(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体の軸方向に形成された貫通孔内に、端子金具と中心電極とが導電性シール材を介して固着されたスパークプラグにおいて、
前記絶縁体がアルミナ質セラミックにて構成されるとともに前記貫通孔の内径が前記導電性シール材の配置位置にて４ｍｍ以下とされ、さらに、前記導電性シール材の線膨張係数が前記絶縁体の線膨張係数よりも小さい値である６．８×１０−６／℃未満の範囲に調整され、
前記導電性シール材は、ベースガラスと、導電性フィラーと、絶縁性フィラーとを含有したものであり、かつ該絶縁性フィラーが酸化アルミニウムよりも線膨張係数の低い無機材料からなり、
前記導電性シール材の断面組織にて観察される絶縁性フィラーの粒子のうち、粒径が１００〜３５０μｍの範囲に属するものの前記断面組織中に占める面積率が２〜４０％であるスパークプラグ。
【請求項２】
前記絶縁性フィラーが前記ベースガラスよりも線膨張係数の低い無機材料からなる請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記絶縁性フィラーは酸化物系無機材料からなるものである請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記導電性シール材の線膨張係数が、３．０×１０−６／℃〜６．５×１０−６／℃の範囲内に調整されてなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記絶縁性フィラーの前記導電性シール材中における配合量が２〜４０質量％である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記絶縁性フィラーとして、粒径５０μｍ未満の粒子の含有率が１０質量％以下であり、かつ粒径３５０μｍを超える粒子の含有率が５質量％以下のものが使用される請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記絶縁性フィラーの材質として、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、ジルコン及びチタン酸アルミニウムより選ばれる１種又は２種以上が使用される請求項１ないし６のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、絶縁体の軸方向に形成された貫通孔に対し、その一方の端部側に端子金具を挿入し、同じく他方の端部側に中心電極を挿入して、該貫通孔内において端子金具と中心電極とを導電性シール材にて封止・固着した構造を有するスパークプラグが広く用いられている。絶縁体貫通孔内において、端子金具と中心電極とは導電性シール材により直結されるか、あるいは、各々の側の導電性シール材層の間に抵抗体を配置する形で結合される。導電性シール材は、一般には金属とベースガラスとの混合物からなるものであり、金属粒子がガラスマトリックス中にてネットワーク状に接触した形で分散することで、絶縁性のガラスに対し、複合材料的に導電性を付与したものである。
【０００３】
ここで、スパークプラグ用の絶縁体は、近年、そのほとんどものが、絶縁耐電圧に優れたアルミナ質セラミックで構成されたものが使用される。他方、端子金具あるいは中心電極はＦｅやＮｉ等を主成分とする金属製であり、絶縁体との間の線膨張係数の差は相当大きい（例えば、アルミナは７．３×１０−６／℃、Ｆｅ及びＮｉは１２〜１４×１０−６／℃前後である）。従って、例えば使用時に高温化したスパークプラグが冷却されるとき、端子金具あるいは中心電極は絶縁体よりも収縮量が大きくなるので、導電性シール材がこれに追従できない場合は、剥がれ等を起こす懸念もある。ここで、導電性シール材は金属とガラス（無機材料）との混合体であり、従来は、端子金具あるいは中心電極と絶縁体との中間の線膨張係数を有するものとして構成されていたので、上記両者の収縮変位の差は、多少は軽減される傾向にあったといえる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年は、スパークプラグが適用されるエンジンの仕様が高出力化しており、混合気の圧縮比も高くなっていることから、シール材の気密性能もより高レベルのものが求められるようになってきている。さらに、最近のエンジンは、スパークプラグを取り付けるシリンダヘッド周辺の機構が複雑化しており、取付スペースも確保しにくくなっていることから、スパークプラグの小型化も強く求められている。スパークプラグが小型化すれば、絶縁体ひいてはこれに形成される貫通孔の内径も縮小されるが、このようなスパークプラグの中心電極にエンジンの燃焼圧が加わると、貫通孔内のシール材に付加される単位面積当たりの圧力が高くなり、混合気の圧縮比が高くなっていることとも相俟って、従来の導電性シール材の仕様では耐久性をもはや十分に確保できなくなりつつある。
【０００５】
本発明の課題は、絶縁体の貫通孔内径が小さくとも、導電性シール材による十分に高いシール性能を確保することができ、ひいては高出力のエンジンに適用された場合でも、十分な耐久性を達成できるスパークプラグを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明のスパークプラグは、前記第一の課題を解決するために、絶縁体の軸方向に形成された貫通孔内に、端子金具と中心電極とが導電性シール材を介して固着されたスパークプラグであって、絶縁体がアルミナ質セラミックにて構成されるとともに貫通孔の内径が導電性シール材の配置位置にて４ｍｍ以下とされ、かつ、上記の導電性シール材の線膨張係数が、前記絶縁体の線膨張係数よりも小さい値である６．８×１０−６／℃未満の範囲内に調整されてなることを特徴とする。なお、本発明においてアルミナ質セラミックとは、アルミナの含有率が８０質量％以上のものをいい、線膨張係数は２０℃〜３５０℃の平均の値を意味する。
【０００７】
前記した通り、絶縁体を構成するアルミナの線膨張係数は７×１０−６／℃程度であり、従来のスパークプラグでは、導電性シール材（以下、単にシール材ともいう）は、端子金具あるいは中心電極を構成する金属と、アルミナとの中間の線膨張係数を有するものとして構成していた。この場合、高温からの冷却時においては、図８（ａ）に示すように、シール材は、アルミナ質セラミックからなる絶縁体より収縮量が大きくなり、貫通孔内面におけるシール材と絶縁体との接合面には、アルミナが収縮しない分だけシール材側に引張応力が残留しやすく、クラックの進展や剥離等を生じやすくなる。従って、貫通孔内径が４ｍｍ以下の小型のスパークプラグにおいては、例えば高出力・高圧縮比の条件にて運転されるエンジンに適用されたとき、上記の要因とも相俟って、耐久性を確保できなかったものと考えられる。また、シール材の半径方向の収縮が大きく生ずると、絶縁体貫通孔内面からシール材が剥離して隙間を生じ、気密性やシール材自体の耐久性低下を招くおそれもある。
【０００８】
しかしながら、本発明のスパークプラグの第一の構成においては、シール材の線膨張係数を、アルミナよりも小さい値、より具体的には、６．８×１０−６／℃未満の範囲内に調整したから、図８（ｂ）に示すように、冷却時におけるシール材と絶縁体との収縮量の大小関係が逆転し、クラックの進展抑制に有利な圧縮応力が残留する。その結果、貫通孔内径が４ｍｍ以下の小型のスパークプラグであって、高出力・高圧縮比の条件にて運転されるエンジンに適用された場合でも、シール材接合部の十分な耐久性を確保でき、ひいては良好な気密性能を長期にわたって維持することが可能となる。また、シール材の半径方向の収縮が抑制され、絶縁体貫通孔内面からシール材が剥離して隙間を生ずる懸念も生じない。なお、シール材の線膨張係数は６．０×１０−６／℃以下とすることが望ましい。
【０００９】
シール材の線膨張係数が６．８×１０−６／℃以上では、上記効果が不十分となる。また、シール材の線膨張係数の下限値に特に制限はないが、材料選択による調整の限界はおのずと存在する。本発明者の検討によれば、適切な材料選択により、例えば３．０×１０−６／℃程度まで線膨張係数を抑制したシール材を実現可能であることを確認している。
【００１０】
導電性シール材は、具体的には、ベースガラスと、導電性フィラーと、絶縁性フィラーとを含有したものとすることができ、上記のような線膨張係数を有したものとするために、絶縁性フィラーが酸化アルミニウムよりも線膨張係数の低い無機材料を含有させることができる。導電性シール材の線膨張係数をより低く抑えるためには、絶縁性フィラーがベースガラスよりも線膨張係数の低い無機材料からなることが、さらに望ましい。
【００１１】
ベースガラスは、従来の導電性シール材と同様、例えばホウケイ酸塩系のものなど、酸化物を主体にしたものを使用可能である。この場合、絶縁性フィラーは酸化物系無機材料として構成すると、ベースガラスとの親和性を高めることができ、強度及び気密性に優れたシール構造を実現する上で有利である。このような酸化物系無機材料として、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、ジルコン及びチタン酸アルミニウムから選ばれる１種又は２種以上からなるものを、本発明に好適に使用できる。
【００１２】
絶縁性フィラーとして、酸化アルミニウムよりも線膨張係数の小さい酸化物系無機材料からなる絶縁性フィラーを使用する場合、導電性シール材の断面組織にて観察される絶縁性フィラーの粒子のうち、粒径が１００〜３５０μｍの範囲に属するものの断面組織中に占める面積率が２〜４０％であることが望ましい。なお、本明細書において、「断面組織にて観察される絶縁性フィラーの粒子の粒径」とは、該断面上の粒子と同一面積を有する円の直径で表すものとする。
【００１３】
酸化アルミニウムよりも線膨張係数の小さい酸化物系無機材料からなる絶縁性フィラーを用いることにより、導電性シール材の線膨張係数をアルミナ質セラミックからなる絶縁体よりも適度に低下させることが可能となり、シール材接合部の耐久性を確保する上で有利となる。そして、シール材の断面組織における該絶縁性フィラーの形態を上記のように調整することで、シール性及びその耐久性が格段に向上し、例えば、貫通孔内径が４ｍｍ以下の小型のスパークプラグであって、高出力・高圧縮比の条件にて運転されるエンジンに適用された場合でも、良好な気密性能を長期にわたって維持することが可能となる。
【００１４】
断面組織に観察される絶縁性フィラー粒子において、粒径が１００〜３５０μｍの範囲に属するものの面積率が５％未満になることは、もともと配合した酸化物系無機材料からなる絶縁性フィラーの粒子のうち、小粒径のもの（例えば５０μｍ未満のもの）が、加熱によるシール工程時にベースガラス中に溶け込むことを意味する。その結果、シール材の軟化点が過度に上昇して、良好なシール性あるいはシール材接合部の接合強度を確保できなくなる。他方、上記の面積率が４０％を超えると、絶縁性フィラー粒子の含有率自体が過剰となり、軟化時のシール材の流動性が損なわれて、同様に、良好なシール性あるいはシール部の接合強度を確保できなくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るスパークプラグの一実施例を示す。該スパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部２１が突出するようにその主体金具１の内側に嵌め込まれた絶縁体２、先端に形成された発火部３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３、及び主体金具１に一端が溶接等により結合されるとともに他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の先端部と対向するように配置された接地電極４等を備えている。また、接地電極４には上記発火部３１に対向する発火部３２が形成されており、それら発火部３１と、対向する発火部３２との間の隙間が火花放電ギャップｇとされている。
【００１６】
主体金具１は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外周面には、プラグ１００を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成されている。なお、１ｅは、主体金具１を取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部であり、六角状の軸断面形状を有している。
【００１７】
絶縁体２は、内部に自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔６を有し、全体が以下の絶縁材料により構成されている。すなわち、該絶縁材料はアルミナを主体に構成され、Ａｌ成分を、Ａｌ２Ｏ３に換算した値にて８０〜９８ｍｏｌ％（望ましくは９０〜９８ｍｏｌ％）含有するアルミナ質セラミック焼結体として構成される。
【００１８】
Ａｌ以外の成分は、具体的には下記の範囲で１種又は２種以上を含有させることができる：
Ｓｉ成分：ＳｉＯ２換算値で１．５０〜５．００ｍｏｌ％；
Ｃａ成分：ＣａＯ換算値で１．２０〜４．００ｍｏｌ％；
Ｍｇ成分：ＭｇＯ換算値で０．０５〜０．１７ｍｏｌ％；
Ｂａ成分：ＢａＯ換算値で０．１５〜０．５０ｍｏｌ％；
Ｂ成分：Ｂ２Ｏ３換算値で０．１５〜０．５０ｍｏｌ％。
【００１９】
絶縁体２の軸方向中間には、周方向外向きに突出する突出部２ｅが例えばフランジ状に形成されている。そして、絶縁体２においては、中心電極３（図１）の先端に向かう側を前方側として、該突出部２ｅよりも後方側がこれよりも細径に形成された本体部２ｂとされている。一方、突出部２ｅの前方側にはこれよりも細径の第一軸部２ｇと、その第一軸部２ｇよりもさらに細径の第二軸部２ｉがこの順序で形成されている。なお、本体部２ｂの外周面後端部にはコルゲーション部２ｃが形成され、その外周面には釉薬層２ｄが形成されている。また、第一軸部２ｇの外周面は略円筒状とされ、第二軸部２ｉの外周面は先端に向かうほど縮径する略円錐面状とされている。
【００２０】
絶縁体２の貫通孔６は、中心電極３を挿通させる略円筒状の第一部分６ａと、その第一部分６ａの後方側（図面上方側）においてこれよりも大径に形成される略円筒状の第二部分６ｂとを有する。端子金具１３と抵抗体１５とは第二部分６ｂ内に収容され、中心電極３は第一部分６ａ内に挿通される。中心電極３の後端部には、その外周面から外向きに突出して電極固定用凸部３ｃが形成されている。そして、上記貫通孔６の第一部分６ａと第二部分６ｂとは、図３（ａ）の第一軸部２ｇ内において互いに接続しており、その接続位置には、中心電極３の電極固定用凸部３ｃを受けるための凸部受け面６ｃがテーパ面あるいはアール面状に形成されている。
【００２１】
また、第一軸部２ｇと第二軸部２ｉとの接続部２ｈの外周面は段付面とされ、これが主体金具１の内面に形成された主体金具側係合部としての凸条部１ｃとリング状の板パッキン６３を介して係合することにより、軸方向の抜止めがなされている。他方、主体金具１の後方側開口部内面と、絶縁体２の外面との間には、フランジ状の突出部２ｅの後方側周縁と係合するリング状の線パッキン６２が配置され、そのさらに後方側にはタルク等の充填層６１を介してリング状の線パッキン６０が配置されている。そして、絶縁体２を主体金具１に向けて前方側に押し込み、その状態で主体金具１の開口縁をパッキン６０に向けて内側に加締めることにより加締め部１ｄが形成され、主体金具１が絶縁体２に対して固定されている。
【００２２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は絶縁体２のいくつかの例を示すものである。その各部の寸法を以下に例示する。
・全長Ｌ1：３０〜７５ｍｍ。
・第一軸部２ｇの長さＬ2：０〜３０ｍｍ（ただし、突出部２ｅとの接続部２ｆを含まず、第二軸部２ｉとの接続部２ｈを含む）。
・第二軸部２ｉの長さＬ3：２〜２７ｍｍ。
・本体部２ｂの外径Ｄ1：９〜１３ｍｍ。
・突出部２ｅの外径Ｄ2：１１〜１６ｍｍ。
・第一軸部２ｇの外径Ｄ3：５〜１１ｍｍ。
・第二軸部２ｉの基端部外径Ｄ4：３〜８ｍｍ。
・第二軸部２ｉの先端部外径Ｄ5（ただし、先端面外周縁にアールないし面取りが施される場合は、中心軸線Ｏを含む断面において、該アール部ないし面取部の基端位置における外径を指す）：２．５〜７ｍｍ。
・貫通孔６の第二部分６ｂの内径Ｄ6：２〜４ｍｍ（前記した導電性シール材層１６，１７が形成される）。
・貫通孔６の第一部分６ａの内径Ｄ7：１〜３．５ｍｍ。
・第一軸部２ｇの肉厚ｔ1：０．５〜４．５ｍｍ。
・第二軸部２ｉの基端部肉厚ｔ2（中心軸線Ｏと直交する向きにおける値）：０．３〜３．５ｍｍ。
・第二軸部２ｉの先端部肉厚ｔ3（中心軸線Ｏと直交する向きにおける値；ただし、先端面外周縁にアールないし面取りが施される場合は、中心軸線Ｏを含む断面において、該アール部ないし面取部の基端位置における肉厚を指す）：０．２〜３ｍｍ。
・第二軸部２ｉの平均肉厚ｔA（（ｔ2＋ｔ3）／２）：０．２５〜３．２５ｍｍ。
【００２３】
なお、図３（ａ）に示す絶縁体２における上記各部寸法は、例えば以下の通りである：Ｌ1＝約６０ｍｍ、Ｌ2＝約１０ｍｍ、Ｌ3＝約１４ｍｍ、Ｄ1＝約１１ｍｍ、Ｄ2＝約１３ｍｍ、Ｄ3＝約７．３ｍｍ、Ｄ4＝５．３ｍｍ、Ｄ5＝４．３ｍｍ、Ｄ6＝３．９ｍｍ、Ｄ7＝２．６ｍｍ、ｔ1＝３．３ｍｍ、ｔ2＝１．４ｍｍ、ｔ3＝０．９ｍｍ、ｔA＝１．１５ｍｍ。
【００２４】
また、図３（ｂ）に示す絶縁体２は、第一軸部２ｇ及び第二軸部２ｉがそれぞれ、図３（ａ）に示すものと比較してやや大きい外径を有している。各部の寸法は、例えば以下の通りである：Ｌ1＝約６０ｍｍ、Ｌ2＝約１０ｍｍ、Ｌ3＝約１４ｍｍ、Ｄ1＝約１１ｍｍ、Ｄ2＝約１３ｍｍ、Ｄ3＝約９．２ｍｍ、Ｄ4＝６．９ｍｍ、Ｄ5＝５．１ｍｍ、Ｄ6＝３．９ｍｍ、Ｄ7＝２．７ｍｍ、ｔ1＝３．３ｍｍ、ｔ2＝２．１ｍｍ、ｔ3＝１．２ｍｍ、ｔA＝１．６５ｍｍ。
【００２５】
絶縁体２の貫通孔６の後端部側には端子金具１３が挿入・固定され、同じく前端部側には中心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔６内において端子金具１３と中心電極３との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端部は、導電性シール材層１６，１７を介して中心電極３と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続されている。抵抗体１５は、ガラス粉末と導電材料粉末（及び必要に応じてガラス以外のセラミック粉末）との混合粉末を原料とし、後述のガラスシール工程においてこれを加熱・プレスすることにより得られる抵抗体組成物で構成される。なお、抵抗体１５を省略して、一層の導電性シール材層により端子金具１３と中心電極３とを一体化した構成としてもよい。
【００２６】
端子金具１３は低炭素鋼等で構成され、表面に防食のためのＮｉメッキ層（層厚：例えば５μｍ）が形成されている。そして、該端子金具１３は、シール部１３ｃ（先端部）と、絶縁体２の後端縁より突出する端子部１３ａと、端子部１３ａとシール部１３ｃとを接続する棒状部１３ｂとを有する。シール部１３ｃは軸方向に長い円筒状に形成され、その外周面にはねじ状あるいはリブ状等の形態の凸部を有するとともに、導電性シール材層１７中に没入する形で配置され、貫通孔６の内面との間を該シール層１７によりシールされる。なお、シール部１３ｃの外周面と貫通孔６の内周面との間のクリアランスは０．１〜０．５ｍｍ程度である。
【００２７】
次に、導電性シール材層１６，１７は、本発明のスパークプラグの要部をなすものであり、ベースガラスと、導電性フィラーと、絶縁性フィラーとを含有したものとして構成される。ベースガラスは、従来の導電性シール材と同様、例えばホウケイ酸塩系のものなど、酸化物を主体にしたものである。また、導電性フィラーは、例えばＣｕ及びＦｅ等の金属成分の１種又は２種以上を主体とする金属粉末である。他方、絶縁性フィラーは、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、ジルコン及びチタン酸アルミニウム等から選ばれる１種又は２種以上の酸化物系無機材料である。
【００２８】
既に説明した通り、スパークプラグ１００においては、絶縁体２の貫通孔６の内径が導電性シール材層１６，１７の配置位置、つまり、第二部分６ｂにて内径Ｄ6が４ｍｍ以下であり、上記の導電性シール材層１６，１７は、その線膨張係数がアルミナよりも小さい値、具体的には６．８×１０−６／℃未満となるように、成分ならびに組織が調整されてなる。図２は、導電性シール材層１６，１７の好ましい組織形態を模式的に示すものであって、ベースガラスに基づくガラスマトリックス中に、ネットワーク状の導電路を形成する形で導電性フィラー粒子が分散する一方、絶縁性フィラー粒子は、配合時の絶縁性フィラー粒子の要部（例えば６０体積％以上）がベースガラス中に溶解せずに、結晶質粒子の形で残留・分散したものである。前記した材質のフィラー粒子は軟化点が高いため、ベースガラス中への過剰な溶解が生ずるとガラス軟化点が上昇し、流動性低下によりシール性が確保できなくなったりするなどの不具合につながる。
【００２９】
シール材への配合時において（つまりシール工程を実施する前の状態において）絶縁性フィラー中に存在する粒径５０μｍ未満の粒子は、図４に示すように、ベースガラスひいてはガラスマトリックスへの溶解を生じやすく、含有率が過剰となった場合に、ガラス軟化点の過度の上昇を招きやすくなる。他方、絶縁体２と端子金具１３もしくは中心電極３とのシール面において導電性シール材層１６，１７のシール機能を担うのはガラスマトリックスであり、シール面に介在する絶縁性フィラー粒子は、そのシール機能実現に与らない非シール領域を形成する。そして、粒径３５０μｍを超える粒子は、シール面に介在したとき局所的に大きな非シール領域を形成するので、これが多量に形成されると、シール性の低下につながる。これらの理由により、シール材に配合される絶縁性フィラーは、粒径５０μｍ未満の粒子の含有率が１０質量％以下であり、かつ粒径３５０μｍを超える粒子の含有率が５質量％以下のものを使用することが望ましい。なお、配合時における絶縁性フィラーの粒径は、標準ふるいを用いて測定されたものを意味し、目開き（ワイヤー内縁間距離にて表す）が５０μｍのふるいを通過した粒子は粒径５０μｍ未満であり、同じく目開きが３５０μｍのふるいを通過しなかった粒子は粒径３５０μｍを超えるものである。
【００３０】
また、絶縁性フィラーの導電性シール材１６，１７中における配合量を２〜４０質量％とするのがよい。該配合量が２質量％未満では、絶縁性フィラー配合によるシール材の線膨張係数の調整効果に乏しく、４０質量％を超えると、軟化時のシール材の流動性が損なわれて、良好なシール性あるいはシール部の接合強度を確保できなくなる。
【００３１】
上記のような絶縁性フィラーを用いることで、導電性シール材層１６，１７は、断面組織にて観察される絶縁性フィラーの粒子のうち、粒径が１００〜３５０μｍの範囲に属するものの断面組織中に占める面積率を２〜４０％とすることができる。このような組織が形成されることで、導電性シール材層１６，１７のシール性及びその耐久性が格段に向上し、良好な気密性能を長期にわたって維持することが可能となる。
【００３２】
次に、導電性フィラーをなす金属粉末粒子は、その平均粒径が２０〜４０μｍとされ、シール材全体における配合量が例えば３５〜７０質量％とされる。平均粒径が２０μｍ未満では化学的な安定性が損なわれて、酸化劣化等の不具合ひいては必要な導電性の確保が困難となり、４０μｍを超えるとシール材の抵抗率分布に不均一を生じ、また、シール工程時の流動性も損なわれやすくなる。他方、金属粉末の配合量が３５質量％未満では必要な導電性の確保が困難となり、７０質量％を超えるとシール性確保のためのベースガラスの配合量が不足するばかりでなく、導電性シール材層１６，１７の線膨張係数が過度に上昇し、前記した本発明の効果を十分に達成できなくなる。
【００３３】
図１に戻り、接地電極４及び中心電極３の本体部４ａ，３ａはＮｉ合金やＦｅ合金等で構成されている。また、中心電極３の本体部３ａの内部には、放熱促進のためにＣｕあるいはＣｕ合金等で構成された芯材３ｂが埋設されている。一方、上記発火部３１及び対向する発火部３２は、Ｉｒ、Ｐｔ及びＲｈの１種又は２種以上を主成分とする貴金属合金を主体に構成される。なお、発火部３１及び対向する発火部３２は一方又は双方を省略することもできる。
【００３４】
上記スパークプラグ１００は、例えば下記のような方法で製造可能である。まず、絶縁体２であるが、これは原料粉末として、アルミナ粉末と、Ｓｉ成分、Ｃａ成分、Ｍｇ成分、Ｂａ成分及びＢ成分の各成分源粉末を、焼成後に酸化物換算にて前述の組成となる所定の比率で配合し、所定量の結合剤（例えばＰＶＡ）と水とを添加・混合して成形用素地スラリーを作る。なお、各成分源粉末は、例えばＳｉ成分はＳｉＯ２粉末、Ｃａ成分はＣａＣＯ３粉末、Ｍｇ成分はＭｇＯ粉末、Ｂａ成分がＢａＣＯ３粉末、Ｂ成分がＨ３ＢＯ３粉末の形で配合できる。なお、Ｈ３ＢＯ３は溶液の形で配合してもよい。
【００３５】
成形用素地スラリーは、スプレードライ法等により噴霧乾燥されて成形用素地造粒物とされる。そして、成形用素地造粒物をラバープレス成形することにより、絶縁体の原形となるプレス成形体を作る。ここでは、内部に軸方向に貫通するキャビティを有するゴム型が使用され、そのキャビティの下側開口部に下パンチが嵌め込まれる。また、下パンチのパンチ面には、キャビティ内においてその軸方向に延びるとともに、絶縁体２の貫通孔６の形状を規定するプレスピンが一体的に凸設されている。
【００３６】
この状態でキャビティ内に、所定量の成形用素地造粒物を充填し、キャビティの上側開口部を上パンチで塞いで密封する。この状態でゴム型の外周面に液圧を印加し、キャビティの造粒物を、該ゴム型を介して圧縮することによりプレス成形体を得る。なお、成形用素地造粒物は、プレス時における造粒物の粉末粒子への解砕が促進されるよう、該成形用素地造粒物の重量を１００質量部として、０．７〜１．３質量部の水分が添加された後、上記プレス成形が行われる。成形体は、外面側がグラインダ切削等により加工されて、絶縁体２に対応した外形形状（図３参照）に仕上げられ、次いで大気中で温度１４００〜１６００℃で１〜８時間焼成されて絶縁体２となる。
【００３７】
次に、導電性シール材粉末の調製を以下のようにして行なう。すなわち、図５（ａ）に示すように、ベースガラス粉末、導電性フィラー粉末としての金属粉末及び絶縁性フィラー粉末を所定量配合して配合原料となし、水系溶媒及び混合用メディア（例えばアルミナ等のセラミック製のもの）とともに混合用のポット中に投入し、同図（ｂ）に示すように、ポットを回転させて上記原料を均一に混合・分散させる。絶縁性フィラー粉末として、前記した酸化物系のものを使用することで、水系溶媒を用いた混合による分散性が高められ、軟化時の流動性がより良好で、粒子の偏りによる欠陥等が少ない均質な導電性シール材層１６，１７を得ることができる。
【００３８】
また、絶縁体２への、中心電極３と端子金具１３との組付け、及び抵抗体１５と導電性シール材層１６，１７との形成は、以下に説明するガラスシール工程により行なわれる。まず、釉薬スラリーを噴霧ノズルから絶縁体２の必要な表面に噴霧・塗布することにより、図１の釉薬層２ｄとなるべき釉薬スラリー塗布層２ｄ’を形成し、これを乾燥する。次に、図６（ａ）に示すように、絶縁体２の貫通孔６に対し、その第一部分６ａに中心電極３を挿入した後、（ｂ）に示すように導電性シール材粉末Ｈを充填する。そして、（ｃ）に示すように、貫通孔６内に押さえ棒２８を挿入して充填した粉末Ｈを予備圧縮し、第一の導電性シール材粉末層２６を形成する。次いで抵抗体組成物の原料粉末を、絶縁体２の後端側から貫通孔６内に充填して同様に予備圧縮し、さらに導電性シール材粉末を充填して、押さえ棒２８によりて予備圧縮を行なうことにより、図６（ｄ）に示すように、中心電極３側（下側）から貫通孔６内には、第一の導電性シール材粉末層２６、抵抗体組成物粉末層２５及び第二の導電性シール材粉末層２７が積層された状態となる。
【００３９】
そして、図７（ａ）に示すように、貫通孔６に端子金具１３を後端側から配置した組立体ＰＡを形成する。この状態で加熱炉に挿入して７００〜９５０℃の所定温度に加熱し、その後、端子金具１３を貫通孔６内へ中心電極３と反対側から軸方向に圧入して積層状態の各層２５〜２７を軸方向にプレスする。これにより、同図（ｂ）に示すように、各層は圧縮・焼結されてそれぞれ導電性シール材層１６、抵抗体１５及び導電性シール材層１７となる（以上、シール工程）。このようなシール工程に適用する場合、ベースガラス粉末、金属粉末及び絶縁性フィラー粉末の配合量及び粒径を調整して、導電性シール材粉末の見かけの軟化点が５００℃〜１０００℃となるようにしておくことが望ましい。軟化点が５００℃未満では得られる導電性シール材層１６，１７の耐熱性が不足することにつながり、１０００℃を超えるとシール性の不足につながる。なお、軟化点は、粉末試料５０ｍｇを加熱しながら示差熱分析を行い、室温より測定開始し、第２番目の吸熱ピークとなった温度にて表すものとする。なお、このガラスシール工程時に塗布した釉薬スラリー層２ｄ’の釉焼も同時に行なわれ、釉薬層２ｄとなる。
【００４０】
こうしてガラスシール工程が完了した組立体ＰＡには、主体金具１や接地電極４等が組み付けられて、図１に示すスパークプラグ１００が完成する。スパークプラグ１００は、そのねじ部７においてエンジンブロックに取り付けられ、燃焼室に供給される混合気への着火源として使用される。
【００４１】
【実験例】
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行なった。
絶縁体２を次のようにして作製した。まず、原料粉末として、アルミナ粉末（アルミナ９５ｍｏｌ％、Ｎａ含有量（Ｎａ２Ｏ換算値）０．１ｍｏｌ％、平均粒径３．０μｍ）に対し、ＳｉＯ２（純度９９．５％、平均粒径１．５μｍ）、ＣａＣＯ３（純度９９．９％、平均粒径２．０μｍ）、ＭｇＯ（純度９９．５％、平均粒径２μｍ）、ＢａＣＯ３（純度９９．５％、平均粒径１．５μｍ）、Ｈ３ＢＯ３（純度９９．０％、平均粒径１．５μｍ）を所定比率にて配合するとともに、この配合した粉末総量を１００質量部として、親水性バインダとしてのＰＶＡを３質量部と、水１０３質量部とを加えて湿式混合することにより、成形用素地スラリーを作製した。
【００４２】
次いで、これら組成の異なるスラリーをそれぞれスプレードライ法により乾燥して、球状の成形用素地造粒物を調製した。なお、造粒物は、ふるいにより粒径５０〜１００μｍに整粒している。そして、この造粒物を、既に説明したラバープレス法により圧力５０ＭＰａにて成形し、その成形体の外周面にグラインダ研削を施して所定の絶縁体形状に加工するとともに、温度１５５０℃で２時間焼成することにより図３（ａ）の絶縁体２（Ｄ6＝３．９ｍｍ）を得た。なお、蛍光Ｘ線分析により、絶縁体２は下記の組成を有していることがわかった：
Ａｌ成分：Ａｌ２Ｏ３換算値で９４．９ｍｏｌ％；
Ｓｉ成分：ＳｉＯ２換算値で２．４ｍｏｌ％；
Ｃａ成分：ＣａＯ換算値で１．９ｍｏｌ％；
Ｍｇ成分：ＭｇＯに換算値で０．１ｍｏｌ％；
Ｂａ成分：ＢａＯに換算値で０．４ｍｏｌ％；
Ｂ成分：Ｂ２Ｏ３換算値で０．３ｍｏｌ％。
【００４３】
次に、質量比にて１：１に配合されたＣｕ粉末とＦｅ粉末（いずれも平均粒径３０μｍ）とベースガラス粉末（平均粒径１５０μｍ）とを、金属粉末の含有量が約５０質量％となるように混合して、導電性ガラス混合物を作った。なお、ガラス粉末の材質は、ＳｉＯ２を６０質量％、Ｂ２Ｏ５を３０質量％、Ｎａ２Ｏを５質量％、及びＢａＯを５質量％それぞれ配合・溶解して得られるホウケイ酸ソーダガラスであり、その軟化温度は７５０℃であった。そして、この導電性ガラス混合物に対し、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、ジルコン及びチタン酸アルミニウムの種々の酸化物系無機材料からなる絶縁性フィラーを種々の比率にて配合し、図５に示す方法にて混合後、乾燥することにより各種導電性シール材とした。なお、各絶縁性フィラーは、ふるい整粒後、再配合することにより、１５０μｍ以上２５０μｍ未満の粒径範囲に属するものが４０質量％、１０６μｍ以上１５０μｍ未満の粒径範囲に属するものが４０質量％、５０μｍ以上１０６μｍ未満のものが１５質量％、５０μｍ未満のものが５質量％となるように、粒度分布調整したものを用いている。
【００４４】
また、抵抗体原料粉末は以下のようにして調製した。まず、微粒ガラス粉末（平均粒径８０μｍ）を３０質量％、セラミック粉末としてのＺｒＯ２（平均粒径３μｍ）を６６質量％、カーボンブラックを１質量％、及び有機バインダとしてのデキストリンを３質量％配合し、水を溶媒としてボールミルにより湿式混合し、その後これを乾燥した予備素材を調製した。そして、これに粗粒ガラス粉末（平均粒径２５０μｍ）を、上記予備素材２０質量部に対して８０質量部配合し、抵抗体原料粉末を得た。なお、ガラス粉末の材質は、ＳｉＯ２を５０質量％、Ｂ２Ｏ５を２９質量％、Ｌｉ２Ｏを４質量％、及びＢａＯを１７質量％それぞれ配合・溶解して得られるホウケイ酸リチウムガラスであり、その軟化温度は５８５℃であった。
【００４５】
次いで、上記導電性シール材粉末及び抵抗体組成物粉末を用いて図６及び図７に示す工程を経て、図１に示す抵抗体入りスパークプラグ１００のサンプルを各種作製した。なお、導電性シール材粉末層２６を形成するための導電性シール材粉末の充填量は０．１５ｇ、抵抗体原料粉末の充填量は０．４０ｇ、及び導電性シール材粉末層２７を形成するための導電性ガラス粉末の充填量は０．１５ｇとし、ホットプレス処理の加熱温度は９００℃、加圧力は１００ｋｇ／ｃｍ２とした。
【００４６】
また、各導電性シール材粉末は、絶縁体２を周方向に研磨・除去して内部の導電性シール材層を取り出し、ここから直径３〜４ｍｍ、高さ２〜４ｍｍの測定試料を切り出して、公知の示唆膨張計を用いて線膨張係数を２０℃から３５０℃までの平均値として測定した。また、絶縁体２からも同様の寸法の測定試料を切り出し、同様の測定を行ったところ、その値は７．３×１０−６／℃であった。
【００４７】
こうして得られたスパークプラグサンプル（各条件共、作製数１００）の取付ねじ部７を、図９に示すように、加圧試験台に形成された加圧キャビティの雌ねじ部に取り付け、該加圧キャビティ内の圧縮空気を１．５ＭＰａ（標準試験）及び２．５ＭＰａ（加速試験）の２水準にて導入し、端子金具１３側からの空気漏洩量を測定するとともに、漏洩量が０．５ｍｌ／分以上となったものを漏洩品としてシール性を判定した。表１は、絶縁性フィラーとしてコージェライトを種々の配合率としたシール材を用いた場合の結果を示すものである（１００個中の漏洩品発生数にて示している）。これによると、コージェライトを５質量％以上配合することで、導電性ガラスシール材の線膨張係数の値を６．８×１０−６／℃未満とすることができることがわかる。また、このような線膨張係数の値を採用することで、加速試験を行ったときのシール性が明らかに向上し、特に線膨張係数の値を５．１×１０−６／℃以下とすればさらに良好な結果が得られていることがわかる。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
次に、コージェライト以外の種々の絶縁性フィラーを、配合率１５質量％にて添加したシール材を用いて、同様の実験を行なった場合の結果を表２に示す。いずれも線膨張係数の値が６．８×１０−６／℃未満であり、良好なシール性が得られていることがわかる。なお、表中に記載はないが、線膨張係数の値が６．８×１０−６／℃未満である絶縁性フィラーとしてシリカあるいはキータイトを用いた場合についても同様の実験を行なったところ、１．５ＭＰａ（標準試験）及び２．５ＭＰａ（加速試験）の２水準のいずれについても、１０個中の漏洩数はゼロであり、良好なシール性が得られることを確認した。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
また、表１の実験結果は、絶縁体の貫通孔内径Ｄ6を３．９ｍｍとして行なった場合のものであるが、絶縁体の外形寸法は同一として、Ｄ6の値のみ種々の値に変化させたものを用いて同様の実験（加速試験のみ）を行なった結果を表３に示す。これによると、貫通孔内径Ｄ6が４ｍｍを超え、例えば５ｍｍとなった場合には、シール性の問題そのものが生じなくなっており、本発明の効果が有効に発揮されるＤ6の範囲が４ｍｍ以下であることを示している。
【００５２】
【表３】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパークプラグの一例を示す全体縦断面図。
【図２】導電性シール材層の組織模式図。
【図３】絶縁体のいくつかの実施例を示す縦断面図。
【図４】導電性シール材中に含まれる微粒絶縁性フィラーの、シール工程時の挙動を模式的に示す図。
【図５】図１のスパークプラグの製造工程説明図。
【図６】図５に続く説明図。
【図７】図６に続く説明図。
【図８】導電性シール材層の作用説明図。
【図９】シール性評価の実験系を示す図。
【符号の説明】
１  主体金具
２  絶縁体
３  中心電極
４  接地電極
１３  端子金具
１６，１７  導電性シール材層
【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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