JP6785115B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本発明は、電磁波ノイズを吸収する抵抗体を内蔵する点火プラグに関する。

点火プラグは、軸孔を有する絶縁体と、軸孔内に同軸的に設けられた中心電極及び端子金具とを備え、軸孔内において中心電極と端子金具とを電気的に接続している。中心電極と端子金具との間には、電磁波ノイズを吸収する抵抗体が配設される。抵抗体は、例えば、カーボン等の導電性材料を含んで構成され、カーボン添加量に応じた抵抗値を有する。

また、特許文献１には、点火プラグの接続部に抵抗体を含み、軸線方向における抵抗体の中央より中心電極側の抵抗値を、端子金具側の抵抗値よりも大きくすることが開示されている。抵抗体の抵抗値は、例えば、カーボンの添加量を変更した導電性材料の粉末を、軸線方向に段階的に充填することで調整され、中心電極側の抵抗値（例えば、３ｋΩ）を、端子金具側の抵抗値（例えば、２ｋΩ）よりも大きくして、電波雑音のレベルを低減している。

特許第４９０１９９０号

ところが、従来の点火プラグを、高温・高電圧の条件下（例えば、２５０℃、３５ｋＶ）で作動させた場合に、安定した点火が維持できなくなることが判明した。これは、抵抗体中の特定部位に電流集中が生じて温度上昇が起こり、導電性材料が酸化して消失し高抵抗化することで、早期に劣化したと推察される。このため、製品寿命が短くなって（例えば、１〜２万キロ走行相当）、要求される耐久性（例えば、１２万キロ走行相当）を満足することができず、信頼性が低下するおそれがあった。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、高温・高電圧の条件下においても、抵抗体の抵抗値上昇による劣化が抑制されて、長期に亘って安定した点火を維持できる、信頼性の高い点火プラグを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、長軸状の中心電極（２）と、
該中心電極を軸孔（１１）内の先端側に保持する絶縁碍子（１）と、
該軸孔の先端側において上記中心電極と対向する接地電極（３）と、
上記軸孔内の基端側に保持され、上記中心電極と外部電源（１２）とを接続する端子金具（５）と、
上記軸孔内において上記中心電極と上記端子金具との間に配置される抵抗体（４）と、を具備する点火プラグにおいて、
上記抵抗体は、
上記中心電極側の端面である第１界面（４Ａ）を含む第１レジスタ層（４１）と、上記端子金具側の端面である第２界面（４Ｂ）を含む第２レジスタ層（４２）とからなり、上記第１レジスタ層に含まれる導電性材料の質量割合は、上記第２レジスタ層に含まれる導電性材料の質量割合よりも高く、
上記中心電極側から上記端子金具側へ、軸方向（ｘ）に１ｍｍピッチで設定された複数区間の各区間抵抗値をｒ1〜ｒｎとし、
ｒ1〜ｒｎのうちの最大値Ｒmaxと最小値Ｒminとを用いて、下記式１で表される最大最小倍率Ｔが、１＜Ｔ≦４であり、
式１：Ｔ＝Ｒmax／Ｒmin、但しＲmin＜１０００Ω
下記式２で表されるｒ1〜ｒｎの平均値Ｘと、上記最大値Ｒmaxと上記最小値Ｒminとを用いて、下記式３又は式４で表されるＳ+とＳ-のうち、より大きい値である最大抵抗バラツキＳmaxが、Ｓmax≦１００％であり、
式２：Ｘ＝（ｒ1＋ｒ2〜＋ｒｎ）／ｎ、但しｎ≧２
式３：Ｓ+＝（Ｒmax／Ｘ−１）×１００（単位：％）
式４：Ｓ-＝（Ｘ／Ｒmin−１）×１００（単位：％）
かつ、少なくとも上記第１レジスタ層の上記第１界面を含む端部に、上記最小値Ｒminとなる区間を有する、点火プラグにある。
なお、括弧内の符号は、参考のために付したものであり、本発明はこれら符号により限定されるものではない。

上記態様の点火プラグにおいて、抵抗体は、軸方向の複数区間における区間抵抗値の最大最小倍率Ｔが１よりも大きく４以下の範囲にあり、最小値Ｒminが１０００Ω以下と小さいので、抵抗体の特定部位に電流集中が生じにくい。特に、最小値Ｒminとなる区間が中心電極側の端部に含まれ、中心電極側の界面近傍の電界集中が緩和されることで、導電性材料の酸化による消失が抑制され、高抵抗化を防止する効果が得られる。これにより、外部電源側の端子電極から中心電極へ至る導電パスが切断されることなく、安定した電源供給が継続できる。

したがって高温・高電圧の条件下においても、抵抗体の抵抗値上昇による劣化が抑制されて、長期に亘って安定した点火を維持できる、信頼性の高い点火プラグを実現できる。

実施形態１における、点火プラグの構造を示す全体断面図。 実施形態１における、点火プラグに内蔵される抵抗体の概略構造を示す要部拡大断面図。 実施形態１における、抵抗体に設定した複数の区間における抵抗値分布の例を示す図。 実施形態１における、抵抗体に設定した複数の区間における抵抗バラツキの例を示す図。 実施形態２における、抵抗体の抵抗値分布の他の例を示す図。 実施形態２における、抵抗体の抵抗値分布の他の例を示す図。 実施形態２における、抵抗体の抵抗値分布の他の例を示す図。 実施形態２における、抵抗体の抵抗値分布の他の例を示す図。 実施形態２における、抵抗体の抵抗値分布の他の例を示す図。 実施形態２における、抵抗体の抵抗バラツキの他の例を示す図。 実施形態２における、抵抗体の抵抗分布の他の例を示す図。 実施形態２における、抵抗体の抵抗バラツキの他の例を示す図。 実施形態２における、抵抗体の抵抗分布の他の例を示す図。 実施形態２における、抵抗体の抵抗バラツキの他の例を示す図。 実施例における、抵抗体に設定した複数の区間における抵抗値の測定方法を説明するための図。 実施例における、抵抗体の切断面の構造形態を示す模式図。 実施例における、抵抗体の切断面の走査型電子顕微鏡写真。 実施例における、カーボン添加量と抵抗体の抵抗値の関係を示す図。

（実施形態１）
内燃機関に適用される点火プラグＰの実施形態１につき、図１、図２を用いて説明する。図１に示すように、点火プラグＰは、筒状のハウジングＨ内に、軸孔１１を有する筒状の絶縁碍子１と、軸孔１１内に同軸的に配置された中心電極２及び端子金具５と、接地電極３と、抵抗体４とを具備する。接地電極３は、軸孔１１の先端側(すなわち、図１の下端側）において中心電極２と対向する。また、抵抗体４は、軸孔１１内において中心電極２と端子金具と５の間に配置される。内燃機関は、例えば自動車用エンジンであり、点火プラグＰは、ハウジングＨの先端側に設けた取付ネジ部Ｈ１によって、図示しないエンジン燃焼室に臨むシリンダヘッドの取付穴に螺結される。

ハウジングＨは、例えば、鉄系合金等の金属材料からなる。ハウジングＨの内側には、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁碍子１が保持される。中心電極２は長軸状であり、放電チップ２１を有する先端部（すなわち、図１の下端部）が突出するように、絶縁碍子１の内側に保持されている。端子金具５は、長軸状の本体部に続く大径の基端部（すなわち、図１の上端部）が突出するように、絶縁碍子１の内側に保持されている。ターミナルとなる端子金具５の基端部は、中心電極２へ高電圧を供給するための外部電源１２に接続される。

中心電極２は、例えば、ニッケル系合金等の金属材料からなり、内部に銅系合金等の熱伝導性に優れた金属材料が芯材を構成している。絶縁碍子１の軸孔１１は、軸方向ｘにおいて内径が異なる複数の領域を有し、例えば、中央部より先端側の内径が、段付きに縮径している。また、中心電極２は、軸方向ｘにおいて外径が異なる複数の領域を有し、例えば、基端部より先端側の外径が、軸孔１１の内径に沿って段付きに縮径している。これにより、中心電極２の基端部が、軸孔１１の段付き部に当接して支持される。

接地電極３は、ハウジングＨの先端側に一体的に設けられ、Ｌ字形に屈曲する先端が、軸方向ｘにおいて中心電極２の先端と対向している。これにより、中心電極２と接地電極３との間に、火花放電ギャップＧを形成している。抵抗体４は、中心電極２と端子金具５との間において絶縁碍子１の内側に配置される円柱状の部材であり、導電性材料を含有して、所望の抵抗値に調整されている。抵抗体４は、中心電極２と端子金具５とを電気的に接続すると共に、電磁波ノイズを吸収する機能を有する。

抵抗体４は、ガラス材料と骨材とを含む基材に、カーボン材料等の導電性材料が分散した集合体からなる。抵抗体４は、導電性材料の粉末とガラス粉末と骨材粉末とを含む粉末材料を熱処理して得られ、例えば、骨材粉末としてジルコニア粉末等のセラミック粉末が用いられる。導電性材料の粉末は、例えば、カーボン粉末が混合したガラスを主成分とするカーボン−ガラス混合粉末として添加することができる。

抵抗体４と中心電極２、端子金具５との間には、それぞれ第１ガラスシール層５１、第２ガラスシール層５２が充填される。第１、第２ガラスシール層５１、５２は、導電性の接合ガラスからなり、接合ガラスは、例えば、ガラスに銅粉末を混入させてなる銅ガラスからなる。これにより、外部電源１２から、端子金具５、第２ガラスシール層５２、抵抗体４、第１ガラスシール層５１を経て、中心電極２に至る導電パスが形成される。

図２に模式的に示すように、抵抗体４は、軸方向ｘの先端側、すなわち中心電極２側の第１ガラスシール層５１との界面を、第１界面４Ａとし、軸方向ｘの基端側、すなわち端子金具５側の第２ガラスシール層５２との界面を、第２界面４Ｂとしている。具体的には、本形態において、抵抗体４は２層構造としており、第１界面４Ａを含む第１レジスタ層４１と、第２界面４Ｂを含む第２レジスタ層４２とからなる。

第１レジスタ層４１は、例えば、軸方向ｘにおいて１ｍｍピッチで設定した複数区間についてその抵抗値が略同等となるように、カーボン材料等の導電性材料の添加量が調整されている。同様に、第２レジスタ層４２についても、軸方向ｘに１ｍｍピッチで設定した各区間抵抗値が略同等となるように、カーボン材料等の導電性材料の添加量が調整されている。このとき、第１レジスタ層４１における、ガラス材料と骨材とを含む基材の質量とカーボン材料の質量の合計質量に占めるカーボン材料の質量割合（単位：質量％、以下、適宜カーボン添加量と称する）は、第２レジスタ層４２における、ガラス材料と骨材とを含む基材の質量とカーボン材料の質量の合計質量に占めるカーボン材料の質量割合（単位：質量％、以下、適宜カーボン添加量と称する）と同等以上とし、又は、第２レジスタ層４２よりもカーボン添加量を多くすることができる。

このように、抵抗体４を２層以上として、各層を構成する粉末材料へのカーボン添加量を調整することにより、抵抗値の調整が容易にできる。抵抗体４の全体の抵抗値（以下、適宜、プラグ抵抗値と称する）Ｒは、例えば、２ｋΩ〜数ｋΩ程度、好ましくは、３ｋΩ以下となるように調整される。

ここで、抵抗体４は、第１界面４Ａから第２界面４Ｂに至る領域において、複数の区間抵抗値が、以下の条件を満足するように設定される。すなわち、中心電極２側から端子金具５側へ向けて、軸方向ｘに１ｍｍピッチで設定した複数区間（例えば、区間１〜区間ｎ）の各区間抵抗値をｒ1〜ｒｎとし、
ｒ1〜ｒｎのうちの最大値Ｒmaxと最小値Ｒminとを用いて、下記式１で表される最大最小倍率Ｔが、１＜Ｔ≦４であり、
式１：Ｔ＝Ｒmax／Ｒmin、但しＲmin＜１０００Ω
かつ、少なくとも抵抗体４の中心電極４側の端部に、最小値Ｒminとなる区間を有する。ここで、ｎは、２以上の自然数であり、抵抗体４の要求特性や大きさに応じて任意に設定することができる。

図３に示すように、抵抗体４が、カーボン添加量が異なる第１、第２レジスタ層４１、４２からなるとき、中心電極２側の第１レジスタ層４１と、端子金具５側の第２レジスタ層４２の境界領域において、各区間の区間抵抗値は、段階的に変化する。例えば、図示する例では、抵抗体４を、軸方向ｘに１ｍｍピッチで区画し（例えば、区間１〜区間１１）、それぞれの区間抵抗値を、ｒ1〜ｒ11としている。第１レジスタ層４１に相当するｒ1〜ｒ4は、第２レジスタ層４２に相当するｒ6〜ｒ11よりも、区間抵抗値が小さく、最小値Ｒminであるｒ1〜ｒ4を、最小値Ｒminに対する抵抗倍率＝１としたとき、最大値Ｒmaxとなるｒ6〜ｒ11の抵抗倍率＝４である。
このとき、最大値Ｒmaxと最小値Ｒminの比率である、最大最小倍率Ｔ＝４であり、境界領域に相当するｒ5は、これらの中間の抵抗倍率となっている。

このように、抵抗体４の最大最小倍率Ｔが４以下であり、また、中心電極２側の第１界面４Ａを含む区間１と、区間１に続く領域において、区間抵抗値が最小かつ１０００Ω以下となることで、高電界となりやすい第１界面４Ａの近傍における電流集中が緩和される。最小値Ｒminは、好適には、５００Ω以下である。これにより、特定部位への電流集中を防止し、導電性材料の消失による劣化を抑制する効果が高くなる。

また、抵抗体４は、複数区間の区間抵抗値であるｒ1〜ｒｎについて、以下の式から算出される最大抵抗バラツキＳmaxが、所望の範囲となるようにするとよい。すなわち、最大抵抗バラツキＳmaxは、下記式２で表されるｒ1〜ｒｎの平均値Ｘと、最大値Ｒmax又は最小値Ｒminを用いて、下記式３で表されるＳ+と下記式４で表されるＳ-のうちの大きい値である。
式２：Ｘ＝（ｒ1＋ｒ2〜＋ｒｎ）／ｎ、但しｎ≧２
式３：Ｓ+＝（Ｒmax／Ｘ−１）×１００（単位：％）
式４：Ｓ-＝（Ｘ／Ｒmin−１）×１００（単位：％）

ここで、最大抵抗バラツキＳmaxは、例えば、４００％以下となるようにすることが望ましい。好ましくは、Ｓmax≦１００％とし、より好ましくは、Ｓmax≦４０％の条件を満足することで、上述の最大最小倍率Ｔの範囲との組み合わせにより、導電性材料の消失による劣化を抑制する効果がさらに高くなる。

図４に示すように、抵抗体４が、カーボン添加量が異なる第１、第２レジスタ層４１、４２からなるとき、複数の区間抵抗値（例えば、ｒ1〜ｒ11）の平均値Ｘに対して、各区間の抵抗バラツキＳ（例えば、Ｓ1〜Ｓ11）は、式５で表され、第１、第２レジスタ層４１、４２の境界領域において、段階的に変化する。
式５：Ｓ1〜Ｓ11＝（ｒ1〜ｒ11／Ｘ−１）×１００（単位：％）
図示する例において、第１レジスタ層４１に相当するｒ1〜ｒ4（すなわち、Ｒmin）は、平均値Ｘよりも小さく、抵抗バラツキＳ1〜Ｓ4は、負の値となる。第２レジスタ層４２に相当するｒ6〜ｒ11（すなわち、Ｒmax）は、平均値Ｘよりも大きく、抵抗バラツキＳ6〜Ｓ11は、正の値となる。境界領域に相当する抵抗バラツキＳ5は、これらの中間の値となっている。

このとき、平均値Ｘよりも大きい領域の抵抗バラツキＳ5〜Ｓ11のうちの最大の大きさを、式３によりＳ+で表し、平均値Ｘよりも小さい領域の抵抗バラツキＳ1〜Ｓ4の絶対値について、最大の大きさを、式４によりＳ‐で表したとき、これらのうちより大きな値が、最大抵抗バラツキＳmaxとなる。このＳmaxが１００％以下であるとき、抵抗体４の軸方向ｘの抵抗値のバラツキが緩和されて、特定部位への電流集中が抑制され、信頼性がより向上する。

第１レジスタ層４１と第２レジスタ層４２におけるカーボン添加量は、抵抗体４の区間抵抗値に基づいて算出される最大最小倍率Ｔや、最大抵抗バラツキＳmaxが、上記条件を満足するように、適宜調整される。具体的には、第１レジスタ層４１におけるカーボン添加量は、第２レジスタ層４２におけるカーボン添加量と同じか、より多くすることができる。好適には、少なくとも第１界面４Ａを含む中心電極２側の端部で、抵抗値が最小となるように、他の領域よりもカーボン添加量を増量することができる。これにより、第１界面４Ａの近傍への電流集中が抑制されて、カーボン材料の酸化を抑制する効果が高まる。

第２レジスタ層４２におけるカーボン添加量は、上記条件を満足する範囲で、また、抵抗体４の全体の抵抗値Ｒが、所望の抵抗値となるように、適宜調整することができる。例えば、第２レジスタ層４２のカーボン添加量を、第１レジスタ層４１より少なくすることにより、全体の抵抗値Ｒを比較的大きくし、電波雑音の抑制に適切な値とすることができる。

好ましくは、第１レジスタ層４１において、ガラス材料と骨材を含む基材とカーボン材料の合計質量に占めるカーボン材料の質量割合を、例えば、２．０質量％〜２．７質量％とし、第２レジスタ層４２におけるカーボン材料の質量割合を、例えば、１．３質量％〜２．７質量％の範囲とすることができる。第２レジスタ層４２のカーボン材料の質量割合は、第１レジスタ層のカーボン材料の質量割合と同じか、より少なくなるように設定される。また、抵抗体４の全体としてのカーボン材料の質量割合の平均値(以下、適宜、平均カーボン添加量と称する)は、例えば、２.０質量％〜２．７質量％の範囲とすることができる。

なお、第１レジスタ層４１と第２レジスタ層４２とは、図２で示す軸方向ｘの中央線Ｌで二分割される必要はない。つまり、軸方向ｘにおける長さが、同じである必要はなく、例えば、第２レジスタ層４２をより長くし、第１レジスタ層４１をより短くして、低抵抗となる領域をより狭くし、第１界面４Ａを含む端部に限ってもよい。このとき、好適には、軸方向ｘの中央線Ｌを境として先端側の半部と、基端側の半部とで、同じ抵抗値になるように構成することもできる。例えば、プラグ抵抗値Ｒが３ｋΩである場合、抵抗体４は、中心電極２側の半部が１．５ｋΩとなり、端子金具５側の半部も１．５ｋΩとなるように、第１レジスタ層４１と第２レジスタ層４２のカーボン添加量と長さとを制御する。これにより、抵抗体４の軸方向ｘにおいて、特定部位に電流集中するのを抑制する効果が高まる。

次に、図１に示した本形態の点火プラグＰの製造方法について、その一例を説明する。
まず、筒状の絶縁碍子１の軸孔１１内に、中心電極２を挿入し、その先端の放電チップ２１を絶縁碍子１の先端開口から突出させた状態にて位置保持する。そして、絶縁碍子１の内側に、その基端側から、第１ガラスシール層５１となる接合ガラスの材料粉末、例えば銅ガラス粉末を充填し、これを軸方向ｘに加圧する。次いで、第１ガラスシール層５１となる材料粉末の基端側に、抵抗体４の材料粉末を充填する。

絶縁碍子１に充填された抵抗体４の構成材料を、軸方向ｘに加圧する。さらに、抵抗体４の基端側に、第２ガラスシール層５２の材料粉末となる銅ガラス粉末を充填する。次いで、絶縁碍子１内に、端子金具５を金具本体側から挿入しつつ、第２ガラスシール層５２の材料粉末を軸方向ｘに加圧する。

抵抗体４の構成材料としては、導電性材料であるカーボン粉末、ガラス粉末、骨材であるジルコニア粉末等が用いられる。例えば、カーボン粉末が混合したガラスを主成分とするカーボン−ガラス混合粉末と、ジルコニア粉末を用いて、カーボン添加量が互いに異なった２種類の材料粉末を用意する。このとき、まず、第１レジスタ層４１の原料となる材料粉末を、絶縁碍子１の内側に充填する。この材料粉末のカーボン添加量は、例えば、２．０質量％〜２．７質量％とすることができる。次いで、その基端側から、第２レジスタ層４２の原料となる材料粉末を、絶縁碍子１の内側に充填する。この材料粉末のカーボン添加量は、例えば、１．３質量％〜２．７質量％とすることができる。

抵抗体４を構成するガラス材料は、例えば、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、ＢａＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、ＢａＯ−ＣａＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、Ｎａ₂Ｏ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系ガラス、Ｋ₂Ｏ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃系ガラス、Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラス、ＢａＯ−Ｂ₂Ｏ₃系ガラス、Ｂｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃系ガラス、及びＳｉＯ₂−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系ガラスから選ばれるいずれか１種以上を含む。

抵抗体４の構成材料となるカーボン−ガラス混合粉末は、例えば、平均粒径が２０μｍ以下の大きさのガラス粉末を用いて調整される。このようなカーボン−ガラス混合粉末は、より大きい粒子からなる骨材粒子間において、ガラス相にカーボンが分散してなる粒界ガラス相を形成する。このとき、抵抗体４の構成材料に、例えば、大径ガラス粒子（例えば、平均粒径１００μｍ以上）を添加することもできる。これにより、粒界ガラス相にカーボンが偏在して、導電パスが形成されやすくなる。

なお、導電性材料は、カーボン材料に加えて、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＺｎ等の金属材料を含む粉末を用いることもできる。また、骨材粉末は、例えば、ジルコニア粉末以外のセラミック粉末を含むこともできる。

その後、中心電極２、抵抗体４の構成材料、第１、第２ガラスシール層５１、５２の材料粉末、端子金具５が挿入された絶縁碍子１を、焼成炉内で熱処理する。これにより、絶縁碍子１の軸孔１１内において、中心電極２と端子金具５の間に、第１、第２ガラスシール層５１、５２を介して抵抗体４が配置される。このとき、中心電極２側に第１レジスタ層４１が、端子金具５側に第２レジスタ層４２が形成され、第１レジスタ層４１と第２レジスタ層４２が一体となった抵抗体４が得られる。

そして、中心電極２、抵抗体４、第１、第２ガラスシール層５１、５２、端子金具５が内側に挿入された絶縁碍子１を、接地電極３を備えるハウジングＨの筒内に挿入して保持させることにより、本形態の点火プラグＰが得られる。

（実施形態２）
上記実施形態１では、抵抗体４を、第１、第２レジスタ層４１、４２からなる２層構造とし、各層でそれぞれカーボン添加量が同じになるように調整したが、抵抗体４は、３層以上の多層構造としてもよい。また、カーボン添加量は段階的に変化させる必要もない。例えば、図５に示すように、中心電極２側の第１界面４Ａを含む区間において、区間抵抗値が最小値Ｒmin（すなわち、抵抗倍率＝１）とし、端子金具５側の第２界面４Ｂを含む区間において、区間抵抗値が最大値Ｒmax（すなわち、抵抗倍率＝４）となるように、連続的に抵抗値が増加する構成としてもよい。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

また、抵抗体４の区間抵抗値は、一定の割合で連続的に増加する必要はなく、図６に示すように、段階的に変化する区間と、連続的に変化する区間を組み合わせた構造としてもよい。これらの例では、いずれも中心電極２側から端子金具５側へ、一方向に抵抗値が上昇している。この場合も、最大最小倍率Ｔが４以下となるように構成することで、同様の効果が得られる。

さらに、抵抗体４は、一方向に区間抵抗値が増加する必要はなく、図７に示すように、中心電極２側から端子金具５側へ、段階的に抵抗値が変化する構成において、一端上昇した区間抵抗値が、端子金具５側半部において、段階的に低下してもよい。あるいは、図８に示すように、軸方向ｘの中央部において区間抵抗値が最大となり、その両側の中心電極２側と端子金具５側の両端部へ向けて、区間抵抗値が低くなるように、連続的に変化する構造としてもよい。なお、図９には、全体で一定の低抵抗値（すなわち、抵抗倍率＝１）とした場合を参考例として示す。これらの場合も、最大最小倍率Ｔが１よりも大きく４以下となる範囲にあり、かつ中心電極２側の第１界面４Ａを含む区間が、区間抵抗値の最小値Ｒminとなることで、同様の効果が得られる。

（実施形態３）
上記実施形態２と同様に、抵抗バラツキＳについても、上記図４のように第１レジスタ層４１と、第２レジスタ層４２の境界において段階的に変化している必要はなく、最大抵抗バラツキＳmaxが、通常は４００％以下、好ましくは、４００％以下の範囲となっていれば、任意に設定できる。例えば、図１０に示すように、中心電極２から端子金具５側へ向けて抵抗バラツキＳが連続的に上昇して、中心電極２側の第１界面４Ａを含む区間において、抵抗バラツキＳが−１００％となり（すなわち、式４におけるＳ-＝１００％）、第２界面４Ｂを含む区間において、抵抗バラツキＳが＋１００％（すなわち、式３におけるＳ+＝１００％）となる構成としてもよい。

また、抵抗体４の抵抗バラツキＳが、一定の割合で連続的に上昇する必要はなく、図１１に示すように、段階的に変化する区間と、連続的に変化する区間を組み合わせた構造としてもよい。これらの例では、いずれも中心電極２側から端子金具５側へ、一方向に抵抗バラツキＳが上昇しており、Ｓ-＝Ｓ+＝Ｓmax＝１００％となっている。いずれの場合も、最大抵抗バラツキＳmaxが１００％以下となることで、同様の効果が得られる。

さらに、抵抗バラツキＳが一方向に上昇する必要はなく、図１２に示すように、中心電極２側から端子金具５側へ、段階的に変化する構成において、一端上昇した抵抗バラツキＳが段階的に低下してもよい。あるいは、図１３に示すように、軸方向ｘの中央部において抵抗バラツキＳが最大となり、その両側の中心電極２側と端子金具５側の両端部へ向けて抵抗バラツキＳが低くなるように、連続的に変化する構造としてもよい。なお、図１４には、区間抵抗値が全体で略一定であり、平均値Ｘからの抵抗バラツキＳがない（すなわち、抵抗バラツキＳ＝０）場合を参考例として示す。これらの場合も、最大抵抗バラツキＳmaxが１００％以下となることで、同様の効果が得られる。

このように抵抗体４は、好ましくは、最大抵抗バラツキＳmaxが１００％以下となるように、中心電極２側と端子金具５側との間の抵抗バラツキＳが設定されていればよく、耐久性がさらに向上する。より好ましくは、最大抵抗バラツキＳmaxが４０％以下となるように、設定するのがよい。

上記構造の点火プラグＰについて、抵抗体４の軸方向ｘにおける抵抗値を変更した種々の実施例、比較例につき、高温・高電圧の条件下での信頼性を評価した。
（参考例１、実施例２〜４）
上記した製造方法により、中心電極２と端子金具５の間に抵抗体４を備える点火プラグＰを製作した。表１に示すように、抵抗体４は第１、第２レジスタ層４１、４２からなり、第１レジスタ層４１の導電性材料の質量割合（すなわち、カーボン添加量）は、いずれも２．７質量％とした。第２レジスタ層４２の導電性材料の質量割合（すなわち、カーボン添加量）は、１．６質量％〜２．７質量％とし、抵抗体４の全体の導電性材料の質量割合（すなわち、平均カーボン添加量）は、２．１０質量％〜２．７質量％とした（すなわち、実施例１〜４）。

抵抗体４の構成材料は、カーボン−ガラス混合粉末と、ジルコニア粉末と、大径ガラス粒子との溶剤を添加して得た造粒粉を用いた。このとき、上述のカーボン添加量は、カーボン−ガラス混合粉末の質量と、ジルコニア粉末の質量と、大径ガラス粒子の質量の合計質量に占めるカーボン粉末の質量割合である。カーボン−ガラス混合粉末は、平均粒径が２０μ以下のガラス粉末にカーボンを混合してなり、ガラス粉末は、例えば、ＢａＯ−ＣａＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系ガラスを含む。また、抵抗体４は、軸方向ｘの中央線Ｌを境として先端側の半部と、基端側の半部とで、同じ抵抗値になるように構成した。

参考例１、実施例２〜４の点火プラグＰについて、以下のようにして抵抗体４の信頼性試験を行って、試験前後の抵抗値変化を調べた。点火プラグＰを２５０℃の加熱炉内に入れ、周波数６０Ｈｚにて、中心電極２と接地電極３との間に放電電圧３５±２ｋＶを印加し、放電を繰り返す信頼性試験を行った。そして、信頼性試験前後における、中心電極２と端子金具５との間のプラグ抵抗値Ｒを測定し、プラグ抵抗値Ｒの抵抗率上昇率が２５％超過時点で、抵抗上昇による劣化と判断して、その総点火回数を以て信頼性を評価した。総点火回数が、２億回（例えば、１２万キロ走行相当）超で、プラグ抵抗値Ｒの抵抗率上昇率が２５％以下の場合には、十分な信頼性を有すると判断した。

なお、抵抗体４の軸方向ｘにおける区間抵抗値は、以下のようにして測定した。
図１５に示すように、抵抗体４を軸方向ｘに２分割した軸芯を通る平面に、１ｍｍピッチで金電極６を配置し、４端子法で各金電極６間の区間抵抗値を計測した。金電極６は、第１界面４Ａより中心電極２側の第１ガラスシール層５１に位置する金電極６（１）から、第２界面４Ｂより端子金具５側の第２ガラスシール層５２に位置する金電極６（１０）まで、１ｍｍピッチで配置される。そして、隣り合う２つの金電極６の間、すなわち、電極６（１）−電極６（２）から電極６（９）−電極６（１０）までの各区間（例えば、区間１〜区間９）について、区間抵抗値（例えば、ｒ1〜ｒ9）を測定した。

表１に示すように、参考例１、実施例２〜４の点火プラグＰは、第１界面４Ａ側の第１レジスタ層４１において、区間抵抗値が最小値Ｒmin（すなわち、２５０Ω）となり、最大値Ｒmaxと最小値Ｒminの比率である最大最小倍率Ｔが１〜４の範囲にある。また、初期のプラグ抵抗値Ｒは、２ｋΩ〜３ｋΩの範囲にあり、信頼性試験において、２億回超の連続点火を繰り返しても、プラグ抵抗値Ｒの抵抗率上昇率が２５％以下で信頼性を満足した。

ここで、実施例４の点火プラグＰについて、試験前後の区間抵抗値の変化を調べたところ、第１界面４Ａ近傍で、試験前に対して抵抗値のわずかな増加が見られたものの、全体のプラグ抵抗値Ｒへの影響はほとんど見られなかった。また、第１界面４Ａ側の抵抗体４の切断面を、走査型顕微鏡を用いて観察したところ、図１６、図１７に示すように、大径ガラス粒子７１とジルコニア粒子７２の粒界に形成されるガラス相７３に、カーボン粒子７が分散する構造が確認された。

（比較例１）
比較のため、抵抗体４を第１、第２レジスタ層４１、４２に設けず、一層構造とした従来品について、全体のカーボン添加量を１．４５質量％とし（例えば、初期のプラグ抵抗値Ｒ５．６ｋΩ；区間抵抗値１５００Ω程度）、それ以外は、実施例１と同様の方法で点火プラグＰを製造した。この比較例１の点火プラグＰについて、同様の信頼性試験を行ったところ、総点火回数０．０２億回で、抵抗増加による劣化が見られた。また、抵抗体４の軸方向ｘにおける区間抵抗値の変化を同様に調べたところ、特に、中心電極２側の第１界面４Ａ近傍で、抵抗値の増大が見られ、区間抵抗値が１ＭΩ超となっていることが確認された。軸方向ｘの中央部より第２界面４Ｂ側では、抵抗値の増大は見られなかった。

（参考例５、実施例６〜８、比較例２〜５）
表１に示すように、抵抗体４の第１、第２レジスタ層４１、４２のカーボン添加量を変更した以外は、実施例１と同様の方法で点火プラグＰを製造した。参考例５、実施例６〜８の抵抗体４は、第１レジスタ層４１のカーボン添加量を、いずれも２．０質量％とし、第２レジスタ層４２のカーボン添加量を、１．３質量％〜２．０質量％とし、抵抗体４の全体の平均カーボン添加量を、２．１０質量％〜２．１５質量％とした。また、比較例１〜４の抵抗体４は、第１レジスタ層４１のカーボン添加量を、２．０質量％〜２．７質量％とし、第２レジスタ層４２のカーボン添加量を、１．０質量％〜１．４質量％とし、抵抗体４の全体の平均カーボン添加量を、１．６５質量％〜１．９８質量％とした。

参考例５、実施例６〜８、比較例２〜５の点火プラグＰについて、同様の信頼性試験を行って、試験前後の抵抗値変化を調べた。また、同様にして、抵抗体４の軸方向ｘの区間抵抗値を測定し、最大最小倍率Ｔを算出した。表１に示されるように、実施例５〜８の点火プラグＰは、いずれも第１界面４Ａ近傍の第１レジスタ層４１において、区間抵抗値が最小値Ｒmin（すなわち、５００Ω）となり、最大最小倍率Ｔは１〜４の範囲にある。また、初期のプラグ抵抗値Ｒ＝３ｋΩに対して、信頼性試験後も大きな抵抗上昇は見られず、２億回超の連続点火が可能で信頼性を満足した。

これに対して、比較例２〜５の点火プラグＰは、区間抵抗値の最小値Ｒminが、２５０Ω〜５００Ωと小さいものの、最大最小倍率Ｔが５〜１０と大きく、初期のプラグ抵抗値Ｒ＝３．２ｋΩ〜４．３ｋΩに対して、０．０２億回〜０．５億回で抵抗値が１ＭΩを超過し劣化した。

（実施例９〜１２）
表２に示すように、抵抗体４の第１、第２レジスタ層４１、４２のカーボン添加量を変更した以外は、参考例１と同様の方法で点火プラグＰを製造した。実施例９〜１２の抵抗体４は、第１レジスタ層４１のカーボン添加量を、２．０質量％〜２．５質量％とし、第２レジスタ層４２のカーボン添加量を、１．６質量％とし、抵抗体４の全体の平均カーボン添加量を、２．１０質量％とした。また、プラグ抵抗値Ｒは、いずれも３ｋΩであり、抵抗体４の軸方向ｘの中央部を挟んで、中心電極２側の半部と端子金具５側の半部とが同じ抵抗値（例えば、１．５ｋΩ）となるように構成した。

表２に示されるように、実施例９〜１２の点火プラグＰは、第１界面４Ａ近傍の第１レジスタ層４１において、区間抵抗値が最小値Ｒmin（すなわち、３７５Ω〜５００Ω）となり、最大最小倍率Ｔはいずれも４である。また、初期のプラグ抵抗値Ｒ＝３ｋΩに対して、信頼性試験後もプラグ抵抗値Ｒの抵抗率上昇率が２５％以下で、２億回超の連続点火が可能で信頼性を満足した。

（参考例１３、１９、実施例１４〜１８、２０、比較例６〜９）
表３に示すように、抵抗体４の第１、第２レジスタ層４１、４２のカーボン添加量を変更した以外は、参考例１と同様の方法で点火プラグＰを製造した。参考例１３、１９、実施例１４〜１８、２０の抵抗体４は、第１レジスタ層４１のカーボン添加量を、２．０質量％〜２．７質量％とし、第２レジスタ層４２のカーボン添加量を、１．６質量％〜２．７質量％とした。また、比較例５〜８の抵抗体４は、第１レジスタ層４１のカーボン添加量を、２．０質量％〜２．７質量％とし、第２レジスタ層４２のカーボン添加量を、１．０質量％〜１．４質量％とした。

参考例１３、１９、実施例１４〜１８、２０、比較例６〜９の点火プラグＰについて、同様の信頼性試験を行って、試験前後の抵抗値変化を調べた。また、同様にして、抵抗体４の軸方向ｘの区間抵抗値を測定し、最大最小倍率Ｔを算出した。表３に示されるように、実施例１３〜２０の点火プラグＰは、いずれも第１界面４Ａ近傍の第１レジスタ層４１において、区間抵抗値が最小値Ｒmin（すなわち、２５０Ω〜５００Ω）となり、最大最小倍率Ｔは１〜４の範囲にある。また、区間抵抗値の平均値Ｘを算出し、上記式３又は式４で表されるＳ+とＳ-のうちの大きい値である最大抵抗バラツキＳmaxを算出した。

このとき、参考例１３、１９、実施例１４〜１８、２０の点火プラグＰは、最大抵抗バラツキＳmaxが０〜１００％であり、初期のプラグ抵抗値Ｒ＝２ｋΩ〜３ｋΩに対して、プラグ抵抗値Ｒの抵抗率上昇率が２５％以下で、２億回超の連続点火が可能で信頼性を満足した。

一方、比較例６〜９の点火プラグＰは、区間抵抗値の最小値Ｒminは、２５０Ωと小さいものの、最大最小倍率Ｔが１２〜６０、最大抵抗バラツキＳmaxが５００％〜２４００％と大きい。このとき、初期のプラグ抵抗値Ｒ＝４．５ｋΩ〜１２ｋΩに対して、０．０２億回〜０．９億回でプラグ抵抗値Ｒの抵抗率上昇率が２５％を超過し劣化した。

ここで、図１８に示すように、抵抗体４のカーボン添加量と抵抗値とは相関があり、一般に、カーボン添加量が低い領域では、カーボン添加量の変化に伴う抵抗値の変化が大きくなりやすい。例えば、比較例１の初期のカーボン添加量に相当する１．４５質量％から、耐久後に相当する０．７２質量％に半減するとき、抵抗値は１桁上昇する。これに対し、カーボン添加量が高い領域では、カーボン添加量の変化に伴う抵抗値の変化が小さくなりやすい。例えば、実施例４の設定値に相当するカーボン添加量２．１５質量％から、１．１質量％に減少したとしても、抵抗値の上昇は２倍程度であり、その増加率は従来品に比べて非常に小さい。

つまり、抵抗体４を２層構造としたとき、第１レジスタ層４１のカーボン添加量をより高くすると、カーボン材料の酸化による抵抗値の上昇を小さくすることができる。その結果、総点火回数に伴う抵抗体４の抵抗上昇も抑制することができる。

また、第２レジスタ層４２のカーボン添加量をより低くすることにより、第２レジスタ層４２における抵抗値を大きくして、抵抗体４全体の抵抗値Ｒを適切な値に調整することができる。それゆえ、火花放電に伴って発生する電波雑音を充分に抑制することができる。

以上のごとく、本実施例のように構成することで、電波雑音の抑制性能を確保しつつ、抵抗体４の抵抗値の上昇を抑制して、耐久性を向上させた点火プラグＰを提供することができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を超えない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、点火プラグＰを構成する絶縁碍子１やハウジングＨ等の各部材形状、中心電極２と対向する接地電極３の配置等は、任意に変更することができる。また、点火プラグＰは、自動車用のエンジンに適用する例として説明したが、それ以外の各種内燃機関へ適用することも、もちろんできる。

Ｐ 点火プラグ
１ 絶縁碍子
１１ 軸孔
１２ 外部電源
２ 中心電極
３ 接地電極
４ 抵抗体
５ 端子金具
６ 金電極
７ カーボン粒子（すなわち、導電性材料）
７１ 大径ガラス粒子（すなわち、ガラス材料）
７２ ジルコニア粒子（すなわち、骨材）
７３ ガラス相（すなわち、ガラス材料）

Claims (8)

1. 長軸状の中心電極（２）と、
   該中心電極を軸孔（１１）内の先端側に保持する絶縁碍子（１）と、
   該軸孔の先端側において上記中心電極と対向する接地電極（３）と、
   上記軸孔内の基端側に保持され、上記中心電極と外部電源（１２）とを接続する端子金具（５）と、
   上記軸孔内において上記中心電極と上記端子金具との間に配置される抵抗体（４）と、を具備する点火プラグ（Ｐ）において、
   上記抵抗体は、
   上記中心電極側の端面である第１界面（４Ａ）を含む第１レジスタ層（４１）と、上記端子金具側の端面である第２界面（４Ｂ）を含む第２レジスタ層（４２）とからなり、上記第１レジスタ層に含まれる導電性材料の質量割合は、上記第２レジスタ層に含まれる導電性材料の質量割合よりも高く、
   上記中心電極側から上記端子金具側へ、軸方向（ｘ）に１ｍｍピッチで設定された複数区間の各区間抵抗値をｒ1〜ｒｎとし、
   ｒ1〜ｒｎのうちの最大値Ｒmaxと最小値Ｒminとを用いて、下記式１で表される最大最小倍率Ｔが、１＜Ｔ≦４であり、
   式１：Ｔ＝Ｒmax／Ｒmin、但しＲmin＜１０００Ω
   下記式２で表されるｒ1〜ｒｎの平均値Ｘと、上記最大値Ｒmaxと上記最小値Ｒminとを用いて、下記式３又は式４で表されるＳ+とＳ-のうち、より大きい値である最大抵抗バラツキＳmaxが、Ｓmax≦１００％であり、
   式２：Ｘ＝（ｒ1＋ｒ2〜＋ｒｎ）／ｎ、但しｎ≧２
   式３：Ｓ+＝（Ｒmax／Ｘ−１）×１００（単位：％）
   式４：Ｓ-＝（Ｘ／Ｒmin−１）×１００（単位：％）
   かつ、少なくとも上記第１レジスタ層の上記第１界面を含む端部に、上記最小値Ｒminとなる区間を有する、点火プラグ。
2. 上記抵抗体は、上記最大抵抗バラツキＳmaxが、Ｓmax≦４０％である、請求項１に記載の点火プラグ。
3. 上記抵抗体は、上記最小値Ｒminが、５００Ω以下である、請求項１又は２に記載の点火プラグ。
4. 上記抵抗体は、全体の抵抗値Ｒが、３ｋΩ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の点火プラグ。
5. 上記抵抗体の基材と上記抵抗体に含まれる導電性材料との合計質量に占める、上記抵抗体に含まれる導電性材料の質量割合が、２質量％以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の点火プラグ。
6. 上記抵抗体の上記基材は、ガラス材料と骨材とを含む、請求項５に記載の点火プラグ。
7. 上記抵抗体は、上記骨材の粒界に形成されるガラス相に、上記導電性材料が分散してなる、請求項６に記載の点火プラグ。
8. 上記ガラス材料は、Ｂ ₂ Ｏ ₃ −ＳｉＯ ₂ 系ガラス、ＢａＯ−ＳｉＯ ₂ −Ｂ ₂ Ｏ ₃ 系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ ₂ Ｏ ₃ −ＳｉＯ ₂ 系ガラス、ＢａＯ−ＣａＯ−Ｂ ₂ Ｏ ₃ −ＳｉＯ ₂ 系ガラス、Ｎａ ₂ Ｏ−ＳｉＯ ₂ −Ｂ ₂ Ｏ ₃ 系ガラス、Ｋ ₂ Ｏ−ＳｉＯ ₂ −Ｂ ₂ Ｏ ₃ 系ガラス、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ −Ｂ ₂ Ｏ ₃ −ＳｉＯ ₂ 系ガラス、ＢａＯ−Ｂ ₂ Ｏ ₃ 系ガラス、Ｂｉ ₂ Ｏ−Ｂ ₂ Ｏ ₃ 系ガラス、及びＳｉＯ ₂ −ＭｇＯ−Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 系ガラスから選択される１種以上を含有する、請求項６又は７に記載の点火プラグ。