JP5238003B2

JP5238003B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JP5238003B2
Application number: JP2010210316A
Authority: JP
Inventors: 治樹吉田; 稔貴本田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: JP2012069246A

Description

本発明は、内燃機関等に使用されるスパークプラグに関する。

スパークプラグは、燃焼装置（例えば、内燃機関等）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、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、燃焼装置の動作に伴い発生する電波雑音を抑制するための抵抗体が設けられている（例えば、特許文献１等参照）。

一般的に抵抗体は、主として、ガラスやカーボンブラック等の導電性材料、セラミックス粒子（例えば、ガラス粉末等）等を含んでなる抵抗体組成物を圧縮加熱することによって形成されている。ここで、加熱形成された抵抗体は、粒状の骨材ガラスの周囲に溶融ガラスが存在する分相状態となっており、溶融ガラスには、導電性材料やセラミック粒子が含まれている。従って、溶融ガラス中の導電性材料からなる導電経路を介して中心電極及び端子電極間は電気的に接続されている。

特許第２８００２７９号公報

ところで、負荷寿命性能を向上させるという観点からは、抵抗体中に、両電極間を電気的に接続する導電経路が多数形成されていることが好ましい。多数の導電経路を形成することによって、電気的負荷による導電経路の発熱や、発熱等に伴う酸化などにより導電経路が多少損なわれてしまったとしても、抵抗体の抵抗値が急激に増大してしまうといった事態を効果的に抑制することができるためである。尚、抵抗体中において導電経路が多数形成されるように、抵抗体組成物を構成するガラスの組成などが調整される。

しかしながら、抵抗体組成物を加熱する際の加熱温度を目標温度と一致させて加熱した場合には、導電経路を多数形成することができても、加熱温度に多少のバラツキが生じてしまうと、十分に多くの導電経路を形成することができず、所望の負荷寿命性能を確保することができないおそれがある。また、加熱温度がばらついてしまうことで、抵抗体の密度が低下してしまい、酸化が生じやすくなってしまうおそれがある。すなわち、加熱温度に多少の相違が生じることで、形成される抵抗体の負荷寿命性能が大きく変動してしまうおそれがある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱温度に多少のバラツキがある条件で抵抗体が加熱形成されたものであっても、優れた負荷寿命性能を有するものとなるスパークプラグを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成のスパークプラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
前記軸孔の後端側に挿設された端子電極と、
前記軸孔内において、少なくとも導電性材料及びガラスを含み、前記中心電極と前記端子電極との間に配置される抵抗体とを備えたスパークプラグであって、
前記抵抗体は、
二酸化ケイ素を２１．４質量％以上、酸化ボロンを２０．４質量％以上４４．８質量％以下、酸化リチウムを２．５質量％以上６．３質量％以下、酸化バリウムを３．５質量％以上１４．６質量％以下含有するとともに、
酸化リチウム及び酸化バリウムの合計量に対する、酸化ボロンの質量比を１．４３以上３．３０以下とし、
酸化バリウムに対する酸化リチウムの質量比を０．２２以上としたことを特徴とする。

上記構成１によれば、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が２０．４質量％以上とされている。従って、加熱温度がやや低温であったとしてもガラスが十分に溶融することとなり、両電極間を結ぶ溶融ガラスの経路ひいては溶融ガラス中の導電経路を多数形成することができる。

また、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が４４．８質量％以下とされるとともに、Ｌｉ₂Ｏの含有量が６．３質量％以下、ＢａＯの含有量が１４．６質量％以下とされている。すなわち、Ｂ₂Ｏ₃は比較的低温でも溶けやすい性質を有し、Ｌｉ₂ＯやＢａＯはガラスの溶融を促進する性質を有するものであるところ、Ｂ₂Ｏ₃やＬｉ₂Ｏ等の含有量が上記所定量以下とされることで、加熱温度が高めにずれた場合でも、ガラスが過剰に溶けてしまうことを抑制できる。従って、抵抗体の密度を十分に向上させることができ、通電時における抵抗体の酸化を抑制することができる。また、ガラスが過剰に溶けてしまい、ガラスの粘性が過度に低下してしまうと、導電性材料が分散することなく集中してしまい、通電時において抵抗体の発熱量が増大してしまうおそれがあるが、上述のようにガラスの過剰な溶融が抑制されることで、このような事態をより確実に防止することができる。その結果、溶融ガラス中において導電経路を多数形成することができ、負荷寿命性能を向上させることができる。

一方で、ガラスの溶融を促進するＬｉ₂ＯやＢａＯについては、Ｌｉ₂Ｏが２．５質量％以上とされるとともに、ＢａＯが３．５質量％以上とされている。従って、加熱温度が若干低めにずれた場合でも、ガラスを十分に溶融させることができ、溶融ガラスの経路を多数形成することができる。

また、本願発明者がＢａＯ及びＬｉ₂Ｏの有する性質についてさらに検討したところ、ＢａＯ及びＬｉ₂Ｏの双方ともに、抵抗体中において骨材ガラスを細かく分散させる性質（ガラスの分相を促進する性質）を有するものの、ＢａＯよりもＬｉ₂Ｏの方がその働きが強いことが見出された。この点を考慮して、上記構成１においては、ＢａＯに対するＬｉ₂Ｏの質量比（Ｌｉ₂Ｏ／ＢａＯ）が０．２２以上とされている。すなわち、Ｌｉ₂Ｏの含有量が十分に大きなものとされており、働きの比較的強いＬｉ₂Ｏが積極的に作用するように構成されている。従って、幅広い加熱温度において、骨材ガラスを細かく分散させることができ、ひいては溶融ガラス（導電経路）を細かく枝分かれさせることができる。

併せて、上記構成１によれば、Ｌｉ₂Ｏ及びＢａＯの合計量に対するＢ₂Ｏ₃の質量比〔Ｂ₂Ｏ₃／（Ｌｉ₂Ｏ＋ＢａＯ）〕が１．４３以上とされており、ガラスを溶けやすくする作用を有するＬｉ₂Ｏ及びＢａＯに対してＢ₂Ｏ₃の含有量が十分に大きなものとされている。従って、加熱温度がやや高めにずれた場合でも、ガラスが過度に溶融してしまうといった事態を抑制することができ、抵抗体における密度の低下や導電性材料の集中をより一層確実に防止することができる。

以上のように、上記構成１によれば、各物質の含有量を上述の範囲とすることで、幅広い加熱温度において、導電経路を多数形成することや、抵抗体の密度を向上させるといった作用が効果的に発揮されることとなる。その結果、加熱温度に多少のバラツキがある条件で抵抗体が加熱形成された場合であっても、スパークプラグにおいて優れた負荷寿命性能を実現することができる。

構成２．本構成のスパークプラグは、上記構成１において、ＢａＯに対するＬｉ₂Ｏの質量比を０．２５以上としたことを特徴とする。

上記構成２によれば、幅広い加熱温度において、骨材ガラスをより一層細かく分散させることができる。その結果、溶融ガラスひいては溶融ガラス内の導電経路を一層細かく枝分かれさせることができ、負荷寿命性能を一層向上させることができる。

構成３．本構成のスパークプラグは、上記構成１又は２において、前記抵抗体の外径が２．９ｍｍ以下であることを特徴とする。

尚、抵抗体の太さが軸線方向に沿って変化する場合において、「抵抗体の外径」とあるのは、抵抗体のうち最も細い部位の外径をいう。

近年、スパークプラグの小型化（小径化）の要請があり、軸孔及び当該軸孔に配設される抵抗体の小径化が行われ得る。ところが、抵抗体を小径化すると、抵抗体内部において単位面積当たりの電気的負荷がより増大してしまう。そのため、小径化された抵抗体においては、十分な負荷寿命性能を確保することが難しい。

この点、上記構成３の抵抗体は、外径が２．９ｍｍ以下と小径化されており、十分な負荷寿命性能を確保し難いことが懸念されるが、上述の構成１等を満たすことで、優れた負荷寿命性能を実現することができる。換言すれば、上記各構成は、抵抗体の外径が２．９ｍｍ以下とされる場合において、特に有意であるといえる。

構成４．本構成のスパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記抵抗体中における前記ガラスの質量割合を７０質量％以上としたことを特徴とする。

上記構成４によれば、抵抗体中におけるガラスの質量割合が７０質量％以上とされている。そのため、外周側に位置する絶縁体に対する抵抗体の接着性が高まるとともに、加熱形成後の抵抗体の抵抗値にバラツキが生じてしまうことをより確実に防止することができる。

本実施形態におけるスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。抵抗体の構成を示す拡大断面模式図である。（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態におけるスパークプラグの製造方法の一過程を示すための絶縁碍子等の断面図である。

以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部１３とを備えている。絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。そして、中胴部１２と脚長部１３との連接部には、先端側に向けて先細るテーパ部１４が形成されており、当該テーパ部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されている。当該軸孔４は、その先端部に小径部１５を備えるとともに、当該小径部１５の後端側に、小径部１５より内径の大きい大径部１６を備えている。また、前記小径部１５及び大径部１６の間には、テーパ状の段差部１７が形成されている。

加えて、軸孔４の先端部側（小径部１５）には中心電極５が挿入、固定されている。より詳しくは、中心電極５の後端部には、外周側に向けて膨出する膨出部１８が形成されており、当該膨出部１８が前記段差部１７に対して係止された状態で、中心電極５が固定されている。また、中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとにより構成されている。尚、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端部が絶縁碍子２の先端から突出している。加えて、中心電極５の先端部分には、貴金属合金（例えば、白金合金等）からなる貴金属チップ３２が接合されている。

また、軸孔４の後端部側（大径部１６）には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状をなす導電性の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７は、電波雑音を抑制するために所定値（例えば、１００Ω）以上の抵抗値を有しており、導電性材料やガラス粉末等からなる抵抗体組成物が加熱封着されることで形成されている（尚、抵抗体７の組成等については後に詳述する）。加えて、抵抗体７の両端部は、導電性（例えば、抵抗値が数百ｍΩ程度）のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、主体金具３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１を燃焼装置（例えば、内燃機関や燃料電池改質器等）の取付孔に取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１９が形成されている。また、ねじ部１９の後端側の外周面には座部２０が形成され、ねじ部１９後端のねじ首２１にはリング状のガスケット２２が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３を燃焼装置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２３が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２４が設けられている。

また、主体金具３の内周面の先端側には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２５が設けられている。絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身のテーパ部１４が主体金具３の段部２５に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２４を形成することによって主体金具３に固定されている。尚、テーパ部１４及び段部２５の間には、円環状の板パッキン２６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２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料ガス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３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２７，２８が介在され、リング部材２７，２８間にはタルク（滑石）２９の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２６、リング部材２７，２８及びタルク２９を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部には、自身の中間部が曲げ返されて、先端部側面が中心電極５の先端部（貴金属チップ３２）と対向する接地電極３１が接合されている。接地電極３１は、Ｎｉ合金〔例えば、インコネル６００やインコネル６０１（いずれも登録商標）〕によって形成された外層３１Ａと、前記Ｎｉ合金よりも良熱導電性金属である銅合金や純銅等によって形成された内層３１Ｂとから構成されている。

さらに、貴金属チップ３２の先端面と接地電極３１の先端部との間には、火花放電間隙３３が形成されており、当該火花放電間隙３３にて軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。

次いで、抵抗体７について詳述する。抵抗体７は、上述したように導電性材料及びガラス粉末を含む抵抗体組成物が加熱封着されることで形成されたものであり、導電性材料とガラスとを含んでいる。抵抗体７は、図２（図２は、抵抗体７の拡大断面模式図である）に示すように、加熱後のガラス粉末のうちさほど溶融せずに存在する骨材ガラス４１と、当該骨材ガラス４１を覆うようにして存在する溶融ガラス４２（図２中、散点模様を付した部位）とを備えている。また、溶融ガラス４２は、ガラス粉末のうち加熱によりほぼ溶融したものに対して、導電性材料としてのカーボンブラックや、セラミックス粒子〔例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）粒子や酸化チタン（ＴｉＯ₂）粒子等〕が溶け込んだり、また、セラミック粒子やガラスの表面にカーボンブラックが付着したりした状態となっている。

尚、中心電極５と端子電極６との間においては、カーボンブラックを含む溶融ガラス４２を伝わって電流が流れることとなるが、抵抗体７を断面視した際に、骨材ガラス４１の存在によって、溶融ガラス４２は網目状に細かく分かれた状態となっている。また、溶融ガラス４２中においては、ガラス成分やセラミック粒子の存在によって、カーボンブラックからなる導電経路は細かく分かれている。すなわち、抵抗体７における導電経路は、骨材ガラス４１やセラミック粒子等の存在により非常に細かく枝分かれした状態となっている。

さらに、本実施形態において、前記抵抗体７は、酸化ボロン（Ｂ₂Ｏ₃）を１７．８質量％以上４４．８質量％以下（より好ましくは、２０．４質量％以上４４．８質量％以下）、酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）を１．２質量％以上６．３質量％以下（より好ましくは、２．５質量％以上６．３質量％以下）、酸化バリウム（ＢａＯ）を３．５質量％以上１９．９質量％以下（より好ましくは、３．５質量％以上１４．６質量％以下）含有しており、また、残部が二酸化珪素（ＳｉＯ₂）とされている。尚、骨材ガラス４１は、ＳｉＯ₂を比較的多く含有しており、溶融ガラス４２は、Ｂ₂Ｏ₃を比較的多く含有している。従って、骨材ガラス４１や溶融ガラス４２の一方のみが過度に多くなってしまうことを防止すべく、ＳｉＯ₂の含有量を１５．０質量％以上とすることが好ましい。

加えて、Ｌｉ₂Ｏ及びＢａＯの合計量に対するＢ₂Ｏ₃の質量比〔Ｂ₂Ｏ₃／（Ｌｉ₂Ｏ＋ＢａＯ）〕が１．４３以上とされており、かつ、ＢａＯに対するＬｉ₂Ｏの質量比（Ｌｉ₂Ｏ／ＢａＯ）が０．２２以上（より好ましくは、０．２５以上）とされている。

また、抵抗体７中におけるガラスの質量割合が７０質量％以上とされている。

されに、本実施形態においては、スパークプラグ１の小型化（小径化）が図られており、前記ねじ部１９のねじ径が比較的小径（例えば、Ｍ１２やＭ１０以下）とされるとともに、軸孔４の小径化が図られている。従って、本実施形態では、軸孔４内に配設される抵抗体７も小径とされ、その外径は２．９ｍｍ以下となっている。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。

まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）に冷間鍛造加工を施すことにより貫通孔を形成するとともに、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ合金等からなる接地電極３１が抵抗溶接される。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１９が転造によって形成される。これにより、接地電極３１の溶接された主体金具３が得られる。次いで、接地電極３１の溶接された主体金具３に、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理を施すこととしてもよい。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成形用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対して、研削加工を施すことで整形するとともに、整形したものが焼成炉へ投入し焼成することで、絶縁碍子２が得られる。

また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金等を配置したＮｉ合金を鍛造加工して中心電極５を作製する。次に、中心電極５の先端面に対して、レーザー溶接等により貴金属チップ３２を接合する。

さらに、抵抗体７を形成するための粉末状の抵抗体組成物を調製しておく。より詳しくは、まず、カーボンブラックと、セラミックス粒子と、所定のバインダとをそれぞれ配合し、水を媒体として混合する。そして、混合して得られたスラリーを乾燥させ、これに上述したＢ₂Ｏ₃やＬｉ₂Ｏ等を含んでなるガラス粉末を混合攪拌することで、抵抗体組成物が得られる。

次に、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。より詳しくは、まず、図３（ａ）に示すように、金属製で筒状をなす支持筒６１の先端面で、絶縁碍子２を支持しつつ、軸孔４の小径部１５に中心電極５を挿入する。このとき、中心電極５の膨出部１８が
軸孔４の段差部１７に対して係止される。

次いで、図３（ｂ）に示すように、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製された導電性ガラス粉末５１を軸孔４内に充填し、充填した導電性ガラス粉末５１を予備圧縮する。次に、前記抵抗体組成物５２を軸孔４に充填して同様に予備圧縮をし、さらに、導電性ガラス粉末５３を充填し、同じく予備圧縮を行う。そして、端子電極６を軸孔４内へと中心電極５の反対側から押圧した状態で、焼成炉内においてガラス軟化点以上の所定の目標温度（例えば、９００℃）で加熱する。

また、本実施形態においては、端子電極６により抵抗体組成物５２等が圧縮された状態である絶縁碍子２は、図示しない搬送手段により、１本ずつ焼成炉内に搬入され、所定時間に亘って加熱されるとともに、当該搬送手段により１本ずつ焼成炉外へと搬出される。従って、複数の絶縁碍子２をケース内に密に並べた状態で焼成炉内にて加熱し、加熱後、絶縁碍子２を焼成炉からケースごと搬出する場合と比較して、絶縁碍子２やこれに充填された抵抗体組成物５２は、急速に加熱されるとともに、急速に冷却されることとなる。そのため、実際の加熱温度は、目標温度に対してややずれたもの（例えば、目標温度に対して±３０℃程度の範囲でずれた温度）となりやすくなっている。

加熱により、図３（ｃ）に示すように、積層状態にある抵抗体組成物５２及び導電性ガラス粉末５１，５３が、加熱・圧縮されて、抵抗体７及びガラスシール層８，９となり、当該ガラスシール層８，９によって、絶縁碍子２に対して中心電極５、端子電極６、及び、抵抗体７が封着固定されることとなる。尚、焼成炉内における加熱に際して、絶縁碍子２の後端側胴部１０の表面に釉薬層を同時に焼成することとしてもよいし、事前に釉薬層を形成することとしてもよい。

その後、上記のようにそれぞれ作成された中心電極５や抵抗体７等を備える絶縁碍子２と、接地電極３１を備える主体金具３とが固定される。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２４を形成することによって絶縁碍子２と主体金具３とが固定される。

そして最後に、接地電極３１を屈曲させるとともに、貴金属チップ３２と接地電極３１との間に形成された火花放電間隙３３の大きさを調整する加工が実施されることで、上述したスパークプラグ１が得られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、抵抗体７におけるＢ₂Ｏ₃の含有量が１７．８質量％以上とされているため、加熱温度がやや低温であったときにガラスを十分に溶融させることができる。その結果、中心電極５及び端子電極６間を結ぶ溶融ガラス４２の経路ひいては溶融ガラス４２中の導電経路を多数形成することができる。

また、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が４４．８質量％以下とされるとともに、Ｌｉ₂Ｏの含有量が６．３質量％以下、ＢａＯの含有量が１９．９質量％以下とされている。このため、加熱温度が高めにずれた場合でも、ガラスが過剰に溶けてしまうことを抑制でき、抵抗体７の密度の向上や、カーボンブラックの集中防止を図ることができる。その結果、抵抗体７の酸化を抑制することができるとともに、導電経路を多数形成することができ、負荷寿命性能を向上させることができる。

一方で、ガラスの溶融を促進するＬｉ₂ＯやＢａＯについては、Ｌｉ₂Ｏが１．２質量％以上とされるとともに、ＢａＯが３．５質量％以上とされている。従って、加熱温度が若干低めにずれた場合でも、ガラスを十分に溶融させることができ、溶融ガラス４２の経路を多数形成することができる。

また、本実施形態においては、ＢａＯに対するＬｉ₂Ｏの質量比（Ｌｉ₂Ｏ／ＢａＯ）が０．２２以上とされている。すなわち、Ｌｉ₂Ｏの含有量が十分に大きなものとされており、分相を促進する働きのより強いＬｉ₂Ｏが積極的に作用するように構成されている。従って、幅広い加熱温度において、骨材ガラス４１を細かく分散させることができ、ひいては溶融ガラス４２（導電経路）を細かく枝分かれさせることができる。

併せて、Ｌｉ₂Ｏ及びＢａＯの合計量に対するＢ₂Ｏ₃の質量比〔Ｂ₂Ｏ₃／（Ｌｉ₂Ｏ＋ＢａＯ）〕が１．４３以上とされており、ガラスを溶けやすくする作用を有するＬｉ₂Ｏ及びＢａＯに対してＢ₂Ｏ₃の含有量が十分に大きなものとされている。従って、加熱温度がやや高めにずれた場合でも、ガラスが過度に溶融してしまうといった事態を抑制することができ、抵抗体７における密度の低下等をより一層確実に防止することができる。

以上のように、本実施形態によれば、各物質の含有量を上述の範囲とすることで、幅広い加熱温度において、導電経路を多数形成することや、抵抗体７の密度を向上させるといった作用が効果的に発揮されることとなる。その結果、加熱温度に多少のバラツキがある条件で抵抗体７が加熱形成された場合であっても、スパークプラグ１において優れた負荷寿命性能を実現することができる。

次に、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、抵抗体中におけるガラスの質量割合を７０％、８０％、又は、９０％とした上で、Ｂ₂Ｏ₃やＬｉ₂Ｏ等の含有量やＢａＯに対するＬｉ₂Ｏの質量比等を種々変更しつつ、加熱温度を８７０℃、９００℃、又は、９３０℃として抵抗体を加熱形成したスパークプラグのサンプルを複数作製し、各サンプルについて負荷寿命性能評価試験を行った。負荷寿命性能評価試験の概要は次の通りである。すなわち、各サンプルを自動車用トランジスタ点火装置に取り付け、３５０℃の温度条件下において、２０ｋＶの放電電圧で、毎分３６００回放電させ、常温における抵抗値が１００ｋΩ以上となった時間（寿命時間）を測定した。そして、寿命時間に応じて各サンプルを１０段階に点数分けして、各サンプルの負荷寿命性能を評価した。ここで、前記点数は、１５０時間未満であったサンプルについて「１」とし、寿命時間が１５０時間以上２００時間未満であったサンプルについては「２」とした。以降、寿命時間が５０時間延びるごとに点数を１点ずつ増加させ（例えば、寿命時間が３００時間以上３５０時間未満であったサンプルの点数は、「５」となる）、寿命時間が５５０時間を超えたサンプルの点数を「１０」とした。尚、各サンプルともに、基本的には抵抗体の外径を２．９ｍｍとして上記試験を行ったが、抵抗体中におけるガラスの質量割合を８０％としたサンプルのうち所定のサンプルについては、抵抗体の外径を３．５ｍｍとしたものについても上記試験を行った。表１に、抵抗体中におけるガラスの質量割合を７０％としたサンプルの試験結果を示し、表２に、抵抗体中におけるガラスの質量割合を８０％としたサンプルの試験結果を示し、表３に、抵抗体中におけるガラスの質量割合を９０％としたサンプルの試験結果を示す。尚、各サンプルともに、Ｂ₂Ｏ₃等以外の残部をＳｉＯ₂としてガラスを構成した。

表１〜３に示すように、Ｂ₂Ｏ₃の含有量を比較的少量の１７．８質量％未満としたサンプル（サンプル１，３１，６１）は、加熱温度により負荷寿命性能に大きなバラツキが生じてしまうことが明らかとなった。これは、加熱温度がやや低温であったときにガラスが十分に溶融しなかったため、抵抗体内の導電経路が細かく枝分かれせず、その結果、通電時において発熱が集中して生じてしまったためであると考えられる。

また、Ｂ₂Ｏ₃の含有量を比較的多量の４４．８質量％超としたサンプル（サンプル２，３２，６２）や、ＢａＯ又はＬｉ₂Ｏの含有量を比較的多量又は比較的少量としたサンプル（サンプル３〜６，３３〜３６，６３〜６６）は、負荷寿命性能に劣ることが分かった。これは、Ｂ₂Ｏ₃やＢａＯ等の含有量を比較的多量としたことで、ガラスが溶けやすくなってしまい、プレス時に抵抗体の密度が十分に上昇しなかったり、ガラスの粘性低下に伴いカーボンが集中してしまったりして、通電時における抵抗体の発熱量が増大してしまったこと、又は、Ｂ₂Ｏ₃やＢａＯ等の含有量を比較的少量としたことで、ガラスが溶けにくくなり、溶融ガラスひいては導電経路が分散することなく形成されてしまったことに起因すると考えられる。

さらに、ＢａＯに対するＬｉ₂Ｏの質量比（Ｌｉ₂Ｏ／ＢａＯ）を０．２２未満としたサンプル（サンプル７〜１０，３７〜４０，６７〜５０）は、負荷寿命性能がばらついてしまい、加熱温度によって負荷寿命性能が不十分となり得ることが明らかとなった。これは、Ｌｉ₂Ｏの含有量がＢａＯの含有量と同等以下であったため、Ｌｉ₂Ｏと比較して分相を促進する働きの弱いＢａＯが積極的に作用することとなり、ひいては骨材ガラスが細かく分散せず、溶融ガラス（導電経路）が細かく枝分かれしなかったためであると考えられる。

併せて、Ｌｉ₂Ｏ及びＢａＯの合計量に対するＢ₂Ｏ₃の質量比〔Ｂ₂Ｏ₃／（Ｌｉ₂Ｏ＋ＢａＯ）〕を１．４３未満としたサンプル（サンプル１１，４１，７１）についても、負荷寿命性能に劣ることが分かった。これは、ガラスを溶けやすくする作用を有するＬｉ₂Ｏ及びＢａＯに対してＢ₂Ｏ₃の含有量が比較的少なかったため、ガラスが溶けやすくなってしまい、抵抗体における密度の低下等を招いてしまったためであると考えられる。

これに対して、Ｂ₂Ｏ₃を１７．８質量％以上４４．８質量％以下、Ｌｉ₂Ｏを１．２質量％以上６．３質量％以下、ＢａＯを３．５質量％以上１９．９質量％以下含有するとともに、Ｂ₂Ｏ₃／（Ｌｉ₂Ｏ＋ＢａＯ）を１．４３以上とし、かつ、Ｌｉ₂Ｏ／ＢａＯを０．２２以上としたサンプル（サンプル１２〜３０，４２〜６０，７２〜９０）は、加熱温度にバラツキが生じていても、点数が「７」以上となり、加熱形成後の抵抗体において優れた負荷寿命性能を有することが分かった。

また特に、Ｌｉ₂Ｏ／ＢａＯを０．２５以上としたサンプル（サンプル１８〜３０，４８〜６０，７８〜９０）は、加熱温度にバラツキがあっても、形成された抵抗体は極めて優れた負荷寿命性能を有することが確認された。これは、ガラスの分相が一層促進され、溶融ガラス（導電経路）が一層細かく枝分かれしたことによると考えられる。

さらに、Ｂ₂Ｏ₃を２０．４質量％以上４４．８質量％以下、Ｌｉ₂Ｏを２．５質量％以上６．３質量％以下、ＢａＯを３．５質量％以上１４．６質量％以下含有するサンプル（サンプル２０〜３０，５０〜６０，８０〜９０）は、一層優れた負荷寿命性能を有することが確認された。

以上の試験結果より、加熱温度に多少のバラツキがある場合であっても、加熱形成された抵抗体を負荷寿命性能に優れたものとするためには、Ｂ₂Ｏ₃を１７．８質量％以上４４．８質量％以下、Ｌｉ₂Ｏを１．２質量％以上６．３質量％以下、ＢａＯを３．５質量％以上１９．９質量％以下含有するとともに、Ｂ₂Ｏ₃／（Ｌｉ₂Ｏ＋ＢａＯ）を１．４３以上とし、かつ、Ｌｉ₂Ｏ／ＢａＯを０．２２以上とすることが好ましいといえる。

また、負荷寿命性能の更なる向上を図るという観点から、Ｂ₂Ｏ₃を２０．４質量％以上４４．８質量％以下、Ｌｉ₂Ｏを２．５質量％以上６．３質量％以下、ＢａＯを３．５質量％以上１４．６質量％以下含有するように構成したり、Ｌｉ₂Ｏ／ＢａＯを０．２５以上としたりすることがより好ましいといえる。

尚、表２のサンプル３７，４１等に示すように、抵抗体の外径が小さいほど負荷寿命性能が低下するが、Ｂ₂Ｏ₃等の含有量やＬｉ₂Ｏ／ＢａＯ等の質量比を上述した構成とすることで、抵抗体の外径が小さい場合であっても優れた負荷寿命性能を実現することができる。換言すれば、外径が２．９ｍｍ以下と比較的小さい抵抗体において、上述した構成を採用することが特に有意であるといえる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態において、抵抗体７の外径は２．９ｍｍ以下とされているが、本発明の技術思想を適用可能なスパークプラグはこれに限定されるものではない。従って、抵抗体７の外径が２．９ｍｍを超えるスパークプラグに対して本発明の技術思想を適用することとしてもよい。この場合においても、加熱温度の相違による負荷寿命性能の変動を抑制することができ、幅広い加熱温度で優れた負荷寿命性能を実現することができる。

（ｂ）上記実施形態では、中心電極５の先端部に貴金属チップ３２が設けられているが、当該貴金属チップ３２と対向するようにして、接地電極３１の先端部に貴金属チップを設けることとしてもよい。また、中心電極５側の貴金属チップ３２や接地電極３１側の貴金属チップのいずれか一方を省略する構成を採用することとしてもよいし、両貴金属チップの双方を省略することとしてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、セラミックス粒子としてＺｒＯ₂粒子やＴｉＯ₂粒子を例示しているが、他のセラミックス粒子を用いることとしてもよい。従って、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子等を用いることとしてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、主体金具３の先端部に、接地電極３１が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。

（ｅ）上記実施形態では、工具係合部２３は断面六角形状とされているが、工具係合部２５の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

１…スパークプラグ、２…絶縁体（絶縁碍子）、４…軸孔、５…中心電極、６…端子電極、７…抵抗体、ＣＬ１…軸線。

Claims

軸線方向に貫通する軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の先端側に挿設された中心電極と、
前記軸孔の後端側に挿設された端子電極と、
前記軸孔内において、少なくとも導電性材料及びガラスを含み、前記中心電極と前記端子電極との間に配置される抵抗体とを備えたスパークプラグであって、
前記抵抗体は、
二酸化ケイ素を２１．４質量％以上、酸化ボロンを２０．４質量％以上４４．８質量％以下、酸化リチウムを２．５質量％以上６．３質量％以下、酸化バリウムを３．５質量％以上１４．６質量％以下含有するとともに、
酸化リチウム及び酸化バリウムの合計量に対する、酸化ボロンの質量比を１．４３以上３．３０以下とし、
酸化バリウムに対する酸化リチウムの質量比を０．２２以上としたことを特徴とするスパークプラグ。
酸化バリウムに対する酸化リチウムの質量比を０．２５以上としたことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
前記抵抗体の外径が２．９ｍｍ以下であ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。
前記抵抗体中における前記ガラスの質量割合を７０質量％以上としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。