JP2018073778A - Resistor and spark plug including the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resistor excellent in heat resistance and capable of suppressing an increase in resistance value even in a high temperature environment and a spark plug including the same.SOLUTION: A resistor 10 includes: a plurality of ceramic particles 11; and a polycrystalline body having carbon aggregates 2 extending at least linearly along spaces between the particles of the plurality of ceramic particles 11. This makes it possible to realize a resistor excellent in heat resistance and capable of suppressing an increase in a resistance value even in a high temperature environment.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、例えば高温環境下で使用される抵抗体およびこれを備えたスパークプラグに関するものである。   The present invention relates to a resistor used in, for example, a high-temperature environment and a spark plug including the resistor.

内燃機関用スパークプラグは、内燃機関(エンジン)に取付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられるものである。一般的にスパークプラグは、軸孔を有する絶縁体と、当該軸孔の先端側に挿通される中心電極と、軸孔の後端側に挿通される端子電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端面に設けられ、中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備えている。また、軸孔内であって、中心電極及び端子電極の間には、エンジンの動作に伴い発生する電波雑音(ノイズ)を抑制するための抵抗体が設けられ、当該抵抗体を介して両電極が電気的に接続されている(例えば、特許文献1等参照)。   A spark plug for an internal combustion engine is attached to an internal combustion engine (engine) and used for ignition of an air-fuel mixture in a combustion chamber. Generally, a spark plug is provided on the outer periphery of an insulator having an axial hole, a center electrode inserted through the front end of the axial hole, a terminal electrode inserted through the rear end of the axial hole, and the insulator. The metal shell includes a metal shell and a ground electrode that is provided on the front end surface of the metal shell and forms a spark discharge gap with the center electrode. In addition, a resistor is provided in the shaft hole between the center electrode and the terminal electrode to suppress radio noise (noise) generated with the operation of the engine, and both electrodes are connected via the resistor. Are electrically connected (see, for example, Patent Document 1).

ここで、特許文献1に記載の抵抗体は、主成分としてガラス粒子を有し、ガラス粒子間にカーボンブラックによる電気伝導経路が形成された構成のものである。   Here, the resistor described in Patent Document 1 has a configuration in which glass particles are used as a main component, and an electric conduction path is formed by carbon black between the glass particles.

国際公開第2009/154070号公報International Publication No. 2009/154070

近年、スパークプラグの短/小径化により、燃焼室の近くに抵抗体を配置する制約があることや、リーンバーン化により燃焼温度が上昇することなどから、さらなる耐熱性や高温下でのノイズ抑制効果が求められている。   In recent years, spark plugs have become shorter / smaller and there are restrictions on the placement of resistors near the combustion chamber, and the combustion temperature rises due to lean burn, leading to further heat resistance and noise suppression at high temperatures. An effect is sought.

従来の抵抗体においては、高温環境でガラス粒子が軟化したり溶けたりしてしまうので、耐熱性に問題があった。   Conventional resistors have a problem in heat resistance because glass particles soften or melt in a high temperature environment.

また、従来の抵抗体においては、温度が上昇するほどカーボンブラックの抵抗値が増加する傾向(温度依存性)があり、このような抵抗体をスパークプラグに用いると、抵抗値が高くなりすぎてノイズ除去の効果が小さくなったり、点火効率が低下したりする問題があった。   Further, in the conventional resistor, the resistance value of carbon black tends to increase as the temperature rises (temperature dependency). If such a resistor is used for a spark plug, the resistance value becomes too high. There are problems that the effect of noise reduction becomes small and the ignition efficiency decreases.

本開示の抵抗体は、上記事情に鑑みてなされたもので、耐熱性に優れ、温度上昇に伴う抵抗値の上昇を抑制することのできる抵抗体およびこれを備えたスパークプラグを提供することを目的とする。   The resistor of the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and provides a resistor that is excellent in heat resistance and can suppress an increase in resistance value due to a temperature rise, and a spark plug including the resistor. Objective.

本開示の抵抗体は、複数のセラミック粒子と、該複数のセラミック粒子の粒子間に沿って、少なくとも線状に連続して延びるカーボン凝集体とを有する多結晶体を含んでいる。   The resistor according to the present disclosure includes a polycrystalline body having a plurality of ceramic particles and a carbon aggregate extending continuously at least linearly along the particles of the plurality of ceramic particles.

また、本開示のスパークプラグは、先端側の中心電極と、後端側の端子電極と、前記中心電極と前記端子電極との間に配置された上記の抵抗体とを備えている。   The spark plug according to the present disclosure includes a center electrode on the front end side, a terminal electrode on the rear end side, and the resistor disposed between the center electrode and the terminal electrode.

本開示の抵抗体によれば、耐熱性に優れ、温度上昇に伴う抵抗値の上昇を抑制することができる。また、この抵抗体を備えたスパークプラグによれば、温度上昇によっても抵抗体の抵抗値上昇が抑制されることから、ノイズ除去の効果を維持し、点火効率を向上させることができる。   According to the resistor of the present disclosure, heat resistance is excellent, and an increase in resistance value accompanying a temperature increase can be suppressed. Moreover, according to the spark plug provided with this resistor, since the resistance value increase of the resistor is suppressed even when the temperature rises, the effect of noise removal can be maintained and the ignition efficiency can be improved.

(a)は抵抗体の実施形態の一例を示す要部拡大断面図、(b)は(a)に示すカーボン凝集体の一例の拡大図、(c)は(a)に示すカーボン凝集体の他の例の拡大図である。(A) is a principal part expanded sectional view which shows an example of embodiment of a resistor, (b) is an enlarged view of an example of the carbon aggregate shown to (a), (c) is a carbon aggregate shown to (a). It is an enlarged view of another example. カーボン凝集体の一例の拡大図である。It is an enlarged view of an example of a carbon aggregate. 抵抗体の実施形態の他の例を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the other example of embodiment of a resistor. 抵抗体の実施形態の他の例を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the other example of embodiment of a resistor. 抵抗体を用いたスパークプラグの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the spark plug using a resistor.

以下、本開示の抵抗体の実施形態の一例について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an exemplary embodiment of a resistor according to the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

図1(a)は抵抗体の実施形態の一例を示す要部拡大断面図、図1(b)は図1(a)に示すカーボン凝集体の拡大図、図1(c)は図1(a)に示すカーボン凝集体の他の例の拡大図である。   1A is an enlarged cross-sectional view of a main part showing an example of an embodiment of a resistor, FIG. 1B is an enlarged view of the carbon aggregate shown in FIG. 1A, and FIG. It is an enlarged view of the other example of the carbon aggregate shown to a).

図1に示す本開示の抵抗体10は、複数のセラミック粒子1と、該複数のセラミック粒子1の粒子間に沿って、少なくとも線状に連続して延びるカーボン凝集体2とを有する多結晶体を含んでいる。   A resistor 10 according to the present disclosure shown in FIG. 1 includes a plurality of ceramic particles 1 and a carbon aggregate 2 continuously extending at least linearly along the particles of the plurality of ceramic particles 1. Is included.

抵抗体10は、複数のセラミック粒子1を有する多結晶体である。この多結晶体を構成する複数のセラミック粒子1としては、アルミナ、ジルコニア、ジルコン、ムライト等の酸化物セラミックが挙げられる。特に、アルミナは、熱衝撃に優れ、高温でも使用できる酸化物である。そして、温度が上昇しても相変態が生じないので急激な体積変化も生じず、金属イオンの価数も変化しないので周囲の金属成分との反応も起きず、長期間安定して抵抗体10として機能させるのに寄与する。   The resistor 10 is a polycrystalline body having a plurality of ceramic particles 1. Examples of the plurality of ceramic particles 1 constituting the polycrystal include oxide ceramics such as alumina, zirconia, zircon, and mullite. In particular, alumina is an oxide that has excellent thermal shock and can be used even at high temperatures. Since the phase transformation does not occur even when the temperature rises, a sudden volume change does not occur, and the valence of the metal ion does not change. Therefore, the reaction with the surrounding metal component does not occur, and the resistor 10 is stably stable for a long time. It contributes to function as.

このように、抵抗体10を酸化物セラミックの多結晶体で構成することで、ガラス粒子を主成分とする抵抗体に比べて、軟化したり溶けたりすることなく、耐熱性に優れたものとすることができる。   Thus, by comprising the resistor 10 with the oxide ceramic polycrystal, it is superior in heat resistance without being softened or melted compared to a resistor mainly composed of glass particles. can do.

そして、多結晶体を構成する抵抗体10は、複数のセラミック粒子1の粒子間に沿って、少なくとも線状に連続して延びるカーボン凝集体2を有している。   And the resistor 10 which comprises a polycrystal body has the carbon aggregate 2 extended continuously at least linearly along the particle | grains of several ceramic particle | grains 1. As shown in FIG.

複数のセラミック粒子1を有する多結晶体の表面近傍は、結晶格子が乱れたりノンストイキオメトリーの状態になったりするので自由電子が生じるが、この自由電子は電荷の補償によってセラミック粒子表面に拘束されているため、隣り合ったセラミック粒子間への自由電子の移動が拘束されている。   In the vicinity of the surface of the polycrystal body having a plurality of ceramic particles 1, free electrons are generated because the crystal lattice is disordered or non-stoichiometric. Therefore, the movement of free electrons between adjacent ceramic particles is restricted.

そこで、複数のセラミック粒子1の粒子間に導電性材料を存在させ、電気伝導経路を有する構成とする必要がある。   Therefore, it is necessary that a conductive material be present between the plurality of ceramic particles 1 to have an electric conduction path.

しかしながら、複数のセラミック粒子の粒子間にカーボンブラックを有する構成であると、温度上昇に伴う格子振動の増加、温度上昇に伴うカーボンブラックの抵抗値の上昇(温度依存性)などによって、抵抗体の抵抗値が高くなりすぎる傾向がある。一方、温度上
昇によっても抵抗値を低く維持するために、導電性材料であるカーボンブラックの含有量を絶縁性のセラミック粒子の原料粉末に対して多くして、その混合比率を変えてしまうと、抵抗体の強度が低下し、セラミック粒子とカーボンブラックとの熱膨張差によってこれらの間にクラックが生じ、スパークするなどして抵抗体10が長期間にわたって安定して機能しなくなってしまう。
However, in the structure having carbon black between a plurality of ceramic particles, the resistance of the resistor is increased due to an increase in lattice vibration accompanying a temperature rise, an increase in the resistance value of carbon black accompanying the temperature rise (temperature dependence), and the like. The resistance value tends to be too high. On the other hand, in order to keep the resistance value low even with a temperature rise, the content of carbon black, which is a conductive material, is increased with respect to the raw material powder of insulating ceramic particles, and the mixing ratio is changed. The resistance of the resistor is reduced, cracks are generated between the ceramic particles and the carbon black due to the difference in thermal expansion, and the resistor 10 does not function stably over a long period of time due to sparking.

これに対し、本開示の抵抗体10は、複数のセラミック粒子1の粒子間に沿って、少なくとも線状に連続して延びるカーボン凝集体2を有している。ここで、線状に連続して延びるカーボン凝集体2とは、図2に示すように炭素原子が網目のように結合してできた糸状体、繊維状体、筒状体等のことをいい、いわゆるカーボンナノチューブがこれに該当する。このような構造のカーボン凝集体2は、カーボンブラックとは異なり、温度上昇によって抵抗値が維持ないし低下する性質がある。   On the other hand, the resistor 10 according to the present disclosure includes the carbon aggregate 2 that continuously extends at least linearly along the plurality of ceramic particles 1. Here, the carbon aggregate 2 continuously extending linearly refers to a filamentous body, a fibrous body, a cylindrical body or the like formed by bonding carbon atoms like a network as shown in FIG. This is the case with so-called carbon nanotubes. Unlike the carbon black, the carbon aggregate 2 having such a structure has a property that the resistance value is maintained or lowered as the temperature rises.

したがって、抵抗体10は、温度依存性による抵抗値の上昇が抑制され、むしろ抵抗値が小さくなる。また、カーボンブラックに比べて少ない量であっても、低い抵抗値を実現でき、セラミック粒子1とカーボン凝集体2との間にクラックが生じるのを抑制して、長期間安定して抵抗体10として機能させることができる。   Therefore, the resistance value of the resistor 10 is suppressed from increasing due to temperature dependence, and rather the resistance value becomes small. Further, even if the amount is smaller than that of carbon black, a low resistance value can be realized, and cracking between the ceramic particles 1 and the carbon aggregate 2 can be suppressed, and the resistor 10 can be stably stabilized for a long period of time. Can function as.

なお、複数のセラミック粒子1の粒子間には、カーボン凝集体2の他に、マトリクス4が存在している。このマトリクス4は、高温焼成時に液相として形成され、冷却後に主成分である複数のセラミック粒子1の粒界に形成されるものであって、主としてガラス成分からなる。ここで、ガラス成分としては、再結晶化しているものも含まれる。   In addition to the carbon aggregates 2, a matrix 4 exists between the plurality of ceramic particles 1. The matrix 4 is formed as a liquid phase during high-temperature firing, and is formed at the grain boundaries of the plurality of ceramic particles 1 as the main component after cooling, and is mainly composed of a glass component. Here, what is recrystallized is also contained as a glass component.

ここで、図1(b)には、カーボン凝集体2が線状(糸状)のものであって、このカーボン凝集体2が複数本複雑に絡み合った構造を示しているが、このような形態に限られない。例えば、図1(c)に示すようにカーボン凝集体2が幅方向に広がった形状(帯状)に連続して延びている形状のものでもよい。また、図3に示すようにカーボン凝集体2がさらに広範囲に広がった形状(膜状)に連続して延びている形状のものであってもよい。なお、図3は、隣接するセラミック粒子1とセラミック粒子1との間のネック部分に、これらの粒子の表面にまたがるように膜状のカーボン凝集体2が設けられた例を示している。また、図4は、隣接するセラミック粒子1とセラミック粒子1との間の界面にも膜状のカーボン凝集体2が設けられた例を示している。   Here, FIG. 1B shows a structure in which the carbon aggregates 2 are linear (thread-like), and a plurality of the carbon aggregates 2 are intertwined in a complicated manner. Not limited to. For example, as shown in FIG. 1 (c), the carbon aggregate 2 may have a shape extending continuously in a shape (band shape) extending in the width direction. Further, as shown in FIG. 3, the carbon aggregate 2 may have a shape that continuously extends in a shape (film shape) that spreads over a wider range. FIG. 3 shows an example in which a film-like carbon aggregate 2 is provided at the neck portion between adjacent ceramic particles 1 so as to straddle the surfaces of these particles. FIG. 4 shows an example in which a film-like carbon aggregate 2 is also provided at the interface between adjacent ceramic particles 1.

複数のセラミック粒子1の粒子間に、少なくとも線状に連続して延びるカーボン凝集体2をマトリクス4とともに有している構成によれば、カーボンブラックが充填されているような構成に比べて、温度が上昇したときのセラミック粒子1から生じる自由電子による電気伝導度の変化の影響を受けにくい。さらに、このカーボン凝集体2が帯状や膜状であることで、瞬間的な電流がカーボン凝集体2の表面だけを伝達しやすくなって、より電気伝導度の変化の影響を受けにくく、長期間安定して抵抗体10として機能する。   According to the configuration in which the carbon aggregates 2 extending at least linearly between the ceramic particles 1 and the matrix 4 are included, the temperature is higher than that in the configuration in which carbon black is filled. Is less susceptible to changes in electrical conductivity due to free electrons generated from the ceramic particles 1 when rises. Further, since the carbon aggregate 2 is in the form of a band or a film, an instantaneous current is easily transmitted only on the surface of the carbon aggregate 2, and is less susceptible to changes in electrical conductivity. The resistor 10 functions stably.

また、カーボン凝集体2は、3次元網目状に連続して延びていてもよい。この構成によれば、周囲の温度変化によって多結晶体を構成する複数のセラミック粒子1が熱膨張と収縮を繰り返したとしても、カーボン凝集体2がセラミック粒子1と絡み合って密着性を保つことができる。これにより、セラミック粒子1とカーボン凝集体2との間にクラックが生じるのをさらに抑制して、さらに長期間安定して抵抗体10として機能させることができる。   Moreover, the carbon aggregate 2 may extend continuously in a three-dimensional network. According to this configuration, even if the plurality of ceramic particles 1 constituting the polycrystal body repeat thermal expansion and contraction due to a change in ambient temperature, the carbon aggregate 2 can be entangled with the ceramic particles 1 to maintain adhesion. it can. Thereby, it can further suppress that a crack arises between the ceramic particle 1 and the carbon aggregate 2, and can function as the resistor 10 more stably for a long period of time.

さらに、図1、図3および図4に示すように、複数のセラミック粒子1の粒子間には、カーボン凝集体2とともに空隙3があってもよい。この構成によれば、周囲の温度変化によって多結晶体を構成する複数のセラミック粒子1が熱膨張と収縮を繰り返したとしても
、空隙3が応力を緩和して、カーボン凝集体2とセラミック粒子1との密着性を保つことができる。これにより、セラミック粒子1とカーボン凝集体2との間にクラックが生じるのをさらに抑制して、さらに長期間安定して抵抗体10として機能させることができる。
Further, as shown in FIGS. 1, 3, and 4, there may be voids 3 together with the carbon aggregates 2 between the plurality of ceramic particles 1. According to this configuration, even if the plurality of ceramic particles 1 constituting the polycrystal body repeat thermal expansion and contraction due to a change in ambient temperature, the void 3 relaxes the stress, and the carbon aggregate 2 and the ceramic particles 1 Adhesion with can be maintained. Thereby, it can further suppress that a crack arises between the ceramic particle 1 and the carbon aggregate 2, and can function as the resistor 10 more stably for a long period of time.

次に、上述の抵抗体10の製造方法の例について説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the resistor 10 will be described.

まず、フェノール樹脂を例えばトルエン、メチルエチルケトンなどの溶剤中に溶かして粒径約10nmのコロイドとして分散させたものをカーボン凝集体2の前駆体とする。ここで、フェノール樹脂は、溶剤に可溶でセラミック原料粉末への添加分散を均一にすることができるとともに、焼成後のカーボン凝集体2を糸状(線状)の構造体とすることができる。なお、カーボン凝集体2の前駆体としては、フェノール樹脂のほか、カーボンナノチューブ等の糸状あるは繊維状のカーボン源を第2の前駆体として単独または混合して使用することもできる。言い換えると、カーボン凝集体2の前駆体の一部または全部の代わりに、あらかじめカーボンナノチューブの粉末を第2の前駆体として添加することもできる。   First, a precursor of the carbon aggregate 2 is obtained by dissolving a phenol resin in a solvent such as toluene or methyl ethyl ketone and dispersing it as a colloid having a particle size of about 10 nm. Here, the phenol resin is soluble in a solvent and can be uniformly dispersed in the ceramic raw material powder, and the carbon aggregate 2 after firing can be formed into a thread-like (linear) structure. In addition, as a precursor of the carbon aggregate 2, in addition to a phenol resin, a filamentous or fibrous carbon source such as a carbon nanotube may be used alone or in combination as the second precursor. In other words, instead of a part or all of the precursor of the carbon aggregate 2, carbon nanotube powder may be added in advance as the second precursor.

(工法1)
次に、アルミナ、ジルコニア、ジルコン、ムライト等の酸化物セラミック原料粉末と、焼結助剤のCaO、SiO、ZnO、TiO、ZrO等と、例えばポリビニールアルコール、パラフィンワックス、アクリル樹脂などのバインダーと、上記前駆体および/または第2の前駆体とを混合し、乾燥させてプレスした後、1450℃から1650℃で焼成する。このとき、カーボンが周囲の酸素と反応して揮発しないようにカーボン粉末中で埋め焼きを行う。なお、前駆体および第2の前駆体は、酸化物セラミック原料粉末100質量%に対し、例えば1〜20質量%の割合で混合される。
(Method 1)
Next, oxide ceramic raw material powders such as alumina, zirconia, zircon, mullite, sintering aids such as CaO, SiO 2 , ZnO, TiO 2 , ZrO 2, etc., for example, polyvinyl alcohol, paraffin wax, acrylic resin, etc. The binder and the precursor and / or the second precursor are mixed, dried, pressed, and fired at 1450 to 1650 ° C. At this time, filling is performed in the carbon powder so that the carbon does not react with surrounding oxygen and volatilize. In addition, a precursor and a 2nd precursor are mixed in the ratio of 1-20 mass% with respect to 100 mass% of oxide ceramic raw material powders, for example.

なお、前駆体はセラミック粒子1内に拡散するのではなく周囲の液相成分とともにセラミック粒子1の粒子間に沿って線状(糸状や繊維状)にまとわりつきながら焼結が進行する。これにより、図1(a)に示すような、セラミック粒子1の粒子間に沿って、少なくとも線状に連続して延びるカーボン凝集体2を形成することができる。   The precursor does not diffuse into the ceramic particles 1, but the sintering proceeds while clinging together in a linear (thread-like or fiber-like) manner between the ceramic particles 1 together with the surrounding liquid phase components. Thereby, as shown in FIG. 1A, a carbon aggregate 2 extending continuously at least linearly along the ceramic particles 1 can be formed.

ここで、塊状にならないように膜状にするには、粒子表面に貼りついた糸状や繊維状の前駆体が重なって構成される必要があるため、コロイドがカーボン膜になるように、酸化物の結晶成長を抑制するように最高温度でのキープ時間を1時間以内として焼成するのがよい。また、3次元網目構造とするには、カーボン膜に応力を加えるために3時間以内で冷却するのがよい(膜状になったカーボン凝集体が引き裂かれて網状になる)。なお、装置や設備によってはこれにとらわれるものではない。   Here, in order to form a film so as not to form a lump, it is necessary that the thread-like or fibrous precursors adhered to the particle surface are overlapped, so that the colloid becomes a carbon film, so that the oxide In order to suppress the crystal growth, it is preferable to carry out the firing at a maximum temperature of 1 hour or less. In order to obtain a three-dimensional network structure, it is preferable to cool the carbon film within 3 hours in order to apply stress (the film-like carbon aggregates are torn into a network). Note that this is not limited to some devices and facilities.

(工法2)
また、図3に示すように、カーボンが隣接するセラミック粒子1とセラミック粒子1との間のネック部分におけるマトリクス中で凝集したカーボン凝集体2とするには、焼結中の液相成分内にカーボンが凝集することが必要であり、そのために、コロイドが液相とともに移動できるように、焼結助剤のCaO、SiO、ZnO、TiO、ZrOを覆うように当該焼結助剤にコロイドをコーティングした後に、バインダーを加える。その後、コロイドがカーボン凝集体2になるように、液相がマトリクスとなった後、結晶化を抑制するように最高温度でのキープ時間は1時間以内として焼成するのがよい。また、3次元網目構造とするにはカーボン膜に応力を加えるために3時間以内で冷却するのがよい。なお、装置や設備によってはこれにとらわれるものではない。
(Method 2)
Further, as shown in FIG. 3, in order to obtain a carbon aggregate 2 in which carbon is agglomerated in a matrix at a neck portion between adjacent ceramic particles 1 and ceramic particles 1, It is necessary for the carbon to agglomerate. For this reason, the sintering aid is covered so as to cover the sintering aids CaO, SiO 2 , ZnO, TiO 2 and ZrO 2 so that the colloid can move together with the liquid phase. After coating the colloid, the binder is added. Then, after the liquid phase becomes a matrix so that the colloid becomes the carbon aggregate 2, it is preferable to perform baking at a maximum temperature of 1 hour or less so as to suppress crystallization. In order to obtain a three-dimensional network structure, it is preferable to cool the carbon film within 3 hours in order to apply stress. Note that this is not limited to some devices and facilities.

(工法3)
また、図4に示すように、カーボンが隣接するセラミック粒子1とセラミック粒子1と
の間の界面で凝集したカーボン凝集体2とするには、焼結中の液相成分内にカーボンが凝集することが必要であり、その後、焼結が進行する時にマトリクス成分が結晶間から押し出され、カーボンだけが残留する必要がある。そこで、アルミナ、ジルコニア、ジルコン、ムライト等の酸化物セラミック原料粉末を覆うように当該酸化物セラミック原料粉末にコロイドをコーティングした後、液相となる焼結助剤のCaO、SiO、ZnO、TiO、ZrOとともにバインダーを加える。ここで、液相が周囲の前駆体の凝集物に浸み出すように、前駆体の凝集物の粒径とアルミナ、ジルコニア、ジルコン、ムライト等の酸化物セラミック原料粉末の粒径を同じサイズとするのがよい。前駆体の凝集物の粒径を酸化物セラミック原料粉末の粒径と同じにするには、あらかじめバインダーと前駆体の凝集物からなる混合物を白金るつぼまたはアルミナ匣鉢などの容器に入れて熱処理して粒径を確認して、最適の前駆体凝集物となるように設計すればよい。粒径が大きいときは、原料がカーボンナノチューブの場合は粒径の小さいものに変更し、フェノール樹脂が原料の場合はコロイド径が小さくなるように溶媒中のフェノール樹脂の濃度を下げるように溶媒を増やして混合すればよい。一方、粒径が小さいときは、粒径の大きいものへの変更やフェノール樹脂の濃度を上げるなどすればよい。そして、結晶間の液相が浸みだしたあとは取り残されたカーボンが凝集したまま焼結が進行する。ここで、3次元網目構造とするにはカーボン膜に応力を加えるために3時間以内で冷却するのがよい。
(Method 3)
Further, as shown in FIG. 4, in order to obtain a carbon aggregate 2 in which carbon is aggregated at the interface between adjacent ceramic particles 1 and ceramic particles 1, the carbon aggregates in the liquid phase component during sintering. After that, when sintering proceeds, the matrix component is pushed out from between the crystals, and only the carbon needs to remain. Therefore, after coating the oxide ceramic raw material powder with colloid so as to cover the oxide ceramic raw material powder such as alumina, zirconia, zircon, mullite, etc., the sintering aids CaO, SiO 2 , ZnO, TiO which become the liquid phase 2, addition of a binder together with ZrO 2. Here, the particle size of the precursor aggregate and the particle size of the oxide ceramic raw material powder of alumina, zirconia, zircon, mullite, etc. are the same size so that the liquid phase oozes into the aggregates of the surrounding precursors It is good to do. To make the particle size of the precursor agglomerates the same as the particle size of the oxide ceramic raw material powder, put the mixture of the binder and precursor agglomerates in a container such as a platinum crucible or an alumina mortar and heat-treat in advance. Thus, the particle size may be confirmed to design an optimal precursor aggregate. When the particle size is large, if the raw material is carbon nanotubes, change to a smaller particle size, and if the phenol resin is the raw material, change the concentration of the phenol resin in the solvent so that the colloid diameter is small. Increase and mix. On the other hand, when the particle size is small, the particle size may be changed to a larger one or the concentration of the phenol resin may be increased. Then, after the liquid phase between the crystals begins to saturate, the sintering proceeds while the carbon left behind is aggregated. Here, in order to obtain a three-dimensional network structure, it is preferable to cool within 3 hours in order to apply stress to the carbon film.

次に、本開示のスパークプラグについて説明する。   Next, the spark plug of the present disclosure will be described.

図5に示すスパークプラグ20は、先端側の中心電極21と、後端側の端子電極と22、中心電極21と端子電極22との間に配置された上述の抵抗体10とを備えている。   The spark plug 20 shown in FIG. 5 includes a center electrode 21 on the front end side, a terminal electrode 22 on the rear end side, and the above-described resistor 10 disposed between the center electrode 21 and the terminal electrode 22. .

具体的には、図5に示す形態においては、スパークプラグ20の軸孔の先端部側には中心電極21が挿入、固定されている。より詳しくは、中心電極21の後端部には、自身の外周方向に向けて膨出する膨出部211が形成されており、当該膨出部211が前記軸孔の段部に対して係止された状態で、中心電極21が固定されている。中心電極21は、銅又は銅合金からなる内層と、ニッケル(Ni)を主成分とするNi合金からなる外層とにより構成されている。さらに、中心電極21は、全体として棒状(円柱状)をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子23の先端から突出している。   Specifically, in the embodiment shown in FIG. 5, the center electrode 21 is inserted and fixed on the tip end side of the shaft hole of the spark plug 20. More specifically, a bulging portion 211 that bulges toward the outer periphery of the center electrode 21 is formed at the rear end portion of the center electrode 21, and the bulging portion 211 is engaged with the step portion of the shaft hole. In the stopped state, the center electrode 21 is fixed. The center electrode 21 is comprised by the inner layer which consists of copper or a copper alloy, and the outer layer which consists of nickel alloy which has nickel (Ni) as a main component. Furthermore, the center electrode 21 has a rod-like shape (cylindrical shape) as a whole, its tip end surface is formed flat, and protrudes from the tip end of the insulator 23.

また、軸孔の後端部側(大径部)には、絶縁碍子23の後端から突出した状態で端子電極22が挿入、固定されている。   Further, the terminal electrode 22 is inserted and fixed on the rear end side (large diameter portion) of the shaft hole in a state of protruding from the rear end of the insulator 23.

さらに、軸孔(大径部)の中心電極21と端子電極22との間には、円柱状の抵抗体10が配設されている。当該抵抗体10の両端部は、導電性のガラスシール層を介して、中心電極21と端子電極22とにそれぞれ電気的に接続されている。   Further, a columnar resistor 10 is disposed between the center electrode 21 and the terminal electrode 22 of the shaft hole (large diameter portion). Both end portions of the resistor 10 are electrically connected to the center electrode 21 and the terminal electrode 22 through a conductive glass seal layer, respectively.

加えて、主体金具24は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ20をエンジンヘッドに取付けるためのねじ部(雄ねじ部)241が形成されている。また、ねじ部241の後端側の外周面には座部242が形成されている。さらに、主体金具24の後端側には、主体金具24をエンジンヘッドに取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部243が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子23を保持するための加締め部244が設けられている。   In addition, the metal shell 24 is formed in a cylindrical shape from a metal such as low carbon steel, and a screw portion (male screw portion) 241 for attaching the spark plug 20 to the engine head is formed on the outer peripheral surface thereof. . In addition, a seat portion 242 is formed on the outer peripheral surface on the rear end side of the screw portion 241. Further, on the rear end side of the metal shell 24, a tool engaging portion 243 having a hexagonal cross section for engaging a tool such as a wrench when the metal shell 24 is attached to the engine head is provided. A caulking portion 244 for holding the insulator 23 is provided.

また、主体金具24の内周面には、絶縁碍子23を係止するためのテーパ状の段部245が設けられている。そして、絶縁碍子23は、主体金具の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部231が主体金具24の段部245に係止された状態で固定される。   Further, a tapered step 245 for locking the insulator 23 is provided on the inner peripheral surface of the metal shell 24. Then, the insulator 23 is inserted from the rear end side to the front end side of the metal shell, and is fixed in a state where its step portion 231 is locked to the step portion 245 of the metal shell 24.

尚、絶縁碍子23及び主体金具24双方の段部には、円環状の板パッキン(図示せず)が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子23の脚長部232と主体金具24の内周面との隙間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具24の後端側においては、主体金具24と絶縁碍子23との間に環状のリング部材26が介在され、リング部材26間にはタルク(滑石)27の粉末が充填されている。すなわち、主体金具24は、板パッキン(図示せず)、リング部材26及びタルク27を介して絶縁碍子23を保持している。   An annular plate packing (not shown) is interposed between the step portions of both the insulator 23 and the metal shell 24. Thereby, the airtightness in the combustion chamber is maintained, and the fuel air entering the gap between the leg long part 232 of the insulator 23 exposed to the combustion chamber and the inner peripheral surface of the metal shell 24 is prevented from leaking outside. Furthermore, in order to make the sealing by caulking more complete, an annular ring member 26 is interposed between the metal shell 24 and the insulator 23 on the rear end side of the metal shell 24, and between the ring members 26. Is filled with talc 27 powder. That is, the metal shell 24 holds the insulator 23 via the plate packing (not shown), the ring member 26 and the talc 27.

また、主体金具24の先端面には、ニッケル(Ni)系合金で構成された接地電極25が接合されている。すなわち、接地電極25は、主体金具24の先端面に対しその後端部が溶接されるとともに、先端側が曲げ返されて、その側面が中心電極21の先端部と対向するように配置されている。   A ground electrode 25 made of a nickel (Ni) alloy is joined to the front end surface of the metal shell 24. That is, the ground electrode 25 is disposed so that the rear end portion thereof is welded to the front end surface of the metal shell 24, the front end side is bent back, and the side surface thereof faces the front end portion of the center electrode 21.

加えて、中心電極21の先端面には、貴金属合金(例えば、白金合金やイリジウム合金等)からなる円柱状の貴金属チップ212が接合されている。また、接地電極25のうち前記貴金属チップと対向する面には、円柱状の貴金属チップ251が接合されている。貴金属チップ212の先端部及び貴金属チップ251の先端部間には、火花放電間隙が形成される。   In addition, a columnar noble metal tip 212 made of a noble metal alloy (for example, a platinum alloy or an iridium alloy) is joined to the tip surface of the center electrode 21. Further, a columnar noble metal tip 251 is joined to the surface of the ground electrode 25 facing the noble metal tip. A spark discharge gap is formed between the tip of the noble metal tip 212 and the tip of the noble metal tip 251.

以下、実施例について説明する。   Examples will be described below.

まず、スパークプラグ用の抵抗体を作製した。前駆体としてのフェノール樹脂および/または第2の前駆体としてのカーボンナノチューブを溶剤中に分散させたものと、アルミナ,ジルコニア,ジルコンまたはムライトからなる酸化物セラミック原料粉末と、焼結助剤と、バインダーとを混合し、乾燥させてプレスした後、1450℃から1650℃で焼成した。このとき、カーボンが周囲の酸素と反応して揮発しないようにカーボン粉末中で埋め焼きを行った。   First, a resistor for a spark plug was produced. A phenol resin as a precursor and / or a carbon nanotube as a second precursor dispersed in a solvent, an oxide ceramic raw material powder made of alumina, zirconia, zircon or mullite, a sintering aid, The mixture was mixed with the binder, dried and pressed, and then fired at 1450 ° C. to 1650 ° C. At this time, filling was performed in carbon powder so that carbon would not react with surrounding oxygen and volatilize.

ここで、さらに具体的には、工法として3種類の異なる方法を用いた。   Here, more specifically, three different methods were used as the construction method.

工法1としては、前駆体および/または第2の前駆体を溶剤中に分散させたものと、セラミック原料粉末と、焼結助剤と、バインダーとをそのまま混合して焼成した(試料No.1〜5、8〜10)。   As the construction method 1, a precursor and / or a second precursor dispersed in a solvent, a ceramic raw material powder, a sintering aid, and a binder are mixed and fired as they are (sample No. 1). -5, 8-10).

工法2としては、焼結助剤に前駆体および/または第2の前駆体を溶剤中に分散させてなるコロイドをコーティングしたうえで、酸化物セラミック原料粉末とバインダーも混合して焼成した(試料No.6)。   In Method 2, the sintering aid is coated with a colloid obtained by dispersing the precursor and / or the second precursor in a solvent, and then the oxide ceramic raw material powder and the binder are mixed and fired (sample) No. 6).

工法3としては、酸化物セラミック原料粉末に前駆体および/または第2の前駆体を溶剤中に分散させてなるコロイドをコーティングしたうえで、焼結助剤とバインダーも混合して焼成した(試料No.7)。   As Method 3, the oxide ceramic raw material powder is coated with a colloid obtained by dispersing a precursor and / or a second precursor in a solvent, and then a sintering aid and a binder are mixed and fired (sample) No. 7).

なお、各試料における酸化物セラミック原料粉末100質量部に対する前駆体または第2前駆体の添加量は、表1に示している。   In addition, Table 1 shows the addition amount of the precursor or the second precursor with respect to 100 parts by mass of the oxide ceramic raw material powder in each sample.

そして、各試料の抵抗値について測定した。その結果を表1に示す。   And it measured about the resistance value of each sample. The results are shown in Table 1.

Figure 2018073778
Figure 2018073778

表1によれば、いずれの試料においても、温度上昇によって抵抗値が大きくなることはなく、むしろ低下して1000℃では0.1〜10kΩの範囲内の実用的な抵抗体を作成できていることがわかる。   According to Table 1, in any sample, the resistance value does not increase due to temperature rise, but rather decreases, and a practical resistor within the range of 0.1 to 10 kΩ can be created at 1000 ° C. I understand that.

また、上記の各抵抗体を用いたスパークプラグを用意し、日本工業規格B8031の6.10に規定された方法により負荷寿命試験を行い、負荷寿命(長期安定性)を評価した。なお、負荷寿命(長期安定性)の評価は、試験前の抵抗値に対する試験後の抵抗値の抵抗変化率ΔRにより、下記の4段階で評価した。
◎:ΔRが±15%以内。
○:ΔRが±25%以内。
△:ΔRが±30%以内。
×:ΔRが±30%を超過。
Moreover, the spark plug using each said resistor was prepared, the load life test was performed by the method prescribed | regulated to 6.10 of Japanese Industrial Standard B8031, and load life (long-term stability) was evaluated. The load life (long-term stability) was evaluated according to the following four levels based on the resistance change rate ΔR of the resistance value after the test with respect to the resistance value before the test.
A: ΔR is within ± 15%.
○: ΔR is within ± 25%.
Δ: ΔR is within ± 30%.
X: ΔR exceeds ± 30%.

その結果、いずれの試料の抵抗体を使用したスパークプラグにおいても、負荷寿命評価について、良好な結果が得られることがわかる。   As a result, it is understood that good results can be obtained for the load life evaluation in the spark plug using the resistor of any sample.

なお、表には示していないが、導体成分としてカーボンブラックを添加した試料では、添加比率を10%にしても1000℃での抵抗値が1MΩ以上となった。さらに、セラミック粉末に対してカーボンブラックの添加量をさらに増加させて抵抗体の抵抗値を下げても抵抗値は1MΩ以上であり、抵抗体中のカーボンブラックの比率が多くなって強度が低下したことに起因して、負荷をかけた途端にクラックが生じてスパークが生じる結果となった。   Although not shown in the table, in the sample added with carbon black as a conductor component, the resistance value at 1000 ° C. was 1 MΩ or more even when the addition ratio was 10%. Furthermore, even if the amount of carbon black added to the ceramic powder was further increased to lower the resistance value of the resistor, the resistance value was 1 MΩ or more, and the ratio of carbon black in the resistor increased and the strength decreased. As a result, as soon as the load was applied, cracks occurred and sparks were generated.

10:抵抗体
1:セラミック粒子
2:カーボン凝集体
3:空隙
4:マトリクス
20:スパークプラグ
21:中心電極
211:膨出部
212:貴金属チップ
22:端子電極
23:絶縁碍子
231:段部
232:脚長部
24:主体金具
241:ねじ部(雄ねじ部)
242:座部
243:工具係合部
244:加締め部
245:段部
25:接地電極
26:リング部材
27:タルク
10: resistor 1: ceramic particle 2: carbon aggregate 3: void 4: matrix 20: spark plug 21: center electrode 211: bulge 212: noble metal tip 22: terminal electrode 23: insulator 231: step 232: Leg long part 24: metal shell 241: screw part (male screw part)
242: Seat portion 243: Tool engaging portion 244: Caulking portion 245: Step portion 25: Ground electrode 26: Ring member 27: Talc

Claims (6)

複数のセラミック粒子と、該複数のセラミック粒子の粒子間に沿って、少なくとも線状に連続して延びるカーボン凝集体とを有する多結晶体を含んでいることを特徴とする抵抗体。   A resistor comprising a polycrystal having a plurality of ceramic particles and a carbon aggregate extending at least linearly along the plurality of ceramic particles. 前記カーボン凝集体は、帯状または膜状に連続して延びていることを特徴とする請求項1に記載の抵抗体。   The resistor according to claim 1, wherein the carbon aggregate continuously extends in a band shape or a film shape. 前記前記カーボン凝集体は、3次元網目状に連続して延びていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の抵抗体。   The resistor according to claim 1, wherein the carbon aggregate continuously extends in a three-dimensional network. 前記複数のセラミック粒子の粒子間には、前記カーボン凝集体とともに空隙があることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちのいずれかに記載の抵抗体。   The resistor according to any one of claims 1 to 3, wherein there is a gap between the plurality of ceramic particles together with the carbon aggregates. 前記複数のセラミック粒子はアルミナからなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちのいずれかに記載の抵抗体。   5. The resistor according to claim 1, wherein the plurality of ceramic particles are made of alumina. 先端側の中心電極と、後端側の端子電極と、前記中心電極と前記端子電極との間に配置された請求項1乃至請求項5のうちのいずれかに記載の抵抗体とを備えていることを特徴とするスパークプラグ。
A center electrode on the front end side, a terminal electrode on the rear end side, and the resistor according to any one of claims 1 to 5 disposed between the center electrode and the terminal electrode. A spark plug characterized by
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