JP6628767B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグに関するものである。

特許文献１には、スパークプラグの一例が開示されている。特許文献１で開示されるスパークプラグは、筒状の絶縁体（絶縁碍子）と、絶縁体の内側に保持される中心電極と、中心電極との間で火花放電ギャップを形成する接地電極と、中心電極の基端側において絶縁体の内側に保持される抵抗体（レジスタ）と、を備える。

特開２０１６−１００２７１号公報

特許文献１で開示されるスパークプラグは、絶縁体の内部に抵抗体を配置することで、中心電極から発生する電波雑音を抑制している。更に、抵抗体の両側に密着させた形で導電性シール層（導電性ガラスシール部）を配置することで、絶縁体内のシール性を高めつつ、中心電極への導電路を確保している。

しかし、このように抵抗体に密着させて導電性シール層を設けた構成とすると、導電性シール層が抵抗体への酸素供給源となり得る場合に、抵抗体において酸化が進展してしまい、抵抗体の抵抗値が増大する虞がある。そこで、特許文献１のスパークプラグは、抵抗体（レジスタ）の酸化を抑えるために、導電性シール層（導電性ガラスシール部）内にイオン化傾向の高い金属やカーボンからなる還元剤を含有させている。このように構成すると、導電性シール層（導電性ガラスシール部）内に散在する還元剤によって抵抗体（レジスタ）への酸素供給をある程度抑えることができ、酸化抑制効果が生じ得る。

しかし、特許文献１のスパークプラグは、抵抗体（レジスタ）の端面全体が導電性シール層（導電性ガラスシール部）に広く密着しているため、導電性シール層から抵抗体への酸素の移動を十分に遮断することはできない。特に、導電性シール層の端部近傍（抵抗体に密着する領域の近傍）から抵抗体に移動しようとする酸素は、内部に散在する還元材によっては、遮断されにくい。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、内部に抵抗体を介在させたスパークプラグにおいて、抵抗体の酸化をより効果的に抑制し得る構成を提供することを目的とするものである。

本発明の第１態様のスパークプラグは、
軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、
前記貫通孔の一端側で保持される中心電極と、
前記貫通孔の他端側で保持される端子金具と、
前記貫通孔内において前記中心電極と前記端子金具との間に配置され、炭素を含有してなる抵抗体と、
前記貫通孔内において前記中心電極と前記抵抗体との間に配置され、前記中心電極と前記抵抗体とを電気的に接続する導電性シール層と、
を有するスパークプラグであって、
前記貫通孔内において前記中心電極と前記抵抗体との間に配置され、少なくとも一部が前記抵抗体と接触する金属層を有し、
前記金属層は、前記抵抗体に含まれる炭素よりも酸素との反応性が高い金属材料を主成分としてなる。

このスパークプラグは、導電性シール層と抵抗体との間に金属層が介在し、抵抗体に接触するように配置されるため、導電性シール層と抵抗体とが接触する領域を減らす又は無くすことができ、導電性シール層に含まれる酸素が抵抗体へと直接的に移動しにくくなる。更に、金属層は、抵抗体に含有される炭素よりも酸素との反応性が高い金属材料を主成分とする層であるため、導電性シール層に含まれる酸素が金属層を通って抵抗体に移動しようとしても、金属層内の金属材料と反応して捕獲されやすい。ゆえに、抵抗体への酸素供給が抑えられ、抵抗体に含まれる炭素の酸化を確実に抑制することができる。

第１態様のスパークプラグにおいて、金属材料は、少なくとも、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれかからなる金属を含んでいてもよい。

Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉは酸素との反応性がより高いため、金属層内でより効果的に酸素を捕獲し得る。

本発明の第２態様のスパークプラグは、
軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、
前記貫通孔の一端側で保持される中心電極と、
前記貫通孔の他端側で保持される端子金具と、
前記貫通孔内において前記中心電極と前記端子金具との間に配置され、炭素を含有してなる抵抗体と、
前記貫通孔内において前記中心電極と前記抵抗体との間に配置され、前記中心電極と前記抵抗体とを電気的に接続する導電性シール層と、
を有するスパークプラグであって、
前記貫通孔内において前記中心電極と前記抵抗体との間に配置され、少なくとも一部が前記抵抗体と接触する金属層を有し、
前記金属層は、前記導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属よりも酸素との反応性が低い金属材料を主成分としてなる。

このスパークプラグは、導電性シール層と抵抗体との間に金属層が介在し、抵抗体に接触するように配置されるため、導電性シール層と抵抗体とが接触する領域を減らす又は無くすことができ、導電性シール層に含まれる酸素が抵抗体へと直接的に移動しにくくなる。更に、金属層の主成分である金属材料は、導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属よりも酸素との反応性が低いため、導電性シール層内の酸素が金属層に向かって移動しにくくなり、導電性シール層内の酸素が金属層を透過して抵抗体に向かうことを抑制する効果を生じさせ得る。ゆえに、抵抗体への酸素供給が抑えられ、抵抗体に含まれる炭素の酸化を確実に抑制することができる。
なお、「導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属」とは、導電性シール層に含まれる導電材の中で最も体積含有率（体積％）が大きい金属を意味する。導電性シール層内に導電材として複数種類の金属が含まれる場合、それら複数種類の金属の中で導電性シール層内での体積含有率が最も大きい種類の金属が「導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属」に該当する。また、導電性シール層内に導電材として一種類の金属が含まれる場合、その一種類の金属が「導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属」に該当する。

第２態様のスパークプラグにおいて、金属材料は、少なくとも、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇのいずれかからなる金属を含んでいてもよい。

Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇは酸素との反応性がより低いため、導電性シール層から金属層への酸素の移動をより効果的に抑制し得る。

第１態様及び第２態様のいずれのスパークプラグも、抵抗体における金属層側の端面は、８０％以上の領域が金属層と接触していることが、より望ましい。

このように、抵抗体の金属層側の端面において、８０％以上に及ぶ広い領域が金属層と接触していれば、抵抗体への酸素供給を抑制する効果が一層高くなる。

第１態様及び第２態様のいずれのスパークプラグも、貫通孔内において端子金具と抵抗体との間に配置され、端子金具と抵抗体とを電気的に接続する第２の導電性シール層と、端子金具と抵抗体との間に配置され、少なくとも一部が抵抗体と接触する第２の金属層と、を有していてもよい。
この場合、第１態様のスパークプラグにおいて、第２の金属層は、第２の導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属よりも酸素との反応性が低い金属材料を主成分としてなるものであってもよい。
また、第２態様のスパークプラグにおいて、第２の金属層は、抵抗体に含まれる炭素よりも酸素との反応性が高い金属材料、又は、第２の導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属よりも酸素との反応性が低い金属材料を主成分としてなるものであってもよい。
なお、「第２の導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属」とは、第２の導電性シール層に含まれる導電材の中で最も体積含有率（体積％）が大きい金属を意味する。第２の導電性シール層に導電材として複数種類の金属が含まれる場合、それら複数種類の金属の中で第２の導電性シール層内での体積含有率が最も大きい種類の金属が「第２の導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属」に該当する。また、導第２の導電性シール層内に導電材として一種類の金属が含まれる場合、その一種類の金属が「第２の導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属」に該当する。

このようにすれば、抵抗体の両側で酸素供給を抑制することができ、抵抗体内の炭素の酸化をより一層抑えることができる。

本発明によれば、内部に抵抗体を介在させたスパークプラグにおいて、抵抗体の酸化をより効果的に抑制し得る。

第１実施形態のスパークプラグの一例を示す断面概略図である。 図１のスパークプラグの一部を拡大して具体的に例示する拡大断面図である。 図１のスパークプラグの製造の流れを示すフローチャートである。 図３の製造手順のうち、抵抗体の基材の製造の流れを示すフローチャートである。

Ａ．第１実施形態
Ａ１．スパークプラグの基本構成
図１は、本発明の第１実施形態としてのスパークプラグ１の全体構成を示す断面概略図である。図２は、図１で示すスパークプラグ１のうちの電気的接続部付近を拡大して示す拡大断面図である。図２では、主体金具７などの図示は省略している。図１、図２において図示されたラインＣＬは、スパークプラグ１の中心軸を示している。図１、図２において図示された断面は、中心軸ＣＬの位置で中心軸ＣＬに沿って切断した切断面である。

以下の説明では、中心軸ＣＬのことを「軸線ＣＬ」とも呼び、中心軸ＣＬと平行な方向を「軸線方向」とも呼ぶ。また、軸線方向を前後方向とし、軸線方向において発火部側（火花放電間隙ｇ側）をスパークプラグ１の前側とし、軸線方向において端子金具５が突出する側を後ろ側とする。なお、軸線方向において発火部側をスパークプラグ１の先端側とも呼び、軸線方向において発火部とは反対側を後端側とも呼ぶ。

スパークプラグ１は、絶縁体３と、中心電極４と、端子金具５と、主体金具７と、電気的接続部６０と、接地電極８と、を備える。

主体金具７は、略円筒形状をなしており、絶縁体３の一部を収容しつつ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。

絶縁体３は、主体金具７の内周部に滑石１０及びパッキン１１を介して保持されており、前端部付近が主体金具７の前端面から突出した状態で、主体金具７に固定されている。貫通孔２は、絶縁体３の前端部と後端部との間で貫通して形成された軸孔であり、軸線ＣＬの方向に延びている。貫通孔２は、絶縁体３における前端側で中心電極４を保持する小径部１２と、小径部１２の後方側で電気的接続部６０を収容する中径部１４とを有する。小径部１２及び中径部１４はいずれも、内周面が軸線ＣＬを中心とする円筒面となっており、小径部１２の内周面の径（内径）よりも中径部１４の内周面の径（内径）のほうが大きくなっている。また、小径部１２と中径部１４の間には、後方側となるにつれて内周面の径が大きくなるように後方側に向かって拡径するテーパ状の第一段部１３が、貫通孔２の一部として設けられている。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。

中心電極４は、貫通孔２の一端側（前端側）で保持されつつ前端側の一部が絶縁体３の前端面から突出した形態で露出する構成をなす。中心電極４は、主体金具７と絶縁された状態で保持されている。中心電極４は、後端側にフランジ部１７が形成され、フランジ部１７よりも外径が小さい軸状部分がフランジ部１７の前側に連結された構成で小径部１２に収容されている。フランジ部１７は、貫通孔２の第一段部１３に係止している。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。

接地電極８は、一端が主体金具７の前端面に接合され、途中で略Ｌ字に曲げられて、その先端部が中心電極４の前端部（先端部）と間隙を介して対向するように形成されている。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。

中心電極４と接地電極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が設けられている。各貴金属チップ２９，３０の間には、火花放電間隙ｇが構成されている。なお、中心電極４及び接地電極８の一方又は両方の貴金属チップを省略してもよい。

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に印加するために用いられる。端子金具５は、貫通孔２の他端側（後端側）で保持され、一部が絶縁体３の後端部よりも後方側に突出して配置されている。端子金具５の前端部２０の表面は凹凸状に構成され、例えば、前端部２０の外周面にはローレット加工が施されている。前端部２０の表面がローレット加工などによる凹凸構造となっていると、端子金具５と電気的接続部６０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。

電気的接続部６０は、貫通孔２の内部において中心電極４と端子金具５との間に配置されている。電気的接続部６０は、貫通孔２の内部で中心電極４と端子金具５とを電気的に接続し、これらを導通させる導通経路として機能する。電気的接続部６０は、抵抗体６３、第１シール層６１、第２シール層６２、第１金属層６４、第２金属層６５、を備える。

抵抗体６３は、導電性を有し、端子金具５と中心電極４との間における電気抵抗として機能する。抵抗体６３は、電気抵抗として機能することにより、火花放電時の電波雑音（ノイズ）の発生を抑制する。抵抗体６３は、ガラス粉末と、炭素を含む導電性粉末と、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って形成されている。

第１シール層６１及び第２シール層６２は、貫通孔２の内部をシールする層である。第１シール層６１及び第２シール層６２は、ホウケイ酸ソーダガラス等のガラス粉末と、Ｃｕ、Ｆｅ等の金属粉末とを含むシール粉末を焼結して形成することができる。

第１シール層６１は、導電性シール層の一例に相当し、貫通孔２内において絶縁体３と中心電極４とを封着固定する。第１シール層６１は、貫通孔２内において中心電極４と抵抗体６３との間（具体的には、中心電極４と第１金属層６４との間）に配置され、中心電極４と第１金属層６４とを電気的に接続し、中心電極４と抵抗体６３の間の導通経路として機能する。第２シール層６２は、第２の導電性シール層の一例に相当し、貫通孔２内において絶縁体３と端子金具５とを封着固定する。第２シール層６２は、貫通孔２内において端子金具５と抵抗体６３との間（具体的には、端子金具５と第２金属層６５との間）に配置され、端子金具５と第２金属層６５とを電気的に接続し、端子金具５と抵抗体６３の間の導通経路として機能する。

第１金属層６４は、金属層の一例に相当し、例えば導電性金属のバルク体として構成されている。図１のように第１金属層６４は、貫通孔２内において中心電極４と抵抗体６３との間に設けられ、少なくとも一部が抵抗体６３と接触する構成で配置されている。図２の例では、第１金属層６４は、第１シール層６１と抵抗体６３との間に介在しており、第１金属層６４の軸線方向一方側の面（前端面）は第１シール層６１に接触し、第１金属層６４の軸線方向他方側の面（後端面）は抵抗体６３に接触する。第１金属層６４は、抵抗体６３に含まれる炭素よりも酸素との反応性が高い金属材料を主成分としてなる。第１金属層６４の主成分は、例えば、第１シール層６１に含まれる導電性金属（本構成では、例えばＣｕ、Ｆｅ等）よりもイオン化傾向が高い金属とすることができ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれかの金属を用いることが望ましい。なお、第１シール層６１に含まれる導電材がＣｕ、Ｆｅ等以外の導電性金属である場合、この導電性金属よりもイオン化傾向の高い金属によって第１金属層６４を構成すればよい。また、第１シール層６１に複数種類の導電性金属が含まれる場合、そのうちの最もイオン化傾向の高い金属よりもイオン化傾向の高い金属によって第１金属層６４を構成すればよい。

抵抗体６３における第１金属層６４側の端面６３Ａは、８０％以上の領域が第１金属層６４と接触する。具体的には、抵抗体６３に接触する第１金属層６４の面積Ｓａと、抵抗体６３に接触する第１シール層６１の面積Ｓｂ（例えば、第１金属層６４の周囲から入り込んで端面６３Ａに接触する面積）との和Ｓｃに対するＳａの割合、即ち、（Ｓａ／Ｓｃ）×１００（％）は、８０％以上であるとよい。なお、図２の例では、Ｓｂが０であり、（Ｓａ／Ｓｃ）×１００が１００％となっている。

第２金属層６５は、第２の金属層の一例に相当し、例えば導電性金属のバルク体として構成され、図１のように貫通孔２内において端子金具５と抵抗体６３との間に設けられ、少なくとも一部が抵抗体６３と接触する構成で配置されている。図２の例では、第２金属層６５は、第２シール層６２と抵抗体６３との間に介在しており、第２金属層６５の軸線方向一方側の面（前端面）は抵抗体６３に接触し、第２金属層６５の軸線方向他方側の面（後端面）は第２シール層６２に接触する。第２金属層６５は、抵抗体６３に含まれる炭素よりも酸素との反応性が高い金属材料を主成分としてなる。第２金属層６５の主成分は、例えば、第２シール層６２に含まれる導電性金属（本構成では、例えばＣｕ、Ｆｅ等）よりもイオン化傾向が高い金属とすることができ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれかの金属を用いることが望ましい。なお、第２シール層６２に含まれる導電材がＣｕ、Ｆｅ等以外の導電性金属である場合、この導電性金属よりもイオン化傾向の高い金属によって第２金属層６５を構成すればよい。また、第２シール層６２に複数種類の導電性金属が含まれる場合、そのうちの最もイオン化傾向の高い金属よりもイオン化傾向の高い金属によって第２金属層６５を構成すればよい。

抵抗体６３における第２金属層６５側の端面６３Ｂは、８０％以上の領域が第２金属層６５と接触する。具体的には、抵抗体６３に接触する第２金属層６５の面積Ｓｄと、抵抗体６３に接触する第２シール層６２の面積Ｓｅ（例えば、第２金属層６５の周囲から入り込んで端面６３Ｂに接触する面積）との和Ｓｆに対するＳｄの割合、即ち、（Ｓｄ／Ｓｆ）×１００（％）は、８０％以上であるとよい。なお、図２の例では、Ｓｅが０であり、（Ｓｄ／Ｓｆ）×１００が１００％となっている。第２金属層６５の主成分は、第１金属層６４の主成分と同一であってもよく、異なっていてもよい。

Ａ２．製造方法
次に、図３、図４を参照し、スパークプラグ１の製造方法を簡単に説明する。
図３で示すように、スパークプラグ１を製造する場合、抵抗体６３の基材を作成する（Ｓ１０５）。抵抗体６３の基材の作製は、図４のような流れで行うことができる。

図４の例では、抵抗体６３の基材を作成する場合、まず、材料を湿式ボールミルによって混合する（Ｓ２０５）。この材料とは、セラミック粉末、導電材、バインダである。セラミック粉末は、例えば、ＺｒＯ_２及びＴｉＯ_２を含むセラミック粉末である。導電材は、例えば、カーボンブラックである。バインダ（有機バインダ）は、例えば、ポリカルボン酸等の分散剤である。これらの材料に溶媒としての水を加えて湿式ボールミルを用いて攪拌して混合する。このとき、各材料は混合されるが、各材料の分散度合いは比較的低い。

次に、混合後の各材料を、高速剪断ミキサによって分散させる（Ｓ２１０）。高速剪断ミキサとは、ブレード（攪拌羽根）による強力な剪断力によって材料を大きく分散させながら混合するミキサである。高速剪断ミキサは、例えば、アキシャルミキサ（Axial mixer）である。そして、Ｓ２１０の工程で得られた材料を、すぐにスプレードライ法によって造粒する（Ｓ２１５）。そして、Ｓ２１５の造粒工程で得られた粉体にガラス（粗粒ガラス粉末）に水を加えて混合し（Ｓ２２０）、この混合後の材料を乾燥させる乾燥工程（Ｓ２２５）を行うことで、抵抗体６３の基材が完成する。

図４のような流れで抵抗体６３の基材の作製工程（図３のＳ１０５）を行った後、図３で示すＳ１１０のように、絶縁体３（絶縁碍子）の貫通孔２（軸孔）に中心電極４を挿入し（Ｓ１１０）、Ｓ１１０に続いて、導電性ガラス粉末を貫通孔２（軸孔）に充填して圧縮する（Ｓ１１５）。この圧縮は、例えば、貫通孔２に棒状の冶具を挿入し、堆積した導電性ガラス粉末を押すことによって実現する。導電性ガラス粉末の層は、後工程を経て、第１シール層６１（導電性ガラスシール層）となる。導電性ガラス粉末は、例えば、銅粉末とホウケイ酸カルシウムガラス粉末とを混合した粉末である。

次に、第１金属層６４の材料となる金属粉末を貫通孔２（軸孔）に充填して圧縮する（
Ｓ１２０）。この圧縮は、例えば、貫通孔２に棒状の冶具を挿入し、堆積した金属粉末を押すことによって実現する。この金属粉末の層は、後工程を経て第１金属層６４となる。Ｓ１２０の工程の後、抵抗体６３の基材（粉体）を、貫通孔２に充填して圧縮する（Ｓ１２５）。この工程によって形成される粉末の層は、後工程を経て、抵抗体６３となる。Ｓ１２５において抵抗体６３の基材を充填した後には、第２金属層６５の材料となる金属粉末を貫通孔２に充填して圧縮する（Ｓ１３０）。Ｓ１３０において用いられる金属粉末は、Ｓ１２０で用いた金属粉末と同じ粉末であってもよく、材料が異なっていてもよい。この金属粉末の層は、後工程を経て第２金属層６５となる。Ｓ１３０の工程の後、導電性ガラス粉末を貫通孔２に充填して圧縮する（Ｓ１３５）。Ｓ１３５によって形成される粉末の層は、後工程を経て、第２シール層６２となる。Ｓ１３５において用いられる導電性ガラス粉末は、Ｓ１１５で用いた導電性ガラス粉末と同じ粉末であってもよく、材料が異なっていてもよい。なお、Ｓ１３０，Ｓ１３５における圧縮方法は、Ｓ１１５、Ｓ１２０における圧縮方法と同じ方法である。

次に、端子金具５の一部を貫通孔２に挿入して、絶縁体３全体を加熱しながら端子金具５側から所定の圧力を加える（Ｓ１４０）。この加熱圧縮工程によって、貫通孔２に充填された各材料が圧縮及び焼成されて、貫通孔２内に、第１シール層６１と、第１金属層６４と、抵抗体６３と、第２金属層６５と、第２シール層６２とが形成される。

次に、主体金具７に接地電極（接地電極となるべき部材）を接合し（Ｓ１４５）、絶縁体３を主体金具７に挿入し（Ｓ１５０）、主体金具７を加締める（Ｓ１５５）。この加締め工程によって、絶縁体３が主体金具７に固定される。次に、主体金具７に接合された接地電極（接地電極となるべき部材）の先端が曲げ加工され、接地電極８が完成する（Ｓ１６０）。その後、ガスケット（図示略）が主体金具に取り付けられ（Ｓ１６５）、スパークプラグ１が完成する。

Ａ３．第２態様
次に、第２態様を説明する。第２態様は、第１金属層６４及び第２金属層６５の材料が第１態様と異なる点以外は第１態様と同様である。即ち、第１金属層６４及び第２金属層６５以外の部分は、図１で示す各部分と同一の構成をなし、同一の機能を有する。第２態様のスパークプラグを構成する各部分の形態は図１、図２と同様であるため、以下では、図１、図２を参照して説明する。

第２態様のスパークプラグ１も、軸線ＣＬの方向に延びる貫通孔２を有する絶縁体３と、貫通孔の一端側で保持される中心電極４と、貫通孔の他端側で保持される端子金具５と、貫通孔２内において中心電極４と端子金具５との間に配置され、炭素を含有してなる抵抗体６３と、貫通孔２内において中心電極４と抵抗体６３との間に配置され、中心電極４と抵抗体６３とを電気的に接続する第１シール層６１（導電性シール層）と、貫通孔２内において中心電極４と抵抗体６３との間に配置され、少なくとも一部が抵抗体６３と接触する第１金属層６４（金属層）と、貫通孔２内において端子金具５と抵抗体６３との間に配置され、端子金具５と抵抗体６３とを電気的に接続する第２シール層６２（第２の導電性シール層）と、端子金具５と抵抗体６３との間に配置され、少なくとも一部が抵抗体６３と接触する第２金属層６５（第２の金属層）と、を有する。

第１金属層６４は、金属層の一例に相当し、例えば導電性金属のバルク体として構成され、貫通孔２内において中心電極４と抵抗体６３との間に設けられ、少なくとも一部が抵抗体６３と接触する構成で配置されている。図２の例では、第１金属層６４は、第１シール層６１と抵抗体６３との間に介在しており、第１金属層６４の軸線方向一方側の面（前端面）は第１シール層６１に接触し、第１金属層６４の軸線方向他方側の面（後端面）は抵抗体６３に接触する。第１金属層６４は、第１シール層６１（導電性シール層）に含まれる導電材よりも酸素との反応性が低い金属材料を主成分としてなる。第１金属層６４の主成分は、第１シール層６１（導電性シール層）に含まれる導電材のうちの主となる金属（例えば、Ｃｕ、Ｆｅ等）よりもイオン化傾向の低い金属であり、第１金属層６４の主成分は、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇのいずれかの金属とすることができる。なお、第１シール層６１に含まれる導電材において主となる金属がＣｕ、Ｆｅ以外の導電性金属である場合、この導電性金属よりもイオン化傾向の低い金属によって第１金属層６４を構成すればよい。第１シール層６１に導電材として複数種類の金属が含まれる場合、それら複数種類の金属の中で第１シール層６１内での体積含有率（体積％）が最も大きい種類の金属が「主となる金属」に該当する。第１シール層６１内に導電材として一種類の金属が含まれる場合、その一種類の金属が「主となる金属」に該当する。なお、第１シール層６１に導電材として複数種類の金属が含まれる場合、第１シール層６１に含まれる全導電材において第１金属層６４よりもイオン化傾向の高い金属の割合が５０％以上であることが望ましい。また、第１シール層６１に複数種類の導電性金属が含まれる場合、そのうちの最もイオン化傾向の低い金属よりもイオン化傾向の低い金属によって第１金属層６４を構成してもよい。

抵抗体６３における第１金属層６４側の端面６３Ａは、８０％以上の領域が第１金属層６４と接触する。この例でも、抵抗体６３に接触する第１金属層６４の面積Ｓａと、抵抗体６３に接触する第１シール層６１の面積Ｓｂ（例えば、第１金属層６４の周囲から入り込んで端面６３Ａに接触する面積）との和Ｓｃに対するＳａの割合、即ち、（Ｓａ／Ｓｃ）×１００（％）は、８０％以上であるとよい。なお、図２の例では、Ｓｂが０であり、（Ｓａ／Ｓｃ）×１００が１００％となっている。

第２金属層６５は、第２の金属層の一例に相当し、例えば導電性金属のバルク体として構成され、貫通孔２内において端子金具５と抵抗体６３との間に設けられ、少なくとも一部が抵抗体６３と接触する構成で配置されている。図２の例では、第２金属層６５は、第２シール層６２と抵抗体６３との間に介在しており、第２金属層６５の軸線方向一方側の面（前端面）は抵抗体６３に接触し、第２金属層６５の軸線方向他方側の面（後端面）は第２シール層６２に接触する。第２金属層６５は、第２シール層６２（第２の導電性シール層）に含まれる導電材のうちの主となる金属（例えば、Ｃｕ、Ｆｅ等）よりも酸素との反応性が低い金属材料を主成分としてなる。第２金属層６５の主成分は、第２シール層６２（第２の導電性シール層）に含まれる導電材よりもイオン化傾向の低い金属であり、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇのいずれかの金属とすることができる。なお、第２シール層６２に含まれる導電材において主となる金属がＣｕ、Ｆｅ以外の導電性金属である場合、この導電性金属よりもイオン化傾向の低い金属によって。第２金属層６５を構成すればよい。第２シール層６２に導電材として複数種類の金属が含まれる場合、それら複数種類の金属の中で第２シール層６２内での体積含有率（体積％）が最も大きい種類の金属が「主となる金属」に該当する。第２シール層６２内に導電材として一種類の金属が含まれる場合、その一種類の金属が「主となる金属」に該当する。なお、第２シール層６２に導電材として複数種類の金属が含まれる場合、第２シール層６２に含まれる全導電材において第２金属層６５よりもイオン化傾向の高い金属の割合が５０％以上であることが望ましい。また、第２シール層６２に複数種類の導電性金属が含まれる場合、そのうちの最もイオン化傾向の低い金属よりもイオン化傾向の低い金属によって第２金属層６５を構成してもよい。

抵抗体６３における第２金属層６５側の端面６３Ａは、８０％以上の領域が第１金属層６４と接触する。この例でも、抵抗体６３に接触する第２金属層６５の面積Ｓｄと、抵抗体６３に接触する第２シール層６２の面積Ｓｅ（例えば、第２金属層６５の周囲から入り込んで端面６３Ｂに接触する面積）との和Ｓｆに対するＳｄの割合、即ち、（Ｓｄ／Ｓｆ）×１００（％）は、８０％以上であるとよい。なお、図２の例では、Ｓｅが０であり、（Ｓｄ／Ｓｆ）×１００が１００％となっている。第２金属層６５の主成分は、第１金属層６４の主成分と同一であってもよく、異なっていてもよい。

Ａ４．効果
第１態様のスパークプラグ１は、第１シール層６１（導電性シール層）と抵抗体６３との間に第１金属層６４（金属層）が介在し、抵抗体６３に接触するように配置されるため、第１シール層６１（導電性シール層）と抵抗体６３とが接触する領域を減らす又は無くすことができ、第１シール層６１（導電性シール層）に含まれる酸素が抵抗体６３へと直接的に移動しにくくなる。更に、第１金属層６４（金属層）は、炭素よりも酸素との反応性が高い金属材料を主成分とする層であるため、第１シール層６１（導電性シール層）に含まれる酸素が第１金属層６４（金属層）を通って抵抗体６３に移動しようとしても、第１金属層６４（金属層）内の金属材料と反応して捕獲されやすい。ゆえに、抵抗体６３への酸素供給が抑えられ、抵抗体６３に含まれる炭素の酸化を確実に抑制することができる。

第１態様のスパークプラグ１では、金属材料は、少なくとも、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれかからなる金属を含んでいる。Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉは酸素との反応性がより高いため、第１金属層６４（金属層）内でより効果的に酸素を吸収し得る。

第２態様のスパークプラグ１も、第１シール層６１（導電性シール層）と抵抗体６３との間に第１金属層６４（金属層）が介在し、抵抗体６３に接触するように配置されるため、第１シール層６１（導電性シール層）と抵抗体６３とが接触する領域を減らす又は無くすことができ、第１シール層６１（導電性シール層）に含まれる酸素が抵抗体６３へと直接的に移動しにくくなる。更に、第１金属層６４（金属層）の主成分である金属材料は、第１シール層６１（導電性シール層）に含まれる導電材のうちの主となる金属よりも酸素との反応性が低いため、第１シール層６１（導電性シール層）内の酸素が第１金属層６４（金属層）に向かって移動しにくくなり、第１シール層６１（導電性シール層）内の酸素が第１金属層６４（金属層）を透過して抵抗体６３に向かうことを抑制する効果を生じさせ得る。ゆえに、抵抗体６３への酸素供給が抑えられ、抵抗体６３に含まれる炭素の酸化を確実に抑制することができる。

第２態様のスパークプラグ１において、金属材料は、少なくとも、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇのいずれかからなる金属を含んでいる。Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇは酸素との反応性がより低いため、第１シール層６１（導電性シール層）から第１金属層６４（金属層）への酸素の移動をより効果的に抑制し得る。

第１態様及び第２態様のいずれのスパークプラグ１も、抵抗体６３における第１金属層６４（金属層）側の端面６３Ａは、８０％以上の領域が第１金属層６４（金属層）と接触している。このようにすることで、抵抗体６３への酸素供給を抑制する効果が一層高くなる。

第１態様及び第２態様のいずれのスパークプラグ１も、貫通孔２内において端子金具５と抵抗体６３との間に配置され、端子金具５と抵抗体６３とを電気的に接続する第２シール層６２（第２の導電性シール層）と、端子金具５と抵抗体６３との間に配置され、少なくとも一部が抵抗体６３と接触する第２金属層６５（第２の金属層）と、を有する。そして、第２金属層６５（第２の金属層）は、抵抗体６３に含まれる炭素よりも酸素との反応性が高い金属材料、又は、第２シール層６２（第２の導電性シール層）に含まれる導電材のうちの主となる金属よりも酸素との反応性が低い金属材料を主成分としてなる。このようにすることで、抵抗体６３の両側で酸素供給を抑制することができ、抵抗体６３内の炭素の酸化をより一層抑えることができる。

Ａ５．評価試験
次に、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。
検証試験に用いる実施例１〜１２として、１２種類のスパークプラグを用意した。１２種類のスパークプラグは、図１、図２で示すスパークプラグ１と同様の構成とした。

実施例１〜６のスパークプラグは、第１金属層６４及び第２金属層６５を構成する材料の元素（以下、導電バルク元素ともいう）が異なるだけで、それ以外は同一である。第１金属層６４及び第２金属層６５を構成する材料の元素（導電バルク元素）は、実施例１、７、８、９はＡｕであり、実施例２は、Ｐｄであり、実施例３は、Ａｇであり、実施例４、１０、１１、１２は、Ａｌであり、実施例５は、Ｚｎであり、実施例６は、Ｎｉである。

実施例７〜９は、上述した（Ｓａ／Ｓｃ）×１００の割合、及び（Ｓｄ／Ｓｆ）×１００の割合、（以下、これらをバルク被覆面積と総称する）を異ならせた点が実施例１と異なり、それ以外は実施例１と同様である。実施例１〜６は、（Ｓａ／Ｓｃ）×１００の割合、及び（Ｓｄ／Ｓｆ）×１００の割合、即ち、バルク被覆面積は、いずれも５０％で同一である。実施例１０〜１２は、（Ｓａ／Ｓｃ）×１００の割合及び（Ｓｄ／Ｓｆ）×１００の割合（バルク被覆面積）を異ならせた点が実施例４と異なり、それ以外は実施例４と同様である。

また、実施例と比較するための比較例１，２を用意した。比較例１，２は、図１の構成から、第１金属層６４及び第２金属層６５を除き、それぞれの位置が第１シール層６１、第２シール層６２とされている構成である。但し、比較例１，２では、第１シール層６１及び第２シール層６２において、特許文献１（特開２０１６−１００２７１号公報）と同様の特徴を付加し、ガラスシール層内に導電材（Ａｌ）と炭素（Ｃ）とを含有させた。炭素（Ｃ）は、１％含有させた。なお、比較例１，２は、同一の試験体（スパークプラグ）を用いており、試験条件のみを異ならせている。また、実施例１〜１２の第１シール層６１及び第２シール層６２は、ガラス材の内部に導電材としてＣｕを含有させている。

このような実施例１〜１２、及び比較例１，２について、抵抗値変化率の評価を以下のように行った。
比較例１に関しては、温度３５０℃の加熱炉内において、放電電圧２５ｋＶ、周波数３０ｋＨｚの条件で試験体（比較例１）を１００時間放電させる放電試験を行った。そして、この放電試験前後における中心電極４と端子金具５との間の電気抵抗を測定し、その変化率（抵抗値変化率）を算出した。一方、比較例２、及び実施例１〜１２については、温度４００℃の加熱炉内において、放電電圧３０ｋＶ、周波数３０ｋＨｚの条件で各試験体（比較例２、実施例１〜１２）を１００時間放電させる放電試験を行った。そして、この放電試験前後における中心電極４と端子金具５との間の電気抵抗を測定し、その変化率（抵抗値変化率）を算出した。その結果を、表１、表２、表３、表４で示す。なお、抵抗値変化率Ｒｃは、試験前の電気抵抗値Ｒ１、試験後の電気抵抗値Ｒ２から以下の式に基づいて算出される。
Ｒｃ＝１００×（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ１

表１は、比較例１、２に関する情報をそれぞれ示し、表２は、実施例１〜６に関する情報をそれぞれ示す。実施例１〜６は、第１金属層６４、第２金属層６５の材料のみを変更したものである

表１から明らかなように、比較例の試験体（スパークプラグ）は、比較例１のような比較的緩い試験条件で試験を行ったときには抵抗値変化率が抑えられるが、比較例２のようにより厳しい試験条件で試験を行ったときには抵抗値変化率が大きく増大してしまうことになる。このように、比較例の構造は、厳しい条件下では十分な性能を確保することができないため、更なる改善が求められる。
これに対し、実施例１〜６の各試験体は、表２から明らかなように、比較例２と同様の厳しい試験条件で試験を行った場合でも、比較例２の試験結果と比較して抵抗値変化率が大きく抑制されている。しかも、実施例１〜６のいずれの材料においても、第１金属層６４、第２金属層６５を設けたスパークプラグ１は、これらを設けないスパークプラグ（比較例２）と比較して抵抗値変化率が抑制されている。この結果から、第１金属層６４、第２金属層６５を設けることにより、より厳しい条件下でも抵抗体６３の電気抵抗の上昇を抑制できることが確認された。実施例４〜６において抵抗体６３の電気抵抗の上昇を抑制できた理由は、第１金属層６４及び第２金属層６５が、抵抗体６３の炭素よりも酸素との反応性が高い金属材料を主成分とする層であるため、第１シール層６１又は第２シール層６２に含まれる酸素が抵抗体６３に移動しようとしたとき、第１金属層６４又は第２金属層６５内の金属材料と反応して捕獲され、抵抗体６３の抑制されたものと考えられる。また、実施例１〜３において抵抗体６３の電気抵抗の上昇を抑制できた理由は、第１金属層６４及び第２金属層６５が、シール層（第１シール層６１又は第２シール層６２）の導電材よりも酸素との反応性が低い金属材料を主成分とする層であるため、第１シール層６１又は第２シール層６２に含まれる酸素が第１金属層６４及び第２金属層６５に入り込みにくく、抵抗体６３への酸素移動をブロックする効果が高いためと考えられる。

表３は、実施例１、７、８、９を比較して示す。

実施例１、７、８、９のいずれも、比較例２と比較して有利な効果が確認され、実施例８、９のように、バルク被覆面積が８０％以上であれば、抵抗値変化率の効果が一層顕著となることが確認された。

表４は、実施例４、１０、１１、１２を比較して示す。

実施例４、１０、１１、１２のいずれも、比較例２と比較して有利な効果が確認され、実施例１１、１２のように、バルク被覆面積が８０％以上であれば、抵抗値変化率の効果が一層顕著となることが確認された。

第１態様に対応する実施例１１、１２の結果、及び、第２態様に対応する実施例８、９の結果を踏まえると、第１態様及び第２態様のいずれの場合でも、抵抗体６３の金属層側の端面において、８０％以上の領域が金属層と接触していることが、抵抗値変化率を顕著に抑制する上で望ましいといえる。

＜他の実施形態＞
本発明は、本明細書の実施形態の各態様や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。変更例としては、例えば、以下のようなものが該当する。

第１実施形態の各態様の説明では、第２の金属層（第２金属層６５）が設けられた構成を例示したが、第２金属層６５が設けられていなくてもよい。この場合、第２シール層６２が金属層を介さずに抵抗体に接触していればよい。

第１実施形態の各態様の説明では、抵抗体６３の端面６３Ａの全体が第１金属層６４に接触し、第１シール層６１に接触していないが、第１シール層６１の一部が端面６３Ａに接触していてもよい。同様に、第２シール層６２の一部が端面６３Ｂに接触していてもよい。

第２態様のスパークプラグに含まれる第１金属層６４及び第２金属層６５のように酸素との反応性が低い金属材料を主成分として構成する場合、板状の金属材料によって第１金属層６４や第２金属層６５を構成してもよい。この場合、上述した製造方法におけるＳ１２０やＳ１３０の工程（図３）では、金属粉末の代わりに金属固体を充填すればよい。

１…スパークプラグ
３…絶縁体
４…中心電極
５…端子金具
６１…第１シール層（導電性シール層）
６２…第２シール層（第２の導電性シール層）
６３…抵抗体
６３Ａ…端面（抵抗体における金属層側の端面）
６４…第１金属層（金属層）
６５…第２金属層（第２の金属層）

Claims (6)

1. 軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、
   前記貫通孔の一端側で保持される中心電極と、
   前記貫通孔の他端側で保持される端子金具と、
   前記貫通孔内において前記中心電極と前記端子金具との間に配置され、炭素を含有してなる抵抗体と、
   前記貫通孔内において前記中心電極と前記抵抗体との間に配置され、前記中心電極と前記抵抗体とを電気的に接続する導電性シール層と、
   を有するスパークプラグであって、
   前記貫通孔内において前記中心電極と前記抵抗体との間に配置され、少なくとも一部が前記抵抗体と接触する金属層と、
   前記貫通孔内において前記端子金具と前記抵抗体との間に配置され、前記端子金具と前記抵抗体とを電気的に接続する第２の導電性シール層と、
   前記端子金具と前記抵抗体との間に配置され、少なくとも一部が前記抵抗体と接触する第２の金属層と、
   を有し、
   前記金属層は、前記抵抗体に含まれる炭素よりも酸素との反応性が高い金属材料を主成分としてなり、
   前記第２の金属層は、前記第２の導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属よりも酸素との反応性が低い金属材料を主成分としてなる、
   スパークプラグ。
2. 軸線の方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、
   前記貫通孔の一端側で保持される中心電極と、
   前記貫通孔の他端側で保持される端子金具と、
   前記貫通孔内において前記中心電極と前記端子金具との間に配置され、炭素を含有してなる抵抗体と、
   前記貫通孔内において前記中心電極と前記抵抗体との間に配置され、前記中心電極と前記抵抗体とを電気的に接続する導電性シール層と、
   を有するスパークプラグであって、
   前記貫通孔内において前記中心電極と前記抵抗体との間に配置され、少なくとも一部が前記抵抗体と接触する金属層を有し、
   前記金属層は、前記導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属よりも酸素との反応性が低い金属材料を主成分としてなる、
   スパークプラグ。
3. 前記貫通孔内において前記端子金具と前記抵抗体との間に配置され、前記端子金具と前記抵抗体とを電気的に接続する第２の導電性シール層と、
   前記端子金具と前記抵抗体との間に配置され、少なくとも一部が前記抵抗体と接触する第２の金属層と、
   を有し、
   前記第２の金属層は、前記抵抗体に含まれる炭素よりも酸素との反応性が高い金属材料、又は、前記第２の導電性シール層に含まれる導電材のうちの主となる金属よりも酸素との反応性が低い金属材料を主成分としてなる、
   請求項２に記載のスパークプラグ。
4. 前記金属層の金属材料は、少なくとも、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれかからなる金属を含む、
   請求項１に記載のスパークプラグ。
5. 前記金属層の金属材料は、少なくとも、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇのいずれかからなる金属を含む、
   請求項２又は請求項３に記載のスパークプラグ。
6. 前記抵抗体における前記金属層側の端面は、８０％以上の領域が前記金属層と接触する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスパークプラグ。

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