(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の絶縁碍子と、
前記絶縁碍子の前記軸孔の先端側で保持される中心電極と、
前記絶縁碍子の前記軸孔の後端側で保持される接続端子と、
前記軸孔内に配置され、ガラス成分と金属成分とを含んだガラスシール材料から構成される、前記軸孔の軸線方向を積層方向として積層配置されたシール層であって、前記中心電極に接触して配置される第１シール層、および前記接続端子に接触して配置される第２シール層を有してなるシール層と、
を備えたスパークプラグであって、
前記第１シール層に含有される金属成分の含有量が、５３重量％以上７０重量％以下であり、
前記第２シール層に含有される金属成分の含有量が、３０重量％以上５２重量％以下であり、
前記シール層を構成するガラス成分の軟化点よりも高い温度において、第２シール層を構成するガラスシール材料は第１シール層を構成するガラスシール材料よりも流動性に優れたものであることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記シール層を構成するガラス成分の軟化点よりも高い温度において、前記第２シール層の粘度が前記第１シール層の粘度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記第２シール層を構成するガラス成分の軟化点が前記第１シール層を構成するガラス成分の軟化点よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記第１シール層は、前記第２シール層よりも金属成分を多く含有することを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記シール層に含有されるガラス成分は、Ｓｉと、Ｂと、ＫおよびＮａの少なくとも一方からなるアルカリ金属Ａとを含む材料から構成され、
前記ＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの前記第１シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＢ１、前記第２シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＢ２とし、
前記アルカリ金属ＡをＡ２Ｏとして酸化物換算したときの前記第１シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＡ１、前記第２シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＡ２とした場合において、
前記シール層は、
前記シール層に含有されるガラス成分のうち最も多く含む第１成分として前記Ｓｉまたは前記Ｂのいずれか一方を含有し、他方を、次に多く含む第２成分として含有し、
さらに、
ＷＢ１＜ＷＢ２を満たし、且つ、ＷＡ１≦ＷＡ２を満たすこと、
または、
ＷＢ１≦ＷＢ２を満たし、且つ、ＷＡ１＜ＷＡ２を満たすこと
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記シール層に含有されるガラス成分に含まれる前記Ｂを、Ｂ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が、２２重量％以上４５重量％以下であることを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記シール層に含有されるガラス成分に含まれる前記アルカリ金属Ａを、Ａ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量が、４重量％以上１５重量％以下であることを特徴とする請求項５に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記第１シール層に含有されるガラス成分を構成する材料は、
前記ＳｉをＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量を５５重量％以上６５重量％以下、
前記ＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を２２重量％以上３５重量％以下、
前記ＣａをＣａＯとして酸化物換算したときの含有量を０．２重量％以上２重量％以下、
前記ＡｌをＡｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を２重量％以下、
前記Ｎａおよび前記ＫをそれぞれＮａ２ＯおよびＫ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量の合計を４重量％以上８重量％以下としたものであり、
前記第２シール層に含有されるガラス成分を構成する材料は、前記第１シール層に含有されるガラス成分を構成する材料のうち、
前記ＳｉをＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量を４５重量％以上５０重量％以下、且つ、前記ＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を３５重量％以上４５重量％以下としたもの、
または、
前記アルカリ金属Ａが前記Ｎａ、前記ＫおよびＬｉのうち少なくともいずれか一つからなるものとし、前記Ｎａ、前記Ｋおよび前記ＬｉをそれぞれＮａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＬｉ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量の合計を８重量％以上１５重量％以下としたもの、
もしくはその両方としたものであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記シール層は、前記第１シール層と前記第２シール層との間に、熱膨張係数が、前記第１シール層に含有されるガラス成分、および前記第２シール層に含有されるガラス成分のいずれのガラス成分よりも小さい低膨張フィラーを含有する第３シール層を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火に使用されるスパークプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等のエンジンには点火のためのスパークプラグが用いられている。一般的なスパークプラグは、軸孔の先端側で中心電極を保持し、後端側で接続端子を保持した絶縁碍子と、その絶縁碍子の胴部の周囲を取り囲んで保持する主体金具と、この主体金具の先端に一端が溶接され、他端が中心電極の先端に対向し火花放電ギャップを形成する接地電極とから構成されている。
【０００３】
中心電極と接続端子とは絶縁碍子の軸孔内で、導電性のシール材（シール層）を介して電気的に接続されている（例えば特許文献１参照）。ここで導電性シール材は、一般には金属とガラスとの混合物からなるものであり、絶縁性のガラス中に金属粒子を分散させ導電性を得たものである。中心電極および接続端子は、このシール材により軸孔内に固着されて固定される。
【０００４】
スパークプラグの製造において、絶縁碍子の軸孔への中心電極および接続端子の固定は以下のようになされる。まず、絶縁碍子の軸孔に後端側より中心電極が挿入されて軸孔内の段部にて係止され、さらに後端側よりシール材の粉末が充填される。次いでガラスシール工程にて絶縁碍子は加熱炉に挿入され、シール材が軟化され、軸孔後端側より接続端子が圧入され、焼結が行われる。この工程を経て、中心電極および接続端子が軸孔内に固着されて固定されるとともに、軸孔の封止がなされる。この封止を行う工程をガラスシール工程と称したりする。
【特許文献１】特開２００３−２２８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年エンジンの高出力化を実現するために、吸排気に使用されるバルブが大きくなり、その影響によって振動が大きくなるものがある。このようなエンジンに取り付けられたスパークプラグには、大きな衝撃が加わることが懸念される。このような衝撃は中心電極を介してシール材へも加わるため、従来のシール構造では耐衝撃性において不十分となる虞が生じている。この問題を解消するために、例えばシール材の金属成分の含有率を増加すれば耐衝撃性を高めることができるが、一方でシール材の流動性が低下してしまい、絶縁碍子の軸孔の内周と接続端子の外周との間のクリアランスにシール材を十分に流れ込ませることができず、接続端子の固定が不十分となる問題も生じかねない。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、絶縁碍子の軸孔の気密性を高め、軸孔内における中心電極および接続端子の固定を確実に行うことができるスパークプラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の絶縁碍子と、前記絶縁碍子の前記軸孔の先端側で保持される中心電極と、前記絶縁碍子の前記軸孔の後端側で保持される接続端子と、前記軸孔内に配置され、ガラス成分と金属成分とを含んだガラスシール材料から構成される、前記軸孔の軸線方向を積層方向として積層配置されたシール層であって、前記中心電極に接触して配置される第１シール層、および前記接続端子に接触して配置される第２シール層を有してなるシール層と、を備えたスパークプラグであって、前記第１シール層に含有される金属成分の含有量が、５３重量％以上７０重量％以下であり、前記第２シール層に含有される金属成分の含有量が、３０重量％以上５２重量％以下であり、前記シール層を構成するガラス成分の軟化点よりも高い温度において、第２シール層を構成するガラスシール材料は第１シール層を構成するガラスシール材料よりも流動性に優れたものであることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記シール層を構成するガラス成分の軟化点よりも高い温度において、前記第２シール層の粘度が前記第１シール層の粘度よりも低いことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記第２シール層を構成するガラス成分の軟化点が前記第１シール層を構成するガラス成分の軟化点よりも低いことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記第１シール層は、前記第２シール層よりも金属成分を多く含有することを特徴とする。
【００１１】
【００１２】
また、請求項５に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記シール層に含有されるガラス成分は、Ｓｉと、Ｂと、ＫおよびＮａの少なくとも一方からなるアルカリ金属Ａとを含む材料から構成され、前記ＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの前記第１シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＢ１、前記第２シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＢ２とし、前記アルカリ金属ＡをＡ２Ｏとして酸化物換算したときの前記第１シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＡ１、前記第２シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＡ２とした場合において、前記シール層は、前記シール層に含有されるガラス成分のうち最も多く含む第１成分として前記Ｓｉまたは前記Ｂのいずれか一方を含有し、他方を、次に多く含む第２成分として含有し、さらに、ＷＢ１＜ＷＢ２を満たし、且つ、ＷＡ１≦ＷＡ２を満たすこと、または、ＷＢ１≦ＷＢ２を満たし、且つ、ＷＡ１＜ＷＡ２を満たすことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に係る発明のスパークプラグは、請求項５に記載の発明の構成に加え、前記シール層に含有されるガラス成分に含まれる前記Ｂを、Ｂ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が、２２重量％以上４５重量％以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に係る発明のスパークプラグは、請求項５に記載の発明の構成に加え、前記シール層に含有されるガラス成分に含まれる前記アルカリ金属Ａを、Ａ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量が、４重量％以上１５重量％以下であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８に係る発明のスパークプラグは、請求項５乃至７のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記第１シール層に含有されるガラス成分を構成する材料は、前記ＳｉをＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量を５５重量％以上６５重量％以下、前記ＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を２２重量％以上３５重量％以下、前記ＣａをＣａＯとして酸化物換算したときの含有量を０．２重量％以上２重量％以下、前記ＡｌをＡｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を２重量％以下、前記Ｎａおよび前記ＫをそれぞれＮａ２ＯおよびＫ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量の合計を４重量％以上８重量％以下としたものであり、前記第２シール層に含有されるガラス成分を構成する材料は、前記第１シール層に含有されるガラス成分を構成する材料のうち、前記ＳｉをＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量を４５重量％以上５０重量％以下、且つ、前記ＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を３５重量％以上４５重量％以下としたもの、または、前記アルカリ金属Ａが前記Ｎａ、前記ＫおよびＬｉのうち少なくともいずれか一つからなるものとし、前記Ｎａ、前記Ｋおよび前記ＬｉをそれぞれＮａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＬｉ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量の合計を８重量％以上１５重量％以下としたもの、もしくはその両方としたものであることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記シール層は、前記第１シール層と前記第２シール層との間に、熱膨張係数が、前記第１シール層に含有されるガラス成分、および前記第２シール層に含有されるガラス成分のいずれのガラス成分よりも小さい低膨張フィラーを含有する第３シール層を備えている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明のスパークプラグでは、中心電極側の第１シール層および接続端子側の第２シール層をそれぞれ構成するガラスシール材料の流動性が、それぞれ異なるように構成されている。具体的には、第２シール層を構成するガラスシール材料（以下、第２ガラスシール材料ともいう。）には、第１シール層を構成するガラスシール材料（以下、第１ガラスシール材料ともいう。）よりも流動性に優れたものを使用している。第１シール層としては、スパークプラグの製造過程における第１ガラスシール材料の流動性を確保することよりも、スパークプラグを使用するにあたって（すなわちガラスシール材料の軟化点以下の使用環境において）、中心電極と絶縁碍子の固着を確実に行い、それを保持し続けられるように、耐衝撃性に優れることが重要である。一方、第２シール層は、スパークプラグを使用するにあたって接続端子を確実に固着していることが重要であり、そのためにはスパークプラグの製造過程において、接続端子の先端部と絶縁碍子の軸孔との間に第２ガラスシール材料を十分に流れ込ませて第２シール層を形成できるように、流動性に優れるガラスシール材料を用いることが重要である。このようなシール層を形成することによって絶縁碍子の軸孔の気密性を高め、軸孔内における中心電極および絶縁碍子の固定を確実に行うことができるスパークプラグを提供することが可能となる。
そして、第１シール層の金属成分の含有量を５３重量％以上とすれば、より確実に、第１シール層の耐衝撃性を高めることができる。これにより、エンジンの振動に伴う衝撃が中心電極を介して第１シール層に加わっても、中心電極への固着を維持することができ、軸孔内で中心電極を保持することができる。
また、第１シール層の金属成分の含有量を７０重量％以下としたことで、製造の際の第１シール層の流動性を維持し、中心電極の後端部と絶縁碍子の軸孔との間に第１シール層を形成するだけの流動性を確保することができる。一方、７０重量％を超えて金属成分を多く含有すると中心電極と第１シール層との熱膨張係数の差が大きくなり、高温のガラスシール工程を経て形成されるスパークプラグの絶縁碍子と第１シール層との固着力が低下し、軸孔の気密性が低下する可能性がある。
さらに、接続端子側に配置される第２シール層の金属成分の含有量を５２重量％以下としたことで、製造の際の第２シール層の流動性をより高くし、接続端子の先端部と絶縁碍子の軸孔との間に第２ガラスシール材料を流れ込ませやすくして第２シール層を容易に形成することができる。特に第２シール層は、接続端子の先端部と絶縁碍子の軸孔との間で、軸線方向において中心電極側を下方とした場合に上昇する方向に流動することとなるため、流動性が高ければより円滑にクリアランス内に流れ込むことができる。
ところで、こうした接続端子の先端部には、その表面が凹凸状に形成されていることが多い。この凹凸は接続端子の先端部の第２シール層への固着力を向上させるために形成されているが、本発明のように金属成分が少なく流動性の高いシール層を用いる場合には、この凹凸によって流れ込みが助勢され、接続端子との固着力を十分に得ることができる。一般に、金属成分含有量の少ないシール層は、金属製の接続端子との固着力が低くなるが、この凹凸と流動性の高いシール層との相乗効果により、十分な固着力を得ることができる。
また、シール層は、絶縁成分中に拡散した金属成分により導電性が維持される構造であるため、第２シール層の金属成分の含有量が少なくなると、導電性が低下する虞がある。しかし、第２シール層の金属成分の含有量を３０重量％以上としたことで、第２シール層の導電性を高く維持することができる。
【００１８】
上記のスパークプラグを実現する一例としては請求項２に記載するように、第２シール層の粘度を、第１シール層の粘度よりも低くしておけばよい。ガラスシール工程は約８５０〜９５０℃にて行われるが、この温度帯域は上記シール層を構成するガラス成分の軟化点よりも高い温度である。したがって、第１ガラスシール材料と第２ガラスシール材料はともに軟化し流動性を帯びた状態となる。この状態で、第２ガラスシール材料に対して比較的硬い第１ガラスシール材料で中心電極を絶縁碍子に固着すれば、中心電極は優れた耐衝撃性を備えることができる。さらに、第１ガラスシール材料に対して流動性に優れる第２ガラスシール材料を用いることで、確実に接続端子が絶縁碍子に固着されたスパークプラグを実現することができる。これは、請求項３に記載するように、第２シール層のガラス成分の軟化点を、第１シール層のガラス成分の軟化点よりも低くすることによっても達成される。
【００１９】
また、上記のようにガラス成分と金属成分とを含む第１シール層および第２シール層の粘度を異ならせるには、金属成分の含有量を異ならせてもよい。すなわち、請求項４に係る発明のように、第２シール層よりも第１シール層に金属成分を多く含有させれば、第２シール層の粘度は第１シール層の粘度より低くなり、第２シール層の流動性を高くすることができる。これにより、第１シール層の耐衝撃性を高くするとともに、第２シール層を接続端子の先端部と絶縁碍子の軸孔との間に形成して軸孔内での中心電極と接続端子の固定を確実に行うことができる。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
また、請求項５に係る発明では、シール層に含有されるガラス成分としては、その第１成分としてＳｉまたはＢのいずれか一方を含有し、他方を第２成分として含有する、いわゆるホウ珪酸ガラスを使用することができる。ホウ珪酸ガラスは、一般に、熱膨張係数が低く耐熱性が高い。このため、エンジンの稼働に伴い発生する熱の影響を受けるスパークプラグにおいてこのシール層を使用すれば、シール層と絶縁碍子との間に剥離やクラックが生ずる虞を低減することができる。
【００２６】
さらに、ＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの第１シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＢ１、第２シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＢ２とし、またアルカリ金属ＡをＡ２Ｏとして酸化物換算したときの第１シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＡ１、第２シール層に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＡ２とした場合に、それぞれの重量が、ＷＢ１＜ＷＢ２を満たし、且つ、ＷＡ１≦ＷＡ２を満たすことで、または、ＷＢ１≦ＷＢ２を満たし、且つ、ＷＡ１＜ＷＡ２を満たすことで確実に、第２シール層の軟化点を第１シール層の軟化点よりも低くすることができる。すなわち、第２シール層の粘度を第１シール層の粘度より低くすることで、製造の際の第２シール層の流動性を高め接続端子に固着させることができ、軸孔内で接続端子を確実に固定することができる。
【００２７】
また、シール層に含有されるガラス成分に含まれるＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときのＢの含有量は、請求項６に係る発明のように、２２重量％以上４５重量％以下とすることが望ましい。２２重量％未満である場合、ガラス成分の軟化点が高くなり、ガラスシール工程においてシール層が軟化されにくくなり、接続端子を絶縁碍子の軸孔に挿入する際に荷重が足りず、十分に挿入されない状態が生ずる虞がある。ここで単純に接続端子の挿入時の荷重を高めると、圧入に伴う応力により、絶縁碍子を軸孔の内部から破損してしまう虞がある。一方、上記Ｂの含有量が４５重量％を超えた場合、シール層の軟化点は低下し、熱膨張係数が大きくなる。すると、エンジンの稼働に伴い発生する熱の影響によりシール層と絶縁碍子との間に剥離やクラックが生ずる虞があり、気密性の維持が難しい。
【００２８】
また、請求項７に係る発明のように、シール層に含有されるガラス成分に含まれるアルカリ金属ＡをＡ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量は、４重量％以上１５重量％以下とすることが望ましい。アルカリ金属Ａは、シール層の軟化点を低下させるのに有効な成分であり、４重量％未満では、シール層の軟化点を十分に低下させることが難しい。一方で、上記Ａの含有量が１５重量％を超えると、シール層の軟化点は低下するものの熱膨張係数が大きくなる。すると、エンジンの稼働に伴い発生する熱の影響によりシール層と絶縁碍子との間に剥離やクラックが生じ気密性が低下する虞がある。
【００２９】
さらに本発明では、第１シール層のガラス成分の組成と第２シール層のガラス成分の組成とをそれぞれ所定の組成とすることにより、絶縁碍子の軸孔の気密性をより高め、軸孔内における中心電極および接続端子の固定をより確実に行うことができる。具体的には、請求項８に係る発明のように、第１シール層に含有されるガラス成分の組成を、ＳｉをＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量を５５重量％以上６５重量％以下、ＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を２２重量％以上３５重量％以下、ＣａをＣａＯとして酸化物換算したときの含有量を０．２重量％以上２重量％以下、ＡｌをＡｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を２重量％以下、Ｎａ、ＫをそれぞれＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量の合計を４重量％以上８重量％以下としている。また、第２シール層に含有されるガラス成分の組成を、第１シール層に含有されるガラス成分のうち、ＳｉをＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量を４５重量％以上５０重量％以下、且つ、ＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を３５重量％以上４５重量％以下とし、または、アルカリ金属ＡがＮａ、ＫおよびＬｉのうち少なくともいずれか一つからなるものとし、Ｎａ、ＫおよびＬｉをそれぞれＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量の合計を８重量％以上１５重量％以下とし、もしくはその両方としている。
【００３０】
シール層に含有されるガラス成分がＳｉとＢとを含み、前述した第１シール層と第２シール層とにおけるＢの含有量の関係から、ＳｉをＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量について、上記のように、第２シール層に対して第１シール層におけるＳｉの含有量が多いことが望ましい。そして上記Ｓｉの含有量が６５重量％を超えると、シール層の軟化点が高くなり、ガラスシール工程において絶縁碍子の軸孔に接続端子が十分に挿入されない状態が生ずる虞がある。一方、上記Ｓｉの含有量が４５重量％未満の場合、熱膨張係数が大きくなり、エンジンの稼働に伴い発生する熱の影響によりシール層と絶縁碍子との間に剥離やクラックが生じ気密性が低下する虞がある。
【００３１】
Ｃａは、例えば、第１シール層と第２シール層との間に抵抗体を挿入した場合のその抵抗体の抵抗値の安定化を図ったり、または、シール層自身の軟化点を低くするために添加されるものである。ＣａをＣａＯとして酸化物換算したときの含有量が０．２重量％未満の場合、抵抗体を挿入した際の抵抗値の安定化が十分に行えなかったり、または、シール層自身の軟化点の低下を十分に行うことができなくなる虞がある。一方、上記Ｃａの含有量が２重量％を超えると、熱膨張係数が大きくなり、エンジンの稼働に伴い発生する熱の影響によりシール層と絶縁碍子との間に剥離やクラックが生じ気密性が低下する虞がある。
【００３２】
Ａｌは、シール層に不可避的不純物として含有されるものであり、Ａｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が２重量％を超えると、シール層の軟化点が高くなり、ガラスシール工程において絶縁碍子の軸孔に接続端子が十分に挿入されない状態が生ずる虞がある。なお、Ａｌの含有量は０重量％に近いほど好ましい。
【００３３】
また、アルカリ金属Ａとして、上記したＫ、Ｎａの他にＬｉなどが含有されていてもよい。さらに、第１シール層に含有されるガラス成分に含まれるアルカリ金属ＡをＡｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を８重量％以下とし、第２シール層における含有量を８重量％以上とすれば、より確実に、第１シール層に含有されるガラス成分に含まれるアルカリ金属Ａの分量ＷＡ１を、第２シール層に含有されるガラス成分に含まれるアルカリ金属Ａの分量ＷＡ２以下とすることができる。
【００３４】
そして、シール層におけるＳｉおよびＢの含有量の調整と、アルカリ金属Ａの含有量の調整とは、同時に行ってもよいし、いずれか一方のみを行ってもよく、いずれの場合も第１シール層の硬度を第２シール層の硬度よりも高くする効果を得られ、絶縁碍子の軸孔内で中心電極および接続端子を確実に固定することができる。
【００３５】
また、請求項９に係る発明のように、第１シール層と第２シール層との間に低膨張フィラーを含有する第３シール層を備えれば、軸孔内で、耐衝撃性および気密性に優れたシール構造を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本発明に係るスパークプラグの一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。
【００３７】
図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、絶縁碍子１０と、この絶縁碍子１０を保持する主体金具５０と、絶縁碍子１０の軸孔１２内に保持された中心電極２０と、主体金具５０に接合され、先端部３１の内面３３が中心電極２０の先端面２２に対向する接地電極３０と、絶縁碍子１０の後端側に設けられた接続端子４０とから構成されている。
【００３８】
まず、このスパークプラグ１００の絶縁碍子１０について説明する。絶縁碍子１０は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸線Ｏ方向に軸孔１２を有する筒状の絶縁部材である。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、これより後端側には後端側胴部１８が形成されている。また、その後端側胴部１８よりさらに後端側に、沿面距離を稼ぐためのコルゲーション部１６が形成されている。鍔部１９より先端側には後端側胴部１８より外径の小さな先端側胴部１７が形成され、さらにその先端側胴部１７よりも先端側に、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径されており、スパークプラグ１００が図示外の内燃機関に組み付けられた際には、その燃焼室に曝される。
【００３９】
次に、中心電極２０について説明する。中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル系合金等からなる電極母材の中心部に、放熱促進のための銅、あるいは銅合金などで構成された芯材２３が埋設された棒状の電極である。中心電極２０の後端側には鍔部２１が形成されており、絶縁碍子１０の軸孔１２内に形成された段部１４に鍔部２１が係止されることで、中心電極２０は、先端面２２が絶縁碍子１０の先端面より突出した状態で、脚長部１３が形成された部分にあたる軸孔１２内にて保持される。また、中心電極２０の後端部２４は鍔部２１よりも後方側に突出状に形成されている。
【００４０】
また中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられたシール材８０およびシール材８５を経由して、軸孔１２の後端側に保持される接続端子４０と電気的に接続されている。接続端子４０は、絶縁碍子１０の軸孔１２の内径とほぼ同径の胴部４３よりも先端側に小径の先端部４１が形成されており、胴部４３および先端部４１が軸孔１２内に挿入されている。この先端部４１の外周面には、シール材８５の固着がより強固になされるように凹凸部が設けられ、一般的には、ローレット状の加工や雄ねじ形状の加工が施されている。また、接続端子４０の後端部４２は絶縁碍子１０の後端より露出され、この後端部４２に、プラグキャップ（図示外）を介して高圧ケーブル（図示外）が接続され、高電圧が印加されるようになっている。なお、シール材８０が、本発明における「第１シール層」に相当し、シール材８５が、本発明における「第２シール層」に相当する。これらシール材８０，８５については後述する。
【００４１】
次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は絶縁碍子１０を保持し、図示外の内燃機関にスパークプラグ１００を固定するためのものである。主体金具５０は、絶縁碍子１０の鍔部１９近傍の後端側胴部１８から、鍔部１９、先端側胴部１７および脚長部１３を取り囲むようにして絶縁碍子１０を保持している。主体金具５０は低炭素鋼材で形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、図示外の内燃機関上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するねじ部５２とを備えている。さらに、主体金具５０は工具係合部５１の後端側に加締め部５３を有しており、この加締め部５３を加締めることにより、主体金具５０の内周に形成した段部５６に、絶縁碍子１０の先端側胴部１７と脚長部１３との間の段部１５が板パッキン８を介して支持され、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。加締めによる密閉を完全なものとするため、主体金具５０の加締め部５３近傍の内周面と、絶縁碍子１０の鍔部１９近傍の後端側胴部１８の外周面との間に環状のリング部材６，７が介在され、リング部材６，７の間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。また、主体金具５０の中央部には鍔部５４が形成され、ねじ部５２の後端部側（図１における上部）近傍、すなわち鍔部５４の座面５５にはガスケット５が嵌挿されている。
【００４２】
次に、接地電極３０について説明する。接地電極３０は、耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル（商標名）６００または６０１などのＮｉ合金が用いられている。この接地電極３０は、自身の長手方向と直交する横断面が略長方形であり、屈曲された角棒状の外形を呈している。そして、角棒状の基端側の基部３２が、主体金具５０の軸線方向の先端側の先端面５７に抵抗溶接により接合されている。一方、この接地電極３０の基部３２とは反対側の先端部３１は、その内面３３が中心電極２０の先端面２２に対向するよう屈曲され、両者間で火花放電ギャップが形成されている。
【００４３】
ところで、上記した中心電極２０に接触するシール材８０と、接続端子４０に接触するにシール材８５とは、軸孔１２内にて、軸線Ｏ方向を積層方向として積層配置された状態で焼結されている。このシール材８０，８５は、中心電極２０および接続端子４０間と軸孔１２とに固着して両者を固定するとともに、両者を導通している。本実施の形態のシール材８０，８５は、金属成分とガラス成分とが混合されたガラスシールよりなり、それぞれの組成が異なるように構成されている。すなわち、後述する評価試験の結果に基づき、シール材８０に含まれるガラス成分の軟化点、およびシール材８５に含まれるガラス成分の軟化点よりも高い温度において、シール材８０の粘度がシール材８５の粘度よりも高くなるように構成されている。シール材８０，８５の粘度はそれぞれを構成する成分やその含有率によって決まり、本実施の形態では、シール材８０に含有される金属成分の含有量が５３重量％以上７０重量％以下、また、シール材８５は、金属成分の含有量が３０重量％以上５２重量％以下となるように構成されている。つまり、中心電極２０側に配置されるシール材８０は、接続端子４０側に配置されるシール材８５よりも金属成分の含有率が高く、硬くなるように構成されている。シール材８０，８５の含有する金属成分としては、銅や鉄などの金属成分の一種、または二種以上を主体とする金属粉末が望ましく、例えば真鍮の粉末などを用いることができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、シール材８５に含まれるガラス成分の軟化点が、シール材８０に含まれるガラス成分の軟化点よりも低くなるように構成されている。一般に、ガラスシール工程を行う温度域では軟化点の低いものほど流動性が高く、接続端子４０側に配置されるシール材８５に含まれるガラス成分の流動性が、中心電極２０側に配置されるシール材８０に含まれるガラス成分の流動性よりも高く（粘度が低く）なるように構成されている。
【００４５】
このようなシール材８０，８５に含有されるガラス成分は、Ｓｉと、Ｂと、ＫおよびＮａの少なくとも一方からなるアルカリ金属Ａとを含む材料から構成され、そのガラス成分のうち最も多く含む第１成分として、ＳｉまたはＢのいずれか一方が含有され、他方が、次に多く含む第２成分として含有されていることが望ましい。さらに、ＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときのシール材８０に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＢ１、シール材８５に含まれる分量をＷＢ２とし、アルカリ金属ＡをＡ２Ｏとして酸化物換算したときのシール材８０に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＡ１、シール材８５に含有されるガラス成分に含まれる分量をＷＡ２とした場合に、ＷＢ１＜ＷＢ２が満たされ、且つ、ＷＡ１≦ＷＡ２が満たされるか、ＷＢ１≦ＷＢ２が満たされ、且つ、ＷＡ１＜ＷＡ２が満たされるように構成されていることが好ましい。
【００４６】
より具体的には、シール材８０，８５に含有されるガラス成分に含まれるＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が、２２重量％以上４５重量％以下であり、また、アルカリ金属ＡをＡ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量が、４重量％以上１５重量％以下であることが望ましい。つまり、シール材８０，８５に含有されるガラス成分としては、ＳｉとＢとが主要となる成分として含有されるホウ珪酸塩系の酸化物を主体とするガラス粉末が望ましく、例えばホウ珪酸ガラスなどを用いることができる。
【００４７】
そして、上記したように、軸孔１２内で中心電極２０と接続端子４０との固定を行うとともに、両者間の電気的な接続を行うため、シール材８０，８５には、気密性、耐衝撃性、導電性などの面において良好な性能が求められる。本実施の形態ではこうした性能を得ることができるように、後述する評価試験の結果に基づいて、中心電極２０に接触するシール材８０に含有されるガラス成分の組成が、以下に示す組成（１）の範囲となるように規定している。
【００４８】
組成（１）
Ｓｉ：ＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量が５５重量％以上６５重量％以下
Ｂ：Ｂ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が２２重量％以上３５重量％以下
Ｃａ：ＣａＯとして酸化物換算したときの含有量が０．２重量％以上２重量％以下
Ａｌ：Ａｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を２重量％以下
Ｎａ，Ｋ：それぞれＮａ２Ｏ，Ｋ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量の合計が４重量％以上８重量％以下
【００４９】
一方、上記したように、シール材８０に含有されるガラス成分の軟化点を、シール材８５に含有されるガラス成分の軟化点よりも高くすることができるものとしては、以下に示す組成（２）〜（４）の範囲を挙げることができる。
【００５０】
組成（２）
Ｓｉ：ＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量が４５重量％以上５０重量％以下
Ｂ：Ｂ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が３５重量％以上４５重量％以下
Ａｌ：Ａｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を２重量％以下
アルカリ金属Ａ（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉなど）：Ａ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量が８重量％以上１５重量％以下
【００５１】
組成（３）
Ｓｉ：ＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量が５５重量％以上６５重量％以下
Ｂ：Ｂ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が２２重量％以上３５重量％以下
Ａｌ：Ａｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を２重量％以下
アルカリ金属Ａ（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉなど）：Ａ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量が８重量％以上１５重量％以下
【００５２】
組成（４）
Ｓｉ：ＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量が４５重量％以上５０重量％以下
Ｂ：Ｂ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が３５重量％以上４５重量％以下
Ｃａ：ＣａＯとして酸化物換算したときの含有量が０．２重量％以上２重量％以下
Ａｌ：Ａｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量を２重量％以下
Ｎａ，Ｋ：それぞれＮａ２Ｏ，Ｋ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量の合計が４重量％以上８重量％以下
【００５３】
組成（４）は、ＳｉとＢの含有量を組成（１）の各含有量と異ならせたものである。同様に、組成（３）は、アルカリ金属Ａの含有量を組成（１）の含有量と異ならせたものである。そして、組成（２）は、ＳｉとＢの含有量と、アルカリ金属Ａの含有量とのそれぞれを、組成（１）の各含有量と異ならせたものである。組成（１）のガラス成分の範囲に対し、Ｂの含有量を増やせば、軟化点を低くする効果が得られる。同様に、組成（１）のガラス成分の範囲に対し、アルカリ金属Ａの含有量を増やしても、軟化点を低くする効果が得られる。上記した組成（２）〜（４）は、組成（１）と較べ軟化点を低くする効果が得られるように、後述する評価試験の結果をもとに各成分の含有量を規定したものである。
【００５４】
このような構成のスパークプラグ１００は、その製造上の一工程において、例えば図２に示すような方法で製造が行われる。図２は、スパークプラグ１００の製造上の一工程を模式的に示す図である。図２に示すように、まず、絶縁碍子１０の軸孔１２内に、後端側より中心電極２０を挿入する（中心電極挿入工程）。中心電極２０は、その鍔部２１が絶縁碍子１０の軸孔１２内に形成された段部１４に係止されることにより、位置決めされる。
【００５５】
次に絶縁碍子１０の軸孔１２にはガラス成分からなる粉体と金属成分からなる粉体とが混合された粉末状のシール材８０を充填し、中心電極２０の後端部２４を覆うように層を形成する（下層シール材充填工程）。シール材８０を充填した後、図示しないプレスピンにて軸孔１２の後端側よりシール材８０を押圧する。次いでシール材８０と同様に、ガラス成分からなる粉体と金属成分からなる粉体とがシール材８０とは異なる混合比で調製された、粉末状のシール材８５を充填し、軸孔１２の軸線方向において中心電極２０を下側としたとき、シール材８０よりも上側に積層する（上層シール材充填工程）。そして、再び図示しないプレスピンにて軸孔１２の後端側よりシール材８５を押圧する。この２回のシール材の押圧によってそれぞれのシール材の充填密度が向上するとともに、それぞれのシール材を介して伝達された押圧力で中心電極２０の鍔部２１は軸孔１２の段部１４に密着される。
【００５６】
このシール材８０，８５の充填された絶縁碍子１０の後端側から、接続端子４０を挿入する。その後、接続端子４０が挿入された絶縁碍子１０を図示外の加熱炉へ投入し、所定の温度に加熱する。そして絶縁碍子１２の後端側から接続端子４０を押圧する（接続端子挿入工程）。この工程を経てシール材８０，８５は圧縮・焼結され、絶縁碍子１０は、シール材８０およびシール材８５によって固着された中心電極２０および接続端子４０を備えた一体物として完成する。これらの工程は一般的にガラスシール工程と呼称される。
【００５７】
なお、上記絶縁碍子１０としては、自身の外表面に釉薬を塗布し焼成を行って、予め釉薬層が形成されたものを使用してもよいが、ガラスシール工程に先立ち、釉薬を塗布・乾燥しておき、ガラスシール工程における加熱によってシール層の形成とともに釉薬層を形成する、いわゆる同時焼成を行ってもよい。
【００５８】
このような工程を経て製造されるスパークプラグ１００では、シール材８５の含有する金属成分の含有量が、シール材８０の含有する金属成分の含有量よりも少ないため、ガラスシール工程において流動性に優れ、接続端子を強固に固着することができる。一方、シール材８０はシール材８５よりも金属成分の含有量が多く、シール材８０は耐衝撃性に優れる。スパークプラグ１００を図示外のエンジンに取り付けて使用した際に、エンジンの振動に伴う衝撃が中心電極２０を介してシール材８０に加えられるが、こうした衝撃による中心電極２０等の弛みを防止する上で、シール材８０が耐衝撃性に優れることは有効である。
【００５９】
また、ガラス成分より熱膨張係数の大きな金属成分をシール材８５よりも多く含有するシール材８０は、接続端子４０の先端部４１に比較してなめらかな表面を有する中心電極２０に対しても優れた固着力をもって固着される。これは中心電極２０とシール材８０の熱膨張係数の差がシール材８５に対して小さいため、高温になるガラスシール工程においても中心電極２０とシール材８０との間に熱膨張係数差があまり生ぜず、馴染みやすいことが要因と考えられる。この結果として、スパークプラグとしてエンジンに取り付けて使用したときに、中心電極２０とシール材８０との間に隙間が生じにくく、軸孔１２の気密性を維持することができる。
【００６０】
一方、シール材８０より金属成分の含有量の少ないシール材８５は、ガラス成分の含有量が多い。接続端子４０の先端部４１はローレット加工やネジ転造によって凹凸状に形成されており、シール材８０と比較してガラス成分が多く流動性の高められたシール材８５が、先端部４１の外周と絶縁碍子１０の軸孔１２の内周とのクリアランス内に流れ込む際に有効である。また、凹凸により、シール材８５と先端部４１との固着は強固となり、外部より衝撃を受けても、シール材８５による接続端子４０の保持を十分に維持することができる。さらに、シール材８５は、軸線Ｏ方向において中心電極２０側を下方とするクリアランス内で、上昇する方向に流動することとなる。シール材８０に対して流動性に優れたシール材８５は、接続端子４０の先端部４１の凹凸によりクリアランス内への流れ込みが助勢されるので、円滑にクリアランス内に流れ込むことができ有効である。
【００６１】
また、シール材８０，８５に含有されるガラス成分は、セラミック製の絶縁碍子１０との、いわゆる馴染みが高く、中心電極２０の後端部２４に固着したシール材８０が軸孔１２に固着し、中心電極２０と絶縁碍子１０とを一体に固定することができる。同様に、接続端子４０の先端部４１に固着したシール材８５が軸孔１２に固着し、接続端子４０と絶縁碍子１０とを一体に固定することができる。
【００６２】
このように、軸孔１２内で中心電極２０と接続端子４０との間に封入されるシール材を２層とし、それぞれの組成を異ならせ、中心電極２０側に配置するシール材８０の金属成分の含有量を接続端子４０側に配置するシール材８５の金属成分の含有量よりも多くしたことによる効果を確認するため、以下に示す評価試験を行った。
【００６３】
［実施例１］
この評価試験では、ガラス成分と金属成分との組成がそれぞれ異なる２種類のシール材の組み合わせを２０種類用意し、上記製造方法にて作成した２０種類のスパークプラグについてそれぞれ、気密性、耐衝撃性および導電性の評価試験を行った。
【００６４】
第１〜第２０のサンプルでは、中心電極側および接続端子側のいずれのシール材も、含有するガラス成分としてホウ珪酸ガラスを用いた。
【００６５】
なお、第１〜第１７のサンプルでは、中心電極側シール材および接続端子側シール材ともに、ガラス成分の組成が上記した組成（１）の範囲となるように成分比を決定したホウ珪酸ガラスＸを用いた。
【００６６】
ホウ珪酸ガラスＸの組成
Ｓｉ：ＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量が６２重量％
Ｂ：Ｂ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が３２重量％
Ｃａ：ＣａＯとして酸化物換算したときの含有量が０．５重量％
Ａｌ：Ａｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が１．０重量％
Ｎａ，Ｋ：それぞれＮａ２Ｏ，Ｋ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量の合計が４．５重量％
【００６７】
また、第１８，第２０のサンプルでは、中心電極側シール材のガラス成分にはホウ珪酸ガラスＸを用い、接続端子側には、組成（４）の範囲となるように成分比を決定したホウ珪酸ガラスＹを用いた。
【００６８】
ホウ珪酸ガラスＹの組成
Ｓｉ：ＳｉＯ２として酸化物換算したときの含有量が４５重量％
Ｂ：Ｂ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が４０重量％
Ｃａ：ＣａＯとして酸化物換算したときの含有量が０．５重量％
Ａｌ：Ａｌ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が１．０重量％
Ｎａ，Ｋ：それぞれＮａ２Ｏ，Ｋ２Ｏとして酸化物換算したときの含有量の合計が４．５重量％
【００６９】
そして、第１９のサンプルでは、中心電極側シール材および接続端子側シール材ともに、ホウ珪酸ガラスＹを用いた。
【００７０】
一方、金属成分としてはＣｕ−Ｚｎを用い、その成分比は、Ｃｕを９０重量％、Ｚｎを１０重量％とした。このとき、金属粒子の平均粒径が約１０μｍ（最大粒径は５０μｍ以下）となるように構成した。そして、第１のサンプルは、中心電極側シール材の金属成分の含有量を７５重量％とし、接続端子側シール材の金属成分の含有量を３０重量％とした。第２〜第２０のサンプルも同様に、中心電極側シール材の金属成分の含有量をそれぞれ、７０，７０，７０，７０，７０，５８，５８，５８，５８，５８，５５，５５，５３，３７，３７，３７，５８，５８，５８（重量％）とし、接続端子側シール材の金属成分の含有量をそれぞれ、７０，５８，５２，３７，３０，５８，５２，３７，３０，２５，５２，３０，３７，５８，３７，３０，５８，５８，５２（重量％）とした。なお、第２１のサンプルについては後述する。
【００７１】
各サンプルに対して行った気密性の評価試験では、接続端子が固着された絶縁碍子の後端側を常温（例えば２０℃）のアルコール液中に浸す一方、中心電極が保持された軸孔を含む絶縁碍子の先端部分を封止して、この部分に１．５ＭＰａの空気圧を印加した。この状態で接続端子と軸孔との間からの空気漏れが発生するか否かを確認した。空気漏れが発生した場合、シール材による軸孔の封止が不十分であるとして「×」と評価した。また、空気漏れが発生しなかった場合、十分な気密性が得られるとして「○」と評価した。
【００７２】
各サンプルに対して行った耐衝撃性の評価試験では、ＪＩＳ  Ｂ８０３１（１９９５年）に定められる試験方法に基づいて、毎分４００回の割合で１０分間衝撃を加えた後に、絶縁碍子を保持した状態で中心電極および接続端子のそれぞれについて触診し、軸孔に対する弛みが生じているか否かを確認した。中心電極に弛みが確認できた場合、シール材は中心電極の後端部と軸孔との間のクリアランスに十分に流れ込んでおらず、中心電極の固定を維持できないとして「×」と評価した。接続端子に弛みが確認できた場合についても同様である。また、いずれにも弛みが発生しなかった場合、加熱時のシール材の流動性が確保され、シール材の各部材間のクリアランスへの進入は十分になされ、シール材の固着により各部材が一体化されたとして「○」と評価した。
【００７３】
さらに、各サンプルについて、中心電極と接続端子との間の抵抗値Ｒを測定した。そして、抵抗値Ｒが１００ｍΩを超えた場合、シール材による電気的な抵抗が大きいと判断して「×」と評価し、１００ｍΩ以下であれば、シール材による電気的な抵抗が小さいと判断して「○」と評価した。
【００７４】
【表１】
0004782561.tif 000002
【００７５】
気密性の評価試験を行った結果、第１，第１９のサンプルは「×」と評価され、第２〜第１８，第２０のサンプルはいずれも「○」と評価された。第１のサンプルでは中心電極側シール材に含有される金属成分の含有量は７５重量％であり、ガラス成分の組成が同じ第２〜第１７のサンプルと比較すると、これらのサンプルのシール材の金属成分の含有量は、いずれも７０重量％以下である。このことからシール材の金属成分の含有量が７０重量％より多くなると粘度が高くなり、加熱時のシール材の流動性が低下して、中心電極の後端部と軸孔との間のクリアランスへの進入が円滑になされないことがわかった。そして、シール材の金属成分の増加に伴いガラス成分が少なくなると、シール材と絶縁碍子との馴染みがよくなく、シール材が軸孔に対して十分に固着することができず、気密性の維持が難しいことがわかった。
【００７６】
一方、第１９のサンプルは金属成分の含有量を５８重量％としており、気密性について問題の生じなかった第７，第１８のサンプルと較べると、ガラス成分の組成が異なる点以外は同一の試験条件である。第１９のサンプルは、中心電極側シール材に含有されるガラス成分中のＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量が第７，第１８のサンプルより多く、熱膨張係数が大きい。中心電極側シール材は接続端子側シール材よりも燃焼室により近い位置に配置されるため、ガラス成分にホウ珪酸ガラスＹを使用したシール材を用いると、エンジンの稼働に伴い発生する熱の影響によりシール材と絶縁碍子との間に剥離やクラックが生ずる虞があり、気密性の維持が難しいことがわかった。また、第１８のサンプルを第７のサンプルと比較すると、中心電極側シール材よりも燃焼室から遠い位置に配置される接続端子側シール材であれば、ガラス成分にホウ珪酸ガラスＹを使用しても気密性に問題は生じなかった。この評価試験の結果より、シール材８０のガラス成分中のＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量ＷＢ１が、シール材８５のガラス成分中のＢをＢ２Ｏ３として酸化物換算したときの含有量ＷＢ２以下であることが望ましいことがわかった。
【００７７】
次に、中心電極側シール材について耐衝撃性の評価試験を行った結果、第１５〜第１７のサンプルで中心電極に弛みが生じた。第１５〜第１７のサンプルの中心電極側シール材に含有される金属成分は３７重量％であり、その他のサンプルでは中心電極側シール材の金属成分の含有量が５３重量％以上である。一般に中心電極２０の後端部２４にはローレット加工が施されておらず、中心電極側シール材に含有される金属成分が５３重量％未満となると、シール材が中心電極２０の後端部２４の表面に馴染みにくくなり、十分な固着がなされなくなる。また、ガラス成分が多くなることから、中心電極を介して伝えられるエンジンの振動に伴う衝撃にシール材が耐えられず、中心電極に対する固着が不十分となることがわかった。
【００７８】
また、接続端子側シール材について耐衝撃性の評価試験を行った結果、第２，第３，第７，第１５のサンプルで接続端子に弛みが生じた。これらの弛みの生じた各サンプルでは、接続端子側シール材に含有される金属成分が５８重量％以上であり、その他のサンプルでは接続端子側シール材の金属成分の含有量が５２重量％以下である。ローレット加工が施された接続端子４０の先端部４１と、軸孔１２との間のクリアランスにシール材が進入するには、シール材の加熱時の流動性の高さが求められ、そのためには金属成分の含有量が５２重量％以下であるとよいことがわかった。また、接続端子側シール材の金属成分の含有量が、中心電極側シール材の金属成分の含有量よりも少なくても、接続端子の先端部がローレット形状を有するため十分に固着することができる。
【００７９】
一方、第８のサンプルと第２０のサンプルとを比較すると、第８のサンプルでは接続端子側シール材のガラス成分にホウ珪酸ガラスＸを使用したのに対し、第２０のサンプルではホウ珪酸ガラスＹを使用しているものの、両者とも接続端子の弛みは生じなかった。上記したようにホウ珪酸ガラスＹはホウ珪酸ガラスＸよりも軟化点が低く、すなわち柔らかく、流動性に優れている。このため加熱時は接続端子４０の先端部４１と軸孔１２との間のクリアランスへ、よりスムーズにシール材を進入させることができる。そこで、接続端子側シール材の金属成分の含有量が５８重量％と多く接続端子に弛みが生じた第７のサンプルと、その第７のサンプルに対し接続端子側シール材のガラス成分にホウ珪酸ガラスＹを用いた第１８のサンプルとを比較すると、接続端子の弛みが改善された。このことから、シール材の金属成分の含有量が多くなっても加熱時の流動性を高く保てれば、接続端子４０の先端部４１と軸孔１２との間のクリアランスシール材を進入させて両者を十分に固着して、接続端子の耐衝撃性を高めることができることがわかった。
【００８０】
次に、中心電極と接続端子との導電性についての評価試験を行った結果、第１１のサンプルの抵抗値Ｒが１００ｍΩより大きく２００ｍΩ以下であり、導電性がよくないと判定された。第１〜第１０のサンプルおよび第１２〜第２０のサンプルでは、抵抗値Ｒが１００ｍΩ以下であった。シール材はガラス成分中に拡散された金属成分により導電性を保持するため、第１１のサンプルでは、接続端子側シール材の金属成分の含有量が２５重量％と少ないことから電気的な抵抗値が高くなってしまったことがわかった。
【００８１】
そして、これらの気密性、耐衝撃性または電気的抵抗値の評価試験のうちのいずれかにおいて「×」と評価された場合、総合評価として「×」とし、上記すべての評価試験において「○」と評価された場合を、総合評価として「○」と評価した。その結果、第１〜第３，第７，第１１，第１５〜第１７，第１９のサンプルは「×」と評価され、第４〜第６，第８〜第１０，第１２〜第１４，第１８，第２０のサンプルは「○」と評価された。
【００８２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られず、各種の変更が可能である。例えば、中心電極２０側のシール材８０と、接続端子４０側のシール材８５との間に、低膨張性のフィラーを含有する第３のシール材（第３シール層）を配置してもよい。このフィラーは、熱膨張係数がガラス成分より小さい酸化物系無機材料からなることが望ましく、例えばβ−ユークリプタイト、β−スポジュメン、キータイト、シリカ、ムライト、コージェライト、ジルコン、チタン酸アルミニウムのうち１種または２種以上からなるものが利用できる。こうした酸化物系無機材料からなるフィラーはガラス成分との親和性が高く、耐衝撃性および気密性に優れたシール構造を実現できる。
【００８３】
なお、上記低膨張性のフィラーを１２．６重量％、ガラス成分を２９．４重量％、金属成分を５８重量％含有した第３シール層を、中心電極側シール材と接続端子側シール材との間に介在させた第２１のサンプルを作成し、このサンプルについて実施例１で示した評価試験を行った。このとき、中心電極側シール材の金属成分の含有量を５８重量％とし、接続端子側シール材の金属成分の含有量を３７重量％とした。各シール材のガラス成分にはホウ珪酸ガラスＸを用い、金属成分にはＣｕ−Ｚｎを用いた。第２１のサンプルの耐衝撃性についての評価試験の結果は、第９のサンプルと同様であり、中心電極および接続端子のいずれにも弛みは生じなかった。また導電性についての評価試験の結果も第９のサンプルと同様で、十分な導電性を示した。気密性についての評価試験では、通常１．５ＭＰａの空気圧を印加して行うが、３ＭＰａの空気圧を印加しても空気漏れが発生せず、気密性が非常に高いと判断して「◎」と評価できた。このように、低膨張性のフィラーを含有する第３シール層を中心電極側シール材と接続端子側シール材との間に介在させることで、絶縁碍子の軸孔の気密性を向上させることができる。
【００８４】
また、シール材８０とシール材８５との間に、抵抗体を介在させてもよく、さらに上記低膨張性のフィラーが含有された第３シール層とともに、抵抗体層を介在させてもよい。すなわち、シール材８０が中心電極２０と接し、シール材８５が接続端子４０と接するようにして層状に構成すれば、シール材８０とシール材８５との間の層は何層設けてもよい。このように抵抗体を介在させてもよいが、評価試験により第１１のサンプルを導電性がよくないとして「×」と評価した理由として、電波ノイズを低減する性能よりもエネルギーロスの少ないスパークプラグ（一般的には抵抗無しスパークプラグと呼ばれている。）を要求するエンジンが存在する背景がある。つまり本発明のスパークプラグはこのようなエンジンに対しても好適に使用することができる。
【００８５】
また、本実施の形態では接続端子４０の先端部４１の外周に形成した凹凸部の形状をローレット状としたが、これに限らず、例えば、雄ねじ状でもよいし、じゃばら状に凹凸を形成してもよい。このように凹凸を設けた接続端子４０の先端部４１を、本発明のようにシール材８０とは構成を異ならしめたシール材８５で完全に覆うようにすると、気密性、固着性の向上の観点から、より望ましいスパークプラグ１００を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、絶縁碍子の軸孔内で中心電極と接続端子とを電気的に接続するシール材が充填されたスパークプラグに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】スパークプラグ１００の部分断面図である。
【図２】スパークプラグ１００の製造上の一工程を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０    絶縁碍子
１２    軸孔
２０    中心電極
４０    接続端子
８０    シール材
８５    シール材
１００    スパークプラグ
【図１】
0004782561.tif 000003
【図２】
0004782561.tif 000004