JP6267779B1 - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】電波ノイズを抑制できるスパークプラグを提供すること。【解決手段】絶縁体の軸孔の先端側に中心電極の少なくとも一部が挿入され、絶縁体の軸孔の後端側に端子金具の少なくとも一部が挿入される。端子金具と中心電極とを軸孔内で接続する接続部は、フェライトの粒子である第１粒子と第１粒子を被覆する第１導電性物質とをそれぞれ備える複数の第１磁性粒子を含む第１層と、フェライトの粒子である第２粒子と第２粒子を被覆する第２導電性物質とをそれぞれ備える複数の第２磁性粒子を含む第２層と、を備えている。第１粒子のキュリー温度よりも低いキュリー温度をもつ第２粒子が含まれる第２層を、第１層よりも後端側に配置する。【選択図】図１

Description

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

放電時に発生する電波ノイズを抑えるために、絶縁体に抵抗体を内蔵したスパークプラグがある。また、絶縁体に磁性体を内蔵したスパークプラグも提案されている。

特開平２−２８４３７４号公報 特開昭６２−１５０６８１号公報 特開昭６１−２３０２８１号公報 特開昭５４−１５１７３６号公報 特開昭６１−１３５０７９号公報 特開昭６１−１０４５８０号公報 特開昭６１−２０８７６８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、磁性体を用いて電波ノイズを抑制する点について十分な工夫がなされていない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、電波ノイズを抑制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、絶縁体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。中心電極は軸孔の先端側に少なくとも一部が挿入され、端子金具は軸孔の後端側に少なくとも一部が挿入される。接続部は、端子金具と中心電極とを軸孔内で接続する。接続部は、フェライトの粒子である第１粒子と第１粒子を被覆する第１導電性物質とをそれぞれ備える複数の第１磁性粒子を含む第１層と、フェライトの粒子である第２粒子と第２粒子を被覆する第２導電性物質とをそれぞれ備える複数の第２磁性粒子を含む第２層と、を備えている。第１粒子のキュリー温度よりも低いキュリー温度をもつ第２粒子が含まれる第２層が、第１層よりも後端側に配置される。

請求項１記載のスパークプラグによれば、第１粒子のキュリー温度よりも低いキュリー温度をもつ第２粒子が含まれる第２層が、第１層よりも後端側に配置されるので、キュリー温度が同じフェライトで全てが構成される場合と比較して、第１磁性粒子および第２磁性粒子により電波ノイズを効果的に抑制できる効果がある。

即ち、フェライトは、放電電流のうち電波ノイズの原因となる周波数帯を遮断または吸収してノイズ減衰効果を発揮する。また、フェライトは、一般にキュリー温度が低いフェライトほどノイズ減衰効果が高い。しかし、フェライトの温度が上がると次第に磁化が減少し、キュリー温度で磁性を失う。スパークプラグの作動時の接続部の温度は、接続部の先端側よりも後端側の方が低いので、第１粒子のキュリー温度よりも低いキュリー温度をもつ第２粒子が含まれる第２層を第１層よりも後端側に配置することにより、第２磁性粒子によるノイズ減衰効果を効果的に得ることができる。

請求項２記載のスパークプラグによれば、第１粒子はキュリー温度が３００℃以上であり、第２粒子はキュリー温度が２００℃以上３００℃未満である。よって、請求項１の効果に加え、スパークプラグの作動時に得られるノイズ減衰効果の確実性を向上できる効果がある。

請求項３記載のスパークプラグによれば、第１層および第２層は、複数の第１磁性粒子および複数の第２磁性粒子の周囲に、ケイ素、ホウ素およびリンのうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種とを含むセラミック相を備えている。第１磁性粒子および第２磁性粒子を固定するセラミック相にこれらの元素が含まれていない場合に比べて、セラミック相の空隙を少なくできるので、セラミック相の空隙で生じる放電を抑制できる。よって、請求項１又は２の効果に加え、セラミック相で生じる放電による耐久性の低下を抑制できる効果がある。

請求項４記載のスパークプラグによれば、セラミック相は、第１粒子および第２粒子とは異なるフェライトを含有しているので、第１粒子および第２粒子によるノイズ減衰効果に加え、セラミック相のフェライトによるノイズ減衰効果が得られる。よって、請求項３の効果に加え、ノイズ減衰効果を向上できる効果がある。

請求項５記載のスパークプラグによれば、接続部の第１シール部は第１層と中心電極とを接続し、接続部の第２シール部は第２層と端子金具とを接続する。第１層に含まれる第１磁性粒子と第１シール部とが接する位置から、第２層に含まれる第２磁性粒子と第２シール部とが接する位置までの軸線方向の最短の長さは１５ｍｍ以上である。その結果、請求項１から４のいずれかの効果に加え、第１層と第２層とを加えた軸線方向の長さを確保してノイズ減衰効果を向上できる効果がある。

本発明の一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。 接続部の模式図である。 接続部の模式的な断面図である。

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は本発明の一実施の形態におけるスパークプラグ１０の片側断面図である。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。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により形成された部材であり、軸線Ｏに沿って貫通する軸孔１２が形成されている。軸孔１２は、先端に向かって内径が次第に小さくなる段部１３が先端側に設けられている。

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、軸孔１２の段部１３に係止され、先端が軸孔１２から露出する。

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１２に圧入された状態で、絶縁体１１の後端に固定されている。

絶縁体１１は、端子金具１５と軸線Ｏ方向に間隔をあけて、外周の先端側に主体金具１６が加締め固定されている。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）６０のねじ穴にねじ部１８を締結して固定される。

接地電極１９は、主体金具１６の先端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。

接続部２０は、中心電極１４と端子金具１５とを電気的に接続する部位であり、軸孔１２に配置されている。接続部２０は、磁性体と導電体とを含む第１層３０及び第２層４０と、中心電極１４と第１層３０とに接触する第１シール部２１と、第２層４０と端子金具１５とに接触する第２シール部２２とを備えている。

第１シール部２１及び第２シール部２２は、例えばＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系、ＢａＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＣａＯ−ＢａＯ系などのガラス粒子と金属粒子（Ｃｕ，Ｆｅ等）とを含む組成物で形成されており、導電性を有している。第１層３０及び第２層４０は放電時に生じる電波ノイズを抑制するための部位である。

図２は接続部２０の模式図である。接続部２０は、第１シール部２１、第１層３０、第２層４０及び第２シール部２２が、先端側から後端側へ直列に接続されている。第１層３０は、導電性を有する複数の第１磁性粒子３１と、第１磁性粒子３１を固定するセラミック相３５とを備えている。第２層４０は、導電性を有する複数の第２磁性粒子４１と、第２磁性粒子４１を固定するセラミック相４５とを備えている。第１層３０と第２層４０との境界５０付近は、第１磁性粒子３１と第２磁性粒子４１とが混在する。

第１層３０では第１磁性粒子３１が互いに接触し、第２層４０では第２磁性粒子４１が互いに接触する。いくつかの第１磁性粒子３１は第１シール部２１に接触し、いくつかの第２磁性粒子４１は第２シール部２２に接触する。第１層３０と第２層４０との境界５０付近では、第１磁性粒子３１と第２磁性粒子４１とが接触して、第１シール部２１と第２シール部２２とを電気的に接続する３次元的な導電経路を形成する。第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１が形成した導電経路は、セラミック相３５，４５によって固定される。

図３は接続部２０の模式的な断面図である。第１層３０に含まれる第１磁性粒子３１は、フェライト（軟磁性体）の粒子である第１粒子３２と、第１粒子３２を被覆する第１導電性物質３３とを備えている。第２層４０に含まれる第２磁性粒子４１は、フェライト（軟磁性体）の粒子である第２粒子４２と、第２粒子４２を被覆する第２導電性物質４３とを備えている。

第１粒子３２及び第２粒子４２は、例えばスピネル型、ガーネット型等のフェライトで形成されている。第１粒子３２及び第２粒子４２は、フェライトの複数の一次粒子が凝集した二次粒子、フェライトが表面拡散し粒成長した一次粒子等が用いられる。フェライトは、放電時に第１シール部２１と第２シール部２２との間を流れる放電電流のうち電波ノイズの原因となる周波数帯を遮断または吸収する。

フェライトは、例えばＭｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｎｉ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｕ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｚｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｏ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｆｅ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃａ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｍｇ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｄｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｌｕ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｙｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｅｒ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｈｏ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｇｄ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｓｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２等の単元フェライト、これらの単元フェライトが任意の割合で互いに固溶した（Ｍｎ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４，（Ｎｉ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４等の複合フェライトが挙げられる。これらのフェライトのうち１種ないしは複数種を適宜選択して用いることができる。

第１粒子３２及び第２粒子４２は、平均粒径が０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度のものが好適に用いられる。第１粒子３２及び第２粒子４２の平均粒径は、ＳＥＭ画像（加速電圧１５ｋＶ）を画像処理により２値化して得られる投影面積を用いて算出される球の平均径である。

第１導電性物質３３は第１粒子３２の表面を被覆する導電体であり、第２導電性物質４３は第２粒子４２の表面を被覆する導電体である。第１導電性物質３３及び第２導電性物質４３は、例えばＮｉ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｆｅ，インコネル（ＩＮＣＯＮＥＬは登録商標）等の金属、ＬａＭｎＯ_３，ＳｒＴｉＯ_３，ＳｒＣｒＯ_３等の導電性または半導性の複合酸化物、炭素、Ｃｒ_３Ｃ_２，ＴｉＣ等の炭素化合物等が用いられる。これらの導電性物質のうち１種ないしは複数種を適宜選択して用いることができる。第１導電性物質３３及び第２導電性物質４３の導電体は同じ種類でも良いし、異なる種類でも良い。

第１粒子３２及び第２粒子４２の表面をそれぞれ第１導電性物質３３及び第２導電性物質４３で覆う手段としては、公知の手段を適宜採用できる。例えば、第１導電性物質３３や第２導電性物質４３の粒子を第１粒子３２や第２粒子４２と共に混合・撹拌して機械的に第１粒子３２や第２粒子４２の表面に付着させたり、バインダ等を用いて第１導電性物質３３や第２導電性物質４３の粒子を第１粒子３２や第２粒子４２の表面に付着させたり、無電解メッキによって第１導電性物質３３や第２導電性物質４３を第１粒子３２や第２粒子４２の表面に析出させたりする手段が挙げられる。

第１磁性粒子３１や第２磁性粒子４１は、隣り合う第１磁性粒子３１や第２磁性粒子４１との間で、第１導電性物質３３や第２導電性物質４３同士が接する導電層部３４，４４を形成する。導電層部３４，４４は、第１導電性物質３３や第２導電性物質４３が単に接触している形態、第１導電性物質３３や第２導電性物質４３が融着している形態など、導電経路を形成する任意の形態が含まれる。第１磁性粒子３１や第２磁性粒子４１が導電層部３４，４４で接続され、第１シール部２１と第２シール部２２とを電気的に接続する３次元の導電経路が第１層３０及び第２層４０に形成される。

放電時に第１層３０及び第２層４０に流れる放電電流は、第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１の第１導電性物質３３、第２導電性物質４３及び導電層部３４，４４を通る。第１導電性物質３３、第２導電性物質４３及び導電層部３４，４４を流れる電流のうち電波ノイズの原因となる周波数帯の電流は、第１粒子３２及び第２粒子４２を構成するフェライトのインピーダンスや磁気損失等によって遮断または吸収される。その結果、電波ノイズを抑制できる。

ここで、第２粒子４２のフェライトは、第１粒子３２のフェライトのキュリー温度よりもキュリー温度の低いものが選択される。ところで、フェライトは温度が上がると次第に磁化が減少し、キュリー温度で磁性を失う。一方で、一般にキュリー温度が低いフェライトの方が、ノイズ減衰効果が高い。内燃機関６０（図１参照）に装着されたスパークプラグ１０の作動時の接続部２０の温度は、内燃機関６０から離れた接続部２０の先端側よりも後端側の方が低いので、第１粒子３２のキュリー温度よりも低いキュリー温度をもつ第２粒子４２が含まれる第２層４０を第１層３０よりも後端側に配置することにより、第２磁性粒子４１によるノイズ減衰効果を効果的に得ることができる。

つまり、本発明では、第２粒子４２を第２層４０に配置することで、第２粒子４２よりキュリー温度の高い第１粒子３２を第２層４０に配置する場合に比べて、ノイズ減衰効果を向上できる。さらに、スパークプラグ１０の作動時に第２層４０よりも温度が上がる第１層３０に、第２粒子４２のキュリー温度よりも高いキュリー温度をもつ第１粒子３２が配置されるので、第１磁性粒子３１によるノイズ減衰効果も得られる。よって、第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１により電波ノイズを抑制できる。具体的には、キュリー温度が３００℃以上のフェライトを第１粒子３２とし、キュリー温度が２００℃以上３００℃未満のフェライトを第２粒子４２とするのが好ましい。スパークプラグ１０の作動時の接続部２０の温度による第１粒子３２及び第２粒子４２の磁化の減少を抑制して、ノイズ減衰効果の確実性を向上するためである。

なお、第１粒子３２及び第２粒子４２をスピネル型フェライトとし、格子点のＡ位置（８ａ点）、Ｂ位置（１６ｄ点）及び３２ｃ点に入る原子を制御することにより、第１粒子３２及び第２粒子４２の特性をコントロールできる。Ｍ^２＋Ｆｅ_２ ^３＋Ｏ_４ ^２−（Ｍ^２＋は２価の金属イオン）の分子式で表されるスピネル型フェライトは、Ｍ^２＋及びＦｅ^３＋の入る位置にＡ位置およびＢ位置の２種類があり、Ｏ^２−は３２ｃ点に入る。

第１粒子３２及び第２粒子４２のフェライトのＭは、Ｚｎ，Ｃｄの両方またはいずれか一方と、Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃｏの１種以上（以下「他の金属」と称す）とを含むことが好ましい。第１粒子３２及び第２粒子４２のフェライトは、他の金属を同じにする。この状態で、第１粒子３２におけるＺｎ及びＣｄの総量の割合（ｍｏｌ％）を、第２粒子４２におけるＺｎ及びＣｄの総量の割合（ｍｏｌ％）よりも少なくすることにより、ノイズ減衰に適した第１粒子３２及び第２粒子４２にコントロールできる。

この理由は以下のとおりである。上述したスピネル型フェライトにおいて、Ｚｎ^２＋，Ｃｄ^２＋はＡ位置に入り、Ｎｉ^２＋，Ｍｎ^２＋，Ｃｕ^２＋，Ｆｅ^２＋，Ｍｇ^２＋，Ｃｏ^２＋の１種以上からなる他の金属イオンはＢ位置に入る。Ｚｎ^２＋，Ｃｄ^２＋がＡ位置に入り他の金属イオンがＢ位置に入ると、フェライトの飽和磁化が増加してノイズ減衰効果が向上する。一方、Ｚｎ^２＋，Ｃｄ^２＋のいずれかがＡ位置に入ると、キュリー温度は低下する。従って、第１粒子３２のＺｎ及びＣｄ（ｍｏｌ％）を第２粒子４２のＺｎ及びＣｄ（ｍｏｌ％）よりも少なくすることによって、第１粒子３２のキュリー温度を第２粒子４２のキュリー温度よりも高くできる一方で、第２粒子４２のノイズ減衰効果を向上できる。即ち、第１粒子３２及び第２粒子４２の特性をコントロールできる。

図３に示すように、第１層３０に含まれる第１磁性粒子３１と第１シール部２１とは、複数の位置５１，５２で接する。第２層４０に含まれる第２磁性粒子４１と第１磁性粒子３１とは、複数の位置５３，５４で接する。第２磁性粒子４１と第２シール部２２とは、複数の位置５５，５６で接する。

位置５１，５２から位置５５，５６までの軸線Ｏ方向の最短の長さ（軸線Ｏに平行な線分の長さ）は、位置５２から位置５６までの軸線Ｏ方向の長さである。この長さを第１層３０及び第２層４０の軸方向の全長とする。この全長は１５ｍｍ以上とするのが好ましい。第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１によるノイズ減衰効果を安定して得るためである。

位置５２から位置５３，５４までの軸線Ｏ（図１参照）方向の長さ（軸線Ｏに平行な線分の長さ）のうち、位置５２から位置５３までの軸線Ｏ方向の長さを、第１層３０の軸方向の長さとする。この長さは７ｍｍ以上とするのが好ましい。第１磁性粒子３１によるノイズ減衰効果を安定して得るためである。

位置５６から位置５３，５４までの軸線Ｏ方向の最長の長さ（軸線Ｏに平行な線分の長さ）のうち、位置５６から位置５４までの軸線Ｏ方向の長さを、第２層４０の軸方向の長さとする。この長さは７ｍｍ以上とするのが好ましい。第２磁性粒子４１によるノイズ減衰効果を安定して得るためである。

なお、位置５１〜５６は軸線Ｏと平行な断面から求められる。第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１は３次元的に繋がる導電経路を形成するので、軸線Ｏと直交する深さ方向に位置（深さ）の異なる複数の断面を作り、各断面に存在する第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１を観察して位置５１〜５６を特定できる。

図１に戻って説明する。本実施の形態においては、第１層３０はねじ部１８の後端よりも後端側に存在する。ねじ部１８の後端は、ねじ部１８の座部１７側の端部（首下部）であって、完全ねじ部の端をいう。主体金具１６はねじ部１８によって内燃機関６０に接続されるので、主体金具１６は、スパークプラグ１０の作動時の絶縁体１１の熱をねじ部１８から内燃機関６０に放散する。ねじ部１８の後端よりも後端側に第１層３０が存在するので、ねじ部１８の後端よりも先端側に第１層３０が存在する場合に比べて、第１層３０の温度を低くできる。第１層３０に含まれる第１粒子３２の温度が上昇することによる第１粒子３２の磁化の減少を抑制できるので、第１磁性粒子３１によるノイズ減衰効果を向上できる。

セラミック相３５，４５は第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１を第１層３０及び第２層４０に固定するための部分である。セラミック相３５，４５は、高温下の強度や絶縁性をある程度確保できれば、任意の材質を採用できる。セラミック相３５，４５は、例えばＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３等が用いられる。また、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス等の結晶化ガラスをセラミック相３５，４５に用いることも可能である。

なお、セラミック相３５，４５は、ケイ素（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）のうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種と、を含むと好ましい。セラミック相３５，４５の軟化点を低下させセラミック相３５，４５をガラス化できるので、第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１を強固に固定することができ、耐衝撃性を確保できるからである。

セラミック相３５，４５は空隙が多く存在すると、スパーク時にセラミック相３５，４５の空隙の部分で放電が生じる可能性がある。空隙の部分で生じる放電は、セラミック相３５，４５を劣化させる可能性があり、また電波ノイズの原因となる可能性がある。セラミック相３５，４５をガラス化させることにより、スパーク時にセラミック相３５，４５で生じる可能性のある放電を抑制することができる。その結果、放電によるセラミック相３５，４５の劣化を抑制できると共に、セラミック相３５，４５の放電が原因の電波ノイズを抑制できる。また、空隙が少ないとセラミック相３５，４５による第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１の固定を強固にできるので、耐衝撃性を向上できる。

セラミック相３５，４５は、フェライトを含有するのが好ましい。第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１によるノイズ減衰効果に加え、セラミック相３５，４５が含有するフェライトによるノイズ減衰効果が得られるからである。

セラミック相３５，４５が含有するフェライトは、第１粒子３２及び第２粒子４２を構成するフェライトと同様に、例えばＭｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｎｉ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｕ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｚｎ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃｏ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｆｅ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｃａ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｍｇ_ＸＦｅ_２−ＸＯ_４，Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｄｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｌｕ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｙｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｅｒ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｈｏ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｔｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｇｄ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２，Ｓｍ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２等の単元フェライト、これらの単元フェライトが任意の割合で互いに固溶した（Ｍｎ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４，（Ｎｉ_１−ＸＺｎ_Ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４等の複合フェライトが挙げられる。これらのフェライトのうち１種ないしは複数種を適宜選択して用いることができる。セラミック相３５，４５が含有するフェライトは、第１粒子３２及び第２粒子４２を構成するフェライトと同じ種類のものや違う種類のものを適宜選択できる。

第２層４０のセラミック相４５に含まれるフェライトのキュリー温度を、第１層３０のセラミック相３５に含まれるフェライトのキュリー温度よりも低くすることにより、セラミック相３５，４５に含まれるフェライトによるノイズ減衰効果を向上できる。この理由は、第２粒子４２のキュリー温度を第１粒子３２のキュリー温度よりも低くする理由と同じである。

特に、キュリー温度が３００℃以上のフェライトを第１層３０のセラミック相３５に配置し、キュリー温度が２００℃以上３００℃未満のフェライトを第２層４０のセラミック相４５に配置するのが好ましい。スパークプラグ１０の作動時の接続部２０の温度によるフェライトの磁化の減少を抑制して、ノイズ減衰効果の確実性を向上するためである。

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１２に中心電極１４を挿入し、中心電極１４を段部１３で係止する。次に、第１シール部２１の原料粉末を軸孔１２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、軸孔１２に充填した第１シール部２１の原料粉末を予備圧縮する。

成形された第１シール部２１の原料粉末の成形体の上に、セラミック相３５の原料粉末と第１磁性粒子３１とを混合した第１層３０の原料粉末を充填する。第１磁性粒子３１は、フェライトの一次粒子が凝集した二次粒子（第１粒子３２）に、バインダを用いて第１導電性物質３３の粒子を付着させたり、無電解メッキによって第１導電性物質３３を析出させたりして得られる。軸孔１２に充填した第１層３０の原料粉末を、圧縮用棒材（図示せず）を用いて予備圧縮する。

次に、第１層３０の原料粉末の上に、セラミック相４５の原料粉末と第２磁性粒子４１とを混合した第２層４０の原料粉末を充填する。第２磁性粒子４１は、フェライトの一次粒子が凝集した二次粒子（第２粒子４２）に、バインダを用いて第２導電性物質４３の粒子を付着させたり、無電解メッキによって第２導電性物質４３を析出させたりして得られる。軸孔１２に充填した第２層４０の原料粉末を、圧縮用棒材（図示せず）を用いて予備圧縮する。

次に、第２層４０の原料粉末の上に、第２シール部２２の原料粉末を充填する。圧縮用棒材（図示せず）を用いて、軸孔１２に充填した第２シール部２２の原料粉末を予備圧縮する。

次いで、第１シール部２１、第１層３０、第２層４０及び第２シール部２２の原料粉末を順に充填した絶縁体１１を炉内に移送し、例えば第１シール部２１及び第２シール部２２の各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１２に端子金具１５を圧入し、端子金具１５の先端によって第１シール部２１、第１層３０、第２層４０及び第２シール部２２の原料粉末を軸方向へ圧縮する。この結果、各原料粉末が圧縮・焼結され、絶縁体１１の内部に第１シール部２１、第１層３０、第２層４０及び第２シール部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１０を得る。

セラミック相３５，４５の気孔率は、第１層３０及び第２層４０の原料粉末を軸方向へ圧縮するときの荷重によって調整できる。また、第１シール部２１及び第２シール部２２を軟化させるときの温度を変えたり、セラミック相３５，４５の原料粉末に含まれるガラス成分の種類を変えたりしても気孔率を調整できる。

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。

実施の形態で説明したスパークプラグのサンプルを作成し、放電試験前後の放電電流のレベルを評価した。表１に、作成したサンプル１〜２８の第１粒子３２、第１導電性物質３３（表には「第１物質」と表記した）、第２粒子４２、第２導電性物質４３（表には「第２物質」と表記した）、キュリー温度（Ｔｃ）、各層の軸方向の長さ及び全長、フェライトの組成差、セラミック相３５，４５のＡｌ_２Ｏ_３以外の含有物（元素）及びセラミック相３５，４５に含まれるフェライトの組成を示す。

第１粒子３２及び第２粒子４２の組成は、ＳＥＭ−ＥＤＳ（エネルギ分散型Ｘ線分光法）により算出し特定した。第１導電性物質３３及び第２導電性物質４３の組成は、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）によって特定した。第１粒子３２、第２粒子４２、第１導電性物質３３及び第２導電性物質４３には、製造工程で混入する微量（例えば１ｐｐｍ程度）の種々の不純物が含まれ得る。

第１粒子３２及び第２粒子４２のキュリー温度は、ＳＥＭ−ＥＤＳを用いて算出し特定したフェライトと同じ組成のテストピースを作成し、ＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer）により測定して求めた。

第１層３０及び第２層４０の軸方向の長さ及び全長は、ＳＥＭを用いて軸線と平行な第１層３０及び第２層４０の研磨断面を複数観察し、その複数の断面から第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１と第１シール部２１及び第２シール部２２とが接する位置を３次元的に特定し、それらの軸方向の距離を算出して求めた。

組成差は、第２粒子４２におけるＺｎ及びＣｄの総量の割合（ｍｏｌ％）から第１粒子３２におけるＺｎ及びＣｄの総量の割合（ｍｏｌ％）を減じた値である。第１粒子３２及び第２粒子４２はＭ^２＋Ｆｅ_２ ^３＋Ｏ_４ ^２−（Ｍ^２＋は２価の金属イオン）の分子式で表されるスピネル型フェライトであり、Ｍは、Ｚｎ，Ｃｄの両方またはいずれか一方と、Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃｏの１種以上（他の金属）とを含むものにおいて、第１粒子３２及び第２粒子４２の他の金属を同じにしたサンプル５〜２２，２８について組成差を算出した。

セラミック相３５，４５のＡｌ_２Ｏ_３以外の含有物（元素）は、セラミック相３５，４５の原料粉末から特定した。ＩＣＰ，ＥＰＭＡ等を用いてセラミック相３５，４５の断面を分析して含有物（元素）を特定しても良い。表１に含有物（元素）が示されていないサンプルのセラミック相３５，４５はＡｌ_２Ｏ_３であった。なお、表１には、ケイ素、ホウ素、リン、アルカリ金属およびアルカリ土類金属に該当する元素のみを示した。

アルカリ金属やアルカリ土類金属のセラミック相３５，４５における含有率（ＩＣＰによる分析結果）は０．１〜９ｗｔ％の範囲であった。この含有率は、アルカリ金属やアルカリ土類金属の量をアルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物に換算して得られる含有率である。セラミック相３５，４５には、製造工程で混入する微量（例えば１ｐｐｍ程度）の種々の不純物が含まれ得る。

セラミック相３５，４５に含まれるフェライトの組成はＳＥＭ−ＥＤＳにより特定した。フェライトのセラミック相３５，４５における含有率は５〜５０ｗｔ％の範囲であった。

放電試験は、各サンプルの中心電極１４と接地電極１９との火花ギャップの距離を０．９ｍｍ±０．０１ｍｍに調整し、４００℃のチャンバー内に各サンプルを保管した状態で、２５ｋＶの電圧を端子金具１５と主体金具１６との間に印加して放電させる試験であった。毎秒６０回の割合で放電させる試験を１００時間行った後、試験後の放電電流のレベルと、試験前の放電電流のレベルと、を測定した。

放電電流のレベルは、ＪＡＳＯ Ｄ００２−２（２００４年）「自動車−電波雑音特性−第２部：防止器の測定方法 電流法」に従って測定した。具体的には、各サンプルの中心電極１４と接地電極１９との火花ギャップの距離を０．９ｍｍ±０．０１ｍｍに調整し、１３ｋＶから１６ｋＶの範囲内の電圧を端子金具１５と主体金具１７との間に印加して放電させた。電流プローブを用いて放電時に端子金具１５を流れる電流を測定し、３０ＭＨｚ，１００ＭＨｚ，２５０ＭＨｚ，５００ＭＨｚにおける放電電流のレベル（所定の基準に対する換算値（単位：ｄＢ））を算出し、その４つの平均値を求めた。また、試験前の平均値に対する試験後の平均値の変化率（％）を算出した。表２に結果を示す。

評価は、放電電流のレベルの平均値が５２．０ｄＢ未満を「〇〇：特に優れる」、５２．０ｄＢ以上５６．０ｄＢ未満を「◎：優れる」、５６．０ｄＢ以上７０．０ｄＢ未満を「〇：良い」、７０．０ｄＢ以上８０．０ｄＢ未満を「△：満足できる」、８０．０ｄＢ以上を「×：劣る」とした。

表１及び表２に示す放電試験前の結果をみると、第１層３０及び第２層４０を備え、且つ、第１粒子３２のキュリー温度が第２粒子４２のキュリー温度よりも高いサンプル１〜２２は、第２層４０をもたないサンプル２３〜２６、第１粒子３２のキュリー温度が第２粒子４２のキュリー温度よりも低いサンプル２７，２８に比べて、放電電流のレベルを小さくすることができた。サンプル１〜２２は電波ノイズの原因となる高周波数帯の電流のレベルを小さくできるので、電波ノイズを抑制できることが明らかである。

サンプル１〜２２は、第１層３０及び第２層４０の軸方向の長さがそれぞれ７ｍｍ以上であった。放電電流のレベルを小さくするには、第１層３０の軸方向の長さ及び第２層４０の軸方向の長さを７ｍｍ以上とするのが望ましいことが確認された。

サンプル５〜２２は、Ｍ^２＋Ｆｅ_２ ^３＋Ｏ_４ ^２−（Ｍ^２＋は２価の金属イオン）の分子式で表されるスピネル型フェライトを第１粒子３２及び第２粒子４２に用いたサンプルであり、Ｚｎ，Ｃｄの両方またはいずれか一方と、Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｃｏの１種以上の同じ金属イオンと、を第１粒子３２及び第２粒子４２に含むサンプルである。サンプル５〜２２は、第２粒子４２におけるＺｎ及びＣｄの総量の割合（ｍｏｌ％）から第１粒子３２におけるＺｎ及びＣｄの総量の割合（ｍｏｌ％）を減じた組成差＞０の条件を満たすので、第１粒子３２のキュリー温度を第２粒子４２のキュリー温度よりも高くできる一方で、第２粒子４２のノイズ減衰効果を向上できたと考えられる。その結果、サンプル５〜２２は、サンプル１〜４に比べて、放電電流のレベルを小さくすることができたと推察される。

セラミック相３５，４５にフェライトを含有するサンプル１５〜２２は、セラミック相３５，４５にフェライトを含有しないサンプル１〜１４に比べ、放電電流のレベルを小さくすることができた。サンプル１５〜２２は、セラミック相３５，４５のフェライトによって、電波ノイズの原因となる高周波数帯の電流のレベルをさらに小さくできるので、電波ノイズの抑制効果をさらに向上できることが明らかである。

また、第１層３０及び第２層４０の軸方向の全長（最短の長さ）が１５ｍｍ以上あるサンプル１９〜２２は、放電電流のレベルをさらに小さくできた。従って、サンプル１９〜２２はノイズ減衰効果をさらに向上できることが明らかである。サンプル１９〜２２は、第１層３０の軸方向の長さ及び第２層４０の軸方向の長さもそれぞれ７ｍｍ以上あるので、ノイズ減衰効果を確保できたと推察される。

放電試験前後の変化率によれば、Ｓｉ，Ｂ，Ｐのうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種とをセラミック相３５，４５に含むサンプル１２〜２２は、変化率が小さく、耐久性に優れることが確認された。

この理由は、サンプル１２〜２２は、Ｓｉ，Ｂ，Ｐ等を含むセラミック相３５，４５がガラス化したからであると推察される。ガラス化して空隙が減少したセラミック相３５，４５は、スパーク時に空隙で生じる可能性のある放電を抑制できる。その結果、放電によるセラミック相３５，４５の劣化を抑制できると共に、セラミック相３５，４５の放電が原因の電波ノイズを抑制できると推察される。

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。

上記実施の形態では、第１層３０及び第２層４０において、セラミック相３５，４５によって第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１が固定化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。セラミック相３５，４５を省略して、軸孔１２に第１磁性粒子３１及び第２磁性粒子４１を充填しても、フェライトによる電波ノイズの抑制効果は得られる。従って、セラミック相３５，４５は当然に省略できる。

上記実施の形態では、スパークプラグ１０の製造方法として、第１シール部２１、第１層３０、第２層４０及び第２シール部２２の原料粉末を軸孔１２に充填した絶縁体１１を炉内で加熱する場合を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、成形型を用いて第１層３０及び第２層４０の原料粉末を円柱状に成形し、その成形体を焼成して予め第１層３０及び第２層４０を形成することが可能である。その場合には、第１シール部２１の原料粉末、焼成された第１層３０及び第２層４０、第２シール部２２の原料粉末を順に絶縁体１１の軸孔１２に充填し、絶縁体１１を炉内で加熱した状態で端子金具１５を軸孔１２に圧入して、接続部２０を形成する。

上記実施の形態では、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１７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 スパークプラグ
１１ 絶縁体
１２ 軸孔
１４ 中心電極
１５ 端子金具
２０ 接続部
２１ 第１シール部
２２ 第２シール部
３０ 第１層
３１ 第１磁性粒子
３２ 第１粒子
３３ 第１導電性物質
３５ セラミック相
４０ 第２層
４１ 第２磁性粒子
４２ 第２粒子
４３ 第２導電性物質
４５ セラミック相

Claims (5)

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少なくとも一部が挿入された中心電極と、
   前記軸孔の後端側に少なくとも一部が挿入された端子金具と、
   前記端子金具と前記中心電極とを前記軸孔内で接続する接続部と、を備えるスパークプラグであって、
   前記接続部は、フェライトの粒子である第１粒子と、前記第１粒子を被覆する第１導電性物質と、をそれぞれ備える複数の第１磁性粒子を含む第１層と、
   前記第１層よりも後端側に配置され、前記第１粒子のフェライトよりもキュリー温度が低いフェライトの粒子である第２粒子と、前記第２粒子を被覆する第２導電性物質と、をそれぞれ備える複数の第２磁性粒子を含む第２層と、を備えていることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記第１粒子はキュリー温度が３００℃以上であり、前記第２粒子はキュリー温度が２００℃以上３００℃未満であることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記第１層および前記第２層は、前記複数の第１磁性粒子および前記複数の第２磁性粒子の周囲に、ケイ素、ホウ素およびリンのうちの少なくとも１種と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種とを含むセラミック相を備えてい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. 前記セラミック相は、前記第１粒子および前記第２粒子とは異なるフェライトを含有していることを特徴とする請求項３記載のスパークプラグ。
5. 前記接続部は、前記第１層と前記中心電極とを接続する第１シール部と、
   前記第２層と前記端子金具とを接続する第２シール部とを備え、
   前記第１層に含まれる前記第１磁性粒子と前記第１シール部とが接する位置から、前記第２層に含まれる前記第２磁性粒子と前記第２シール部とが接する位置までの軸線方向の最短の長さは１５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスパークプラグ。

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