒界部での割れを防止でき、
高温強度の低下も抑制できる。この結果、中心電極４や
接地電極５の芯材９、１０を構成する銅合金中のボイド
の発生を少なくすることができ、且つボイドの成長を抑
えることができるので、中心電極４や接地電極５が変形
することはない優れた性能を具備した突出し型のスパー
クプラグ１を製造することができる。よって、この実施
例の構造は、通常のスパークプラグに比較して中心電極
４の燃焼ガスから受ける温度、熱量が共に高く厳しいス
パークプラグ１に特に有効な構造となる。

【００５３】更に、ニッケルカップ１１内に封入される
前工程で銅軸１２を真空で６００℃以上７５０℃以下の
温度範囲内で焼鈍を施すことにより銅軸１２のビッカー
ス硬度を低下させるようにしているので、ニッケルカッ
プ１１内に銅軸１２を封入した時に、ニッケルカップ１
１と銅軸１２との境界部分に隙間が発生しないようにす
ることによってニッケルカップ１１と銅軸１２との嵌合
性を向上することができる。

【００５４】そして、真空或いは非酸化性雰囲気で９０
０℃以上９６０℃以下の温度範囲内で複合成形体を真空
拡散処理を施すことにより、銅合金とニッケル合金との
拡散による強固な銅−ニッケル合金層を形成して、ニッ
ケルカップ１１と銅軸１２との境界部分の隙間をなくす
ことによってニッケル合金と銅合金との接合強度を更に
向上することができる。

【００５５】〔変形例〕本実施例では、電極母材７、８
に耐食性、耐熱性に優れたニッケル合金を用い、芯材
９、１０に熱伝導性に優れた銅合金を用いて二層のスパ
ークプラグ用複合電極を構成したが、電極母材に耐食
性、耐熱性に優れたニッケル合金を用い、芯材に比較的
に熱伝導性に優れたニッケル合金を用い、芯材を被覆し
電極母材内に嵌め込まれる嵌合材に熱伝導性に優れた銅
合金を用いて三層のスパークプラグ用複合電極を構成し
ても良い。

【００５６】本実施例では、中心電極４および接地電極
５に本発明を適用したが、中心電極４または接地電極５
のいずれか一方に本発明を適用しても良い。本実施例で
は、突出し型のスパークプラグに本発明を適用したが、
通常型のスパークプラグ、沿面放電型のスパークプラ
グ、セミ沿面放電型のスパークプラグ等のその他のスパ
ークプラグに本発明を適用しても良い。また、本発明を
中心電極４や接地電極５の火花放電面に白金等の貴金属
を配したスパークプラグに適用しても良い。

【００５７】

【発明の効果】請求項１の発明は、銅合金の高温強度が
向上し、過酷な熱サイクルを与えても結晶粒が微細状態
を維持することができる。すなわち、結晶粒の粗大化を
防止することができるので、銅合金中のボイドが粒界で
発生し難くなり、その成長も防止することができる。こ
の結果、熱サイクルによる電極の変形は起き難くなるの
でスパークプラグの耐久性を大幅に向上することができ
る。

【００５８】また、請求項１の発明は、銅の母相自体の
金属元素の固溶が少なく、銅合金は純銅本来の特性であ
る優れた熱伝導性を維持することができる。この結果、
本発明のスパークプラグ用電極を中心電極に採用した場
合には熱引き特性を十分得られるので、耐プレイグニッ
ション性能の向上を図ることができる。また、本発明の
スパークプラグ用電極を接地電極に採用した場合には耐
食金属の高温酸化を防止することができるので、中心電
極との間の火花放電により消耗する電極消耗割合を大幅
に低減することができる。

【００５９】そして、請求項１の発明は、耐食金属内に
封入される前工程で銅合金の硬度を低下させることによ
り耐食金属の内部に銅合金を封入したときの耐食金属と
銅合金との嵌合性を向上することができる。更に、請求
項１の発明は、銅合金と耐食金属との拡散により銅合金
と耐食金属との嵌合部分に強固な銅−ニッケル合金層を
形成することにより耐食金属と銅合金との接合強度を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いた突出し型のスパークプラグの主
要部を示した断面図である。

【図２】図１のスパークプラグの中心電極の全体構造を
示した断面図である。

【図３】図１のスパークプラグの接地電極の全体構造を
示した断面図である。

【図４】実施例の銅合金の金属組織の顕微鏡写真であ
る。

【図５】実施例の中心電極及び接地電極の製造方法を示
した工程図である。

【図６】実施例と比較例の銅合金の面分析写真を模した
模式図である。

【図７】実施例と従来例の加熱冷却試験の試験結果を示
したグラフである。

【図８】銅軸の熱処理温度とビッカース硬度との関係を
示したグラフである。

【図９】実施例と比較例の銅合金の金属組織の顕微鏡写
真である。

【図１０】実施例の銅合金と従来例の純銅を加熱する温
度と引張強度との関係を示したグラフである。

【図１１】実施例の銅合金と従来例の純銅を加熱する温
度と熱伝導率との関係を示したグラフである。

【図１２】中心電極内に微小隙間が存在する状態を示し
た説明図である。

【図１３】中心電極内にボイドが存在する状態を示した
説明図である。

【図１４】従来例の中心電極内のボイドの成長の様子を
示した説明図である。

【図１５】従来例の接地電極内のボイドの成長の様子を
示した説明図である。

【符号の説明】

１ スパークプラグ ４ 中心電極（スパークプラグ用電極） ５ 接地電極（スパークプラグ用電極） １１ ニッケルカップ １２ 銅軸 ２２ 複合成形体 ２５ 複合成形体 ２７ 複合成形体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニッケルを主体とする耐食性に優れた耐
   食金属の内部に、 銅との過飽和固溶体を形成する金属元素を含有し、且つ
   前記金属元素若しくは金属間化合物が前記銅の母相から
   析出した状態で均一に分散して存在する熱伝導性に優れ
   た銅合金を塑性加工によって封入することによりスパー
   クプラグ用電極を製造する製造方法であって、 前記耐食金属内に封入される前工程で前記銅合金を、真
   空或いは非酸化性雰囲気で６００℃以上７５０℃以下の
   温度範囲内で熱処理し、更に前記耐食金属内に前記銅合
   金を封入してなる複合成形体を、真空或いは非酸化性雰
   囲気で９００℃以上９６０℃以下の温度範囲内で熱処理
   することを特徴とするスパークプラグ用電極の製造方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスパークプラグ用電極
   の製造方法において、 前記金属元素は、クロム又はジルコニウムのうち少なく
   とも一方を含有することを特徴とするスパークプラグ用
   電極の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のスパークプラグ用電極
   の製造方法において、 前記金属元素の総量は、０．５重量％以上１．５重量％
   以下の範囲にあることを特徴とするスパークプラグ用電
   極の製造方法。