JP2019091646A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗体の耐久性を向上できるスパークプラグを提供すること。【解決手段】スパークプラグは、絶縁体の軸孔の内部で端子金具と中心電極とを電気的に接続する抵抗体を備える。抵抗体は、一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄで表される金属酸化物を含有する焼結体からなり、元素ＡはＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第３族元素から選択される少なくとも１種であり、元素ＢはＣａ，Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種である。添え字ａ，ｂ，ｃ，ｄは０＜ａ≦２，０≦ｂ≦２，１≦ｃ≦３，３＜ｄ＜８を満たす。【選択図】図１

Description

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

電波ノイズを抑えるため、抵抗体を備えるスパークプラグが知られている（特許文献１）。特許文献１には、ＳｎＯ_２等の酸化物半導体、Ｚｎ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ａｇ及びＮｉ等の金属、Ｃ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＷＣ及びＺｒＣ等の導電性の非金属を含有する抵抗体を内蔵したスパークプラグが開示されている。

特開２００７−１２２８７９号公報

しかし、内燃機関の高出力化に伴い、放電時に抵抗体を経由するエネルギーは増加する傾向にあるので、抵抗体の耐久性のさらなる向上が求められている。

本発明は上述した要求に応えるためになされたものであり、抵抗体の耐久性を向上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、軸孔の先端側に配置された中心電極と、軸孔の後端側に配置された端子金具と、軸孔の内部で端子金具と中心電極とを電気的に接続する抵抗体と、を備える。抵抗体は、一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄで表される金属酸化物を含有する焼結体からなり、元素ＡはＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第３族元素から選択される少なくとも１種であり、元素ＢはＣａ，Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種であり、０＜ａ≦２，０≦ｂ≦２，１≦ｃ≦３，３＜ｄ＜８を満たす。

請求項１記載のスパークプラグによれば、抵抗体は、一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄで表される金属酸化物（但し、元素ＡはＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第３族元素から選択される少なくとも１種、元素ＢはＣａ，Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種であり、０＜ａ≦２，０≦ｂ≦２，１≦ｃ≦３，３＜ｄ＜８を満たす。）を含有する焼結体からなる。この金属酸化物は金属性の電気伝導を示し、酸化物半導体の場合にみられるキャリヤ数の影響や金属の場合にみられる酸化の影響などを受けないので、抵抗体の耐久性を向上できる。

請求項２記載のスパークプラグによれば、元素ＡはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｙ及びＹｂから選択される少なくとも１種である。請求項３記載のスパークプラグによれば、元素ＡはＬａ，Ｃｅ，Ｎｄ及びＧｄから選択される少なくとも１種である。これにより、金属酸化物の安定性などを確保し、抵抗体の耐久性をさらに向上できる。

請求項４記載のスパークプラグによれば、中心電極、抵抗体および絶縁体に接触し、中心電極と抵抗体とを電気的に接続する導電性ガラスと、抵抗体と絶縁体との間に配置されると共に導電性ガラス、抵抗体および絶縁体に接触する絶縁性ガラスと、を備えている。軸線を含む任意の断面において、絶縁性ガラスと導電性ガラスとの界面は、絶縁体に界面が接する第１点が抵抗体に界面が接する第２点よりも後端側に位置し、界面は、第２点と軸線方向の同位置または第２点よりも軸線方向の後端側に位置する。これにより、抵抗体上の第２点に電界が集中するのを緩和できるので、抵抗体の劣化を抑制できる。よって、請求項１から３のいずれかの効果に加え、抵抗体の耐久性をさらに向上できる。

本発明の第１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。 （ａ）は図１のＩＩａで示す部分を拡大して示したスパークプラグの断面図であり、（ｂ）は第２実施の形態におけるスパークプラグの一部を拡大して示した断面図である。 抵抗体を模式的に図示した斜視図である。 （ａ）は第３実施の形態におけるスパークプラグの一部を拡大して示した断面図であり、（ｂ）は第４実施の形態におけるスパークプラグの一部を拡大して示した断面図である。 第５実施の形態におけるスパークプラグの一部を拡大して示した断面図である。

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は本発明の第１実施の形態におけるスパークプラグ１０の軸線Ｏを境にした片側断面図である。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（図２から図５においても同じ）。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のセラミック製の部材であり、軸線Ｏに沿って軸孔が貫通することにより内周面１２が形成されている。内周面１２は、後端側を向く後端向き面１３が先端側に設けられている。後端向き面１３は、先端に向かって内径が次第に小さくなる。

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、後端向き面１３に係止され、絶縁体１１の軸孔から先端が露出する。

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、先端側が軸孔に挿入された状態で、絶縁体１１の後端に固定されている。

端子金具１５と軸線Ｏ方向に間隔をあけて、絶縁体１１の外周の先端側に主体金具１６が固定されている。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よりも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。

抵抗体２０は、放電時に発生する電波ノイズを抑えるための部材であり、中心電極１４と端子金具１５との間の軸孔内に配置されている。抵抗体２０は、中心電極１４と抵抗体２０とに接触する導電性ガラス２１によって中心電極１４と電気的に接続される。本実施形態では、抵抗体２０は円柱状に形成されている。また、端子金具１５と抵抗体２０とに接触する導電性ガラス２２によって、抵抗体２０は端子金具１５と電気的に接続されている。抵抗体２０は、放電電流のうち電波ノイズの原因となる周波数帯の成分を吸収する。抵抗体２０の抵抗値は、例えば０．１ｋΩ〜３０ｋΩであることが好ましく、１ｋΩ〜２０ｋΩであることがさらに好ましい。

抵抗体２０は、一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄで表される金属酸化物を含有する焼結体からなる。但し、元素ＡはＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第３族元素から選択される１種または２種以上である。元素ＢはＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素から選ばれたＣａ，Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種または２種以上である。添え字ａ，ｂ，ｃ，ｄは０＜ａ≦２，０≦ｂ≦２，１≦ｃ≦３，３＜ｄ＜８を満たす。なお、添え字ｂ＝０は元素Ｂが含まれていないことを示す。

元素Ａとしては、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ及びＹｂ等のランタノイド、Ａｃ等のアクチノイド、Ｓｃ及びＹが挙げられる。特に、元素ＡはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｙ及びＹｂから選択される少なくとも１種が好ましく、Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ及びＧｄから選択される少なくとも１種がより好ましい。

一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄで表される金属酸化物としては、例えばＬａ_２ＣｕＯ_４，ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７，Ｌａ_１．８５Ｂａ_０．１５ＣｕＯ_４等が挙げられる。一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄで表される金属酸化物は金属性の電気伝導を示し、酸化物半導体の場合にみられるキャリヤ数の影響や金属の場合にみられる酸化の影響などを受けないので、抵抗体２０の耐久性を向上できる。

抵抗体２０は、抵抗値を調整するため、この金属酸化物よりも体積抵抗率が高い物質を含有できる。この物質（絶縁粉末）としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，ムライト、ステアタイト等の金属酸化物、Ｓｉ_３Ｎ_４等の金属窒化物、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＢａＯ系、ＳｉＯ_２−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌｉ_２Ｏ系およびＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌｉ_２Ｏ−ＢａＯ系等のガラスが挙げられる。これらの物質は１種のみを用いても良いし、２種以上を併用しても良い。

抵抗体２０は、例えば、秤量された出発原料を混合し仮焼成した後、仮焼成後の粉末を粉砕し、必要に応じて絶縁性の物質（絶縁粉末）を混合した後、成形・焼成して得られる焼結体である。焼結体は、必要に応じて外形加工が施される。

導電性ガラス２１，２２は、ガラス粉末および導電性粉末の混合物を焼成したものが用いられる。導電性ガラス２１，２２を構成するガラス粉末は、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＢａＯ系、ＳｉＯ_２−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌｉ_２Ｏ系およびＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌｉ_２Ｏ−ＢａＯ系等の粉末が挙げられる。

導電性ガラス２１，２２を構成する導電性粉末は、例えば酸化物半導体、金属および非金属導電性材料等からなる粉末が挙げられる。酸化物半導体としては、例えばＳｎＯ_２，ＳｒＴｉＯ_３等が挙げられる。金属としては、例えばＺｎ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ａｇ及びＮｉ等が挙げられる。非金属導電性材料としては、例えば無定形カーボン（カーボンブラック）、グラファイト、ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＷＣ及びＺｒＣ等が挙げられる。これらの導電性粉末は１種のみを用いても良いし、２種以上を併用しても良い。導電性ガラス２１，２２は、必要に応じてＺｎＯ，ＴｉＯ_２等の半導性の無機化合物粉末、絶縁性粉末等を含有しても良い。

図２（ａ）は図１のＩＩａで示す部分を拡大して示したスパークプラグ１０の断面図である。図２（ａ）の矢印Ｆは軸線方向の先端側、矢印Ｂは軸線方向の後端側、矢印Ｐは軸線Ｏ（図１参照）に直交する軸直角方向の内側を示している（図２（ｂ）、図３、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図５においても同じ）。

図２（ａ）に示すようにスパークプラグ１０は、抵抗体２０の側面２０ｂと絶縁体１１の内周面１２との間に絶縁性ガラス２３が配置されている。絶縁性ガラス２３は、導電性ガラス２１、抵抗体２０及び絶縁体１１に接触する。抵抗体２０と絶縁体１１との間に絶縁性ガラス２３が介在することにより、振動によって抵抗体２０が破損しないようにできる。

絶縁性ガラス２３の材料としては、融点が絶縁体１１の融点よりも低いもの、例えばＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＢａＯ系、ＳｉＯ_２−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌｉ_２Ｏ系およびＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｌｉ_２Ｏ−ＢａＯ系などが挙げられる。これらは１種のみを用いても良いし、２種以上を併用しても良い。絶縁性ガラス２３は、アルミナ、窒化ケイ素、ムライト及びステアタイト等の無機化合物を含有しても良い。

導電性ガラス２１は、抵抗体２０の底面２０ａ及び側面２０ｂの一部に接触すると共に絶縁体１１に接触する。導電性ガラス２１が絶縁体１１に接触することにより、スパークプラグ１０が装着された内燃機関（図示せず）の燃焼室の燃焼ガスが、絶縁体１１の軸孔から漏洩しないようにできる。

絶縁性ガラス２３は導電性ガラス２１と導電性ガラス２２との間に介在する。絶縁性ガラス２３の体積抵抗率は、抵抗体２０及び導電性ガラス２１の体積抵抗率よりも高いので、絶縁性ガラス２３を介して導電性ガラス２１，２２が短絡しないようにできる。

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の軸孔に中心電極１４を挿入し、中心電極１４を後端向き面１３で係止する。次に、導電性ガラス２１の原料粉末を軸孔から入れて、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、中心電極１４の周りに充填した導電性ガラス２１の原料粉末を予備圧縮する。

次に、絶縁性ガラス２３の材料でできたガラス管の中に抵抗体２０（焼結体）を入れたものを軸孔に挿入し、導電性ガラス２１の原料粉末の成形体の上に置く。抵抗体２０及びガラス管の上に、導電性ガラス２２の原料粉末をペレット状に成形した成形体を置いた後、絶縁体１１を炉内に移送し、例えば導電性ガラス２１，２２の原料粉末や絶縁性ガラス２３の材料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の軸孔に端子金具１５を挿入し、端子金具１５の先端によって導電性ガラス２１，２２の原料粉末および絶縁性ガラス２３の材料を軸方向へ圧縮する。この結果、それらが圧縮・焼結され、絶縁体１１の内部に抵抗体２０、導電性ガラス２１，２２、絶縁性ガラス２３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。

この製造方法において、抵抗体２０を入れたガラス管を軸孔に挿入する代わりに、抵抗体２０（焼結体）を軸孔に入れた後、抵抗体２０の周りに絶縁性ガラス２３の原料粉末を充填することは当然可能である。また、予め焼結した抵抗体２０を用いる代わりに、絶縁体１１の内部で、導電性ガラス２１，２２及び絶縁性ガラス２３と一緒に抵抗体２０（成形体）を焼成し、軸孔内で軟化させた導電性ガラス２１，２２及び絶縁性ガラス２３を抵抗体２０に接触させることは当然可能である。さらに、導電性ガラス２２の原料粉末の成形体を軸孔に挿入する代わりに、導電性ガラス２２の原料粉末を軸孔に充填することは当然可能である。

図２（ａ）に示すように、抵抗体２０は底面２０ａが導電性ガラス２１に接触する。軸線Ｏ（図１参照）を含む任意の断面において、導電性ガラス２１と絶縁性ガラス２３との界面２４は、絶縁体１１の内周面１２に第１点２５が接し、抵抗体２０の側面２０ｂに第２点２６が接する。本実施の形態では、界面２４は第１点２５から第２点２６まで直線状に傾斜している。界面２４の形状や第１点２５及び第２点２６の位置は、端子金具１５を用いて各材料を軸方向へ圧縮するときの圧力、絶縁性ガラス２３の材料（ガラス製の管）の形状や絶縁性ガラス２３の原料粉末の量などを調整することにより、適宜設定できる。

例えば、端子金具１５を用いて各材料を軸方向へ圧縮するときの圧力を高くすることにより、抵抗体２０の底面２０ａを導電性ガラス２１に埋め込ませることができる。軟化した導電性ガラス２１は、絶縁体１１を伝って絶縁性ガラス２３と絶縁体１１との隙間に進入する。これにより、導電性ガラス２１と絶縁性ガラス２３との界面２４は、抵抗体２０から絶縁体１１へ向かって上昇する。

界面２４は、第１点２５が第２点２６よりも軸線方向の後端側（矢印Ｂ方向）に位置し、界面２４上の任意の２点において、軸直角方向の内側（矢印Ｐ方向）の点が軸直角方向の外側（反矢印Ｐ方向）の点に対して軸線方向の先端側（矢印Ｆ方向）に位置する。界面２４と抵抗体２０（側面２０ｂ）とのなす角（導電性ガラス２１側の角度）は９０°以上に設定され、界面２４と絶縁体１１（内周面１２）とのなす角（導電性ガラス２１側の角度）は９０°未満に設定される。この関係は、軸線Ｏ（図１参照）を含む任意（あらゆる場合）の断面において成立する。これにより、第２点２６に電界が集中するのを緩和できる。第２点２６の放電時の電流密度を抑えて抵抗体２０の劣化を抑制できるので、抵抗体２０の耐久性を向上できる。

図３は抵抗体２０を模式的に図示した斜視図である。界面２４（図２（ａ）参照）は軸線Ｏを含む任意（あらゆる場合）の断面において抵抗体２０の側面２０ｂに接するので、図３では、抵抗体２０と界面２４とが接する境界線２７を、連続した曲線として表記する。境界線２７は第２点２６（図２（ａ）参照）の集合である。

スパークプラグ１０は、抵抗体２０の側面２０ｂ上の境界線２７のうち最も後端側（矢印Ｂ方向）に位置する点２８（最後端位置）と最も先端側（矢印Ｆ方向）に位置する点２９（最先端位置）との間の軸線Ｏ方向における距離Ｄを、抵抗体２０の軸線Ｏ方向における最大の長さＬで除したＤ／Ｌは、０≦Ｄ／Ｌ≦０．１を満たすことが好ましい。

なお、抵抗体２０の最大の長さＬは、軸線Ｏに直交する２枚の平面で抵抗体２０を軸線Ｏ方向に挟んだときの２枚の平面間の距離をいう。また、界面２４の形状、第１点２５及び第２点２６の位置、距離Ｄ及び長さＬは、試料の切断面の顕微鏡観察やＣＴスキャナ（Ｘ線透視装置）を用いた非破壊検査によって測定できる。

０≦Ｄ／Ｌ≦０．１を満たすことにより、抵抗体２０の側面２０ｂに接触する導電性ガラス２１の接触面積の周方向のばらつきを抑制できる。よって、抵抗体２０の抵抗値のばらつきを抑制できる。また、０≦Ｄ／Ｌ≦０．１を満たすことにより、抵抗体２０の側面２０ｂの電流密度のばらつきを抑制できるので、抵抗体２０の劣化を抑制できる。よって、抵抗体２０の耐久性をさらに向上できる。

次に図２（ｂ）を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、界面２４が抵抗体２０の側面２０ｂに接する場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、界面３４が抵抗体２０の底面２０ａと側面２０ｂとの角に接する場合について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図２（ｂ）は第２実施の形態におけるスパークプラグ３０の一部を拡大して示した断面図である。

図２（ｂ）に示すように、抵抗体２０は底面２０ａが導電性ガラス３１に接触する。軸線Ｏ（図１参照）を含む任意の断面において、導電性ガラス３１と絶縁性ガラス３３との界面３４は、絶縁体１１に第１点３５が接し、抵抗体２０の底面２０ａと側面２０ｂとの角または側面２０ｂに第２点３６が接する。本実施の形態では、上記任意の断面のうち少なくとも１つにおいて、導電性ガラス３１と絶縁性ガラス３３との界面３４は、抵抗体２０の底面２０ａと側面２０ｂとの角に第２点３６が接する。界面３４は第１点３５から第２点３６まで直線状に傾斜している。

界面３４は、第１点３５が第２点３６よりも軸線方向の後端側（矢印Ｂ方向）に位置し、界面３４上の任意の２点において、軸直角方向の内側（矢印Ｐ方向）の点が軸直角方向の外側（反矢印Ｐ方向）の点に対して軸線方向の先端側（矢印Ｆ方向）に位置する。界面３４と抵抗体２０（底面２０ａ又は側面２０ｂ）とのなす角（導電性ガラス３１側の角度）は９０°以上に設定され、界面３４と絶縁体１１（内周面１２）とのなす角（導電性ガラス３１側の角度）は９０°未満に設定される。この関係は、軸線Ｏ（図１参照）を含む任意（あらゆる場合）の断面において成立する。よって、第２点３６に電界が集中するのを緩和し、抵抗体２０の劣化を抑制できる。

図４（ａ）を参照して第３実施の形態について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図４（ａ）は第３実施の形態におけるスパークプラグ４０の一部を拡大して示した断面図である。

図４（ａ）に示すように、抵抗体２０は底面２０ａが導電性ガラス４１に接触する。軸線Ｏ（図１参照）を含む任意の断面において、導電性ガラス４１と絶縁性ガラス４３との界面４４は、絶縁体１１に第１点４５が接し、抵抗体２０の側面２０ｂに第２点４６が接する。本実施の形態では、上記任意の断面のうち少なくとも一つにおいて、界面４４は先端側（矢印Ｆ方向）に凸の曲線である。

界面４４は、第１点４５が第２点４６よりも軸線方向の後端側（矢印Ｂ方向）に位置し、界面４４上の任意の２点において、軸直角方向の内側（矢印Ｐ方向）の点が軸直角方向の外側（反矢印Ｐ方向）の点に対して軸線方向の同位置または軸線方向の先端側（矢印Ｆ方向）に位置する。界面４４と抵抗体２０（側面２０ｂ）とのなす角（導電性ガラス４１側の角度）は９０°以上に設定され、界面４４と絶縁体１１（内周面１２）とのなす角（導電性ガラス４１側の角度）は９０°未満に設定される。この関係は、軸線Ｏ（図１参照）を含む任意（あらゆる場合）の断面において成立する。よって、第２点４６に電界が集中するのを緩和し、抵抗体２０の劣化を抑制できる。

図４（ｂ）を参照して第４実施の形態について説明する。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図４（ｂ）は第４実施の形態におけるスパークプラグ５０の一部を拡大して示した断面図である。

図４（ｂ）に示すように、抵抗体２０は底面２０ａが導電性ガラス５１に接触する。軸線Ｏ（図１参照）を含む任意の断面において、導電性ガラス５１と絶縁性ガラス５３との界面５４は、絶縁体１１に第１点５５が接し、抵抗体２０の側面２０ｂに第２点５６が接する。本実施の形態では、上記任意の断面のうち少なくとも一つにおいて、界面５４は中央付近で凹凸の状態が変化した曲線である。

界面５４は、第１点５５が第２点５６よりも軸線方向の後端側（矢印Ｂ方向）に位置し、界面５４上の任意の２点において、軸直角方向の内側（矢印Ｐ方向）の点が軸直角方向の外側（反矢印Ｐ方向）の点に対して軸線方向の同位置または軸線方向の先端側（矢印Ｆ方向）に位置する。界面５４と抵抗体２０（側面２０ｂ）とのなす角（導電性ガラス５１側の角度）は９０°以上に設定され、界面５４と絶縁体１１（内周面１２）とのなす角（導電性ガラス５１側の角度）は９０°未満に設定される。この関係は、軸線Ｏ（図１参照）を含む任意（あらゆる場合）の断面において成立する。よって、第２点５６に電界が集中するのを緩和し、抵抗体２０の劣化を抑制できる。

図５を参照して第５実施の形態について説明する。第５実施の形態におけるスパークプラグ６０は、他の実施形態と異なり、絶縁性ガラスが省略されており、絶縁体１１の内部で抵抗体６２が焼結される。なお、第１実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図５は第５実施の形態におけるスパークプラグ６０の一部を拡大して示した断面図である。

図５に示すようにスパークプラグ６０は、絶縁体１１の軸孔（内周面１２の内側）に導電性ガラス６１及び抵抗体６２が配置されている。抵抗体６２は、導電性ガラス２２によって端子金具１５に接続されている。

抵抗体６２は、第１実施形態で説明した抵抗体２０と同様に、一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄで表される金属酸化物を含有する焼結体からなる。但し、元素ＡはＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第３族元素から選択される１種または２種以上である。元素ＢはＣａ，Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種または２種以上である。添え字ａ，ｂ，ｃ，ｄは０＜ａ≦２，０≦ｂ≦２，１≦ｃ≦３，３＜ｄ＜８を満たす。

スパークプラグ６０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の軸孔に中心電極１４を挿入し、中心電極１４を後端向き面１３で係止する。次に、導電性ガラス２１の原料粉末を軸孔から入れて、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、中心電極１４の周りに充填した導電性ガラス２１の原料粉末を予備圧縮する。

次に、抵抗体６２の原料粉末を導電性ガラス２１の原料粉末の上に充填した後、圧縮用棒材（図示せず）を用いて、抵抗体６２の原料粉末を予備圧縮する。次いで、導電性ガラス２２の原料粉末を抵抗体６２の原料粉末の上に充填した後、絶縁体１１を炉内に移送し、例えば導電性ガラス２１，２２の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の軸孔に端子金具１５を挿入し、端子金具１５の先端によって導電性ガラス２１，２２及び抵抗体６２の原料粉末を軸方向へ圧縮する。この結果、それらが圧縮・焼結され、絶縁体１１の内部に抵抗体６２及び導電性ガラス２１，２２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６０を得る。

第５実施の形態におけるスパークプラグ６０においても、抵抗体６２に含まれる一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄで表される金属酸化物は金属性の電気伝導を示し、酸化物半導体の場合にみられるキャリヤ数の影響や金属の場合にみられる酸化の影響などを受けないようにできる。よって、抵抗体６２の耐久性を向上できる。

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。

（実施例１）
以下のようにして種々の抵抗体２０を固相反応法により製造した。まず、所定の組成比になるように各種原料を秤量し、湿式混合した。得られたスラリーを乾燥させた後、大気中６００〜１１００℃で仮焼成した。仮焼成後の粉末に、抵抗値を調整するための所定量の絶縁粉末（Ｙ_２Ｏ_３）を必要に応じて添加し、湿式で粉砕と同時に混合した。その混合物（スラリー）を乾燥させ、バインダーを添加して造粒した。造粒粉末を円柱状にプレス成形した後、大気中８００〜１３００℃で焼成して、表１に示す種々の金属酸化物（Ｎｏ．１〜１０）を含有する抵抗体２０を得た。抵抗体２０は必要に応じて外形加工した。

抵抗体２０の相の同定は粉末Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により行った。本実施例では株式会社リガク製のＸ線回折装置を用い、ＣｕＫα線（λ１．５４Å）により測定した。

表１には、Ｎｏ．１〜１０の抵抗体に含まれる金属酸化物の組成式、及び、その組成式に示された元素Ａ、元素Ｂ及び添え字の値を記した。なお、表１のＮｏ．１１及び１２は比較例である。Ｎｏ．１１の抵抗体はＴｉＮ粉末と絶縁性のガラス粉末とを混合した後、円柱状にプレス成形して大気中で焼成することにより得た。Ｎｏ．１２の抵抗体はＺｎＯ粉末を円柱状にプレス成形して大気中で焼成することにより得た。

次いで、第１実施の形態で説明したスパークプラグ１０のサンプルを作成した。サンプルは、まず、絶縁体１１の軸孔に中心電極１４を挿入した後、導電性粉末とガラス粉末とを混合した導電性ガラス２１の原料粉末を軸孔から入れて、中心電極１４の周りに充填した。次に、絶縁性ガラス２３の材料でできたガラス管の中に抵抗体２０を入れたものを軸孔に挿入し、導電性ガラス２１の原料粉末の上に置いた。次いで、抵抗体２０及びガラス管の上に、導電性ガラス２２の原料粉末をペレット状に成形した成形体を置いた後、絶縁体１１を加熱してガラス粉末およびガラス管を軟化させた。次に、軸孔に圧入した端子金具１５によってガラス粉末などを加圧し、抵抗体２０、導電性ガラス２１，２２及び絶縁性ガラス２３を焼結した。接地電極１９が接合された主体金具１６を絶縁体１１に組み付けてスパークプラグ１０のサンプル１〜１２を得た。

Ｘ線透視装置を用いて、各サンプルの導電性ガラス２１と絶縁性ガラス２３との界面２４の形態を観察した。その結果、全てのサンプルは、第１実施の形態のように、導電性ガラス２１と絶縁性ガラス２３との界面２４が直線状で、全周（３６０°）のうち７０％以上の範囲において、界面２４が抵抗体２０の側面２０ｂに接触していた。

各サンプルについて、端子金具１５と中心電極１４との間に５Ｖの直流電圧を加えて抵抗値を測定し、予め測定した抵抗温度特性を用いて、そのときの測定値を２０℃のときの抵抗値に補正した。このときの抵抗値は各サンプルとも１ｋΩであった。

次いで、各サンプルを４２５℃の環境下におき、放電電圧を４５ｋＶに設定し、１秒間に１００回の割合で２００時間、中心電極１４と接地電極１９との間に火花を飛ばす試験を行った。試験後、１時間放置し、試験前と同様にして抵抗値を測定し、そのときの測定値を２０℃のときの抵抗値に補正した。試験前後の抵抗値の変化率が±１０％未満のサンプルはＡ、その変化率が±１０％以上±３０％未満のサンプルはＢ、その変化率が±３０％以上のサンプルはＣと評価した。

表１に示すように評価はサンプル１〜５がＡ、サンプル６〜１０がＢ、サンプル１１及び１２がＣであった。サンプル１〜１０は、抵抗体２０が、一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄ（但し、元素Ａは周期表の第３族元素から選択される少なくとも１種、元素ＢはＣａ，Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種であり、０＜ａ≦２，０≦ｂ≦２，１≦ｃ≦３，３＜ｄ＜８を満たす。）で表される金属酸化物を含有する焼結体からなるので、サンプル１１及び１２に比べ、抵抗体の耐久性を向上できたと推察される。

なお、評価がＡであったサンプル１〜５は、抵抗体２０に含まれる金属酸化物（一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄ）の元素Ａが、Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ及びＧｄから選択される少なくとも１種であった。これらの元素のうちＬａ，Ｃｅ及びＮｄはイオン半径がほぼ同じなので、これが金属酸化物の結晶構造の安定化に繋がり、抵抗体２０の耐久性の向上に寄与したと推察される。

（実施例２）
実施例１で説明したＮｏ．３の抵抗体２０を用いて、サンプル１３〜１７におけるスパークプラグを作成した。Ｘ線透視装置を用いて、各サンプルのＤ及びＬ（図３参照）を測定し、Ｄ／Ｌを算出した。サンプル１３〜１７の界面の形態、距離Ｄを長さＬで除した値（Ｄ／Ｌ）及び評価を表２に示す。

第１実施の形態のように、導電性ガラスと絶縁性ガラスとの界面が直線状で、その界面が抵抗体の側面に接触するものを表２に形態１と表記し、第２実施の形態のように、導電性ガラスと絶縁性ガラスとの界面が抵抗体の角に接触するものを形態２と表記した。また、第３実施の形態のように、導電性ガラスと絶縁性ガラスとの界面が曲線状で、その界面が抵抗体の側面に接触するものを形態３と表記した。形態１から３のいずれかに分類されたサンプルの界面は、全周（３６０°）のうち７０％以上の範囲において、分類されたその形態であった。

サンプル１３〜１７について実施例１と同じ試験を行い、実施例１と同様に評価した。表２に示すようにサンプル１３〜１７は、Ｄ／Ｌの値に関わらず、全て評価Ａであった。サンプル１３〜１７は、第２点２６，３６，４６に電界が集中するのを緩和できたので、抵抗体２０の劣化を抑制できたと推察される。

（実施例３）
実施例１で説明したＮｏ．３の抵抗体２０を用いて、Ｄ／Ｌの値が異なるサンプルを作成した。サンプルは、絶縁性ガラスの材料でできたガラス管の中に抵抗体２０を入れ、ガラス管と一緒に絶縁体１１の軸孔に挿入した後、ガラス管を溶融させることにより得た。抵抗体２０の抵抗値の平均値は１ｋΩに設定した。

第１実施の形態および第３実施の形態（形態１及び３）のサンプルを作成し、実施例２と同様に、Ｘ線透視装置を用いてサンプルのＤ及びＬを測定し、Ｄ／Ｌを算出した。さらに、サンプルの抵抗値（抵抗体の抵抗値）を測定し、標準偏差（σ）を算出した。なお、標準偏差を評価するのに十分な数のサンプルを作成し、測定を行った。ばらつきの評価は、３σ≦０．２０ｋΩを「優れている（Ａ）」、０．２＜３σ≦０．３５ｋΩを「良い（Ｂ）」、３σ＞０．３５ｋΩを「劣る（Ｃ）」とした。結果は表３に示した。

表３に示すように０≦Ｄ／Ｌ≦０．１を満たすことで、抵抗値のばらつきを小さくできることがわかった。特に０≦Ｄ／Ｌ≦０．０５を満たすことで、抵抗値のばらつきを特に小さくできることがわかった。

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。

第１実施形態から第４実施形態では、界面２４，３４，４４，５４は、界面２４，３４，４４，５４上の任意の２点において、軸直角方向の内側（矢印Ｐ方向）の点が軸直角方向の外側（反矢印Ｐ方向）の点に対して軸線方向の同位置または軸線方向の先端側（矢印Ｆ方向）に位置す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。例えば、界面２４，３４，４４，５４は、軸直角方向の内側（矢印Ｐ方向）の点が、軸直角方向の外側（反矢印Ｐ方向）の点に対して軸線方向の後端側（矢印Ｂ方向）に位置する部分を有していても良い。

即ち、絶縁体１１に界面２４，３４，４４，５４が接する第１点２５，３５，４５，５５が、抵抗体２０に界面２４，３４，４４，５４が接する第２点２６，３６，４６，５６よりも後端側（矢印Ｂ方向）に位置し、界面２４，３４，４４，５４が、第２点２６，３６，４６，５６と軸線方向の同位置または第２点２６，３６，４６，５６よりも後端側（矢印Ｂ方向）に位置していれば良い。界面２４，３４，４４，５４がこのように位置していれば、界面２４，３４，４４，５４と抵抗体２０の側面２０ｂとのなす角は９０°以上に設定され、界面２４，３４，４４，５４と絶縁体１１とのなす角は９０°未満に設定される。よって、第２点２６，３６，４６，５６に電界が集中するのを緩和し、抵抗体２０の劣化の抑制効果を向上できる。

第１実施形態から第４実施形態では、抵抗体２０が円柱状に形成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。抵抗体２０は軸孔に挿入できる大きさ及び形状であれば良いので、例えば直方体状に形成された抵抗体２０を採用することは当然可能である。

実施の形態では、導電性ガラス２２によって抵抗体２０，６２が端子金具１５に接続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。例えば、導電性ガラス２２に代えて、抵抗体２０，６２と端子金具１５との間に導電性のあるばね等の弾性体を介在させて、抵抗体２０，６２と端子金具１５とを電気的に接続することは当然可能である。

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１０，３０，４０，５０，６０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１６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。

１０，３０，４０，５０，６０ スパークプラグ
１１ 絶縁体
１４ 中心電極
２０，６２ 抵抗体
２１，３１，４１，５１ 導電性ガラス
２３，３３，４３，５３ 絶縁性ガラス
２４，３４，４４，５４ 界面
２５，３５，４５，５５ 第１点
２６，３６，４６，５６ 第２点
Ｏ 軸線

Claims (4)

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配置された中心電極と、
   前記軸孔の後端側に配置された端子金具と、
   前記軸孔の内部で前記端子金具と前記中心電極とを電気的に接続する抵抗体と、を備えるスパークプラグであって、
   前記抵抗体は、一般式ＡａＢｂＣｕｃＯｄで表される金属酸化物を含有する焼結体からなり、
   元素ＡはＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第３族元素から選択される少なくとも１種であり、元素ＢはＣａ，Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種であり、
   ０＜ａ≦２，０≦ｂ≦２，１≦ｃ≦３，３＜ｄ＜８を満たすスパークプラグ。
2. 前記元素ＡはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｙ及びＹｂから選択される少なくとも１種である請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記元素ＡはＬａ，Ｃｅ，Ｎｄ及びＧｄから選択される少なくとも１種である請求項２記載のスパークプラグ。
4. 前記中心電極、前記抵抗体および前記絶縁体に接触し、前記中心電極と前記抵抗体とを電気的に接続する導電性ガラスと、
   前記抵抗体と前記絶縁体との間に配置されると共に前記導電性ガラス、前記抵抗体および前記絶縁体に接触する絶縁性ガラスと、を備え、
   前記軸線を含む任意の断面において、前記絶縁性ガラスと前記導電性ガラスとの界面は、前記絶縁体に前記界面が接する第１点が前記抵抗体に前記界面が接する第２点よりも後端側に位置し、
   前記界面は、前記第２点と前記軸線方向の同位置または前記第２点よりも前記軸線方向の後端側に位置する請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグ。

Images