WO2018105361A1 - スパークプラグ - Google Patents

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WO2018105361A1
WO2018105361A1 PCT/JP2017/041482 JP2017041482W WO2018105361A1 WO 2018105361 A1 WO2018105361 A1 WO 2018105361A1 JP 2017041482 W JP2017041482 W JP 2017041482W WO 2018105361 A1 WO2018105361 A1 WO 2018105361A1
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WO
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particles
layer
spark plug
ferrite
magnetic particles
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PCT/JP2017/041482
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English (en)
French (fr)
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和浩 黒澤
勝哉 高岡
邦治 田中
啓一 黒野
裕則 上垣
広大 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug, and more particularly to a spark plug incorporating a magnetic material.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a spark plug that can suppress radio noise.
  • the insulator has an axial hole extending in the direction of the axis from the front end side to the rear end side. At least a part of the center electrode is inserted on the front end side of the shaft hole, and at least a part of the terminal fitting is inserted on the rear end side of the shaft hole.
  • the connecting portion connects the terminal fitting and the center electrode within the shaft hole.
  • the connecting portion includes a first layer including a plurality of first magnetic particles each including a first particle that is a ferrite particle and a first conductive material that covers the first particle; a second particle that is a ferrite particle; And a second layer including a plurality of second magnetic particles each including a second conductive material covering the second particles.
  • the second layer including the second particles having a Curie temperature lower than the Curie temperature of the first particles is disposed on the rear end side of the first layer.
  • the second layer containing the second particles having a Curie temperature lower than the Curie temperature of the first particles is disposed on the rear end side of the first layer.
  • the first magnetic particles and the second magnetic particles have an effect of effectively suppressing radio noise.
  • ferrite exhibits a noise attenuation effect by blocking or absorbing a frequency band that causes radio noise in the discharge current.
  • ferrite generally has a higher noise attenuation effect as the ferrite has a lower Curie temperature.
  • the magnetization gradually decreases and loses magnetism at the Curie temperature. Since the temperature of the connection part during the operation of the spark plug is lower on the rear end side than on the front end side of the connection part, the second layer containing the second particles having a Curie temperature lower than the Curie temperature of the first particles By arranging the at the rear end side of the first layer, the noise attenuation effect by the second magnetic particles can be effectively obtained.
  • the first particles have a Curie temperature of 300 ° C. or higher, and the second particles have a Curie temperature of 200 ° C. or higher and lower than 300 ° C. Therefore, in addition to the effect of claim 1, there is an effect that the reliability of the noise attenuation effect obtained when the spark plug is operated can be improved.
  • the first layer and the second layer have at least one of silicon, boron, and phosphorus around the plurality of first magnetic particles and the plurality of second magnetic particles,
  • a ceramic phase including at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal is provided.
  • the voids in the ceramic phase can be reduced, so that the discharge generated in the voids in the ceramic phase can be suppressed. Therefore, in addition to the effect of Claim 1 or 2, there exists an effect which can suppress the durable fall by the discharge which arises in a ceramic phase.
  • the ceramic phase contains ferrite different from the first particles and the second particles, in addition to the noise attenuation effect by the first particles and the second particles, Noise attenuation effect by ferrite can be obtained. Therefore, in addition to the effect of the third aspect, the noise attenuation effect can be improved.
  • the first seal portion of the connection portion connects the first layer and the center electrode
  • the second seal portion of the connection portion connects the second layer and the terminal fitting.
  • the shortest length in the axial direction from the position at which the first magnetic particles included in the first layer are in contact with the first seal portion to the position at which the second magnetic particles included in the second layer are in contact with the second seal portion is It is 15 mm or more.
  • connection part It is a half sectional view of the spark plug in one embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of a connection part. It is typical sectional drawing of a connection part.
  • FIG. 1 is a half sectional view of a spark plug 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the lower side of the drawing is referred to as the front end side of the spark plug 10
  • the upper side of the drawing is referred to as the rear end side of the spark plug 10.
  • the spark plug 10 includes an insulator 11, a center electrode 14, and a terminal fitting 15. *
  • the insulator 11 is a member formed of alumina or the like that is excellent in mechanical properties and insulation at high temperatures, and has a shaft hole 12 penetrating along the axis O.
  • the shaft hole 12 is provided with a stepped portion 13 on the distal end side whose inner diameter gradually decreases toward the distal end.
  • the center electrode 14 is a rod-shaped member extending along the axis O, and copper or a core material mainly composed of copper is covered with nickel or a nickel-based alloy. The center electrode 14 is locked to the step portion 13 of the shaft hole 12, and the tip is exposed from the shaft hole 12.
  • the terminal fitting 15 is a rod-like member to which a high voltage cable (not shown) is connected, and is formed of a conductive metal material (for example, low carbon steel).
  • the terminal fitting 15 is fixed to the rear end of the insulator 11 with the front end side being press-fitted into the shaft hole 12.
  • the insulator 11 has a metal shell 16 swaged and fixed to the distal end side of the outer periphery with a gap in the direction of the axis O from the terminal metal 15.
  • the metal shell 16 is a substantially cylindrical member formed of a conductive metal material (for example, low carbon steel).
  • the metal shell 16 includes a seat portion 17 that projects like a flange outward in the radial direction, and a screw portion 18 that is formed on the outer peripheral surface on the tip side of the seat portion 17.
  • the metal shell 16 is fixed by fastening a screw portion 18 into a screw hole of an internal combustion engine (cylinder head) 60. *
  • the ground electrode 19 is a metal (for example, nickel-base alloy) member joined to the tip of the metal shell 16.
  • the ground electrode 19 is formed in a rod shape, the tip side is bent and faces the center electrode 14.
  • the ground electrode 19 forms a spark gap with the center electrode 14.
  • connection portion 20 is a portion that electrically connects the center electrode 14 and the terminal fitting 15, and is disposed in the shaft hole 12.
  • the connection portion 20 includes a first layer 30 and a second layer 40 including a magnetic body and a conductor, a first seal portion 21 that contacts the center electrode 14 and the first layer 30, a second layer 40, and a terminal fitting. And a second seal portion 22 in contact with 15.
  • the first seal portion 21 and the second seal portion 22 are made of, for example, glass particles such as B 2 O 3 —SiO 2 , BaO—B 2 O 3 , SiO 2 —B 2 O 3 —CaO—BaO, and metal particles It is formed of a composition containing (Cu, Fe, etc.) and has conductivity.
  • the first layer 30 and the second layer 40 are parts for suppressing radio noise generated during discharge.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the connecting portion 20.
  • the connection part 20 the 1st seal part 21, the 1st layer 30, the 2nd layer 40, and the 2nd seal part 22 are connected in series from the front end side to the back end side.
  • the first layer 30 includes a plurality of first magnetic particles 31 having conductivity, and a ceramic phase 35 that fixes the first magnetic particles 31.
  • the second layer 40 includes a plurality of second magnetic particles 41 having conductivity and a ceramic phase 45 that fixes the second magnetic particles 41. In the vicinity of the boundary 50 between the first layer 30 and the second layer 40, the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41 are mixed. *
  • the first magnetic particles 31 are in contact with each other, and in the second layer 40, the second magnetic particles 41 are in contact with each other. Some of the first magnetic particles 31 are in contact with the first seal portion 21, and some of the second magnetic particles 41 are in contact with the second seal portion 22. In the vicinity of the boundary 50 between the first layer 30 and the second layer 40, the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41 are in contact with each other to electrically connect the first seal portion 21 and the second seal portion 22. A three-dimensional conductive path is formed. The conductive paths formed by the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41 are fixed by the ceramic phases 35 and 45. *
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the connecting portion 20.
  • the first magnetic particles 31 included in the first layer 30 include first particles 32 that are ferrite (soft magnetic material) particles and a first conductive material 33 that covers the first particles 32.
  • the second magnetic particles 41 included in the second layer 40 include second particles 42 that are ferrite (soft magnetic material) particles and a second conductive material 43 that covers the second particles 42. *
  • the first particles 32 and the second particles 42 are made of, for example, a spinel type or garnet type ferrite.
  • As the first particles 32 and the second particles 42 secondary particles obtained by agglomerating a plurality of primary particles of ferrite, primary particles obtained by surface diffusion of ferrite and grain growth, and the like are used. Ferrite blocks or absorbs a frequency band that causes radio noise in the discharge current flowing between the first seal portion 21 and the second seal portion 22 during discharge. *
  • Ferrite for example, Mn X Fe 2-X O 4 , Ni X Fe 2-X O 4, Cu X Fe 2-X O 4, Zn X Fe 2-X O 4, Co X Fe 2-X O 4, Fe X Fe 2-X O 4, Ca X Fe 2-X O 4, Mg X Fe 2-X O 4, Y 3 Fe 5 O 12, Dy 3 Fe 5 O 12, Lu 3 Fe 5 O 12, Yb 3 Fe 5 O 12, Tm 3 Fe 5 O 12, Er 3 Fe 5 O 12, Ho 3 Fe 5 O 12, Tb 3 Fe 5 O 12, Gd 3 Fe 5 O 12, Sm 3 Fe 5 O 12 , etc.
  • fractional ferrite examples thereof include composite ferrites such as (Mn 1-X Zn X ) Fe 2 O 4 and (Ni 1-X Zn X ) Fe 2 O 4 in which these unitary ferrites are solid-solved with each other at an arbitrary ratio.
  • composite ferrites such as (Mn 1-X Zn X ) Fe 2 O 4 and (Ni 1-X Zn X ) Fe 2 O 4 in which these unitary ferrites are solid-solved with each other at an arbitrary ratio.
  • One or more of these ferrites can be appropriately selected and used.
  • the average particle diameter of the first particle 32 and the second particle 42 is an average diameter of a sphere calculated using a projected area obtained by binarizing an SEM image (acceleration voltage 15 kV) by image processing.
  • the first conductive material 33 is a conductor that covers the surfaces of the first particles 32
  • the second conductive material 43 is a conductor that covers the surfaces of the second particles 42.
  • the first conductive material 33 and the second conductive material 43 are made of, for example, a metal such as Ni, Cu, Sn, Fe, Inconel (INCONEL is a registered trademark), or a conductive or semiconductive material such as LaMnO 3 , SrTiO 3 , SrCrO 3. Composite oxides, carbon, carbon compounds such as Cr 3 C 2 , and TiC are used. One or more of these conductive materials can be appropriately selected and used.
  • the conductors of the first conductive material 33 and the second conductive material 43 may be the same type or different types.
  • the particles of the first conductive material 33 and the second conductive material 43 are mixed and stirred together with the first particles 32 and the second particles 42 to mechanically adhere to the surfaces of the first particles 32 and the second particles 42.
  • the particles of the first conductive material 33 and the second conductive material 43 are attached to the surfaces of the first particles 32 and the second particles 42 using a binder or the like, or by electroless plating.
  • a means for causing the second conductive material 43 to precipitate on the surfaces of the first particles 32 and the second particles 42 can be mentioned.
  • the first magnetic particle 31 and the second magnetic particle 41 are electrically conductive layer portions where the first conductive material 33 and the second conductive material 43 are in contact with each other between the adjacent first magnetic particle 31 and the second magnetic particle 41. 34 and 44 are formed.
  • the conductive layer portions 34 and 44 are configured such that the first conductive material 33 and the second conductive material 43 are simply in contact, the first conductive material 33 and the second conductive material 43 are fused, and the like. Any form of forming a conductive path is included.
  • the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41 are connected by the conductive layer portions 34 and 44, and a three-dimensional conductive path that electrically connects the first seal portion 21 and the second seal portion 22 is the first layer 30. And formed in the second layer 40. *
  • the discharge current flowing through the first layer 30 and the second layer 40 during the discharge causes the first conductive material 33, the second conductive material 43, and the conductive layer portions 34 and 44 of the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41 to flow. Pass through.
  • the current in the frequency band that causes radio noise is the ferrite constituting the first particles 32 and the second particles 42. It is blocked or absorbed by the impedance and magnetic loss. As a result, radio noise can be suppressed.
  • the ferrite of the second particles 42 one having a Curie temperature lower than the Curie temperature of the ferrite of the first particles 32 is selected.
  • the ferrite gradually decreases in magnetization as the temperature rises, and loses magnetism at the Curie temperature.
  • ferrite having a lower Curie temperature has a higher noise attenuation effect.
  • the temperature of the connecting portion 20 during operation of the spark plug 10 attached to the internal combustion engine 60 is lower at the rear end side than at the front end side of the connecting portion 20 away from the internal combustion engine 60.
  • the second particle 42 is arranged in the second layer 40, so that the noise attenuation effect can be obtained as compared with the case where the first particle 32 having a higher Curie temperature than the second particle 42 is arranged in the second layer 40. Can be improved. Furthermore, since the first particles 32 having a Curie temperature higher than the Curie temperature of the second particles 42 are arranged in the first layer 30 whose temperature rises higher than that of the second layer 40 when the spark plug 10 is operated, the first magnetism is increased. A noise attenuation effect by the particles 31 is also obtained. Therefore, radio noise can be suppressed by the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41. Specifically, it is preferable that ferrite having a Curie temperature of 300 ° C.
  • the first particles 32 and the second particles 42 are spinel-type ferrites, and the first particles 32 and the second particles 42 are controlled by controlling the atoms entering the A position (8a point), B position (16d point), and 32c point of the lattice points.
  • the characteristics of the second particles 42 can be controlled.
  • Spinel type ferrite represented by the molecular formula of M 2+ Fe 2 3+ O 4 2 ⁇ (M 2+ is a divalent metal ion) has two types of positions A and B in the position where M 2+ and Fe 3+ enter, O 2- enters the 32c point.
  • the M of the ferrite of the first particle 32 and the second particle 42 is one or more of Zn, Cd and one or more of Ni, Mn, Cu, Fe, Mg, Co (hereinafter referred to as “other metal”). ).
  • the ferrite of the first particle 32 and the second particle 42 makes other metals the same. In this state, the ratio (mol%) of the total amount of Zn and Cd in the first particles 32 is less than the ratio (mol%) of the total amount of Zn and Cd in the second particles 42, which is suitable for noise attenuation.
  • the first particles 32 and the second particles 42 can be controlled.
  • the Curie temperature of the first particles 32 is made higher than the Curie temperature of the second particles 42.
  • the noise attenuation effect of the second particles 42 can be improved. That is, the characteristics of the first particles 32 and the second particles 42 can be controlled.
  • the first magnetic particles 31 and the first seal portion 21 included in the first layer 30 are in contact with each other at a plurality of positions 51 and 52.
  • the second magnetic particles 41 and the first magnetic particles 31 included in the second layer 40 are in contact with each other at a plurality of positions 53 and 54.
  • the second magnetic particles 41 and the second seal portion 22 are in contact with each other at a plurality of positions 55 and 56.
  • the shortest length in the axis O direction from the position 51, 52 to the position 55, 56 is the length in the axis O direction from the position 52 to the position 56.
  • This length is the total axial length of the first layer 30 and the second layer 40. This total length is preferably 15 mm or more. This is because the noise attenuation effect by the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41 can be obtained stably.
  • the length in the axis O direction from the position 52 to the positions 53 and 54 is The axial length of the first layer 30 is assumed. This length is preferably 7 mm or more. This is because the noise attenuation effect by the first magnetic particles 31 can be obtained stably.
  • the length in the axis O direction from the position 56 to the positions 53 and 54 is the second layer.
  • the length in the axial direction is 40. This length is preferably 7 mm or more. This is because the noise attenuation effect by the second magnetic particles 41 can be obtained stably.
  • the positions 51 to 56 are obtained from a cross section parallel to the axis O. Since the first magnetic particle 31 and the second magnetic particle 41 form a conductive path that is three-dimensionally connected, a plurality of cross sections with different positions (depths) are formed in the depth direction orthogonal to the axis O, and exist in each cross section. By observing the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41, the positions 51 to 56 can be specified. *
  • the first layer 30 exists on the rear end side with respect to the rear end of the screw portion 18.
  • the rear end of the screw portion 18 is an end portion (neck lower portion) on the seat portion 17 side of the screw portion 18 and is an end of the complete screw portion. Since the metal shell 16 is connected to the internal combustion engine 60 by the screw portion 18, the metal shell 16 dissipates the heat of the insulator 11 during the operation of the spark plug 10 from the screw portion 18 to the internal combustion engine 60. Since the first layer 30 exists on the rear end side with respect to the rear end of the screw portion 18, the temperature of the first layer 30 is higher than that in the case where the first layer 30 exists on the front end side with respect to the rear end of the screw portion 18. Can be lowered. Since a decrease in magnetization of the first particles 32 due to an increase in the temperature of the first particles 32 included in the first layer 30 can be suppressed, the noise attenuation effect by the first magnetic particles 31 can be improved. *
  • the ceramic phases 35 and 45 are portions for fixing the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41 to the first layer 30 and the second layer 40.
  • the ceramic phases 35 and 45 can employ any material as long as strength and insulation at high temperatures can be secured to some extent.
  • SiO 2 , Al 2 O 3 or the like is used for the ceramic phases 35 and 45.
  • crystallized glass such as Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 glass can be used for the ceramic phases 35 and 45.
  • the ceramic phases 35 and 45 preferably include at least one of silicon (Si), boron (B), and phosphorus (P) and at least one of alkali metals and alkaline earth metals. . Since the ceramic phases 35 and 45 can be vitrified by lowering the softening point of the ceramic phases 35 and 45, the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41 can be firmly fixed, and impact resistance can be secured. is there. *
  • the ceramic phases 35 and 45 preferably contain ferrite. This is because, in addition to the noise attenuation effect by the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41, the noise attenuation effect by the ferrite contained in the ceramic phases 35 and 45 can be obtained.
  • the ferrite contained in the ceramic phases 35 and 45 is, for example, Mn X Fe 2 -X O 4 , Ni X Fe 2 -X O 4 , Cu X Fe as in the ferrite constituting the first particles 32 and the second particles 42.
  • ferrite having a Curie temperature of 300 ° C. or higher is disposed in the ceramic phase 35 of the first layer 30, and ferrite having a Curie temperature of 200 ° C. or higher and lower than 300 ° C. is disposed in the ceramic phase 45 of the second layer 40.
  • ferrite having a Curie temperature of 300 ° C. or higher is disposed in the ceramic phase 35 of the first layer 30, and ferrite having a Curie temperature of 200 ° C. or higher and lower than 300 ° C. is disposed in the ceramic phase 45 of the second layer 40.
  • the spark plug 10 is manufactured by the following method, for example. First, the center electrode 14 is inserted into the shaft hole 12 of the insulator 11, and the center electrode 14 is locked by the step portion 13. Next, the raw material powder of the first seal portion 21 is put through the shaft hole 12 and filled around the center electrode 14. The raw material powder of the first seal portion 21 filled in the shaft hole 12 is pre-compressed using a compression rod (not shown). *
  • the raw material powder of the first layer 30 obtained by mixing the raw material powder of the ceramic phase 35 and the first magnetic particles 31 is filled on the formed raw material powder of the first seal portion 21.
  • the first magnetic particles 31 are formed by attaching particles of the first conductive material 33 to secondary particles (first particles 32) in which primary particles of ferrite are aggregated using a binder, or by electroless plating. It is obtained by precipitating the substance 33.
  • the raw material powder of the first layer 30 filled in the shaft hole 12 is pre-compressed using a compression rod (not shown). *
  • the raw material powder of the second layer 40 obtained by mixing the raw material powder of the ceramic phase 45 and the second magnetic particles 41 is filled on the raw material powder of the first layer 30.
  • the second magnetic particles 41 are formed by adhering particles of the second conductive material 43 to secondary particles (second particles 42) in which primary particles of ferrite are aggregated using a binder, or by electroless plating. It is obtained by precipitating the substance 43.
  • the raw material powder of the second layer 40 filled in the shaft hole 12 is pre-compressed using a compression rod (not shown). *
  • the raw material powder of the second seal portion 22 is filled on the raw material powder of the second layer 40.
  • the raw material powder of the second seal portion 22 filled in the shaft hole 12 is pre-compressed using a compression rod (not shown). *
  • the insulator 11 filled with the raw material powder of the first seal part 21, the first layer 30, the second layer 40, and the second seal part 22 in this order is transferred into the furnace, for example, the first seal part 21 and the second seal.
  • the terminal fitting 15 is press-fitted into the shaft hole 12 of the insulator 11, and the raw material powder of the first seal portion 21, the first layer 30, the second layer 40, and the second seal portion 22 is pivoted by the tip of the terminal fitting 15. Compress in the direction.
  • each raw material powder is compressed and sintered, and the first seal portion 21, the first layer 30, the second layer 40, and the second seal portion 22 are formed inside the insulator 11.
  • the insulator 11 is transferred to the outside of the furnace, and the metal shell 16 is assembled to the outer periphery of the insulator 11. After joining the ground electrode 19 to the metal shell 16, the ground electrode 19 is bent so that the tip of the ground electrode 19 faces the center electrode 14 to obtain the spark plug 10.
  • the porosity of the ceramic phases 35 and 45 can be adjusted by the load when the raw material powders of the first layer 30 and the second layer 40 are compressed in the axial direction.
  • the porosity can also be adjusted by changing the temperature at which the first seal part 21 and the second seal part 22 are softened or changing the type of glass component contained in the raw material powder of the ceramic phases 35 and 45.
  • Table 1 shows the first particles 32, the first conductive material 33 (referred to as “first material” in the table), the second particles 42, the second conductive material 43 (shown in the table) of the prepared samples 1 to 28. Is expressed as “second material”), Curie temperature (Tc), axial length and length of each layer, difference in composition of ferrite, inclusions (elements) other than Al 2 O 3 in ceramic phases 35 and 45, and The composition of the ferrite contained in the ceramic phases 35 and 45 is shown.
  • the composition of the first particles 32 and the second particles 42 was calculated and specified by SEM-EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy).
  • the composition of the first conductive material 33 and the second conductive material 43 was specified by EPMA (Electron Probe Micro Analyzer).
  • the first particles 32, the second particles 42, the first conductive material 33, and the second conductive material 43 may contain trace amounts (for example, about 1 ppm) of various impurities mixed in the manufacturing process.
  • the Curie temperatures of the first particles 32 and the second particles 42 were obtained by preparing test pieces having the same composition as the ferrite calculated and identified using SEM-EDS, and measuring them with a VSM (Vibrating Sample Magnetometer). *
  • the axial length and total length of the first layer 30 and the second layer 40 are determined by observing a plurality of polished cross sections of the first layer 30 and the second layer 40 parallel to the axis using an SEM.
  • the positions where the first magnetic particles 31 and the second magnetic particles 41 are in contact with the first seal portion 21 and the second seal portion 22 are three-dimensionally specified, and the axial distances thereof are calculated and obtained.
  • the difference in composition is a value obtained by subtracting the ratio (mol%) of the total amount of Zn and Cd in the first particles 32 from the ratio (mol%) of the total amount of Zn and Cd in the second particles 42.
  • the first particle 32 and the second particle 42 are spinel type ferrite represented by a molecular formula of M 2+ Fe 2 3+ O 4 2 ⁇ (M 2+ is a divalent metal ion), and M is either Zn or Cd or Sample 5 in which any one and one or more of Ni, Mn, Cu, Fe, Mg, Co (other metals) and the other metals of the first particles 32 and the second particles 42 are the same.
  • the compositional difference was calculated for ⁇ 22,28.
  • the inclusions (elements) other than Al 2 O 3 in the ceramic phases 35 and 45 were specified from the raw material powder of the ceramic phases 35 and 45.
  • the inclusion (element) may be specified by analyzing the cross sections of the ceramic phases 35 and 45 using ICP, EPMA, or the like.
  • the ceramic phases 35 and 45 of the samples whose inclusions (elements) are not shown in Table 1 were Al 2 O 3 . In Table 1, only elements corresponding to silicon, boron, phosphorus, alkali metal and alkaline earth metal are shown.
  • the content of alkali metal or alkaline earth metal in the ceramic phases 35 and 45 was in the range of 0.1 to 9 wt%. This content rate is a content rate obtained by converting the amount of alkali metal or alkaline earth metal into an oxide of alkali metal or alkaline earth metal.
  • the ceramic phases 35 and 45 may contain various impurities (for example, about 1 ppm) mixed in the manufacturing process. *
  • the composition of the ferrite contained in the ceramic phases 35 and 45 was specified by SEM-EDS.
  • the content of ferrite in the ceramic phases 35 and 45 was in the range of 5 to 50 wt%.
  • the distance of the spark gap between the center electrode 14 and the ground electrode 19 of each sample was adjusted to 0.9 mm ⁇ 0.01 mm, and a voltage of 25 kV was applied with each sample stored in a 400 ° C. chamber.
  • the test was performed by applying a discharge between the terminal fitting 15 and the metal shell 16. After conducting the test for discharging at a rate of 60 times per second for 100 hours, the level of the discharge current after the test and the level of the discharge current before the test were measured. *
  • the level of the discharge current was measured according to JASO D002-2 (2004) “Automobile-Radio noise characteristics—Part 2: Measuring method of preventer: Current method”. Specifically, the distance of the spark gap between the center electrode 14 and the ground electrode 19 of each sample is adjusted to 0.9 mm ⁇ 0.01 mm, and the voltage within the range of 13 kV to 16 kV is adjusted to the terminal fitting 15 and the metal shell 17. It was applied during the discharge. A current probe is used to measure the current flowing through the terminal fitting 15 during discharge, and the level of the discharge current at 30 MHz, 100 MHz, 250 MHz, and 500 MHz (converted value (unit: dB) with respect to a predetermined reference) is calculated, and the average of the four The value was determined. Moreover, the change rate (%) of the average value after the test with respect to the average value before the test was calculated. Table 2 shows the results. *
  • Sample 1 includes the first layer 30 and the second layer 40, and the Curie temperature of the first particles 32 is higher than the Curie temperature of the second particles 42. -22 are lower in the level of the discharge current than the samples 23-26 that do not have the second layer 40 and the samples 27, 28 in which the Curie temperature of the first particles 32 is lower than the Curie temperature of the second particles 42. I was able to. Since Samples 1 to 22 can reduce the level of the current in the high frequency band that causes radio noise, it is clear that radio noise can be suppressed. *
  • the axial lengths of the first layer 30 and the second layer 40 were each 7 mm or more. In order to reduce the level of the discharge current, it has been confirmed that the axial length of the first layer 30 and the axial length of the second layer 40 are preferably 7 mm or more.
  • Samples 5 to 22 are samples in which spinel ferrite represented by the molecular formula of M 2+ Fe 2 3+ O 4 2 ⁇ (M 2+ is a divalent metal ion) is used for the first particles 32 and the second particles 42. , Zn, and Cd, and one or more of the same metal ions of Ni, Mn, Cu, Fe, Mg, and Co in the first particle 32 and the second particle 42.
  • the ratio of the total amount of Zn and Cd in the second particles 42 (mol%) is subtracted from the ratio of the total amount of Zn and Cd in the first particles 32 (mol%).
  • the Curie temperature of the first particles 32 can be made higher than the Curie temperature of the second particles 42 while the noise attenuation effect of the second particles 42 can be improved.
  • Samples 5 to 22 were able to reduce the level of the discharge current compared to Samples 1 to 4.
  • Samples 15 to 22 containing ferrite in ceramic phases 35 and 45 were able to reduce the level of discharge current compared to samples 1 to 14 not containing ferrite in ceramic phases 35 and 45.
  • the effect of suppressing radio noise can be further improved because the ferrite of the ceramic phases 35 and 45 can further reduce the current level in the high frequency band causing radio noise.
  • samples 19 to 22 in which the total length (shortest length) in the axial direction of the first layer 30 and the second layer 40 was 15 mm or more the level of the discharge current could be further reduced. Therefore, it is clear that samples 19 to 22 can further improve the noise attenuation effect.
  • the length of the first layer 30 in the axial direction and the length of the second layer 40 in the axial direction are each 7 mm or more, so it is presumed that the noise attenuation effect could be secured.
  • samples 12 to 22 containing at least one of Si, B, and P and at least one of alkali metal and alkaline earth metal in ceramic phases 35 and 45 are: It was confirmed that the rate of change was small and the durability was excellent. *
  • the insulator 11 in which the raw material powder of the first seal portion 21, the first layer 30, the second layer 40, and the second seal portion 22 is filled in the shaft hole 12 is used as the furnace.
  • the case where it heats inside was illustrated, it is not necessarily restricted to this.
  • the raw material powder of the first seal portion 21, the fired first layer 30 and second layer 40, and the raw material powder of the second seal portion 22 are sequentially filled into the shaft hole 12 of the insulator 11, and the insulator In a state where 11 is heated in the furnace, the terminal fitting 15 is pressed into the shaft hole 12 to form the connection portion 20.
  • the spark plug 10 in which the ground electrode 19 is opposed to the tip of the center electrode 14 has been described.
  • the structure of the spark plug is not necessarily limited thereto. Examples of other structures of the spark plug include a spark plug in which the ground electrode 19 faces the side surface of the center electrode 14 and a multipolar spark plug in which a plurality of ground electrodes 19 are joined to the metal shell 17.

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Abstract

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。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。

Description

スパークプラグ
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Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２系、ＢａＯ－Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３－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ＭｎＸＦｅ２－ＸＯ４，ＮｉＸＦｅ２－ＸＯ４，ＣｕＸＦｅ２－ＸＯ４，ＺｎＸＦｅ２－ＸＯ４，ＣｏＸＦｅ２－ＸＯ４，ＦｅＸＦｅ２－ＸＯ４，ＣａＸＦｅ２－ＸＯ４，ＭｇＸＦｅ２－ＸＯ４，Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｄｙ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｌｕ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｙｂ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｔｍ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｅｒ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｈｏ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｔｂ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｇｄ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｓｍ３Ｆｅ５Ｏ１２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（Ｍｎ１－ＸＺｎＸ）Ｆｅ２Ｏ４，（Ｎｉ１－ＸＺｎＸ）Ｆｅ２Ｏ４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、ＬａＭｎＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＳｒＣｒＯ３等の導電性または半導性の複合酸化物、炭素、Ｃｒ３Ｃ２，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。Ｍ２＋Ｆｅ２ ３＋Ｏ４ ２－（Ｍ２＋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、Ｍ２＋及びＦｅ３＋の入る位置にＡ位置およびＢ位置の２種類があり、Ｏ２－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、Ｚｎ２＋，Ｃｄ２＋はＡ位置に入り、Ｎｉ２＋，Ｍｎ２＋，Ｃｕ２＋，Ｆｅ２＋，Ｍｇ２＋，Ｃｏ２＋の１種以上からなる他の金属イオンはＢ位置に入る。Ｚｎ２＋，Ｃｄ２＋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、Ｚｎ２＋，Ｃｄ２＋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ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３等が用いられる。また、Ｌｉ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２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ＭｎＸＦｅ２－ＸＯ４，ＮｉＸＦｅ２－ＸＯ４，ＣｕＸＦｅ２－ＸＯ４，ＺｎＸＦｅ２－ＸＯ４，ＣｏＸＦｅ２－ＸＯ４，ＦｅＸＦｅ２－ＸＯ４，ＣａＸＦｅ２－ＸＯ４，ＭｇＸＦｅ２－ＸＯ４，Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｄｙ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｌｕ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｙｂ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｔｍ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｅｒ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｈｏ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｔｂ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｇｄ３Ｆｅ５Ｏ１２，Ｓｍ３Ｆｅ５Ｏ１２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（Ｍｎ１－ＸＺｎＸ）Ｆｅ２Ｏ４，（Ｎｉ１－ＸＺｎＸ）Ｆｅ２Ｏ４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Ａｌ２Ｏ３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。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　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Ｍ２＋Ｆｅ２ ３＋Ｏ４ ２－（Ｍ２＋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Ａｌ２Ｏ３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Ａｌ２Ｏ３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。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　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、Ｍ２＋Ｆｅ２ ３＋Ｏ４ ２－（Ｍ２＋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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JPS5686475A (en) * 1979-12-18 1981-07-14 Ngk Spark Plug Co Ignition plug with ceramic electrode

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