(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の軸孔を有する絶縁碍子と、この絶縁碍子の先端側の軸孔内に挿入された中心電極と、前記絶縁碍子の後端側の軸孔内に挿入された端子電極と、前記中心電極と前記端子電極との間に充填された抵抗体組成物を熱間加圧することにより前記絶縁碍子の軸孔内に封着された抵抗体とを備えた抵抗入りプラグであって、
前記抵抗体組成物は、その抵抗体組成物中において２重量％以上６０重量％以下の酸化チタニウム粉末を含有し、
その酸化チタニウム粉末の表面は、絶縁性酸化物被膜に覆われたことを特徴とする抵抗入りプラグ。
【請求項２】
請求項１に記載の抵抗入りプラグにおいて、
前記絶縁性酸化物被膜は、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、アルカリ土類酸化物または希土類酸化物の１種類以上の電気絶縁性の酸化物からなることを特徴とする抵抗入りプラグ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の抵抗入りプラグにおいて、
前記絶縁性酸化物被膜は、前記酸化チタニウム粉末の粒子径の０．０１倍以上０．２倍以下の膜厚を持つことを特徴とする抵抗入りプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガソリンエンジン等の内燃機関に取り付けられ、電波雑音の発生を防止するための抵抗体組成物を絶縁碍子の軸孔内に端子電極と共に熱間加圧により加熱封着してなる抵抗体を備えた抵抗入りプラグに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関の高出力化に伴い火花放電エネルギーも高くなり、従来の抵抗体組成物では、使用中に抵抗体を流れる火花放電の電流エネルギーにより抵抗体組成物の成分中に含まれるカーボンブラックが酸化（焼損）し、電気抵抗値が増加する不具合が生じている。そこで、従来より、負荷寿命安定材としての酸化チタニウムを抵抗体組成物中に多量に添加することにより負荷寿命特性を改善した抵抗入りプラグ（例えば特公平４−５６１号公報、特公平５−５２６４１号公報等）が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の抵抗入りプラグにおいては、酸化チタニウムが半導性物質であるため、抵抗体の常温時における電気抵抗値に対する熱間加圧時（または高温の燃焼ガスに晒された時）における電気抵抗値の変化率が非常に大きく、抵抗体の本来の電波雑音防止特性を悪化させてしまうという問題が生じている。
【０００４】
この発明の目的は、常温時と熱間加圧時との抵抗体の電気抵抗値の変化率を減少させることにより電波雑音防止特性の悪化を防止することが可能な抵抗入りプラグを提供することにある。また、近年の内燃機関の高出力化に伴う火花放電エネルギーの増大に対して十分な負荷寿命安定特性を得ることが可能な抵抗入りプラグを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、軸方向の軸孔を有する絶縁碍子と、この絶縁碍子の先端側の軸孔内に挿入された中心電極と、前記絶縁碍子の後端側の軸孔内に挿入された端子電極と、前記中心電極と前記端子電極との間に充填された抵抗体組成物を熱間加圧することにより前記絶縁碍子の軸孔内に封着された抵抗体とを備えた抵抗入りプラグであって、前記抵抗体組成物は、その抵抗体組成物中において２重量％以上６０重量％以下の酸化チタニウム粉末を含有し、その酸化チタニウム粉末の表面は、絶縁性酸化物被膜に覆われた技術手段を採用した。
【０００６】
前記絶縁性酸化物被膜として、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、アルカリ土類酸化物または希土類酸化物の１種類以上の電気絶縁性の酸化物を使用しても良い。また、前記絶縁性酸化物被膜の膜厚を、前記酸化チタニウム粉末の粒子径の０．０１倍以上０．２倍以下にしても良い。
【０００７】
【発明の効果】
この発明によれば、半導性物質である酸化チタニウム粉末の表面を絶縁性酸化物被膜により被覆することによって、常温時と熱間加圧時との抵抗体の電気抵抗値の変化率が増大する半導性を抑えることにより、電波雑音防止特性の悪化を抑えることができる。また、抵抗体組成物において２重量％以上６０重量％以下の酸化チタニウム粉末を含有することにより、近年の内燃機関の高出力化に伴う火花放電エネルギーの増大に対して十分な負荷寿命安定特性を得ることができる。
【０００８】
【実施例】
〔実施例の構成〕
図１は内燃機関用抵抗入りプラグを示した図である。この内燃機関用抵抗入りプラグ１は、電波雑音防止性能に優れた抵抗体入りスパークプラグで、レジスタプラグと呼ばれるスパークプラグである。内燃機関用抵抗入りプラグ１は、筒状の主体金具２、この主体金具２に保持された筒状の絶縁碍子３、主体金具２の先端面に接合された接地電極４、この接地電極４の放電端面との間に火花放電ギャップを形成する中心電極５、点火装置の点火コイル（図示せず）に電気的に接続された端子電極６、絶縁碍子３内に充填された導電性ガラスシール材７、８、およびこれらの導電性ガラスシール材７、８間に封着されたモノリシック型抵抗体（以下抵抗体と略す）９等から構成されている。
【０００９】
主体金具２は、内燃機関用抵抗入りプラグ１のハウジングを構成し、絶縁碍子３の支持およびガソリンエンジン等の内燃機関への取り付けの役目をする。この主体金具２の上端側の外周にはレンチ等の工具をかけるための六角部１１が形成され、下端側の外周には、内燃機関のシリンダヘッドに捩じ込むための取付用ねじ部１２が形成されている。
【００１０】
絶縁碍子３は、酸化アルミニウム（アルミナ）または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス焼結体で、主体金具２と中心電極５および端子電極６とを電気的に絶縁する絶縁体である。この絶縁碍子３の内部には、先端面および後端面で開口している軸方向の軸孔１３が形成されている。そして、絶縁碍子３のうち内燃機関の燃焼室内に突出される脚長部１４の軸孔１３内に中心電極５が嵌め込まれている。また、絶縁碍子３のうち主体金具２より外側に突出するコルゲーション部１５の軸孔１３内に端子電極６が嵌め込まれている。
【００１１】
接地電極４および中心電極５は、内燃機関の使用中に高温の燃焼ガスに晒されるためにニッケル・クロム・鉄合金やニッケル・マンガン・シリコン・クロム合金等の耐熱性金属が使用されている。接地電極４は、アース側（正極側）となる主体金具２の先端面に抵抗溶接等の接合手段を用いて接合されている。中心電極５は、軸孔１３よりも突出した状態で軸孔１３内に嵌め込まれて絶縁碍子３に保持されている。
【００１２】
端子電極６は、例えば軟鋼よりなり、軸孔１３よりも外側に突出した端子部１６を一体成形している。その先端の外周には、導電性ガラスシール材８との接合強度を高めるための雄ねじ部１７が形成されている。なお、端子電極６と端子部１６とを別体で構成しても良い。
【００１３】
導電性ガラスシール材７、８は、抵抗体９と共に軸孔１３内に充填されて軸孔１３内に加熱封着され、絶縁碍子３と中心電極５および端子電極６との接合、および中心電極５と端子電極６との電気的な接合を同時に行うものである。導電性ガラスシール材７、８は、そのガラスシール組成物中において例えばホウ珪酸・リチウム・バリウムガラス等のガラス粉末を５０重量％と、銅等の金属粉末を４０重量％〜４７重量％と、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）系、ＰＥＤ（ポリエチレンオキシド）系、デキストリン系等の１種の有機バインダーを３重量％〜１０重量％とから構成されている。
【００１４】
抵抗体９は、導電性ガラスシール材７、８と共に軸孔１３内に充填されて軸孔１３内に加熱封着され、電波雑音を防止するものである。この抵抗体９は、その抵抗体組成物中において例えばホウ珪酸・リチウム・バリウムガラス等のガラス粉末を１０重量％〜８０重量％と、負荷寿命安定材としての酸化チタニウム（ＴｉＯ2 ）粉末を２重量％〜６０重量％と、抵抗体粉末としてのカーボンブラックを０．１重量％〜２０重量％と、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）系、ＰＥＤ（ポリエチレンオキシド）系、デキストリン系等の１種の有機バインダーを０．０５重量％〜５重量％とから構成されている。なお、抵抗体粉末として、酸化チタニウム粉末およびカーボンブラックに、アルミニウムを０．２重量％、あるいは酸化ジルコニウム（ジルコニア：ＺｒＯ2 ）を０〜２０重量％含有させても良い。
【００１５】
そして、酸化チタニウム粉末は、粒径が０．１μｍ〜２μｍで、その表面を絶縁性酸化物被膜にて覆っている。絶縁性酸化物被膜としては、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化シリコン（シリカ：ＳｉＯ2 ）、酸化ジルコニウム（ジルコニア：ＺｒＯ2 ）、アルカリ土類酸化物または希土類酸化物の１種類、あるいはこれらより選ばれた２種類以上の電気絶縁性の酸化物（例えばＳｉＯ2 ＋Ａｌ2 Ｏ3 ）を用いる。なお、絶縁性酸化物被膜の膜厚は、酸化チタニウム粉末の粒径の０．０１倍〜０．２倍が望ましく、この実施例では１×１０-3μｍ〜０．４μｍの膜厚となる。
【００１６】
そして、アルカリ土類酸化物（元素の周期表のＩＩａ族）としては、酸化マグネシウム（マグネシャ：ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）等を用いることができる。
また、希土類酸化物（元素の周期表のＩＩＩａ族）としては、酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）、酸化ランタン（Ｌａ2 Ｏ3 ）等を用いることができる。
【００１７】
〔実施例と比較例の比較結果〕
次に、抵抗体組成物成分中の重量％において、負荷寿命安定材としての酸化チタニウム（ＴｉＯ2 ）粉末の重量％を種々変化させたり、酸化チタニウム粉末の表面を被覆する絶縁性酸化物被膜を種々変化させたりすることにより、負荷寿命特性、電波雑音防止特性および加熱特性がどのように変化するかについて調査した複数の実験について説明する。
【００１８】
１）抵抗素材の調整
後記する表１の実施例１〜実施例５、および比較例１〜比較例７の抵抗体原料粉末は、１０重量％〜８０重量％のホウ珪酸・リチウム・バリウムガラス粉末と、１．５重量％〜６５重量％の酸化チタニウム粉末と、０．１重量％〜２０重量％のカーボンブラックとを混合し、０．０５重量％〜５重量％のデキストリン系の有機バインダーと水を適量加えて造粒乾燥し、抵抗素材（抵抗体原料粉末）を得た。
【００１９】
２）絶縁性酸化物被膜の形成方法
なお、実施例１〜実施例５、比較例１および比較例２の酸化チタニウム粉末の表面は、表１に示した絶縁性酸化物被膜で被覆した。この絶縁性酸化物被膜の形成方法は、酸化チタニウム素材に水と分散剤を加えてスラリー化した後に、所定量のＡｌ、Ｓｉ、Ｚｒ等の塩類水溶液を加え、これを中和するアルカリ性物質または酸性物質を加えて生成する含水酸化物で、酸化チタニウム粒子の表面を被覆する。最後にスラリーＰＨを調節して濾過し純水により洗浄した後にスプレードライヤー（噴霧乾燥機）などで乾燥させて、酸化チタニウム粒子の表面に絶縁性酸化物被膜が形成される。なお、絶縁性酸化物被膜は、酸化チタニウム粉末の粒径が１μｍであるため、膜厚を０．１μｍとした。
【００２０】
３）抵抗体の封着方法
アルミナ製絶縁碍子３の軸孔１３内の脚長部１４側に中心電極５を挿入し、その上に導電性ガラスシール材７を１００ｍｇ、上記のように調整した抵抗素材を４００ｍｇ、導電性ガラスシール材８を２００ｍｇを軸孔１３内に順次充填し、次に端子電極６を軸孔１３内に挿入した。次に、この絶縁碍子３全体を高温（例えば９００℃）に加熱し、端子電極６に圧力（例えば４０ｋｇｆ）を加え、軸孔１３内に充填した抵抗素材および導電性ガラスシール材７、８を熱間加圧により加熱封着して、導電性ガラスシール材７、８間にモノリシック型抵抗体９を得た。そして、この絶縁碍子３の外周に、接地電極４を固定した主体金具２を固定し、電波雑音抑制上必要とされる０．５ｋΩ〜２０ｋΩ（望ましくは３ｋΩ〜２０ｋΩ）の範囲（常温時、例えば２０℃）内の電気抵抗値を持つ内燃機関用抵抗入りプラグ１を得た。
【００２１】
４）負荷寿命特性について
試験装置：自動車用トランジスタ点火装置、
１次コイル側蓄積エネルギー：１００ｍＪ、
放電電圧：３０ｋＶ、
放電回数：３６００回／分。
【００２２】
以上の条件で１００時間後の抵抗体９の電気抵抗値の変化率を測定し、その測定結果を表１に示した。なお、表１において◎印は電気抵抗値の変化率が±２０％以下、○印は電気抵抗値の変化率が±２１％以上±３０％以下、×印は規制値外の±３１％以上を示す。
【００２３】
この表１からも確認できるように、抵抗体組成物（抵抗素材）の成分中の重量％において酸化チタニウム粉末が２．０重量％より小さくなると、急激に負荷寿命特性が悪化する傾向にあることが分かる。また、酸化チタニウム粉末が６０重量％より大きくなると、急激に負荷寿命特性が悪化する傾向にあることが分かる。そして、酸化チタニウム粉末の重量％が２．０重量％から６０重量％までの範囲では、３０重量％が最も良好となる傾向にあることが分かる。
【００２４】
５）電波雑音防止特性について
４サイクル３６０ｃｃエンジンを用い、Ｃ，Ｉ，Ｓ，Ｐ，Ｒ（国際無線障害特別委員会）測定法に準じて、１２０ＭＨｚで測定し、その測定結果を表１に示した。なお、表１において○印は電波雑音レベルが３５ｄＢ以下の規制値内のもの、×印は電波雑音レベルが３６ｄＢ以上の規制値外のものを示す。
【００２５】
この表１からも確認できるように、抵抗体組成物（抵抗素材）の成分中において酸化チタニウム粉末が６０重量％より大きくなると、急激に電波雑音防止特性が悪化する傾向にあることが分かる。
【００２６】
６）加熱特性について
抵抗素材を１５０℃の空気中に２時間放置した後の熱間（１５０℃）における電気抵抗値と試験前の常温（例えば２０℃）時の電気抵抗値（例えば５ｋΩ）との間の電気抵抗値の変化率を測定し、その測定結果を表１に示した。なお、表１において◎印は電気抵抗値の変化率が−２５％以下、○印は電気抵抗値の変化率が−２６％以上−４０％以下、×印は規制値外の−４１％以上を示す。
【００２７】
この表１からも確認できるように、酸化チタニウム粉末の表面に絶縁性酸化物被膜を形成しておらず、酸化チタニウム粉末の重量％が２重量％よりも大きい比較例４〜比較例７が急激に加熱特性が悪化する傾向にあることが分かる。そして、実施例１〜実施例５の中では、酸化チタニウム粉末の重量％が３０重量％で、且つ絶縁性酸化物被膜がアルミナである実施例２が最も良好となる傾向にあることが分かる。
【表１】
0003734293.tif 000002
【００２８】
〔実施例の効果〕
以上のように、内燃機関用抵抗入りプラグ１は、半導性物質である酸化チタニウム粉末の表面にアルミナ等の絶縁性酸化物被膜を形成することによって、抵抗体９の常温時（例えば２０℃）における電気抵抗値（例えば０．５ｋΩ〜２０ｋΩ）に対する熱間加圧時（例えば８５０℃〜９５０℃）または高温の燃焼ガスに晒された時（例えばプラグ先端温度が９００℃）の電気抵抗値の変化率を減少させることができる。したがって、加熱特性の電気抵抗値の変化率を減少させることができるので、抵抗体９の電波雑音防止性能の低下を抑制することができる。
【００２９】
また、抵抗体９は、抵抗体組成物重量％において２重量％以上６０重量％以下の酸化チタニウム粉末を含有することにより、十分な電波雑音防止性能を保持しながらも、近年の内燃機関の高出力化に伴う火花放電エネルギーの増大に対して十分な負荷寿命安定特性を得ることができる。
【００３０】
〔変形例〕
この実施例では、抵抗体９の結合材（ガラス粉末）としてホウ珪酸・リチウム・バリウムガラス粉末を用いたが、ホウ珪酸ガラス粉末、ホウ酸バリウム系ガラス粉末、鉛ガラス粉末等を用いても良い。特に酸化バリウム含有のガラス粉末は、炭質物質（カーボンブラック）との濡れ性に優れている。ガラス粉末の軟化点は約３００℃を越えるものが望ましい。軟化点が低くなり過ぎると、実際の内燃機関で使用した場合に中心電極５と端子電極６の固着保持が困難で且つ電気抵抗値が変動する等の問題が生じる。
【００３１】
実施例１〜実施例５において、抵抗体組成物中の重量％においてガラス粉末を１０重量％〜８０重量％に設定している。１０重量％よりガラス粉末が少ないと、抵抗体粉末の固着が不十分となり、多孔質な抵抗体９となるため、気密性および負荷寿命特性が悪化するばかりでなく、端子電極６の圧入が困難となり、端子電極６の雄ねじ部１７との結合力も低下してしまう。
【００３２】
ガラス粉末が８０重量％を越えると、導電材料として作用するカーボンブラック粒子間にガラス粉末が大量に侵入し、抵抗体９の電気抵抗値が大きく増加し、電気抵抗値のバラツキも増大するのみならず、抵抗体９の熱間加圧の際に抵抗体９が端子電極６の長手方向に対して直交方向に加圧充填されず、所定の電気抵抗値が得られ難くなり、且つ電波雑音防止性能も低下してしまう。
【００３３】
実施例１〜実施例５において、抵抗粉末中の導電物質としてカーボンブラックを用いたが、アセチレンブラック、黒鉛、ピッチ粉、あるいは焼結時に炭素化し得る有機物等を用いても良い。
また、負荷寿命安定材としての酸化チタニウム粉末に微量の酸化ジルコニウム等の半導性物質を混入させても良い。
【００３４】
そして、この発明では、絶縁性酸化物被膜の膜厚が、酸化チタニウムの粒子径の０．０１倍以上０．２倍以下に設定されている。絶縁性酸化物被膜の膜厚が酸化チタニウムの粒子径の０．０１倍より薄いと、常温時と熱間加圧時との電気抵抗値の変化率が増大する酸化チタニウムの半導性を抑制する性能が弱い。また、絶縁性酸化物被膜の膜厚が酸化チタニウムの粒子径の０．２倍より厚いと、酸化チタニウムの負荷寿命安定性能を低下させてしまう。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示した断面図である。
【符号の説明】
１  抵抗入りプラグ
３  絶縁碍子
５  中心電極
６  端子電極
７  導電性ガラスシール材
８  導電性ガラスシール材
９  モノリシック型抵抗体
１３  軸孔
１６  端子部
１７  雄ねじ部
【図１】
0003734293.tif 000003