JPS5949677B2

JPS5949677B2 - 点火栓及びその製造方法

Info

Publication number: JPS5949677B2
Application number: JP53067925A
Authority: JP
Inventors: 耕一中島; 友乙石黒; 篤彦岡本; 実小中; 実永井; 寛治樋口; 健治佐々木
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1978-06-05
Filing date: 1978-06-05
Publication date: 1984-12-04
Also published as: JPS54158540A; US4267483A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、絶縁体の脚部の表面に付着する未燃焼カーボ
ンが除去され易いようになされた点火栓およびかかる点
火栓の製造方法に関する。

自動車工場において新らしいガソリン自動車が完成する
と、この自動車は客先に届けられるまでの間に、モータ
プールに入れたシ、輸送用トラックや輸出用貨物船に積
み込んだすするために、ガソリンエンジンを作動させて
移動させられている。

この移動のための運転は、一様ではないが、その自動車
速度は大体毎時３０ないし４０Ｋｍ、運転距離は各運転
ごとに５００ｍ程度であシ、運転状況としては、低速、
短距離である。

しかして、このよう々低速、短距離運転下では、自動車
のエンジンに装着されている点火栓は、くすぶりを生じ
易く、このくすぶりのために点火栓の絶縁抵抗が低下し
、失火を生じ、移動運転が不調となる場合がある。

冬期など外気が冷え込んだ場合には、特にこのようなく
すぶ９現象が多い。

また、かかるくすぶりは、上記のごとき新車の場合のみ
に限らず、一般に既に団用されている自動車の場合にも
冬期等において生ずる場合がある。

かかるくすぶシ現象は、第１図に示すように、点火栓１
の絶縁体６において、それが燃焼ガスに露らされる部分
である脚部６１の表面に、エンジン内でのガソリン燃焼
により生ずるスス等の未燃焼カーボンが付着することに
よシ生ずるものである。

なお、図面において、２はハウジング、３は接地電極、
４ζまワッシャー、５は中心電極である。

上記問題点を解決するために、従来は、接地電極の構造
を特殊なものとし、例えば沿面放電を利用して、未燃焼
カーボンの付着物を除去するという提案がなされている
。

しかしながら、このものは絶縁体脚部６１と接地電極と
の間の構造が複雑でちゃ、またその製造に困難を伴なう
。

本発明は、かかる従来技術の欠点を解消し、絶縁体脚部
６１の表面に付着した未燃焼カーボンが除去され易いよ
うになされた、自己清浄性に優れた点火栓を提供しよう
とするものである。

即ち、本発明は、中心電極を保持した絶縁体と、この絶
縁体の外周に配置され接地電極を有するハウジングとを
有してなる内燃機関用点火栓において、上記絶縁体のう
ち内燃機関の燃焼ガスにさらされる脚部の表面に、酸化
バナジウムと酸化ジルコニウムとからなる混合物の被覆
層を固着してなることを特徴とする点火栓にある。

しかして、本発明によれば、自己清浄性に優れた点火栓
を提供することができる。

また、本発明においては、上記混合物の被覆層が固着さ
れているので、これを固着させた絶縁体脚部６１の表面
の電気絶縁性は何ら損なわれず、点火栓において必然的
に要求されている上記脚部表面の電気絶縁性は従来どお
り維持され、優れた点火栓を提供することができる。

さらに上記被覆層７の形成は後述するごとく、酸化バナ
ジウムと酸化ジ・レコニウムとの混合物を懸濁液等の状
態で塗布し、乾燥又は焼付するのみで行なうことができ
、簡単である。

上記の自己清浄性とは、エンジンの低温、短距離運転に
よって前記脚部６１の表面に未燃焼カーボンが一旦付着
しても、次回の運転の際におけるエンジン室内の温度上
昇によって、点火栓温度が上昇し、付着カーボンが自然
に除去される、つまり点火栓自体による自己清浄が行な
われることをいう。

しかして、この自己清浄は成可く低温で行なわれること
が要求されている。

例えば、自己清浄性の対策が行なわれておらず約５５０
℃の自己清浄作用を有する点火栓の場合には、自己清浄
は５００℃以下好ましくは４７０℃以下であることが望
まれている。

本発明において最も重要なことは、酸化バナジウムと酸
化ジルコニウムとからなる混合物の被覆層が絶縁体脚部
６１の表面において固着されているということである。

この被覆層の存在により、第一には上記混合物による前
記自己清浄性が高度に発揮され、また第二には上記混合
物を存在させても、点火栓の絶縁体表面の電気絶縁性が
何ら損なわれないという効果が得られるのである。

もしも、酸化バナジウムを絶縁体表面に一面に固着させ
た場合（では、点火栓の使用中に絶縁体脚部表面の電気
絶縁性が破壊され、点火枠の本来の機能が低下してしま
う。

（実施例３参照）上記混合物の被覆層は、上記絶縁体の
表面に固着されており、その構造は後述するごとく塗布
後乾燥したのみの場合には、第２ｂ図に符号７２で示す
ごとく脚部６１の表面に酸化バナジウム粒子７２１と酸
化ジルコニウム粒子７２２との混合物が混在し、これら
粒子群の間には空孔Ａが存在している多孔質体である。

また、乾燥後戻に加熱した場合には、酸化バナジウム粒
子７２１は溶融し、酸化ジルコニウム粒子７２２を包み
込んだ状態となるか、又は酸化ジルコニウム粒子７２２
を互いに酸化バナジウムが接合する状態となる。

次いでその後の冷却によって、第２ｃ図に示すごとく、
酸化ジルコニウム粒子７２２とこれら粒子の間に存在す
る不定形の酸化バナジウムの層７３１とからなる被覆層
７３となる。

しかして、該被覆層７３は、空孔Ａを有する不定形構造
で多孔質の海綿状態を形成している。

；なお、上記のごとく、被覆層が海綿状の多孔質体
を構成するのは、上記加熱によっても酸化ジルコニウム
粒子が溶融しないためであるから、このような構造の被
覆層を形成させるには混合物中の酸化ジルコニウム粉末
は５０重量％以上存在させておくことが好ましい。

このような海綿状の多孔質体の場合には、点火栓の発火
部付近が高温に保持され易く、そのため絶縁部に付着す
るカーボン等の未燃焼物を容易に除去することができる
。

また、上記混合物中の酸化ジルコニウム粉末の量が上記
の割合以下の場合には、上記のごとき海綿状態は形成し
難く、被覆層は上記脚部の表面に主として島状に点在す
ることとなるが、この場合であっても実施例に示すごと
く優れた自己清浄性を示す。

上記被覆層の形成は、例えばその形成用物質としての酸
化バナジウムと酸化ジルコニウムとの混合粉末をエチル
アルコール等のアルコールや水等の液体中に懸濁させ、
該懸濁液を上記絶縁体６の脚部６１の表面に塗布し、乾
燥することにより行なう。

この乾燥は４０ないし１００℃において行なう。

この乾燥によシ、酸化バナジウムおよび酸化ジルコニウ
ムからなる被覆層は比較的弱い力で絶縁体脚部上に固着
される。

この場合、耐久性向上と更に優れた自己清浄能力とを図
るためには、該乾燥の後に７００ないし９００℃におい
て５分ないし３０分程度加熱を行なう。

この加熱により酸化バナジウムは溶融し、上記混合物は
前記のごとく脚部表面に密着すると共に、前記海綿状多
孔質体となる。

上記の塗布は、上記脚部６１を溶液中に浸漬すること、
或いはこの部分にハケ塗シ或いはスプレー塗布を施こす
ことにより行なう。

捷た、上記の懸濁液中の上記混合物の濃度は０．０１な
いし１０％（重量比、以下同じ）のものを用いるが、こ
の中０．５ないし５％の場合が、自己清浄性の持続性に
優れており、より好ましい。

前記被覆層７を形成するための原料としての酸化バナジ
ウムには、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３）、三酸化バナ
ジウム（Ｖ２Ｏ３）等の種類があるが、いずれの種類で
あっても良い。

なお、実用的には実施例に示すととく五酸化バナジウム
を用いるのが適当である。

また、酸化ジルコニウムは二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ
□）、一酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）等の種類があるが
、いずれの種類であっても良い。

なお、実用的には、実施例に示すごとく二酸化ジルコニ
ウムを用いるのが適当である。

また、被覆層自体についても、いずれの種類の酸化バナ
ジウム、酸化ジルコニウムであっても本発明の効果があ
る。

また、上記混合物の組成範囲は、酸化バナジウムが五酸
化バナジウム換算で５ないし９９％（重量比、以下同じ
）、酸化ジルコニウムが二酸化ジルコニウム換算で１な
いし９５チであることが、好ましい。

この範囲外では、前記のごとき自己清浄効果を達成し難
い。

次に、前記各粉末は粒径約０．１ないし２μのものを用
るのが好ましい。

また被覆層の平均厚みは前記の電気絶縁性の面よ如１０
μ以下が好捷しく、一方０．１μ未満では自己清浄能力
が低くなるおそれがある。

なお、前記被覆層の固着は、前記のごとく塗布乾燥、更
にはこれに続く前記加熱によシ行なうが、この各工程に
おける混合物中の粒子の状態を示せば次のようである。

即ち、第２ａ図ないし第２ｃ図に示すごとく、上記懸濁
液の塗布により、絶縁体脚部６１の表面には、−次粒子
又は二次凝集粒子の状態にある酸化バナジウム、酸化ジ
ルコニウム、又はこの両者からなる粒子７１を懸濁させ
た懸濁液７０の層が作られる（第２ａ図）。

また、次工程の乾燥によシ、絶縁体脚部６１の表面には
酸化バナジウム粒子７２１と酸化ジルコニウム粒子７２
２とからなる被覆層７２が形成される（第２ｂ図）。

この被覆層７２ば、同図に示すととく空孔Ａを有する多
孔質である。

また、該乾燥に続いて前記加熱を行なった場合には、上
記混合物の中の酸化バナジウムの粒子７２１が溶融し、
絶縁体表面および酸化ジルコニウム粒子と密着し、そ−
の後の冷却によって該溶融体はそのまま固化し絶縁体表
面に固着し被覆層７３を形成する（第２ｃ図）。

該被覆層７３は、空孔Ａを有する不定形構造で多孔質の
海綿状態である（実施例１の第３ａ、第３ｂ図の写真参
照）。

実施例１自己清浄用の固着物７は形成されていない市販の点火栓
を準備し、これらの前記絶縁体６の脚部６１の表面に、
本発明にかかる被覆層形成用物質としての、五酸化バナ
ジウム（Ｖ２Ｏ３）粉末と二酸化ジルコニウム（Ｚｒ０
２）粉末との混合粉末の懸濁液を、塗布した。

その後、約６０℃で３０秒間乾燥後、電気炉内で７５０
℃、２０分間の加熱を行ない、その後冷却し、前記脚部
６１の表面上に酸化バナジウムと酸化ジルコニウムとか
らなる混合物の被覆＠７を形成した点火栓を製造した。

上記の懸濁液中の上記混合物の濃度は第１表に示すごと
く、５．１．０．５．０．１および０．０１係（重量）
で、上記両粉末の混合割合は五酸化バナジウム３０チ、
二酸化ジルコニウム７０チであった。

上記の塗布は脚部６１の部分を懸濁液中に１回浸漬する
ことによシ行なった。

また、塗布は脚部６１の先端の方から１０１Ｍｔ上方ま
で行なった。

上記両粉末はいずれも０．５ないし６μの粒径ものを準
備し、これを摺潰機により混合粉砕して粒径的０．１な
いし２μとなしたものを用いた。

懸濁用の液体としてはエチルアルコールを用いた。

上記のようにして得た点火栓における、絶縁体脚部表面
上の上記被覆層の平均厚みを第１表に示す。

次に、上記点火栓を常法により自動車エンジンに取り付
け、点介栓の絶縁体６の脚部６１の部分が１５０℃以下
であるように、エンジン壁を冷却水により冷却しながら
、エンジンを作動させ、前記脚部６１の表面に多量のカ
ーボンを付着させた。

次いで、この点火枠をエンジンより取り外し、電気炉内
に入れてその温度を上昇させて行き、付着物が除去され
る温度を測定した。

なお、上記のエンジン作動は空燃比５ないし６、回転数
１０００回／分、運転時間８分であった。

その結果を、第１表に示した。

また、同表には、本発明にかかる被覆層を形成してない
もの（Ａ−）、即ち市販のままの点火栓における同様の
測定結果も併示した。

第１表より知られるごとく、本発明にかかる点火栓（Ａ
ｔ〜５）は、被覆層の形成されてい々い市販の点火栓（
嵐Ｃ□）に比して、９０ないし１１０℃の低い温度にお
いて、付着物の除去が可能であることがわかる。

また、上記のようにして製造した点火栓における、前記
混合物からなる被覆層の分散状態を見るべく、絶縁体脚
部表面の走査電子顕微鏡写真を撮った。

第３ａ図は、第１−表＆３に関する点火栓における該写
真である（倍率１，０００）。

同図において、多数の小さい粒子状物の集合体からなる
ものが酸化バナジウムおよび酸化ジルコニウムからなる
本発明にかかる被覆層である。

この被覆層の部分を更に明示するために、同写真を更に
拡大した写真（倍率１０，０００）を第３ｂ図に示した
。

両図より知られるごとく、上記被覆層は前記のごとく多
孔質で海綿状態を有していることが分る。

なお、比較のために、前記のごとき本発明にかかる処理
を行なう前の、つまり市販点火栓における、前記絶縁体
脚部表面の上記と同様の写真（第３ａ図と同じく倍率１
，０００）を第４図に示す。

第３ａ図と第４図より知られるように、本発明にかかる
被覆層を形成した前記脚部表面は、これを形成していな
いものの表面とその構造が異なることが分る。

第１表実施例２五酸化バナジウムと二酸化ジルコニウムとからなる混合
物の濃度を変えて、実施例１と同様にして各種の点火栓
を製造し、それらについての自己清浄性の耐久性につい
て測定した。

上記混合物の混合割合は実施例１と同じである。

即ち、実施例１と同様の点火栓について、実施例１と同
様てカーボンを付着させ、次いで付着物が除去される温
度を測定し、然る後頁びその点火栓に同様にしてカーボ
ンを付着させ、その後除去温度を測定するという操作を
６回繰り返したら各、回のカーボン付着操作に当っては
、その前の回に付着させたカーボンが除去されているこ
とを確認した。

各回に２けるカーボン付着物の除去温度を、各点火栓ご
とに第２表に示した。

また、同表には市販のままの点火栓（Ａ、Ｃ２）につい
ての測定結果も示した。

・第２表よシ知られるごとく、本発明にかかる点火栓
（Ａ６〜１０）は６回の繰シ返しカーボン付着、除去操
作に対して〜も、低い除去温度を維持し、特に混合物濃
度０．１％以上のもの（Ａ６〜９）は未対策品（嵐Ｃ２
）に比して１１０ないし８０度以下という除去温度を示
し続け、優れた自己清浄性耐久力を有することが分る。

実施例３五酸化バナジウムと二酸化ジルコニウムとの粉末混合物
の濃度を変えて、他は実施例１と同様にして、点火栓を
製造しくＡ、１１、１２）、それらを実施例１と同
様にして、カーボンの付着、該付着物の４５０℃加熱下
除去を行ない、その後絶縁体脚部表面の電気絶縁性につ
いて測定した。

該測定は、点火栓の中心電極と接地電極との間の電気抵
抗を測ることによって行なった。

また、比較のために、五酸化バナジウム７０係と水３０
％とからなるペーストを絶縁体脚部の表面に厚く塗布し
、乾燥後電気炉内にて７５０℃、２０分の焼付けを行な
い、上記脚部表面の全面に一様に酸化バナジウムの被覆
層を形成した点火栓を製造ｔ、（Ｉｌｏ、ｃ３）、該点
火栓についても上記と同様のカーボン付着、その４５０
℃ｈＯ熱下電去、前記電気絶縁性の測定を行なった。

これらの結果を、塗布物中の混合物濃度、五酸化バナジ
ウム（Ｖ２Ｏ３）濃度、絶縁体脚部上の固着物の状態、
その膜厚みと共に第３表に示す。

第３表第３表より知られるごとく、本発明にかかる点火栓は、
その使用によっても電気抵抗は、当初のま１変らず、無
限大である。

これに対し前記脚部の表Ｕｆｉして、多孔質ではなく、
厚み１５０μの厚い一様のＶ２Ｏ５のみからなる被覆層
を形成した点火栓（ＡＣ３）は、上記のカーボン付着、
加熱除去の１回繰作によってその電気絶縁性が破壊され
、点火栓本来の機能を失ないかけていることが分る。

なお、上記煮１１．１２の点火栓は前記のごときカーボ
ン付着、除去の操作を６回繰り返したが電気絶縁性の破
壊は見られなかった。

また、上記のＡＣ３の点火栓は、多量のｖ２０５塗布に
より前記脚部における塗布部分は茶色を呈しておシ、ま
た前記の付着力除去用の加熱において該部分は黒色に変
化した。

この黒色への変化は、前記電気絶縁性の変化に何らかの
関係があるものと考えられる。

実施例４懸濁液塗布後の乾燥を１００℃で３０秒間行ない、該乾
燥後の加熱は行なわなかったという他は実施例１と同様
にして点火栓を製造し、実施例２と同様に自己清浄性の
耐久性について測定を行なった。

その結果を第４表に示した。

同表には前記点火栓Ｎ（ＬＣ２についての結果も併示し
た。

第４表より知られるごとく、前記乾燥を行なったままの
点火栓においても優れた自己清浄性を有することが分る
。

また、同表と第２表とを比較すると、前記加熱を行なわ
なかった本実施例のものよりも、前記加熱を行なった実
施例２のものの方が耐久性に優れていることが分る。

また、上記実施例とは別に、五酸化バナジウム粉末と二
酸化ジルコニウム粉末との混合割合が、２０％と８０％
、１０％と９０チ、５チと９５チ、８０％と２０チであ
る混合粉末を用い、これを１チの懸濁液とした他は、実
施例１と同様の条件において点火栓を製造した。

しかして、実施例１と同様に自己清浄性を調べたところ
いずれの点火栓も実施例１に示したと同様の、優れた自
己清浄効果を有することが分った。

また、上記実施例とは別に、前記乾燥まで、又は前記加
熱まで行なって製造した本発明にかかる点火栓をエンジ
ンに装着して、実際の場合と同様に低速、短距離運転を
行なったところ、いずれの点火栓もくすぶりを生ぜず、
優れた点火栓であることを示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は点火栓の要部断面図、第２ａないし第２ｃ図は
酸化バナジウムおよび酸化ジルコニウムからなる混合物
の被覆層を形成する過程を示す図、第３ａ図は絶縁体脚
部表面における上記被覆層の存在状態を示す走査型電子
顕微鏡写真（倍率１，０００）、第３ｂ図はその拡大写
真（倍率ｉｏ、ｏｏｏ）、第４図は上記被覆層を形成さ
せる前の同写真（倍率１，０００）である。１・・・・・・点火栓、２・・・・・・ハウジング、６
・・・・・・絶縁体、６１・・・・・・脚部、Ｔ・・・
・・・酸化バナジウムと酸化ジルコニウムとからなる混
合物の被覆層、７２．７３・・・・・・被覆層、７１・
・・・・・粉末混合物、７２１・・・・・・酸化バナジ
ウム粒子、７２２・・・・・・酸化ジルコニウム粉末、
７３１・・・・・・酸化バナジウム溶融物、Ａ・・・・
・・上記被覆層の孔。

Claims

【特許請求の範囲】１中心電極を保持した絶縁体と、この絶縁体の外周に
配置され接地電極を有するハウジングとを有してなる内
燃機関用点火栓において、上記絶縁体のうち内燃機関の
燃焼ガスに露らされる脚部の表面に、酸化バナジウムと
酸化ジルコニウムとからなる混合物の被覆層を固着させ
てなることを特徴とする点火栓。２混合物は、酸化バナジウム５ないし９９重量係、酸
化ジルコニウム１ないし９５重量係からなることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の点火栓。３混合物の被覆層は、多孔質体であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の点火栓。４内燃機関用点火栓における内燃機関の燃焼ガスに露
らされる絶縁体脚部の表面に、酸化バナジウムと酸化ジ
ルコニウムとからなる混合物の０．０１ないし１０重量
係の懸濁液を塗布し、乾燥することにより、上記絶縁体
脚部の表面に酸化バナジウムと酸化ジルコニウムとから
なる混合物の被覆層を固着させてなる点火栓を製造する
ことを特徴とする点火栓の製造方法。５内燃機関用点火栓における内燃機関の燃焼ガスに露
らされる絶縁体脚部の表面に、酸化バナジウムと酸化ジ
ルコニウムとから々る混合物のｏ、ｏｉないし１０重
量係の懸濁液を塗布し、乾燥後、７００℃以上に加熱す
ることによシ、上記絶縁体脚部の表面に酸化バナジウム
と酸化ジルコニウムとからなる混合物の被覆層を固着さ
せてなる点火栓を製造することを特徴とする点火栓の製
造方法。