JP4536006B2 - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパークプラグ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１記載のスパークプラグが知られている。このスパークプラグは筒状の主体金具を備えており、主体金具の内側には貫通孔によって筒状に形成されて主体金具の軸方向に延在する絶縁体が固定されている。また、主体金具及び絶縁体の内側には、主体金具の軸方向に延在し、放電可能な先端を絶縁体の先端から突出させて後端が貫通孔内に固定された中心電極と、主体金具の軸方向に延在し、後端を絶縁体の後端から突出させて先端が貫通孔内に固定された端子金具とが備えられている。また、主体金具には中心電極との間に放電ギャップを形成する接地電極の一端が固定されている。
【０００３】
そして、このスパークプラグでは、絶縁体の貫通孔内における中心電極と端子金具との間に中心電極と端子金具とを電気的に接続する導電性結合層が備えられている。導電性結合層は、中心電極側から順に、第１導電性シール層、抵抗体及び第２導電性シール層となっている。そして、これら第１、２導電性シール層はともにガラス成分と金属成分とを含有する導電性ガラスからなり、金属成分としては例えばＣｕが採用され得る旨記載されている。また、このような構成からなるスパークプラグの他、例えば、導電性結合層が中心電極側から順に導電性シール層及び抵抗体となっているスパークプラグや、導電性結合層が導電性シール層のみとなっているスパークプラグも知られている。
【０００４】
この種のスパークプラグは、エンジンに装着され、主体金具と端子金具との間に高圧の電圧が印加されることにより、中心電極と接地電極との間の放電ギャップで放電を行い、エンジンの駆動時における着火を行う。この際、導電性シール層（特許文献１記載の第１、２導電性シール層）において、導電性ガラスの金属成分として例えばＣｕを採用したスパークプラグでは、ガラス成分によって気密性を保持しつつ端子金具や中心電極を絶縁体に固定している。また、このスパークプラグでは、Ｃｕによって端子金具及び中心電極と導電性結合層との接触抵抗を小さくし、これらの間の優れた導電性を確保している。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５２−１２７５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記スパークプラグにおいては、端子金具及び中心電極と導電性シール層とが良好な接合状態を得るために、端子金具及び中心電極と絶縁体の貫通孔の内周面との隙間に導電性ガラスを十分に充填していることが重要である。すなわち、その隙間が狭いためにその充填が不十分になってしまえば、端子金具及び中心電極と導電性シール層との密着力が不足し、衝撃等が加わることにより端子金具及び中心電極と導電性シール層との境界を剥離させてしまうおそれもあるのである。
【０００７】
この点、特開平１１−３３９９２５公報記載のように、導電性ガラスの金属成分としてＣｕとＺｎやＳｎ等を用いることが考えられる。このようなスパークプラグでは、上記従来と同様の導電性及び気密性を確保しつつ、衝撃等により、端子金具及び中心電極と導電性シール層との境界を剥離させてしまうことを抑制することができる。
【０００８】
しかしながら、上記スパークプラグは、高出力のエンジン等に使用されることにより、より大きな衝撃が加えられる場合もある。このような場合であっても、絶縁体の貫通孔内の内周面、端子金具又は中心電極と導電性シール層との境界で剥離を生じさせたりしないようにする必要がある。また、導電性シール層自体に亀裂やひび割れ等を生じさせたりしないようにする必要もある。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、優れた導電性及び気密性を維持しつつ、より耐衝撃性に優れたスパークプラグ及びその製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。そして、第１、２導電性シール層において、導電性ガラスの金属成分としてＣｕ及びＺｎを採用したスパークプラグを改良すれば上記課題を解決できることを発見し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、軸方向に形成された貫通孔を有する絶縁体の一方の端部側に端子金具が配置され、該絶縁体の他方の端部側に中心電極が配置されるとともに、該貫通孔内に該端子金具と該中心電極とを電気的に接続する導電性結合層が配置され、該導電性結合層は該端子金具及び該中心電極の少なくとも一方と接合する導電性シール層を含むスパークプラグにおいて、
前記導電性シール層はガラス成分と金属成分とを含有する導電性ガラスからなり、該金属成分は、Ｃｕ−Ｚｎ合金を少なくとも含み、かつ、該金属成分に含まれる実質的に全てのＺｎが合金化していることを特徴とする。
【００１２】
本発明のスパークプラグでは、導電性シール層において、導電性ガラスの金属成分がＣｕ−Ｚｎ合金を含んでいる。このようなＣｕ−Ｚｎ合金は、優れた導電性及び気密性を確保することができる。そして、Ｃｕ−Ｚｎ合金を含有する導電性ガラスは、絶縁体の貫通孔の内周面、端子金具又は中心電極と導電性シール層との境界に生じる剥離を抑制することができる。また、導電性シール層自体に生じる亀裂やひび割れ等を抑制することもできる。このため、スパークプラグの耐衝撃性が優れることとなる。
【００１３】
したがって、本発明のスパークプラグでは、優れた導電性及び気密性を維持しつつ、より耐衝撃性が優れることとなる。
【００１４】
なお、本発明のスパークプラグは、導電性シール層は端子金属及び中心電極の少なくとも一方と接合するように形成されていればよい。導電性結合層としては、全体が導電性シール層によって構成されていてもよく、従来と同様に抵抗休と抵抗体の両端に位置する導電性シール層とによって構成されていてもよい。導電性シール層に含まれる金属成分としては、全てがＣｕ−Ｚｎ合金であってもよく、一部がＣｕ−Ｚｎ合金であってもよい。金属成分の一部がＣｕ−Ｚｎ合金である場合、他の金属成分として、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｌ及びＮｉ並びにこれらの合金の少なくとも１種を採用することができる。
【００１５】
また、Ｃｕ−Ｚｎ合金は、Ｃｕが第１成分であり、Ｚｎが第２成分であることが好ましい。つまり、Ｃｕ−Ｚｎ合金中にＣｕが最も多く含まれ、ＺｎがＣｕの次に多く含まれていることが好ましい。また、Ｃｕ−Ｚｎ合金としては、Ｃｕ及びＺｎ以外に不可避不純物が含まれていてもよいが、その場合でも、Ｃｕ及びＺｎの合計の含有量が９９質量％以上であることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明のスパークプラグでは、金属成分が実質的に全てのＺｎが合金化している。金属成分中に合金化されていないＺｎ成分を含むことで発明者等は導電性シール層の耐衝撃性が低下する虞があることを確認している。
【００１７】
なお、『金属成分は、実質的に全てＺｎが合金化している』とは、Ｘ線回折にて導電性シール層中の金属成分中における合金化されていないＺｎ成分（Ｚｎ単体成分）を計測した結果、合金化されていないＺｎ成分が検出されなかった場合をさす。また、『合金化されていないＺｎ成分（Ｚｎ単体成分）』とはＺｎの含有量が９９質量％以上で残部がＣｕ以外の不可避不純物であるものを指す。
【００１８】
また、本発明は、軸方向に形成された貫通孔を有する絶縁体の一方の端部側に端子金具が配置され、該絶縁体の他方の端部側に中心電極が配置されるとともに、該貫通孔内に該端子金具と該中心電極とを電気的に接続する導電性結合層が配置され、該導電性結合層は該端子金具及び該中心電極の少なくとも一方と接合する導電性シール層を含むスパークプラグの製造方法において、
ガラス粉末と、少なくともＣｕ−Ｚｎ合金粉末が混合される金属粉末とを含む導電性ガラス粉末を前記絶縁体の前記貫通孔内に充填し、導電性ガラス粉末を軟化させることで前記導電性シール層を形成し、かつ、前記金属粉末は前記Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末が１０質量％を超過しており、さらに、前記金属粉末は合金化されていないＺｎ粉末を含まないことを特徴とする。
【００１９】
本発明のスパークプラグの製造方法では、ガラス粉末とＣｕ−Ｚｎ合金粉末が混合される金属粉末とを含む導電性ガラス粉末を絶縁体の貫通孔内に充填し、導電性ガラス粉末を軟化させることで導電性シール層を形成する。Ｃｕ粉末とＺｕ粉末とを別々に添加し、後で熱処理等で合金化させる手法では、熱処理条件や混合状態によって、導電シール層内に所望比率のＣｕ−Ｚｎ合金を得ることが難しいが、このように予め合金化したＣｕ−Ｚｎ合金粉末を利用することで、形成される導電性シール層において、導電性ガラスの金属成分が所望の割合でＣｕ−Ｚｎ合金を含み、かつ、実質的に全てのＺｎが合金化していることとなる。よって、本発明の製造方法で形成されたスパークプラグは、優れた導電性及び気密性を維持しつつ、より耐衝撃性が優れることとなる。
【００２０】
導電性ガラス粉末は、３０質量％を超過し、７５質量％未満の金属粉末を含有することが好ましい。発明者の試験結果によれば、金属粉末が３０質量％以下であれば、スパークプラグの耐衝撃性が十分でないことがある。また、金属粉末が７５質量％以上であれば、ガラス成分が少なくなることによって気密性が劣る虞がある。このため、導電性ガラス粉末が３０質量％を超過し、７５質量％未満の金属粉末を含有することにより、形成されるスパークラグの導電性及び気密性は維持され、その耐衝撃性は向上することとなる。
【００２１】
金属粉末において、Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末が１０質量％を超過していることにより、スパークプラグの導電性、気密性及び耐衝撃性を有効に確保することができる。なお、発明者の試験結果によれば、Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末が金属粉末の１０質量％以下であれば、スパークプラグの耐衝撃性が十分でないことがある。さらに、金属粉末はＣｕ−Ｚｎ合金粉末が５０質量％を超過していることがより好ましい。Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末が金属粉末の５０質量％を超過していることにより、形成されるスパークプラグの導電性、気密性を確保しつつ耐衝撃性をさらに有効に向上させることができる。
【００２２】
また、本発明のスパークプラグ製造方法では、合金化されていないＺｎ粉末を含まないが、Ｚｎ成分がＺｎ粉末の状態、すなわち、Ｚｎ成分が合金化されない状態で、混合すると導電性ガラス層内にＺｎ粉末が合金化されないまま最終製品に残存し、形成されるスパークプラグの耐衝撃性が低下することを発明者等は確認している。したがって、Ｚｎ成分は添加前にすべて合金化しておく。
【００２３】
Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末はＺｎを５〜４０質量％含むことが好ましい。発明者は、Ｚｎを５〜４０質量％含んだＣｕ−Ｚｎ合金粉末において、本発明の効果を確認している。
【００２４】
本発明のスパークプラグでは、導電性ガラス粉末は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種の半導体無機酸化物を含有することが好ましい。発明者らの試験結果によれば、こうすることによって導電性シール層の導電性及び気密性を維持しつつ、耐衝撃性をより一層向上させることができる。半導体無機酸化物としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３、ＶＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等を採用することができる。発明者らの試験結果によれば、ガラス粉末と金属粉末との含有量を１００質量部としたときに、半導体無機酸化物を１０質量部未満で含有することが好ましい。半導体無機酸化物を１０質量部以上含有すると、気密性が低下することがある。
【００２５】
また、金属粉末の平均粒径は、５μｍ以上、４０μｍ以下であることが好ましい。金属粉末の平均粒径が５μｍ未満では、粒径が小さすぎて生産性が悪く、コストが上昇する。一方、金属粉末の平均粒径が４０μｍを越えると、形成されるスパークプラグの耐衝撃性が低下する虞がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明のスパークプラグを具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
実施形態のスパークプラグは、以下のようにして製造することができる。まず、図１（ａ）に示すように、後端側に鍔部１２ａを備えた中心電極１２を用意する。また、アルミナ等のセラミックス焼成体からなり、軸方向に貴通孔１１ａを有する略円筒形状の絶縁体１１を用意する。ここで、絶縁体１１の貫通孔１１ａは、先端側に貫通する小径の第１貫通孔１１ｂと、第１貫通孔１１ｂを拡径したテーパ部１１ｃと、テーパ部１１ｃから後端側に貫通する第２貫通孔１１ｄとによって構成されている。そして、絶縁体１１の貫通孔１１ａの後端側から中心電極１２を挿通し、第２貫通孔１１ｄを経て、貫通孔１１ａの第１貫通孔１１ｂ内まで中心電極１２を移動させる。こうして、その第１貫通孔１１ｂ内では、中心電極１２の鍔部１２ａがテーパ部１１ｃに係止され、中心電極１２が係止される。その際、中心電極１２の先端は絶縁体１１の先端から突出される。
【００２８】
次に、図１（ｂ）に示すように、絶縁体１１の貫通孔１１ａの後端にロート５０を挿入し、ロート５０を介してその貫通孔１１ａ内に導電性ガラス粉末１３を入れる。導電性ガラス粉末１３は、表１に示す各試験例１〜２５の配合（質量％）から成るガラス粉末と金属粉末とによって構成されている。
【００２９】
【表１】
【００３０】
ガラス粉末は、６０質量％のＳｉＯ２、３０質量％のＢ２Ｏ３、５質量％のＮａ２Ｏ及び５質量％のＢａＯからなるホウケイ酸ソーダガラスである。
【００３１】
また、金属粉末の組成は以下のとおりである。試験例１では、金属粉末としてＣｕ粉末を採用している。また、試験例２では、金属粉末としてＣｕ粉末とＺｎ粉末との混合粉末を採用している。さらに、試験例３〜２０では、金属成分として、表１に組成を示すＣｕ−Ｚｎ合金の粉末を採用している。各Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末のＣｕが第１成分であり、Ｚｎが第２成分である。また、試験例４〜８では、金属粉末が７５〜１０質量％のＣｕ−Ｚｎ合金粉末とその他の組成である２５〜９０質量％のＣｕ粉末とによって構成されている。また、試験例２１、２２では、金属粉末として、表１に組成を示すＣｕ−Ｓｎ合金粉末を採用している。さらに、試験例２３、２４では、金属粉末として、表１に組成を示すＣｕ−Ａｌ合金粉末を採用している。また、試験例２５では、金属粉末として、表１に組成を示すＣｕ−Ｎｉ合金粉末を採用している。
【００３２】
試験例１７〜２０では、ガラス粉末と金属粉末とからなる１００質量部の導電性ガラス粉末１３に対して、半導体無機酸化物である１．０〜１０．０質量部のＳｎＯ２を添加している。
【００３３】
次いで、図１（ｃ）に示すように、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内であって中心電極１２の後端に入れられた各試験例１〜２５の導電性ガラス粉末１３は、その貫通孔１１ａの後端から挿入される押さえ棒５１によって予備的に圧縮される。
【００３４】
そして、図１（ｄ）に示すように、上述した導電性ガラス粉末１３と同様に、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内に抵抗体原料粉末１４が入れられる。その際、抵抗体原料粉末１４は、ガラス粉末、セラミックス粉末、金属粉末（Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ及びＮｉ等の１種又は２種以上を主体とするもの）、非金属導電物質粉末（無定形カーボン及びグラファイト等の１種又は２種以上を主体とするもの）及び有機バインダ等を所定量配合し、ホットプレス等で焼結することによって得られたものである。具体的には、３０質量％の微粒ガラス粉末、６０質量％のＺｒＯ２粉末、１質量％のＡｌ粉末、６質量％のカーボンブラック及び３質量％のデキストリンを配合することによって抵抗体原料粉末１４が得られる。そして、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内であって導電性ガラス粉末１３の次に積層された抵抗体原料粉末１４は、その貫通孔１１ａの後端から挿入される押さえ棒５１によって予備的に圧縮される。
【００３５】
そして、上述した導電性ガラス粉末１３及び抵抗体原料粉末１４と同様に、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内に、再度、表１に示す導電性ガラス粉末１３が入れられる。そして、絶縁体１１の貴通孔１１ａ内であって抵抗体原料粉末１４の次に入れられた導電性ガラス粉末１３は、その貫通孔１１ａの後端から挿入される押さえ棒５１によって予備的に圧縮される。その際、導電性ガラス粉末１３は絶縁体１１の貴通孔１１ａ内に充填されることとなる。
【００３６】
こうして、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内であって中心電極１２の後端では、導電性ガラス粉末１３、抵抗体原料粉末１４及び導電性ガラス粉末１３の順からなる粉末層１５が積層することとなる。
【００３７】
このように粉末層１５が積層する絶縁体１１及び中心電極１２からなるスパークプラグの中間体１０ａでは、図２（ａ）に示すように、絶縁体１１の貫通孔１１ａの後端から端子金具１６が挿入される。そして、その中間体１０ａを加熱して粉末層１５を軟化させた後、ホットプレス処理によって端子金具１６を先端方向に加圧する。
【００３８】
ここで、端子金具１６は低炭素鋼等からなり、拡径を有する端子部１６ａと、端子部１６ａから先端方向に延在し、絶縁体１１の貫通孔１１ａと略同径の円柱部１６ｂと、円柱部１６ｂから先端方向に延在し、円柱部１６ｂより狭径の棒状部１６ｃとを備えている。
【００３９】
そして、図２（ｂ）に示すように、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内において、中心電極１２の後端に積層された導電性ガラス粉末１３が導電性ガラス１３ａとなって圧縮される。また、導電性ガラス粉末１３の次に積層された抵抗体原料粉末１４が抵抗体１４ａとなって圧縮される。さらに、抵抗体原料粉末１４の次に積層された導電性ガラス粉末１３は、端子金属１６の棒状部１６ｃの周囲と絶縁体１１の貫通孔１１ａとで囲まれた範囲に導電性ガラス１３ｂとなって圧縮される。
【００４０】
こうして、端子金属１６は、円柱部１６ｂによって絶縁体１１の貫通孔１１ａを密閉しながら挿入され、端子部１６ａによって絶縁体１１の貫通孔１１ａの後端に接合される。
そして、中間体１０ａ及び端子金属１６を常温で冷却される。こうして、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内では、中心電極１２の後端で圧縮された導電性ガラス１３ａによって第１導電性シール層１７が形成されることとなる。また、導電性ガラス１３ａの後端で圧縮された抵抗体１４ａによって抵抗体１８が形成されることとなる。さらに、抵抗体１４ａの後端で圧縮された導電性ガラス１３ｂによって、端子金属１６の棒状部１６ｃの周囲と絶縁体１１の貫通孔１１ａとで囲まれた範囲に第２導電性シール層１９が形成されることとなる。
【００４１】
こうして、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内では、第１導電性シール層１７によって中心電極１２が固定され、第２導電性シール層１９によって端子金属１６が固定されることとなる。
【００４２】
次に、図３に示すように、炭素鋼等からなる主体金具２０を用意する。主体金具２０は、外周面にねじ部２２が形成されている。そして、中心電極１２及び端子金属１６を固定した中間体１０ａを筒状の主体金具２０の軸方向に延在するように挿入することによって、実施形態のスパークプラグ１０が製造されることとなる。そして、このスパークプラグは、主体金具２０のねじ部２２が図示しない内燃機関のエンジンヘッド等に取り付けられ、接地電極２１と中心電極１２との放電ギャップに火花放電させ、エンジンの着火源として使用される。
【００４３】
そのスパークプラグ１０では、筒状の主体金具２０と、主体金具２０の軸方向に延在し、主体金具２０の内側に固定された絶縁体１１とが備えられている。絶縁体１１は貫通孔１１ａによって筒状に形成されている。主体金具２０及び絶縁体１１の内側には、主体金具２０の軸方向に延在し、放電可能な先端を絶縁体１１の先端から突出させて後端が貫通孔１１ａ内に固定された中心電極１２と、主体金具２０の軸方向に延在し、後端を絶縁体１１の後端から突出させて先端が貫通孔１１ａ内に固定された端子金具１６とが備えられている。そして、主体金具２０及び絶縁体１１の内側であって、中心電極１２と端子金具１６との間には、中心電極１２側から順に第１導電性シール層１７、抵抗体１８及び第２導電性シール層１９とが備えられている。また、主体金具２０には、中心電極１２との間に放電ギャップを形成する接地電極２１の一端が固定されている。
【００４４】
そして、上述した各試験例１〜２５の第１、２導電性シール層１７、１９の気密性を測定する。気密性の測定では、１．５ＭＰａの圧縮空気を中心電極１２側から絶縁体１１の貫通孔１１ａ内に加える。そして、絶縁体１１と端子金属１６の接合部分であって、その貫通孔１１ａ内の後端側からその圧縮空気が漏れ出しているか否かを確認する。こうして、圧縮空気が漏れ出していないスパークプラグ１０を○とし、漏れ出す圧縮空気が１分間で０．１ｍｌ以下のスパークプラグ１０を△とし、漏れ出す圧縮空気が１分間で０．１ｍｌを越えるスパークプラグ１０を×としている。その結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
また、上述した各試験例１〜２３の第１、２導電性シール層１７、１９を有するスパークプラグ１０において、耐衝撃性を測定する。耐衝撃性の測定では、各試験例１〜２３の第１、２導電性シール層１７、１９を有するスパークプラグ１１０において、ＪＩＳ Ｂ８０３１に規定された耐衝撃試験を行う。その際、耐衝撃試験は、振動振幅を２２（ｍｍ）、衝撃回数４００（回／分）の条件で行い、スパークプラグ１０に生じる電気抵抗値の変化を測定する。こうして、電気抵抗値の増加率が１％未満であるものを◎とし、１％以上２．５％未満であるものを○とし、２．５以上５％未満であるものを△とし、５％以上であるものを×としている。その結果も表２に示す。
【００４７】
（考察）
表２に示すように、気密性の測定では、試験例１〜１５、１７〜１９及び２３〜２５が○であった。さらに、試験例１６、２０が△であった。また、耐衝撃性の測定では、試験例６、７、９〜１１、１３〜１６が○であり、８、１２が△であり、試験例３〜５、１７〜２０では◎であった。
【００４８】
特に、そのスパークプラグ１０では、第１、２導電性シール層１７、１９がガラス成分と金属成分とを含有する導電性ガラスからなり、金属成分はＣｕを第１成分とし、Ｚｎを第２成分とするＣｕ−Ｚｎ合金を金属成分としている。このようなＣｕ−Ｚｎ合金は、その成分比によって優れた導電性及び気密性を確保することができる。そして、Ｃｕ−Ｚｎ合金を含有する導電性ガラスは、絶縁体１１の貫通孔１１ａの内周面、端子金具１６又は中心電極１２と第１、２導電性シール層１７、１９との境界に生じる剥離を抑制することができる。また、第１、２導電性シール層１７、１９自体に生じる亀裂やひび割れ等を抑制することもできる。このため、スパークプラグ１０の耐衝撃性が優れることとなる。
【００４９】
したがって、このようなスパークプラグ１０では、優れた導電性及び気密性を維持しつつ、より耐衝撃性が優れることとなる。
【００５０】
ここで、試験例１３〜１５では、３０質量％を超過し、７５質量％未満の金属成分（Ｃｕ−Ｚｎ合金）を含有している。金属成分が３０質量％以下であれば、スパークプラグ１０の耐衝撃性が十分でない。また、金属成分が７５質量％以上であれば、ガラス成分が少なくなることによって気密性を保持し難い。このため、導電性ガラスが３０質量％を超過し、７５質量％未満の金属成分を含有することにより、スパークラグ１０の導電性及び気密性は維持され、その耐衝撃性は向上することとなる。
【００５１】
また、試験例３〜７では、金属成分がＣｕ−Ｚｎ合金を１０質量％を超過した場合について上述した効果を確認することができる。
【００５２】
さらに、試験例９〜１１では、Ｃｕ−Ｚｎ合金はＺｎを５〜４０質量％含んでいる。Ｚｎを５〜４０質量％含んだＣｕ−Ｚｎ合金において、上述した効果を確認することができる。
【００５３】
特に、試験例１７〜１９では、ガラス成分と金属成分との含有量を１００質量部としたときに、半導体無機酸化物として１０質量部未満のＳｎＯ２が含まれているため、第１、２導電性シール層１７、１９の導電性を維持しつつ、耐衝撃性をより一層向上させることができる。なお、ＳｎＯ２を１０質量％以上含有すると、気密性が低下する。
【００５４】
この点、試験例１９及び２０において、金属成分の第２成分をＳｎに変更した場合、気密性も耐衝撃性も向上していない。また、試験例２１〜２３において、金属成分の第２成分をＡｌ又はＮｉに変更した場合、気密性は向上しているものの、耐衝撃性は向上していない。
【００５５】
次に、上述した試験例３について、金属粉末の平均粒径を８μｍ、１０μｍ、３６μｍ、５０μｍとしてそれぞれ耐衝撃性を測定する。なお、耐衝撃性の測定では、上記方法と同様に行い、スパークプラグ１０に生じる電気抵抗値の変化を測定した。結果を表３に示す。
【００５６】
【表３】
【００５７】
表３に示すように、耐衝撃性の測定では、試験例２６〜２８が○であった。このため、試験例２６〜２８の第１、２導電性シール層１７、１９を有するスパークプラグ１０では、優れた耐衝撃性を有していることが判る。
【００５８】
なお、実施形態のスパークプラグ１０は、抵抗体１８を備えているが、抵抗体１８を備えていないものでもよい。また、そのスパークプラグ１０は、第１、２導電性シール層１７、１９を備えているが、どちらか一方を備えたものでもよい。
【００５９】
また、端子金具１６の表面には、厚さ５μｍ程度のＮｉめっき層が形成されていてもよい。そして、端子金具１６の棒状部１６ｃの周囲は、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｂ及びＡｇの１種又は２種以上を主体とする金属層で覆われていてもよい。端子金具１６と第２導電性シール層１９との結合力を高めることができるからである。
【００６０】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
【００６１】
本出願は、２００３年０５月２０日出願の日本特許出願（特願２００３−１４２４１５）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明により、優れた導電性及び気密性を維持しつつ、より耐衝撃性に優れたスパークプラグ及びその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態に係り、製造過程における絶縁体の縦断面図である。
【図２】実施形態に係り、製造過程における絶縁体及び端子金属の縦断面図である。
【図３】実施形態に係り、スパークプラグの縦断面全体図である。
【符号の説明】
【００６４】
２０・・・主体金具
１１ａ・・・貫通孔
１１・・・絶縁体
１２・・・中心電極
１６・・・端子金具
１３ａ、ｂ・・・導電性ガラス
１７・・・第１導電性シール層
１９・・・第２導電性シール層
２１・・・接地電極
１８・・・抵抗体
【０００１】
本発明はスパークプラグ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１記載のスパークプラグが知られている。このスパークプラグは筒状の主体金具を備えており、主体金具の内側には貫通孔によって筒状に形成されて主体金具の軸方向に延在する絶縁体が固定されている。また、主体金具及び絶縁体の内側には、主体金具の軸方向に延在し、放電可能な先端を絶縁体の先端から突出させて後端が貫通孔内に固定された中心電極と、主体金具の軸方向に延在し、後端を絶縁体の後端から突出させて先端が貫通孔内に固定された端子金具とが備えられている。また、主体金具には中心電極との間に放電ギャップを形成する接地電極の一端が固定されている。
【０００３】
そして、このスパークプラグでは、絶縁体の貫通孔内における中心電極と端子金具との間に中心電極と端子金具とを電気的に接続する導電性結合層が備えられている。導電性結合層は、中心電極側から順に、第１導電性シール層、抵抗体及び第２導電性シール層となっている。そして、これら第１、２導電性シール層はともにガラス成分と金属成分とを含有する導電性ガラスからなり、金属成分としては例えばＣｕが採用され得る旨記載されている。また、このような構成からなるスパークプラグの他、例えば、導電性結合層が中心電極側から順に導電性シール層及び抵抗体となっているスパークプラグや、導電性結合層が導電性シール層のみとなっているスパークプラグも知られている。
【０００４】
この種のスパークプラグは、エンジンに装着され、主体金具と端子金具との間に高圧の電圧が印加されることにより、中心電極と接地電極との間の放電ギャップで放電を行い、エンジンの駆動時における着火を行う。この際、導電性シール層（特許文献１記載の第１、２導電性シール層）において、導電性ガラスの金属成分として例えばＣｕを採用したスパークプラグでは、ガラス成分によって気密性を保持しつつ端子金具や中心電極を絶縁体に固定している。また、このスパークプラグでは、Ｃｕによって端子金具及び中心電極と導電性結合層との接触抵抗を小さくし、これらの間の優れた導電性を確保している。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５２−１２７５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記スパークプラグにおいては、端子金具及び中心電極と導電性シール層とが良好な接合状態を得るために、端子金具及び中心電極と絶縁体の貫通孔の内周面との隙間に導電性ガラスを十分に充填していることが重要である。すなわち、その隙間が狭いためにその充填が不十分になってしまえば、端子金具及び中心電極と導電性シール層との密着力が不足し、衝撃等が加わることにより端子金具及び中心電極と導電性シール層との境界を剥離させてしまうおそれもあるのである。
【０００７】
この点、特開平１１−３３９９２５公報記載のように、導電性ガラスの金属成分としてＣｕとＺｎやＳｎ等を用いることが考えられる。このようなスパークプラグでは、上記従来と同様の導電性及び気密性を確保しつつ、衝撃等により、端子金具及び中心電極と導電性シール層との境界を剥離させてしまうことを抑制することができる。
【０００８】
しかしながら、上記スパークプラグは、高出力のエンジン等に使用されることにより、より大きな衝撃が加えられる場合もある。このような場合であっても、絶縁体の貫通孔内の内周面、端子金具又は中心電極と導電性シール層との境界で剥離を生じさせたりしないようにする必要がある。また、導電性シール層自体に亀裂やひび割れ等を生じさせたりしないようにする必要もある。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、優れた導電性及び気密性を維持しつつ、より耐衝撃性に優れたスパークプラグ及びその製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。そして、第１、２導電性シール層において、導電性ガラスの金属成分としてＣｕ及びＺｎを採用したスパークプラグを改良すれば上記課題を解決できることを発見し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、軸方向に形成された貫通孔を有する絶縁体の一方の端部側に端子金具が配置され、該絶縁体の他方の端部側に中心電極が配置されるとともに、該貫通孔内に該端子金具と該中心電極とを電気的に接続する導電性結合層が配置され、該導電性結合層は該端子金具及び該中心電極の少なくとも一方と接合する導電性シール層を含むスパークプラグにおいて、
前記導電性シール層はガラス成分と金属成分とを含有する導電性ガラスからなり、該金属成分は、Ｃｕ−Ｚｎ合金を少なくとも含み、かつ、該金属成分に含まれる実質的に全てのＺｎが合金化していることを特徴とする。
【００１２】
本発明のスパークプラグでは、導電性シール層において、導電性ガラスの金属成分がＣｕ−Ｚｎ合金を含んでいる。このようなＣｕ−Ｚｎ合金は、優れた導電性及び気密性を確保することができる。そして、Ｃｕ−Ｚｎ合金を含有する導電性ガラスは、絶縁体の貫通孔の内周面、端子金具又は中心電極と導電性シール層との境界に生じる剥離を抑制することができる。また、導電性シール層自体に生じる亀裂やひび割れ等を抑制することもできる。このため、スパークプラグの耐衝撃性が優れることとなる。
【００１３】
したがって、本発明のスパークプラグでは、優れた導電性及び気密性を維持しつつ、より耐衝撃性が優れることとなる。
【００１４】
なお、本発明のスパークプラグは、導電性シール層は端子金属及び中心電極の少なくとも一方と接合するように形成されていればよい。導電性結合層としては、全体が導電性シール層によって構成されていてもよく、従来と同様に抵抗休と抵抗体の両端に位置する導電性シール層とによって構成されていてもよい。導電性シール層に含まれる金属成分としては、全てがＣｕ−Ｚｎ合金であってもよく、一部がＣｕ−Ｚｎ合金であってもよい。金属成分の一部がＣｕ−Ｚｎ合金である場合、他の金属成分として、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｌ及びＮｉ並びにこれらの合金の少なくとも１種を採用することができる。
【００１５】
また、Ｃｕ−Ｚｎ合金は、Ｃｕが第１成分であり、Ｚｎが第２成分であることが好ましい。つまり、Ｃｕ−Ｚｎ合金中にＣｕが最も多く含まれ、ＺｎがＣｕの次に多く含まれていることが好ましい。また、Ｃｕ−Ｚｎ合金としては、Ｃｕ及びＺｎ以外に不可避不純物が含まれていてもよいが、その場合でも、Ｃｕ及びＺｎの合計の含有量が９９質量％以上であることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明のスパークプラグでは、金属成分が実質的に全てのＺｎが合金化している。金属成分中に合金化されていないＺｎ成分を含むことで発明者等は導電性シール層の耐衝撃性が低下する虞があることを確認している。
【００１７】
なお、『金属成分は、実質的に全てＺｎが合金化している』とは、Ｘ線回折にて導電性シール層中の金属成分中における合金化されていないＺｎ成分（Ｚｎ単体成分）を計測した結果、合金化されていないＺｎ成分が検出されなかった場合をさす。また、『合金化されていないＺｎ成分（Ｚｎ単体成分）』とはＺｎの含有量が９９質量％以上で残部がＣｕ以外の不可避不純物であるものを指す。
【００１８】
また、本発明は、軸方向に形成された貫通孔を有する絶縁体の一方の端部側に端子金具が配置され、該絶縁体の他方の端部側に中心電極が配置されるとともに、該貫通孔内に該端子金具と該中心電極とを電気的に接続する導電性結合層が配置され、該導電性結合層は該端子金具及び該中心電極の少なくとも一方と接合する導電性シール層を含むスパークプラグの製造方法において、
ガラス粉末と、少なくともＣｕ−Ｚｎ合金粉末が混合される金属粉末とを含む導電性ガラス粉末を前記絶縁体の前記貫通孔内に充填し、導電性ガラス粉末を軟化させることで前記導電性シール層を形成し、かつ、前記金属粉末は前記Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末が１０質量％を超過しており、さらに、前記金属粉末は合金化されていないＺｎ粉末を含まないことを特徴とする。
【００１９】
本発明のスパークプラグの製造方法では、ガラス粉末とＣｕ−Ｚｎ合金粉末が混合される金属粉末とを含む導電性ガラス粉末を絶縁体の貫通孔内に充填し、導電性ガラス粉末を軟化させることで導電性シール層を形成する。Ｃｕ粉末とＺｕ粉末とを別々に添加し、後で熱処理等で合金化させる手法では、熱処理条件や混合状態によって、導電シール層内に所望比率のＣｕ−Ｚｎ合金を得ることが難しいが、このように予め合金化したＣｕ−Ｚｎ合金粉末を利用することで、形成される導電性シール層において、導電性ガラスの金属成分が所望の割合でＣｕ−Ｚｎ合金を含み、かつ、実質的に全てのＺｎが合金化していることとなる。よって、本発明の製造方法で形成されたスパークプラグは、優れた導電性及び気密性を維持しつつ、より耐衝撃性が優れることとなる。
【００２０】
導電性ガラス粉末は、３０質量％を超過し、７５質量％未満の金属粉末を含有することが好ましい。発明者の試験結果によれば、金属粉末が３０質量％以下であれば、スパークプラグの耐衝撃性が十分でないことがある。また、金属粉末が７５質量％以上であれば、ガラス成分が少なくなることによって気密性が劣る虞がある。このため、導電性ガラス粉末が３０質量％を超過し、７５質量％未満の金属粉末を含有することにより、形成されるスパークラグの導電性及び気密性は維持され、その耐衝撃性は向上することとなる。
【００２１】
金属粉末において、Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末が１０質量％を超過していることにより、スパークプラグの導電性、気密性及び耐衝撃性を有効に確保することができる。なお、発明者の試験結果によれば、Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末が金属粉末の１０質量％以下であれば、スパークプラグの耐衝撃性が十分でないことがある。さらに、金属粉末はＣｕ−Ｚｎ合金粉末が５０質量％を超過していることがより好ましい。Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末が金属粉末の５０質量％を超過していることにより、形成されるスパークプラグの導電性、気密性を確保しつつ耐衝撃性をさらに有効に向上させることができる。
【００２２】
また、本発明のスパークプラグ製造方法では、合金化されていないＺｎ粉末を含まないが、Ｚｎ成分がＺｎ粉末の状態、すなわち、Ｚｎ成分が合金化されない状態で、混合すると導電性ガラス層内にＺｎ粉末が合金化されないまま最終製品に残存し、形成されるスパークプラグの耐衝撃性が低下することを発明者等は確認している。したがって、Ｚｎ成分は添加前にすべて合金化しておく。
【００２３】
Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末はＺｎを５〜４０質量％含むことが好ましい。発明者は、Ｚｎを５〜４０質量％含んだＣｕ−Ｚｎ合金粉末において、本発明の効果を確認している。
【００２４】
本発明のスパークプラグでは、導電性ガラス粉末は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種の半導体無機酸化物を含有することが好ましい。発明者らの試験結果によれば、こうすることによって導電性シール層の導電性及び気密性を維持しつつ、耐衝撃性をより一層向上させることができる。半導体無機酸化物としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３、ＶＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等を採用することができる。発明者らの試験結果によれば、ガラス粉末と金属粉末との含有量を１００質量部としたときに、半導体無機酸化物を１０質量部未満で含有することが好ましい。半導体無機酸化物を１０質量部以上含有すると、気密性が低下することがある。
【００２５】
また、金属粉末の平均粒径は、５μｍ以上、４０μｍ以下であることが好ましい。金属粉末の平均粒径が５μｍ未満では、粒径が小さすぎて生産性が悪く、コストが上昇する。一方、金属粉末の平均粒径が４０μｍを越えると、形成されるスパークプラグの耐衝撃性が低下する虞がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明のスパークプラグを具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
実施形態のスパークプラグは、以下のようにして製造することができる。まず、図１（ａ）に示すように、後端側に鍔部１２ａを備えた中心電極１２を用意する。また、アルミナ等のセラミックス焼成体からなり、軸方向に貴通孔１１ａを有する略円筒形状の絶縁体１１を用意する。ここで、絶縁体１１の貫通孔１１ａは、先端側に貫通する小径の第１貫通孔１１ｂと、第１貫通孔１１ｂを拡径したテーパ部１１ｃと、テーパ部１１ｃから後端側に貫通する第２貫通孔１１ｄとによって構成されている。そして、絶縁体１１の貫通孔１１ａの後端側から中心電極１２を挿通し、第２貫通孔１１ｄを経て、貫通孔１１ａの第１貫通孔１１ｂ内まで中心電極１２を移動させる。こうして、その第１貫通孔１１ｂ内では、中心電極１２の鍔部１２ａがテーパ部１１ｃに係止され、中心電極１２が係止される。その際、中心電極１２の先端は絶縁体１１の先端から突出される。
【００２８】
次に、図１（ｂ）に示すように、絶縁体１１の貫通孔１１ａの後端にロート５０を挿入し、ロート５０を介してその貫通孔１１ａ内に導電性ガラス粉末１３を入れる。導電性ガラス粉末１３は、表１に示す各試験例１〜２５の配合（質量％）から成るガラス粉末と金属粉末とによって構成されている。
【００２９】
【表１】
ガラス粉末は、６０質量％のＳｉＯ２、３０質量％のＢ２Ｏ３、５質量％のＮａ２Ｏ及び５質量％のＢａＯからなるホウケイ酸ソーダガラスである。
【００３１】
また、金属粉末の組成は以下のとおりである。試験例１では、金属粉末としてＣｕ粉末を採用している。また、試験例２では、金属粉末としてＣｕ粉末とＺｎ粉末との混合粉末を採用している。さらに、試験例３〜２０では、金属成分として、表１に組成を示すＣｕ−Ｚｎ合金の粉末を採用している。各Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末のＣｕが第１成分であり、Ｚｎが第２成分である。また、試験例４〜８では、金属粉末が７５〜１０質量％のＣｕ−Ｚｎ合金粉末とその他の組成である２５〜９０質量％のＣｕ粉末とによって構成されている。また、試験例２１、２２では、金属粉末として、表１に組成を示すＣｕ−Ｓｎ合金粉末を採用している。さらに、試験例２３、２４では、金属粉末として、表１に組成を示すＣｕ−Ａｌ合金粉末を採用している。また、試験例２５では、金属粉末として、表１に組成を示すＣｕ−Ｎｉ合金粉末を採用している。
【００３２】
試験例１７〜２０では、ガラス粉末と金属粉末とからなる１００質量部の導電性ガラス粉末１３に対して、半導体無機酸化物である１．０〜１０．０質量部のＳｎＯ２を添加している。
【００３３】
次いで、図１（ｃ）に示すように、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内であって中心電極１２の後端に入れられた各試験例１〜２５の導電性ガラス粉末１３は、その貫通孔１１ａの後端から挿入される押さえ棒５１によって予備的に圧縮される。
【００３４】
そして、図１（ｄ）に示すように、上述した導電性ガラス粉末１３と同様に、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内に抵抗体原料粉末１４が入れられる。その際、抵抗体原料粉末１４は、ガラス粉末、セラミックス粉末、金属粉末（Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ及びＮｉ等の１種又は２種以上を主体とするもの）、非金属導電物質粉末（無定形カーボン及びグラファイト等の１種又は２種以上を主体とするもの）及び有機バインダ等を所定量配合し、ホットプレス等で焼結することによって得られたものである。具体的には、３０質量％の微粒ガラス粉末、６０質量％のＺｒＯ２粉末、１質量％のＡｌ粉末、６質量％のカーボンブラック及び３質量％のデキストリンを配合することによって抵抗体原料粉末１４が得られる。そして、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内であって導電性ガラス粉末１３の次に積層された抵抗体原料粉末１４は、その貫通孔１１ａの後端から挿入される押さえ棒５１によって予備的に圧縮される。
【００３５】
そして、上述した導電性ガラス粉末１３及び抵抗体原料粉末１４と同様に、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内に、再度、表１に示す導電性ガラス粉末１３が入れられる。そして、絶縁体１１の貴通孔１１ａ内であって抵抗体原料粉末１４の次に入れられた導電性ガラス粉末１３は、その貫通孔１１ａの後端から挿入される押さえ棒５１によって予備的に圧縮される。その際、導電性ガラス粉末１３は絶縁体１１の貴通孔１１ａ内に充填されることとなる。
【００３６】
こうして、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内であって中心電極１２の後端では、導電性ガラス粉末１３、抵抗体原料粉末１４及び導電性ガラス粉末１３の順からなる粉末層１５が積層することとなる。
【００３７】
このように粉末層１５が積層する絶縁体１１及び中心電極１２からなるスパークプラグの中間体１０ａでは、図２（ａ）に示すように、絶縁体１１の貫通孔１１ａの後端から端子金具１６が挿入される。そして、その中間体１０ａを加熱して粉末層１５を軟化させた後、ホットプレス処理によって端子金具１６を先端方向に加圧する。
【００３８】
ここで、端子金具１６は低炭素鋼等からなり、拡径を有する端子部１６ａと、端子部１６ａから先端方向に延在し、絶縁体１１の貫通孔１１ａと略同径の円柱部１６ｂと、円柱部１６ｂから先端方向に延在し、円柱部１６ｂより狭径の棒状部１６ｃとを備えている。
【００３９】
そして、図２（ｂ）に示すように、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内において、中心電極１２の後端に積層された導電性ガラス粉末１３が導電性ガラス１３ａとなって圧縮される。また、導電性ガラス粉末１３の次に積層された抵抗体原料粉末１４が抵抗体１４ａとなって圧縮される。さらに、抵抗体原料粉末１４の次に積層された導電性ガラス粉末１３は、端子金属１６の棒状部１６ｃの周囲と絶縁体１１の貫通孔１１ａとで囲まれた範囲に導電性ガラス１３ｂとなって圧縮される。
【００４０】
こうして、端子金属１６は、円柱部１６ｂによって絶縁体１１の貫通孔１１ａを密閉しながら挿入され、端子部１６ａによって絶縁体１１の貫通孔１１ａの後端に接合される。
そして、中間体１０ａ及び端子金属１６を常温で冷却される。こうして、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内では、中心電極１２の後端で圧縮された導電性ガラス１３ａによって第１導電性シール層１７が形成されることとなる。また、導電性ガラス１３ａの後端で圧縮された抵抗体１４ａによって抵抗体１８が形成されることとなる。さらに、抵抗体１４ａの後端で圧縮された導電性ガラス１３ｂによって、端子金属１６の棒状部１６ｃの周囲と絶縁体１１の貫通孔１１ａとで囲まれた範囲に第２導電性シール層１９が形成されることとなる。
【００４１】
こうして、絶縁体１１の貫通孔１１ａ内では、第１導電性シール層１７によって中心電極１２が固定され、第２導電性シール層１９によって端子金属１６が固定されることとなる。
【００４２】
次に、図３に示すように、炭素鋼等からなる主体金具２０を用意する。主体金具２０は、外周面にねじ部２２が形成されている。そして、中心電極１２及び端子金属１６を固定した中間体１０ａを筒状の主体金具２０の軸方向に延在するように挿入することによって、実施形態のスパークプラグ１０が製造されることとなる。そして、このスパークプラグは、主体金具２０のねじ部２２が図示しない内燃機関のエンジンヘッド等に取り付けられ、接地電極２１と中心電極１２との放電ギャップに火花放電させ、エンジンの着火源として使用される。
【００４３】
そのスパークプラグ１０では、筒状の主体金具２０と、主体金具２０の軸方向に延在し、主体金具２０の内側に固定された絶縁体１１とが備えられている。絶縁体１１は貫通孔１１ａによって筒状に形成されている。主体金具２０及び絶縁体１１の内側には、主体金具２０の軸方向に延在し、放電可能な先端を絶縁体１１の先端から突出させて後端が貫通孔１１ａ内に固定された中心電極１２と、主体金具２０の軸方向に延在し、後端を絶縁体１１の後端から突出させて先端が貫通孔１１ａ内に固定された端子金具１６とが備えられている。そして、主体金具２０及び絶縁体１１の内側であって、中心電極１２と端子金具１６との間には、中心電極１２側から順に第１導電性シール層１７、抵抗体１８及び第２導電性シール層１９とが備えられている。また、主体金具２０には、中心電極１２との間に放電ギャップを形成する接地電極２１の一端が固定されている。
【００４４】
そして、上述した各試験例１〜２５の第１、２導電性シール層１７、１９の気密性を測定する。気密性の測定では、１．５ＭＰａの圧縮空気を中心電極１２側から絶縁体１１の貫通孔１１ａ内に加える。そして、絶縁体１１と端子金属１６の接合部分であって、その貫通孔１１ａ内の後端側からその圧縮空気が漏れ出しているか否かを確認する。こうして、圧縮空気が漏れ出していないスパークプラグ１０を○とし、漏れ出す圧縮空気が１分間で０．１ｍｌ以下のスパークプラグ１０を△とし、漏れ出す圧縮空気が１分間で０．１ｍｌを越えるスパークプラグ１０を×としている。その結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
また、上述した各試験例１〜２３の第１、２導電性シール層１７、１９を有するスパークプラグ１０において、耐衝撃性を測定する。耐衝撃性の測定では、各試験例１〜２３の第１、２導電性シール層１７、１９を有するスパークプラグ１１０において、ＪＩＳ Ｂ８０３１に規定された耐衝撃試験を行う。その際、耐衝撃試験は、振動振幅を２２（ｍｍ）、衝撃回数４００（回／分）の条件で行い、スパークプラグ１０に生じる電気抵抗値の変化を測定する。こうして、電気抵抗値の増加率が１％未満であるものを◎とし、１％以上２．５％未満であるものを○とし、２．５以上５％未満であるものを△とし、５％以上であるものを×としている。その結果も表２に示す。
【００４７】
（考察）
表２に示すように、気密性の測定では、試験例１〜１５、１７〜１９及び２３〜２５が○であった。さらに、試験例１６、２０が△であった。また、耐衝撃性の測定では、試験例６、７、９〜１１、１３〜１６が○であり、８、１２が△であり、試験例３〜５、１７〜２０では◎であった。
【００４８】
特に、そのスパークプラグ１０では、第１、２導電性シール層１７、１９がガラス成分と金属成分とを含有する導電性ガラスからなり、金属成分はＣｕを第１成分とし、Ｚｎを第２成分とするＣｕ−Ｚｎ合金を金属成分としている。このようなＣｕ−Ｚｎ合金は、その成分比によって優れた導電性及び気密性を確保することができる。そして、Ｃｕ−Ｚｎ合金を含有する導電性ガラスは、絶縁体１１の貫通孔１１ａの内周面、端子金具１６又は中心電極１２と第１、２導電性シール層１７、１９との境界に生じる剥離を抑制することができる。また、第１、２導電性シール層１７、１９自体に生じる亀裂やひび割れ等を抑制することもできる。このため、スパークプラグ１０の耐衝撃性が優れることとなる。
【００４９】
したがって、このようなスパークプラグ１０では、優れた導電性及び気密性を維持しつつ、より耐衝撃性が優れることとなる。
【００５０】
ここで、試験例１３〜１５では、３０質量％を超過し、７５質量％未満の金属成分（Ｃｕ−Ｚｎ合金）を含有している。金属成分が３０質量％以下であれば、スパークプラグ１０の耐衝撃性が十分でない。また、金属成分が７５質量％以上であれば、ガラス成分が少なくなることによって気密性を保持し難い。このため、導電性ガラスが３０質量％を超過し、７５質量％未満の金属成分を含有することにより、スパークラグ１０の導電性及び気密性は維持され、その耐衝撃性は向上することとなる。
【００５１】
また、試験例３〜７では、金属成分がＣｕ−Ｚｎ合金を１０質量％を超過した場合について上述した効果を確認することができる。
【００５２】
さらに、試験例９〜１１では、Ｃｕ−Ｚｎ合金はＺｎを５〜４０質量％含んでいる。Ｚｎを５〜４０質量％含んだＣｕ−Ｚｎ合金において、上述した効果を確認することができる。
【００５３】
特に、試験例１７〜１９では、ガラス成分と金属成分との含有量を１００質量部としたときに、半導体無機酸化物として１０質量部未満のＳｎＯ２が含まれているため、第１、２導電性シール層１７、１９の導電性を維持しつつ、耐衝撃性をより一層向上させることができる。なお、ＳｎＯ２を１０質量％以上含有すると、気密性が低下する。
【００５４】
この点、試験例１９及び２０において、金属成分の第２成分をＳｎに変更した場合、気密性も耐衝撃性も向上していない。また、試験例２１〜２３において、金属成分の第２成分をＡｌ又はＮｉに変更した場合、気密性は向上しているものの、耐衝撃性は向上していない。
【００５５】
次に、上述した試験例３について、金属粉末の平均粒径を８μｍ、１０μｍ、３６μｍ、５０μｍとしてそれぞれ耐衝撃性を測定する。なお、耐衝撃性の測定では、上記方法と同様に行い、スパークプラグ１０に生じる電気抵抗値の変化を測定した。結果を表３に示す。
【００５６】
【表３】
表３に示すように、耐衝撃性の測定では、試験例２６〜２８が○であった。このため、試験例２６〜２８の第１、２導電性シール層１７、１９を有するスパークプラグ１０では、優れた耐衝撃性を有していることが判る。
【００５８】
なお、実施形態のスパークプラグ１０は、抵抗体１８を備えているが、抵抗体１８を備えていないものでもよい。また、そのスパークプラグ１０は、第１、２導電性シール層１７、１９を備えているが、どちらか一方を備えたものでもよい。
【００５９】
また、端子金具１６の表面には、厚さ５μｍ程度のＮｉめっき層が形成されていてもよい。そして、端子金具１６の棒状部１６ｃの周囲は、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｂ及びＡｇの１種又は２種以上を主体とする金属層で覆われていてもよい。端子金具１６と第２導電性シール層１９との結合力を高めることができるからである。
【００６０】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
【００６１】
本出願は、２００３年０５月２０日出願の日本特許出願（特願２００３−１４２４１５）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明により、優れた導電性及び気密性を維持しつつ、より耐衝撃性に優れたスパークプラグ及びその製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態に係り、製造過程における絶縁体の縦断面図である。
【図２】実施形態に係り、製造過程における絶縁体及び端子金属の縦断面図である。
【図３】実施形態に係り、スパークプラグの縦断面全体図である。
【符号の説明】
【００６４】
２０・・・主体金具
１１ａ・・・貫通孔
１１・・・絶縁体
１２・・・中心電極
１６・・・端子金具
１３ａ、ｂ・・・導電性ガラス
１７・・・第１導電性シール層
１９・・・第２導電性シール層
２１・・・接地電極
１８・・・抵抗体
Claims (8)
- 軸方向に形成された貫通孔を有する絶縁体の一方の端部側に端子金具が配置され、該絶縁体の他方の端部側に中心電極が配置されるとともに、該貫通孔内に該端子金具と該中心電極とを電気的に接続する導電性結合層が配置され、該導電性結合層は該端子金具及び該中心電極の少なくとも一方と接合する導電性シール層を含むスパークプラグにおいて、
前記導電性シール層はガラス成分と金属成分とを含有する導電性ガラスからなり、該金属成分は、Ｃｕ−Ｚｎ合金を少なくとも含み、かつ、該金属成分に含まれる実質的に全てのＺｎが合金化していることを特徴とするスパークプラグ。 - 軸方向に形成された貫通孔を有する絶縁体の一方の端部側に端子金具が配置され、該絶縁体の他方の端部側に中心電極が配置されるとともに、該貫通孔内に該端子金具と該中心電極とを電気的に接続する導電性結合層が配置され、該導電性結合層は該端子金具及び該中心電極の少なくとも一方と接合する導電性シール層を含むスパークプラグの製造方法において、
ガラス粉末と、少なくともＣｕ−Ｚｎ合金粉末が混合される金属粉末とを含む導電性ガラス粉末を前記絶縁体の前記貫通孔内に充填し、導電性ガラス粉末を軟化させることで前記導電性シール層を形成してなり、かつ、前記金属粉末は前記Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末が１０質量％を超過しており、さらに、前記金属粉末は合金化されていないＺｎ粉末を含まないことを特徴とするスパークプラグの製造方法。 - 前記導電性ガラス粉末は、３０質量％を超過し、７５質量％未満の前記金属粉末を含有していることを特徴とする請求項２記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記金属粉末は、前記Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末が５０質量％を超過していることを特徴とする請求項２又は３記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末はＺｎを５〜４０質量％含むことを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記導電性ガラス粉末は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種の半導体無機酸化物を含有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記導電性ガラス粉末は、前記ガラス粉末と前記金属粉末との含有量の合計を１００質量部として、前記半導体無機酸化物が１０質量部未満含有されていることを特徴とする請求項６記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記金属粉末の平均粒径は、５μｍ以上、４０μｍ以下であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項記載のスパークプラグの製造方法。
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