(57)【要約】【課題】チャンネリングの抑制と中心電極の火花消耗の抑制とを両立することができる内燃機関用スパークプラグを提供する【解決手段】本発明の内燃機関用スパークプラグ１００は、軸孔１４０ｂを有する筒状の絶縁体１４０と、軸孔１４０ｂの先端側に挿入され、先端部１２０ｂが絶縁体１４０の先端から突出する中心電極１２０と、先端面１１０ｂと中心電極１２０の先端部側面１２０ｃとの間で発生する火花放電のうち少なくとも一部が絶縁体１４０の先端部側面１４０ｅ及び先端面１４０ｄに沿った沿面放電を含むように配置された接地電極１１０とを備える。中心電極１２０の先端部１２０ｂは、主成分としてＮｉを８０ｗｔ％以上含有し、副成分としてＦｅ及びＣｒを合わせて２．５ｗｔ％以上１０．０ｗｔ％以下、さらにＡｌを０．２ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下含有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
上記軸孔に挿設された中心電極であって、上記絶縁体の先端から突出する先端部を有する中心電極と、
上記中心電極の径方向外側に位置する接地電極であって、自身と上記中心電極の上記先端部との間に生じさせる火花放電のうち少なくとも一部が上記絶縁体の先端部表面に沿う沿面放電を含むように、上記絶縁体の先端部及び上記中心電極の上記先端部に対する位置関係が決められた１または複数の接地電極と、を備え、
上記中心電極のうち少なくとも上記先端部は、少なくともその表面が主成分としてＮｉを８０ｗｔ％以上、副成分としてＦｅ及びＣｒを合わせて２．５ｗｔ％以上１０．０ｗｔ％以下含有するＮｉ合金からなる
内燃機関用スパークプラグであって、
上記Ｎｉ合金は、副成分として、さらにＡｌを０．２ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下含有してなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記１または複数の接地電極のうち少なくとも１つは、その先端面が前記絶縁体の前記先端部の少なくとも一部を挟んで、前記中心電極の先端部側面の周方向一部と対向するように配置されてなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記Ｎｉ合金は、前記副成分のＦｅを１．５ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下含有してなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記Ｎｉ合金は、前記副成分のＣｒを１．５ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下含有してなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記Ｎｉ合金は、副成分としてＭｎ、Ｃｕ、及びＣｏの少なくともいずれかを含有してなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記Ｎｉ合金は、前記副成分のうちＡｌの含有率をｂ（ｗｔ％）、Ｍｎ、Ｃｕ、及びＣｏの合計含有率をｃ（ｗｔ％）としたとき、
０．３ｂ≦ｃ≦６．０ｂの関係を満たす
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記中心電極は、
ＣｕまたはＣｕ合金からなる軸芯と、
前記Ｎｉ合金からなり、上記軸芯の先端を上記中心電極の先端面より基端側に位置させて、少なくとも上記軸芯の先端部側を被覆する被覆部材と、を有し、
上記Ｎｉ合金は、副成分としてＣを０．００３ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下含有してなる
内燃機関用スパークプラグ。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関用スパークプラグであって、
前記絶縁体の周囲を取り囲み、自身の先端側端面から上記絶縁体の前記先端部が突出するように配置された主体金具を有し、
上記主体金具の先端外径は１０．１ｍｍ以下である
内燃機関用スパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用スパークプラグ、特に、絶縁体の先端部表面に沿う沿面放電を含む火花放電が発生する内燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジン性能の改良に伴い、内燃機関用スパークプラグには更なる長寿命化や耐汚損性向上等が求められている。例えば、耐汚損性を改善した内燃機関用スパークプラグとして、セミ沿面放電型スパークプラグと呼ばれるものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。これは、発生する火花が、接地電極と絶縁体との間では気中放電し、絶縁体と中心電極との間では絶縁体の先端部表面を経由した沿面放電形態で伝播するように構成した内燃機関用スパークプラグである。一般に、内燃機関用スパークプラグは、低温環境下で長時間使用されると、いわゆる「燻り」や「かぶり」の状態となり、絶縁体の先端部表面がカーボンなどの導電性汚損物質で覆われて作動不良が生じやすくなる。これに対し、上記セミ沿面放電型スパークプラグでは、絶縁体の先端部表面に沿う沿面放電によってカーボンなどの汚損物質が焼き切られるので、耐汚損性に優れている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６８２５２号公報（第５−９頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−１６４１４６号公報（第７−１１頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、セミ沿面放電型スパークプラグでは、絶縁体の先端部表面に沿う沿面放電が頻繁に発生した場合、絶縁体の先端部表面が溝状に削られる、いわゆるチャンネリングが生じ易くなることが知られている。このチャンネリングが進行すると、スパークプラグの耐熱性が損なわれたり、信頼性が低下するなどの不具合が発生する虞がある。このチャンネリングを抑制するために、中心電極の電極材としてＦｅ，Ｃｒを副成分として含むＮｉ合金を用いた内燃機関用スパークプラグが知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、Ｆｅ，Ｃｒの酸化物が半導体を形成することを利用したもので、火花放電による中心電極の火花消耗によって飛散したＦｅ，Ｃｒが絶縁体の先端部表面に付着して酸化物半導体の被膜を形成し、この被膜によって絶縁体を保護すると共に放電電圧を低下させることで、チャンネリングが抑制されるものである。
【０００５】
しかし、Ｆｅ，Ｃｒを添加するほど中心電極の熱伝導率が低下するために、中心電極の消耗が著しくなる問題があった。なお、中心電極の消耗には、火花消耗と酸化消耗の２つの要因が含まれると考えられる。これに対し、Ｆｅ，Ｃｒの含有率を調整することで、チャンネリングを抑制すると共に、中心電極の消耗を抑制することを可能とした内燃機関用スパークプラグが知られている（例えば、特許文献２参照）。この内燃機関用スパークプラグでは、Ｆｅを１．０ｗｔ％以上、Ｃｒを１．５ｗｔ％以上、且つＦｅとＣｒとを合わせて２．５ｗｔ％以上９．０ｗｔ％以下とし、さらに、Ｎｉを８０ｗｔ％以上とすることで、チャンネリングを抑制しつつ、中心電極の消耗を抑制するものである。この内燃機関用スパークプラグは、Ｎｉ合金の副成分として酸化物半導体を形成する元素を用いることが特徴であり、最適な副成分元素としてＦｅ，Ｃｒを用いている。しかし、Ｆｅ，Ｃｒの含有率を調整しても、中心電極の消耗を抑制するには不十分であった。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、チャンネリングの抑制と中心電極の消耗の抑制とを両立することができる内燃機関用スパークプラグを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、  軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、上記軸孔に挿設された中心電極であって、上記絶縁体の先端から突出する先端部を有する中心電極と、上記中心電極の径方向外側に位置する接地電極であって、自身と上記中心電極の上記先端部との間に生じさせる火花放電のうち少なくとも一部が上記絶縁体の先端部表面に沿う沿面放電を含むように、上記絶縁体の先端部及び上記中心電極の上記先端部に対する位置関係が決められた１または複数の接地電極と、を備え、上記中心電極のうち少なくとも上記先端部は、少なくともその表面が主成分としてＮｉを８０ｗｔ％以上、副成分としてＦｅ及びＣｒを合わせて２．５ｗｔ％以上１０．０ｗｔ％以下含有するＮｉ合金からなる内燃機関用スパークプラグであって、上記Ｎｉ合金は、副成分として、さらにＡｌを０．２ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下含有してなる内燃機関用スパークプラグである。
【０００８】
従来の内燃機関用スパークプラグでは、中心電極を構成するＮｉ合金の副成分として、Ｆｅ，Ｃｒなどの酸化物半導体を形成する元素を添加することで、火花消耗によって絶縁体の先端部表面に酸化物半導体の被膜を形成させ、この被膜によって絶縁体を保護すると共に放電電圧を低下させることで、チャンネリングを抑制していた。従って、Ａｌのように、酸化物が絶縁体を形成するものをＮｉ合金の副成分して添加することは好ましくなく、このような元素を副成分して添加することは考えられていなかった。
【０００９】
これに対し、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、中心電極の少なくとも先端部は、少なくともその表面を形成するＮｉ合金の副成分として、Ｆｅ，Ｃｒに加えて、Ａｌを０．２ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下含有している。熱伝導率の高いＡｌを０．２ｗｔ％以上添加することで、Ｆｅ，Ｃｒを添加することによるＮｉ合金の熱伝導率の低下を防ぎ、中心電極の消耗の抑制を可能としている。さらに、０．８ｗｔ％以下とすることで、絶縁体の先端部表面に形成される被膜に含まれる絶縁性の高いＡｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）の量を抑制し、被膜の導電性を維持することでチャンネリングを抑制することができる。
【００１０】
なお、本発明の内燃機関用スパークプラグとしては、例えば、接地電極と絶縁体との間では気中放電し、絶縁体と中心電極との間では絶縁体の先端部表面に沿って沿面放電する火花放電が発生するセミ沿面放電型スパークプラグが挙げられる。また、セミ沿面放電型スパークプラグに中心電極の先端面と対向する平行電極を組合わせたスパークプラグや、絶縁体の周囲を取り囲む環状の接地電極から気中放電することなく中心電極まで沿面放電するフル沿面放電型スパークプラグとしても良い。本発明の内燃機関用スパークプラグは、少なくとも絶縁体の先端部表面を経由した沿面放電をする全ての内燃機関用スパークプラグを含む。
【００１１】
このうち、セミ沿面放電型スパークプラグに中心電極の先端面と対向する平行電極を組合わせたスパークプラグでは、着火性と耐久性を向上するため、中心電極の先端部の先端（中心電極の先端面）に、別途、金属チップを設けるようにしても良い。なお、この金属チップは、中心電極の先端部には含まないものとする。この金属チップとしては、例えば、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈなどの貴金属を主成分とする合金や、Ｗなどの高融点金属を主成分とする合金などが挙げられる。
【００１２】
さらに、上記内燃機関用スパークプラグであって、前記１または複数の接地電極のうち少なくとも１つは、その先端面が前記絶縁体の前記先端部の少なくとも一部を挟んで、前記中心電極の先端部側面の周方向一部と対向するように配置されてなる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００１３】
本発明の内燃機関用スパークプラグとしては、例えば、セミ沿面放電型スパークプラグが挙げられる。このセミ沿面放電型スパークプラグでは、接地電極の先端面が絶縁体の先端部の少なくとも一部を挟んで中心電極の先端部側面の周方向一部と対向しているため、絶縁体の先端部表面の周方向一部を経由して中心電極の先端部側面の周方向一部に火花放電が集中する。このため、従来のセミ沿面放電型スパークプラグは、沿面放電をする内燃機関用スパークプラグの中でも、特に、チャンネリング及び中心電極の消耗が生じやすくなっていた。これに対し、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、前述したように、中心電極の少なくとも先端部を形成するＮｉ合金の副成分として、Ｆｅ，Ｃｒに加えてＡｌを０．２ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下含有しているので、チャンネリングを抑制すると共に中心電極の消耗をも抑制することができる。
【００１４】
なお、本発明の内燃機関用スパークプラグは、セミ沿面放電型スパークプラグに限らず、セミ沿面放電型スパークプラグに中心電極の先端面と対向する平行電極を組合わせたスパークプラグも含む。このスパークプラグでは、前述のように、中心電極の先端部の先端（中心電極の先端面）に、別途、金属チップを設けるようにしても良い。
【００１５】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記Ｎｉ合金は、前記副成分のＦｅを１．５ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下含有してなる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００１６】
前述したように、Ｎｉ合金の副成分であるＡｌは、絶縁性の高い酸化物（Ａｌ２Ｏ３）を形成する。従って、絶縁体の先端部表面に形成される被膜にＡｌ２Ｏ３が含まれることにより、被膜の導電性が低下してしまう。これに対し、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、Ｎｉ合金の副成分であるＦｅの含有率を１．５ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下としている。Ｆｅの含有率を１．５ｗｔ％以上とすることで、絶縁性の高いＡｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）が含まれることに伴う被膜の導電性低下を抑制し、絶縁体の先端部表面にチャンネリング抑制効果を発揮できる被膜を形成することができる。５．０ｗｔ％以下とすることで、Ｎｉ合金の熱伝導率の低下を抑制し、中心電極の消耗を抑制することができる。
【００１７】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記Ｎｉ合金は、前記副成分のＣｒを１．５ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下含有してなる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００１８】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、Ｎｉ合金の副成分のＣｒの含有率を１．５ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下としている。Ｃｒの含有率を１．５ｗｔ％以上とすることで、絶縁性の高いＡｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）が含まれることに伴う被膜の導電性低下を抑制し、絶縁体の先端部表面にチャンネリング抑制効果を発揮できる被膜を形成することができる。５．０ｗｔ％以下とすることで、Ｎｉ合金の熱伝導率の低下を抑制し、中心電極の消耗を抑制することができる。
【００１９】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記Ｎｉ合金は、副成分としてＭｎ、Ｃｕ、及びＣｏの少なくともいずれかを含有してなる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００２０】
一般に、成分中にＡｌの酸化物とＭｎ、Ｃｕ、またはＣｏの酸化物とを含む複合酸化物は、半導体を形成することが知られている。そこで、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、Ｎｉ合金の副成分として、Ａｌに加えてＭｎ、Ｃｕ、及びＣｏの少なくともいずれかを添加することにした。このようにすることで、絶縁体の先端部表面に形成される被膜に含まれる絶縁性の高いＡｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）に代えて、Ａｌの酸化物を１成分とする複合酸化物半導体（例えば、酸化アルミニウムと酸化マンガンとの複合酸化物半導体）を構成することができる。このため、被膜の導電性が向上することで放電電圧が低下し、より一層チャンネリングを抑制することができる。
【００２１】
さらに、上記内燃機関用スパークプラグであって、前記Ｎｉ合金は、前記副成分のうちＡｌの含有率をｂ（ｗｔ％）、Ｍｎ、Ｃｕ、及びＣｏの合計含有率をｃ（ｗｔ％）としたとき、０．３ｂ≦ｃ≦６．０ｂの関係を満たす内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００２２】
本発明の内燃機関用スパークプラグでは、Ｎｉ合金について、Ａｌの含有率をｂ（ｗｔ％）、Ｍｎ、Ｃｕ、及びＣｏの合計含有率をｃ（ｗｔ％）としたときに、０．３ｂ≦ｃ≦６．０ｂの関係を満たすようにしている。Ａｌに対しＭｎ、Ｃｕ、及びＣｏを重量で０．３倍以上添加することで、チャンネリングの抑制に有効な、Ａｌの酸化物を１成分とする複合酸化物半導体（例えば、酸化アルミニウムと酸化マンガンとの複合酸化物半導体）を絶縁体の先端部表面に形成することができる。６．０倍以下とすることで、中心電極の耐消耗性、耐熱強度性を確保することができる。
【００２３】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記中心電極は、ＣｕまたはＣｕ合金からなる軸芯と、前記Ｎｉ合金からなり、上記軸芯の先端を上記中心電極の先端面より基端側に位置させて、少なくとも上記軸芯の先端部側を被覆する被覆部材と、を有し、上記Ｎｉ合金は、副成分としてＣを０．００３ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下含有してなる内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００２４】
内燃機関用スパークプラグの中心電極として、ＣｕまたはＣｕ合金からなる軸芯と、Ｎ合金からなり軸芯の先端部を被覆する被覆部材とが一体に成形されたものを用いることがある。
ところで、ＣｕまたはＣｕ合金からなる軸芯の熱膨張率は、これを被覆するＮｉ合金からなる被覆部材の熱膨張率に比して大きい。従って、上記のような構成の中心電極を有するスパークプラグを使用に供した場合、軸芯の径方向外側への熱膨張の影響で、被覆部材のうち軸芯の周囲に位置する部分（以下、被覆周囲部とも言う）がＮｉ合金本来の熱膨張より大きく径方向外側へ膨張してしまう虞がある。一方、被覆部材のうち軸芯より先端側に位置する部分（以下、被覆先端側部ともいう）は、軸芯の径方向外側への熱膨張に影響されることなく、径方向外側へはＮｉ合金本来の割合で熱膨張をする。このため、被覆部材において、被覆周囲部が被覆先端側部に比して径方向外側へ大きく膨張して変形あるいは破断すると共に、中心電極の先端部が基端側へ引っ込み変形してしまう虞がある。
【００２５】
これに対し、本発明の内燃機関用スパークプラグでは、中心電極の被覆部材を構成するＮｉ合金が、副成分としてＣを０．００３ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下含有している。Ｃの含有率を０，００３ｗｔ％以上とすることで、Ｎｉ合金の熱間強度が向上するので、軸芯の周囲に位置する被覆周囲部が、軸芯の熱膨張の影響で径方向外側へ大きく膨張して変形するのを抑制することができる。このため、中心電極の先端部が基端側へ引っ込み変形するのを抑制することができる。さらに、０．０５ｗｔ％以下とすることで、Ｎｉ合金の硬度が高くなりすぎて、中心電極の成形性が低下するのを抑制することができる。なお、軸芯は、その先端が絶縁体の先端より基端側の位置に配置されて中心電極の先端部に含まれない場合と、その先端が絶縁体の先端から突出する位置に配置され、軸芯の一部分が中心電極の先端部に含まれる場合とがある。
【００２６】
さらに、上記いずれかの内燃機関用スパークプラグであって、前記絶縁体の周囲を取り囲み、自身の先端側端面から上記絶縁体の前記先端部が突出するように配置された主体金具を有し、上記主体金具の先端外径は１０．１ｍｍ以下である内燃機関用スパークプラグとすると良い。
【００２７】
近年、内燃機関の高出力化に伴って燃焼室内における吸気及び排気バルブの大型化や４バルブ化が検討され、また、エンジンが小型化される傾向から、内燃機関用スパークプラグは小型化を望まれている。しかし、セミ沿面放電型スパークプラグ等の沿面放電するスパークプラグでは、小型化（細径化）するほど沿面放電が顕著となり、また、小型化（細径化）するほど絶縁体の肉厚は薄くなる傾向にある。このため、チャンネリングの問題は、特に、主体金具のネジ径をＭ１２以下とした場合に深刻となる。
【００２８】
これに対し、本発明のセミ沿面放電型スパークプラグは、前述したような成分のＮｉ合金で中心電極を形成しているため、主体金具の先端外径を１０．１ｍｍ以下（ネジ径がＭ１２以下の主体金具の先端外径に相当する）としても、チャンネリングを抑制することができる。
なお、主体金具の先端外径とは、主体金具の先端角部に形成された面取り部を除いた先端の外径をいう。従って、本発明は、主体金具の外側面に取付ネジ部が形成されていない、いわゆるネジなしプラグについても適用できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施形態）
本実施形態の内燃機関用スパークプラグ１００について、図面を参照しつつ説明する。内燃機関用スパークプラグ１００は、図１に示すように、接地電極１１０、中心電極１２０、主体金具１３０、及び絶縁体１４０を備えており、主体金具１３０の外側面に形成されているネジ部１３０ｂを利用して図示しないエンジンのシリンダヘッドに取り付けられ、使用に供される。
【００３０】
ここで、内燃機関用スパークプラグ１００のうち、本発明の要部である先端部１００ｂ（図１のＢ部）の断面図を図２、上面図を図３に示す。このうち、絶縁体１４０はアルミナからなり、軸線Ｃ方向に貫通する軸孔１４０ｂを有する筒状体である。中心電極１２０は、軸孔１４０ｂに挿設され、その先端部１２０ｂが絶縁体１４０の先端面１４０ｄより先端側に突出するように固設された軸状金属体である。なお、中心電極１２０の先端部１２０ｂの外径は２．２ｍｍとなっている。主体金具１３０は、外側面に呼びがＭ１４のネジ部１３０ｂが形成されており、絶縁体１４０の周囲を隙間を形成して取り囲んでいる。なお、本実施形態では、主体金具１３０の先端外径Ｄは、１２．０５ｍｍとなっている。接地電極１１０は金属体であり、中心電極１２０を間に挟んで対向する位置に２つ設けられている。詳細には、接地電極１１０の基端部１１０ｃが溶接によって主体金具１３０に固設され（図２参照）、図３に示すように、先端面１１０ｂが中心電極１２０の先端部側面１２０ｃの周方向一部である対向部１２０ｈと対向するように配置されている。
【００３１】
さらに、内燃機関用スパークプラグ１００では、図２に示すように、絶縁体１４０の先端部１４０ｃは、中心電極１２０の先端部側面１２０ｃと接地電極１１０の先端面１１０ｂとの間に挟まれる位置に配置されている。詳細には、絶縁体１４０の先端面１４０ｄは、軸線Ｃ方向に見たとき、接地電極１１０の先端面１１０ｂの基端側縁部１１０ｆと先端側縁部１１０ｅとの間に位置している。なお、中心電極１２０の先端部側面１２０ｃと接地電極１１０の先端面１１０ｂとの間隙を第１ギャップｇ１、絶縁体１４０の先端部側面１４０ｅと接地電極１１０の先端面１１０ｂとの間隙を第２ギャップｇ２とする。
【００３２】
さらに、内燃機関用スパークプラグ１００では、中心電極１２０は、自身の熱引きを良好とするために、軸線Ｃを中心とする位置に配置されたＣｕからなる軸芯１２２と、この軸芯１２２の先端部１２２ｂを被覆するＮｉ合金からなる被覆部材１２１とを有し、軸芯１２２と被覆部材１２１が一体に形成されている。被覆部材１２１を構成するＮｉ合金は、Ｎｉを主成分とし、副成分としてＦｅ，Ｃｒ，Ａｌ等を含有するＮｉ合金である。なお、詳細な成分については後述することにする。また、本実施形態の内燃機関用スパークプラグ１００では、軸芯１２２は、その先端が絶縁体１４０の先端面１４０ｄより基端側の位置に配置されており、中心電極１２０の先端部１２０ｂに含まれない。このため、中心電極１２０の先端部１２０ｂ全体が、Ｎｉ合金によって形成されている。なお、本実施形態では、接地電極１１０についても、中心電極１２０の被覆部材１２１と同様のＮｉ合金によって形成されている。
【００３３】
次に、このような内燃機関用スパークプラグ１００を使用に供したときの様子について説明する。内燃機関用スパークプラグ１００は、主体金具１３０に形成されたネジ部１３０ｂを利用して図示しないエンジンのシリンダヘッドに取り付けられ、燃焼室に供給される混合気への着火源として使用される。この内燃機関用スパークプラグ１００は、例えば、中心電極１２０側が負、接地電極１１０側が正となるように放電用高電圧が印加される。これにより、図４（ａ）に示すように、第１ギャップｇ１を隔てた接地電極１１０の先端面１１０ｂと中心電極１２０の先端部側面１２０ｃとの間で気中放電する火花放電Ｓ１が発生し、図示しない燃焼室内の混合気に着火を行う。あるいは、絶縁体１４０の先端面１４０ｄ及び先端部側面１４０ｅに沿った沿面放電、及び第２ギャップｇ２を隔てた接地電極１１０の先端面１１０ｂと絶縁体１４０の先端部側面１４０ｅとの間の気中放電が組合わされた火花放電Ｓ２が発生し、図示しない燃焼室内の混合気に着火を行う。
【００３４】
このように、内燃機関用スパークプラグ１００は、接地電極１１０の先端面１１０ｂと絶縁体１４０の先端部１４０ｃとの間では気中放電し、絶縁体１４０の先端部１４０ｃと中心電極１２０の先端部側面１２０ｃとの間では絶縁体１４０の先端面１４０ｄ及び先端部側面１４０ｅに沿った沿面放電をする、いわゆるセミ沿面放電型スパークプラグとして機能する。
なお、内燃機関用スパークプラグ１００では、絶縁体１４０の先端部１４０ｃの表面の汚損が比較的進行していない場合は、第１ギャップｇ１で火花放電する頻度が高く、汚損が進行した場合には、第２ギャップｇ２で火花放電する頻度が高くなる。このため、汚損が進行した場合には、絶縁体１４０の先端面１４０ｄ及び先端部側面１４０ｅに沿った沿面放電によってカーボンなどの汚損物質を焼き切ることができるので、耐汚損性に優れている。
【００３５】
ところで、前述したように、内燃機関用スパークプラグ１００では、接地電極１１０の先端面１１０ｂが中心電極１２０の先端部側面１２０ｃの周方向一部である対向部１２０ｈと対向するように配置されている（図３参照）。このため、火花放電Ｓ１，Ｓ２は、中心電極１２０の先端部側面１２０ｃのうち対向部１２０ｈに集中するので、この対向部１２０ｈに消耗が集中してしまう。さらに、火花放電Ｓ２の沿面放電は、図３に示すように、絶縁体１４０の先端面１４０ｄ及び先端部側面１４０ｅのうち接地電極１１０の先端面１１０ｂと中心電極１２０の対向部１２０ｈと間に介在する先端介在部１４０ｈ（図３の斜線部分）及び側面介在部１４０ｉに集中する。このため、絶縁体１４０の先端介在部１４０ｈ及び側面介在部１４０ｉにチャンネリングが集中してしまう。従って、特に、内燃機関用スパークプラグ１００のようなセミ沿面放電型スパークプラグにおいて、中心電極の消耗及び絶縁体のチャンネリングが問題となる。
【００３６】
このような内燃機関用スパークプラグ１００について、中心電極１２０の先端部１２０ｂを構成するＮｉ合金の成分を調整した１６種類のサンプル１〜１６のスパークプラグを用意し、中心電極１２０の耐消耗性、絶縁体１４０の耐チャンネリング性を評価する試験を行った。具体的には、４気筒のガソリンエンジン（排気量１８００ｃｃ）に９種類のサンプル１〜９のスパークプラグのうちいずれかを取付け、無鉛ハイオクガソリンを燃料として使用し、スロットル全開状態、エンジン回転数６０００ｒｐｍで２００時間の運転を行った。その後、３次元レーザ測定器を用いて中心電極１２０の消耗体積を測定し、中心電極１２０の耐消耗性を評価した。さらに、３次元レーザ測定器を用いて絶縁体１４０のチャンネリング深さを測定し、耐チャンネリング性を評価した。この試験結果を図５の表に示す。なお、内燃機関用スパークプラグ１００の中心電極１２０側が負、接地電極１１０側が正となるように放電用高電圧を印加した。
【００３７】
まず、サンプル３のスパークプラグの試験結果について検討する。サンプル３のスパークプラグは、Ｎｉ合金の副成分としてＣｒを５．０ｗｔ％、Ｆｅ３．０ｗｔ％含有するが、Ａｌを含有してない。このサンプル３のスパークプラグでは、絶縁体１４０のチャンネリング深さが０．２３ｍｍと良好な結果となっている。
【００３８】
この結果の要因は次のように考えられる。まず、図４（ａ）に示すように、火花放電Ｓ１あるいはＳ２の発生により、接地電極１１０の先端面１１０ｂと中心電極１２０の先端部側面１２０ｃとの間の気体分子がイオン化する。そして、接地電極１１０と中心電極１２０との間に形成される電界勾配により、上記イオンが中心電極１２０の先端部側面１２０ｃに衝突することで、中心電極１２０の先端部側面１２０ｃ（Ｎｉ合金）の金属成分（Ｆｅ，Ｃｒ等）が飛散する。通常、燃焼室内は燃焼ガスにより高温の酸化雰囲気になっているので、飛散したＦｅ，Ｃｒ等の金属成分は直ちに酸化物となって絶縁体１４０の先端面１４０ｄ及び先端部側面１４０ｅに付着して、被膜１６０を形成する。Ｆｅ，Ｃｒの酸化物は半導体を形成するため、この被膜１６０は導電性を有することになる。その結果、図４（ｂ）に示すように、絶縁体１４０の先端面１４０ｄ及び先端部側面１４０ｅに沿った沿面放電時においても、被膜１６０によって絶縁体１４０の先端面１４０ｄ及び先端部側面１４０ｅが保護されると共に、放電電圧を低下させることができるので、チャンネリングを抑制することできると考えられる。
【００３９】
この現象は、中心電極１２０の先端部側面１２０ｃ（Ｎｉ合金）をターゲットとした反応性スパッタリングと類似した機構であるといえる。なお、高速あるいは高負荷運転時のように、発火面となる中心電極１２０の先端部側面１２０ｃ及び接地電極１１０の先端面１１０ｂの温度が上昇し易い環境下では、中心電極１２０の先端部側面１２０ｃのスパッタリング的な蒸発が起こりやすくなるので、被膜１６０の形成が促進される。すなわち、チャンネリングの起こりやすい条件となるほど、被膜１６０の形成が促進されるので、優れたチャンネリング抑制効果を得ることが期待できる。このことについては、前述した特許文献２にも記載されている。
【００４０】
しかし、サンプル３のスパークプラグでは、中心電極１２０の消耗体積が０．４６ｍｍ３と大きかった。これは、中心電極１２０の先端部１２０ｂに熱伝導率の低いＦｅ，Ｃｒを添加したＮｉ合金を用いたために、中心電極１２０の先端部１２０ｂの熱伝導率が低下し、中心電極１２０の消耗が促進されたと考えられる。
【００４１】
そこで、中心電極１２０の消耗を抑制するために、熱伝導率の高いＡｌを添加したサンプル４，５，１０，１１のスパークプラグについて試験を行った。
サンプル４のスパークプラグでは、サンプル３のスパークプラグと同様にＣｒを５．０ｗｔ％、Ｆｅを３．０ｗｔ％含有し、さらにＡｌを１．０ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。このサンプル４のスパークプラグでは、中心電極１２０の消耗体積が０．１９ｍｍ３と極めて良好な結果となり、Ａｌを含有するＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用することで中心電極１２０の消耗を抑制できることが確認できた。しかし、絶縁体１４０のチャンネリング深さが０．５６ｍｍと大きな値になってしまった。これは、絶縁体１４０に形成される被膜１６０に絶縁性の高いＡｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）が含まれることで、被膜１６０の導電性が低下したためと考えられる。
【００４２】
一方、サンプル５のスパークプラグは、サンプル３のスパークプラグと同様にＣｒを５．０ｗｔ％、Ｆｅを３．０ｗｔ％含有するが、さらにＡｌを０．５ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。このサンプル５のスパークプラグでは、中心電極１２０の消耗体積が０．３１ｍｍ３と良好な結果となり、絶縁体１４０のチャンネリング深さも０．２７ｍｍと良好な結果となった。これは、Ｎｉ合金の副成分としてＡｌを０．５ｗｔ％添加したことで、Ｆｅ，Ｃｒを添加したことによる中心電極１２０の先端部１２０ｂの熱伝導率の低下を抑制しつつ、被膜１６０に含まれる絶縁性の高いＡｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）の量を抑制して被膜１６０の導電性を維持することができたためと考えられる。
【００４３】
さらに、サンプル１０，１１のスパークプラグは、サンプル３のスパークプラグと同様にＣｒを５．０ｗｔ％、Ｆｅを３．０ｗｔ％含有するが、さらにＡｌをそれぞれ０．２ｗｔ％，０．８ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。このようなサンプル１０，１１のスパークプラグにおいても、中心電極１２０の消耗体積が０．３７ｍｍ３，０．２６ｍｍ３と良好な結果となり、絶縁体１４０のチャンネリング深さも０．２６ｍｍ，０．３９ｍｍと良好な結果となった。
【００４４】
上述したサンプル３，４，５，１０，１１のスパークプラグの試験結果を検討すると、中心電極１２０の消耗を抑制するためには、Ｎｉ合金のＡｌの含有率を０．２ｗｔ％以上にすることが好ましいといえる。Ｎｉ合金の副成分として熱伝導率の高いＡｌを０．２ｗｔ％以上添加することで、Ｆｅ，Ｃｒを添加することによるＮｉ合金の熱伝導率の低下を抑制できるからである。一方、絶縁体１４０のチャンネリングを抑制するためには、Ｎｉ合金のＡｌの含有率を０．８ｗｔ％以下にすることが好ましいといえる。０．８ｗｔ％以下とすることで、絶縁体１４０の先端面１４０ｄ及び先端部側面１４０ｅに形成される被膜１６０に含まれる絶縁性の高いＡｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）の量を抑制し、被膜１６０の導電性を維持できるからである。従って、Ｎｉ合金のＡｌの含有率は、０．２ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下とすることが好ましいといえる。
【００４５】
次に、サンプル５〜８，１２，１３のスパークプラグの試験結果について比較検討する。サンプル５〜８，１２，１３のスパークプラグでは、いずれもＣｒを５．０ｗｔ％、Ｆｅを３．０ｗｔ％、さらにＡｌを０．５ｗｔ％含有するが、Ｍｎについては含有率が異なるＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに用いた。
サンプル６のスパークプラグでは、副成分としてＭｎを０．２ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。このサンプル６のスパークプラグは、中心電極１２０の消耗体積が０．２４ｍｍ３と良好で、且つ絶縁体１４０のチャンネリング深さが０．１７ｍｍと極めて良好な結果となっている。このように、サンプル６のスパークプラグは、Ｍｎを含有しないサンプル５のスパークプラグに比して、中心電極１２０の耐消耗性及び絶縁体１４０の耐チャンネリング性がいずれも向上している。
【００４６】
これは、文献「感温半導体の実際」（著者：二木久夫、出版社：産報）の２０ページに記載されているように、Ａｌの酸化物がＭｎの酸化物と結合して複合酸化物半導体を形成したためと考えられる。具体的には、Ｎｉ合金の副成分としてＭｎを添加することで、被膜１６０に含まれる絶縁性の高いＡｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）に代えて、Ａｌの酸化物とＭｎの酸化物とが結合した複合酸化物半導体を構成することができ、被膜１６０の導電性が向上して放電電圧が低下したためと考えられる。なお、サンプル６のスパークプラグでは、中心電極１２０の先端部１２０ｂを構成するＮｉ合金のうち、Ｍｎの含有率（ｗｔ％）がＡｌの含有率（ｗｔ％）の０．４倍となっている。
【００４７】
サンプル７のスパークプラグでは、副成分としてＭｎを２．０ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに用いている。このサンプル７のスパークプラグは、中心電極１２０の消耗体積が０．２６ｍｍ３と良好で、且つ絶縁体１４０のチャンネリング深さが０．１８ｍｍと極めて良好な結果となっている。このサンプル７のスパークプラグは、上記サンプル６のスパークプラグとほぼ同等の中心電極１２０の耐消耗性耐及び絶縁体１４０の耐チャンネリング性を有しているといえる。なお、サンプル７のスパークプラグでは、中心電極１２０の先端部１２０ｂを構成するＮｉ合金のうち、Ｍｎの含有率（ｗｔ％）はＡｌの含有率（ｗｔ％）の４．０倍となっている。
【００４８】
サンプル１２，１３のスパークプラグでは、副成分としてＭｎをそれぞれ０．１５ｗｔ％，３．０ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに用いている。このサンプル１２，１３のスパークプラグは、中心電極１２０の消耗体積がそれぞれ０．２２ｍｍ３，０．２９ｍｍ３と良好で、且つ絶縁体１４０のチャンネリング深さが共に０．１９ｍｍと極めて良好な結果となっている。このサンプル１２，１３のスパークプラグについても、上記サンプル６のスパークプラグとほぼ同等の中心電極１２０の耐消耗性耐及び絶縁体１４０の耐チャンネリング性を有しているといえる。なお、サンプル１２，１３のスパークプラグでは、中心電極１２０の先端部１２０ｂを構成するＮｉ合金のうち、Ｍｎの含有率（ｗｔ％）はそれぞれＡｌの含有率（ｗｔ％）の０．３倍、６．０倍となっている。
【００４９】
サンプル８のスパークプラグでは、副成分としてＭｎを４．０ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに用いている。このサンプル８のスパークプラグは、絶縁体１４０のチャンネリング深さが０．２４ｍｍと良好であるが、中心電極１２０の火花消耗体積が０．３９ｍｍ３と大きくなってしまった。これは、Ｎｉ合金の副成分としてＭｎの含有率が高くなることで、中心電極１２０の先端部１２０ｂの熱伝導率が低下し、耐消耗性が確保できなくなったためと考えられる。なお、サンプル８のスパークプラグでは、中心電極１２０の先端部１２０ｂを構成するＮｉ合金のうち、Ｍｎの含有率（ｗｔ％）はＡｌの含有率（ｗｔ％）の８．０倍となっている。
【００５０】
上述したサンプル５，６，７，８，１２，１３のスパークプラグの試験結果を検討すると、絶縁体１４０のチャンネリングをより効果的に抑制するためには、Ｎｉ合金のＡｌの含有率（ｗｔ％）に対しＭｎの含有率（ｗｔ％）を０．３倍以上とすることが好ましいといえる。チャンネリングの抑制に有効なＡｌの酸化物とＭｎの酸化物が結合した複合酸化物半導体を、絶縁体１４０の先端面１４０ｄ，先端部側面１４０ｅに形成することができるためと考えられる。さらに、中心電極１２０の消耗を抑制するためには、Ｎｉ合金のＡｌの含有率（ｗｔ％）に対しＭｎの含有率（ｗｔ％）を６．０倍以下とすることが好ましいといえる。６．０倍以下とすることで、中心電極１２０の耐消耗性を確保することができるためと考えられる。従って、中心電極１２０の先端部１２０ｂを構成するＮｉ合金のうち、Ｍｎの含有率（ｗｔ％）は、Ａｌの含有率（ｗｔ％）の０．３倍以上６．０倍以下とすることが好ましいといえる。
【００５１】
なお、本実施形態では、Ａｌの酸化物と複合酸化物半導体を形成するための金属元素としてＭｎを選択したが、Ｍｎに代えてＣｏまたはＣｕを用いても良い。前記した文献「感温半導体の実際」（著者：二木久夫、出版社：産報）の２０ページにおいて、Ｃｏ，Ｃｕの酸化物についてもＡｌの酸化物と複合酸化物半導体を形成することが記載されている。さらに、Ａｌに対する重量比を等しくした場合の複合酸化物半導体の抵抗率についてもほぼ同等であることが示されている。このため、中心電極１２０の先端部１２０ｂを構成するＮｉ合金について、Ｍｎと同様に、ＣｏまたはＣｕの含有率（ｗｔ％）をＡｌの含有率（ｗｔ％）の０．３倍以上６．０倍以下とすることで、絶縁体１４０のチャンネリングを効果的に抑制しつつ、中心電極１２０の耐消耗性、耐熱強度性を確保することができると考えられる。なお、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕのうち１種類だけを含有するのではなく、２種類以上を含有するようにしても良い。この場合、これらの合計含有率（ｗｔ％）をＡｌの含有率（ｗｔ％）の０．３倍以上６．０倍以下とするのが好ましい。
【００５２】
次に、サンプル１，２，７，９，１４，１５，１６のスパークプラグの試験結果について比較検討する。サンプル１，２，７，９，１４，１５，１６のスパークプラグでは、副成分としていずれもＡｌを０．５ｗｔ％、Ｍｎを２．０ｗｔ％含有するが、ＣｒとＦｅの含有率がそれぞれ異なるＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。
サンプル１のスパークプラグでは、Ｃｒを１．０ｗｔ％、Ｆｅを１．０ｗｔ％、Ｃｒ及びＦｅを合わせて２．０ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。このサンプル１のスパークプラグでは、中心電極１２０の消耗体積が０．１４ｍｍ３と極めて良好であるが、絶縁体１４０のチャンネリング深さが０．７１ｍｍと極めて大きな値となった。これは、Ｎｉ合金の副成分のうちＣｒ及びＦｅの含有率が低いために、中心電極１２０の先端部１２０ｂの熱伝導率が低下しないので耐消耗性は確保できるが、被膜１６０に含まれる酸化物半導体が減少するので耐チャンネリング性が低下してしまうためと考えられる。
【００５３】
一方、サンプル２のスパークプラグでは、副成分としてＣｒを６．０ｗｔ％、Ｆｅを６．０ｗｔ％、Ｃｒ及びＦｅを合わせて１２．０ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。このサンプル２のスパークプラグでは、絶縁体１４０のチャンネリング深さが０．１２ｍｍと極めて良好になったが、中心電極１２０の消耗体積が０．９３ｍｍ３と極めて大きくなった。これは、サンプル１のスパークプラグとは反対に、Ｎｉ合金の副成分のうちＣｒ及びＦｅの含有率が高いために、被膜１６０に含まれる酸化物半導体が増加することで耐チャンネリング性は向上するが、中心電極１２０の先端部１２０ｂの熱伝導率が低下することで耐消耗性が低下してしまうためと考えられる。
【００５４】
これに対し、サンプル７のスパークプラグは、副成分としてＣｒを５．０ｗｔ％、Ｆｅを３．０ｗｔ％、Ｃｒ及びＦｅを合わせて８．０ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。このサンプル７のスパークプラグでは、前述したように、中心電極１２０の消耗体積が０．２６ｍｍ３と良好で、且つ、絶縁体１４０のチャンネリング深さが０．１８ｍｍと極めて良好な結果となっている。これは、中心電極１２０の先端部１２０ｂを構成するＮｉ合金が、副成分としてＣｒを５．０ｗｔ％、Ｆｅを３．０ｗｔ％、Ｃｒ及びＦｅを合わせて８．０ｗｔ％含有することで、被膜１６０に含まれる酸化物半導体によって耐チャンネリング性を向上させつつ、中心電極１２０の先端部１２０ｂにおける熱伝導率の低下を抑制して耐消耗性を確保することができたためと考えられる。
【００５５】
さらに、サンプル９のスパークプラグは、副成分としてＣｒを３．０ｗｔ％、Ｆｅを３．０ｗｔ％、Ｃｒ及びＦｅを合わせて６．０ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。このサンプル９のスパークプラグでも、中心電極１２０の消耗体積が０．２１ｍｍ３と良好で、且つ絶縁体１４０のチャンネリング深さが０．１９ｍｍと極めて良好な結果となっている。このサンプル９のスパークプラグは、上記サンプル７とほぼ同等の中心電極１２０の耐消耗性耐及び絶縁体１４０の耐チャンネリング性を有しているといえる。
【００５６】
さらに、サンプル１４，１５のスパークプラグは、副成分としてＣｒをそれぞれ１．５ｗｔ％，１．０ｗｔ％、Ｆｅをそれぞれ１．０ｗｔ％，１．５ｗｔ％、Ｃｒ及びＦｅを合わせて共に２．５ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。このようなサンプル１４，１５のスパークプラグでは、中心電極１２０の消耗体積がそれぞれ０．１８ｍｍ３，０．１７ｍｍ３と極めて良好で、且つ絶縁体１４０のチャンネリング深さがそれぞれ０．３８ｍｍ，０．３９ｍｍと良好な結果となった。
【００５７】
さらに、サンプル１６のスパークプラグは、副成分としてＣｒを５．０ｗｔ％、Ｆｅも５．０ｗｔ％、Ｃｒ及びＦｅを合わせて１０．０ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の先端部１２０ｂに使用している。このサンプル１６のスパークプラグでは、中心電極１２０の消耗体積が０．３８ｍｍ３と良好で、且つ絶縁体１４０のチャンネリング深さが０．１７ｍｍと極めて良好な結果となった。
【００５８】
上述したサンプル１，２，７，９，１４，１５，１６のスパークプラグの試験結果を検討すると、絶縁体１４０のチャンネリングを抑制するためには、中心電極１２０の先端部１２０ｂを構成するＮｉ合金が、副成分としてＣｒ，Ｆｅを含有し、Ｃｒ，Ｆｅのうち少なくともいずれかを１．５ｗｔ％以上、且つＣｒ及びＦｅを合計で２．５ｗｔ％以上含有することが好ましいといえる。このようにすることで、特に、絶縁性の高いＡｌの酸化物（Ａｌ２Ｏ３）が含まれることに伴う被膜１６０の導電性低下を抑制し、耐チャンネリング性を向上することができるためと考えられる。さらに、中心電極１２０の消耗を抑制するためには、中心電極１２０の先端部１２０ｂを構成するＮｉ合金が、副成分としてＣｒを５．０ｗｔ％以下、Ｆｅを５．０ｗｔ％以下、Ｃｒ及びＦｅを合計で１０．０ｗｔ％以下含有することが好ましいといえる。このようにすることで、中心電極１２０の先端部１２０ｂにおける熱伝導率の低下を抑制して耐消耗性を確保することができるためと考えられる。
【００５９】
ところで、前述したように、本実施形態の内燃機関用スパークプラグ１００では、中心電極１２０がＣｕからなる軸芯１２２を有しており、この軸芯１２２の先端部１２２ｂがＮｉ合金からなる被覆部材１２１によって被覆されている（図２参照）。ところが、Ｃｕからなる軸芯１２２の熱膨張率は、これを被覆するＮｉ合金からなる被覆部材１２１の熱膨張率に比して大きい。このため、内燃機関用スパークプラグ１００を使用に供した場合、軸芯１２２の径方向外側への熱膨張の影響で、被覆部材１２１のうち軸芯１２２の周囲に位置する被覆周囲部１２１ｄがＮｉ合金本来の熱膨張より大きく径方向外側へ膨張してしまう虞がある。一方、被覆部材１２１のうち軸芯１２２の先端より先端側に位置する被覆先端側部１２１ｂは、軸芯１２２の径方向外側への熱膨張に影響されることなく、径方向外側へはＮｉ合金本来の熱膨張をする。このため、被覆部材１２１において、被覆周囲部１２１ｄが被覆先端側部１２１ｂに比して径方向外側へ大きく膨張して変形すると共に、中心電極１２０の先端部１２０ｂが基端側（図２中下方）へ引っ込み変形してしまう虞がある。
【００６０】
そこで、中心電極１２０の被覆部材１２１を構成するＮｉ合金にＣを添加することでＮｉ合金の熱間強度を向上させ、軸芯１２２の径方向外側への熱膨張の影響による先端部１２０ｂの引っ込みを抑制することを企図して以下の調査を行った。即ち、中心電極１２０の被覆部材１２１を構成するＮｉ合金の副成分について、Ｃ成分を調整して添加した以外は前述したサンプル９と同様の構成とした４種類のサンプル１７〜２０のスパークプラグを用意し、中心電極１２０の引っ込み量を評価する試験を行った。具体的には、バーナーを用いて、サンプル１７〜２０のスパークプラグを８５０℃まで加熱した状態を３分間継続し、その後１分間空冷することを１サイクルとしたヒートサイクル試験を、２５００サイクル行った。その後、中心電極１２０の引っ込み量を測定し、耐引っ込み性を評価した。この試験結果を図６の表に示す。
【００６１】
サンプル１７〜２０のスパークプラグでは、副成分のうちＣの含有率のみが異なるＮｉ合金を中心電極１２０の被覆部材１２１に使用している。このうち、サンプル１７のスパークプラグでは、副成分としてＣを０．００１ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の被覆部材１２１に使用している。このサンプル１７のスパークプラグでは、中心電極１２０の引っ込み量が０．１０ｍｍと大きな値を示した。これは、Ｃの含有率が０．００１ｗｔ％では、Ｎｉ合金の熱間強度を十分に確保することができず、軸芯１２２の熱膨張の影響で中心電極１２０の被覆部材１２１の被覆周囲部１２１ｄが径方向外側へ変形するのを抑制できなかったためと考えられる。
【００６２】
これに対し、サンプル１８のスパークプラグでは、副成分としてＣを０．００３ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の被覆部材１２１に使用している。このサンプル１８のスパークプラグでは、中心電極１２０の引っ込み量を０．０７ｍｍに抑制することができた。これは、Ｃの含有率を０．００３ｗｔ％とすることで、Ｎｉ合金の熱間強度を向上させることができ、軸芯１２２の熱膨張の影響で中心電極１２０の被覆部材１２１の被覆周囲部１２１ｄが径方向外側へ変形するのを抑制できたためと考えられる。
【００６３】
さらに、サンプル１９のスパークプラグでは、副成分としてＣを０．０５ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の被覆部材１２１に使用している。このサンプル１９のスパークプラグでは、中心電極１２０の引っ込み量が０．０２ｍｍと極めて小さくなった。さらに、サンプル２０のスパークプラグでは、副成分としてＣを０．１ｗｔ％含有したＮｉ合金を中心電極１２０の被覆部材１２１に使用している。このサンプル２０のスパークプラグでは、中心電極１２０の引っ込み量が０．００ｍｍ、つまり引っ込みが観測されなかった。
【００６４】
上述したサンプル１７〜２０のスパークプラグの試験結果を検討すると、中心電極１２０の被覆部材１２１を構成するＮｉ合金の副成分として、Ｃを０．００３ｗｔ％以上含有するようにすれば、中心電極１２０の引っ込みを抑制することができるといえる。ところが、Ｃの含有率を０．１ｗｔ％としたサンプル２０のスパークプラグでは、Ｎｉ合金の硬度が高くなりすぎたため、中心電極１２０の成形が困難となっていた。従って、中心電極１２０の被覆部材１２１を構成するＮｉ合金について、Ｃの含有率を０．００３ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下とすることがより好ましいといえる。
【００６５】
（変形形態１）
次に、実施形態の内燃機関用スパークプラグ１００の第１の変形形態である内燃機関用スパークプラグ２００について、図面を参照しつつ説明する。本変形形態１の内燃機関用スパークプラグ２００は、実施形態の内燃機関用スパークプラグ１００と比較して、プラグの先端部の構造が異なり、その他の部分についてはほぼ同様である。従って、実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００６６】
本変形形態１の内燃機関用スパークプラグ２００の先端部の断面図を図７に示す。図７（ａ）は正面視断面図、図７（ｂ）は側面視断面図である。内燃機関用スパークプラグ２００は、実施形態の内燃機関用スパークプラグ１００における２つの接地電極１１０に加えて、さらに平行電極２５０を有している。  さらに、着火性と耐久性を向上するため、中心電極１２０の先端部１２０ｂの先端に、別途、金属チップ２２５が設けられている（この金属チップ２２５は、中心電極１２０の先端部１２０ｂには含まれない）。具体的には、中心電極１２０の先端面１２０ｆに円盤状の金属チップ２２５がレーザ溶接によって固設されている。この金属チップ２２５は、例えば、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈなどの貴金属を主成分とする合金や、Ｗなどの高融点金属を主成分とする合金によって形成されている。
【００６７】
平行電極２５０は、図７（ｂ）に示すように、先端部２５０ｃが金属チップ２２５の先端面２２５ｂと対向するように形成されている。さらに、平行電極２５０の先端部２５０ｃのうち金属チップ２２５の先端面２２５ｂと対向する対向面２５０ｂが、金属チップ２２５の先端面２２５ｂに対し平行に配置されている。すなわち、内燃機関用スパークプラグ２００は、セミ沿面放電型スパークプラグに平行電極２５０を組合わせたスパークプラグである。なお、本変形形態１の内燃機関用スパークプラグ２００においても、軸芯１２２は、その先端が絶縁体１４０の先端面１４０ｄより基端側の位置に配置されており、中心電極１２０の先端部１２０ｂに含まれない。このため、中心電極１２０の先端部１２０ｂ全体が、Ｎｉ合金によって形成されている。
【００６８】
この内燃機関用スパークプラグ２００では、平行電極２５０の対向面２５０ｂと金属チップ２２５の先端面２２５ｂとの間隙をギャップｇ３、接地電極１１０の先端面１１０ｂと絶縁体１４０の先端部側面１４０ｅとの間隙をギャップｇ４とする。そして、ギャップｇ３，ｇ４を介して火花放電が行われるが、絶縁体１４０の先端面１４０ｄ及び先端部側面１４０ｅが汚損した場合には、ギャップｇ４を隔てた接地電極１１０の先端面１１０ｂと絶縁体１４０の先端部側面１４０ｅとの間で火花放電し易くなる。このため、絶縁体１４０の絶縁体１４０の先端面１４０ｄ及び先端部側面１４０ｅに沿った沿面放電が頻繁に発生する虞があるので、絶縁体１４０のチャンネリング及び中心電極１２０の消耗が懸念される。
【００６９】
従って、本変形形態１の内燃機関用スパークプラグ２００においても、実施形態と同様に、中心電極１２０の被覆部材１２１を構成するＮｉ合金の成分を調整することによって、中心電極１２０の消耗を抑制しつつ、絶縁体１４０のチャンネリングを抑制することができる。具体的には、Ｎｉ合金の副成分として、Ｃｒ，Ｆｅを含有し、Ｃｒ，Ｆｅのうち少なくともいずれかを１．５ｗｔ％以上、且つＣｒ及びＦｅを合計で２．５ｗｔ％以上１０．０ｗｔ％以下とし、さらにＡｌを０．２ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下含有すると好ましい。さらに、Ｎｉ合金の副成分について、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕの少なくともいずれかを含有し、これらの合計含有率をＡｌの含有率の０．３倍以上６．０倍以下とすることによって、耐チャンネリング性をさらに良好とすることができる。さらに、Ｎｉ合金の副成分としてＣを０．００３ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下含有することで、中心電極１２０の成形性を良好としつつ、中心電極１２０の引き下がりを抑制することができる。
【００７０】
ところで、内燃機関用スパークプラグ２００では、前述のように、中心電極１２０の先端面１２０ｆに、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈなどの貴金属を主成分とする合金あるいはＷなどの高融点金属を主成分とする合金からなる金属チップ２２５をレーザ溶接によって固設している。ところが、一般に、中心電極１２０の先端部１２０ｂのように、Ｎｉを８０ｗｔ％以上、Ｆｅ，Ｃｒを合わせて２．５ｗｔ％以上１０．０ｗｔ％以下含有するＮｉ合金と、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｈなどの貴金属を主成分とする合金あるいはＷなどの高融点金属を主成分とする合金とは溶接性が好ましくない。このため、このようなスパークプラグでは、金属チップ２２５が剥離してしまう虞がある。
これに対し、本変形形態１の内燃機関用スパークプラグ２００では、金属チップ２２５の直径を０．８ｍｍ以下とすることにより、溶接不良等が軽減され、金属チップ２２５が剥離しにくくなる。
【００７１】
（変形形態２）
次に、実施形態の内燃機関用スパークプラグ１００の第２の変形形態である内燃機関用スパークプラグ３００について、図面を参照しつつ説明する。本変形形態２の内燃機関用スパークプラグ３００は、実施形態の内燃機関用スパークプラグ１００と比較して、プラグの先端部の構造が異なり、その他の部分についてはほぼ同様である。従って、実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００７２】
本変形形態２の内燃機関用スパークプラグ３００の先端部の断面図を図８（ａ）に示す。内燃機関用スパークプラグ３００は、環状の接地電極３１０を有し、この接地電極３１０の先端面３１０ｂと絶縁体３４０の先端面３４０ｄとを接するように配置している。このような内燃機関用スパークプラグ３００は、接地電極３１０の先端面３１０ｂと中心電極１２０の先端部側面１２０ｃとの間の放電経路のほぼ全長にわたって絶縁体３４０の先端面３４０ｄに沿った沿面放電Ｓ３（図８（ｂ）参照）をする、いわゆるフル沿面放電型スパークプラグである。このため、このような内燃機関用スパークプラグ３００においても、絶縁体３４０のチャンネリング及び中心電極１２０の消耗が懸念される。なお、本変形形態２の内燃機関用スパークプラグ３００においても、軸芯１２２は、その先端が絶縁体３４０の先端面３４０ｄより基端側の位置に配置されており、中心電極１２０の先端部１２０ｂに含まれない。このため、中心電極１２０の先端部１２０ｂ全体が、Ｎｉ合金によって形成されている。
【００７３】
従って、本変形形態２の内燃機関用スパークプラグ３００においても、実施形態と同様に、中心電極１２０の被覆部材１２１を構成するＮｉ合金の成分を調整することによって、中心電極１２０の消耗を抑制しつつ、絶縁体３４０のチャンネリングを抑制することができる。具体的には、Ｎｉ合金の副成分として、Ｃｒ，Ｆｅを含有し、Ｃｒ，Ｆｅのうち少なくともいずれかを１．５ｗｔ％以上、且つＣｒ及びＦｅを合計で２．５ｗｔ％以上１０．０ｗｔ％以下とし、さらにＡｌを０．２ｗｔ％以上０．８ｗｔ％以下含有すると好ましい。このようにすることで、図８（ｂ）に拡大して示すように、絶縁体３４０の先端面３４０ｄに耐チャンネリング性を有する被膜３４０ｄを形成することができる。さらに、Ｎｉ合金の副成分について、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕの少なくともいずれかを含有し、これらの合計含有率をＡｌの含有率の０．３倍以上６．０倍以下とすることによって、耐チャンネリング性をさらに良好とすることができる。さらに、Ｎｉ合金の副成分としてＣを０．００３ｗｔ％以上０．０５ｗｔ％以下含有することで、中心電極１２０の成形性を良好としつつ、中心電極１２０の引き下がりを抑制することができる。
【００７４】
以上において、本発明を実施形態及び変形形態１，２に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態等では、主体金具１３０のネジ部１３０ｂの呼び径がＭ１４のスパークプラグを用いた。しかし、本発明はＭ１４のスパークプラグに限定されるものではない。さらに言えば、Ｍ１２以下のもの、例えば、Ｍ１２，Ｍ１０の主体金具を有する内燃機関用スパークプラグに対して特に有効となる。すなわち、セミ沿面放電型スパークプラグのように沿面放電可能なスパークプラグでは、小型化（細径化）するほど沿面放電が顕著となる一方、絶縁体の肉厚は薄くなると共に中心電極が細くなる傾向にある。このため、主体金具のネジ径をＭ１２以下とした小型化（細径化）プラグでは、Ｍ１４以上のスパークプラグに比してチャンネリング及び中心電極の消耗の影響が大きく、スパークプラグの性能が早期に著しく低下してしまう虞がある。このような、Ｍ１２以下のいずれの小径プラグについても、本発明はチャンネリングの抑制と中心電極の消耗の抑制とを両立することが可能である。
従って、ネジの呼び径がＭ１２以下、すなわち、主体金具の先端外径が１０．１ｍｍ以下となる細径のスパークプラグに本発明を適用することで、特に、チャンネリングの抑制と中心電極の消耗の抑制との両立が有効となり、スパークプラグの長寿命化を図ることができる。
また、本発明は、主体金具の外側面に取付ネジ部が形成さていない、いわゆるネジなしプラグについても、同様の効果が得られる。
【００７５】
また、実施形態では、内燃機関用スパークプラグ１００について、接地電極１１０を２つ設けたセミ沿面放電型スパークプラグとしたが、接地電極は１または複数であれば良く、例えば、接地電極を３つあるいは４つ設けたセミ沿面放電型スパークプラグとしても良い。
また、実施形態等では、軸芯１２２は、その先端が絶縁体１４０，３４０の先端面１４０ｄ，３４０ｄより基端側の位置に配置されており、中心電極１２０の先端部１２０ｂに含まれていなかった。すなわち、中心電極１２０の先端部１２０ｂ全体が、Ｎｉ合金によって形成されていた。しかし、軸芯１２２は、その先端が絶縁体１４０，３４０の先端面１４０ｄ，３４０ｄより先端側の位置に配置され、中心電極１２０の先端部１２０ｂに含まれても良い。すなわち、中心電極１２０の先端部１２０ｂ全体が、Ｎｉ合金によって形成されていなくても良く、少なくとも先端部１２０ｂの表面がＮｉ合金によって形成されていれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ１００の側面図である。
【図２】実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ１００の要部構造を示す断面図である。
【図３】実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ１００の要部構造を示す上面図である。
【図４】実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ１００の作用を説明する説明図である。
【図５】実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ１００の中心電極１２０の耐消耗性、絶縁体１４０の耐チャンネリング性についての評価試験結果を示す表である。
【図６】実施形態にかかる内燃機関用スパークプラグ１００の中心電極１２０の耐引っ込み性についての評価試験結果を示す表である。
【図７】変形形態１にかかる内燃機関用スパークプラグ２００の要部構造を示す図であり、（ａ）はその正面視断面図、（ｂ）はその側面視断面図である。
【図８】変形形態２にかかる内燃機関用スパークプラグ３００の要部構造を示す図であり、（ａ）はその側面視断面図、（ｂ）はその拡大図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００  内燃機関用スパークプラグ
１１０，３１０  接地電極
１２０  中心電極
１２０ｂ  中心電極の先端部
１２０ｃ  中心電極の先端部側面
１２１  被覆部材
１２２  軸芯
１２２ｂ  軸芯の先端部
１３０，３３０  主体金具
１４０，３４０  絶縁体
１４０ｄ  絶縁体の先端面（絶縁体の先端部表面）
１４０ｅ  絶縁体の先端部側面（絶縁体の先端部表面）
Ｄ  主体金具の先端外径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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