JP7235715B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本開示は、スパークプラグに関する。

従来から、内燃機関の点火用のスパークプラグとして、貫通孔が形成された絶縁体と、かかる貫通孔の内部に配置される中心電極とを備えるスパークプラグが用いられている。特許文献１に記載のスパークプラグでは、導電性のガラスシール部が貫通孔に配置されることにより、中心電極と絶縁体とがシールされている。

特開２００７－１７９７８８号公報

特許文献１に記載のスパークプラグでは、ガラスシール部にＮａ_２Ｏが含まれることによってガラスシール部の軟化点を低下させている。しかしながら、Ｎａ_２ＯにおけるＮａ成分がガラスシール部から溶出して絶縁体に拡散することによって、絶縁体の耐電圧性が低下するおそれがあることを本願発明者らは見出した。このため、絶縁体の耐電圧性の低下を抑制可能な技術が望まれる。

本開示は、以下の形態として実現することができる。

（１）本開示の一形態によれば、スパークプラグが提供される。スパークプラグは、軸線方向に沿って貫通孔が形成された絶縁体と、前記貫通孔のうち前記軸線方向の先端側に自身の一部が挿入された中心電極と、前記貫通孔内において前記絶縁体と前記中心電極とに接触するガラスシール部と、を備え、前記ガラスシール部が、ガラスと導電性物質とを含むスパークプラグであって、前記ガラスは、Ｓｉ成分をＳｉＯ_２に換算し、Ｂ成分をＢ_２Ｏ_３に換算した場合に、ＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３とを合計５０質量％以上と、Ｚｎ成分をＺｎＯ換算した場合に、ＺｎＯを２０質量％以上３５質量％以下と、アルカリ金属成分と、を含み、前記アルカリ金属成分において、Ｎａ成分をＮａ_２Ｏ換算した場合に、Ｎａ_２Ｏの含有量が１質量％未満であることを特徴とする。この形態のスパークプラグによれば、Ｚｎ成分をＺｎＯ換算した場合の含有量が２０質量％以上３５質量％以下なので、ＳｉＯ_２のランダムネットワーク、すなわち規則性のない結晶構造に、ＺｎＯのランダムネットワークが絡み合ってガラスのネットワーク構造を強化できる。この結果、ガラスに含まれるアルカリ金属成分の溶出を抑制できるので、絶縁体の耐電圧性の低下を抑制できる。また、ガラスに含まれるアルカリ金属成分において、Ｎａ成分をＮａ_２Ｏ換算した場合の含有量が１質量％未満なので、Ｎａ成分がガラスシール部から溶出して絶縁体に拡散することを抑制でき、この結果、絶縁体の耐電圧性が低下することを抑制できる。

（２）上記形態のスパークプラグにおいて、前記ガラスは、前記アルカリ金属成分として、Ｋ成分をＫ_２Ｏ換算した場合に、Ｋ_２Ｏを４質量％以上８質量％以下含んでいてもよい。この形態のスパークプラグによれば、Ｎａ成分よりもイオン半径が大きいＫ成分を、Ｋ_２Ｏ換算した場合に４質量％以上８質量％以下含むので、アルカリ金属成分としてのＫ成分がガラスの内部ネットワーク構造において移動しにくい。この結果、アルカリ金属成分がガラスシール部から溶出することを抑制できるので、絶縁体の耐電圧性が低下することをより抑制できる。また、アルカリ金属成分としてＫ成分を含むことにより、ガラスの軟化温度が高くなることを抑制できるので、ガラスシール部の製造工程においてガラスシール部の焼締まり不足が発生することを抑制できる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、スパークプラグの製造方法、スパークプラグが取り付けられたエンジンヘッド等の態様で実現することができる。

スパークプラグの概略構成を示す部分断面図。 要部の構成を示す断面図。

Ａ．実施形態：
Ａ－１．全体構成：
図１は、本開示の一実施形態としてのスパークプラグ１００の概略構成を示す部分断面図である。図１では、スパークプラグ１００の軸心である軸線ＣＡを境界として、紙面左側にスパークプラグ１００の外観形状を示し、紙面右側にスパークプラグ１００の断面形状を示している。以下の説明では、軸線ＣＡに沿った図１の下方側（後述する接地電極４０が配置されている側）を先端側と呼び、図１の上方側（後述する端子金具５０が配置されている側）を後端側と呼び、軸線ＣＡに沿った方向を軸線方向ＡＤと呼ぶ。なお、図１では、説明の便宜上、スパークプラグ１００が取り付けられるエンジンヘッド９０を破線で示している。

スパークプラグ１００は、絶縁体１０と、中心電極２０と、主体金具３０と、接地電極４０と、端子金具５０とを備える。なお、スパークプラグ１００の軸線ＣＡは、絶縁体１０と中心電極２０と主体金具３０と端子金具５０との各部材の軸線ＣＡと一致する。

絶縁体１０は、軸線方向ＡＤに沿って貫通孔１１が形成されており、略筒状の外観形状を有する。貫通孔１１内には、先端側において中心電極２０の一部が収容され、後端側において端子金具５０の一部が収容される。絶縁体１０は、先端側の約半分が後述する主体金具３０の軸孔３８に収容され、後端側の約半分が軸孔３８から露呈している。絶縁体１０は、アルミナ等のセラミック材料を焼成して形成された絶縁碍子により構成されている。

図２は、要部の構成を示す断面図である。図２では、軸線ＣＡに沿ったスパークプラグ１００の断面において、後述するガラスシール部６１の周辺を拡大して示している。図１および図２に示すように、絶縁体１０は、大径部１４と、係止部１５と、段部１７と、小径部１６とを有する。大径部１４は、絶縁体１０において軸線方向ＡＤの後端側に位置している。大径部１４における貫通孔１１の径は、略一定に形成されている。係止部１５は、大径部１４よりも先端側において、軸線方向ＡＤに沿って先端側に向かうにつれて外径が小さく形成されている。段部１７は、軸線方向ＡＤに沿って先端側に向かうにつれて貫通孔１１の径が小さく形成されて構成されている。換言すると、段部１７は、貫通孔１１において径方向内側に向かって張り出して形成されている。段部１７は、中心電極２０の鍔部２２を支持する。小径部１６は、段部１７の先端側に連なり、段部１７よりも貫通孔１１の径が小さく形成されている。小径部１６の貫通孔１１には、後述する中心電極２０の脚部２１の一部が収容される。

図１に示すように、中心電極２０は、軸線方向ＡＤに延びる棒状の電極である。中心電極２０は、絶縁体１０の貫通孔１１のうち軸線方向ＡＤの先端側に、自身の一部が挿入されている。中心電極２０は、脚部２１と、鍔部２２と、頭部２３とを有する。

脚部２１は、軸線方向ＡＤに延びて形成されており、先端側の一部が貫通孔１１から露呈している。脚部２１の先端側の端部には、例えばイリジウム合金等によって形成された貴金属チップが接合されていてもよい。図１および図２に示す鍔部２２は、脚部２１の後端側に連なり、脚部２１よりも径方向外側に突出して形成されている。鍔部２２は、絶縁体１０の段部１７に後端側から当接することにより、絶縁体１０の貫通孔１１内において中心電極２０を位置決めする。頭部２３は、鍔部２２の後端側に連なり、軸線方向ＡＤに延びて形成されている。

本実施形態の中心電極２０は、熱伝導性に優れる芯材２５が電極部材２６の内側に埋設されて形成されている。本実施形態において、芯材２５は、銅を主成分とする合金により形成されており、電極部材２６は、ニッケルを主成分とするニッケル合金により形成されている。

図１に示すように、絶縁体１０の貫通孔１１内の先端側には、中心電極２０の一部が挿入され、絶縁体１０の貫通孔１１内の後端側には、端子金具５０の一部が挿入されている。絶縁体１０の貫通孔１１内において、中心電極２０と端子金具５０との間には、先端側から後端側へと向かって順番に、ガラスシール部６１と、抵抗体６２と、後端側シール部６３とが配置されている。このため、中心電極２０は、後端側において、ガラスシール部６１と、抵抗体６２と、後端側シール部６３とを介して、端子金具５０と電気的に接続されている。

抵抗体６２は、セラミック粉末と導電材とガラスとを材料として形成されている。抵抗体６２は、端子金具５０と中心電極２０との間における電気抵抗として機能することにより、火花放電を発生させる際のノイズの発生を抑制する。ガラスシール部６１と後端側シール部６３とは、ガラスと導電性物質とを含んで形成されている。ガラスシール部６１の構成についての詳細な説明は、後述する。ガラスシール部６１は、貫通孔１１内において絶縁体１０と中心電極２０とに接触している。本実施形態において、ガラスシール部６１は、鍔部２２と絶縁体１０と抵抗体６２とに接触し、これらの部材を固着させている。また、後端側シール部６３は、抵抗体６２と絶縁体１０と端子金具５０とに接触し、これらの部材を固着させている。

主体金具３０は、軸線方向ＡＤに沿って軸孔３８が形成された略筒状の外観形状を有し、軸孔３８内において絶縁体１０を保持する。より具体的には、主体金具３０は、絶縁体１０の大径部１４の一部から小径部１６に亘る部位を包囲して保持する。主体金具３０は、例えば、低炭素鋼により形成され、ニッケルめっきや亜鉛めっき等のめっき処理が全体に施されている。

主体金具３０は、工具係合部３１と、雄ネジ部３２と、座部３３と、突出部３４と、加締部３５と、圧縮変形部３６とを備える。

工具係合部３１は、スパークプラグ１００をエンジンヘッド９０に取り付ける際に、図示しない工具と係合する。雄ネジ部３２は、主体金具３０の先端部において外周面にねじ山が形成されており、エンジンヘッド９０の雌ネジ部９３にねじ込まれる。座部３３は、雄ネジ部３２の後端側に連なって鍔状に形成されている。座部３３とエンジンヘッド９０との間には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット６５が嵌挿されている。突出部３４は、雄ネジ部３２の内周面において、径方向内側に突出して形成されている。突出部３４には、絶縁体１０の係止部１５が後端側から当接している。このため、突出部３４は、軸孔３８に挿入される絶縁体１０を支持する。突出部３４と係止部１５との間には、図示しない環状の板パッキンが配置されている。

加締部３５は、工具係合部３１よりも後端側において、肉厚が薄く形成されている。圧縮変形部３６は、工具係合部３１と座部３３との間において、肉厚が薄く形成されている。軸線方向ＡＤにおいて工具係合部３１から加締部３５にかけて、主体金具３０の軸孔３８と絶縁体１０の大径部１４の外周面との間には、円環状のリング部材６６，６７が介在されており、リング部材６６，６７間にはタルク６９の粉末が充填されている。後述するように、主体金具３０は、加締部３５において加締められることにより、絶縁体１０に組み付けられる。

接地電極４０は、屈曲した棒状の金属製部材により形成されている。接地電極４０は、中心電極２０と同様に、ニッケルを主成分とするニッケル合金により形成されている。接地電極４０の一端は、主体金具３０の先端面３７に固定されており、接地電極４０の他端は、中心電極２０の先端部と対向するように屈曲している。接地電極４０において、中心電極２０の先端部と対向する部分には、電極チップ４２が設けられている。電極チップ４２と中心電極２０の先端部との間には、火花放電のための隙間Ｇ１が形成されている。なお、隙間Ｇ１は、放電ギャップまたは火花ギャップとも呼ばれる。

端子金具５０は、スパークプラグ１００の後端側の端部に設けられている。端子金具５０の先端側は、絶縁体１０の貫通孔１１に収容され、端子金具５０の後端側は、貫通孔１１から露呈している。端子金具５０には、図示しない高圧ケーブルが接続され、高電圧が印加される。この印加により、隙間Ｇ１に火花放電が発生する。隙間Ｇ１に発生した火花放電は、燃焼室９５における混合気を着火させる。

Ａ－２．製造方法：
スパークプラグ１００の製造方法について、以下に説明する。

まず、絶縁体１０の貫通孔１１に、後端側から中心電極２０を挿入する。その後、ガラスシール部６１の材料粉末を、後端側から貫通孔１１に充填して圧縮する（以下、「シール材充填工程」とも呼ぶ）。その後、抵抗体６２の材料を後端側から貫通孔１１に充填して圧縮し、さらに、後端側シール部６３の材料粉末を後端側から貫通孔１１に充填して圧縮する。上記の各圧縮は、例えば、貫通孔１１に棒状の治具を挿入して押圧することによって実行してもよい。その後、端子金具５０の先端側の端部を貫通孔１１に挿入し、絶縁体１０全体を加熱しながら端子金具５０側から所定の圧力を加えて圧縮する（以下、「加熱圧縮工程」とも呼ぶ）。加熱圧縮工程により、貫通孔１１に充填された各材料は、圧縮および焼成される。これにより、貫通孔１１内に、ガラスシール部６１と、抵抗体６２と、後端側シール部６３とが形成される。以上により、中心電極２０が絶縁体１０に固着される。

そして、主体金具３０の軸孔３８に、中心電極２０が固着された絶縁体１０を、後端側から挿入する。その後、主体金具３０の加締部３５を加締めることにより、主体金具３０と絶縁体１０とを固定する。このとき、主体金具３０の加締部３５を径方向内側に折り曲げるようにして先端側に押圧することにより、圧縮変形部３６が圧縮変形する。圧縮変形部３６の圧縮変形により、リング部材６６，６７およびタルク６９を介し、絶縁体１０が主体金具３０内で先端側に向けて押圧される。以上により、スパークプラグ１００が完成する。

Ａ－３．ガラスシール部の構成：
上述のように、ガラスシール部６１は、ガラスと導電性物質とを含んで形成されている。本実施形態において、導電性物質は、銅であるが、銅に限らず鉄や真鍮等の金属材料であってもよい。本実施形態のガラスは、Ｓｉ（ケイ素）成分と、Ｂ（ホウ素）成分と、Ｚｎ（亜鉛）成分と、アルカリ金属成分とを含んでいる。本実施形態のスパークプラグ１００は、ガラスに含まれる各成分の含有量を所定の範囲内とすることにより、絶縁体１０の耐電圧性の低下を抑制している。

本実施形態において、ガラス１００質量％中には、Ｓｉ成分をＳｉＯ_２（シリカ、二酸化ケイ素）に換算し、Ｂ成分をＢ_２Ｏ_３（酸化ホウ素）に換算した場合に、ＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３とが合計５０質量％以上含まれている。ガラスにおけるＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３との合計含有量は、化学的耐久性を向上させる観点から、５５質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。また、ＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３との合計含有量は、ガラス軟化点を低下させる観点から、６５質量％以下であることが好ましく、６０質量％以下であることがより好ましい。また、ガラスにおけるＳｉ成分の含有量は、ＳｉＯ_２に換算した場合に、化学的耐久性を向上させる観点から２０質量％以上であることが好ましく、ガラス軟化点を低下させる観点から４０質量％以下であることが好ましい。また、ガラスにおけるＢ成分の含有量は、Ｂ_２Ｏ_３に換算した場合に、ガラス軟化点を低下させる観点から２０質量％以上であることが好ましく、熱膨張の観点から３０質量％以下であることが好ましい。

ＺｎＯ（酸化亜鉛）は、ガラスの熱膨張を低下させ、また、化学的耐久性を増大させる機能を有する。また、ＺｎＯは、粘性温度曲線を緩やかにする性質を有するため、ガラスシール部６１の製造工程において温度が低下した際に、ガラスシール部６１の柔らかさを保つことができる。本実施形態において、ガラス１００質量％中には、Ｚｎ成分をＺｎＯ換算した場合に、ＺｎＯが２０質量％以上３５質量％以下含まれている。

Ｚｎ成分をＺｎＯ換算した場合における含有量が２０質量％以上であることにより、ＳｉＯ_２のランダムネットワーク、すなわち規則性のない結晶構造に、ＺｎＯのランダムネットワークが絡み合うと推定される。その結果、ガラスのネットワーク構造を強化できるので、ガラスに含まれるアルカリ金属成分の溶出を抑制できる。したがって、アルカリ金属成分が溶出して絶縁体１０に拡散することを抑制できるので、絶縁体１０の耐電圧性が低下することを抑制できる。ＺｎＯの含有量は、ガラスのネットワーク構造をより強化する観点から、２５質量％以上であることが好ましい。

他方、本実施形態とは異なり、Ｚｎ成分をＺｎＯ換算した場合における含有量が２０質量％未満であると、上記ネットワーク構造の強化が不十分となる。この結果、ガラスに含まれるアルカリ金属成分が溶出して絶縁体に拡散し、絶縁体の耐電圧性が低下する。

また、Ｚｎ成分をＺｎＯ換算した場合における含有量が３５質量％以下であることにより、ガラスシール部６１の製造工程においてガラスが固化するのに要する時間が長くなることを抑制できる。その結果、ガラスシール部６１の材料が、中心電極２０の脚部２１の軸線方向ＡＤ後端部と絶縁体１０との間にまで入り込んでしまうことを抑制できる。したがって、脚部２１の軸線方向ＡＤ後端部がガラスシール部６１によって固着されることを抑制できるので、耐衝撃性が低下することを抑制できる。ＺｎＯの含有量は、ガラスの固化に要する時間を短くして耐衝撃性の低下をより抑制する観点から、３０質量％以下であることが好ましい。

アルカリ金属成分は、ガラスの軟化温度を低下させてガラスシール部６１の製造工程においてガラスシール部６１の焼締まり不足が発生することを抑制する機能と、熱膨張を増大させて気密性が低下することを抑制する機能とを有する。本実施形態では、ガラスに含まれるアルカリ金属成分において、Ｎａ（ナトリウム）成分をＮａ_２Ｏ（酸化ナトリウム）換算した場合に、ガラス１００質量％中におけるＮａ_２Ｏの含有量が１質量％未満である。Ｎａ成分をＮａ_２Ｏ換算した場合における含有量が１質量％未満であることにより、Ｎａ成分がガラスシール部６１から溶出することを抑制でき、その結果、絶縁体１０の耐電圧性が低下することを抑制できる。Ｎａ成分の含有量は、Ｎａ成分の溶出量を減少させて絶縁体１０の耐電圧性の低下を抑制する観点から、Ｎａ_２Ｏ換算した場合に０．９質量％未満であることが好ましく、０．３質量％未満であることがより好ましく、実質的に含まれないことがさらに好ましい。

本明細書において、「Ｎａ成分が実質的に含まれない」とは、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）を用いて、加速電圧１５ｋＶ、照射電流２５μＡの条件により分析した際に、Ｎａ成分が検出されないことを意味する。一般に、ＥＰＭＡにおいて、Ｎａ成分が検出されない範囲は、０．０１質量％以下である。

本実施形態において、ガラスには、アルカリ金属成分としてＫ（カリウム）成分が含まれている。Ｋイオンは、Ｎａイオンよりもイオン半径が大きいため、ガラスの内部ネットワーク構造において移動しにくい。このため、アルカリ金属成分としてＫ成分が含まれることにより、Ｎａ成分が含まれる構成と同様にガラスの軟化温度を低下させ、また、熱膨張を増大させつつ、アルカリ金属成分の溶出を抑制することができる。この結果、アルカリ金属成分が絶縁体１０に拡散することを抑制できるので、耐電圧性が低下することを抑制できる。

Ｋ成分は、Ｋ_２Ｏ（酸化カリウム）換算した場合に、ガラス１００質量％中において４質量％以上８質量％以下含まれていることが好ましい。Ｋ成分をＫ_２Ｏ換算した場合における含有量が４質量％以上であることにより、ガラスの軟化温度が高くなることを抑制できるので、ガラスシール部６１の製造工程においてガラスシール部６１の焼締まり不足が発生することを抑制できる。また、Ｋ成分をＫ_２Ｏ換算した場合における含有量が８質量％以下であることにより、ガラスシール部６１の熱膨張が過度に大きくなることを抑制できる。このため、冷熱サイクルを繰り返す中で冷却時におけるガラスシール部６１の収縮の度合いが過度に大きくなることを抑制できる。その結果、ガラスシール部６１と絶縁体１０との界面に隙間が生じることを抑制できるので、気密性が低下することを抑制できる。

本実施形態のガラスには、本発明の効果を妨げない範囲において、他の任意の成分が含まれていてもよい。かかる成分としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ、酸化アルミニウム）、ＭｇＯ（マグネシア、酸化マグネシウム）、ＣａＯ（カルシア、酸化カルシウム）等が挙げられる。

ガラスに含まれる各成分の含有量は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）を用いて、加速電圧１５ｋＶ、照射電流２５μＡの条件により分析することができる。ＥＰＭＡを用いた分析では、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によってガラスシール部６１の断面における対象範囲のＳＥＭ画像を撮影し、対象範囲の成分分析によってガラス相が特定され、ガラス相中の各成分の含有率が特定される。対象範囲は、例えば１ｍｍ^２の正方形であってもよく、倍率は、例えば２００倍であってもよい。なお、このようにして分析された各成分の酸化物換算含有量は、ガラスシール部６１の製造に用いるガラスの原料粉末の配合比とほぼ一致する。したがって、各成分の酸化物換算含有量は、ガラスの原料粉末の配合比により調整できる。

Ｂ．実施例：
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（Ｚｎ成分およびアルカリ金属成分の検討）
＜試料＞
ガラスシール部６１のガラスに含まれる各成分が以下の表１に示す含有量となるように原料粉末を混合し、上記製造方法に従ってスパークプラグ１００のサンプルを作成した（サンプル１～１４）。以下に示す表に記載の各サンプルの「種別」において、「実」は実施例であることを示し、「比」は比較例であることを示している。なお、各サンプルにおけるＳｉ成分（ＳｉＯ_２換算）とＢ成分（Ｂ_２Ｏ_３換算）との合計含有量は、いずれも５０質量％以上であった。また、表中において、含有量が０質量％とは、当該成分が実質的に含まれないことを意味している。

＜耐電圧評価＞
表１に示す各サンプルに対し、耐電圧評価を行った。まず、スパークプラグ１００の各サンプルを４個ずつ準備し、４気筒、排気量１．６Ｌ、直噴、過給器付のガソリンエンジンに取り付け、放電電圧が４０ｋＶ以上となるようにスパークプラグ１００の放電ギャップを調整した。かかるエンジンを、スロットル全開の条件下で１００時間に亘って運転した（以下、「実機運転」とも呼ぶ）。実機運転の後に、４個のスパークプラグ１００をそれぞれ分解し、絶縁体１０を観察および分析した。より具体的には、後述する貫通放電の痕を観察するとともに、軸線ＣＡに沿った絶縁体１０の断面のうち段部１７を含む領域と、軸線ＣＡに垂直な絶縁体１０の断面のうち段部１７を含む領域とについて、ＥＰＭＡを用いてＮａ成分を分析した。

ここで、絶縁体１０の材料には、Ｎａ成分が実質的に含まれていない。したがって、絶縁体１０の断面からＮａ成分が検出されることは、ガラスシール部６１に含まれるＮａが絶縁体１０の内部へと拡散したことを示している。絶縁体１０の内部へとＮａが拡散すると、Ｎａを介して、絶縁体１０の段部１７の内周面と係止部１５の外周面とを貫通する貫通放電が生じ得る。このような貫通放電が生じた場合、絶縁体１０の外周面に、貫通放電の痕として黒点等が観察される。

耐電圧評価の評価基準を以下に示す。なお、絶縁体１０の断面からＮａが検出されなかったサンプルでは、貫通放電の痕も検出されなかった。
Ａ：４個の絶縁体１０のいずれの断面においても、Ｎａが検出されなかった
Ｂ：１個以上の絶縁体１０の断面からＮａが検出され、かつ、４個の絶縁体１０のいずれにおいても貫通放電の痕が検出されなかった
Ｃ：１個以上の絶縁体１０において貫通放電の痕が検出された

＜焼締まり評価＞
表１に示す各サンプルに対し、焼締まり評価を行った。焼締まり評価は、スパークプラグ１００の製造工程においてガラスシール部６１の材料が十分に溶融したか否かについての評価である。まず、スパークプラグ１００の各サンプルを１個ずつ新たに準備し、かかるサンプルを切断することにより軸線ＣＡに沿った断面を準備した。そして、かかる断面について光学顕微鏡を用いて観察した。より具体的には、ガラスシール部６１を含む領域においてガラスの材料粉末を検索するとともに、ガラスシール部６１と中心電極２０およびガラスシール部６１と絶縁体１０の間に、それぞれ隙間が生じているか否かについて観察した。

ここで、スパークプラグ１００の上記製造工程において、ガラスシール部６１の材料粉末は、加熱圧縮工程によって貫通孔１１内で軟化し圧縮される。ガラスシール部６１の材料が十分に軟化した場合、完成したスパークプラグ１００のガラスシール部６１を含む断面領域からは、ガラスの材料粉末の粒子が検出されない。加えて、ガラスシール部６１と他の部材（中心電極２０や絶縁体１０等）の密着性は、良好となる。他方、加熱圧縮工程においてガラスシール部６１の材料の軟化が不十分であった場合、完成したスパークプラグ１００のガラスシール部６１を含む断面領域からは、ガラスの材料粉末の粒子が検出される。そして、ガラスシール部６１と他の部材との間に隙間が生じ得る。

焼締まり評価の評価基準を以下に示す。
Ａ：ガラスの材料粉末の粒子が検出されなかった
Ｂ：ガラスの材料粉末の粒子が検出された

＜気密性評価＞
表１に示す各サンプルに対し、気密性評価を行った。気密性評価では、まず、エンジンヘッド９０の雌ネジ部９３と同様の雌ネジ部を有する加圧キャビティを備える加圧試験台と、スパークプラグ１００の各サンプルを準備した。そして、加圧キャビティの雌ネジ部に、主体金具３０の雄ネジ部３２をねじ込むことによって、加圧キャビティにスパークプラグ１００の各サンプルを装着した。加圧キャビティの内部は、エンジンヘッド９０に取り付けられたスパークプラグ１００に対する燃焼室９５に相当する。かかる加圧キャビティの内部における空気の圧力を高めた状態で、絶縁体１０の貫通孔１１における軸線方向ＡＤ後端側からの空気の漏洩量を測定した。圧力は、１．５ＭＰａと、２．５ＭＰａと、の２段階に設定された。

圧力が１．５ＭＰａである場合には、いずれのサンプルにおいても空気の漏洩が検出されなかった。表１に示す気密性の評価結果は、圧力が２．５ＭＰａである場合の空気の漏洩量に基づく評価結果を示している。気密性評価の評価基準を以下に示す。
Ａ：空気の漏洩が検出されなかった
Ｂ：空気の漏洩が検出された

＜耐衝撃評価＞
表１に示す各サンプルに対し、耐衝撃評価を行った。耐衝撃評価では、ＪＩＳ Ｂ８０３１（２００６年版）に準拠した耐衝撃性試験を行った。試験では、振動振幅２２ｍｍの衝撃を毎分４００回の割合で各サンプルに３０分間加えた。そして、試験前後の中心電極２０と接地電極４０との間の絶縁抵抗を測定した。

耐衝撃評価の評価基準を以下に示す。
Ａ：試験前の抵抗値に対する試験後の抵抗値の増加率が５％未満であった
Ｂ：上記増加率が５％以上であった

以下の表２では、表１に示すサンプル１～６を比較することにより、Ｚｎ成分の含有量の違いによる評価結果の違いを示している。

表２から、以下のことがわかった。すなわち、ＺｎＯの含有量が２０質量％～３５質量％であるサンプル２～５（実施例）では、耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価、耐衝撃評価のいずれにおいても、良好な結果が得られた。これに対し、ＺｎＯの含有量が１５質量％であるサンプル１（比較例）では、耐電圧性において劣っていた。また、ＺｎＯの含有量が４０質量％であるサンプル６（比較例）では、耐衝撃性において劣っていた。

以下の表３では、表１に示すサンプル５、７～１０を比較することにより、Ｋ成分の含有量の違いによる評価結果の違いを示している。

表３から、以下のことがわかった。すなわち、Ｋ_２Ｏの含有量が２質量％～１０質量％であるサンプル７、８、９、５、１０（実施例）では、耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価、耐衝撃評価のいずれにおいても、良好な結果が得られた。また、Ｋ_２Ｏの含有量が４質量％以上８質量％以下であるサンプル８、９、５（実施例）では、焼締まり評価および気密性評価において特に良好な結果が得られた。

以下の表４では、表１に示すサンプル５、１１～１４を比較することにより、Ｎａ成分の含有量の違いによる評価結果の違いを示している。

表４から、以下のことがわかった。すなわち、Ｎａ_２Ｏの含有量が少ないほど、耐電圧性が優れることがわかった。また、Ｎａ_２Ｏの含有量が０質量％であるサンプル５（実施例）では、耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価、耐衝撃評価のいずれにおいても、特に良好な結果が得られた。これに対し、Ｎａ_２Ｏの含有量が１質量％であるサンプル１４（比較例）では、耐電圧性において劣っていた。

（Ｓｉ成分とＢ成分との含有量の比率の検討）
ガラスシール部６１のガラスに含まれる各成分が以下の表５に示す含有量となるように原料粉末を混合し、上記製造方法に従ってスパークプラグ１００のサンプルを作成した（サンプル２、５、１５）。その後、各サンプルに対し、上記の耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価および耐衝撃評価を行った。表５では、Ｓｉ成分とＢ成分との含有量の比率の違いによる評価結果の違いを示している。なお、サンプル２、５は、表１に示すサンプル２、５と同じサンプルを示している。

表５から、以下のことがわかった。すなわち、Ｓｉ成分（ＳｉＯ_２換算）とＢ成分（Ｂ_２Ｏ_３換算）との含有量の比率にかかわらず、耐電圧評価、焼締まり評価、気密性評価、耐衝撃評価のいずれにおいても、良好な結果が得られた。また、Ｓｉ成分（ＳｉＯ_２換算）とＢ成分（Ｂ_２Ｏ_３換算）との含有量が６５質量％であるサンプル２（実施例）および５０質量％であるサンプル５、１５（実施例）のいずれにおいても、良好な評価結果が得られた。

Ｃ．他の実施形態：
上記実施形態におけるスパークプラグ１００の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、後端側シール部６３は、ガラスシール部６１と同様の材料により構成されていてもよく、ガラスシール部６１と異なる材料により構成されていてもよい。また、例えば、抵抗体６２に代えてまたは抵抗体６２に加えて磁性体を含んでいてもよく、抵抗体６２および後端側シール部６３が省略される態様であってもよい。かかる態様において、ガラスシール部６１は、中心電極２０と端子金具５０とを電気的に接続してもよい。また、例えば、放電ギャップの数が２以上であってもよく、接地電極４０が省略される態様であってもよい。かかる態様において、中心電極２０と燃焼室９５内の他の部材との間で火花放電が生じてもよい。

本発明は、上述の実施形態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することができる。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中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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可能である。また、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、削除することが可能である。

１０…絶縁体、１１…貫通孔、１４…大径部、１５…係止部、１６…小径部、１７…段部、２０…中心電極、２１…脚部、２２…鍔部、２３…頭部、２５…芯材、２６…電極部材、３０…主体金具、３１…工具係合部、３２…雄ネジ部、３３…座部、３４…突出部、３５…加締部、３６…圧縮変形部、３７…先端面、３８…軸孔、４０…接地電極、４２…電極チップ、５０…端子金具、６１…ガラスシール部、６２…抵抗体、６３…後端側シール部、６５…ガスケット、６６，６７…リング部材、６９…タルク、９０…エンジンヘッド、９３…雌ネジ部、９５…燃焼室、１００…スパークプラグ、ＡＤ…軸線方向、ＣＡ…軸線、Ｇ１…隙間

Claims (2)

1. 軸線方向に沿って貫通孔が形成された絶縁体と、前記貫通孔のうち前記軸線方向の先端側に自身の一部が挿入された中心電極と、前記貫通孔内において前記絶縁体と前記中心電極とに接触するガラスシール部と、を備え、前記ガラスシール部が、ガラスと導電性物質とを含むスパークプラグであって、
   前記ガラスは、
   Ｓｉ成分をＳｉＯ_２に換算し、Ｂ成分をＢ_２Ｏ_３に換算した場合に、ＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３とを合計５０質量％以上と、
   Ｚｎ成分をＺｎＯ換算した場合に、ＺｎＯを２０質量％以上３５質量％以下と、
   アルカリ金属成分と、
   を含み、
   前記アルカリ金属成分において、Ｎａ成分をＮａ_２Ｏ換算した場合に、Ｎａ_２Ｏの含有量が１質量％未満であることを特徴とする、
   スパークプラグ。
2. 請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
   前記ガラスは、前記アルカリ金属成分として、Ｋ成分をＫ_２Ｏ換算した場合に、Ｋ_２Ｏを４質量％以上８質量％以下含むことを特徴とする、
   スパークプラグ。

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