JP2018092806A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】電波ノイズを抑制できるスパークプラグを提供すること。【解決手段】絶縁体は先端側から後端側へと軸線の方向に延びる軸孔を有する。中心電極は軸孔の先端側に少なくとも一部が挿入され、端子金具は軸孔の後端側に少なくとも一部が挿入される。接続部は、端子金具と中心電極とを軸孔内で接続し、フェライトの粒子と、粒子を被覆する導電性物質と、をそれぞれ備える複数の磁性粒子を含み、複数の磁性粒子のうちの任意の２つの磁性粒子の導電性物質が接する導電層部を有する。導電層部は、端から端までの直線距離は１００μｍ以上であり、厚さは２μｍ以上である。【選択図】図３

Description

本発明はスパークプラグに関し、特に磁性体を内蔵したスパークプラグに関するものである。

放電時に発生する電波ノイズを抑えるために、絶縁体に抵抗体を内蔵したスパークプラグがある。また、絶縁体に磁性体を内蔵したスパークプラグも提案されている。

特開平２−２８４３７４号公報 特開昭６２−１５０６８１号公報 特開昭６１−２３０２８１号公報 特開昭５４−１５１７３６号公報 特開昭６１−１３５０７９号公報 特開昭６１−１０４５８０号公報 特開昭６１−２０８７６８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、磁性体を用いて電波ノイズを抑制する点について十分な工夫がなされていない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、電波ノイズを抑制できるスパークプラグを提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、先端側から後端側へと軸線の方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、軸孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、軸孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、端子金具と中心電極とを軸孔内で接続する接続部と、を備えている。接続部は、フェライトの粒子と、粒子を被覆する導電性物質と、をそれぞれ備える複数の磁性粒子を含み、複数の磁性粒子のうちの任意の２つの磁性粒子の導電性物質が接する導電層部を有し、導電層部は、端から端までの直線距離が１００μｍ以上であり、厚さは２μｍ以上である。

請求項１記載のスパークプラグによれば、絶縁体は先端側から後端側へと軸線の方向に延びる軸孔を有する。中心電極は軸孔の先端側に少なくとも一部が挿入され、端子金具は軸孔の後端側に少なくとも一部が挿入される。接続部は、端子金具と中心電極とを軸孔内で接続する。接続部は、フェライトの粒子と、粒子を被覆する導電性物質と、をそれぞれ備える複数の磁性粒子を含み、複数の磁性粒子のうちの任意の２つの磁性粒子の導電性物質が接する導電層部を有する。導電層部は、端から端までの直線距離は１００μｍ以上であり、厚さは２μｍ以上なので、導電層部を損傷させることなく接続部に放電電流を流すことができる。フェライトは、放電電流のうち電波ノイズの原因となる周波数帯を遮断または吸収するので、電波ノイズを抑制できる効果がある。

請求項２記載のスパークプラグによれば、導電層部は厚さが４０μｍ以下である。電波ノイズの原因となる高周波帯の電流は、表皮効果によって、粒子から離れた導電層部の表面を流れ易い。電流が流れる導電層部の表面とフェライトの粒子との距離が大きくなるとノイズ減衰効果が低下する。しかし、導電層部の厚さが４０μｍ以下なので、請求項１の効果に加え、高周波帯の放電電流による電波ノイズを抑制できる効果がある。

請求項３記載のスパークプラグによれば、接続部は、複数の磁性粒子の周囲に、ケイ素、ホウ素およびリンのうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種とを含むセラミック相を備えている。セラミック相によって磁性粒子を固定できるので、請求項１又は２の効果に加え、耐衝撃性を確保できる効果がある。

請求項４記載のスパークプラグによれば、セラミック相は気孔率が５％以下なので、請求項３の効果に加え、耐衝撃性をさらに向上できる効果がある。

請求項５記載のスパークプラグによれば、セラミック相は磁性粒子とは異なるフェライトを含有しているので、磁性粒子によるノイズ減衰効果に加え、セラミック相によるノイズ減衰効果が得られる。よって、請求項３又は４の効果に加え、ノイズ減衰効果を向上できる効果がある。

本発明の一実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 接続部の模式図である。 図１のＩＩＩで示す部分を拡大して示した接続部の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるスパークプラグ１０の片側断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という。スパークプラグ１０は、絶縁体１１、中心電極１４及び端子金具１５を備えている。

絶縁体１１は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された部材であり、軸線Ｏに沿って貫通する軸孔１２が形成されている。軸孔１２は、先端に向かって内径が次第に小さくなる段部１３が先端側に設けられている。

中心電極１４は、軸線Ｏに沿って延びる棒状の部材であり、銅または銅を主成分とする芯材がニッケル又はニッケル基合金で覆われている。中心電極１４は、軸孔１２の段部１３に係止され、先端が軸孔１２から露出する。

端子金具１５は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具１５は、先端側が軸孔１２に圧入された状態で、絶縁体１１の後端に固定されている。

絶縁体１１は、端子金具１５と軸線Ｏ方向に間隔をあけて、外周の先端側に主体金具１６が加締め固定されている。主体金具１６は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成された略円筒状の部材である。主体金具１６は、径方向の外側へ鍔状に張り出す座部１７と、座部１７より先端側の外周面に形成されたねじ部１８とを備えている。主体金具１６は、内燃機関（シリンダヘッド）のねじ穴（図示せず）にねじ部１８を締結して固定される。

接地電極１９は、主体金具１６の先端に接合される金属製（例えばニッケル基合金製）の部材である。本実施の形態では、接地電極１９は棒状に形成されており、先端側が屈曲し中心電極１４と対向する。接地電極１９は、中心電極１４との間に火花ギャップを形成する。

接続部２０は、中心電極１４と端子金具１５とを電気的に接続する部位であり、軸孔１２に配置されている。接続部２０は、中心電極１４と複合部２３とに接触する第１シール部２１と、複合部２３と端子金具１５とに接触する第２シール部２２と、磁性体と導電体とを含む複合部２３とを備えている。

第１シール部２１及び第２シール部２２は、例えばＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＢａＯ系などのガラス粒子と金属粒子（Ｃｕ，Ｆｅ等）とを含む組成物で形成されており、導電性を有している。複合部２３は放電時に生じる電波ノイズを抑制するための部位である。

図２は接続部２０の模式図である。接続部２０は、第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２が直列に接続されている。複合部２３は、導電性を有する複数の磁性粒子２４と、磁性粒子２４を固定するセラミック相２８とを備えている。複合部２３の先端に存在する磁性粒子２４は第１シール部２１に接触し、複合部２３の後端に存在する磁性粒子２４は第２シール部２２に接触する。磁性粒子２４は互いに接触して、第１シール部２１と第２シール部２２とを電気的に接続する３次元的な導電経路を形成する。磁性粒子２４が形成した導電経路はセラミック相２８によって固定される。

図３は図１のＩＩＩで示す部分を拡大して示した接続部２０の断面図である。磁性粒子２４は、フェライト（軟磁性体）の粒子２５と、粒子２５を被覆する導電性物質２６とを備えている。

粒子２５は、例えばスピネル型、ガーネット型等のフェライトで形成されている。粒子２５は、フェライトの複数の一次粒子が凝集した二次粒子、フェライトが表面拡散し粒成長した一次粒子等が用いられる。フェライトは、放電時に第１シール部２１と第２シール部２２との間を流れる電流のうち電波ノイズの原因となる周波数帯を遮断または吸収する。

フェライトは、例えばＭｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｎｉ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｕ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｚｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｏ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｆｅ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃａ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｍｇ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｄｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｌｕ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｙｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｅｒ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｈｏ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｇｄ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｓｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２等の単元フェライト、これらの単元フェライトが任意の割合で互いに固溶した（Ｍｎ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４，（Ｎｉ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４等の複合フェライトが挙げられる。これらのフェライトのうち１種ないしは複数種を適宜選択して用いることができる。

粒子２５は、平均粒径が０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度のものが好適に用いられる。粒子２５の平均粒径は、ＳＥＭ画像（加速電圧１５ｋＶ）を画像処理により２値化して得られる投影面積を用いて算出される球の平均径である。

導電性物質２６は、粒子２５の表面を被覆する導電体である。導電性物質２６は、例えばＮｉ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｆｅ，インコネル（ＩＮＣＯＮＥＬは登録商標）等の金属、ＬａＭｎＯ_３，ＳｒＴｉＯ_３，ＳｒＣｒＯ_３等の導電性または半導性の複合酸化物、炭素、Ｃｒ_３Ｃ_２，ＴｉＣ等の炭素化合物等が用いられる。これらの導電性物質のうち１種ないしは複数種を適宜選択して用いることができる。

粒子２５の表面を導電性物質２６で覆う手段としては、公知の手段を適宜採用できる。例えば、導電性物質２６の粒子を粒子２５と共に混合・撹拌して機械的に粒子２５の表面に付着させたり、バインダ等を用いて導電性物質２６の粒子を粒子２５の表面に付着させたり、無電解メッキによって導電性物質２６を粒子２５の表面に析出させたりする手段が挙げられる。

磁性粒子２４は、隣り合う磁性粒子２４との間で導電性物質２６同士が接する導電層部２７を形成する。導電層部２７は、２つの磁性粒子２４の導電性物質２６同士が単に接触している形態、２つの磁性粒子２４の導電性物質２６同士が融着している形態など、導電経路を形成する任意の形態が含まれる。磁性粒子２４の導電性物質２６が導電層部２７で接続され、第１シール部２１と第２シール部２２とを電気的に接続する３次元の導電経路が複合部２３に形成される。

放電時に接続部２０に流れる放電電流は、磁性粒子２４の導電性物質２６と導電層部２７とを通る。導電性物質２６及び導電層部２７を流れる電流のうち電波ノイズの原因となる周波数帯の電流は、粒子２５を構成するフェライトのインピーダンスや磁気損失等によって遮断または吸収される。その結果、電波ノイズを抑制できる。

導電層部２７は、導電層部２７の端から端までを結んだ最短の直線距離Ｄが１００μｍ以上、粒子２５の表面と交差する方向の最小の厚さＴが２μｍ以上とされる。導電層部２７の直線距離Ｄは、複合部２３の軸線Ｏと平行な断面から求められる。一つの導電層部２７は３次元的に延びる線状または面状に形成されており、複合部２３の複数か所に導電層部２７が存在する。そこで、導電層部２７の直線距離Ｄは、軸線Ｏと直交する深さ方向に位置（深さ）の異なる複数の断面を作り、各断面において複数か所に存在する導電層部２７を一つずつ観察して、各々の導電層部２７の両端を特定して求めることができる。

導電層部２７の直線距離Ｄは、複合部２３に存在する１０個の導電層部２７の平均値である。複合部２３に１１個以上の導電層部２７が存在する場合には、直線距離Ｄの長いものから順に選択した１０個の導電層部２７の直線距離Ｄの平均値とする。

導電層部２７の厚さＴは、導電層部２７の直線距離Ｄと同様に、複合部２３の軸線Ｏと平行な断面から求められる。厚さＴは、軸線Ｏと直交する深さ方向に位置（深さ）の異なる複数の断面を作り、各断面において複数か所に存在する導電層部２７を一つずつ観察して求められる。導電層部２７の厚さＴは、複合部２３に存在する１０個の導電層部２７の平均値である。複合部２３に１１個以上の導電層部２７が存在する場合には、厚さＴの厚いものから順に選択した１０個の導電層部２７の厚さＴの平均値とする。

導電層部２７は直線距離Ｄが１００μｍ以上、厚さＴが２μｍ以上とされるので、導電層部２７を損傷させることなく複合部２３に放電電流を流すことができる。ここで、導電層部２７の直線距離Ｄが１００μｍ未満か、厚さＴが２μｍ未満であると、その部分が電流によって発熱して導電層部２７が断線したりセラミック相２８が溶けたりするおそれがある。セラミック相２８が溶けると、導電層部２７が圧迫されて断線し易くなったり耐衝撃性が低下したりする可能性がある。導電層部２７の直線距離Ｄを１００μｍ以上、厚さＴを２μｍ以上とすることにより、接続部２０の耐久性を確保できる。

なお、複合部２３に形成される全ての導電層部２７の直線距離Ｄが１００μｍ以上、且つ、全ての導電層部２７の厚さＴが２μｍ以上であると、接続部２０の耐久性をより向上できるので好ましい。但し、第１シール部２１と第２シール部２２とを電気的に接続する導電経路でない部分は、磁性粒子２４の導電性物質２６同士が接触していても導電層部ではない。

また、導電層部２７は厚さＴが４０μｍ以下であるのが好ましい。電波ノイズの原因となる高周波帯の電流は、表皮効果によって、粒子２５から離れた導電層部２７の表面を流れ易い。電流が流れる導電層部２７の表面とフェライトの粒子２５との距離が大きくなるとノイズ減衰効果が低下する。従って、導電層部２７の厚さを４０μｍ以下にすることにより、表皮効果によるノイズ減衰効果の低下を防ぐことができ、高周波帯の放電電流が原因の電波ノイズを抑制できる。

セラミック相２８は磁性粒子２４を複合部２３に固定するための部分である。セラミック相２８は、高温下の強度や絶縁性をある程度確保できれば、任意の材質を採用できる。セラミック相２８は、例えばＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３等が用いられる。また、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス等の結晶化ガラスをセラミック相２８に用いることも可能である。

なお、セラミック相２８は、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）のうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種と、を含むと好ましい。セラミック相２８の軟化点を低下させセラミック相２８をガラス化できるので、磁性粒子２４を強固に固定することができ、耐衝撃性を確保できるからである。

セラミック相２８は気孔を有していると、スパーク時にセラミック相２８の気孔の部分で放電が生じる可能性がある。気孔の部分で生じる放電は、セラミック相２８を劣化させる可能性があり、また電波ノイズの原因となる可能性がある。セラミック相２８の気孔率が５％以下であると、スパーク時にセラミック相２８で生じる可能性のある放電を抑制することができる。その結果、放電によるセラミック相２８の劣化を抑制できると共に、セラミック相２８の放電が原因の電波ノイズを抑制できる。また、気孔が少ないとセラミック相２８による磁性粒子２４の固定を強固にできるので、耐衝撃性を向上できる。

セラミック相２８は、フェライトを含有するのが好ましい。磁性粒子２４によるノイズ減衰効果に加え、セラミック相２８が含有するフェライトによるノイズ減衰効果が得られるからである。

セラミック相２８が含有するフェライトは、粒子２５を構成するフェライトと同様に、例えばＭｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｎｉ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｕ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｚｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｏ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｆｅ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃａ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｍｇ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｄｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｌｕ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｙｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｅｒ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｈｏ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｇｄ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｓｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２等の単元フェライト、これらの単元フェライトが任意の割合で互いに固溶した（Ｍｎ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４，（Ｎｉ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４等の複合フェライトが挙げられる。これらのフェライトのうち１種ないしは複数種を適宜選択して用いることができる。セラミック相２８が含有するフェライトは、粒子２５を構成するフェライトと同じ種類のものや異なる種類のものを適宜選択できる。

スパークプラグ１０は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、絶縁体１１の軸孔１２に中心電極１４を挿入し、中心電極１４を段部１３で係止する。次に、第１シール部２１の原料粉末を軸孔１２から入れて、中心電極１４の周りに充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、軸孔１２に充填した第１シール部２１の原料粉末を予備圧縮する。

成形された第１シール部２１の原料粉末の成形体の上に、セラミック相２８の原料粉末と磁性粒子２４とを混合した複合部２３の原料粉末を充填する。磁性粒子２４は、フェライトの一次粒子が凝集した二次粒子（粒子２５）に、バインダを用いて導電性物質２６の粒子を付着させたり、無電解メッキによって導電性物質２６を析出させたりして得られる。軸孔１２に充填した複合部２３の原料粉末を、圧縮用棒材（図示せず）を用いて予備圧縮する。

次に、複合部２３の原料粉末の上に、第２シール部２２の原料粉末を充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、軸孔１２に充填した第２シール部２２の原料粉末を予備圧縮する。

次いで、第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２の原料粉末を順に充填した絶縁体１１を炉内に移送し、例えば第１シール部２１及び第２シール部２２の各原料粉末に含まれるガラス成分の軟化点より高い温度まで加熱する。加熱後、絶縁体１１の軸孔１２に端子金具１５を圧入し、端子金具１５の先端によって第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２の原料粉末を軸方向へ圧縮する。この結果、各原料粉末が圧縮・焼結され、絶縁体１１の内部に第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２が形成される。

次に絶縁体１１を炉外へ移送し、絶縁体１１の外周に主体金具１６を組み付ける。接地電極１９を主体金具１６に接合した後、接地電極１９の先端が中心電極１４と対向するように接地電極１９を屈曲して、スパークプラグ１０を得る。

複合部２３の導電層部２７の直線距離Ｄや厚さＴは、端子金具１５を用いて第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２の原料粉末を軸方向へ圧縮するときの荷重によって調整できる。また、第１シール部２１及び第２シール部２２を軟化させるときの温度を変えたり、セラミック相２８の原料粉末に含まれるガラス成分の種類を変えたりしても導電層部２７の直線距離Ｄや厚さＴを調整できる。

セラミック相２８の気孔率は、複合部２３の原料粉末を軸方向へ圧縮するときの荷重によって調整できる。また、第１シール部２１及び第２シール部２２を軟化させるときの温度を変えたり、セラミック相２８の原料粉末に含まれるガラス成分の種類を変えたりしても気孔率を調整できる。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

実施の形態で説明したスパークプラグのサンプルを作成し、放電電流のレベル、放電試験前後の抵抗の変化率、耐衝撃性試験後の異状の有無を評価した。作成したサンプル１〜１８の磁性粒子２４の組成、導電層部２７の直線距離Ｄ及び厚さＴ、セラミック相２８のＡｌ_２Ｏ_３以外の含有物（元素）及び気孔率、セラミック相２８に含まれるフェライトの組成、並びに評価結果を表１に示す。

磁性粒子２４の組成は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）、微小部Ｘ線回折（Micro Area X-ray Diffraction）及びＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）によって特定した。なお、表１にはフェライト及び導電性物質２６の組成のみを示した。磁性粒子２４には、製造工程で混入する微量（例えば１ｐｐｍ程度）の種々の不純物が含まれ得る。

導電層部２７の直線距離Ｄ及び厚さＴは、ＳＥＭを用いて軸線と平行な複合部２３の研磨断面を複数観察して求めた。複数の断面から導電層部２７の両端を３次元的に特定し、その端と端との直線距離Ｄを求めた。直線距離Ｄは、直線距離Ｄの長いものから順に選択した１０か所の導電層部２７の直線距離Ｄの平均値である。厚さＴは、厚さＴの厚いものから順に選択した１０か所の導電層部２７の厚さＴの平均値である。

セラミック相２８のＡｌ_２Ｏ_３以外の含有物（元素）は、セラミック相２８の原料粉末から特定した。ＩＣＰ，ＥＰＭＡ等を用いてセラミック相２８の断面を分析して含有物（元素）を特定しても良い。表１に含有物（元素）が示されていないサンプルのセラミック相２８はＡｌ_２Ｏ_３であった。なお、表１には、ケイ素、ホウ素、リン、アルカリ金属およびアルカリ土類金属に該当する元素のみを示した。

アルカリ金属やアルカリ土類金属のセラミック相２８における含有率（ＩＣＰによる分析結果）は０．１〜９ｗｔ％の範囲であった。この含有率は、アルカリ金属やアルカリ土類金属の量をアルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物に換算して得られる含有率である。セラミック相２８には、製造工程で混入する微量（例えば１ｐｐｍ程度）の種々の不純物が含まれ得る。

セラミック相２８の気孔率は、セラミック相２８の断面（１視野２００μｍ×２００μｍの領域）のＳＥＭ画像（加速電圧１５ｋＶ）を画像処理により２値化して求めた。表１に記載した数値は１０視野の気孔率の平均値である。

セラミック相２８に含まれるフェライトの組成は微小部Ｘ線回折により特定した。フェライトのセラミック相２８における含有率（ＩＣＰによる分析結果）は５〜５０ｗｔ％の範囲であった。

なお、ケイ素、ホウ素、リン、アルカリ金属およびアルカリ土類金属に該当する元素をセラミック相２８が含まないサンプル１〜４，１４〜１８（セラミック相２８はＡｌ_２Ｏ_３）は、気孔率が１０％以上あったので、表１に気孔率を示さなかった。

放電電流のレベルは、ＪＡＳＯ Ｄ００２−２（２００４年）「自動車−電波雑音特性−第２部：防止器の測定方法 電流法」に従って測定した。具体的には、各サンプルの中心電極１４と接地電極１９との火花ギャップの距離を０．９ｍｍ±０．０１ｍｍに調整し、１３ｋＶから１６ｋＶの範囲内の電圧を端子金具１５と主体金具１７との間に印加して放電させた。電流プローブを用いて放電時に端子金具１５を流れる電流を測定し、３０ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，２００ＭＨｚにおける放電電流のレベル（所定の基準に対する換算値（単位：ｄＢ））を算出し、その３つの値の平均値を求めた。評価は、平均値が５５ｄＢ以下を「◎：優れる」、５５ｄＢより大きく６５ｄＢ以下を「〇：良い」、６５ｄＢより大きく７５ｄＢ以下を「△：満足できる」、７５ｄＢより大きいものを「×：劣る」とした。

放電試験は、各サンプルの中心電極１４と接地電極１９との火花ギャップの距離を０．９ｍｍ±０．０１ｍｍに調整し、４００℃のチャンバー内に各サンプルを保管した状態で、２５ｋＶの電圧を端子金具１５と主体金具１６との間に印加して放電させる試験であった。毎秒６０回の割合で放電させる試験を１００時間行った後、試験前の端子金具１５と中心電極１４との間の抵抗（Ｒ１）に対する試験後の端子金具１５と中心電極１４との間の抵抗（Ｒ２）の変化率（（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ１×１００）を求めた。評価は、抵抗の変化率が±１０％以下を「◎：優れる」、変化率が±５０％以下を「〇：良い」、変化率が±５０％を超えるものを「×：劣る」とした。

耐衝撃性は、ＪＩＳ Ｂ８０３１（２００６年）７．４項 耐衝撃性試験に準じて評価した。各サンプルを試験装置に取り付け、毎分４００回の割合（振動振幅２２ｍｍ）で１０分間衝撃を加えた後、端子金具１５と中心電極１４との間の導通を調べた。サンプル数は２０であり、異状率（％）は２０個のサンプルのうち導通を確認できなかった（断線した）割合である。

表１の「放電電流のレベル」に示すように、フェライトの粒子２５が導電性物質２６で覆われた磁性粒子２４を備えるサンプル１〜１５，１６，１８は、アルミナの粒子が導電性物質で覆われたサンプル１７に比べ、放電時の３０ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，２００ＭＨｚにおける電流のレベルを小さくすることができた。サンプル１〜１５，１６，１８は、電波ノイズの原因となる高周波数帯の電流のレベルを小さくできるので、電波ノイズを抑制できることが明らかである。

特に、セラミック相２８にフェライトを含有するサンプル１１〜１３は、セラミック相２８にフェライトを含有しないサンプル１〜１０，１４〜１６，１８に比べ、放電時の３０ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，２００ＭＨｚにおける電流のレベルを小さくすることができた。サンプル１１〜１３は、セラミック相２８のフェライトによって、電波ノイズの原因となる高周波数帯の電流のレベルをさらに小さくできるので、電波ノイズの抑制効果をさらに向上できる。

なお、サンプル１６はサンプル１〜１５，１８に比べて放電時の電流のレベルを小さくできなかった。サンプル１〜１５，１８は導電層部２７の厚さが１〜４０μｍなのに対し、サンプル１６の導電層部２７の厚さは６０μｍであった。サンプル１６は導電層部２７が厚いので、電流が流れ易い導電層部２７の表面と粒子２５との距離が大きくなり、３０ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，２００ＭＨｚの電流をフェライト（粒子２５）が遮断したり吸収したりする効果が低下したと推察される。

表１の「放電試験」に示すように、導電層部２７の直線距離が１００μｍ以上、且つ、導電層部２７の厚さが２μｍ以上のサンプル１〜１３は、導電層部の直線距離が１００μｍ未満、又は、導電層部の厚さが２μｍ未満のサンプル１４，１５，１８に比べ、放電試験前後の抵抗の変化率を小さくすることができた。サンプル１４，１５，１８は導電層部の直線距離が１００μｍ未満、又は、導電層部の厚さが２μｍ未満（いずれも平均値）なので、導電層部のうちの細い部分が放電電流によって発熱し、その部分が溶融したり、その部分の周囲のセラミック相が溶融して導電層部を変形させたりして、抵抗が変化したと推察される。

一方、サンプル１〜１３は、導電層部２７の直線距離が１００μｍ以上、且つ、導電層部２７の厚さが２μｍ以上（いずれも平均値）なので、放電電流が流れることによる導電層部２７の損傷を防ぐことができ、複合部２３の抵抗の変化を抑制できた。

特に、Ｓｉ，Ｂ，Ｐのうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種とをセラミック相２８に含むサンプル５〜１３は、抵抗の変化率を±５％以下にできた。これは、サンプル５〜１３のセラミック相２８の気孔率は１０％未満と小さいので、仮に導電層部２７のうちの細い部分が放電電流によって発熱したとしても、その部分（導電層部）が変形する余地（セラミック相の気孔）が少ないため、抵抗が変化し難いと推察される。

表１の「耐衝撃性」に示すように、セラミック相２８の気孔率が５％以下のサンプル８〜１３は、耐衝撃性の評価において異状率を０％にすることができた。セラミック相２８の気孔率を５％以下にすることにより、セラミック相２８により磁性粒子２４を強固に固定し、磁性粒子２４による導電経路を確保できたと推察される。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施の形態では、接続部２０において軸孔１２に充填されたセラミック相２８によって磁性粒子２４が固定化される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。セラミック相２８を省略して、軸孔１２に磁性粒子２４を充填しても、磁性粒子２４による電波ノイズの抑制効果は得られる。従って、セラミック相２８は当然に省略できる。

上記実施の形態では、第１シール部２１及び第２シール部２２が接続部２０に設けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１シール部２１及び第２シール部２２を省略することは当然可能である。磁性粒子２４はフェライトの粒子２５が導電性物質２６で覆われているので、第１シール部２１及び第２シール部２２を省略しても、磁性粒子２４を含有する接続部２０と中心電極１４や端子電極１５との電気的な接続を確保できるからである。

第１シール部２１及び第２シール部２２を省略する場合には、接続部２０のうち中心電極１４や端子電極１５と接触する部分に、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＢａＯ系などのガラス粒子を磁性粒子２４に混合したものを配置できる。これにより、磁性粒子２４を含有する接続部２０と中心電極１４や端子電極１５との電気的な接続と気密性とを確保できる。接続部２０のうち中心電極１４や端子電極１５と接触する部分に、さらに金属粒子（Ｃｕ，Ｆｅ等）を加えることは当然可能である。中心電極１４や端子電極１５と接続部２０との接触抵抗を低減するためである。

上記実施の形態では、スパークプラグ１０の製造方法として、第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２の原料粉末を軸孔１２に充填した絶縁体１１を炉内で加熱して接続部２０を形成する場合を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、成形型を用いて複合部２３の原料粉末を円柱状に成形し、その成形体を焼成して予め複合部２３を形成することが可能である。その場合には、第１シール部２１の原料粉末、焼成された複合部２３、第２シール部２２の原料粉末を順に絶縁体１１の軸孔１２に充填し、絶縁体１１を炉内で加熱した状態で端子金具１５を軸孔１２に圧入して、接続部２０を形成する。

上記実施の形態では、中心電極１４の先端に接地電極１９が対向するスパークプラグ１０について説明したが、スパークプラグの構造は必ずしもこれに限られるものではない。スパークプラグの他の構造としては、例えば、中心電極１４の側面に接地電極１９が対向するスパークプラグ、主体金具１７に複数の接地電極１９を接合した多極のスパークプラグが挙げられる。

１０ スパークプラグ
１１ 絶縁体
１２ 軸孔
１４ 中心電極
１５ 端子金具
２０ 接続部
２４ 磁性粒子
２５ 粒子
２６ 導電性物質
２７ 導電層部
２８ セラミック相
Ｄ 直線距離
Ｏ 軸線
Ｔ 厚さ

本発明はスパークプラグに関し、特に磁性体を内蔵したスパークプラグに関するものである。

放電時に発生する電波ノイズを抑えるために、絶縁体に抵抗体を内蔵したスパークプラグがある。また、絶縁体に磁性体を内蔵したスパークプラグも提案されている。

特開平２−２８４３７４号公報 特開昭６２−１５０６８１号公報 特開昭６１−２３０２８１号公報 特開昭５４−１５１７３６号公報 特開昭６１−１３５０７９号公報 特開昭６１−１０４５８０号公報 特開昭６１−２０８７６８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、磁性体を用いて電波ノイズを抑制する点について十分な工夫がなされていない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、電波ノイズを抑制できるスパークプラグを提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明のスパークプラグは、先端側から後端側へと軸線の方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、軸孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、軸孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、端子金具と中心電極とを軸孔内で接続する接続部と、を備えている。接続部は、フェライトの粒子と、粒子を被覆する導電性物質と、をそれぞれ備える複数の磁性粒子を含み、複数の磁性粒子は、互いに接触して中心電極と端子金具とを電気的に接続する導電経路を形成する。導電経路は、導電性物質が互いに接する導電層部を備え、導電層部は、端から端までの直線距離が１００μｍ以上であり、厚さが２μｍ以上である。

請求項１記載のスパークプラグによれば、絶縁体は先端側から後端側へと軸線の方向に延びる軸孔を有する。中心電極は軸孔の先端側に少なくとも一部が挿入され、端子金具は軸孔の後端側に少なくとも一部が挿入される。接続部は、端子金具と中心電極とを軸孔内で接続する。接続部は、フェライトの粒子と、粒子を被覆する導電性物質と、をそれぞれ備える複数の磁性粒子を含み、磁性粒子の導電性物質が接する導電層部を有する。導電層部は、端から端までの直線距離が１００μｍ以上であり、厚さが２μｍ以上なので、導電層部を損傷させることなく接続部に放電電流を流すことができる。フェライトは、放電電流のうち電波ノイズの原因となる周波数帯を遮断または吸収するので、電波ノイズを抑制できる効果がある。

請求項２記載のスパークプラグによれば、導電層部は厚さが４０μｍ以下である。電波ノイズの原因となる高周波帯の電流は、表皮効果によって、粒子から離れた導電層部の表面を流れ易い。電流が流れる導電層部の表面とフェライトの粒子との距離が大きくなるとノイズ減衰効果が低下する。しかし、導電層部の厚さが４０μｍ以下なので、請求項１の効果に加え、高周波帯の放電電流による電波ノイズを抑制できる効果がある。

請求項３記載のスパークプラグによれば、接続部は、複数の磁性粒子の周囲に、ケイ素、ホウ素およびリンのうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種とを含むセラミック相を備えている。セラミック相によって磁性粒子を固定できるので、請求項１又は２の効果に加え、耐衝撃性を確保できる効果がある。

請求項４記載のスパークプラグによれば、セラミック相は気孔率が５％以下なので、請求項３の効果に加え、耐衝撃性をさらに向上できる効果がある。

請求項５記載のスパークプラグによれば、セラミック相は磁性粒子とは異なるフェライトを含有しているので、磁性粒子によるノイズ減衰効果に加え、セラミック相によるノイズ減衰効果が得られる。よって、請求項３又は４の効果に加え、ノイズ減衰効果を向上できる効果がある。

本発明の一実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 接続部の模式図である。 図１のＩＩＩで示す部分を拡大して示した接続部の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるスパークプラグ１０の片側断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という。スパークプラグ１０は、絶縁体１１、中心電極１４及び端子金具１５を備えている。

絶縁体１１は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された部材であり、軸線Ｏに沿って貫通する軸孔１２が形成されている。軸孔１２は、先端に向かって内径が次第に小さくなる段部１３が先端側に設けられている。

中心電極１４は、軸線Ｏに沿って延びる棒状の部材であり、銅または銅を主成分とする芯材がニッケル又はニッケル基合金で覆われている。中心電極１４は、軸孔１２の段部１３に係止され、先端が軸孔１２から露出する。

端子金具１５は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具１５は、先端側が軸孔１２に圧入された状態で、絶縁体１１の後端に固定されている。

絶縁体１１は、端子金具１５と軸線Ｏ方向に間隔をあけて、外周の先端側に主体金具１６が加締め固定されている。主体金具１６は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成された略円筒状の部材である。主体金具１６は、径方向の外側へ鍔状に張り出す座部１７と、座部１７より先端側の外周面に形成されたねじ部１８とを備えている。主体金具１６は、内燃機関（シリンダヘッド）のねじ穴（図示せず）にねじ部１８を締結して固定される。

接地電極１９は、主体金具１６の先端に接合される金属製（例えばニッケル基合金製）の部材である。本実施の形態では、接地電極１９は棒状に形成されており、先端側が屈曲し中心電極１４と対向する。接地電極１９は、中心電極１４との間に火花ギャップを形成する。

接続部２０は、中心電極１４と端子金具１５とを電気的に接続する部位であり、軸孔１２に配置されている。接続部２０は、中心電極１４と複合部２３とに接触する第１シール部２１と、複合部２３と端子金具１５とに接触する第２シール部２２と、磁性体と導電体とを含む複合部２３とを備えている。

第１シール部２１及び第２シール部２２は、例えばＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＢａＯ系などのガラス粒子と金属粒子（Ｃｕ，Ｆｅ等）とを含む組成物で形成されており、導電性を有している。複合部２３は放電時に生じる電波ノイズを抑制するための部位である。

図２は接続部２０の模式図である。接続部２０は、第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２が直列に接続されている。複合部２３は、導電性を有する複数の磁性粒子２４と、磁性粒子２４を固定するセラミック相２８とを備えている。複合部２３の先端に存在する磁性粒子２４は第１シール部２１に接触し、複合部２３の後端に存在する磁性粒子２４は第２シール部２２に接触する。磁性粒子２４は互いに接触して、第１シール部２１と第２シール部２２とを電気的に接続する３次元的な導電経路を形成する。磁性粒子２４が形成した導電経路はセラミック相２８によって固定される。

図３は図１のＩＩＩで示す部分を拡大して示した接続部２０の断面図である。磁性粒子２４は、フェライト（軟磁性体）の粒子２５と、粒子２５を被覆する導電性物質２６とを備えている。

粒子２５は、例えばスピネル型、ガーネット型等のフェライトで形成されている。粒子２５は、フェライトの複数の一次粒子が凝集した二次粒子、フェライトが表面拡散し粒成長した一次粒子等が用いられる。フェライトは、放電時に第１シール部２１と第２シール部２２との間を流れる電流のうち電波ノイズの原因となる周波数帯を遮断または吸収する。

フェライトは、例えばＭｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｎｉ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｕ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｚｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｏ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｆｅ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃａ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｍｇ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｄｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｌｕ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｙｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｅｒ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｈｏ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｇｄ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｓｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２等の単元フェライト、これらの単元フェライトが任意の割合で互いに固溶した（Ｍｎ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４，（Ｎｉ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４等の複合フェライトが挙げられる。これらのフェライトのうち１種ないしは複数種を適宜選択して用いることができる。

粒子２５は、平均粒径が０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度のものが好適に用いられる。粒子２５の平均粒径は、ＳＥＭ画像（加速電圧１５ｋＶ）を画像処理により２値化して得られる投影面積を用いて算出される球の平均径である。

導電性物質２６は、粒子２５の表面を被覆する導電体である。導電性物質２６は、例えばＮｉ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｆｅ，インコネル（ＩＮＣＯＮＥＬは登録商標）等の金属、ＬａＭｎＯ_３，ＳｒＴｉＯ_３，ＳｒＣｒＯ_３等の導電性または半導性の複合酸化物、炭素、Ｃｒ_３Ｃ_２，ＴｉＣ等の炭素化合物等が用いられる。これらの導電性物質のうち１種ないしは複数種を適宜選択して用いることができる。

粒子２５の表面を導電性物質２６で覆う手段としては、公知の手段を適宜採用できる。例えば、導電性物質２６の粒子を粒子２５と共に混合・撹拌して機械的に粒子２５の表面に付着させたり、バインダ等を用いて導電性物質２６の粒子を粒子２５の表面に付着させたり、無電解メッキによって導電性物質２６を粒子２５の表面に析出させたりする手段が挙げられる。

磁性粒子２４は、隣り合う磁性粒子２４との間で導電性物質２６同士が接する導電層部２７を形成する。導電層部２７は、２つの磁性粒子２４の導電性物質２６同士が単に接触している形態、２つの磁性粒子２４の導電性物質２６同士が融着している形態など、導電経路を形成する任意の形態が含まれる。磁性粒子２４の導電性物質２６が導電層部２７で接続され、第１シール部２１と第２シール部２２とを電気的に接続する３次元の導電経路が複合部２３に形成される。

放電時に接続部２０に流れる放電電流は、磁性粒子２４の導電性物質２６と導電層部２７とを通る。導電性物質２６及び導電層部２７を流れる電流のうち電波ノイズの原因となる周波数帯の電流は、粒子２５を構成するフェライトのインピーダンスや磁気損失等によって遮断または吸収される。その結果、電波ノイズを抑制できる。

導電層部２７は、導電層部２７の端から端までを結んだ最短の直線距離Ｄが１００μｍ以上、粒子２５の表面と交差する方向の最小の厚さＴが２μｍ以上とされる。導電層部２７の直線距離Ｄは、複合部２３の軸線Ｏと平行な断面から求められる。一つの導電層部２７は３次元的に延びる線状または面状に形成されており、複合部２３の複数か所に導電層部２７が存在する。そこで、導電層部２７の直線距離Ｄは、軸線Ｏと直交する深さ方向に位置（深さ）の異なる複数の断面を作り、各断面において複数か所に存在する導電層部２７を一つずつ観察して、各々の導電層部２７の両端を特定して求めることができる。

導電層部２７の直線距離Ｄは、複合部２３に存在する１０個の導電層部２７の平均値である。複合部２３に１１個以上の導電層部２７が存在する場合には、直線距離Ｄの長いものから順に選択した１０個の導電層部２７の直線距離Ｄの平均値とする。

導電層部２７の厚さＴは、導電層部２７の直線距離Ｄと同様に、複合部２３の軸線Ｏと平行な断面から求められる。厚さＴは、軸線Ｏと直交する深さ方向に位置（深さ）の異なる複数の断面を作り、各断面において複数か所に存在する導電層部２７を一つずつ観察して求められる。導電層部２７の厚さＴは、複合部２３に存在する１０個の導電層部２７の平均値である。複合部２３に１１個以上の導電層部２７が存在する場合には、厚さＴの厚いものから順に選択した１０個の導電層部２７の厚さＴの平均値とする。

導電層部２７は直線距離Ｄが１００μｍ以上、厚さＴが２μｍ以上とされるので、導電層部２７を損傷させることなく複合部２３に放電電流を流すことができる。ここで、導電層部２７の直線距離Ｄが１００μｍ未満か、厚さＴが２μｍ未満であると、その部分が電流によって発熱して導電層部２７が断線したりセラミック相２８が溶けたりするおそれがある。セラミック相２８が溶けると、導電層部２７が圧迫されて断線し易くなったり耐衝撃性が低下したりする可能性がある。導電層部２７の直線距離Ｄを１００μｍ以上、厚さＴを２μｍ以上とすることにより、接続部２０の耐久性を確保できる。

なお、複合部２３に形成される全ての導電層部２７の直線距離Ｄが１００μｍ以上、且つ、全ての導電層部２７の厚さＴが２μｍ以上であると、接続部２０の耐久性をより向上できるので好ましい。但し、第１シール部２１と第２シール部２２とを電気的に接続する導電経路でない部分は、磁性粒子２４の導電性物質２６同士が接触していても導電層部ではない。

また、導電層部２７は厚さＴが４０μｍ以下であるのが好ましい。電波ノイズの原因となる高周波帯の電流は、表皮効果によって、粒子２５から離れた導電層部２７の表面を流れ易い。電流が流れる導電層部２７の表面とフェライトの粒子２５との距離が大きくなるとノイズ減衰効果が低下する。従って、導電層部２７の厚さを４０μｍ以下にすることにより、表皮効果によるノイズ減衰効果の低下を防ぐことができ、高周波帯の放電電流が原因の電波ノイズを抑制できる。

セラミック相２８は磁性粒子２４を複合部２３に固定するための部分である。セラミック相２８は、高温下の強度や絶縁性をある程度確保できれば、任意の材質を採用できる。セラミック相２８は、例えばＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３等が用いられる。また、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス等の結晶化ガラスをセラミック相２８に用いることも可能である。

なお、セラミック相２８は、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）のうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種と、を含むと好ましい。セラミック相２８の軟化点を低下させセラミック相２８をガラス化できるので、磁性粒子２４を強固に固定することができ、耐衝撃性を確保できるからである。

セラミック相２８は気孔を有していると、スパーク時にセラミック相２８の気孔の部分で放電が生じる可能性がある。気孔の部分で生じる放電は、セラミック相２８を劣化させる可能性があり、また電波ノイズの原因となる可能性がある。セラミック相２８の気孔率が５％以下であると、スパーク時にセラミック相２８で生じる可能性のある放電を抑制することができる。その結果、放電によるセラミック相２８の劣化を抑制できると共に、セラミック相２８の放電が原因の電波ノイズを抑制できる。また、気孔が少ないとセラミック相２８による磁性粒子２４の固定を強固にできるので、耐衝撃性を向上できる。

セラミック相２８は、フェライトを含有するのが好ましい。磁性粒子２４によるノイズ減衰効果に加え、セラミック相２８が含有するフェライトによるノイズ減衰効果が得られるからである。

セラミック相２８が含有するフェライトは、粒子２５を構成するフェライトと同様に、例えばＭｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｎｉ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｕ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｚｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｏ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｆｅ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃａ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｍｇ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｄｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｌｕ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｙｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｅｒ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｈｏ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｇｄ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｓｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２等の単元フェライト、これらの単元フェライトが任意の割合で互いに固溶した（Ｍｎ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４，（Ｎｉ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４等の複合フェライトが挙げられる。これらのフェライトのうち１種ないしは複数種を適宜選択して用いることができる。セラミック相２８が含有するフェライトは、粒子２５を構成するフェライトと同じ種類のものや異なる種類のものを適宜選択できる。

スパークプラグ１０は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、絶縁体１１の軸孔１２に中心電極１４を挿入し、中心電極１４を段部１３で係止する。次に、第１シール部２１の原料粉末を軸孔１２から入れて、中心電極１４の周りに充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、軸孔１２に充填した第１シール部２１の原料粉末を予備圧縮する。

成形された第１シール部２１の原料粉末の成形体の上に、セラミック相２８の原料粉末と磁性粒子２４とを混合した複合部２３の原料粉末を充填する。磁性粒子２４は、フェライトの一次粒子が凝集した二次粒子（粒子２５）に、バインダを用いて導電性物質２６の粒子を付着させたり、無電解メッキによって導電性物質２６を析出させたりして得られる。軸孔１２に充填した複合部２３の原料粉末を、圧縮用棒材（図示せず）を用いて予備圧縮する。

次に、複合部２３の原料粉末の上に、第２シール部２２の原料粉末を充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、軸孔１２に充填した第２シール部２２の原料粉末を予備圧縮する。

次いで、第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２の原料粉末を順に充填した絶縁体１１を炉内に移送し、例えば第１シール部２１及び第２シール部２２の各原料粉末に含まれるガラス成分の軟化点より高い温度まで加熱する。加熱後、絶縁体１１の軸孔１２に端子金具１５を圧入し、端子金具１５の先端によって第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２の原料粉末を軸方向へ圧縮する。この結果、各原料粉末が圧縮・焼結され、絶縁体１１の内部に第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２が形成される。

次に絶縁体１１を炉外へ移送し、絶縁体１１の外周に主体金具１６を組み付ける。接地電極１９を主体金具１６に接合した後、接地電極１９の先端が中心電極１４と対向するように接地電極１９を屈曲して、スパークプラグ１０を得る。

複合部２３の導電層部２７の直線距離Ｄや厚さＴは、端子金具１５を用いて第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２の原料粉末を軸方向へ圧縮するときの荷重によって調整できる。また、第１シール部２１及び第２シール部２２を軟化させるときの温度を変えたり、セラミック相２８の原料粉末に含まれるガラス成分の種類を変えたりしても導電層部２７の直線距離Ｄや厚さＴを調整できる。

セラミック相２８の気孔率は、複合部２３の原料粉末を軸方向へ圧縮するときの荷重によって調整できる。また、第１シール部２１及び第２シール部２２を軟化させるときの温度を変えたり、セラミック相２８の原料粉末に含まれるガラス成分の種類を変えたりしても気孔率を調整できる。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

実施の形態で説明したスパークプラグのサンプルを作成し、放電電流のレベル、放電試験前後の抵抗の変化率、耐衝撃性試験後の異状の有無を評価した。作成したサンプル１〜１８の磁性粒子２４の組成、導電層部２７の直線距離Ｄ及び厚さＴ、セラミック相２８のＡｌ_２Ｏ_３以外の含有物（元素）及び気孔率、セラミック相２８に含まれるフェライトの組成、並びに評価結果を表１に示す。

磁性粒子２４の組成は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）、微小部Ｘ線回折（Micro Area X-ray Diffraction）及びＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）によって特定した。なお、表１にはフェライト及び導電性物質２６の組成のみを示した。磁性粒子２４には、製造工程で混入する微量（例えば１ｐｐｍ程度）の種々の不純物が含まれ得る。

導電層部２７の直線距離Ｄ及び厚さＴは、ＳＥＭを用いて軸線と平行な複合部２３の研磨断面を複数観察して求めた。複数の断面から導電層部２７の両端を３次元的に特定し、その端と端との直線距離Ｄを求めた。直線距離Ｄは、直線距離Ｄの長いものから順に選択した１０か所の導電層部２７の直線距離Ｄの平均値である。厚さＴは、厚さＴの厚いものから順に選択した１０か所の導電層部２７の厚さＴの平均値である。

セラミック相２８のＡｌ_２Ｏ_３以外の含有物（元素）は、セラミック相２８の原料粉末から特定した。ＩＣＰ，ＥＰＭＡ等を用いてセラミック相２８の断面を分析して含有物（元素）を特定しても良い。表１に含有物（元素）が示されていないサンプルのセラミック相２８はＡｌ_２Ｏ_３であった。なお、表１には、ケイ素、ホウ素、リン、アルカリ金属およびアルカリ土類金属に該当する元素のみを示した。

アルカリ金属やアルカリ土類金属のセラミック相２８における含有率（ＩＣＰによる分析結果）は０．１〜９ｗｔ％の範囲であった。この含有率は、アルカリ金属やアルカリ土類金属の量をアルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物に換算して得られる含有率である。セラミック相２８には、製造工程で混入する微量（例えば１ｐｐｍ程度）の種々の不純物が含まれ得る。

セラミック相２８の気孔率は、セラミック相２８の断面（１視野２００μｍ×２００μｍの領域）のＳＥＭ画像（加速電圧１５ｋＶ）を画像処理により２値化して求めた。表１に記載した数値は１０視野の気孔率の平均値である。

セラミック相２８に含まれるフェライトの組成は微小部Ｘ線回折により特定した。フェライトのセラミック相２８における含有率（ＩＣＰによる分析結果）は５〜５０ｗｔ％の範囲であった。

なお、ケイ素、ホウ素、リン、アルカリ金属およびアルカリ土類金属に該当する元素をセラミック相２８が含まないサンプル１〜４，１４〜１８（セラミック相２８はＡｌ_２Ｏ_３）は、気孔率が１０％以上あったので、表１に気孔率を示さなかった。

放電電流のレベルは、ＪＡＳＯ Ｄ００２−２（２００４年）「自動車−電波雑音特性−第２部：防止器の測定方法 電流法」に従って測定した。具体的には、各サンプルの中心電極１４と接地電極１９との火花ギャップの距離を０．９ｍｍ±０．０１ｍｍに調整し、１３ｋＶから１６ｋＶの範囲内の電圧を端子金具１５と主体金具１７との間に印加して放電させた。電流プローブを用いて放電時に端子金具１５を流れる電流を測定し、３０ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，２００ＭＨｚにおける放電電流のレベル（所定の基準に対する換算値（単位：ｄＢ））を算出し、その３つの値の平均値を求めた。評価は、平均値が５５ｄＢ以下を「◎：優れる」、５５ｄＢより大きく６５ｄＢ以下を「〇：良い」、６５ｄＢより大きく７５ｄＢ以下を「△：満足できる」、７５ｄＢより大きいものを「×：劣る」とした。

放電試験は、各サンプルの中心電極１４と接地電極１９との火花ギャップの距離を０．９ｍｍ±０．０１ｍｍに調整し、４００℃のチャンバー内に各サンプルを保管した状態で、２５ｋＶの電圧を端子金具１５と主体金具１６との間に印加して放電させる試験であった。毎秒６０回の割合で放電させる試験を１００時間行った後、試験前の端子金具１５と中心電極１４との間の抵抗（Ｒ１）に対する試験後の端子金具１５と中心電極１４との間の抵抗（Ｒ２）の変化率（（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ１×１００）を求めた。評価は、抵抗の変化率が±１０％以下を「◎：優れる」、変化率が±５０％以下を「〇：良い」、変化率が±５０％を超えるものを「×：劣る」とした。

耐衝撃性は、ＪＩＳ Ｂ８０３１（２００６年）７．４項 耐衝撃性試験に準じて評価した。各サンプルを試験装置に取り付け、毎分４００回の割合（振動振幅２２ｍｍ）で１０分間衝撃を加えた後、端子金具１５と中心電極１４との間の導通を調べた。サンプル数は２０であり、異状率（％）は２０個のサンプルのうち導通を確認できなかった（断線した）割合である。

表１の「放電電流のレベル」に示すように、フェライトの粒子２５が導電性物質２６で覆われた磁性粒子２４を備えるサンプル１〜１５，１６，１８は、アルミナの粒子が導電性物質で覆われたサンプル１７に比べ、放電時の３０ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，２００ＭＨｚにおける電流のレベルを小さくすることができた。サンプル１〜１５，１６，１８は、電波ノイズの原因となる高周波数帯の電流のレベルを小さくできるので、電波ノイズを抑制できることが明らかである。

特に、セラミック相２８にフェライトを含有するサンプル１１〜１３は、セラミック相２８にフェライトを含有しないサンプル１〜１０，１４〜１６，１８に比べ、放電時の３０ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，２００ＭＨｚにおける電流のレベルを小さくすることができた。サンプル１１〜１３は、セラミック相２８のフェライトによって、電波ノイズの原因となる高周波数帯の電流のレベルをさらに小さくできるので、電波ノイズの抑制効果をさらに向上できる。

なお、サンプル１６はサンプル１〜１５，１８に比べて放電時の電流のレベルを小さくできなかった。サンプル１〜１５，１８は導電層部２７の厚さが１〜４０μｍなのに対し、サンプル１６の導電層部２７の厚さは６０μｍであった。サンプル１６は導電層部２７が厚いので、電流が流れ易い導電層部２７の表面と粒子２５との距離が大きくなり、３０ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，２００ＭＨｚの電流をフェライト（粒子２５）が遮断したり吸収したりする効果が低下したと推察される。

表１の「放電試験」に示すように、導電層部２７の直線距離が１００μｍ以上、且つ、導電層部２７の厚さが２μｍ以上のサンプル１〜１３は、導電層部の直線距離が１００μｍ未満、又は、導電層部の厚さが２μｍ未満のサンプル１４，１５，１８に比べ、放電試験前後の抵抗の変化率を小さくすることができた。サンプル１４，１５，１８は導電層部の直線距離が１００μｍ未満、又は、導電層部の厚さが２μｍ未満（いずれも平均値）なので、導電層部のうちの細い部分が放電電流によって発熱し、その部分が溶融したり、その部分の周囲のセラミック相が溶融して導電層部を変形させたりして、抵抗が変化したと推察される。

一方、サンプル１〜１３は、導電層部２７の直線距離が１００μｍ以上、且つ、導電層部２７の厚さが２μｍ以上（いずれも平均値）なので、放電電流が流れることによる導電層部２７の損傷を防ぐことができ、複合部２３の抵抗の変化を抑制できた。

特に、Ｓｉ，Ｂ，Ｐのうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種とをセラミック相２８に含むサンプル５〜１３は、抵抗の変化率を±５％以下にできた。これは、サンプル５〜１３のセラミック相２８の気孔率は１０％未満と小さいので、仮に導電層部２７のうちの細い部分が放電電流によって発熱したとしても、その部分（導電層部）が変形する余地（セラミック相の気孔）が少ないため、抵抗が変化し難いと推察される。

表１の「耐衝撃性」に示すように、セラミック相２８の気孔率が５％以下のサンプル８〜１３は、耐衝撃性の評価において異状率を０％にすることができた。セラミック相２８の気孔率を５％以下にすることにより、セラミック相２８により磁性粒子２４を強固に固定し、磁性粒子２４による導電経路を確保できたと推察される。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施の形態では、接続部２０において軸孔１２に充填されたセラミック相２８によって磁性粒子２４が固定化される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。セラミック相２８を省略して、軸孔１２に磁性粒子２４を充填しても、磁性粒子２４による電波ノイズの抑制効果は得られる。従って、セラミック相２８は当然に省略できる。

上記実施の形態では、第１シール部２１及び第２シール部２２が接続部２０に設けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１シール部２１及び第２シール部２２を省略することは当然可能である。磁性粒子２４はフェライトの粒子２５が導電性物質２６で覆われているので、第１シール部２１及び第２シール部２２を省略しても、磁性粒子２４を含有する接続部２０と中心電極１４や端子電極１５との電気的な接続を確保できるからである。

第１シール部２１及び第２シール部２２を省略する場合には、接続部２０のうち中心電極１４や端子電極１５と接触する部分に、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＢａＯ系などのガラス粒子を磁性粒子２４に混合したものを配置できる。これにより、磁性粒子２４を含有する接続部２０と中心電極１４や端子電極１５との電気的な接続と気密性とを確保できる。接続部２０のうち中心電極１４や端子電極１５と接触する部分に、さらに金属粒子（Ｃｕ，Ｆｅ等）を加えることは当然可能である。中心電極１４や端子電極１５と接続部２０との接触抵抗を低減するためである。

上記実施の形態では、スパークプラグ１０の製造方法として、第１シール部２１、複合部２３及び第２シール部２２の原料粉末を軸孔１２に充填した絶縁体１１を炉内で加熱して接続部２０を形成する場合を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、成形型を用いて複合部２３の原料粉末を円柱状に成形し、その成形体を焼成して予め複合部２３を形成することが可能である。その場合には、第１シール部２１の原料粉末、焼成された複合部２３、第２シール部２２の原料粉末を順に絶縁体１１の軸孔１２に充填し、絶縁体１１を炉内で加熱した状態で端子金具１５を軸孔１２に圧入して、接続部２０を形成する。

上記実施の形態では、中心電極１４の先端に接地電極１９が対向するスパークプラグ１０について説明したが、スパークプラグの構造は必ずしもこれに限られるものではない。スパークプラグの他の構造としては、例えば、中心電極１４の側面に接地電極１９が対向するスパークプラグ、主体金具１７に複数の接地電極１９を接合した多極のスパークプラグが挙げられる。

１０ スパークプラグ
１１ 絶縁体
１２ 軸孔
１４ 中心電極
１５ 端子金具
２０ 接続部
２４ 磁性粒子
２５ 粒子
２６ 導電性物質
２７ 導電層部
２８ セラミック相
Ｄ 直線距離
Ｏ 軸線
Ｔ 厚さ

Claims (5)

1. 先端側から後端側へと軸線の方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔の先端側に少なくとも一部が挿入された中心電極と、
   前記軸孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、
   前記端子金具と前記中心電極とを前記軸孔内で接続する接続部と、を備えるスパークプラグであって、
   前記接続部は、フェライトの粒子と、前記粒子を被覆する導電性物質と、をそれぞれ備える複数の磁性粒子を含み、
   前記複数の磁性粒子のうちの任意の２つの磁性粒子の前記導電性物質が接する導電層部を有し、
   前記導電層部は、端から端までの直線距離は１００μｍ以上であり、厚さは２μｍ以上であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記導電層部は、厚さが４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記接続部は、前記複数の磁性粒子の周囲に、ケイ素、ホウ素およびリンのうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種とを含むセラミック相を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記セラミック相は、気孔率が５％以下であることを特徴とする請求項３記載のスパークプラグ。
5. 前記セラミック相は、前記磁性粒子とは異なるフェライトを含有していることを特徴とする請求項３又は４に記載のスパークプラグ。

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