CN100346545C - 火花塞 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是，提供一种即使缩小了绝缘体贯通孔的内径也能充分地确保高度的密封性能，甚至在用于高功率的引擎时，也能实现充分的耐久性能的火花塞。在火花塞(100)中，绝缘体(2)由氧化铝陶瓷构成，同时贯通孔(6)的内径在导电性密封材料(16、17)的设置位置处被控制在4mm以下。并且，上述导电性密封材料(16、17)的线膨胀系数被调整在6.5×10-6/℃以下的范围内。

Description

火花塞
发明领域
本发明涉及一种内燃机用的火花塞。
背景技术
以往，广泛使用具有下述结构的火花塞：沿着绝缘体的轴向形成贯通孔，在该贯通孔的一端插入端子金属件，同时在其另一端插入中心电极，在该贯通孔内，用导电性密封材料密封并固定上述端子金属件和中心电极。在绝缘体贯通孔内，端子金属件和中心电极是通过导电性密封材料直接连接的，或者，是以在两端的导电性密封材料层之间设置电阻的形式而连接的。导电性密封材料通常是由金属和玻璃基体的混合物构成的，金属颗粒大致呈网络状分散在玻璃基体中，从而，绝缘性的玻璃被赋予了复合材料的导电性。
最近几年来，火花塞用的绝缘体的绝大部分是由具备了优良的绝缘耐电压的氧化铝陶瓷构成的。另一方面，端子金属件或中心电极由以铁和镍等为主要成分的金属制成，与绝缘体之间的线膨胀系数之差相当大(比如，铝为7.3×10-6/℃、铁和镍为12～14×10-6/℃左右)。因此，比如在对因使用而被高温化的火花塞进行冷却时，由于端子金属件和中心电极的收缩量比绝缘体要大，因此如果导电性密封材料跟不上这样收缩的话，则存在脱落的危险。在这里，导电性密封材料为金属和玻璃的混合体，但是，以往，这种结构具有端子金属件或中心电极与绝缘体的中间线膨胀系数，所以，可以说，上述两者的收缩变位差或多或少存在着缩小的倾向。
但是，近年来，采用了火花塞的引擎的标准趋向高功率化，混合气体的压缩比也随之升高，因此，对密封材料的密封性能提出了更高的要求。并且，最近的引擎中安装了火花塞的汽缸头部周边的机构趋于复杂化，安装空间也变得难以保障，因此，就迫切地要求火花塞的小型化。如果把火花塞小型化，绝缘体乃至形成在其中的贯通孔的内径也被缩小了。但是，当向这样的火花塞的中心电极施加引擎燃烧压时，则施加在贯通孔内部的密封材料上的单位面积压力变高，混合气体的压缩比也会升高。在两者的影响下，按照以往的导电性密封材料的标准的话，已不能充分确保耐久性能。
发明内容
本发明的目的是，提供一种即使缩小了绝缘体贯通孔的内径，也能确保导电性密封材料的高度密封性能，甚至在用于高功率的引擎时，也能实现充分的耐久性能的火花塞。
为实现上述第一个目的，本发明的火花塞，把端子金属件和中心电极通过导电性密封材料固定在沿着绝缘体的轴向所形成贯通孔内，其特征在于，绝缘体由氧化铝陶瓷构成，同时贯通孔的内径在导电性密封材料的设置位置上被控制在4mm以下，并且，上述导电性密封材料的线膨胀系数被调整在6.8×10-6/℃以下的范围内。并且，在本发明中，在氧化铝陶瓷中，氧化铝的含量为80重量％以上，线膨胀系数为20℃～350℃的平均值。
如前所述，构成绝缘体的氧化铝的线膨胀系数为约6.8×10-6/℃。在以往的火花塞中，所构成的密封材料具有构成端子金属件或中心电极的金属和氧化铝的中间线膨胀系数。此时，在从高温进行冷却时，如图8(a)所示，在密封材料中，由氧化铝陶瓷构成的绝缘体收缩量增大，在贯通孔内表面的密封材料与绝缘体之间的结合面上，氧化铝未收缩部分的拉应力容易残留在密封材料上，从而容易加大裂缝并产生脱落等。所以，在贯通孔内径为4mm以下的小型化的火花塞中，当被适用于在高功率、高压缩比的条件下运行的引擎时，与上述因素相互结合，其耐久性能就得不到保障。另外，当密封材料的半径方向上的收缩增大时，密封材料从绝缘体贯通孔内表面上脱落而产生间隙，有可能导致气密性和密封材料自身的耐久性能的降低。
但是，在本发明的火花塞的第1构成中，将密封材料的线膨胀系数调整到比氧化铝更小的值，具体而言，调整到小于6.8×10-6/℃的范围内，所以，如图8(b)所示，冷却时的密封材料和绝缘体的收缩量的大小关系发生逆转，有利于抑制裂缝发展的压缩应力被保留下来。其结果是，得到一种贯通孔内径在4mm以下的小型火花塞，该火花塞即使是被用于在高功率高压缩比的条件下运转的引擎中，也能确保密封材料结合部的充分的耐久性能，甚至能长期保持良好的气密性能。并且，无须担心由于密封材料的半径方向上的收缩被抑制，导致密封材料从绝缘体的贯通孔内表面上脱落而产生间隙。另外，密封材料的线膨胀系数优选6.0×10-6/℃以下。
如果密封材料的线膨胀系数在6.8×10-6/℃以上，就不能完全达到上述效果。另外，对密封材料的线膨胀系数的最小值并没有特别的限制，但是，对材料选择的调整界限却是当然存在的。根据本发明人的研究，证实了通过适当的选择材料可以得到把一种线膨胀系数控制在比如约3.0×10-6/℃的密封材料。
导电性密封材料，具体而言，可以含有玻璃基体、导电性填充物和绝缘性填充物，为了使其具有上述的线膨胀系数，绝缘性填充物可以含有线膨胀系数比氧化铝还要低的无机材料。为了将导电性密封材料的线膨胀系数控制到更低，绝缘性填充物进一步优选为由线膨胀系数比玻璃基体还低的无机材料构成。
玻璃基体和以往的导电性密封材料一样，可以使用诸如硼硅酸盐类等的以氧化物为主体的物质。在此情况下，当绝缘性填充物的构成为氧化物类无机材料时，可以提高与玻璃基体的亲和性，这对实现具有优良的强度及气密性能的密封结构是有利的。由诸如选自β-锂霞石、β-锂辉石、磷灰石、二氧化硅、莫来石、堇青石、锆石及钛酸铝中的1种或2种以上所构成的前述氧化物类无机材料可以适用于本发明。
由线膨胀系数比氧化铝还小的氧化物类无机材料所构成的绝缘性填充物被作为绝缘性填充物使用时，其在从导电性密封材料的截面组织上所观察到的绝缘性填充物的颗粒中粒径在100～350μm范围的颗粒在截面组织中所占的面积率优选为2～40％。另外，在本说明书中，“由截面组织上所观察到的绝缘性填充物的颗粒的粒径”以与该截面上的颗粒有相同面积的圆的直径表示。
通过使用由线膨胀系数比氧化铝还小的氧化物类无机材料所构成的绝缘性填充物，可以使得导电性密封材料的线膨胀系数适度地低于由氧化铝陶瓷构成的绝缘体，这对确保密封材料结合部的耐久性能来说是有利的。并且，通过对密封材料截面组织的该绝缘性填充物的形态进行如上所述的调整，可以显著提高密封性能及耐久性能，比如，贯通孔内径为4mm以下的小型火花塞，即使将其适用在以高功率、高压缩比运行的引擎中，也可以长期保持其良好的密封性能。
在从截面组织所观察到的绝缘性填充物的颗粒中，粒径在100～350μm范围的颗粒的面积率小于5％，则意味着由起初调配的氧化物类无机填料构成的绝缘性填充物的颗粒中的小粒径的颗粒(如粒径小于50μm的颗粒)在加热密封时溶进了玻璃基体中。其结果是，密封材料的软化点过度地上升，从而导致不能确保良好的密封性能或密封接合部的接合强度。另一方面，当上述面积率超过40％时，绝缘性填充物的颗粒的含有率本身过剩，从而损害软化时的密封材料的流动性，同样也导致了不能确保良好的密封性能或密封接合部的接合强度。
附图说明
图1是本发明火花塞的一个示例的整体纵剖视图。
图2是导电性密封材料层的结构模式图。
图3是表示绝缘体的若干实施例的纵剖视图。
图4是导电性密封材料中所含的微粒绝缘性填充物在密封过程中的动作模式图。
图5是图1的火花塞的制作工序说明图。
图6是接续图5的说明图。
图7是接续图6的说明图。
图8是导电性密封材料层的作用说明图。
图9是密封性能评价实验系统图。
本发明的实施例
以下，参照附图说明本发明的实施例。
图1示出本发明的火花塞的一个实施例。该火花塞100具有：筒状的主体金属件1；嵌入该主体金属件1的内侧并且前端部21突出的绝缘体2；使形成在前端的点火部31突出，并在此状态下被设置在绝缘体2的内侧的中心电极3；以及一端通过焊接等与主体金属件1结合，同时另一端向侧向折回，其侧面与中心电极3的前端相对的接地电极4等。并且，在接地电极4上形成与上述点火部31相对的点火部32，点火部31与相对的点火部32之间的空隙被设置为火花放电间隙。
主体金属件1由低碳钢等金属形成为元筒状，在构成火花塞100的外壳的同时，其外周面上形成了用来把塞子100安装到图中未示的引擎部件上的螺纹部7。并且，1e是在安装主体金属件时用来扣合扳手等工具的工具扣合部，其有六角形的截面形状。
绝缘体2具有用于沿自身的方向把中心电极3嵌入其内部的贯通孔6，整体上由下述绝缘材料构成。即、该绝缘材料以氧化铝为主体而构成，所构成的氧化铝陶瓷烧结体，含有铝成分换算成Al2O3的值为80～98mol％(优选90～98mol％)。
具体而言，可以在下述范围内含有1种或2种以上的铝以外的成分。
Si成分：按照SiO2的换算值计算，为1.50～5.00mol％。
Ca成分：按照CaO的换算值计算，为1.20～4.00mol％。
Mg成分：按照MgO的换算值计算，为0.05～0.17mol％。
Ba成分：按照BaO的换算值计算，为0.15～0.50mol％。
B成分：按照B2O3的换算值计算，为0.15～0.50mol％。
在绝缘体2的轴向中间部位形成向圆周外侧突出的例如法兰状的突出部2e。并且，在绝缘体2中，以朝向中心电极3(图1)的前端为其前方，在该突出部2e的后方一侧作为本体部2b，本体部2b比突出部2e形成得要细。另一方面，在突出部2e的前方一侧，依次形成比该突出部2e要细的第一轴部2g和比该第一轴部2g更细的第二轴部2i。并且，在本体部2b的外周表面的后端形成了波纹部2c，在该本体部2b的外周表面形成釉药层2d。另外，第一轴部2g的外周面大致为元筒状，第二轴部2i的外周面大致呈向前端缩径的圆锥面状。
绝缘体2的贯通孔6具有能够穿过中心电极3的大致呈元筒状的第1部分6a、和形成在前述第1部分6a的后方一侧(在图中的上方一侧)，比前述第1部分6a要粗的大致呈元筒状的第2部分6b。端子金属件13和电阻体15被收纳在第2部分6b内，中心电极3插在第1部分6a。电极固定用凸部3c形成在中心电极3的后端部并从其外周面向外突出。并且，前述贯通孔6的第1部分6a和第2部分6b在图3(a)的第一轴部2g内相互衔接，在前述的连接位置上形成用来承接中心电极3的电极固定用凸部3c的呈锥形或R形的凸部承接面6c。
另外，第一轴部2g和第二轴部2i的衔接部2h的外周面是阶梯面，其通过环状的板密封件63与形成在主体金属件1内表面的作为主体金属件扣合部的凸条部1c进行扣合，借此，防止轴向的滑脱。另一方面，在主体金属件1后方的开口部内表面与绝缘体2外表面之间设置了环状的线密封件62，线密封件62与呈法兰状的突出部2e的后方外周边缘扣合，并且，在后方通过滑石等的填充层61来设置环状的线密封件60。并且，把绝缘体2朝着主体金属件1压入前方一侧，在此状态下，朝着线密封件60把主体金属件1的开口边缘向内侧紧束，并因此形成紧束部1d，主体金属件1相对于绝缘体2被固定。
图3(a)以及图3(b)表示了绝缘体2的若干实例。其各部分的尺寸如下所示：
全长L1：30～75mm
第一轴部2g的长度L2：2.0～30mm(但，不包含与突出部2e的衔接部2f，包含与第二轴部2i的衔接部2h)
第二轴部2i的长度：3.2～27mm
本体部2b的外径D1：9～13mm
突出部2e的外径D2：11～16mm
第一轴部2g的外径D3：5～11mm
第二轴部2i的根部外径D4：3～8mm
第二轴部2i的前端部外径D5(但，在前端面的外周边缘上设置R或倒角时，是指在包含中心轴线O的截面上，该R部或倒角部的根部位置的外径。)：2.5～7mm
贯通孔6的第二部分6b的内径D6：2～4mm(形成前述导电性密封材料层16、17)
贯通孔6的第一部分6a的内径D7：1～3.5mm
第一轴部2g的厚度t1：0.5～4.5mm
第二轴部2i的根部厚度t2(与中心轴线O垂直方向上的值)：0.3～3.5mm
第二轴部2i的前端部厚度t3(与中心轴线O垂直方向上的值。但，在前端面的外周边缘上设置R或倒角时，是指在包含中心轴线O的截面上，该R部或倒角部的根部位置的厚度。)：0.2～3mm
第二轴部2i的平均厚度tA((t2+t3)/2)：0.25～3.25mm
另外，图3(a)所示的绝缘体2的上述各部分的尺寸，比如为如下所述：L1＝约60mm、L2＝约10mm、L3＝约14mm、D1＝约11mm、D2＝约13mm、D3＝约7.3mm、D4＝5.3mm、D5＝4.3mm、D6＝3.9mm、D7＝2.6mm、t1＝3.3mm、t2＝1.4mm、t3＝0.9mm、tA＝1.15mm。
另外，图3(b)所示的绝缘体2和图3(a)所示的相比，其第一轴部2g以及第二轴部2i分别具有稍大的外径。各部分的尺寸，比如为如下所述：L1＝约60mm、L2＝约10mm、L3＝约14mm、D1＝约11mm、D2＝约13mm、D3＝约9.2mm、D4＝6.9mm、D5＝5.1mm、D6＝3.9mm、D7＝2.7mm、t1＝3.3mm、t2＝2.1mm、t3＝1.2mm、tA＝1.65mm。
在绝缘体2的贯通孔6的后端部插入并固定端子金属件13，同样，在其前端部插入并固定中心电极3。并且，在该贯通孔6内部，将电阻体15设置在端子金属件13与中心电极3之间。该电阻体15的两端通过导电性密封材料层16、17分别和中心电极3及端子金属件13进行电连接。电阻体15由以玻璃粉末与导电材料粉末(以及根据需要而使用的玻璃以外的陶瓷粉末)的混合粉末为原料，并在后述的玻璃密封工序中对其加热、加压而得到的电阻体的组成物质构成。另外，可以省去电阻体15，可以通过一层导电性密封材料使端子金属件13和中心电极3一体化。
端子金属件13由低碳素钢等构成，在其表面形成防腐蚀的镀镍层(层厚：比如5μm)。并且，该端子金属件13具有密封部13c(前端部)、和自绝缘体2的后端边缘突出的端子部13a、和连接端子部13a与密封部13c的棒状部13b。密封部13c沿轴向形成为长圆筒状，在其外周表面上设有螺纹状或肋条状等形态的凸部，同时，沉入导电性密封材料层17中而配置，并通过该密封材料层17来密封与贯通孔6内表面之间的缝隙。并且，密封部13c外周表面与贯通孔6内周表面之间的缝隙为0.1～0.5mm。
导电性密封材料层16、17构成了本发明的火花塞的主要部分，其由含有玻璃基体、导电性填充物和绝缘性填充物而构成。玻璃基体和以往的导电性密封材料一样，以诸如硼硅酸盐系等的氧化物为主体。另外，导电性填充物是以诸如Cu及Fe等的金属成分中的一种或二种以上为主体的金属粉末。另一方面，绝缘性填充物是由选自诸如β-锂霞石、β-锂辉石、磷灰石、二氧化硅、莫来石、堇青石、锆石及钛酸铝中的1种或2种以上所构成的。
如已经说明的那样，在火花塞100中，绝缘体2的贯通孔6的内径在导电性密封材料层16、17的设置位置、也就是说在第二部分6b处的内径D6为4mm以下。上述的导电性密封材料层16、17，调整其成分及组织，使得其线膨胀系数比氧化铝小，具体而言，即小于6.8×10-6/℃。在图2中模式化地表示了导电性密封材料层16、17的优选组织形态，导电性填充物颗粒以形成网络状导电电路的形态分散到基于玻璃基体的玻璃基体中，另一方面，绝缘性填充物颗粒，调配时的绝缘性填充物颗粒的主要部分(比如60％以上的体积)不溶解于玻璃基体，从而以结晶颗粒的形态残留、分散。上述材质的填充物颗粒的软化点较高，所以，当玻璃基体中产生过剩的溶解时，玻璃的软化点上升，流动性降低，从而导致不能确保密封性能等缺陷。
绝缘性填充物中所存在的粒径小于50μm的颗粒在调配到密封材料中时(也就是在实施密封工程前的状态时)，如图4所示，易于溶解到玻璃基体甚至是玻璃基体中。在含有率过剩时，容易导致玻璃软化点的过度上升。另一方面，在绝缘体2和端子金属件13或中心电极3的密封面上，玻璃基体担负着导电性密封材料层16、17的密封功能，介入密封面的绝缘性填充物颗粒形成了无助于该密封功能实现的非密封领域。并且，粒径超过350μm的颗粒，在介入密封面时，在局部形成了较大的非密封领域，所以，当其大量形成时，导致密封性能降低。根据上述理由，调配到密封材料的绝缘性填充物，优选使用的是，其中粒径小于50μm的颗粒的含有率为10重量％以下，并且粒径超过350μm的颗粒的含有率为5重量％以下的绝缘性填充物。另外，调配时的绝缘性填充物的粒径是使用标准筛网来测定的，能够通过网眼(表示网线内缘间的间距)为50μm的筛网的是粒径小于50μm的颗粒。同样，不能通过网眼为350μm的筛网的是粒径超过350μm的颗粒。
另外，可以把绝缘性填充物的导电性密封材料16、17的配合量设定为2～40重量％。如果该配合量小于2重量％，则难于通过绝缘性填充物的调配来取得密封材料的线膨胀系数的调整效果，但如果超过40重量％时，则会损害软化时的密封材料的流动性，从而不能确保良好的密封性能或密封部的结合强度。
通过使用上述的绝缘性填充物，可以把导电性密封材料层16、17在从截面组织上所观察到的绝缘性填充物的颗粒中，粒径为100～350μm的颗粒在截面组织中所占的面积率控制为为2～40％。通过形成上述组织，可以显著提高导电性密封材料层16、17的密封性能以及耐久性能，并长期保持良好的密封性能。
构成导电性填充物的金属粉末颗粒的平均粒径为20～40μm，密封材料整体的配合量比如为35～70重量％。如果平均粒径小于20μm，则会导致损害化学的稳定性，导致氧化退化等不利的情形甚至是难以确保必要的导电性能。如果平均粒径超过40μm，则会导致密封材料的电阻率分布不均，并且，容易损害密封工序中的流动性能。另一方面，如果金属粉末的配合量小于35重量％，则难以确保必要的导电性能，但超过70重量％时，则会导致用以确保密封性的玻璃基体的配合量不足，不仅如此，还会导致导电性密封材料层16、17的线膨胀系数过度上升，从而不能充分实现本发明的效果。
返回图1，接地电极4以及中心电极3的主体4a、3a由镍合金或铁合金等构成。另外，在中心电极3的主体3a的内部，为了加速放热而埋设了由铜或铜合金等构成的芯材3b。另一方面，上述点火部31及其相对的点火部32以贵金属合金为主体而构成，该贵金属合金以Ir、Pt及Rh中的一种或二种以上为主要成分。另外，可以省去点火部31及其相对的点火部32中的一个或两个。
上述火花塞100，比如可以用下述方法来制造。首先，关于绝缘体2，将作为原料粉末的氧化铝粉末、和Si成分、Ca成分、Mg成分、Ba成分以及B成分的各成分的源粉末以烧成后氧化物换算变成上述组分的一定比率进行调配，并添加一定量的结合剂(如PVA)和水，进行混合而制作成型用的素坯釉膏。并且，各成分的源粉末，比如，Si成分、Ca成分、Mg成分、Ba成分以及B成分可分别以SiO2粉末、CaCO3粉末、MgO粉末、BaCO3粉末以及H3BO3粉末的形式进行调配。另外，H3BO3可以溶液的形式进行调配。
可以通过喷干法等对成型用的素坯釉膏进行喷雾干燥并使之成为成型用的素坯造粒物质。并且，通过对成型用的素坯造粒物质进行胶模冲压来制作绝缘体原形的冲压成型体。这里，所使用的胶型具有沿着轴向贯通内部的空腔，在该空腔的下侧开口部嵌入了下锁紧。并且，在下锁紧的锁紧面上整体凸设。在空腔内沿着该轴向延伸。同时规定绝缘体2的贯通孔6的形状的压销。
在此状态下，一定量的成型用的素坯造粒物质填充于空腔内，以上锁紧堵塞空腔的上开口部而进行密封。在此状态下，向胶型的外周表面施加液压，通过该胶型压缩空腔的造粒物质，并由此得到冲压成型体。另外，成型用的素坯造粒物质，为了加快压型时造粒物质粉末颗粒的粉碎速度，把成型用的素坯造粒物质的重量设定为100重量分，在该成型用的素坯造粒物质中添加0.7～1.3重量分的水后，进行上述的冲压成型。通过研磨切削等对成型体的外表面进行加工，使其具有与绝缘体2对应的外形形状(参考图3)，然后，在大气中以1400～1600℃的温度烧制1～8个小时而得到绝缘体2。
接下来，如下述调制导电性密封材料粉末。即，如图5(a)所示，以一定量配合玻璃基体粉末和作为导电性填充物粉末的金属粉末以及绝缘性填充物粉末，从而得到配合原料，将其与水系溶剂以及混合用介质(比如氧化铝等的陶瓷制物)一起投入混合用的壶中，如图(b)所示，转动该壶使上述原料均匀地混合、分散。通过使用上述氧化物类绝缘性填充物粉末，可以得到一种均量的导电性密封材料层16、17，该导电性密封材料层借助于水系溶剂的混合而提高了分散性能，其软化时的流动性更趋于良好，并且，因颗粒偏集而导致的缺陷等比较少。
另外，通过下述的玻璃密封工序，把中心电极3及端子金属件13装配到绝缘体2上，并形成电阻体15及导电性密封材料层16、17。首先，釉药釉膏从喷雾嘴喷洒并涂布在绝缘体2必要的表面上，由此形成将成为图1釉药层2d的釉药釉膏涂布层2d’，并使其干燥。然后，如图6(a)所示，使中心电极3对着绝缘体2的贯通孔6插入到其第一部分6a后，如图(b)所示，填充导电性密封材料粉末H。然后，如图(c)所示，将压棒28插入贯通孔6内并预压缩被充填的粉末H，从而形成第一导电性密封材料粉末层26。接着，将电阻体组成物的原料粉末从绝缘体2的后端填充到贯通孔6内并同样进行预压缩，然后填充导电性密封材料粉末，用压棒28进行预压缩，由此，如图6(d)所示，第一导电性密封材料粉末层26、电阻体组成物粉末层25以及第二导电性密封材料粉末层27从中心电极3的一侧(下侧)层积在贯通孔6内。
并且，如图7(a)所示，形成了从后端将端子金属件13配置到贯通孔6的组合体PA。在此状态下，插入加热炉并以700～950℃的规定温度进行加热，然后，将端子金属件13从与中心电极3相反的一侧沿着轴向压入贯通孔6内，并沿着轴向挤压层积状态下的各层25～27。由此，如图(b)所示，各层被压缩、烧结后分别形成了导电性密封材料层16、电阻体15以及导电性密封材料层17(以上为密封工序)。在适用上述压缩工序的情况下，调整玻璃基体粉末、金属粉末以及绝缘性填充物粉末的配合量及粒径，导电性密封材料粉末的表观软化点优选500～1000℃。如果软化点低于500℃，则所得到的导电性密封材料层16、17的耐热性能会达不到要求，但如果超过1000℃，则密封性能又不能满足要求。另外，加热50mg的粉末试料同时进行示差热分析，从室温开始测试，其第2个吸热峰值的温度即为其软化点。另外，同时对玻璃密封工序时涂布的釉药釉膏层2d’进行釉烧，使之形成釉药层2d。
在如上所述完成了玻璃密封工序的组合体PA，上装配主体金属件1和接地电极4等，从而完成了图1所示的火花塞100。火花塞100用作向燃烧室供给的混合气体的点火源，把螺纹部7装配在引擎部件上。
为了验证本发明的效果，进行以下实验。
如下所述来制作绝缘体2。首先，以一定的比例将SiO2(纯度为99.5％，平均粒径为1.5μm)、CaCO3(纯度为99.9％，平均粒径为2.0μm)、MgO(纯度为99.5％，平均粒径为2μm)、BaCO3(纯度为99.5％，平均粒径为1.5μm)以及H3BO3(纯度为99.0％，平均粒径为1.5μm)配入作为原料粉末的氧化铝粉末(氧化铝95mol％，Na的含量(Na2O换算值)为0.1mol％)，同时，把前述配合后的粉末总量设定为100重量分，加入3重量分的亲水性黏合剂PVA和103重量部的水并进行湿法混合，从而制成成型用的素坯釉膏。
接着，用喷干法干燥所得到的成型用素坯釉膏，调制球状的成型用的素坯造粒物质。另外，用筛子把造粒物质的粒径修整为50～100μm。并且，通过已经说明的胶模冲压法，在50Mpa的压力下使前述造粒物质成型，研磨该成型体的外周表面并使之成为一定的绝缘体形状，同时，在1550℃的温度下烧制两个小时，由此得到图3(a)所示的绝缘体2(D6＝3.9mm)。另外，通过荧光X线分析，可以发现绝缘体2具有下述的组分：
Al成分：按照Al2O3的换算值计算，为94.9mol％。
Si成分：按照SiO2的换算值计算，为2.4mol％。
Ca成分：按照CaO的换算值计算，为1.9mol％。
Mg成分：按照MgO的换算值计算，为0.1mol％。
Ba成分：按照BaO的换算值计算，为0.4mol％。
B成分：按照B2O3的换算值计算，为0.3mol％。
接着，按照1∶1的质量比把配合的铜粉末和铁粉末(平均粒径均为30μm)和玻璃基体粉末(平均粒径均为150μm)混合，并使得金属粉末的含量为约50重量％，从而制成导电性玻璃混合物。并且，玻璃粉末的材质为，分别调配、溶解60重量％的SiO2、30重量％的B2O5、5重量％的Na2O以及5重量％的BaO而得到的硼硅酸碱玻璃，其软化温度为750℃。并且，向该导电性玻璃混合物中以各种比例配入由β-锂霞石、β-锂辉石、磷灰石、二氧化硅、莫来石、堇青石、锆石及钛酸铝的各种氧化物类无机材料构成的绝缘性填充物，并按照图5所示的方法进行混合后，通过干燥而制成各种导电性密封材料。另外，各种绝缘性密封材料，在用筛子对其进行颗粒修整后，通过二次调配，对粒度的分布进行调整，使得各种颗粒的含量为如下所述：粒径为150μm以上小于250μm的颗粒的含量为40重量％部；粒径为106μm以上小于150μm的颗粒的含量为40重量％；粒径为50μm以上小于106μm的颗粒的含量为15重量％；粒径小于50μm的颗粒的含量为40重量％。
另外，如下所述来调制电阻体原料粉末。首先，调配30重量％的微粒玻璃粉末(平均粒径为80μm)、66重量％的陶瓷粉末ZrO2(平均粒径为3μm)、1重量％的碳黑以及3重量％的作为有机釉膏的糊精，并以水为溶剂通过球磨进行湿法混合，然后使其干燥并得到预备素材。并且，把80重量分的粗粒玻璃粉末配入20重量分的上述预备素材，从而得到电阻体原料粉末。并且，玻璃粉末的材质为，分别调配、溶解50重量％的SiO2、29重量％的B2O5、4重量％的Li2O以及17重量％的BaO而得到的硼硅酸锂玻璃，其软化温度为585℃。
然后，使用上述导电性密封材料粉末和电阻体组成物粉末，并按照图6、7的所示工序，制作各种如图1所示的装有电阻体的火花塞100的样品。并且，用以形成导电性密封材料粉末层26的导电性密封材料粉末的填充量为0.15克，电阻体原料粉末的填充量为0.40克，用以形成导电性密封材料粉末层27的导电性密封材料粉末的填充量为0.15克，热压处理的加热温度为900℃，施加压力为100kg/cm2。
另外，各导电性密封材料粉末，对绝缘体2沿着圆周方向进行研磨清理，并取出内部的导电性密封材料层，从该导电性密封材料层截取直径为3～4mm且高为2～4mm的测定试料，并使用公知的示差膨胀计来测定自20℃至350℃之间的线膨胀系数的平均值。并且，从绝缘体2上也截取相同尺寸的测定试料，并进行相同的测定，可以得知，其平均值为7.3×10-6/℃。
如上述所得到的火花塞的样品(在各种条件下共制作100个)的装配螺纹部7，如图9所示，其被装配到形成在加压实验台上的加压空腔的螺母部上，分别以1.5Mpa(标准实验)和2.5Mpa(加速实验)的两个标准导入该加压空腔内的空气，并测定端子金属件13的空气泄露量，同时，判断其密封性能，并把泄露量达到0.5ml/分的样品测定为泄露品。在表1中，表示了使用以各种比例配合量的堇青石而得到的密封材料作为绝缘性填充物的结果(以100个样品中的泄露品的产生数来表示)。根据该表，通过配入5重量％以上的堇青石，可以将导电性玻璃密封材料的线膨胀系数的值控制为小于6.8×10-6/℃。另外，通过采用上述的线膨胀系数的值，可以显著提高加速实验时的密封性能，特别是，如果将线膨胀系数的值控制到5.1×10-6/℃以下，就可以取得更好的效果。
表1绝缘性填充物：堇青石
测定条件   绝缘性填充物的调配比例(重量％) 0 5 10 15 20 25 30
  调整密封玻璃的平均线膨胀系数 6.8 6.3 5.6 5.1 4.5 4.1 3.7
1.5MPa   泄漏数/检测数   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100
  发生率(％)   0％   0％   0％   0％   0％   0％   0％
2.5MPa   泄漏数/检测数   40/100   15/100   3/100   0/100   0/100   0/100   0/100
  发生率(％)   40％   15％   3％   0％   0％   0％   0％
接着，在表2中，表示了使用以15重量％的调配比例添加堇青石以外的各种绝缘性填充物的密封材料进行相同实验的结果。其中，线膨胀系数的值均小于6.8×10-6/℃，均可以取得良好的密封性能。另外，在使用线膨胀系数的值小于6.8×10-6/℃的作为绝缘性填充物的二氧化硅或磷灰石进行相同的实验时，无论是1.5Mpa(标准实验)还是2.5Mpa(加速实验)，10个样品中的泄露数均为零，其所取得的良好的密封性能得以验证，但，关于这一点，该表中并未提及。
表2绝缘性填充物的调配比例：15重量％
  测定条件   绝缘性填充物的种类   锆石   莫来石   锂霞石   锂辉石   钛酸铝
  调整密封玻璃的平均线膨胀系数 6.5 6.4 5.3 4.5 3.7
1.5MPa   泄漏数/检测数   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100
  发生率(％)   0％   0％   0％   0％   0％
2.5MPa   泄漏数/检测数   0/100   0/100   0/100   0/100   0/100
  发生率(％)   0％   0％   0％   0％   0％
另外，表1的实验结果是基于绝缘体的贯通孔内径D6为3.9mm这一条件而得出的。而在表3中，表示了在绝缘体的外形尺寸相同、仅仅对D6的值进行了各种变化的前提下进行相同实验(仅指加速实验)的结果。根据该表，如果贯通孔的内径D6超过4mm、比如5mm，就不会产生有密封性能的问题，能够有效发挥本发明的效果的D6的范围在4mm以下。
表3绝缘性填充物：堇青石
Figure C0214018200201

Claims (9)

1.一种火花塞，把端子金属件和中心电极通过导电性密封材料固定在沿着绝缘体的轴向所形成的贯通孔内，其特征在于，
所述绝缘体由氧化铝陶瓷构成，同时所述贯通孔的内径在所述导电性密封材料的设置位置处被控制在4mm以下，并且，所述导电性密封材料的线膨胀系数被调整在小于6.8×10-6/℃的范围内。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述导电性密封材料含有玻璃基体、导电性填充物以及绝缘性填充物，并且，所述绝缘性填充物由线膨胀系数比氧化铝低的无机材料构成。
3.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于，所述绝缘性填充物由线膨胀系数比所述玻璃基体低的无机材料构成。
4.根据权利要求2或3所述的火花塞，其特征在于，所述绝缘性填充物由氧化物类无机材料构成。
5.根据权利要求2或3所述的火花塞，其特征在于，在从所述导电性密封材料的截面组织上所观察到的绝缘性填充物的颗粒中，粒径为100～350μm范围的颗粒在截面组织中所占的面积比率为2～40％。
6.根据权利要求5所述的火花塞，其特征在于，所述导电性密封材料的线膨胀系数被调整到3.0×10-6/℃～6.5×10-6/℃的范围内。
7.根据权利要求2或3所述的火花塞，其特征在于，所述绝缘性填充物在所述导电性密封材料中的配合量为2～40重量％。
8.根据权利要求2或3所述的火花塞，其特征在于，作为所述绝缘性填充物，其中，粒径小于50μm的颗粒的含有量为10重量％以下，并且，粒径超过350μm的颗粒的含有量为5重量％以下。
9.根据权利要求2或3所述的火花塞，其特征在于，所述绝缘性填充物的材质使用选自β-锂霞石、β-锂辉石、磷灰石、二氧化硅、莫来石、堇青石、锆石及钛酸铝中的1种或2种以上。
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