JPH11339925A

JPH11339925A - スパークプラグ

Info

Publication number: JPH11339925A
Application number: JP10144596A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nishikawa; 倹一西川; Minoru Tanaka; 穣田中
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1999-12-10
Also published as: BR9901833A; EP0961373A1; US6188166B1; CN1237021A

Abstract

(57)【要約】【課題】導電性ガラスシール層と端子金具との接合力
を高めることができ、ひいては端子金具の脱落や、導電
性ガラスシール層との間の接合状態の劣化等の不具合を
生じにくい構造を有したスパークプラグを提供する。【解決手段】抵抗体入りスパークプラグ１００は、絶
縁体２の軸方向に形成された貫通孔６に対し、その一方
の端部側に端子金具１３が固定され、同じく他方の端部
側に中心電極３が固定されるとともに、該貫通孔６内に
おいて端子金具１３と中心電極３との間に導電性結合層
１７，１５，１６が配置されている。そして、端子金具
１３のシール部１３ｃは、導電性ガラスシール層１７を
介して抵抗体１５と接合されるとともに、その表層領域
が、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ｓｂ及びＡｇの１種又は２種以上を主体とする金属
層とされる。

Description

【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し、特に電波ノイズ発生防止用の
抵抗体を組み込んだスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述のような抵抗体入りスパーク
プラグとして、絶縁体の軸方向に形成された貫通孔に対
し、その一方の端部側から端子金具を挿入・固定し、同
じく他方の端部側から中心電極を挿入・固定するととも
に、該貫通孔内において端子金具と中心電極との間に抵
抗体を配置する構造のものが知られている。抵抗体はガ
ラスとカーボンブラックあるいは金属等の導電性物質と
の混合物にて構成されるが、金属の含有量がそれほど高
くないため、金属製の端子金具や中心電極との直接接合
は困難な場合が多く、一般にはそれらの間に、比較的多
量の金属とガラスとの混合物からなる導電性ガラスシー
ル層を配して接合力を高めた構成が採用されている。

【０００３】このような抵抗体入りスパークプラグは、
次のようにして製造されている。まず、絶縁体の貫通孔
に中心電極を挿入・固定した後、導電性ガラス粉末を充
填し、次いで抵抗体組成物の原料粉末を充填し、さらに
導電性ガラス粉末を再び充填し、最後に中心電極とは反
対側から端子金具を圧入して組立体を作る。絶縁体の貫
通孔内には、中心電極側から導電性ガラス粉末層、抵抗
体組成物粉末層及び別の導電性ガラス粉末層が積層され
た形で形成される。この状態で、組立体を加熱炉内に搬
入してガラス軟化点以上に加熱し、中心電極とは反対側
から軸方向に端子金具を押し込むことにより各層は圧縮
されて、中心電極側の導電性ガラスシール層、抵抗体及
び端子金具側の導電性ガラスシール層となり、端子金具
及び中心電極がそれぞれ導電性ガラスシール層を介して
抵抗体に接合された構造ができあがる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にして抵抗体入りスパークプラグを製造する場合、その
加熱・圧縮工程において端子金具の先端部は、加熱によ
り軟化した導電性ガラス粉末層中に押し込まれ、最終的
には導電性ガラスシール層中に該先端部が没入する形で
接合される形となる。ここで、良好な接合状態を得るた
めには、端子金具先端部の外周面と、絶縁体貫通孔の内
面との隙間にも導電性ガラスシール層が十分に充填され
ることが重要である。しかしながら、上記隙間の大きさ
は概して小さく、軟化した導電性ガラスの流動性もそれ
ほど高くないことから、ガラスの充填が不十分となるこ
とも多い。そのため、端子金具と導電性ガラスシール層
との密着力が不足して、衝撃等が加わった際に端子金具
が脱落したりする不具合を生ずる心配がある。また、ス
パークプラグに高電圧が繰り返し印加されるに伴い、端
子金具と導電性ガラスシール層との接合状態が劣化しや
すい問題もある。

【０００５】そのため、一般に使用されているスパーク
プラグにおいては、導電性ガラスシール層との接合力を
高めるため、これに没入させる端子金具先端部の外周面
にねじ加工あるいはローレット状の溝付け加工を施し、
導電性ガラスシール層との接合力をアンカー効果にて高
める工夫がなされている。しかし、外周面にこのような
加工を施した場合は、絶縁体との隙間への導電性ガラス
の充填がますます困難となり、却って接合力が低下して
しまうケースもある。

【０００６】本発明の課題は、導電性ガラスシール層と
端子金具との接合力を高めることができ、ひいては端子
金具の脱落や、導電性ガラスシール層との間の接合状態
の劣化等の不具合を生じにくい構造を有したスパークプ
ラグを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明の請求項１のスパークプラグ
は、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が固定され、同じく他方の端部側
に中心電極が固定されるとともに、該貫通孔内において
端子金具と中心電極との間に導電性結合層が配置され、
その導電性結合層は、少なくとも端子金具と接する側に
形成される導電性ガラスシール層を含み、端子金具は該
導電性ガラスシール層と接触する部分の表層領域が、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｂ
及びＡｇの１種又は２種以上を主体とする金属により構
成される金属層とされていることを特徴とする。なお、
本明細書においては、元素名は主に元素記号により表示
する。

【０００８】上記請求項１のスパークプラグの構成で
は、端子金具の導電性ガラスシール層と接触する部分の
表面に上記材質の金属層を形成することで、端子金具と
導電性ガラスシール層との接合力が高められ、ひいては
衝撃等が加わった場合に、端子金具の脱落等の不具合を
生じにくくすることができる。また、スパークプラグに
高電圧が繰り返し印加されても、端子金具と導電性ガラ
スシール層との接合状態の劣化が生じにくい。上記金属
層形成により接合力が高められる理由としては、上記材
質の金属層の形成により導電性ガラスシール層中のガラ
ス材料部との濡れ性が改善されること等が考えられる。

【０００９】導電性ガラスシール層は、その金属含有量
が３５〜７０重量％とすることができる。具体的には、
その含有される金属成分は、Ｃｕ及びＦｅの少なくとも
いずれかを主体に構成することができる。金属含有量が
３５重量％未満になると、該層の導電性が悪化し、端子
金具との間の導通を十分に確保できなくなる場合があ
る。他方、金属含有量が７０重量％を超えると、シール
性が不十分となる場合がある。

【００１０】上記金属層は、例えば電解メッキや無電解
メッキ等の化学メッキ法により形成できる。また、真空
蒸着、イオンプレーティングあるいはスパッタリング等
の気相成膜法により形成してもよい。

【００１１】金属層の厚さは、例えば０．１μｍ以上と
するのがよい（請求項２）。該厚さが０．１μｍ未満に
なると、端子金具の導電性ガラスシール層との接合力を
高める効果が十分に得られなくなる場合がある。該金属
層の厚さは、より望ましくは１μｍ以上とするのがよ
い。なお、金属層の厚さが５０μｍを超えると、層厚増
大に伴う接合力向上効果が顕著でなくなり、無駄なコス
ト上昇を招くので、該金属層の厚さは５０μｍ以下の範
囲で設定するのがよい。

【００１２】次に、本発明の請求項３のスパークプラグ
は、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が固定され、同じく他方の端部側
に中心電極が固定されるとともに、該貫通孔内において
端子金具と中心電極との間に導電性結合層が配置され、
その導電性結合層は、少なくとも前記端子金具と接する
側に形成される導電性ガラスシール層を含み、端子金具
は該導電性ガラスシール層と接触する部分の表層領域
が、厚さ０．１μｍ以上の導電性又は半導体性の酸化物
層とされていることを特徴とする。

【００１３】この場合も、請求項１のスパークプラグと
同様に、端子金具と導電性ガラスシール層との接合力が
高められ、ひいては衝撃等が加わった場合に、端子金具
の脱落等の不具合を生じにくくすることができる。ま
た、スパークプラグに高電圧が繰り返し印加されても、
端子金具と導電性ガラスシール層との接合状態の劣化が
生じにくい。上記酸化物層の形成により接合力が高めら
れる理由としては、該酸化物層の形成により導電性ガラ
スシール層中のガラス材料部との間の濡れ性が改善され
ることが考えられる。また、形成される酸化物層は導電
性又は半導体性なので、導電性ガラスシール層中の金属
と端子金具との間の導通の確保も容易である。

【００１４】上記酸化物層の厚さが０．１μｍ未満にな
ると、端子金具の導電性ガラスシール層との接合力を高
める効果が十分に得られなくなる場合がある。該酸化物
層の厚さは、より望ましくは１μｍ以上とするのがよ
い。

【００１５】酸化物層は、例えばＮｉ系酸化物層とする
ことができる（請求項４）。ここで、「Ｎｉ系酸化物」
とは、金属元素成分の主体がＮｉである酸化物をいい、
例えばＮｉＯを主体とするものである。ＮｉＯは半導体
性であるため、これを主体とする酸化物層は導電性も比
較的高く、また導電性ガラスシール層に含まれるガラス
成分との濡れ性も良好であることから、本発明に好適に
使用できる。

【００１６】端子金具は、例えば低炭素鋼等の芯材表面
を、Ｎｉを主体に構成されるＮｉ系金属層により被覆し
たものとして構成できる。なお、Ｎｉ系金属層は、電解
メッキ等により形成されたＮｉメッキ層とすることがで
きる。例えば前記各材質の金属層を形成する場合、Ｎｉ
ないしＮｉ合金で構成された端子金具は、これに対する
当該金属層の密着性が良好となるので、本発明に好適に
使用できる。一方、Ｎｉ系酸化物層を形成する場合は、
Ｎｉ系金属層を適当な方法で酸化処理することにより、
これを簡単に形成できる利点もある。

【００１７】この場合、その具体的な形成方法として
は、酸素含有雰囲気（例えば大気）中にて高温（例えば
７００℃以上）保持し、酸化物層を形成すべきＮｉ系金
属層の表面を高温酸化処理する方法、Ｎｉ系金属層の表
面を高温（例えば７００℃以上）の水蒸気と接触させる
方法、あるいは陽極酸化法等がある。また、Ｎｉ系金属
層の表面を各種酸化剤と接触させる方法も採用可能であ
る。このような酸化剤としては、例えば、塩素、臭素等
のハロゲンガスあるいはこれを溶解させた液体、硝酸、
塩酸、塩素系オキソ酸（塩素酸あるいは過塩素酸など）
等の酸類又はその水溶液、クロム酸もしくは重クロム酸
又はそれらの塩類の水溶液、過マンガン酸又はその塩類
の水溶液、過酸化水素などを例示できる。なお、これら
の方法は２以上のものを組み合わせて用いてもよい。

【００１８】なお、上記Ｎｉ系酸化物層に限らず、本発
明で使用する酸化物層は、上記酸化処理で形成する方法
の他に、高周波スパッタ法、反応性スパッタ法あるいは
ＣＶＤ法などの気相成膜法、さらには金属アルコキシド
の加水分解等により含水酸化物ゾルを作り、これを塗布
・乾燥後加熱して酸化物被膜を得るゾル・ゲル法等の採
用も可能である。このような方法により、酸化インジウ
ム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化クロム
（Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｒＯ_２）、酸化バナジウム（Ｖ
_２Ｏ_３、ＶＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）等の各種導
電性あるいは半導体性の酸化物層を形成することができ
る。

【００１９】次に、請求項５のスパークプラグは、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
側に端子金具が固定され、同じく他方の端部側に中心電
極が固定されるとともに、該貫通孔内において端子金具
と中心電極との間に導電性結合層が配置され、その導電
性結合層は、少なくとも端子金具と接する側に形成され
る導電性ガラスシール層を含み、導電性ガラスシール層
は金属とガラスの混合物にて構成されるととともに、Ｚ
ｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ及びＮｉのうちの１種又は２種以
上からなる補助金属成分を合計で０．１〜１０重量％含
有する。

【００２０】導電性ガラスシール層に上記組成範囲の補
助金属成分を含有させることにより、端子金具と導電性
ガラスシール層との接合力が高められ、ひいては衝撃等
が加わった場合に、端子金具の脱落等の不具合を生じに
くくすることができる。なお、補助金属成分は、望まし
くは合計で２〜７重量％含有させるのがよい。

【００２１】上記構成により、端子金具と導電性ガラス
シール層との間の接合状態が改善される理由は次によう
に推測される。すなわち、導電性ガラスシール層は例え
ば、ガラス材料部を形成するガラス粉末と金属部を形成
する金属粉末とを含有する混合粉末を、ホットプレス法
（例えば温度８００〜１０００℃）等により端子金具と
一体焼成することにより形成できる。このとき、金属粉
末として上記補助金属成分を含有する金属粉末を配合し
ておくことにより、例えばＺｎ、Ｓｂ及びＳｎの比較的
低融点の金属からなる成分を使用する場合は、焼成時に
これら成分が少なくとも部分的に溶融して液相が発生す
る。そして、この液相に基づく新たな金属層が導電性ガ
ラスシール層と端子金具との間に形成されて、両者間の
接合状態が高められることが考えられる。また、Ａｇや
Ｎｉはやや高融点であるが、焼成時においてこれら成分
が端子金具の表層部側に拡散し、接合の密着性が高めら
れることが考えられる。

【００２２】この場合、前述の請求項１ないし３の構成
（すなわち、端子金具側に前述の金属層あるいは酸化物
層を形成する）を組み合わせることにより、端子金具と
導電性ガラスシール層との接合力をさらに高めることが
できる。

【００２３】導電性ガラスシール層中の上記補助金属成
分の合計含有量が０．１重量％未満になると、該成分配
合による接合性改善効果が顕著でなくなる。一方、１０
重量％を超えると、シール性が損なわれる場合がある。
該合計含有量は、望ましくは２〜７重量％とするのがよ
い。

【００２４】なお、補助金属成分としてＮｉを含有させ
る場合、該Ｎｉ成分は、Ｎｉを主成分とし、かつＣｒ、
Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅ、Ｐのうちの１種又は２種以上を含
有するＮｉ系ろう材粉末の形で配合することができる。
この場合、導電性ガラスシール層中には、Ｎｉを主成分
とし、かつＣｒ、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅ、Ｐのうちの１種
又は２種以上を含有するＮｉ系金属相が形成されること
がある。このようなＮｉ系ろう材はＮｉ単体金属よりも
融点が低く、例えば前記焼成温度の近傍（８００〜１０
００℃）に固相線温度が存在する材質のものを用いるこ
とで、導電性ガラスシール層と端子金具との間の接合状
態を一層良好なものとすることができる。

【００２５】Ｎｉろう材としては、Ｎｉを主体として、
例えば５〜２１重量％のＣｒと、２．５〜４重量％のＢ
と、３〜１１重量％のＳｉと、０．１５重量％以下のＣ
と、１〜５重量％のＦｅと、９〜１３重量のＰとの少な
くとも１種を含有するものを使用できる。

【００２６】上記本発明のスパークプラグの各構成にお
いては、導電性ガラスシール層と端子金具との間の接合
力を顕著に高めることができる。例えば、端子金具の先
端を導電性ガラスシール層中に没入させた形態でこれと
接触させる構成においては、請求項８のように、その没
入される先端部の外周面を実質的な平滑面（ただし、微
視的な凹凸は生じていてもよい）としても、導電性ガラ
スシール層との間の接合力を十分に確保することができ
るようになる。その結果、従来のスパークプラグのよう
に、端子金具の該先端部にねじ加工あるいはローレット
状の溝付け加工を施す必要がなくなり、その製造工程を
簡略化することができる。また、先端部外周面を平滑に
形成することで、絶縁体内面との隙間への導電性ガラス
の充填がスムーズに進むので、良好な接合状態を得るこ
とができる。

【００２７】なお、端子金具の上記先端部外周面には、
ねじ状部あるいはローレット状の溝部など、導電性ガラ
スシール層との間にかみ合いを生じさせるための凹凸を
加工により形成するようにしてもよい。このような凹凸
の形成により、端子金具と導電性ガラスシール層との間
の結合力をさらに高めることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態を図面を用いて説明する。図１に示す本発明の一例
たる抵抗体入りスパークプラグ１００は、筒状の主体金
具１、先端部が突出するようにその主体金具１内に嵌め
込まれた絶縁体２、先端部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
が結合され、他端側が中心電極３の先端と対向するよう
に配置された接地電極４等を備えている。そして、接地
電極４と中心電極３との間には火花放電ギャップｇが形
成されている。以下、中心電極３の軸線方向において火
花放電ギャップｇの形成される側を前方側、これと反対
側を後方側とする。

【００２９】主体金具１は炭素鋼等で形成され、図１に
示すように、主体金具１の外周面には取付け用のねじ部
７が形成されている。スパークプラグ１００は、該ねじ
部７により例えばガソリンエンジン（内燃機関）のシリ
ンダヘッドに取り付けられる。そして、その状態で接地
電極４と中心電極３との間に高圧を印加することによ
り、火花放電ギャップｇに火花放電して、該エンジンの
着火源としての役割を果たすこととなる。なお、ねじ部
７の外径は、例えば１４ｍｍである。また、中心電極３
を突出させている側の主体金具１の開口端から、絶縁体
２の後端縁位置までの長さＬは、例えば６０ｍｍであ
る。また、中心電極３はインコネル（Inconel：商標
名）等のＮｉ合金で構成されている。さらに、絶縁体２
はアルミナ等のセラミックス焼成体で構成されている。

【００３０】上記スパークプラグ１００において、絶縁
体２の軸方向には貫通孔６が形成されており、その一方
の端部側に端子金具１３が挿入・固定され、同じく他方
の端部側に中心電極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、導電性ガラスシール層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。これら導電性ガラスシール層１６，１７及び抵抗体
１５は、導電性結合層を形成するものである。なお、抵
抗体１５を省略し、端子金具１３と中心電極３とを単一
の導電性ガラスシール層で接合するようにしてもよい。
また、抵抗体１５を設ける場合、これと中心電極３との
間の導電性ガラスシール層１６を省略してもよい。

【００３１】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
３ａが鍔状に形成されている。そして、上記貫通孔６の
第一部分６ａと第二部分６ｂとの間には、中心電極３の
電極固定用凸部３ａを受けるための凸部受け面２０がテ
ーパ面あるいはアール面状に形成されている。

【００３２】端子金具１３は低炭素鋼等で構成され、表
面には防食のためのＮｉメッキ層（層厚：例えば５μ
ｍ）１３ｄ（図２）が形成されたものである。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１３
ａ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、
その外周面は平滑に仕上げられるとともに、導電性ガラ
スシール層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の内面との間の
クリアランスは０．１〜０．５ｍｍ程度である。

【００３３】また、導電性ガラスシール層１６，１７
は、Ｃｕ及びＦｅ等の金属成分の１種又は２種以上を主
体とする金属粉末を混合したガラスにより構成され、そ
の金属含有量が３５〜７０重量％とされる。なお、該導
電性ガラスシール層１６，１７には、必要に応じてＴｉ
Ｏ_２等の半導体性の無機化合物粉末を適量配合すること
ができる。

【００３４】図２に示すように、端子金具１３のシール
部１３ｃの表面、例えば外周面及び先端面には、前記し
たＮｉメッキ層１３ｄの外側を覆う形で、Ｚｎ、Ｓｎ、
Ｐｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｂ及びＡｇの
１種又は２種以上を主体とする金属により構成される金
属層４０で覆われている。そして、該シール部１３ｃ
は、この金属層４０を介して導電性ガラスシール層１７
と電気的に接合されている。金属層４０は例えば電解メ
ッキや無電解メッキ等の化学メッキ法により形成され、
その厚さは０．１μｍ以上、望ましくは１μｍ以上とさ
れる（なお、図２では、Ｎｉメッキ層１３ｄ及び金属層
４０の厚さは誇張して描いている）。

【００３５】また、抵抗体１５は、ガラス粉末、セラミ
ック粉末、金属粉末（Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ及びＮｉ
の１種又は２種以上を主体とするもの）、非金属導電物
質粉末（例えば無定形カーボンないしグラファイト）及
び有機バインダ等を所定量配合し、ホットプレス等の公
知の手法により焼結して製造されるものである。

【００３６】抵抗体入りスパークプラグ１００におい
て、絶縁体２に対する中心電極３と端子金具１３との組
付け、及び抵抗体１５と導電性ガラスシール層１６，１
７との形成は以下のようにして行うことができる。ま
ず、図３（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、第二部分６ｂに導電性ガラス粉末
Ｈを充填する。なお、導電性ガラス粉末Ｈは、ガラス粉
末と金属粉末との混合物として構成されるものであり、
金属粉末はＣｕ及びＦｅ等の金属成分の１種又は２種以
上を主体とするものである。また、ガラス粉末と金属粉
末との合計に対する金属粉末の重量比率は３５〜７０重
量％とされる。

【００３７】そして、（ｃ）に示すように、第二部分６
ｂ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、導電性ガラス粉末層２６を形成する。次いで、抵
抗体原料粉末を充填して予備圧縮を行い、さらに導電性
ガラス粉末を充填して予備圧縮を行うことにより、図３
（ｄ）に示すように、貫通孔６の第二部分６ｂ内には、
中心電極３側（下側）から導電性ガラス粉末層２６、抵
抗体原料粉末層２５及び導電性ガラス粉末層２７が積層
された状態となる。

【００３８】そして、図４（ａ）に示すように、この状
態で全体を炉Ｆ内に挿入してガラス軟化点以上である８
００〜１０００℃に加熱し、その後、貫通孔６内に端子
金具１３（シール部１３ｃの表面に、金属層４０を予め
形成しておいたもの）を、中心電極３と反対側から圧入
して積層状態の各層２６、２５、２７を軸方向に加圧し
てホットプレス処理する。これにより、図４（ｂ）に示
すように、各層は圧縮・焼結されてそれぞれ導電性ガラ
スシール層１６、抵抗体１５及び導電性ガラスシール層
１７となる。このとき、シール部１３ｃは軟化した導電
性ガラス粉末層２７内に圧入され、金属層４０を介して
導電性ガラスシール層１７と接合されることとなる。

【００３９】図２に示すように、シール部１３ｃの導電
性ガラスシール層１７との接触面に前述の金属層４０を
形成することで、端子金具１３（シール部１３ｃ）と導
電性ガラスシール層１７との接合力が高められ、ひいて
は衝撃等が加わった場合に、端子金具１３の脱落等の不
具合を生じにくくすることができる。また、スパークプ
ラグ１００に高電圧が繰り返し印加されても、端子金具
１３と導電性ガラスシール層１７との接合状態の劣化が
生じにくい。

【００４０】また、シール部１３ｃの外周面を平滑に仕
上げてもガラスシール層１７との接合力が十分に確保さ
れるので、従来のスパークプラグのように該シール部１
３ｃにねじ状部やローレット状の溝部等を形成する必要
がなくなり、製造工程の簡略化を図ることができる。さ
らに、シール部１３ｃの外周面にねじ状部等を形成せ
ず、これを平滑に仕上げることで、絶縁体の貫通孔６の
内面とシール部１３ｃの外面との隙間には、導電性ガラ
スを却ってスムーズに充填できるようになり、該隙間に
気泡等が残留しにくくなるので、これも良好な接合状態
を得る上で有利な効果をもたらす。

【００４１】ただし、図５に示すように、シール部１３
ｃには必要に応じ、導電性ガラスシール層１７との間に
かみ合いを生じさせるための凹凸として、従来のスパー
クプラグと同様のねじ状部１３ｓを加工により形成する
ようにしてもよい。このように凹凸を形成すれば、いわ
ゆるアンカー効果により端子金具１３と導電性ガラスシ
ール層１７との間の結合力をさらに高めることができる
場合がある。また、凹凸として、ねじ状部１３ｓに代え
てローレット状の溝部（例えば、シール部１３ｃの軸線
に沿う溝部を周方向に所定の間隔で複数形成する形態）
を形成するようにしてもよい。

【００４２】なお、図１に示すスパークプラグ１００に
おいて、図２の金属層４０に代えて、図６に示すＮｉ系
酸化物層４１を形成してもよい（なお、図６では、Ｎｉ
メッキ層１３ｄ及びＮｉ系酸化物層４１の厚さは誇張し
て描いている）。該Ｎｉ系酸化物層４１は、例えばシー
ル部１３ｃのＮｉメッキ層１３ｄの表面を、酸素含有雰
囲気（例えば大気）中にて７００℃以上で高温酸化処理
する方法、７００℃以上の水蒸気と接触させる方法、前
述の各種酸化剤と接触させる方法、さらには陽極酸化法
等により、厚さ０．１μｍ以上（望ましくは１μｍ以
上）に形成される。

【００４３】また、図２、図５及び図６の構成において
導電性ガラスシール層１７には、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａ
ｇ及びＮｉのうちの１種又は２種以上からなる補助金属
成分を合計で、０．１〜１０重量％（望ましくは２〜７
重量％）含有させることも可能である。これにより、端
子金具１３と導電性ガラスシール層１７との接合力をさ
らに高めることができる。この場合、図２、図５、図６
においてシール部１３ｃに対し、金属層４０あるいは酸
化物層４１を形成しない構成とすることもできる。

【００４４】

【実施例】（実施例１）組成Ｃｕ−Ｓｎ重量％Ｆｅの金
属粉末（平均粒径３０μｍ）とガラス粉末（平均粒径１
５０μｍ）とを、金属粉末の含有量が約５０重量％とな
るように混合して、導電性ガラス粉末を用意した。な
お、ガラス粉末の材質は、ＳｉＯ_２を６０重量％、Ｂ_２
Ｏ_５を３０重量％、Ｎａ_２Ｏを５重量％、及びＢａＯを
５重量％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。

【００４５】他方、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重量％、セラミック粉末としてのＺｒＯ_２（平均
粒径３μｍ）を６０重量％、金属粉末としてのＡｌ粉末
（平均粒径２０〜５０μｍ）を１重量％、非金属導電材
料粉末としてのカーボンブラックを６重量％、及び有機
バインダとしてのデキストリンを３重量％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１００
重量部に対して４００重量部配合し、抵抗体原料粉末を
得た。なお、ガラス粉末の材質は、ＳｉＯ_２を５０重量
％、Ｂ_２Ｏ_５を２９重量％、Ｌｉ_２Ｏを４重量％、及び
ＢａＯを１７重量％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。

【００４６】次いで、上記導電性ガラス粉末及び抵抗体
組成物粉末を用いて図３及び図４に示す方法により、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、絶縁体２の貫通孔６の第二部分６
ｂの内径は４．０ｍｍであり、導電性ガラス粉末層２６
を形成するための導電性ガラス粉末の充填量は０．１５
ｇ、抵抗体原料粉末の充填量は０．４０ｇ、及び導電性
ガラス粉末層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／ｃｍ^２とした。

【００４７】ここで、端子金具１３は、表面に電解Ｎｉ
メッキ層１３ｄを膜厚５μｍにて形成した低炭素鋼製の
ものを使用した。そのシール部１３ｃは外径約３．５ｍ
ｍ、長さ約３５ｍｍの円柱状とし、外周面は電解Ｎｉメ
ッキ層１３ｄ形成後における表面粗度が、約６μｍＲａ
（中心線平均粗さ）となる平滑仕上げとした。また、絶
縁体２の貫通孔６の内面とシール部１３ｃの外周面との
間のクリアランスは約０．２ｍｍとした。

【００４８】そして、シール部１３ｃの電解Ｎｉメッキ
層１３ｄの表面には、Ｎｉ系酸化物層４１（図６）、及
びＺｎ、Ｓｎ、半田（Ｓｎ−１０重量％Ｐｂ合金）、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｂ、Ａｇの各種金属層
４０（図２）を各種厚さで形成した（サンプル番号１〜
２８）。なお、Ｎｉ系酸化物層は、シール部１３ｃの電
解Ｎｉメッキ層１３ｄの表面を、９００℃の水蒸気と１
〜２時間接触させることにより形成し、その膜厚は走査
型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面観察により測定し
た。なお、形成されたＮｉ系酸化物層をＸ線回折により
同定したところ、酸化Ｎｉ(II)（ＮｉＯ）を主体とする
ものであることがわかった。また、金属層は電解メッキ
法により形成し、その膜厚は蛍光Ｘ線膜厚計又はマイク
ロメータにより測定した。なお、サンプル毎の金属膜／
酸化物膜の種別及び膜厚を表１に示している。

【００４９】他方、中心電極３は、Ｎｉ合金（インコネ
ル６００、概略組成：Ｎｉ７５．８重量％、Ｃｒ１５．
５重量％、Ｆｅ８重量％、Ｍｎ０．５重量％、Ｓｉ０．
２重量％）製のものを使用した。なお、比較例１とし
て、シール部１３ｃに金属層及びＮｉ系酸化物層を形成
しなかったスパークプラグも作製した（サンプル番号２
９）。

【００５０】こうして得られたスパークプラグの各サン
プルに対し、シール部１３ｃと導電性ガラスシール層１
７との接合の固着力を次の方法により評価した。すなわ
ち、各スパークプラグサンプルに対し、ＪＩＳ：Ｂ８０
３１に規定された耐衝撃試験を、振動振幅２２ｍｍ、衝
撃回数４００回／分の条件で１０分及び３０分行い、試
験後のスパークプラグの抵抗値変化を測定した。この場
合、シール部１３ｃと導電性ガラスシール層１７との接
合の固着力が小さいと、衝撃による層間剥離等により抵
抗値増加を生ずることとなる。そして、判定条件は、抵
抗値増加率が５％未満のものを優（◎）、５〜１０％の
ものを良（○）、１０〜１５％のものを可（△）、１５
％以上のものを不可（×）として判定した。また、焼け
締まり状態の評価は、抵抗体組成物を所定形状に切り出
して焼き締まり判定用試料を作製し、その断面を光学顕
微鏡（倍率２０倍）により観察するとともに、相当量の
気孔が観察され、少量の水を滴下したとき瞬時に吸収す
るものを焼き締まり不良（×）、気孔が殆ど観察され
ず、吸水しないものを焼き締まり良（）として判定し
た。以上の結果を表１に示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】このように、端子金具１３のシール部１３
ｃにＮｉ系酸化物層４１あるいは金属層４０を形成した
本発明のスパークプラグ（サンプル番号１〜２８）は、
Ｎｉ系酸化物層あるいは金属層を形成しない比較例のス
パークプラグ（サンプル番号２９）と比べて耐衝撃試験
後の抵抗値増加率が小さく、シール部１３ｃと導電性ガ
ラスシール層１７との接合力に優れていることがわか
る。

【００５３】（実施例２）金属粉末とガラス粉末（平均
粒径１５０μｍ）とを、金属粉末の含有量が約５０重量
％となるように混合して、導電性ガラス粉末を用意し
た。ただし、金属粉末は、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｂ及びＡｇの
各補助金属成分源としての粉末（平均粒径２０〜５０μ
ｍ：以下、補助金属粉末という）の配合量を０．０１〜
５０重量％とし、また補助金属粉末の配合量が５０重量
％未満の場合には残部をなす金属Ｃｕ粉末（平均粒径３
０μｍ）を配合した。なお、ガラス粉末の材質は実施例
１と同様である。他方、抵抗体原料粉末も実施例１と同
様に調製した。

【００５４】次いで、上記各種導電性ガラス粉末と抵抗
体組成物粉末を用いて図３及び図４に示す方法により、
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（サンプル番号１０１〜１２０）。な
お、絶縁体２の貫通孔６の第二部分６ｂの内径は４．０
ｍｍであり、導電性ガラス粉末層２６を形成するための
導電性ガラス粉末の充填量は０．１５ｇ、抵抗体原料粉
末の充填量は０．４０ｇ、及び導電性ガラス粉末層２７
を形成するための導電性ガラス粉末の充填量は０．１５
ｇとし、ホットプレス処理の加熱温度は９００℃、加圧
力は１００ｋｇ／ｃｍ^２とした。

【００５５】なお、端子金具１３は、表面に電解Ｎｉメ
ッキ層１３ｄを膜厚５μｍにて形成した低炭素鋼製のも
のを使用した。そのシール部１３ｃは外径約３．５ｍ
ｍ、長さ約３５ｍｍの円柱状とし、外周面は電解Ｎｉメ
ッキ層１３ｄ形成後における表面粗度が、約６μｍＲａ
（中心線平均粗さ）となる平滑仕上げとした。また、絶
縁体２の貫通孔６の内面とシール部１３ｃの外周面との
間のクリアランスは約０．２ｍｍとした。

【００５６】こうして得られたスパークプラグの各サン
プルに対し、シール部１３ｃと導電性ガラスシール層１
７との接合の固着力及び焼け締まりを実施例１と同様に
評価した。また、その評価後において、導電性ガラスシ
ール層１７中の補助金属成分（Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ａ
ｇ）の含有量をＩＣＰ分析により求めた。以上の結果を
表２に示す。

【００５７】

【表２】

【００５８】このように、導電性ガラスシール層１７中
に補助金属成分を０．１〜１０重量％の割合で配合した
本発明のスパークプラグは、これを配合しない比較例の
スパークプラグ（実施例１：サンプル番号２９）と比べ
て耐衝撃試験後の抵抗値増加率が小さく、シール部１３
ｃと導電性ガラスシール層１７との接合力に優れている
ことがわかる。他方、補助金属成分の含有量が０．１重
量％未満となるもの（サンプル番号１０４、１１０、１
１４）は抵抗値増加率が大きく、上記固着力が不十分と
なっていることがわかる。また、補助金属成分の含有量
が１０重量％を超えるもの（サンプル番号１０８、１０
９、１１３、１１８〜１２０）は、焼け締まり不良ある
いは接合力不足の不具合を生じていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパークプラグの一実施例を示す正面
断面図。

【図２】図１の要部を示す正面断面図。

【図３】図１のスパークプラグの製造工程を示す説明
図。

【図４】図３に続く説明図。

【図５】本発明のスパークプラグの別の実施例の要部を
示す正面断面図。

【図６】本発明のスパークプラグのさらに別の実施例の
要部を示す正面断面図。

【符号の説明】

１主体金具２絶縁体３中心電極４接地電極６貫通孔１３端子金具１３ｃシール部（先端部）１５抵抗体（導電性結合層）１６導電性ガラスシール層（導電性結合層）１７導電性ガラスシール層（導電性結合層）４０金属層４１Ｎｉ系酸化物層１００スパークプラグ

Claims

【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に対
し、その一方の端部側に端子金具が固定され、同じく他
方の端部側に中心電極が固定されるとともに、該貫通孔
内において前記端子金具と前記中心電極との間に導電性
結合層が配置され、その導電性結合層は、少なくとも前記端子金具と接する
側に形成される導電性ガラスシール層を含み、前記端子
金具は該導電性ガラスシール層と接触する部分の表層領
域が、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａ
ｕ、Ｓｂ及びＡｇの１種又は２種以上を主体とする金属
により構成される金属層とされていることを特徴とする
スパークプラグ。
【請求項２】前記金属層は、その厚さが０．１μｍ以
上となるように形成されている請求項１記載のスパーク
プラグ。
【請求項３】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が固定され、同じく他
方の端部側に中心電極が固定されるとともに、該貫通孔
内において前記端子金具と前記中心電極との間に導電性
結合層が配置され、その導電性結合層は、少なくとも前記端子金具と接する
側に形成される導電性ガラスシール層を含み、前記端子
金具は該導電性ガラスシール層と接触する部分の表層領
域が、厚さ０．１μｍ以上の導電性又は半導体性の酸化
物層とされていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項４】前記酸化物層はＮｉ系酸化物層である請
求項３記載のスパークプラグ。
【請求項５】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が固定され、同じく他
方の端部側に中心電極が固定されるとともに、該貫通孔
内において前記端子金具と前記中心電極との間に導電性
結合層が配置され、その導電性結合層は、少なくとも前記端子金具と接する
側に形成される導電性ガラスシール層を含み、その導電
性ガラスシール層は金属とガラスの混合物にて構成され
るととともに、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ及びＮｉのうち
の１種又は２種以上からなる補助金属成分を合計で０．
１〜１０重量％含有することを特徴とするスパークプラ
グ。
【請求項６】前記導電性ガラスシール層に含まれる金
属成分は、前記補助金属成分を除いたものの残部がＣｕ
及びＦｅの少なくともいずれかを主体に構成されている
請求項５記載のスパークプラグ。
【請求項７】前記端子金具は、前記導電性ガラスシー
ル層と接触する部分の表層領域が、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、
Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｂ及びＡｇの１種又
は２種以上を主体とする金属又はＢとＰとのいずれかを
含有するＮｉ合金により構成される金属層、又は厚さ
０．１μｍ以上の導電性又は半導体性の酸化物層とされ
ている請求項６記載のスパークプラグ。
【請求項８】前記端子金具は、先端が前記導電性ガラ
スシール層中に没入された形態でこれと接触しており、
かつ該先端部の外周面が実質的な平滑面とされている請
求項１ないし７のいずれかに記載のスパークプラグ。