JP5040574B2 - 抵抗材料 - Google Patents

Description

本発明は、点火プラグの抵抗体を形成するための抵抗材料に関する。

自動車等のエンジンの点火プラグとして、高周波雑音音波を抑制するために抵抗入り点火プラグが広く使用されている。抵抗入り点火プラグは、図１に示すように、端子電極１と接する導電ガラス体２ａと、中心電極３と接する導電ガラス体２ｂとの間に抵抗体４を介在させたものである。

点火プラグは、例えば次のようにして作製される。まず絶縁碍子の内孔中に中心電極３を挿入する。次いで、導電性ガラス粒子、抵抗体粒子、導電ガラス粒子の順に中心電極３上に各粒子を充填する。さらに端子電極１を挿入する。その後、加熱しながら端子電極に荷重をかける、いわゆるホットプレス工程により、導電ガラス粒子や抵抗体粒子を軟化させて導電ガラス体２ａ、２ｂ及び抵抗体４とするとともに、導電ガラス体中に中心電極３や端子電極１の先端を圧入する。このようにして絶縁碍子中に中心電極３及び端子電極１を導電封着する。その後、絶縁碍子を、接地電極を備えたハウジングに固定し、点火プラグとする。

この種の点火プラグの製造に使用される抵抗体粒子は、従来、粗粒ガラス粉末、微粒ガラス粉末、フィラー粉末、炭素質物質等からなる抵抗体用粉末材料を造粒したものが使用されている。このような抵抗体粒子を用いて作製された抵抗体は、粗粒ガラス粉末やフィラー粉末がその原型を留めるとともに、これらの粒子の間隙に、微粒ガラス粒子が溶融固化した結合ガラス相が存在した状態となる。また結合ガラス相中には炭素質物質等が分散している。ここで粗粒ガラス粉末は、導電路を迂回させるブロック粒子として機能する。（例えば特許文献１、２）
特開平２−１２６５８４号公報 特開平１１−２３３２３２号公報

近年、エンジンの小型化の傾向から、点火プラグにも小型化が要請されている。ところが点火プラグが小型化されると、プラグ内孔に形成される抵抗体の機械的強度が低下したり、抵抗率のばらつきが大きくなったりする、といった問題が生じ易くなる。

本発明の目的は、点火プラグが小型化されても、抵抗体の機械的強度が低下したり、抵抗率のばらつきが大きくなったりしない抵抗材料を提供することである。

本発明の抵抗材料は、抵抗体入点火プラグの抵抗体を形成するための抵抗材料であって、ガラスビーズであり、且つガラスビーズが５００〜５６０℃のガラス転移点を有するガラスであることを特徴とする。ガラスビーズとは、溶融状態のガラスが表面張力によって略球状に固化したガラス粒子、或いは火造りの表面を有するガラス粒子を意味する。なお本発明においては、必ずしも真球のガラスビーズである必要はなく、例えば楕円形状であっても差し支えない。また複数の略球状粒子が融着して瓢箪形状等になったものを含んでいてもよい。

前記ガラスビーズの粒度は、最大粒径が４００μｍ以下であることが好ましい。なお本発明における最大粒径は、ロータップ法で測定したものである。

前記ガラスビーズは、５００〜５６０℃のガラス転移点を有するガラスからなる。なお本発明におけるガラス転移点とは、Ｄｉｌａｔｏ法により測定された値を意味する。

またガラスビーズは、６５０℃以上の熱処理で分相する性質を有するガラスであることが望ましい。

本発明の抵抗材料は、ガラスビーズからなるために流動性に優れており、絶縁碍子の内孔が細径化しても、常に安定して高密度の充填を可能にする。それゆえ緻密な抵抗体を点火プラグ内に形成することができ、設計通りの機械的強度及び抵抗率を安定して得ることが可能になる。

またガラスビーズの最大粒径が４００μｍ以下であれば、絶縁碍子内孔が細径化しても、良好な充填性を確保することができる。

またガラスビーズが５００〜５６０℃のガラス転移点を有するガラスからなるものであれば、点火プラグ作製時のホットプレス工程において、粒子形状を留めながら、少なくともその表面を溶融させることができる。これによって、導電路を迂回させるブロック粒子としての機能を発現させることができるとともに、結合ガラス相と強固に結合して機械的強度の高い抵抗体を形成することが可能になる。

またガラスビーズが分相する性質を有するものであれば、プラグ作製の際のホットプレス工程で、電極の圧入によって与えられる荷重をガラスビーズが受け止めつつ、その荷重によってビーズ自身が塑性変形して荷重の一部を逃すことができる。その結果、荷重が一部の抵抗体粒子に集中せず、全ての抵抗体粒子に均等に与えられることになり、絶縁碍子内孔中に隙間無く緻密に抵抗体を形成することが可能になる。

本発明の抵抗材料は、ガラスビーズからなる。ガラスビーズは略球形であるため、流動性に優れており、高密度に充填することが可能である。

ガラスビーズの粒径は、絶縁碍子内孔に充填可能なものであれば特に制限はないが、例えば最大粒径が４００μｍ以下、特に３００μｍ以下、２５０μｍ以下、さらには１５０〜２５０μｍであることが好ましい。最大粒径や平均粒径がこの範囲内にあれば、絶縁碍子内孔が細径化しても、良好な充填性及び作業性を確保することができる。

また本発明の抵抗材料は、抵抗体中でブロック粒子として機能する。このため点火プラグ作製時のホットプレス工程において、その形状を維持できる、即ち完全に溶融しないことが重要である。その一方で、結合ガラス相と融着一体化して緻密な抵抗体を形成することができるように、少なくともその表面はホットプレス工程で若干溶融するものであることが必要である。そのため５００〜５６０℃のガラス転移点を有するガラスビーズを用いる。特に５００〜５５０℃、さらには５１０〜５４０℃のガラス転移点を有するガラスビーズからなることが望ましい。転移点がこの範囲より低くなると、ホットプレス工程でガラスビーズが完全に溶融してしまうおそれがあり、ブロック粒子として機能しにくくなる。一方、軟化点が高すぎるとビーズ表面が殆ど溶融せず、結合ガラス相との結合強度が不十分となりやすい。

また本発明の材料は、６５０℃以上の熱処理で分相する性質を有するガラスビーズからなることが望ましい。なお本発明における分相とは、ガラス成分が、ＳｉＯ₂を主成分とする高粘性のシリカリッチ相と、その他の成分からなる低粘性ガラス相とに分離する状態を指す。分相したガラスは、通常、シリカリッチ相が骨格をなし、その間隙に低粘性ガラス相が存在する構造となる。分相したガラスビーズに高温下で荷重がかかると、低粘性ガラス相の軟化流動に起因して塑性変形が起こるものの、シリカリッチ相の存在によってビーズ粒子が完全に潰れることはない。６５０℃以上の熱処理で分相するガラスとしては、Ｂ₂Ｏ₃−ＢａＯ系ガラス、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＢａＯ系ガラス、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＢａＯ系ガラス等が挙げられる。

以下、本発明の抵抗材料の作製方法を説明する。

まず、所望の組成、例えばＢ₂Ｏ₃−ＢａＯ系ガラス、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＢａＯ系ガラス、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＢａＯ系ガラスとなるようにガラス原料を調製し、溶融、成形する。成形は、溶融ガラスを水中に投下させる、いわゆる水砕法や、フィルム成形法等の方法が採用できる。

続いて、ガラス成形物を粉砕し分級する。このようにして例えば最大粒径が４００μｍであるガラス粉末を作製する。

このようにして得られたガラス粉末を火炎中に供給し、再溶融、急冷させて、ビーズ化する。なお火炎の温度は、ガラス組成等に応じて適宜調整すればよいが、例えば１４００〜１６００℃程度であることが好ましい。なお得られたガラスビーズは、そのまま抵抗材料として使用することができる。また、より優れた流動性を得るために、異形ビーズ、或いはビーズ化が不十分であった粉末を選別、除去してもよい。

以下、本発明の抵抗材料を用いた抵抗入り点火プラグの製造方法を、図１を使用して説明する。

まず絶縁碍子、導電性ガラス粒子、抵抗体粒子、中心電極、端子電極を用意する。ここで抵抗体粒子の調製は、ガラスビーズからなる本発明の抵抗材料、微粒ガラス粉末、フィラー粉末、炭素質物質等を用意し、これを造粒することにより行う。造粒により作製された抵抗体粒子は、ガラスビーズ表面やフィラー粉末表面に、微粒ガラス粉末、炭素質物質等の微粒子が付着した状態となる。なお本発明の抵抗材料の一部を、粗粒ガラス粉末で置換しても差し支えない。ここで言う粗粒ガラス粉末とは、本発明におけるガラスビーズと同等の粒径、具体的には最大粒径が４００μｍの粒径を有する粉砕物であり、微粒ガラス粉末とはその粒度で区別される。

微粒ガラス粉末としては、ガラスビーズと同材質又はこれより低融点のガラス粉砕物からなる。また微粒ガラス粉末は、ガラスビーズと比べて粒径が非常に小さい粉末であり、例えば最大粒径が１５０μｍ以下、平均粒径が７５μｍ以下程度のものを使用することができる。なお本発明における平均粒子径は、ロータップ法で測定したものである。

フィラー粉末としては、例えばアルミナ、ジルコン、ムライト等のセラミック粉末を使用することができる。

炭素質物質としては、カーボンブラック等が使用可能である。

次に絶縁碍子の内孔中に中心電極３を挿入する。

次いで、導電性ガラス粒子、抵抗体粒子、導電ガラス粒子の順に中心電極３上に各粒子を充填する。

さらに端子電極１を挿入する。

その後、９００〜１０００℃程度で加熱しながら、端子電極１に荷重をかけることによってホットプレスし、導電ガラス粒子に荷重を加えるとともに、導電性ガラス粒子を介して抵抗体粒子に荷重を与える。これにより導電ガラス粒子同士及び抵抗体粒子同士が融着一体化して、緻密な導電ガラス体２ａ、２ｂ及び抵抗体４が形成される。同時に導電ガラス体２ａ、２ｂ中に中心電極３や端子電極１の先端が圧入される。このようにして絶縁碍子中に中心電極３及び端子電極１が導電封着される。その後、接地電極を備えたハウジングに絶縁碍子を固定し、点火プラグとする。

以下、実施例に基づいて本発明の抵抗材料を説明する。
（抵抗材料の作製）
まず、粒度が異なる２種類のＢ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ｌｉ₂Ｏ系ガラス粉末（日本電気硝子株式会社製 材質名ＡＢ−１５）を用意した。なおガラス粉末は、最大粒径１５０μｍ、平均粒径７５μｍのものを粉末試料１とし、最大粒径２００μｍ、平均粒径８０μｍのものを粉末試料２とした。

次に、約１５００℃の火炎中に粉末試料を供給してビーズ化し、抵抗材料１、２を得た。なおビーズ化は、成形ガス ２５Ｎｍ³／ｈ、燃焼エアー ３００Ｎｍ³／ｈ、送りエアー ３Ｎｍ³／ｈ、粉末供給流量 ３５ｋｇ／ｈの条件で行った。

ビーズ化前の粉末試料の拡大写真を図２、４に、ビーズ化した抵抗材料の拡大写真を図３、５に示す。
（抵抗材料の評価）
得られたガラスビーズからなる抵抗材料１、２について、流動性及び充填性を評価した。結果を表１に示す。また比較のために、ビーズ化前のガラス粉末試料１、２についても同様の評価を行った。なおガラス粉末試料１、２は、従来の抵抗材料に相当するものである。

表１から明らかなように、本発明の実施例である抵抗材料１、２は、流動性及び充填性に優れており、抵抗材料として好適であることが確認された。

なお流動性の評価は、穴径φ４．０ｍｍのロートを使用し、以下の方法で計測した時間を示したものである。まずロートの出口を塞いだ状態で試料５０ｇを供給する。次いで、ロートの穴を開放すると同時に計測を開始し、全ての試料が落下するまでの時間を計った。なお表中の「測定不能」とは、試料の落下が途中で止まり、計測が終了しなかったことを意味する。

充填性の評価は、嵩密度測定器を使用し、以下の方法で求めた値を示したものである。まず振動する円筒形セル（２０ｃｃ）に、上部から試料を供給する。セルが試料で満杯になった時点で試料の供給を止める。試料の供給停止後１５秒後に振動を停止する。その後、セル内の充填重量を体積で除して充填性評価の結果とした。

抵抗入り点火プラグの要部を示す説明図である。 粉末試料１の拡大写真である。 抵抗材料１の拡大写真である。 粉末試料２の拡大写真である。 抵抗材料２の拡大写真である。

符号の説明

１ 端子電極
２ａ、２ｂ 導電ガラス体
３ 中心電極
４ 抵抗体

Claims (4)

1. 抵抗体入点火プラグの抵抗体を形成するための抵抗材料であって、ガラスビーズであり、且つガラスビーズが５００〜５６０℃のガラス転移点を有するガラスであることを特徴とする抵抗材料。
2. 最大粒径が４００μｍ以下のガラスビーズからなることを特徴とする請求項１の抵抗材料。
3. ガラスビーズが、ガラス粉末を火炎中に供給し、再溶融、急冷されて、ビーズ化されていることを特徴とする請求項１又は２の抵抗材料。
4. ガラスビーズが、６５０℃以上の熱処理で分相する性質を有するものであることを特徴とする請求項１〜３の何れかの抵抗材料。