JP5401606B2 - スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の点火に用いられるスパークプラグ及びその製造方法に関し、特に内部に抵抗体を有するスパークプラグ及びその製造方法に関する。

自動車エンジン等の内燃機関の点火用に使用されているスパークプラグは、一般に、筒状の主体金具と、この主体金具の内孔に配置される筒状の絶縁体と、この絶縁体の先端側軸孔に配置される中心電極と、他端側軸孔に配置される端子金具と、主体金具の先端側に一端が接合され、他端が中心電極と対向して火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。さらに、エンジンの動作に伴って発生する電波ノイズを防止することを目的として、軸孔内における中心電極と端子金具との間に抵抗体が設けられてなるスパークプラグも知られている。

ところで、近年の自動車等の内燃機関は、高出力化及び高効率化が求められ、自由なエンジン設計及びエンジン自体の小型化等のために、小型化したスパークプラグの開発が求められている。スパークプラグを小型化するためには、絶縁体の内孔径の小径化が不可避である。しかし、絶縁体を小径化すると、従来のスパークプラグの設計では、負荷寿命性能が低下したり、端子金具の絶縁体への固着力が低下したりすることがあった。

このような課題に対して、例えば、特許文献１の請求項１には、「・・・前記導電性ガラスシール層の直径Ｄが３．３ｍｍ以下の範囲にあり、且つ前記導電性ガラスシール層と前記抵抗体との接合面は、曲面状に形成されていることを特徴とするスパークプラグ」が記載されている。この発明によると、「抵抗体と導電性ガラスシール層との密着性を強化して、耐振動性能及び抵抗体負荷寿命特性に優れ、且つ小径化されたスパークプラグを提供することができる」（段落番号００１２欄参照。）と記載されている。

特開２００９−２４５８１６号公報

この発明は、負荷寿命性能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課題とする。

前記課題を解決するための手段として、
（ｉ）軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の一端側で保持される中心電極と、
前記軸孔に収容される第二構成部を有し、前記軸孔の他端側で保持される端子金具と、
前記軸孔内で前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続する接続部と、
を備えたスパークプラグにおいて、
前記接続部は、気孔率が５．０％以下である抵抗体を含み、
前記軸孔における前記端子金具が保持されている側を前記軸線方向の後端側としたとき、
前記中心電極の後端から前記接続部を構成する接続部材の後端までの長さを充填長（Ｄ）、前記中心電極の後端から前記第二構成部の先端までの長さを接続部長（Ｃ）とすると、充填長（Ｄ）と接続部長（Ｃ）との差の前記充填長（Ｄ）に対する割合を示す収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３８％以上６７％以下であることを特徴とするスパークプラグであり、

前記（i）の好ましい態様は、
（ii）前記抵抗体の気孔率が４．０％以下であり、
（iii）前記軸孔の前記抵抗体が配置されている部位における内径を接続部径（Ｂ）とすると、前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であり、かつ前記抵抗体の気孔率が１．２％以下であり、
（iv）前記軸孔の前記抵抗体が配置されている部位における内径を接続部径（Ｂ）とすると、前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であることを特徴とする。

前記課題を解決するための他の手段として、
（vi）軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の一端側で保持される中心電極と、
前記軸孔に収容される第二構成部を有し、前記軸孔の他端側で保持される端子金具と、
前記軸孔内で前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続し、少なくとも抵抗体を有する接続部と、
を備えたスパークプラグにおいて、
前記軸孔における前記端子金具が保持されている側を前記軸線方向の後端側としたとき、
前記中心電極の後端から前記接続部を構成する接続部材の後端までの長さを充填長（Ｄ）、前記中心電極の後端から前記第二構成部の先端までの長さを接続部長（Ｃ）とすると、充填長（Ｄ）と接続部長（Ｃ）との差の前記充填長（Ｄ）に対する割合を示す収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３５％以上であることを特徴とするスパークプラグであり、

前記（vi）の好ましい態様は、
（vii）前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が６９％以下であり、
（viii）前記軸孔の前記抵抗体が配置されている部位における内径を接続部径（Ｂ）とすると、前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であり、かつ、前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３８％以上６７％以下であり、
（ix）前記接続部は、気孔率が５．０％以下である抵抗体を含むことを特徴とする。

前記（ｉ）及び（vi）の好ましい態様として、
（ｘ）前記第二構成部の先端部は、凹凸状の表面を備え、前記先端部の直径を先端部径（Ａ）とすると、前記先端部径（Ａ）と前記接続部径（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が０．８５以上０．９７以下であることを特徴とする。

前記他の課題を解決するための手段として、
（xi）
軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の一端側で保持される中心電極と、
前記軸孔から露出する第一構成部を有し、前記軸孔の他端側で保持される端子金具と、
前記軸孔内で前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続する接続部と、
を備えたスパークプラグの製造方法であって、
前記軸孔の一端側に中心電極が配置される第一工程と、
前記接続部を形成する接続部形成用粉末が充填される第二工程と、
前記端子金具の先端部が前記接続部形成用粉末に接触するように前記軸孔内に配置される第三工程と、
前記接続部形成用粉末が加熱されるとともに前記端子金具により荷重を加えられる第四工程と、
を有し、
前記第三工程において、前記軸孔における前記中心電極が配置されている側を前記軸線方向の先端側としたとき、前記絶縁体の後端から前記第一構成部の先端までの前記軸線方向の長さを露出長（Ｈ）（ｍｍ）、前記軸孔の前記接続部形成用粉末が配置されている部位における内径を粉末部径（Ｂ’）（ｍｍ）としたときに、露出長（Ｈ）と粉末部径（Ｂ’）とが次の（１）〜（３）の式を満たすことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
（１）Ｈ≧−３．１Ｂ’＋１８
（２）Ｈ≧−０．８５Ｂ’＋１１
（３）Ｂ’≦５

前記（xi）の好ましい態様として、
（xii）前記露出長（Ｈ）（ｍｍ）と前記粉末部径（Ｂ’）（ｍｍ）とが、Ｈ≦２．０Ｂ’＋２２．４を満たし、
（xiii）前記粉末部径（Ｂ’）（ｍｍ）が、Ｂ’≦２．９を満たし、
（xiv）前記露出長（Ｈ）（ｍｍ）と前記粉末部径（Ｂ’）（ｍｍ）とが、Ｈ≧−３．１Ｂ’＋１９を満たし、
（xv）前記端子金具の先端部は、凹凸状の表面を備え、前記先端部の直径を先端部径（Ａ）とすると、前記先端部径（Ａ）と前記粉末部径（Ｂ’）との比（Ａ／Ｂ’）が０．８５以上０．９７以下であることを特徴とする。

第１の発明のスパークプラグは、気孔率が５．０％以下、特に４．０％以下である抵抗体を含むので、負荷寿命性能に優れたスパークプラグを提供することができる。

第１の発明のスパークプラグは、前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であるとき、気孔率が１．２％以下である抵抗体を含むと、より一層負荷寿命性能に優れたスパークプラグを提供することができる。

第１の発明のスパークプラグは、さらに前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３８％以上６７％以下であるので、負荷寿命性能が良好であると共に、端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを提供することができる。また、端子金具を絶縁体の軸孔に挿入して接続部を形成する接続部形成用粉末に荷重をかける際に絶縁体の破壊が生じることによる不良品発生率が低減されたスパークプラグを提供することができる。

第１の発明のスパークプラグの前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であると、負荷寿命性能の向上に対して、より一層効果が高い。

第２の発明のスパークプラグは、前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３５％以上であるので、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを提供することができる。

第２の発明のスパークプラグは、さらに前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が６９％以下であるので、端子金具を絶縁体の軸孔に挿入して接続部形成用粉末に荷重をかける際に絶縁体の破壊が生じることによる不良品発生率が低減されたスパークプラグを提供することができる。

第２の発明のスパークプラグは、前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下のとき、前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３８％以上６７％以下、特に４５％以下であると、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力により一層優れたスパークプラグを提供することができ、また端子金具を絶縁体の軸孔に挿入して接続部形成用粉末に荷重をかける際に絶縁体の破壊が生じることによる不良品発生率がより一層低減されたスパークプラグを提供することができる。

第２の発明のスパークプラグは、さらに気孔率が５．０％以下である抵抗体を含むので、負荷寿命性能に優れたスパークプラグを提供することができる。

第１の発明のスパークプラグ及び第２の発明のスパークプラグは、前記先端部径（Ａ）と前記接続部径（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が０．８５以上０．９７以下であるので、抵抗体の気孔率及び／又は前記収縮率を特定の範囲内に調整し易くなり、その結果、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを提供することができる。

この発明のスパークプラグの製造方法は、前記第三工程において、前記露出長（Ｈ）と前記粉末部径（Ｂ’）とが前記（１）〜（３）の式を満たすと、気孔率及び／又は前記収縮率が特定の範囲内になるので、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを容易に製造することができる。

この発明のスパークプラグの製造方法において、前記露出長（Ｈ）と前記粉末部径（Ｂ’）とがＨ≦２．０Ｂ’＋２２．４を満たすと、端子金具を絶縁体の軸孔に挿入して接続部形成用粉末に荷重をかける際に絶縁体破壊が生じることによる不良品発生率を低減することができる。

この発明のスパークプラグの製造方法において、前記粉末部径（Ｂ’）が２．９ｍｍ以下であると、負荷寿命性能の向上に対して、より一層効果が高い。

この発明のスパークプラグの製造方法は、前記先端部径（Ａ）と前記粉末部径（Ｂ’）との比（Ａ／Ｂ’）が０．８５以上０．９７以下であると、抵抗体の気孔率及び／又は前記収縮率を特定の範囲内に調整し易くなるので、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを容易に製造することができる。

図１は、この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの断面全体説明図である。 図２は、この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの要部断面説明図である。 図３は、この発明に係るスパークプラグの製造方法における製造工程の一例を示す絶縁体等の断面説明図である。 図４は、粉末部径と露出長との関係を示すグラフである。

この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグを図１に示す。図１はこの発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグ１の断面全体説明図である。なお、絶縁体の軸線をＯとし、図１では紙面下方を、すなわち中心電極が保持されている側を軸線Ｏの先端方向、紙面上方を、すなわち端子金具が保持されている側を軸線Ｏの後端方向として、説明する。

このスパークプラグ１は、軸線Ｏ方向に延在する軸孔２を有する絶縁体３と、前記軸孔２の先端側で保持される中心電極４と、前記軸孔２の後端側で保持される端子金具５と、前記軸孔２内で前記中心電極４と前記端子金具５とを電気的に接続する接続部６と、前記絶縁体３を収容する主体金具７と、一端が前記主体金具７の先端面に接合されると共に他端が前記中心電極４と間隙を介して対向するように配置された接地電極８とを備える。

前記主体金具７は、略円筒形状を有しており、絶縁体３を収容して保持するように形成されている。主体金具７における先端方向の外周面にはネジ部９が形成されており、このネジ部９を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドにスパークプラグ１が装着される。主体金具７は、導電性の鉄鋼材料、例えば、低炭素鋼により形成されることができる。このネジ部９は小径化を図るためにＭ１２以下とされるのが好ましい。

前記絶縁体３は、主体金具７の内周部に滑石（タルク）１０又はパッキン１１等を介して保持されている。絶縁体３の軸孔２は、軸線Ｏの先端側で中心電極４を保持する小径部１２と、接続部６を収容し、小径部１２の内径よりも内径が大きい中径部１４とを有し、小径部１２と中径部１４との間に後端側に向かって拡径するテーパ状の第一段部１３を有する。絶縁体３は、絶縁体３における先端方向の端部が主体金具７の先端面から突出した状態で、主体金具７に固定されている。絶縁体３は、機械的強度、熱的強度、電気的強度等を有する材料であることが望ましく、このような材料として、例えば、アルミナを主体とするセラミック焼結体が挙げられる。

前記中心電極４は、小径部１２に収容され、第一段部１３に中心電極４の後端に設けられた径大のフランジ部１７が係止され、先端が絶縁体３の先端面から突出した状態で主体金具７に対して絶縁保持されている。中心電極４は、熱伝導性及び機械的強度等を有する材料で形成されることが望ましく、例えば、インコネル（商標名）等のＮｉ基合金で形成される。中心電極４の軸心部は、Ｃｕ又はＡｇなどの熱伝導性に優れた金属材料により形成されてもよい。

前記接地電極８は、例えば、略角柱体に形成されてなり、一端が主体金具７の先端面に接合され、途中で略Ｌ字に曲げられて、その先端部が中心電極４の先端部と間隙を介して対向するように、その形状及び構造が設計されている。接地電極８は、中心電極４を形成する材料と同様の材料により形成される。

前記中心電極４と前記接地電極８とが対向する面には、白金合金及びイリジウム合金等により形成される貴金属チップ２９，３０が設けられていてもよく、前記中心電極４及び前記接地電極８のいずれか一方にのみ貴金属チップが設けられていてもよい。この態様のスパークプラグ１においては、前記中心電極４及び前記接地電極８の両方に貴金属チップ２９，３０が設けられており、各貴金属チップ２９，３０の間に火花放電間隙ｇが形成されている。

前記端子金具５は、中心電極４と接地電極８との間で火花放電を行なうための電圧を外部から中心電極４に印加するための端子である。端子金具５は、軸孔２の内径よりも外径が大きく、軸孔２から露出して、絶縁体３の軸線Ｏ方向の後端側端面にその一部が当接する第一構成部１８と第一構成部１８の軸線Ｏ方向の先端側端面から先端方向に延在し、軸孔２に収容される略円柱状の第二構成部１９とを有する。前記第二構成部１９は、軸線Ｏの先端側に位置する先端部２０と先端部２０と第一構成部１８との間に位置する胴部２１とを有する。前記第二構成部１９における先端部２０と胴部２１とは中径部１４に収容される。先端部２０は凹凸状の表面を備え、この態様においては先端部２０の外周面にローレット加工が施されている。先端部２０の表面が、例えばローレット加工により形成された凹凸構造を有すると、端子金具５と接続部６との密着性が良好になり、その結果、端子金具５と絶縁体３とが強固に固定される。端子金具５は、例えば、低炭素鋼等で形成され、その表面にＮｉ金属層がメッキ等で形成されている。

前記接続部６は、軸孔２内で中心電極４と端子金具５との間に配置され、中心電極４と端子金具５とを電気的に接続する。接続部６は、抵抗体２２を有し、この抵抗体２２により電波ノイズの発生を防止する。接続部６は、抵抗体２２と中心電極４との間に第一シール層２３を、抵抗体２２と端子金具５との間に第二シール層２４を有し、第一シール層２３と第二シール層２４とは、絶縁体３と中心電極４、また絶縁体３と端子金具５とを封着固定している。

抵抗体２２は、ホウケイ酸ソーダガラス等のガラス粉末、ＺｒＯ_２等のセラミック粉末、カーボンブラック等の非金属導電性粉末、及び／又は、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属粉末等を含有する抵抗体組成物を焼結して形成された抵抗材により構成されることができる。この抵抗体２２の抵抗値は、通常１００Ω以上である。

第一シール層２３及び第二シール層２４は、ホウケイ酸ソーダガラス等のガラス粉末、Ｃｕ、Ｆｅ等の金属粉末を含むシール粉末を焼結して形成されたシール材により構成されることができる。第一シール層２３及び第二シール層２４の抵抗値は、通常数１００ｍΩ以下である。

なお、接続部６は、第一シール層２３と第二シール層２４とがなく抵抗体２２のみにより形成されていてもよく、また第一シール層２３又は第二シール層２４の一方と抵抗体２２とにより形成されていてもよい。以下において、接続部６を構成する抵抗材及び／又はシール材を総称して接続部材、接続部６を形成する抵抗体組成物及び／又はシール粉末を総称して接続部形成用粉末ということもある。

第１の発明のスパークプラグは、前記接続部６における抵抗体２２の気孔率が５．０％以下であり、好ましくは４．０％以下であり、より好ましくは１．２％以下であり、通常０．３％以上である。前記抵抗体２２の気孔率が前記範囲内にあると、負荷寿命性能に優れたスパークプラグを提供することができる。抵抗体２２の気孔率が低いすなわち抵抗体の気孔が小さく、またその数の少ない抵抗体に高エネルギーの電流が流れた際に抵抗体中に複数の導通経路が分散されていることで、抵抗体の抵抗値が上昇し難くなると推定される。抵抗体２２の気孔率が５．０％を超えると、抵抗体２２の抵抗値が比較的短い時間で上昇し易くなり、負荷寿命性能に劣る。また、気孔率が高いと抵抗が一部分に集中し易くなり、その部分が劣化してしまう。

また、図２に示すように、前記中心電極４の後端から前記接続部６における第二シール層２４を構成するシール材の後端までの長さを充填長（Ｄ）、前記中心電極４の後端から前記第二構成部１９の先端までの長さを接続部長（Ｃ）とすると、充填長（Ｄ）と接続部長（Ｃ）との差の前記充填長（Ｄ）に対する割合を示す収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３８％以上６７％以下であるのが好ましい。前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が前記範囲内にあると、密度の高い抵抗体が得られ、負荷寿命性能が良好になることを発見した。また、第二構成部１９の先端部２０の外周に接続部材が適度に充填されるので端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを提供することができる。また、前記収縮率の範囲内であれば、端子金具５を軸孔２に挿入して接続部６を形成する接続部形成用粉末に荷重をかける際に絶縁体３が破壊するのを抑制することができるので、不良品発生率を低減することができる。

前記第二構成部１９の先端部２０は、凹凸状の表面を備え、先端部２０の直径を先端部径（Ａ）、軸孔２の抵抗体２２が配置されている部位における内径を接続部径（Ｂ）とすると、前記先端部径（Ａ）と前記接続部径（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が０．８５以上０．９７以下であるのが好ましい。前記先端部２０が凹凸状の表面を備えていると、先端部２０とシール材との接触面積が増大し、先端部２０と第二シール層２４との密着性が良好になるので、端子金具５と絶縁体３とが強固に固定される。また、前記比（Ａ／Ｂ）が前記範囲内にあると、端子金具５を軸孔２に挿入して接続部形成用粉末に荷重をかける際に端子金具５から接続部形成用粉末に効果的に圧力を伝達することができるので、前記気孔率及び／又は前記収縮率を好適な範囲に調整し易い。その結果、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを提供することができる。

第１の発明のスパークプラグは、前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であると、気孔率を前記範囲内にすることによる負荷寿命性能の向上に対する効果が高い。

第２の発明のスパークプラグは、前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３５％以上であり、６９％以下であるのが好ましい。前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が前記範囲内にあると、密度の高い抵抗体が得られるので負荷寿命性能に優れ、また第二構成部１９の先端部２０の外周に接続部材が適度に充填されるので端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを提供することができる。前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３５％より小さいと、抵抗体２２の抵抗値が比較的短い時間で上昇し易くなり、負荷寿命性能に劣る。前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が６９％より小さいと、端子金具５を軸孔２に挿入して接続部６を形成する接続部形成用粉末に荷重をかける際に絶縁体３が破壊するのを抑制することができる。

第２の発明のスパークプラグは、前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下のとき、前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３８％以上６７％以下であるのが好ましい。前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であり、かつ、前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が前記範囲内にあると、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力により一層優れたスパークプラグを提供することができ、また端子金具５を軸孔２に挿入して接続部６を形成する接続部形成用粉末に荷重をかける際に絶縁体３が破壊するのをより一層抑制することができる。

前記接続部６における抵抗体２２は、さらにその気孔率が５．０％以下、好ましくは４．０％以下、より好ましくは１．２％以下である。抵抗体の気孔率は通常０．３％以上である。

前記第二構成部１９の先端部２０は、凹凸状の表面を備え、前記先端部径（Ａ）と前記接続部径（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）は０．８５以上０．９７以下であるのが好ましい。前記先端部２０が凹凸状の表面を備えていると、先端部２０とシール材との接触面積が増大し、先端部２０と第二シール層２４との密着性が良好になるので、端子金具５と絶縁体３とが強固に固定される。また、前記比（Ａ／Ｂ）が前記範囲内にあると、端子金具５を軸孔２に挿入して接続部形成用粉末に荷重をかける際に端子金具５から接続部形成用粉末に効果的に圧力を伝達することができるので、前記気孔率及び／又は前記収縮率を好適な範囲に調整し易い。その結果、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを提供することができる。

前記気孔率は、抵抗体２２を軸線Ｏ方向に切断し、この切断面に鏡面研磨を施し、この研磨面をＳＥＭ観察（例えば、加速電圧２０ｋV、スポットサイズ５０、ＣＯＭＰＯ像、組成像）して研磨面全体が写された画像を取得し、この画像から気孔部分の面積割合を測定することにより求めることができる。気孔の面積割合は、例えば、Ｓｏｆｔ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＧｍｂＨ社製のＡｎａｌｙｓｉｓ Ｆｉｖｅを用いて測定することができる。この画像解析ソフトを用いる場合には、研磨面の全体画像で気孔部分が選択されるように、適切な閾値を設定する。

前記（Ａ）〜（Ｄ）それぞれの寸法は、スパークプラグを軸線Ｏに直交する方向からＸ線透過装置で撮影し、該当箇所を測定することにより得ることができる。図２に示すように、先端部径（Ａ）は、例えば、第二構成部１９の先端から軸線Ｏの後端方向へ１ｍｍの部位における軸線Ｏに直交する方向の距離を測定する。接続部径（Ｂ）は、抵抗体２２の軸線Ｏ方向における中心部分における中径部１４の軸線Ｏに直交する方向の距離を測定する。接続部長（Ｃ）は、中心電極４の後端から第二構成部１９の先端までの軸線Ｏ方向の長さを測定する。充填長（Ｄ）は、中心電極４の後端から第二シール層２４を構成するシール材の後端までの軸線Ｏ方向の長さを測定する。第二シール層２４の後端側には軸孔２の内周面に付着しているシール材が認められる。この軸孔２の内周面に付着しているシール材の軸線Ｏ方向の後端がシール材の後端となる。後述する第四工程の前に軸孔２内に充填されていたシール粉末は、荷重及び熱が加えられ、圧縮されて第二シール層２４を構成するシール材となる。一方、シール粉末の一部は軸孔２の内周面に付着したままシール材となって残留する。したがって、軸線Ｏの最後端にあるシール材の位置は、荷重及び熱が加えられる前に軸孔２内に充填されていたシール粉末の後端の位置と同じであると推定される。よって、充填長（Ｄ）と接続部長（Ｃ）との差（Ｄ−Ｃ）は、第四工程前後における接続部６の軸線Ｏ方向の収縮長さを示す。

なお、この実施形態においては、接続部６は第一シール層２３と抵抗体２２と第二シール層２４とを有し、軸線Ｏの先端方向から第一シール層２３、抵抗体２２、第二シール層２４の順に配設されているが、第一シール層２３と第二シール層２４とがなく、抵抗体２２のみで接続部６が形成される態様、抵抗体２２と第一シール層２３とで接続部６が形成される態様、抵抗体２２と第二シール層２４とで接続部６が形成される態様でもよい。したがって、図１及び２に示される実施形態のスパークプラグ１において、軸孔２の内周面に付着して残存する成分は第二シール層２４を構成するシール材であるが、例えば、第二シール層２４がなく、第一シール層２３と抵抗体２２とで接続部６が形成される態様の場合には、軸孔２の内周面に付着して残存する成分として抵抗体２２を構成する抵抗材が認められる。この場合には、中心電極４の後端から抵抗材の最も軸線Ｏ方向の後端側に位置する箇所までの軸線Ｏ方向の長さが充填長（Ｄ）となる。

前記スパークプラグ１は、例えば次のようにして製造される。スパークプラグ１の製造工程のうち絶縁体と中心電極と端子金具とを配設及び固定する工程を中心にして、以下に説明する（図３参照。）。

まず、公知の方法により中心電極４、接地電極８、主体金具７、端子金具５及び絶縁体３を所定の形状に作製し（準備工程）、主体金具７の先端面に、レーザ溶接等により接地電極８の一端部を接合する（接地電極接合工程）。

一方、絶縁体３の軸孔２内に中心電極４を挿入して、軸孔２の第一段部１３に中心電極４のフランジ部１７を係止し、小径部１２に中心電極４を配置する（第一工程）。

次いで、第一シール層２３を形成するシール粉末１５、抵抗体２２を形成する抵抗体組成物２５、及び第二シール層２４を形成するシール粉末１６をこの順に前記軸孔２内の後端側から入れて、プレスピン２６を軸孔２内に挿入して６０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧力で予備圧縮して、中径部１４にシール粉末１５，１６と抵抗体組成物２５とを充填する（第二工程）。

次いで、前記軸孔２内の後端側から端子金具５の先端部２０を挿入して、先端部２０がシール粉末１６に接触するように端子金具５を配置する（第三工程）。

次いで、接続部形成用粉末２７をシール粉末１５，１６に含まれるガラス粉末のガラス軟化点以上の温度、例えば８００〜１０００℃の温度で３〜３０分にわたって加熱しつつ、端子金具５の第一構成部１８の先端面が絶縁体３の後端面に当接するまで圧入して、接続部形成用粉末２７に荷重を加える（第四工程）。

こうして接続部形成用粉末２７を構成するシール粉末１５，１６及び抵抗体組成物２５が焼結して第一シール層２３、第二シール層２４及び抵抗体２２が形成される。また、フランジ部１７と軸孔２との間隙及び先端部２０と軸孔２との間隙に第一シール層２３及び第二シール層２４を構成するシール材が充填されて、軸孔２内に中心電極４と端子金具５とが封着固定される。

次いで、接地電極８が接合された主体金具７に、中心電極４及び端子金具５等が固定された絶縁体３を組み付ける（組立工程）。

最後に、接地電極８の先端部を中心電極４側に折り曲げて、接地電極８の一端が中心電極４の先端部と対向するようにして、スパークプラグ１が製造される。

なお、前記第二工程において軸孔内に充填する抵抗体組成物２５及びシール粉末１６としては、前述した組成を有する抵抗体組成物２５及びシール粉末１６を用いることができる。

この発明のスパークプラグの製造方法は、前記第三工程において、絶縁体３の後端から第一構成部１８の先端までの軸線Ｏ方向の長さを露出長（Ｈ）（ｍｍ）、軸孔２の接続部形成用粉末２７が配置されている部位における内径を粉末部径（Ｂ’）（ｍｍ）としたときに、露出長（Ｈ）と粉末部径（Ｂ’）とが次の（１）〜（３）の式を満たす。
（１）Ｈ≧−３．１Ｂ’＋１８
（２）Ｈ≧−０．８５Ｂ’＋１１
（３）Ｂ’≦５

前記（１）〜（３）の式を示すグラフを図４に示す。露出長（Ｈ）と粉末部径（Ｂ’）とが前記（１）〜（３）の式を満たすと、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを容易に製造することができる。

第三工程において軸孔２内に配置された端子金具５は、その第二構成部１９が露出長（Ｈ）の長さ分だけ軸孔２内に挿入されずに露出している。第四工程において露出長（Ｈ）がほぼ０になるまで端子金具５が軸孔２内に圧入されて、接続部形成用粉末２７に荷重が加えられるので、前記（１）及び（２）の式に示されるように、露出長（Ｈ）が特定の値よりも大きいと、接続部形成用粉末２７が端子金具５により適度に圧縮加熱される。その結果、形成された抵抗体２２の気孔率及び前記収縮率が好適な範囲となる。すなわち、抵抗体２２の気孔率が５．０％以下、前記収縮率が３５％以上であるスパークプラグが得られる。

また、粉末部径（Ｂ’）が小さい程端子金具５の強度が低くなるので、端子金具５が軸孔２内に圧入される際に撓み易くなる。したがって、粉末部径（Ｂ’）が前記（３）Ｂ’≦５の範囲、特に（５）Ｂ’≦２．９では、粉末部径（Ｂ’）が小さい程露出長（Ｈ）を大きくすると、抵抗体の気孔率及び前記収縮率が好適な範囲となり、負荷寿命性能が向上する。ただし、露出長（Ｈ）の値が大き過ぎて、（４）Ｈ≦２．０Ｂ’＋２２．４の範囲外になると、端子金具５により接続部形成用粉末２７に荷重を加える際に、絶縁体３の第一段部１３付近が破壊したり亀裂が生じたりして不良品発生率が高くなるおそれがある。

露出長（Ｈ）と粉末部径（Ｂ’）とは、さらにＢ’≦２．９のとき（６）Ｈ≧−３．１Ｂ’＋１９を満たすのが好ましく、Ｂ’≧２．９のとき（７）Ｈ≧−０．８５Ｂ’＋１２を満たすのが好ましい。前記（６）、（７）の式を満たすと負荷寿命性能により一層優れたスパークプラグを製造することができる。

端子金具５の先端部２０は、凹凸状の表面を備えるのが好ましく、また、先端部径（Ａ）と粉末部径（Ｂ’）との比（Ａ／Ｂ’）が０．８５以上０．９７以下であるのが好ましい。先端部２０の表面が凹凸構造を有すると、先端部２０とシール材との接触面積が増大し、先端部２０と第二シール層２４との密着性が良好になるので、端子金具５と絶縁体３とが強固に固定される。また、前記比（Ａ／Ｂ’）が前記範囲内にあると、端子金具５で接続部形成用粉末２７に荷重を加える際に効果的に圧力を伝達することができるので、好適な抵抗体の気孔率及び／又は前記収縮率を有するスパークプラグを製造することができる。したがって、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れたスパークプラグを容易に製造することができる。

前記粉末部径（Ｂ’）は、軸線Ｏに直交する方向からＸ線透過装置で撮影し、中心電極４の後端から端子金具５の先端部までの間の中心部分における軸孔２の内径を測定することにより得ることができる。

この発明に係るスパークプラグは、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン等の点火栓として使用され、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に前記ネジ部９が螺合されて、所定の位置に固定される。この発明に係るスパークプラグは、如何なる内燃機関にも使用することができるが、小径化したスパークプラグにおいて特に効果が発揮されるから、スパークプラグの省スペース化が要求される内燃機関に好適に使用されることができる。

この発明に係るスパークプラグは、前記した実施例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、前記スパークプラグ１は、端子金具５の先端部２０にローレット加工が施されているが、先端部２０の表面はシール材との密着性が良好になる形状、例えば凹凸状であれば特に限定されず、ネジ切加工等により形成された形状であってもよい。また、先端部２０の外周面全体が凹凸状であってもよいし、表面の一部が凹凸状であってもよい。

＜スパークプラグの作製＞
図１に示すスパークプラグを、前述した製造工程にしたがって作製した。第二工程において、絶縁体の軸孔内に入れたシール粉末は、ガラス粉末を５０質量％、導通成分(金属粉末)を５０質量％を混合した粉末であり、抵抗体組成物は、ガラス粉末を８０質量％、セラミック粉末を１５質量％、カーボンブラックを５質量％を混合した粉末であった。

軸孔内に入れたシール粉末と抵抗体組成物とはプレスピンにて１００Ｎ／ｍｍ^２の圧力で予備圧縮した。第四工程においては、抵抗体組成物とシール粉末とを構成する接続部形成用粉末を９００℃で１０分にわたって加熱しつつ端子金具を軸孔内に圧入した。

スパークプラグは、先端部径（Ａ）、接続部径（Ｂ）、粉末部径（Ｂ’）、接続部長（Ｃ）、充填長（Ｄ）及び露出長（Ｈ）を表１〜表３に示すように変化させて作製した。
なお、前記各種寸法は、前述したように、Ｘ線透過装置及びノギスを用いて該当箇所を測定した。粉末部径（Ｂ’）と接続部径（Ｂ）とは同じ値であった。
作製したスパークプラグにおける抵抗体の気孔率は、前述した方法により求めた。すなわち、抵抗体の半断面のＳＥＭ画像（日本電子株式会社製のＳＥＭ（型式：ＪＳＭ−６４６０ＬＡ）、加速電圧２０ｋV、スポットサイズ５０、ＣＯＭＰＯ像、組成像）から気孔部分の面積割合をＳｏｆｔ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＧｍｂＨ社製 Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｆｉｖｅを用いて測定することにより求めた。

＜評価方法＞
（負荷寿命性能試験）
製造したスパークプラグを３５０℃の環境下に置き、２０ｋＶの放電電圧を印加して、１分間に３６００回放電させ、この試験前後のスパークプラグの抵抗体の抵抗値（Ｒ_０、Ｒ_１）を測定した。上記試験を１０回行い、初期抵抗値Ｒ_０に対する試験後の抵抗値Ｒ_１の平均値（Ｒ_１／Ｒ_０）が１．５倍以上になった時間を測定した。この時間が長いほど負荷寿命性能が良好である。評価結果を表１及び表２に示す。

（厳しい試験条件下での負荷寿命性能試験）
放電電圧を２５ｋＶにしたこと以外は前記負荷寿命性能試験と同様にして試験を行った。評価結果を表３に示す。

（絶縁体破壊による不良発生率の評価）
スパークプラグを５０本作製したときに、製造工程中に絶縁体が破壊することにより不良品と判定された個数の割合を次の基準にしたがって評価した。評価結果を表１及び表２に示す。

×：３０％以上
○：５％以上３０％未満
◎：０％を超え５％未満
◎◎：０％

（端子固着力試験）
端子金具の第一構成部を治具にて挟み、この治具をオートグラフで引張り、端子金具が絶縁体から引き抜けたときの強さを測定した。端子固着力は次の基準にしたがって評価した。評価結果を表１及び表２に示す。

○：２５００Ｎ以上３０００Ｎ未満
◎：３０００Ｎ以上３５００Ｎ未満
◎◎：３５００Ｎ以上、又は、端子金具が破壊

この発明の範囲に含まれるスパークプラグは、表１〜表３に示されるように、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れていた。一方、この発明の範囲外のスパークプラグは、負荷寿命性能試験で、抵抗体の抵抗値が上昇して、前記（Ｒ_１／Ｒ_０）の値が１．５倍以上になるまでの時間が短く、負荷寿命性能に劣っており、また端子金具の絶縁体への固着力にも劣っていた。

露出長（Ｈ）と粉末部径（Ｂ’）との関係を示すグラフを図４に示す。表１、２に示される評価結果を次の基準にしたがって分類し、記号の種類の違いにより表示した。

○：Ｒ_１／Ｒ_０が１．５倍以上になった時間が２５０時間を超え、不良発生率の評価結果が「◎◎」又は「◎」、かつ端子固着力試験の評価結果が「◎◎」
◇：Ｒ_１／Ｒ_０が１．５倍以上になった時間が５０時間を超え２５０時間以下、不良発生率の評価結果が「◎◎」、かつ端子固着力試験の評価結果が「◎◎」
△：Ｒ_１／Ｒ_０が１．５倍以上になった時間が２５０時間を超え、不良発生率の評価結果が「○」、かつ端子固着力試験の評価結果が「◎◎」
□：Ｒ_１／Ｒ_０が１．５倍以上になった時間が２５０時間を超え、不良発生率の評価結果が「×」、かつ端子固着力試験の評価結果が「◎◎」
▲：Ｒ_１／Ｒ_０が１．５倍以上になった時間が５０時間以下、不良発生率の評価結果が「◎◎」、かつ端子固着力試験の評価結果が「◎」又は「○」

記号「▲」と記号「◇」、記号「◇」と記号「○」、記号「○」「△」と「□」との境界となる直線を引いてみたところ、次の５つの式が得られた。
Ｈ＝−３．１Ｂ’＋１８・・・(i)
Ｈ＝−３．１Ｂ’＋１９・・・(ii)
Ｈ＝−０．８５Ｂ’＋１１・・・(iii)
Ｈ＝−０．８５Ｂ’＋１２・・・(iv)
Ｈ＝２．０Ｂ’＋２２．４・・・(v)
図４に示されるように、露出長（Ｈ）及び粉末部径（Ｂ’）が、前述の２つの式(i)、(iii)と以下の(vi)式とで囲まれる領域にあるとき、得られたスパークプラグは負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れていた。
Ｂ’＝５・・・(vi)

また、粉末部径（Ｂ’）が小さくなるほど露出長（Ｈ）の下限値を大きくしなければ良好な評価結果が得られず、以下の(vii)式を境にして、良好な評価結果が得られる露出長（Ｈ）の下限値を示す境界線の傾きが変化した。換言すると、Ｂ’≦２．９の場合は、露出長（Ｈ）の値が前記(i)式より大きいとき、特に前記(ii)式より大きいときに、良好な評価結果が得られ、Ｂ’≧２．９の場合は、露出長（Ｈ）の値が前記(iii)式より大きいとき、特に前記(iv)式より大きいときに、良好な評価結果が得られた。また、露出長（Ｈ）の値が前記(v)式より小さいとき不良発生率が低かった。
Ｂ’＝２．９・・・(vii)

１ スパークプラグ
２ 軸孔
３ 絶縁体
４ 中心電極
５ 端子金具
６ 接続部
７ 主体金具
８ 接地電極
９ ネジ部
１０ タルク
１１ パッキン
１２ 小径部
１３ 第一段部
１４ 中径部
１５ シール粉末
１６ シール粉末
１７ フランジ部
１８ 第一構成部
１９ 第二構成部
２０ 先端部
２１ 胴部
２２ 抵抗体
２３ 第一シール層
２４ 第二シール層
２５ 抵抗体組成物
２６ プレスピン
２７ 接続部形成用粉末
２９，３０ 貴金属チップ

Claims (14)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔の一端側で保持される中心電極と、
   前記軸孔に収容される第二構成部を有し、前記軸孔の他端側で保持される端子金具と、
   前記軸孔内で前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続する接続部と、
   を備えたスパークプラグにおいて、
   前記接続部は、気孔率が５．０％以下である抵抗体を含み、
   前記軸孔における前記端子金具が保持されている側を前記軸線方向の後端側としたとき、
   前記中心電極の後端から前記接続部を構成する接続部材の後端までの長さを充填長（Ｄ）、前記中心電極の後端から前記第二構成部の先端までの長さを接続部長（Ｃ）とすると、充填長（Ｄ）と接続部長（Ｃ）との差の前記充填長（Ｄ）に対する割合を示す収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３８％以上６７％以下であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記抵抗体の気孔率が４．０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記軸孔の前記抵抗体が配置されている部位における内径を接続部径（Ｂ）とすると、前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であり、かつ前記抵抗体の気孔率が１．２％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。
4. 前記軸孔の前記抵抗体が配置されている部位における内径を接続部径（Ｂ）とすると、前記接続部径（Ｂ）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。
5. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔の一端側で保持される中心電極と、
   前記軸孔に収容される第二構成部を有し、前記軸孔の他端側で保持される端子金具と、
   前記軸孔内で前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続し、少なくとも抵抗体を有する接続部と、
   を備えたスパークプラグにおいて、
   前記軸孔における前記端子金具が保持されている側を前記軸線方向の後端側としたとき、
   前記中心電極の後端から前記接続部を構成する接続部材の後端までの長さを充填長（Ｄ）、前記中心電極の後端から前記第二構成部の先端までの長さを接続部長（Ｃ）とすると、充填長（Ｄ）と接続部長（Ｃ）との差の前記充填長（Ｄ）に対する割合を示す収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３５％以上であることを特徴とするスパークプラグ。
6. 前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が６９％以下であることを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
7. 前記軸孔の前記抵抗体が配置されている部位における内径を接続部径（Ｂ）とすると、前記接続部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であり、かつ、前記収縮率（（Ｄ−Ｃ）／Ｄ）×１００が３８％以上６７％以下であることを特徴とする請求項５又は６に記載のスパークプラグ。
8. 前記接続部は、気孔率が５．０％以下である抵抗体を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のスパークプラグ。
9. 前記第二構成部の先端部は、凹凸状の表面を備え、前記先端部の直径を先端部径（Ａ）とすると、前記先端部径（Ａ）と前記接続部径（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が０．８５以上０．９７以下であることを特徴とする請求項４又は７に記載のスパークプラグ。
10. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
    前記軸孔の一端側で保持される中心電極と、
    前記軸孔から露出する第一構成部を有し、前記軸孔の他端側で保持される端子金具と、
    前記軸孔内で前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続する接続部と、
    を備えたスパークプラグの製造方法であって、
    前記軸孔の一端側に中心電極が配置される第一工程と、
    前記接続部を形成する接続部形成用粉末が充填される第二工程と、
    前記端子金具の先端部が前記接続部形成用粉末に接触するように前記軸孔内に配置される第三工程と、
    前記接続部形成用粉末が加熱されるとともに前記端子金具により荷重を加えられる第四工程と、
    を有し、
    前記第三工程において、前記軸孔における前記中心電極が配置されている側を前記軸線方向の先端側としたとき、前記絶縁体の後端から前記第一構成部の先端までの前記軸線方向の長さを露出長（Ｈ）（ｍｍ）、前記軸孔の前記接続部形成用粉末が配置されている部位における内径を粉末部径（Ｂ’）（ｍｍ）としたときに、露出長（Ｈ）と粉末部径（Ｂ’）とが次の（１）〜（３）の式を満たすことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
    （１）Ｈ≧−３．１Ｂ’＋１８
    （２）Ｈ≧−０．８５Ｂ’＋１１
    （３）Ｂ’≦５
11. 前記露出長（Ｈ）（ｍｍ）と前記粉末部径（Ｂ’）（ｍｍ）とが、Ｈ≦２．０Ｂ’＋２２．４を満たすことを特徴とする請求項１０に記載のスパークプラグの製造方法。
12. 前記粉末部径（Ｂ’）（ｍｍ）が、Ｂ’≦２．９を満たすことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のスパークプラグの製造方法。
13. 前記露出長（Ｈ）（ｍｍ）と前記粉末部径（Ｂ’）（ｍｍ）とが、Ｈ≧−３．１Ｂ’＋１９を満たすことを特徴とする請求項１２に記載のスパークプラグの製造方法。
14. 前記端子金具の先端部は、凹凸状の表面を備え、前記先端部の直径を先端部径（Ａ）とすると、前記先端部径（Ａ）と前記粉末部径（Ｂ’）との比（Ａ／Ｂ’）が０．８５以上０．９７以下であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法。

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