(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主体金具又は／及び取付け螺子に外嵌されるガスケットの金属表面に、主成分がニッケルであり、残りの成分に少なくとも亜鉛が０．５〜３０重量％の範囲で含有されるメッキ層を被覆し、さらに該メッキ層に、三価クロムを主成分とするクロメート被膜を形成したことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項２】
膜厚が０．２〜０．５μｍのクロメート被膜を被覆したことを特徴とする請求項１記載の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、高温、高圧の条件下で使用される、主体金具又はガスケットの金属表面に、耐熱及び耐食処理を施した内燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温、高圧の条件下で使用される内燃機関用スパークプラグの主体金具又はガスケットにあっては、その表面に耐熱性及び耐食性を保有させる必要があり、このためメッキ処理が施される。
【０００３】
このメッキ層として、亜鉛メッキ層に有色六価クロメートを被覆するようにしたり、ニッケルメッキを施したものが知られている。
【０００４】
さらには、特許第１７７９７６２号に開示されているように、表面保護層として、ニッケルメッキ層に電解六価クロメートを形成したものも知られている。このものは、無水クロム酸を含む溶液に、ニッケルメッキを施した主体金具を浸漬して電解クロメート処理を行うことにより形成されるものであり、耐食性に優れているため、燃焼により酸性水が生成し、この酸性水による腐食が問題となっている天然ガスやＬＰＧを燃料として用いるガスエンジン用スパークプラグに実用化されている。
【０００５】
さらに、特開昭５８−９９９７号等では亜鉛を主成分としたＺｎ−Ｎｉメッキも提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の六価クロメートを用いたものは、耐熱性表面処理層として有用ではあるが、環境汚染の問題で、有害物質が規制されている状況にあって、有害物の一つとして指摘され、その代替品が求められている。
【０００７】
そこで、亜鉛メッキ層に有色六価クロメートを被覆するようにしたものの、代替品として、特願平１１−４９０１９号に開示されているように、有色六価クロメートを三価クロメートに置換した構成が提案されている。ところで、この構成では酸に弱い亜鉛メッキ層に三価クロメートを被覆するものであるから、上述のガスエンジン用スパークプラグに適用する場合には、酸性水による腐食を解決できないという問題がある。即ち、ガスエンジン用スパークプラグにあっては、燃焼により排出される成分と、水との反応によりｐＨが酸性である酸性水が生成され、これに高温条件下で曝されると、亜鉛メッキはその表面にどのようなクロメート処理を施工しても亜鉛自体が、鋼材よりも標準電極電位が小さいため、陽極として反応してしまうため、腐食し易い。
【０００８】
従って、亜鉛メッキ層に有色六価クロメートを被覆したものは、ガスエンジン用スパークプラグにあっては代替物とすることができない。尚、ニッケルメッキ層上には、通常、三価クロメートを沈殿させることはできないから、これを電解六価クロメートと置換することはできない。
【０００９】
このように特に、ガスエンジン用スパークプラグにあっては、六価クロメートを用いたものの代替物を簡易に得ることができず、新たな表面保護層の開発が求められている。
【００１０】
さらにはニッケルメッキを用いた場合には、環境汚染の問題はなく、またニッケル自体は、耐食性を有するがことが知られているが、ピンホールが多くなり、、このピンホールから腐食液が侵入すると、ニッケルは標準電極電位が大きいため陰極として作用し、下地の金具（Ｆｅ）が錆びてしまうという問題があり、結局、製品としての耐食性は期待できない。この場合に、このニッケルメッキを二重、三重に施工することも考えられるが、表面保護層の肉厚が大きくなり、取付け螺子部を螺合緊締する際に、その剪断応力により、剥離を生じ易くなり、螺着により破断強度が低下してしまうという問題が派生する。
【００１１】
本発明は、六価クロメートを用いることなく、内燃機関用スパークプラグの主体金具又はガスケットの耐熱性及び耐食性表面保護層として最適な構成を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主体金具又は／及び取付け螺子に外嵌されるガスケットの金属表面に、主成分がニッケルであり、残りの成分に少なくとも亜鉛が０．５〜３０重量％の範囲で含有されるメッキ層を被覆し、さらに該メッキ層に、三価クロムを主成分とするクロメート被膜を被覆したことを特徴とする内燃機関用スパークプラグに関するものである。
【００１３】
ここで、主成分がニッケルであるため、耐食性がある。また、ニッケルはピンホールが生じ易いが、三価クロムを主成分とするクロメート被膜に覆われるためピンホールが塞がれる。
【００１４】
ところで、ニッケルには直接、三価クロムを主成分とするクロメート被膜を形成することはできない。そこで、本発明者は、種々試験を行ったところ、主成分をニッケルとし、これに亜鉛を含有するようにしたメッキ層を下地とすべきことに想到した。すなわち、かかる構成のメッキ層を金属表面にあらかじめ被覆すると、主成分であるニッケルに亜鉛が含有されるため、含有された亜鉛が溶け出して、最表面のｐＨが高くなる。このためこのメッキ層上にさらにクロメート液を塗着すると、該液中のクロムがメッキ上に沈殿して、三価クロメートからなる化成被膜が形成される。このように、メッキ層は、ニッケルに亜鉛が含有されているため、三価クロムを主成分とするクロメート被膜が形成されることとなる。
【００１５】
ここで、亜鉛の含有量は０．５〜３０重量％の範囲としている。この範囲では耐食性が良好であり、この範囲以上でも以下でも耐食性が低下する。
【００１６】
即ち、０．５重量％未満であると、三価クロメートの定着が悪く、ニッケルに生ずるピンホールを十分に塞ぐことができず、その結果、下地の鋼材部（Ｆｅ）が錆びてしまい、耐食性が低下する。また、３０重量％を越えると、亜鉛自体は耐食性がないからその特性が顕在化してしまうからである。
【００１７】
さらに、クロメート被膜の膜厚は０．２〜０．５μｍの範囲が最適である。膜厚が０．２μｍ未満であると、ニッケルに生ずるピンホールを十分に塞ぐことができない。また、０．５μｍを越えると、表面保護層の総厚が過剰となり、取付け螺子の螺合時に生ずる剪断応力により、剥離を生じたり、そこから腐食を生じ易くなってしまう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
添付図面に従って本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明が適用される主体金具４及び取付け螺子５に外嵌されるガスケット１０を備えた内燃機関用スパークプラグ１を示すものである。
【００１９】
ここで、この内燃機関用スパークプラグ１は、端子部２，絶縁部３及び主体金具４を備えてなり、該主体金具４の下部には内燃機関等のエンジンヘッドに螺合するための取付け螺子５が形成される。さらに先端には中心電極６と、側方電極７とが設けられている。また、取付け螺子５には、ガスケット１０が外嵌される。
【００２０】
この主体金具４と、ガスケット１０には、図２で示すように、素地となる鋼材部２０の表面に、メッキ層ｘと、クロメート被膜ｙとからなる表面保護層２１が形成される。
【００２１】
ここでメッキ層ｘは、主成分がニッケルであり、残りの成分に少なくとも亜鉛が含有されてなり、さらにクロメート被膜ｙは三価クロムを主成分とする。
【００２２】
このメッキ層ｘ，クロメート被膜ｙの形成手段について説明する。
ｐＨ５で硫酸成分に、硫酸亜鉛、ホー酸、光沢剤等を添加したＮｉ−Ｚｎ合金の処理液を用いて、ニッケルを主成分とするＮｉ−Ｚｎ合金よりなるメッキ層を、鋼材よりなる一般スパークプラグ用主体金具２０の表面に、厚さ約５μｍに形成し、更に、１０秒後にｐＨ２で酸化クロメートを含有するクロメート液に浸漬し、乾燥させた後、厚さ０．２〜０．５μｍのクロメート被膜ｙをメッキ層ｘ上に形成し、これにより表面保護層２１を形成した。
【００２３】
【実施例】
このように、表面保護層２１を形成した主体金具を試料とした。一方、ｐＨ４のエンジンによって生ずる酸性水を排気管から採取し、硝酸を加えてｐＨ２とし、このエンジン燃焼水（酸性水）を注入した蓋付きガラス容器（デシケータ）内に、前記試料（主体金具）を収納して、８０℃で保温し、耐久時間（耐食性）を評価した。その結果を図３に示す。
【００２４】
尚、図３において、左は表面保護層の種類を、メッキ層とクロメート被膜の種類との組合せで示しており、上から、亜鉛メッキに有色六価クロメート被膜を形成したもの（Ｎｏ．１）、ニッケルメッキのみのもの（Ｎｏ．２）、ニッケルメッキに有色六価クロメート被膜を形成したもの（Ｎｏ．３）を示し、さらにニッケルと亜鉛の組み合わせにあって、亜鉛の重量％を変化させたものに、夫々三価クロメートからなるクロメート被膜を形成したもの（Ｎｏ．４〜Ｎｏ．１０）である。
【００２５】
そして、これらの表面保護層がｐＨ２のエンジン燃焼水に曝されたときにどれだけ耐えられるか、その耐久時間を調べたものである。ここで、その耐食性は、ニッケルに有色六価クロメート被膜を形成したもの（Ｎｏ．３）、メッキ層として、ニッケルを主成分とし、亜鉛の含有量が０．５〜３０重量％のもの（Ｎｏ．５〜Ｎｏ．９）がいずれも５０時間を大きく越え、耐食性が良好であることが解った。
【００２６】
尚、試料Ｎｏ．３の有色六価クロメートは、有害物質であり、本発明はこれに代わるものを提供するものである。
【００２７】
さらに図４は、表面保護層を作成した後の錆の状態を調べた結果を示すものである。ここで、×は赤錆が発生、△は赤錆が少量発生、○は錆なしを示すものである。
【００２８】
この試験は、上述した各種の表面保護層を形成した主体金具を、各表面保護層ごとに４個づつ用いて、実際の内燃機関用スパークプラグ１を製作し、これを１５００ｃｃ，４サイクル，２０００ｒｐｍの都市ガス用エンジンに２０００時間放置した後の錆の発生状態を観察した。
【００２９】
この試験結果にあって、亜鉛メッキに有色六価クロメート被膜を形成したもの（Ｎｏ．１）、及びニッケルメッキのみのもの（Ｎｏ．２）は、いずれも赤錆が発生し、不良であることが解った。これは、前者にあっては、亜鉛メッキは耐食性が無いことによるものであり、後者にあっては、ニッケルメッキにピンホールが生じていることによるものである。また、ニッケルに有色六価クロメート被膜を形成したもの（Ｎｏ．３）、及びニッケルに亜鉛１０重量％を含有させたものに、夫々三価クロメートからなるクロメート被膜を形成したもの（Ｎｏ．７）は、ほとんど錆が発生せず、素地となる主体金具２０（Ｆｅ）の腐食を生じないことが解った。尚、上記実施例は主体金具を対象としたが、取付け螺子に外嵌されるガスケットにも適用し得ることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、上述したように、内燃機関用スパークプラグの主体金具又は／及び取付け螺子に外嵌されるガスケットの金属表面に、主成分がニッケルであり、残りの成分に少なくとも亜鉛が含有されるメッキ層を被覆し、さらに該メッキ層に、三価クロムを主成分とするクロメート被膜を被覆したものであるから、主成分がニッケルであるため、耐食性があり、かつ三価クロムを主成分とするクロメート被膜に覆われるためピンホールが塞がれ、このために、耐熱性及び耐食性が向上し、高温、高圧の条件下で使用される内燃機関用スパークプラグの表面保護層として最適である。
【００３１】
また、有害物質である有害な六価クロメートを用いたものではないから、環境汚染がなく、これからの表面保護層として最適となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関用スパークプラグ１の側面図である。
【図２】表面保護層２１の拡大断面図である。
【図３】各試料の耐食性を示す図表である。
【図４】各試料の錆の評価を示す図表である。
【符号の説明】
１  内燃機関用スパークプラグ
４  主体金具
５  取付け螺子
１０  ガスケット
２１  表面保護層
ｘ  メッキ層
ｙ  クロメート被膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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