(57)【要約】【課題】スパークプラグの大型化、着火性能の低下、耐久性の低下等を抑えつつ、電雑ノイズを低減する。【解決手段】スパークプラグは、絶縁体と、中心電極と、端子金具と、少なくとも導電性材料およびガラスを含み絶縁体の貫通孔内において中心電極と端子金具との間に配置される第１の抵抗体と、第１の抵抗体の軸線方向の両端に配置された一対の導電性ガラスシール層と、を備える。スパークプラグは、さらに、一対の導電性ガラスシール層のうちの後端側に配置された導電性ガラスシール層の後端側に配置された封着端子と、封着端子の後端側に配置された巻線抵抗器である第２の抵抗体と、第２の抵抗体と端子金具との間に配置されて軸線方向に弾性変形する導電性弾性体と、を備える。第２の抵抗体は、巻線抵抗器における巻線の巻数が３０回以上である。【選択図】図１
2015213011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、
前記絶縁体の先端部から自身の先端部が露出した状態で前記貫通孔内に配置される中心電極と、
前記絶縁体の後端部から自身の後端部が露出した状態で前記貫通孔内に配置される端子金具と、
少なくとも導電性材料およびガラスを含み、前記貫通孔内において前記中心電極と前記端子金具との間に配置される第１の抵抗体と、
前記第１の抵抗体の前記軸線方向の両端に配置された一対の導電性ガラスシール層と、
を備えるスパークプラグであって、さらに、
前記一対の導電性ガラスシール層のうちの後端側に配置された導電性ガラスシール層の後端側に配置された封着端子と、
前記封着端子の後端側に配置された巻線抵抗器である第２の抵抗体と、
前記第２の抵抗体と前記端子金具との間に配置されて前記軸線方向に弾性変形する導電性弾性体と、
を備え、
前記第２の抵抗体は、前記巻線抵抗器における巻線の巻数が３０回以上であることを特徴とする
スパークプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載のスパークプラグであって、
前記第１の抵抗体の前記軸線方向の長さが３ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることを特徴とする
スパークプラグ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスパークプラグであって、
前記巻線抵抗器における前記巻線の巻数が１００回以上であることを特徴とする
スパークプラグ。
【請求項４】
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記巻線抵抗器は、前記巻線を前記軸線方向に貫通する強磁性体によって構成される芯棒を備えることを特徴とする
スパークプラグ。
【請求項５】
請求項４に記載のスパークプラグであって、
前記強磁性体は、酸化鉄を含む強磁性の材料を用いて形成されていることを特徴とする
スパークプラグ。
【請求項６】
請求項１から５のうちのいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記巻線抵抗器の先端部と前記封着端子の後端部の各々は、互いに係合する係合部を備えることを特徴とする
スパークプラグ。
【請求項７】
請求項１から６のうちのいずれか１項に記載のスパークプラグであって、
前記第２の抵抗体は、抵抗値が１ｋΩ以下であることを特徴とする
スパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパークプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の点火用のスパークプラグにおいて、スパークプラグの外部の機器に輻射される電波雑音（以下、電雑ノイズとも呼ぶ）を低減するために（電雑性能を向上させるために）、中心電極と端子金具との間に抵抗体が配置された抵抗体入りスパークプラグが広く用いられている。このような抵抗体入りのスパークプラグとしては、例えば、スパークプラグの絶縁体の貫通孔内にガラス質抵抗体組成物粉末を充填して、熱間加圧によって抵抗体を形成したスパークプラグが知られている。また、巻線抵抗器によって抵抗体を形成するスパークプラグ、あるいは、セラミック焼結体によって抵抗体を形成するスパークプラグが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２２８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年スパークプラグの放電電圧が上昇される傾向にあり、このことは電雑ノイズが増加する要因となっている。また、車両の軽量化の要請により、車両の構成材料として、電雑ノイズを除去する性質を有する鉄を含有する材料の使用を抑える傾向にあり、このことも、電雑ノイズが増加する要因となっている。したがって、従来知られるスパークプラグでは電雑性能が不十分となる可能性が生じており、電雑性能のさらなる向上が求められている。
【０００５】
上記したガラス質抵抗体組成物粉末を熱間加圧して抵抗体を形成する構成は、生産性および耐久性に優れており、軸線方向における抵抗体の長さによって抵抗体の抵抗値を確保し、電雑ノイズを低減することができる。しかしながら、電雑性能を向上させるために抵抗体を長くして抵抗値を大きくすることは、スパークプラグの大型化を招き、また、着火性能の低下を引き起こす可能性があるため、採用し難い場合がある。よって、スパークプラグの大型化や着火性能の低下を引き起こすことなく、効果的に電雑ノイズを抑えることが望まれていた。
【０００６】
一方、巻線抵抗器によって抵抗体を形成する場合には、例えば巻線の巻数を増加させても抵抗体の抵抗値を十分に確保することが困難であり、また、巻線の巻数の増加は、巻線抵抗器の耐久性の低下を招くために採用し難い場合がある。さらに、巻線抵抗器やセラミック焼結体によって抵抗体を形成する場合には、スパークプラグの絶縁体の内壁面と抵抗体との間の密着性を十分に確保することが困難となり易い。絶縁体の内壁面と抵抗体との間の密着性が不十分であれば、スパークプラグの点火時に、絶縁体の内壁面に沿って短絡が生じてスパークプラグにおいて失火が起こる可能性がある。そのため、スパークプラグの耐久性や着火性能の低下を抑えつつ、電雑ノイズを抑制することが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００８】
（１）本発明の一形態によれば、軸線方向に延びる貫通孔を有する絶縁体と、前記絶縁体の先端部から自身の先端部が露出した状態で前記貫通孔内に配置される中心電極と、前記絶縁体の後端部から自身の後端部が露出した状態で前記貫通孔内に配置される端子金具と、少なくとも導電性材料およびガラスを含み、前記貫通孔内において前記中心電極と前記端子金具との間に配置される第１の抵抗体と、前記第１の抵抗体の前記軸線方向の両端に配置された一対の導電性ガラスシール層と、を備えるスパークプラグが提供される。このスパークプラグは、さらに、前記一対の導電性ガラスシール層のうちの後端側に配置された導電性ガラスシール層の後端側に配置された封着端子と；前記封着端子の後端側に配置された巻線抵抗器である第２の抵抗体と；前記第２の抵抗体と前記端子金具との間に配置されて前記軸線方向に弾性変形する導電性弾性体と；を備え、前記第２の抵抗体は、前記巻線抵抗器における巻線の巻数が３０回以上である。
この形態のスパークプラグによれば、導電性材料およびガラスを含む第１の抵抗体と巻線抵抗器である第２の抵抗体とを備えることで、スパークプラグの大型化、着火性能の低下、あるいは耐久性の低下を抑えつつ、電雑ノイズを低減することができる。
【０００９】
（２）上記形態のスパークプラグにおいて、前記第１の抵抗体の前記軸線方向の長さが３ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることとしてもよい。この形態のスパークプラグによれば、電雑ノイズを低減する効果をより高めると共に、スパークプラグの耐衝撃性を高める効果を得ることができる。
【００１０】
（３）上記形態のスパークプラグにおいて、前記巻線抵抗器における前記巻線の巻数が１００回以上であることとしてもよい。このような形態によれば、第２の抵抗体が強磁性体の芯棒を備えない場合であっても、電雑ノイズを低減する効果を大きくすることができる。
【００１１】
（４）上記形態のスパークプラグにおいて、前記巻線抵抗器は、前記巻線を前記軸線方向に貫通する強磁性体によって構成される芯棒を備えることとしてもよい。このような形態によれば、第２の抵抗体においてインダクタンス成分を大きく確保し易くなり、電雑ノイズを低減する効果を高めることができる。
【００１２】
（５）上記形態のスパークプラグにおいて、前記強磁性体は、酸化鉄を含む強磁性の材料を用いて形成されていることとしてもよい。このような形態によれば、電雑ノイズを低減する効果をより高めることができる。
【００１３】
（６）上記形態のスパークプラグにおいて、前記巻線抵抗器の先端部と前記封着端子の後端部の各々は、互いに係合する係合部を備えることとしてもよい。このような形態によれば、スパークプラグの耐衝撃性をより向上させることができる。
【００１４】
（７）上記形態のスパークプラグにおいて、前記第２の抵抗体は、抵抗値が１ｋΩ以下であることとしてもよい。このような形態によれば、スパークプラグの耐久性をより向上させることができる。
【００１５】
本発明は、スパークプラグ以外の種々の態様で形態することが可能である。例えば、スパークプラグが装着された内燃機関や、かかる内燃機関を備えた車両等の形態で実現することができる。また、例えば、スパークプラグの製造方法の形態で実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】スパークプラグの概略構成を表わす断面模式図である。
【図２】スパークプラグの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】変形例のスパークプラグの構成の概略を示す説明図である。
【図４】抵抗体に係る条件と評価結果をまとめて示す説明図である。
【図５】抵抗体に係る条件と評価結果をまとめて示す説明図である。
【図６】抵抗体に係る条件と評価結果をまとめて示す説明図である。
【図７】抵抗体に係る条件と評価結果をまとめて示す説明図である。
【図８】抵抗体に係る条件と評価結果をまとめて示す説明図である。
【図９】抵抗体に係る条件と評価結果をまとめて示す説明図である。
【図１０】スパークプラグの概略構成を表わす断面模式図である。
【図１１】スパークプラグの概略構成を表わす断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
Ａ．スパークプラグの構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのスパークプラグ１００の概略構成を表わす断面模式図である。スパークプラグ１００は、図１に示すように、軸線Ｏに沿って伸長する細長形状を有している。以下の説明では、軸線Ｏに平行な方向において、図１の下方側を先端側と呼び、図１の上方側を後端側と呼ぶ。
【００１８】
スパークプラグ１００は、主体金具１と、絶縁碍子２と、中心電極３と、接地電極４と、端子金具１３とを備える。
【００１９】
絶縁碍子２は、アルミナ等のセラミック焼結体により構成され、軸線Ｏに沿って貫通孔６が形成された絶縁体である。貫通孔６の後端部側には端子金具１３の一部が挿入及び固定され、先端部側には中心電極３が挿入及び固定されている。貫通孔６内において、中心電極３と端子金具１３との間には、導電性ガラスシール層１６、第１の抵抗体１５、導電性ガラスシール層１７、封着端子２０、第２の抵抗体２２、および導電性弾性体２４が、先端側から後端側に向かってこの順序で配置されている。これらの各部を介して、中心電極３と端子金具１３とは電気的に接続されている。中心電極３と端子金具１３の間に配置された各抵抗体等の詳しい構成については後述する。
【００２０】
主体金具１は、端子金具１３から離間して、絶縁碍子２の後端側の部分を包囲して保持する略円筒状の金具である。本実施形態では、主体金具１は、低炭素鋼により形成されており、全体にニッケルめっきや亜鉛めっき等のめっき処理を施した部材とすることができる。主体金具１は、工具係合部５１と、取付ネジ部５２と、ガスケット受け部５４とを備える。主体金具１の工具係合部５１は、スパークプラグ１００をエンジンヘッドに取り付ける工具（図示せず）が嵌合する。主体金具１の取付ネジ部５２は、エンジンヘッドの取付ネジ孔に螺合するネジ山を有する。主体金具１のガスケット受け部５４は、取付ネジ部５２の後端側において、取付ネジ部５２よりも径方向の外周側に張り出して、鍔状に形成されている。ガスケット受け部５４の先端側端部には、図示しない円環状部材であるガスケットが嵌挿されて、このガスケットによって、スパークプラグ１００のガスケット受け部５４とエンジンヘッドとの間のシール性が確保される。主体金具１の先端の開口部からは、絶縁碍子２および中心電極３の先端部が突出している。
【００２１】
主体金具１の工具係合部５１より後端側には薄肉の加締部５３が設けられている。また、ガスケット受け部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の圧縮変形部５８が設けられている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具１の内周面と絶縁碍子２の外周面との間には、円環状のリング部材７，８が介在されており、さらに両リング部材７，８間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。スパークプラグ１００の製造時には、加締部５３を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５８を圧縮変形させる加締加工を行なう。加締加工を行なうことで、リング部材７，８およびタルク９を介し、絶縁碍子２が主体金具１内で先端側に向け押圧される。
【００２２】
中心電極３は、先端に発火部３１が形成された棒状の部材であり、発火部３１が露出した状態で貫通孔６に配置されている。本実施形態の中心電極３は、ニッケルを主成分とするニッケル合金から成る電極母材の内部に、銅または銅を主成分する合金から成る芯材を埋設して形成されている。
【００２３】
接地電極４は、棒状の部材であり、その基端は、主体金具１の先端面に溶接されている。接地電極４の先端側は、軸線Ｏと交差する方向に屈曲されており、接地電極４の先端部の側面３２が、中心電極３の先端の発火部３１と軸線Ｏ上で対向している。側面３２と発火部３１との間の隙間は、火花ギャップである。端子金具１３に２万〜３万ボルトの高電圧が印加されると、上記火花ギャップに火花が発生する。
【００２４】
Ｂ．絶縁碍子内の構造：
既述したように、絶縁碍子２の貫通孔６内において、中心電極３と端子金具１３との間には、導電性ガラスシール層１６、第１の抵抗体１５、導電性ガラスシール層１７、封着端子２０、第２の抵抗体２２、および導電性弾性体２４が配置されている。本実施形態では、第１の抵抗体１５および第２の抵抗体２２を設けることにより、火花放電時の電波雑音（電雑ノイズ）の発生を抑制している。
【００２５】
導電性弾性体２４は、軸線方向に弾性変形する導電性部材によって構成され、貫通孔６内に配置される各部材の軸線方向の長さのバラツキを吸収すると共に、軸線方向の衝撃を吸収し、スパークプラグ１００の耐衝撃性を向上させる働きを有する。導電性弾性体２４は、例えばバネとすることができ、本実施形態ではコイルバネによって導電性弾性体２４を形成している。
【００２６】
導電性ガラスシール層１６，１７は、貫通孔６内における気密を確保するための構造であり、導電性材料とガラスとの混合物によって形成されている。導電性材料は、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、およびスズ（Ｓｎ）等から選択される１種以上の金属を主体とする材料とすることができる。ガラスは、例えばＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ−ＢａＯ系、ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ系、およびＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ−ＢａＯ系等から選択される１種以上の酸化物を主体とする。さらに、導電性ガラスシール層１６，１７は、ＴｉＯ２等の半導体性材料や、絶縁性材料を含有していてもよい。
【００２７】
第１の抵抗体１５は、骨材と導電性材料とを構成材料として備える。骨材は、少なくともガラスを含み、さらに、例えばセラミック材料を含んでいてもよい。
【００２８】
導電性材料としては、例えば、金属材料、および非金属材料から選択される１種以上の材料から成る粉末を用いることができる。金属材料としては、亜鉛、アンチモン、スズ、銀、およびニッケルが挙げられる。非金属材料としては、例えば、カーボンブラックおよびグラファイトなどのカーボン材料、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステンおよび炭化ジルコニウムが挙げられる。
【００２９】
ガラスとしては、例えば、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ−ＢａＯ系、ＳｉＯ２−ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ系、およびＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ−ＢａＯ系等から選択される１種以上の酸化物を主体とするガラス材料を挙げることができる。
【００３０】
セラミック材料としては、例えば、アルミナ、窒化ケイ素、ムライトおよびステアタイト等から選択される１種以上の絶縁性セラミック材料や、酸化スズなどの半導体酸化物を挙げることができる。
【００３１】
第１の抵抗体１５の軸線方向の長さは、３ｍｍ以上であることが好ましい。このようにすることで、第１の抵抗体１５内において絶縁性材料によって構成される部分を電流が流れることを抑え、電雑ノイズを抑える働き（電雑性能とも呼ぶ）を高めることができる。
【００３２】
また、第１の抵抗体１５の軸線方向長さは、１２ｍｍ以下が好ましく８ｍｍ以下がさらに好ましい。第１の抵抗体１５は後述するように、粉末状の材料を貫通孔６内に充填して圧縮することにより形成するが、第１の抵抗体１５の長さを長くするほど第１の抵抗体１５の長さがばらつきやすくなる。第１の抵抗体１５の長さがばらつくことにより第１の抵抗体１５の長さがより長くなると、貫通孔６内において導電性弾性体２４が圧縮される程度が大きくなる。その結果、導電性弾性体２４が衝撃を吸収する働きが弱まり、スパークプラグ１００の耐衝撃性が低下し易くなる。また、第１の抵抗体１５の長さがばらつくことにより第１の抵抗体１５の長さがより短くなると、導電性弾性体２４が圧縮される程度が小さくなって、導電性弾性体２４の軸線方向長さが長くなる。その結果、導電性弾性体２４が振動負荷に対して曲がりやすくなり、第２の抵抗体２２および端子金具１３と導電性弾性体２４との間の接触不良が生じやすくなり、スパークプラグ１００の耐衝撃性が低下する可能性がある。そのため、第１の抵抗体１５の軸線方向長さの上限は、上記した値とすることが望ましい。
【００３３】
なお、第１の抵抗体１５の軸線方向長さとは、スパークプラグ１００の軸線Ｏを通過する断面において、第１の抵抗体１５と導電性ガラスシール層１６の界面の最上点（最も後端側の位置）と、第１の抵抗体１５と導電性ガラスシール層１７の界面の最下点（最も先端側の位置）との間の、軸線方向の距離をいう。
【００３４】
封着端子２０は、略円柱形状の金属製部材である。スパークプラグ１００の製造時には、貫通孔６内に、導電性ガラスシール層１６，１７および第１の抵抗体１５を構成する材料粉末を充填し、さらに封着端子２０を配置して、封着端子２０側から先端側へと軸線方向に加圧し、加熱する。このように、封着端子は、圧力を導電性ガラスシール層１６にまで伝えて、導電性ガラスシール層１６，１７および第１の抵抗体１５の密度を高め、スパークプラグ１００の耐久性を高めるための部材である。上記加圧および加熱時に封着端子２０と導電性ガラスシール層１７とが密着することで、封着端子２０と導電性ガラスシール層１７との抵抗を抑え、スパークプラグ１００内の抵抗値が所望の値よりも大きくなることを抑えている。
【００３５】
第２の抵抗体２２は巻線抵抗器であり、略円柱形状の芯棒と、この芯棒の表面に螺旋状に配置された巻線とを備えている。すなわち、第２の抵抗器２２では、巻線が芯棒によって軸線方向に貫通されている。本実施形態では、第２の抵抗体２２を設けることによってインダクタンス成分を確保して、スパークプラグ１００の電雑性能を高めている。第２の抵抗体２２の巻線の巻数は、３０回以上とすればよく、これにより、電雑ノイズを効果的に抑えることが可能になる。巻線の巻数を多くするほどインダクタンス成分は大きくなるが、巻数を多くしようとすると巻線を細くする必要が生じて、断線などが起こりやすくなる。そのため、巻数を大きくし過ぎると、第２の抵抗体２２の耐衝撃性および耐久性が低下する可能性がある。したがって、巻線の上限は、例えば５５０回以下とすればよい。なお、本実施形態において巻線の巻数とは、始点から終点へと旋回しながら延びる巻線において、上記始点と軸線方向に重なる位置に達する回数をいう。
【００３６】
第２の抵抗体２２において、巻線の断線を抑えて耐衝撃性および耐久性を確保するためには、巻線の線径は２μｍ以上とすることが好ましく、３μｍ以上とすることがより好ましく、５μｍ以上とすることがさらに好ましい。巻線の線径の上限としては、第２の抵抗体２２を大型化し過ぎることなく必要な巻数を確保するために、例えば５０μｍ以下とすればよく、４０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３７】
第２の抵抗体２２において巻線の巻数および巻線の線径を上記の望ましい範囲で確保するためには、第２の抵抗体２２の軸線方向長さは３ｍｍ以上とすることが好ましく、５ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。第２の抵抗体２２の軸線方向長さの上限に特に制限はないが、スパークプラグ１００の大型化を抑えるために、例えば１５ｍｍ以下とすればよく、１０ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、第２抵抗体２２の軸線方向長さとは、芯棒上に配置された巻線の最下点（最も先端側の位置）と最上点（最も後端側の位置）との間の、軸線方向の距離をいう。
【００３８】
第２の抵抗体２２の芯棒の外径は、１．５ｍｍ以上が好ましく、２．０ｍｍ以上がより好ましい。芯棒の外径をより大きくすることで、より容易にインダクタンス成分を確保することが可能になる。ただし、芯棒の外径が大きくなると、第２の抵抗体２２が貫通孔６の中に収まり難くなる。そのため、芯棒の外径は、芯棒に巻線を巻き付けた第２の抵抗体２２を、貫通孔６内に配置できる範囲であればよい。
【００３９】
第２の抵抗体２２の芯棒は、強磁性体によって構成することができる。これにより、第２の抵抗体２２における巻線の巻数をより少なくしても第２の抵抗体２２のインダクタンス成分を確保して、電雑性能を高めることが可能になる。強磁性体とは、物質中の隣接するスピンが同一の方向を向いて平行に整列し、自発磁化を有する磁性材料を指す。強磁性体としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、および酸化鉄を含む強磁性の材料（フェライト等のセラミック材料）を挙げることができる。芯棒の材料としては、中でもマンガン亜鉛（Ｍｎ−Ｚｎ）フェライト、ニッケル亜鉛（Ｎｉ−Ｚｎ）フェライト、および銅亜鉛（Ｃｕ−Ｚｎ）フェライトが好ましく、特に、Ｍｎ−ＺｎフェライトおよびＮｉ−Ｚｎフェライトが好ましい。
【００４０】
第２の抵抗体２２の芯棒を強磁性体以外の材料によって構成する場合には、第２の抵抗体２２のインダクタンス成分をより十分に確保するために、巻線の巻数を、例えば１００回以上とすることが好ましい。
【００４１】
第２の抵抗体２２の抵抗値は、１ｋΩ以下とすることが好ましく、５００Ω以下とすることがより好ましく、１００Ω以下とすることがさらに好ましい。このように第２の抵抗体２２の抵抗値を抑えることにより、第２の抵抗体２２の発熱に起因する巻線の変質や断線を抑えることができ、また、隣り合う巻線間での電流の貫通を抑えることができるため、スパークプラグ１００の耐久性を向上させることができる。なお、ここでいう抵抗値は、２０℃換算の値である。
【００４２】
Ｃ．スパークプラグの製造方法：
図２は、本実施形態のスパークプラグ１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。スパークプラグ１００を製造する際には、まず、第１の抵抗体１５の基材を作製する（ステップＳ１００）。第１の抵抗体１５の基材の作製では、まず、第１の抵抗体１５を構成するガラス以外の材料を粉末状で用意して混合する。混合は、例えば、湿式ボールミルによる混合の後に、高速剪断ミキサーによる混合を行なうことで、各材料を十分に分散させることができる。ここでは、既述した導電性材料およびガラス等の他に、さらにバインダを加えている。バインダとしては、例えば、 ポリカルボン酸等の有機バインダを用いることができる。その後、スプレードライ法により造粒して、さらに粉末状のガラスおよび水を加えて混合して乾燥させ、第１の抵抗体１５の基材を得る。
【００４３】
第１の抵抗体１５の基材の作製が完了すると、絶縁碍子２の貫通孔６に中心電極３を挿入する（ステップＳ１１０）。その後、導電性ガラスシール層１６を構成するための導電性材料とガラスとを含む混合物の粉末（以下、導電性ガラス粉末とも呼ぶ）を、後端側から貫通孔６に充填して圧縮する（ステップＳ１２０）。かかる圧縮は、例えば、貫通孔６に棒状の冶具を挿入し、充填した導電性ガラス粉末を先端側に押圧することにより実現できる。ステップＳ１２０により形成される導電性ガラス粉末の層は、後述する加熱工程を経て、導電性ガラスシール層１６となる。
【００４４】
次に、ステップＳ１００で作製された第１の抵抗体１５の基材（粉体）を、後端側から貫通孔６に充填して圧縮し（ステップＳ１３０）、さらに導電性ガラス粉末を、後端側から貫通孔６に充填して圧縮する（ステップＳ１４０）。ステップＳ１３０により形成される粉末の層は、後述する加熱工程を経て、第１の抵抗体１５となる。同様に、ステップＳ１４０により形成される粉末の層は、後述する加熱工程を経て、導電性ガラスシール層１７となる。
【００４５】
なお、ステップＳ１４０において用いられる導電性ガラス粉末としては、ステップＳ１２０で用いた導電性ガラス粉末と同じ粉末を用いることができる。また、ステップＳ１３０，Ｓ１４０における圧縮方法は、ステップＳ１２０における圧縮方法と同じ方法を採用することができる。ステップＳ１３０において、貫通孔６内に充填する第１の抵抗体１５の基材の量を調整することにより、第１の抵抗体１５の軸線方向長さを調節することができる。
【００４６】
その後、後端側から貫通孔６内にさらに封着端子２０を挿入して、封着端子２０によって、導電性ガラスシール層１６，１７となる導電性ガラス粉末の層および第１の抵抗体１５の基材の層を先端側に向かって押圧する（ステップＳ１５０）。そして、絶縁碍子２全体を加熱炉内に配置して７００〜９５０℃の所定温度に加熱して（ステップＳ１６０）、各層のガラス成分を溶融させて、貫通孔６内をシールする。
【００４７】
上記加熱工程の後、後端側から貫通孔６内にさらに第２の抵抗体２２および導電性弾性体２４をこの順序で挿入する（ステップＳ１７０）。そして、絶縁碍子２の後端部に端子金具１３を装着し（ステップＳ１８０）、さらに主体金具１および接地電極４等を組み付けて（ステップＳ１９０）、スパークプラグ１００を完成する。
【００４８】
以上のように構成された本実施形態のスパークプラグ１００によれば、抵抗体として、導電性材料とガラスとの混合物から成る第１の抵抗体１５と共に、巻線抵抗器である第２の抵抗体２２を備えている。そのため、スパークプラグ１００において、抵抗値は第１の抵抗体１５で確保すると共に、インダクタンス成分は第２の抵抗体２２で確保することによって、電雑ノイズを低減する効果を高めることができる。
【００４９】
このように、スパークプラグにおいて抵抗値だけでなくインダクタンス成分を十分に確保することにより電雑性能を効果的に高めることができることは、本願発明者らによる新たな知見である。一般的に、スパークプラグが備える抵抗体の抵抗値を大きくする、すなわち、抵抗体の軸線方向長さを長くすることにより、抵抗体のキャパシタンス成分が小さくなるため、電雑性能は向上する傾向にある。しかしながら抵抗値を大きくし過ぎると、スパークプラグの大型化、着火性能の低下、火花放電のためにより高い電圧が必要になる、等の問題が生じ得る。
【００５０】
また、特に導電性材料とガラスとの混合物を圧縮して成る第１の抵抗体１５のみによって抵抗体を構成する場合には、抵抗体の抵抗値を大きくするために第１の抵抗体１５の軸線方向長さを長くすると、第１の抵抗体１５の軸線方向長さのバラツキがより大きくなる。このように第１の抵抗体１５の軸線方向長さがばらついて設計値よりも長くなると、導電性弾性体２４が圧縮される程度が大きくなって、導電性弾性体２４が衝撃を吸収する働きが弱まり、スパークプラグの耐衝撃性が低下し易くなるという不都合を生じ得る。
【００５１】
また、巻線抵抗器である第２の抵抗体２２のみによって抵抗体を構成する場合には、第１の抵抗体１５よりも容易に軸線方向長さの精度を確保することが可能であるが、第２の抵抗体２２の軸線方向長さをある程度確保しても抵抗値が不十分となって、電雑性能が不十分となる場合が生じ得た。さらに、第２の抵抗体２２は、絶縁碍子２の貫通孔６の内壁面との間の密着性を確保し難いため、第２の抵抗体２２のみによって抵抗値を確保しようとすると、フラッシュオーバー（貫通孔６の壁面を介した短絡）が生じ易くなるという問題があった。
【００５２】
本実施形態のように、抵抗値は第１の抵抗体１５で確保すると共にインダクタンス成分は第２の抵抗体２２で確保することにより、抵抗体全体の抵抗値を従来より低く抑えても、電雑性能を十分に高め、抵抗値が過大であることに起因する不都合を抑えることが可能になる。また、第１の抵抗体１５のみによって抵抗体を構成する場合に比べて第１の抵抗体１５の軸線方向長さを抑えることができるため、第１の抵抗体１５の軸線方向長さのバラツキを抑えることができ、これにより、スパークプラグの耐衝撃性を高めることが可能になる。さらに、第１の抵抗体１５は、貫通孔６内でガラスを含む粉体材料を圧縮して加熱することにより形成するため、貫通孔６の内壁面との密着性が高い。そのため、第１の抵抗体１５によって必要な抵抗値を確保しても、フラッシュオーバーを抑えることができる。
【００５３】
特に、本実施形態では、第１の抵抗体１５と共に用いる第２の抵抗体２２の巻数を３０回以上としているため、第２の抵抗体２２におけるインダクタンス成分を十分に大きくして、第１の抵抗体１５で確保すべき抵抗値を抑える効果を高めることができる。
【００５４】
さらに、本実施形態では、第１の抵抗体１５と第２の抵抗体２２とを併用する際に、第１の抵抗体１５を第２の抵抗体２２よりも先端側に配置して、第１の抵抗体１５を形成するための加熱工程の後に第２の抵抗体２２を貫通孔６内に配置している。そのため、製造工程において第２の抵抗体２２が受ける熱を削減して、加熱に起因する第２の抵抗体２２における断線を抑制してスパークプラグ１００の耐久性を高めることができる。その結果、第２の抵抗体２２において、巻線の線径をより細くすることが可能になり、軸線方向の単位長さ当たりの巻線の巻数をより多くすることが可能になり、インダクタンス成分をより大きくすることができる。
【００５５】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５６】
・変形例１（封着端子と第２の抵抗体の接続部の変形）：
図３は、変形例１のスパークプラグの構成の概略を示す説明図である。変形例１のスパークプラグは、封着端子２０と第２の抵抗体２２との接続部分の構成が異なる以外は、実施形態のスパークプラグ１００と同様の構成を有しており、以下の説明では、実施形態のスパークプラグ１００の各部に対応する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。図３では、封着端子２０と第２の抵抗体２２との接続部分のみを拡大して示しており、両者が接合される直前の様子を表わしている。
【００５７】
図３に示すように、変形例１のスパークプラグでは、封着端子２０の後端部には係合部２１が設けられており、第２の抵抗体２２の芯棒の先端部には係合部２３が設けられている。変形例１のスパークプラグを組み立てる際には、封着端子２０の係合部２１と第２の抵抗体２２の係合部２３とが係合される。このように第２の抵抗体２２を封着端子２０に固定することにより、第２の抵抗体２２と封着端子２０との間の接続の信頼性を高めて、スパークプラグの耐衝撃性を高めることができる。
【００５８】
なお、図３では、封着端子２０の係合部２１は凹部であり、第２の抵抗体２２の係合部２３は凸部としたが、異なる構成としてもよい。例えば、係合部２１と係合部２３の凹凸関係を逆にしてもよい。あるいは、封着端子２０と第２の抵抗体２２との固定を、凸部と凹部の嵌め込みにより行なうのではなく、例えばねじ式により行なってもよい。
【００５９】
・変形例２（導電性ガラスシール層の変形）：
上記実施形態では、導電性ガラスシール層１６，１７は、ガラスと導電性材料とを含む材料を粉末状で用意して、混合し、加圧・加熱して形成したが、異なる方法により形成してもよい。導電性ガラスシール層１６，１７において十分なシール性が得られ、既述した第１の抵抗体１５および第２の抵抗体２２を備えるならば、実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。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、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。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。
【実施例】
【００６１】
サンプルとして、抵抗体に係る条件が異なる種々のスパークプラグを作製し、耐久性、電雑性能、および耐衝撃性を評価した結果を以下に説明する。図４〜図９は、各サンプルにおける抵抗体に係る条件と評価結果とをまとめて示す説明図である。
【００６２】
＜耐久性の評価＞
机上火花試験機を用いた加速実験として、３００℃雰囲気中で、製造した各スパークプラグに対して、３００℃雰囲気中で２０ｋＶ、６０Ｈｚにて放電電圧を印加する動作を継続して行ない、抵抗値変化率を測定した。具体的には、放電試験前の抵抗値（Ｒ０）と、放電試験後の抵抗値（Ｒ１）とを測定し、放電試験前後の抵抗値の変化量（Ｒ１−Ｒ０）の、放電試験前の抵抗値に対する割合（（Ｒ１−Ｒ０）／Ｒ０）を求めた。所定時間経過後の抵抗値変化率が小さいほど、また、所定の抵抗値変化率に達するまでの時間が長いほど、スパークプラグの耐久性が優れていると評価できる。なお、上記抵抗値とは２０℃換算の値である。
【００６３】
求めた抵抗値変化率に基づいて、以下のように点数を付与して評価した。
・６時間ごとにスパークプラグの抵抗値を測定しながら、６０時間まで放電試験を行なった。６０時間経過後の抵抗値変化率が±３０％以内を満たせば１０点。
・上記を満たさない場合には、抵抗値変化率が±３０％に達する時間が６時間短くなるにつれて１点ずつ減点。
例えば、放電試験時間が６０時間では抵抗値変化率が±３０％を超えるが、放電試験時間が５４時間では抵抗値変化率が±３０％以内であれば、９点である。また、放電試験時間が６時間で抵抗値変化率が±３０％を超えれば、０点である。
【００６４】
＜電雑性能の評価＞
評価対象となるサンプルとして、条件の異なる種々のスパークプラグを作製する際に、同一条件のスパークプラグの中から、抵抗値がほぼ同一（５±０．３ｋΩ）であるスパークプラグを５本ずつ用意した。次に、各スパークプラグに対してＪＡＳＯ  Ｄ００２−２に準ずる電波雑音評価試験を行ない、同一条件のスパークプラグごとに電波雑音抑制効果の平均値（電雑抑制性能）を求めて、予め基準として定めたスパークプラグにおける電雑抑制性能の値と比較した。より具体的には、１００ＭＨｚの電雑性能を比較した。基準として定めたスパークプラグとは、第２の抵抗体を有さず、抵抗体として第１の抵抗体のみを有すると共に、抵抗値が５ｋΩのスパークプラグである。
【００６５】
電雑抑制性能の比較結果に基づいて、以下のように点数を付与して評価した。
・電雑抑制性能の平均値が、基準のスパークプラグに対して１０ｄＢ以上改善した場合には１０点。
・基準のスパークプラグに対する改善の程度が、９ｄＢ以上１０ｄＢ未満の場合には９点。
・以降は、基準のスパークプラグに対する改善の程度が１ｄＢ小さくなるごとに１点減点とした。
【００６６】
＜耐衝撃性の評価＞
評価対象となるサンプルとして、条件の異なる種々のスパークプラグを作製する際に、同一条件のスパークプラグを１０本ずつ用意した。これらのスパークプラグを用いて、ＪＩＳ  Ｂ  ８０３１（２００６）の７．４項の「耐衝撃試験」に準じて衝程２２ｍｍで毎分４００回の割合で１０分間衝撃を加えた後、各スパークプラグの抵抗値を測定した。そして、同一条件のスパークプラグの中で、抵抗値が異常値であるスパークプラグが何本あるかを調べた。なお、異常値とは、スパークプラグ内で断線が生じていることを表わす値であり、正常値とは桁が全く異なるため容易に識別することができる。
【００６７】
同一条件の１０本のスパークプラグのうち、抵抗値が異常値である本数に基づいて、以下のように点数を付与して評価した。
・１０本のスパークプラグのうち、抵抗値が異常値であるスパークプラグが１本でもあれば０点。
・上記した耐衝撃試験では１本も異常値を示さず、さらに同様の耐衝撃試験を追加で３０分行なった時に、抵抗値が異常値であるスパークプラグが１本でも発生した場合には３点。
・上記した３０分の追加の耐衝撃試験では１本も異常値を示さず、さらに同様の耐衝撃試験を追加で３０分行なった時に、抵抗値が異常値であるスパークプラグが１本でも発生した場合には８点、１０本全てが正常値であれば１０点。
【００６８】
＜サンプル１〜７＞
サンプル１〜５は、図１のスパークプラグ１００と同様の構成を有するスパークプラグであって、第２の抵抗体２２における巻線の巻数が互いに異なっており、その他は、各構成部材の組成および大きさは共通している。第２の抵抗体２２における巻線の巻数は、サンプル１では２０回、サンプル２では３０回、サンプル３では８０回、サンプル４では１００回、サンプル５では４００回とした。各サンプルでは、第２の抵抗体２２は、磁性体ではないアルミナ製の芯棒と、ステンレス製の巻線を備えている。芯棒の外径は２．０ｍｍ、第２の抵抗体２２の抵抗値は５０Ω、巻線の線径は１０μｍ、第２の抵抗体２２の軸線方向長さは１０ｍｍとした。
【００６９】
また、各サンプルでは、第１の抵抗体１５は、導電性材料としてカーボンブラックを含有し、ガラスとしてＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスを含有し、さらにセラミック材料としてＺｒＯ２を含有している。第１の抵抗体１５の軸線方向長さは８．０ｍｍとした。なお、以後に説明する各サンプルにおいても、サンプル１〜５と共通する部分については詳しい説明は省略する。
【００７０】
図１０は、サンプル６であるスパークプラグ２００の構成を表わす断面模式図である。図１０では、図１と共通する部分には同じ参照番号を付している。サンプル６は、第２の抵抗体２２を有しておらず、抵抗体として第１の抵抗体１５のみを有する。
【００７１】
図１１は、サンプル７であるスパークプラグ３００の構成を表わす断面模式図である。図１１では、図１と共通する部分には同じ参照番号を付している。サンプル７は、第１の抵抗体１５を有しておらず、抵抗体として第２の抵抗体２２のみを有する。
【００７２】
図４は、サンプル１〜５について、抵抗体に係る条件と、耐久性、電雑性能、および耐衝撃性についての評価結果をまとめて示す説明図である。サンプル１〜５と、サンプル６あるいはサンプル７との比較により、第１の抵抗体１５と第２の抵抗体２２の双方を備えることにより、電雑性能が大きく高まることが確認された。また、図４に示すように、巻線の巻数を３０回以上とすることで、極めて良好な電雑性能が得られた。これは、巻線の巻数を３０回以上とすることで、インダクタンス成分を十分に確保可能になって、電雑性能が高まったと考えられる。
【００７３】
＜サンプル８〜１０＞
サンプル８〜１０は、図１のスパークプラグ１００と同様の構成を有するスパークプラグであって、第２の抵抗体２２における巻線の巻数を互いに異ならせたサンプルである。サンプル８〜１０は、第２の抵抗体２２の芯棒が強磁性体であるＮｉ−Ｚｎフェライト製である点でサンプル１〜５と異なっている。巻線の巻数は、サンプル８では２０回、サンプル９では３０回、サンプル１０では５０回とした。
【００７４】
図５は、サンプル８〜１０について、抵抗体に係る条件と、耐久性、電雑性能、および耐衝撃性についての評価結果をまとめて示す説明図である。図５に示すように、芯棒が強磁性体の場合であっても、巻線の巻数を３０回以上とすることで、電雑性能が大きく向上した。
【００７５】
＜サンプル１１〜１３＞
サンプル１１〜１３は、図１のスパークプラグ１００と同様の構成を有するスパークプラグであって、第２の抵抗体２２における巻線の線径および第２の抵抗体２２の軸線方向長さを互いに異ならせたサンプルである。第２の抵抗体２２の軸線方向長さは、サンプル１１が３ｍｍ、サンプル１２が５ｍｍ、サンプル１３が１０ｍｍである。また、巻線の線径は、サンプル１１が１μｍ、サンプル１２が５μｍ、サンプル１３が１０μｍである。これらサンプル１１〜１３では、第２の抵抗体２２の芯棒は、サンプル８〜１０と同様の強磁性体とした。なお、サンプル１３は、図５に示したサンプル９と同じである。サンプル１１〜１３では、第２の抵抗体２２の軸線方向長さが互いに異なることに対応して、封着端子２０の軸線方向長さも互いに異ならせた。
【００７６】
図６は、サンプル１１〜１３について、抵抗体に係る条件と、耐久性、電雑性能、および耐衝撃性についての評価結果をまとめて示す説明図である。図６に示すように、第２の抵抗体２２の軸線方向長さを５ｍｍ以上とすることで、極めて良好な耐衝撃性が得られた。これは、第２の抵抗体２２の軸線方向長さを５ｍｍ以上にすることで、巻線の線径をより太くしても所望の巻数を確保することが可能になるためと考えられる。
【００７７】
＜サンプル１４〜１６＞
サンプル１４〜１６は、図１のスパークプラグ１００と同様の構成を有するスパークプラグであって、第２の抵抗体２２における芯棒の外径を互いに異ならせたサンプルである。芯棒の外径は、サンプル１４が１．２ｍｍ、サンプル１５が１．５ｍｍ、サンプル１６が２．０ｍｍである。これらサンプル１４〜１６では、第２の抵抗体２２の芯棒は、サンプル８〜１０と同様の強磁性体とした。なお、サンプル１６は、図５に示したサンプル１０と同じである。
【００７８】
図７は、サンプル１４〜１６について、抵抗体に係る条件と、耐久性、電雑性能、および耐衝撃性についての評価結果をまとめて示す説明図である。図７に示すように、芯棒の外径を１．５ｍｍ以上とすることで、極めて良好な電雑性能が得られた。これは、芯棒の外径を１．５ｍｍ以上とすることで、インダクタンス成分がより大きく確保されたためと考えられる。
【００７９】
＜サンプル１７〜２１＞
サンプル１７〜２１は、図１のスパークプラグ１００と同様の構成を有するスパークプラグであって、第２の抵抗体２２における抵抗値（２０℃換算）を互いに異ならせたサンプルである。第２の抵抗体２２の抵抗値は、サンプル１７が２０００Ω、サンプル１８が１０００Ω、サンプル１９が１００Ω、サンプル２０が５０Ω、サンプル２１が１０Ωである。これらのサンプルは、巻線の材料および巻線の線径によって第２の抵抗体２２の抵抗値を調節している。サンプル１７およびサンプル１８は、タングステン合金製の巻線を用いている。また、サンプル１９〜２１は、ステンレス製の巻線を用いている。巻線の線径は、サンプル１７が２０μｍ、サンプル１８が２８μｍ、サンプル１９が７μｍ、サンプル２１が１０μｍ、サンプル２１が２２μｍである。これらサンプル１７〜２１では、第２の抵抗体２２の芯棒は、サンプル８〜１０と同様の強磁性体とした。なお、サンプル２０は、図５に示したサンプル１０と同じである。
【００８０】
図８は、サンプル１７〜２１について、抵抗体に係る条件と、耐久性、電雑性能、および耐衝撃性についての評価結果をまとめて示す説明図である。図８に示すように、第２の抵抗体２２の抵抗値を１０００Ω（１ｋΩ）以下とすることで、極めて良好な耐久性が得られた。これは、第２の抵抗体２２の抵抗値を１ｋΩ以下とすることで、第２の抵抗体２２の発熱に起因する巻線の変質や断線を抑えることができ、また、隣り合う巻線間での電流の貫通を抑えることができたためと考えられる。
【００８１】
＜サンプル２２〜２６＞
サンプル２２〜２６は、図１のスパークプラグ１００と同様の構成を有するスパークプラグであって、第１の抵抗体１５の軸線方向長さを互いに異ならせたサンプルである。第１の抵抗体１５の軸線方向長さは、サンプル２２が２．８ｍｍ、サンプル２３が３．０ｍｍ、サンプル２４が８．０ｍｍ、サンプル２５が１２．０ｍｍ、サンプル２６が１３．０ｍｍである。これらサンプル２２〜２６では、第２の抵抗体２２の芯棒は、サンプル８〜１０と同様の強磁性体とした。サンプル２４は、図５に示したサンプル１０と同じである。サンプル２２〜２６では、第１の抵抗体１５の軸線方向長さが互いに異なることに対応して、封着端子２０の軸線方向長さも互いに異ならせた。なお、サンプル２２〜２６を作製する際には、製造時に用いる第１の抵抗体１５の基材（粉体）の量と、得られる第１の抵抗体１５の軸線方向長さとの関係を予め調べておき、所望の長さの第１の抵抗体１５を形成するために要する量の基材を貫通孔６内に充填した。
【００８２】
図９は、サンプル２２〜２６について、抵抗体に係る条件と、耐久性、電雑性能、および耐衝撃性についての評価結果をまとめて示す説明図である。図９に示すように、第１の抵抗体１５の軸線方向長さを３ｍｍ以上とすることで、極めて良好な電雑性能が得られた。これは、第１の抵抗体１５の軸線方向長さを３ｍｍ以上とすることで、第１の抵抗体１５内における絶縁性材料によって構成される部分を電流が流れることを抑えたためと考えられる。また、図９に示すように、第１の抵抗体１５の軸線方向長さを１２ｍｍ以下とすることで、極めて良好な耐衝撃性が得られた。
【符号の説明】
【００８３】
１…主体金具
２…絶縁碍子
３…中心電極
４…接地電極
６…貫通孔
７…リング部材
９…タルク
１３…端子金具
１５…第１の抵抗体
１６，１７…導電性ガラスシール層
２０…封着端子
２１…係合部
２２…第２の抵抗体
２３…係合部
２４…導電性弾性体
３１…発火部
３２…側面
５１…工具係合部
５２…取付ネジ部
５３…加締部
５４…ガスケット受け部
５８…圧縮変形部
１００，２００，３００…スパークプラグ
Ｏ…軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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