JP3813708B2 - スパークプラグの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に装着するスパークプラグの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁碍子の軸孔内に向い合って配する先端側の中心電極と、後端側の端子電極との間をガラスシール材としてシールガラス材、或いはシールガラス材、抵抗体材及びシールガラス材のガラスを加熱により溶融させた後、端子電極を押圧し、冷却により凝固させて製造するガラスシール式のスパークプラグが従来より知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
（ア）軟化温度が低いガラスシール材を使用し、比較的低い温度でガラスシールを行う場合
エネルギーコストが低く抑えられるとともに、作業性に優れる。
しかし、使用中にシール部分（端子電極の先端、中心電極の後端部）が高温に晒されると、ガラスシール材が軟化するので端子電極や中心電極に緩みが生じ、気密性が損なわれる。
また、シール材や抵抗体材中に混合されている導電性物質の結合力が低下するので抵抗値が高くなる。
【０００４】
（イ）軟化温度が高い（７５０℃以上）ガラスシール材を使用し、高温ガラスシール（８００℃以上）を行う場合
母材である低炭素鋼（等の鉄材）に鍍金（ニッケルまたは亜鉛）を施した端子電極がガラスシールの際に酸化・腐食する。
端子電極が酸化・腐食すると鍍金が剥がれるので、母材に錆が発生する。
錆が発生すると、プラグキャップとの電気接続が悪化する。また、錆が絶縁碍子の頭部を汚染し、フラッシュオーバーの原因となる。
【０００５】
本発明の目的は、ガラスシールの際に端子電極の端子部が酸化・腐食せず、且つ、使用中に、端子電極−中心電極間の抵抗値の増大が防止できるスパークプラグの製造方法の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為、本発明は、以下の構成を採用した。
（１）絶縁碍子の軸孔内に向い合って配する先端側の中心電極と、後端側の端子電極との間をガラスシールするスパークプラグの製造方法において、前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行うことを特徴とするスパークプラグの製造方法である。
【０００７】
（２）絶縁碍子の軸孔内に向い合って配する先端側の中心電極と、後端側の端子電極との間をガラスシールするスパークプラグの製造方法において、前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行い、前記端子電極の端子部の鍍金層が中性塩水噴霧試験において７０時間以上錆の発生を生じないことを特徴とするスパークプラグの製造方法である。
【０００８】
（３）先端面に外側電極を突設した筒状の主体金具と、該主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、前記軸孔の段座で区分される先端側に配して前記段座に基部が係止する中心電極と、後端側に配して後端の端子部が前記絶縁碍子の端面から突出する端子電極と、両電極の間をガラスシールするシールガラスとから成るスパークプラグの製造方法であって、前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行う。
【０００９】
（４）先端面に外側電極を突設した筒状の主体金具と、該主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、前記軸孔の段座で区分される先端側に配して前記段座に基部が係止する中心電極と、後端側に配して後端の端子部が前記絶縁碍子の端面から突出する端子電極とから成り、両電極の間を前記中心電極の前記基部上にシールガラス、抵抗体及びシールガラスの順に充填して前記端子電極をガラスシールするスパークプラグの製造方法であって、前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が８００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行う。
【００１０】
（５）上記（１）〜（４）の何れかの構成を有し、ガラスの軟化点が４５０℃以上で、且つ軟化点より５０℃〜１５０℃高い温度でガラスシールする。
【００１１】
（６）上記（１）〜（５）の何れかの構成を有し、前記端子電極は、低炭素鋼製の母材にニッケル又は亜鉛を鍍金したものである。
【００１２】
（７）上記（１）〜（６）の何れかの構成を有し、不活性ガス雰囲気の電気炉又は還元ガス雰囲気のガス炉で前記ガラスシールを行う。
【００１３】
【作用および発明の効果】
〔請求項１ないし請求項３について〕
ガラスシールを行う温度が５００℃未満であると、スパークプラグの使用中にシールガラスの軟化を招く（軟化温度が低いシールガラスを用いるため）。また、ガラスシールを行う温度が１０００℃を越えると、ガラスシール時に端子電極の変質を招くとともに、ガラスシールに適したシールガラスの調合が困難になる（軟化温度が高過ぎる）。
【００１４】
ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件でガラスシールを行う構成である。
ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が１２．０容積％以下の雰囲気条件により、端子電極の端子部の酸化・腐食が抑えられる。また、端子電極の端子部の鍍金層が中性塩水噴霧試験において７０時間以上酸化・腐食しない。
ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上の雰囲気条件により、絶縁碍子の頭部に釉薬を塗布した非焼付けの絶縁碍子を用いて、ガラスシールを行う工程で、釉薬を焼付けることを兼ねることができ、焼付けの一本化によりコストを低減することができる。
【００１５】
〔請求項４について〕
絶縁碍子の軸孔内の中心電極と端子電極の間をシールガラス、抵抗体及びシールガラスによりガラスシールするスパークプラグの製造方法において、ガラスシール部の温度が８００℃〜１０００℃の高い温度で、且つ、酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の条件でガラスシールを行う構成である。
ガラスシール部の温度が８００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が１２．０容積％以下の雰囲気条件により、ガラスシールの際に端子電極の端子部の鍍金層が酸化・腐食しない。
ガラスシール部の温度が８００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上の雰囲気条件により、絶縁碍子の頭部に釉薬を塗布した非焼付けの絶縁碍子を用いて、ガラスシールを行う工程で、釉薬を焼付けることを兼ねることができ、焼付けの一本化によりコストを低減することができる。
【００１６】
シールガラスが軟化しないので、端子電極等に緩みが生じず、気密性が損なわれない。また、シールガラスや抵抗体中に混合されている導電性物質の結合力が低下しないので、端子電極- 中心電極間の抵抗値が高くならない。
【００１７】
ガラスシールを行う温度が８００℃未満であると、抵抗体ガラスが十分軟化しないため、スパークプラグの使用中に抵抗体の焼締りが良く、火花エネルギーにより導電路が寸断され抵抗値が増大する。また、ガラスシールを行う温度が１０００℃を越えると、ガラスシール時に端子電極の変質を招くとともに、ガラスシールに適したシールガラスの調合が困難になる（軟化温度が高過ぎる）。
【００１８】
〔請求項５について〕
軟化点が４５０℃以上で、且つ、軟化点より５０℃〜１５０℃高い温度でガラスシールすればガラスシールの際にシールガラスが充分溶融するので確実にガラスシールを行うことができる。また、スパークプラグの使用時におけるガラスシール部の温度が上昇しても（３００〜３３０℃）シールが軟化せず、端子電極等に緩みが生じず、気密性が損なわれない。
【００１９】
〔請求項６について〕
スパークプラグの端子電極には、ニッケルまたは亜鉛を鍍金した低炭素鋼が使用される。
５００℃以上の高温（大気中）でガラスシールを行うと、この端子電極が酸化・腐食する。
しかし、酸素濃度が１２．０容積％以下であるので、ガラスシールの際に端子電極が酸化・腐食しない。特にニッケル鍍金が有用である。
【００２０】
〔請求項７について〕
酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下であれば、不活性ガス雰囲気あるいは還元性ガス雰囲気の電気炉またはガス炉でも良く、ガラスシールの際に端子電極の端子部の鍍金層が酸化・腐食しない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の構成を採用したスパークプラグＲを、図１に基づいて説明する。
図１に示す様に、スパークプラグＲは、円筒状の主体金具１と、主体金具１内に固定される軸孔２１付の絶縁碍子２と、軸孔２１内に挿設される端子電極３と、先端部が碍子先端面２２１から突出する様に軸孔２１内に固定される中心電極４と、端子電極３のシール部３１及び中心電極４の基部４１を、夫々、軸孔２１内で封着するシールガラス材５、６と、シールガラス材５、６間に位置する抵抗体材７とを具備する。そして、このスパークプラグＲは、ガスケット１１を介して内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に螺着され、端子部３２にプラグキャップ（図示せず）が嵌合されて高電圧が給電される。
【００２２】
主体金具１は、低炭素鋼で形成され、外周にネジ１２１を形成したねじ部１２と、前側にガスケット１１を配設した胴部１３と、プラグレンチを嵌合させる為の六角部１４とからなる。尚、１４１はパッキン、１４２、１４３はリング、１４４は滑石である。
【００２３】
絶縁碍子２は、アルミナを主体とするセラミック焼結体で形成され、ねじ部１２の内側に位置する脚長部２２と、主体金具１の六角部１４から胴部１３の内側に位置する径大部２３と、外周にコルゲーション２４１を形成した頭部２４とからなる。また、絶縁碍子２の軸に沿って軸孔２１が形成されている。尚、頭部２４から径大部２３間に位置する軸孔２１の直径は径大（φ４．５）に形成され、脚長部２２に位置する軸孔２１の直径は中心電極径（φ２．６）よりやや大きく設定されている。
【００２４】
端子電極３は、母材である低炭素鋼（Ｃが０．３％以下）の表面にニッケル鍍金（鍍金厚５μｍ）を施したものであり、軸孔２１内でガラスシールされるシール部３１と、絶縁碍子２の頭部端面２４２から突出する端子部３２と、端子部３２とシール部３１とを接続する棒状部３３とからなる。
【００２５】
端子部３２は、嵌合状態のプラグキャップの抜けを防止する為、中央部を径小に形成している。
シール部３１は、外周が螺子またはローレット状に加工され、シールガラス材５により軸孔２１内に封着されている。
【００２６】
中心電極４は、ニッケル合金製の鞘材と、該鞘材内に封入される芯材（銅、銅合金等の良熱伝導性金属）とで構成され、先端部４２が碍子先端面２２１から突出する様に軸孔２１内に嵌め込まれ、基部４１が段座２２２に係止し、シールガラス材６を介して軸孔２１内に封着されている。
【００２７】
シールガラス材５、６は、銅粉末とホウケイ酸カルシムガラス粉末（軟化温度７８０℃）とを１：１に混合した導電性ガラス粉末が溶融凝固したものであり、導電性を有する。そして、シールガラス材６→抵抗体材７→シールガラス材５を介して中心電極４が端子電極３に電気接続される。
【００２８】
抵抗体材７（目標抵抗値５ｋΩ）は、以下の様にして調製される。
ＺｒＯ2 粉末１７．３ｗｔ％、アルミナ粉末０．２ｗｔ％、カーボンブラック２．０ｗｔ％、ガラス粉末（ＳｉＯ2 ５０ｗｔ％、Ｂ2 Ｏ3 ２９ｗｔ％、Ｌｉ2 Ｏ４ｗｔ％、ＢａＯ１７ｗｔ％軟化点８２０℃）８０ｗｔ％、及びＰＶＡバインダー０．５ｗｔ％を加えてミキサーにて混合して調製する。
【００２９】
シールガラス材５、６となるシール材は、以下の様にして調製される。
ホウケイ酸カルシウムガラス粉末５０重量部に対し、金属銅粉５０重量部及びＰＶＡバインダー１重量部を添加し、ミキサーにて混合する。これを、１００℃で乾燥させシールガラス材とする。
【００３０】
次に、図１に示す抵抗入りスパークプラグＲのガラスシール工程について、図２及び図３によって説明する。
Ｉ）アルミナを主成分とする焼結体の頭部２４の表面に釉薬を塗布・焼付けた絶縁碍子２の軸孔２１内に、図２（ａ）に示すように、中心電極４を上方から挿入して径大の基部４１を段座２２２に係止する。
【００３１】
ＩＩ）図２（ｂ）に示すように、上述のホウケイ酸カルシウムガラス（軟化温度７８０℃Ｇ2 ガラス）用いたシールガラス材６を０．３ｇ充填し、１４０ＭＰａでプレスする。
このシールガラス材６の上に上述の抵抗体材７を０．６ｇ、２回に分けて０．３ｇづつ充填し、各々１４０ＭＰａでプレスする。
更に、この抵抗体材７の上に上記シールガラス材５を０．３ｇ充填し、同じく１４０ＭＰａでプレスした後、端子電極３を軸孔２１内に挿設する。
【００３２】
ＩＩＩ）次に、この端子電極３を挿設した絶縁碍子２は、図３に示すように、セラミック製の筒状の受台８内に挿入して径大部２３の座面を係止させ、燃料がＬＮＧのガス炉９に配する。そして前記径大部２３及び頭部２４のシールガラス部の部位を８００℃〜１０００℃に加熱し（約２０分）、シールガラス材５、６及び抵抗体材７（ガラスシール部Ｇ）のガラスを溶触させると共に端子電極３を圧力１００ｋｇでプレスＰし、７００℃まで加圧力２０ｋｇで保持した後、常温まで徐冷する。
図２（ｃ）に示すように，端子電極３のシール部３１、中心電極４の基部４１を絶縁碍子２の軸孔２１内に固着し、ガラスシール工程が完了する。
【００３３】
なお、９１は耐火性から成る炉体、９２はバーナー装置、９３はガス炉内における酸素濃度を検出するＯ2 センサであり、２個のＯ2 センサにより酸素濃度を１２容積％以下好ましくは０．１〜１２容積ｖｏｌ％）の雰囲気にコントローラー９４により制御させる。また温度はバーナー装置９２のＬＰＧ、ＬＮＧ等のガス流量を調節することにより一定温度に制御させ、端子電極３の端子部３２の鍍金層（ニッケルメッキの厚み５μｍ）の酸化・腐食を防止することができる。
【００３４】
また、この実施例の絶縁碍子２の頭部２４に釉薬を塗布した非焼付けの絶縁碍子２を用いているので、ガラスシール工程の温度で釉薬を焼付けることを兼ねることができ、焼付けの一本化によりコストを低減することができる。
尚、頭部２４等に予め釉薬を塗布・焼付けした絶縁碍子２を使用しても良い。
【００３５】
上記ガラスシールが完了した絶縁碍子２は、パッキン１４１を介して主体金具１内に嵌め込まれ、リング１４２、１４３、滑石１４４が装入され、加締部１４５を加締めることにより主体金具１に組み付けられる。
【００３６】
図４は、本発明の構成を有する他の実施例のスパークプラグＳである。
このスパークプラグＳは、上記実施例のスパークプラグＲと比べて抵抗体材７の無いタイプであり、絶縁碍子２の軸孔２１内の対設する中心電極４と端子電極３の間をシールガラス１０によってガラスシール温度５００℃〜１０００℃の範囲で封着したものである。
このシールガラス材１０は金属粉末（銅）とガラス粉末の混合物から成り、ガラスの軟化温度は４５０℃〜９５０℃の広い温度範囲のものが適用することができる。例えば上記実施例のシールガラス材５、６のガラス及び後述のＧ1 ガラスを使用することができ、酸素濃度を１２容積％に制御することによって端子電極３の端子部３２のニッケル鍍金層の酸化・腐食を有効に防止することができる。
【００３７】
〔実施例〕
実施例を表１に示す。表１には、スパークプラグタイプとして抵抗体材７のあるＲと無いＳプラグを用い、使用シールガラス、ガラスシール温度、炉の雰囲気及びＯ2 濃度、端子電極３の端子部３２の表面の錆発生時間（Ｈｒ）及び抵抗値の変化率（％）の各項目について評価した。
【００３８】
【表１】
【００３９】
なお、テストに使用したシールガラス材のガラス組成（重量％）として、Ｇ1 はＳｉＯ2 ３３％、Ｂ2 Ｏ3 １０％、Ｎａ2 Ｏ６％、ＰｂＯ５１％で軟化点４６０℃のもの、Ｇ2 はＳｉＯ2 ５５％、Ｂ2 Ｏ3 ３０％、Ｎａ2 Ｏ５％、ＰｂＯ５％、ＣａＯ５％で軟化点７８０℃のもの、Ｇ3 はＳｉＯ2 ２８％、Ｂ2 Ｏ3 １２％、Ｎａ2 Ｏ５％、ＰｂＯ５５％で軟化点４３０℃のものを使用する。
【００４０】
また、抵抗値の変化率（％）は、４サイクル、４気筒エンジンにスパークプラグＲ、Ｓを装着し、５０００ｒｐｍ×全開条件で５０時間の耐久試験を行い、テスト前の抵抗値とテスト後の抵抗値の変化率を示す。そして、プラス（＋）は抵抗値増加を、マイナス（−）は抵抗値減少を示す。また、抵抗値変化率の判定基準としては、ＪＩＳ Ｂ８０３１に規定されている抵抗値負荷寿命試験の±３０％以内を良好とした。
【００４１】
更に、端子電極３の端子部３２の表面の錆発生時間（Ｈｒ）は、ＪＩＳ Ｈ８５０２に規定する中性塩水噴霧試験方法に基づいて行い、錆発生時間の判定としては７０Ｈｒ以上を良好とした。
【００４２】
次に、本発明の構成を採用した各テストの試料Ｎｏ．の条件に基づいて製造したスパークプラグＲ及びＳの利点を述べる。
〔ア〕まず、試料Ｎｏ．２、３、４、及び１４（請求項１、２、４、５、６及び７に対応）の条件に基づいて製造したスパークプラグＲは、ガラスシールの際に端子電極３の端子部３２の表面の酸化・腐食が防止できる。
また、試料Ｎｏ．７、１２、１３及び１５（請求項１、２、３、５、６及び７に対応）の条件に基づいて製造したスパークプラグＳは、同じく端子電極３の端子部３２の表面の酸化・腐食が防止できる。
この為、端子電極３の鍍金が剥がれず、鍍金剥がれに起因する錆が発生せず、錆の発生（母材）に起因するプラグキャップとの接続不良やフラッシュオーバー等の不具合が発生しない。
【００４３】
〔イ〕試料Ｎｏ．２、３、４及び１４の条件に基づいて製造したスパークプラグＲは、通常の使用中にシール部分（シール部３１、基部４１）が高温に晒されてもシールガラス材５、６が軟化しない。
この為、端子電極３や中心電極４に緩みが（気密性が保持される）生じない。また、シールガラス材５、６中に混合されている銅の結合力の低下が抑止されるので、端子電極３- 中心電極４間の抵抗値（５ｋΩ）が大幅に増大しない。
また、試料Ｎｏ．７、１２、１３及び１５の条件に基づいて製造したスパークプラグＳは、同じシール部分が高温に晒されてもシールガラス１０が軟化しない。
この為、端子電極３や中心電極４に緩みが生じない。
【００４４】
なお、ガラスシール温度が５００℃未満のスパークプラグＳの試料Ｎｏ．８は、エンジンテスト中に抵抗値が増大する。
また、試料Ｎｏ．１１のように、軟化点（７８０℃）よりガラスシール温度が５０℃以上高くないとガラスシールできない。更に、試料Ｎｏ．９、１０のようにガラスシール温度が軟化点より１５０℃よりも高いと導電材（銅粉）とガラスの秩序が乱れ、抵抗値のバラツキが大きく、エンジンテスト後の抵抗値変化率が＋３０％より大幅に大きくなるので好ましくない。
【００４５】
〔ウ〕炉内に不活性ガスをフローできる電気炉（試料Ｎｏ．２、７）、或いはＬＰＧ、ＬＮＧ等のガスを燃料とするガス炉（試料Ｎｏ．３、４、１２、１３、１４及び１５）において、酸素濃度を１２容積％以下にすることにより、端子電極３の端子部３２の表面の酸化・腐食の抑止効果が高い。
【００４６】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．シールガラス原料は、その他、ホウ酸バリウムガラス、ホウ酸リチウム- カルシウムガラス等でも良い。
ｂ．端子電極３は、低炭素鋼製の母材に亜鉛（クロメート処理）を鍍金したものでも良い。
ｃ．シールガラス材５、６は、上記実施例のガラス粉末と銅等の金属粉末以外に、これらに、ＴｉＯ2 、ＴｉＣ、Ｂ4 Ｃ等の金属酸化物、金属炭化物を加えた公知の導電性ガラス材であっても良い。
【００４７】
ｄ．抵抗体材７は、上記実施例以外に、その他、公知のガラス質抵抗体材料を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の抵抗材組成物を採用した抵抗入りスパークプラグの断面図である。
【図２】本発明の絶縁碍子の軸孔内に中心電極と端子電極をガラスシールする工程の説明図である。
【図３】本発明のガラスシールに使用するガス炉の概略図（ａ）及びＡ−Ａ切断の断面図（ｂ）である。
【図４】本発明の抵抗体材の無いスパークプラグの断面図である。
【符号の説明】
１ 主体金具
２ 絶縁碍子
３ 端子電極
４ 中心電極
５ シールガラス材（シールガラス）
６ シールガラス材（シールガラス）
７ 抵抗体材（抵抗体）
９ ガス炉
１０ シールガラス材（シールガラス）
２１ 軸孔
３２ 端子部
４１ 中心電極の基部
４２ 先端部
２２１ 碍子先端面（先端面）
２２２ 段座
Ｒ 抵抗入りスパークプラグ
Ｓ 抵抗体の無いスパークプラグ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に装着するスパークプラグの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁碍子の軸孔内に向い合って配する先端側の中心電極と、後端側の端子電極との間をガラスシール材としてシールガラス材、或いはシールガラス材、抵抗体材及びシールガラス材のガラスを加熱により溶融させた後、端子電極を押圧し、冷却により凝固させて製造するガラスシール式のスパークプラグが従来より知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
（ア）軟化温度が低いガラスシール材を使用し、比較的低い温度でガラスシールを行う場合
エネルギーコストが低く抑えられるとともに、作業性に優れる。
しかし、使用中にシール部分（端子電極の先端、中心電極の後端部）が高温に晒されると、ガラスシール材が軟化するので端子電極や中心電極に緩みが生じ、気密性が損なわれる。
また、シール材や抵抗体材中に混合されている導電性物質の結合力が低下するので抵抗値が高くなる。
【０００４】
（イ）軟化温度が高い（７５０℃以上）ガラスシール材を使用し、高温ガラスシール（８００℃以上）を行う場合
母材である低炭素鋼（等の鉄材）に鍍金（ニッケルまたは亜鉛）を施した端子電極がガラスシールの際に酸化・腐食する。
端子電極が酸化・腐食すると鍍金が剥がれるので、母材に錆が発生する。
錆が発生すると、プラグキャップとの電気接続が悪化する。また、錆が絶縁碍子の頭部を汚染し、フラッシュオーバーの原因となる。
【０００５】
本発明の目的は、ガラスシールの際に端子電極の端子部が酸化・腐食せず、且つ、使用中に、端子電極−中心電極間の抵抗値の増大が防止できるスパークプラグの製造方法の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為、本発明は、以下の構成を採用した。
（１）絶縁碍子の軸孔内に向い合って配する先端側の中心電極と、後端側の端子電極との間をガラスシールするスパークプラグの製造方法において、前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行うことを特徴とするスパークプラグの製造方法である。
【０００７】
（２）絶縁碍子の軸孔内に向い合って配する先端側の中心電極と、後端側の端子電極との間をガラスシールするスパークプラグの製造方法において、前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行い、前記端子電極の端子部の鍍金層が中性塩水噴霧試験において７０時間以上錆の発生を生じないことを特徴とするスパークプラグの製造方法である。
【０００８】
（３）先端面に外側電極を突設した筒状の主体金具と、該主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、前記軸孔の段座で区分される先端側に配して前記段座に基部が係止する中心電極と、後端側に配して後端の端子部が前記絶縁碍子の端面から突出する端子電極と、両電極の間をガラスシールするシールガラスとから成るスパークプラグの製造方法であって、前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行う。
【０００９】
（４）先端面に外側電極を突設した筒状の主体金具と、該主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、前記軸孔の段座で区分される先端側に配して前記段座に基部が係止する中心電極と、後端側に配して後端の端子部が前記絶縁碍子の端面から突出する端子電極とから成り、両電極の間を前記中心電極の前記基部上にシールガラス、抵抗体及びシールガラスの順に充填して前記端子電極をガラスシールするスパークプラグの製造方法であって、前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が８００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行う。
【００１０】
（５）上記（１）〜（４）の何れかの構成を有し、ガラスの軟化点が４５０℃以上で、且つ軟化点より５０℃〜１５０℃高い温度でガラスシールする。
【００１１】
（６）上記（１）〜（５）の何れかの構成を有し、前記端子電極は、低炭素鋼製の母材にニッケル又は亜鉛を鍍金したものである。
【００１２】
（７）上記（１）〜（６）の何れかの構成を有し、不活性ガス雰囲気の電気炉又は還元ガス雰囲気のガス炉で前記ガラスシールを行う。
【００１３】
【作用および発明の効果】
〔請求項１ないし請求項３について〕
ガラスシールを行う温度が５００℃未満であると、スパークプラグの使用中にシールガラスの軟化を招く（軟化温度が低いシールガラスを用いるため）。また、ガラスシールを行う温度が１０００℃を越えると、ガラスシール時に端子電極の変質を招くとともに、ガラスシールに適したシールガラスの調合が困難になる（軟化温度が高過ぎる）。
【００１４】
ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件でガラスシールを行う構成である。
ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が１２．０容積％以下の雰囲気条件により、端子電極の端子部の酸化・腐食が抑えられる。また、端子電極の端子部の鍍金層が中性塩水噴霧試験において７０時間以上酸化・腐食しない。
ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上の雰囲気条件により、絶縁碍子の頭部に釉薬を塗布した非焼付けの絶縁碍子を用いて、ガラスシールを行う工程で、釉薬を焼付けることを兼ねることができ、焼付けの一本化によりコストを低減することができる。
【００１５】
〔請求項４について〕
絶縁碍子の軸孔内の中心電極と端子電極の間をシールガラス、抵抗体及びシールガラスによりガラスシールするスパークプラグの製造方法において、ガラスシール部の温度が８００℃〜１０００℃の高い温度で、且つ、酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の条件でガラスシールを行う構成である。
ガラスシール部の温度が８００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が１２．０容積％以下の雰囲気条件により、ガラスシールの際に端子電極の端子部の鍍金層が酸化・腐食しない。
ガラスシール部の温度が８００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上の雰囲気条件により、絶縁碍子の頭部に釉薬を塗布した非焼付けの絶縁碍子を用いて、ガラスシールを行う工程で、釉薬を焼付けることを兼ねることができ、焼付けの一本化によりコストを低減することができる。
【００１６】
シールガラスが軟化しないので、端子電極等に緩みが生じず、気密性が損なわれない。また、シールガラスや抵抗体中に混合されている導電性物質の結合力が低下しないので、端子電極- 中心電極間の抵抗値が高くならない。
【００１７】
ガラスシールを行う温度が８００℃未満であると、抵抗体ガラスが十分軟化しないため、スパークプラグの使用中に抵抗体の焼締りが良く、火花エネルギーにより導電路が寸断され抵抗値が増大する。また、ガラスシールを行う温度が１０００℃を越えると、ガラスシール時に端子電極の変質を招くとともに、ガラスシールに適したシールガラスの調合が困難になる（軟化温度が高過ぎる）。
【００１８】
〔請求項５について〕
軟化点が４５０℃以上で、且つ、軟化点より５０℃〜１５０℃高い温度でガラスシールすればガラスシールの際にシールガラスが充分溶融するので確実にガラスシールを行うことができる。また、スパークプラグの使用時におけるガラスシール部の温度が上昇しても（３００〜３３０℃）シールが軟化せず、端子電極等に緩みが生じず、気密性が損なわれない。
【００１９】
〔請求項６について〕
スパークプラグの端子電極には、ニッケルまたは亜鉛を鍍金した低炭素鋼が使用される。
５００℃以上の高温（大気中）でガラスシールを行うと、この端子電極が酸化・腐食する。
しかし、酸素濃度が１２．０容積％以下であるので、ガラスシールの際に端子電極が酸化・腐食しない。特にニッケル鍍金が有用である。
【００２０】
〔請求項７について〕
酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下であれば、不活性ガス雰囲気あるいは還元性ガス雰囲気の電気炉またはガス炉でも良く、ガラスシールの際に端子電極の端子部の鍍金層が酸化・腐食しない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の構成を採用したスパークプラグＲを、図１に基づいて説明する。
図１に示す様に、スパークプラグＲは、円筒状の主体金具１と、主体金具１内に固定される軸孔２１付の絶縁碍子２と、軸孔２１内に挿設される端子電極３と、先端部が碍子先端面２２１から突出する様に軸孔２１内に固定される中心電極４と、端子電極３のシール部３１及び中心電極４の基部４１を、夫々、軸孔２１内で封着するシールガラス材５、６と、シールガラス材５、６間に位置する抵抗体材７とを具備する。そして、このスパークプラグＲは、ガスケット１１を介して内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に螺着され、端子部３２にプラグキャップ（図示せず）が嵌合されて高電圧が給電される。
【００２２】
主体金具１は、低炭素鋼で形成され、外周にネジ１２１を形成したねじ部１２と、前側にガスケット１１を配設した胴部１３と、プラグレンチを嵌合させる為の六角部１４とからなる。尚、１４１はパッキン、１４２、１４３はリング、１４４は滑石である。
【００２３】
絶縁碍子２は、アルミナを主体とするセラミック焼結体で形成され、ねじ部１２の内側に位置する脚長部２２と、主体金具１の六角部１４から胴部１３の内側に位置する径大部２３と、外周にコルゲーション２４１を形成した頭部２４とからなる。また、絶縁碍子２の軸に沿って軸孔２１が形成されている。尚、頭部２４から径大部２３間に位置する軸孔２１の直径は径大（φ４．５）に形成され、脚長部２２に位置する軸孔２１の直径は中心電極径（φ２．６）よりやや大きく設定されている。
【００２４】
端子電極３は、母材である低炭素鋼（Ｃが０．３％以下）の表面にニッケル鍍金（鍍金厚５μｍ）を施したものであり、軸孔２１内でガラスシールされるシール部３１と、絶縁碍子２の頭部端面２４２から突出する端子部３２と、端子部３２とシール部３１とを接続する棒状部３３とからなる。
【００２５】
端子部３２は、嵌合状態のプラグキャップの抜けを防止する為、中央部を径小に形成している。
シール部３１は、外周が螺子またはローレット状に加工され、シールガラス材５により軸孔２１内に封着されている。
【００２６】
中心電極４は、ニッケル合金製の鞘材と、該鞘材内に封入される芯材（銅、銅合金等の良熱伝導性金属）とで構成され、先端部４２が碍子先端面２２１から突出する様に軸孔２１内に嵌め込まれ、基部４１が段座２２２に係止し、シールガラス材６を介して軸孔２１内に封着されている。
【００２７】
シールガラス材５、６は、銅粉末とホウケイ酸カルシムガラス粉末（軟化温度７８０℃）とを１：１に混合した導電性ガラス粉末が溶融凝固したものであり、導電性を有する。そして、シールガラス材６→抵抗体材７→シールガラス材５を介して中心電極４が端子電極３に電気接続される。
【００２８】
抵抗体材７（目標抵抗値５ｋΩ）は、以下の様にして調製される。
ＺｒＯ2 粉末１７．３ｗｔ％、アルミナ粉末０．２ｗｔ％、カーボンブラック２．０ｗｔ％、ガラス粉末（ＳｉＯ2 ５０ｗｔ％、Ｂ2 Ｏ3 ２９ｗｔ％、Ｌｉ2 Ｏ４ｗｔ％、ＢａＯ１７ｗｔ％軟化点８２０℃）８０ｗｔ％、及びＰＶＡバインダー０．５ｗｔ％を加えてミキサーにて混合して調製する。
【００２９】
シールガラス材５、６となるシール材は、以下の様にして調製される。
ホウケイ酸カルシウムガラス粉末５０重量部に対し、金属銅粉５０重量部及びＰＶＡバインダー１重量部を添加し、ミキサーにて混合する。これを、１００℃で乾燥させシールガラス材とする。
【００３０】
次に、図１に示す抵抗入りスパークプラグＲのガラスシール工程について、図２及び図３によって説明する。
Ｉ）アルミナを主成分とする焼結体の頭部２４の表面に釉薬を塗布・焼付けた絶縁碍子２の軸孔２１内に、図２（ａ）に示すように、中心電極４を上方から挿入して径大の基部４１を段座２２２に係止する。
【００３１】
ＩＩ）図２（ｂ）に示すように、上述のホウケイ酸カルシウムガラス（軟化温度７８０℃Ｇ2 ガラス）用いたシールガラス材６を０．３ｇ充填し、１４０ＭＰａでプレスする。
このシールガラス材６の上に上述の抵抗体材７を０．６ｇ、２回に分けて０．３ｇづつ充填し、各々１４０ＭＰａでプレスする。
更に、この抵抗体材７の上に上記シールガラス材５を０．３ｇ充填し、同じく１４０ＭＰａでプレスした後、端子電極３を軸孔２１内に挿設する。
【００３２】
ＩＩＩ）次に、この端子電極３を挿設した絶縁碍子２は、図３に示すように、セラミック製の筒状の受台８内に挿入して径大部２３の座面を係止させ、燃料がＬＮＧのガス炉９に配する。そして前記径大部２３及び頭部２４のシールガラス部の部位を８００℃〜１０００℃に加熱し（約２０分）、シールガラス材５、６及び抵抗体材７（ガラスシール部Ｇ）のガラスを溶触させると共に端子電極３を圧力１００ｋｇでプレスＰし、７００℃まで加圧力２０ｋｇで保持した後、常温まで徐冷する。
図２（ｃ）に示すように，端子電極３のシール部３１、中心電極４の基部４１を絶縁碍子２の軸孔２１内に固着し、ガラスシール工程が完了する。
【００３３】
なお、９１は耐火性から成る炉体、９２はバーナー装置、９３はガス炉内における酸素濃度を検出するＯ2 センサであり、２個のＯ2 センサにより酸素濃度を１２容積％以下好ましくは０．１〜１２容積ｖｏｌ％）の雰囲気にコントローラー９４により制御させる。また温度はバーナー装置９２のＬＰＧ、ＬＮＧ等のガス流量を調節することにより一定温度に制御させ、端子電極３の端子部３２の鍍金層（ニッケルメッキの厚み５μｍ）の酸化・腐食を防止することができる。
【００３４】
また、この実施例の絶縁碍子２の頭部２４に釉薬を塗布した非焼付けの絶縁碍子２を用いているので、ガラスシール工程の温度で釉薬を焼付けることを兼ねることができ、焼付けの一本化によりコストを低減することができる。
尚、頭部２４等に予め釉薬を塗布・焼付けした絶縁碍子２を使用しても良い。
【００３５】
上記ガラスシールが完了した絶縁碍子２は、パッキン１４１を介して主体金具１内に嵌め込まれ、リング１４２、１４３、滑石１４４が装入され、加締部１４５を加締めることにより主体金具１に組み付けられる。
【００３６】
図４は、本発明の構成を有する他の実施例のスパークプラグＳである。
このスパークプラグＳは、上記実施例のスパークプラグＲと比べて抵抗体材７の無いタイプであり、絶縁碍子２の軸孔２１内の対設する中心電極４と端子電極３の間をシールガラス１０によってガラスシール温度５００℃〜１０００℃の範囲で封着したものである。
このシールガラス材１０は金属粉末（銅）とガラス粉末の混合物から成り、ガラスの軟化温度は４５０℃〜９５０℃の広い温度範囲のものが適用することができる。例えば上記実施例のシールガラス材５、６のガラス及び後述のＧ1 ガラスを使用することができ、酸素濃度を１２容積％に制御することによって端子電極３の端子部３２のニッケル鍍金層の酸化・腐食を有効に防止することができる。
【００３７】
〔実施例〕
実施例を表１に示す。表１には、スパークプラグタイプとして抵抗体材７のあるＲと無いＳプラグを用い、使用シールガラス、ガラスシール温度、炉の雰囲気及びＯ2 濃度、端子電極３の端子部３２の表面の錆発生時間（Ｈｒ）及び抵抗値の変化率（％）の各項目について評価した。
【００３８】
【表１】
なお、テストに使用したシールガラス材のガラス組成（重量％）として、Ｇ1 はＳｉＯ2 ３３％、Ｂ2 Ｏ3 １０％、Ｎａ2 Ｏ６％、ＰｂＯ５１％で軟化点４６０℃のもの、Ｇ2 はＳｉＯ2 ５５％、Ｂ2 Ｏ3 ３０％、Ｎａ2 Ｏ５％、ＰｂＯ５％、ＣａＯ５％で軟化点７８０℃のもの、Ｇ3 はＳｉＯ2 ２８％、Ｂ2 Ｏ3 １２％、Ｎａ2 Ｏ５％、ＰｂＯ５５％で軟化点４３０℃のものを使用する。
【００４０】
また、抵抗値の変化率（％）は、４サイクル、４気筒エンジンにスパークプラグＲ、Ｓを装着し、５０００ｒｐｍ×全開条件で５０時間の耐久試験を行い、テスト前の抵抗値とテスト後の抵抗値の変化率を示す。そして、プラス（＋）は抵抗値増加を、マイナス（−）は抵抗値減少を示す。また、抵抗値変化率の判定基準としては、ＪＩＳ Ｂ８０３１に規定されている抵抗値負荷寿命試験の±３０％以内を良好とした。
【００４１】
更に、端子電極３の端子部３２の表面の錆発生時間（Ｈｒ）は、ＪＩＳ Ｈ８５０２に規定する中性塩水噴霧試験方法に基づいて行い、錆発生時間の判定としては７０Ｈｒ以上を良好とした。
【００４２】
次に、本発明の構成を採用した各テストの試料Ｎｏ．の条件に基づいて製造したスパークプラグＲ及びＳの利点を述べる。
〔ア〕まず、試料Ｎｏ．２、３、４、及び１４（請求項１、２、４、５、６及び７に対応）の条件に基づいて製造したスパークプラグＲは、ガラスシールの際に端子電極３の端子部３２の表面の酸化・腐食が防止できる。
また、試料Ｎｏ．７、１２、１３及び１５（請求項１、２、３、５、６及び７に対応）の条件に基づいて製造したスパークプラグＳは、同じく端子電極３の端子部３２の表面の酸化・腐食が防止できる。
この為、端子電極３の鍍金が剥がれず、鍍金剥がれに起因する錆が発生せず、錆の発生（母材）に起因するプラグキャップとの接続不良やフラッシュオーバー等の不具合が発生しない。
【００４３】
〔イ〕試料Ｎｏ．２、３、４及び１４の条件に基づいて製造したスパークプラグＲは、通常の使用中にシール部分（シール部３１、基部４１）が高温に晒されてもシールガラス材５、６が軟化しない。
この為、端子電極３や中心電極４に緩みが（気密性が保持される）生じない。また、シールガラス材５、６中に混合されている銅の結合力の低下が抑止されるので、端子電極３- 中心電極４間の抵抗値（５ｋΩ）が大幅に増大しない。
また、試料Ｎｏ．７、１２、１３及び１５の条件に基づいて製造したスパークプラグＳは、同じシール部分が高温に晒されてもシールガラス１０が軟化しない。
この為、端子電極３や中心電極４に緩みが生じない。
【００４４】
なお、ガラスシール温度が５００℃未満のスパークプラグＳの試料Ｎｏ．８は、エンジンテスト中に抵抗値が増大する。
また、試料Ｎｏ．１１のように、軟化点（７８０℃）よりガラスシール温度が５０℃以上高くないとガラスシールできない。更に、試料Ｎｏ．９、１０のようにガラスシール温度が軟化点より１５０℃よりも高いと導電材（銅粉）とガラスの秩序が乱れ、抵抗値のバラツキが大きく、エンジンテスト後の抵抗値変化率が＋３０％より大幅に大きくなるので好ましくない。
【００４５】
〔ウ〕炉内に不活性ガスをフローできる電気炉（試料Ｎｏ．２、７）、或いはＬＰＧ、ＬＮＧ等のガスを燃料とするガス炉（試料Ｎｏ．３、４、１２、１３、１４及び１５）において、酸素濃度を１２容積％以下にすることにより、端子電極３の端子部３２の表面の酸化・腐食の抑止効果が高い。
【００４６】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．シールガラス原料は、その他、ホウ酸バリウムガラス、ホウ酸リチウム- カルシウムガラス等でも良い。
ｂ．端子電極３は、低炭素鋼製の母材に亜鉛（クロメート処理）を鍍金したものでも良い。
ｃ．シールガラス材５、６は、上記実施例のガラス粉末と銅等の金属粉末以外に、これらに、ＴｉＯ2 、ＴｉＣ、Ｂ4 Ｃ等の金属酸化物、金属炭化物を加えた公知の導電性ガラス材であっても良い。
【００４７】
ｄ．抵抗体材７は、上記実施例以外に、その他、公知のガラス質抵抗体材料を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の抵抗材組成物を採用した抵抗入りスパークプラグの断面図である。
【図２】本発明の絶縁碍子の軸孔内に中心電極と端子電極をガラスシールする工程の説明図である。
【図３】本発明のガラスシールに使用するガス炉の概略図（ａ）及びＡ−Ａ切断の断面図（ｂ）である。
【図４】本発明の抵抗体材の無いスパークプラグの断面図である。
【符号の説明】
１ 主体金具
２ 絶縁碍子
３ 端子電極
４ 中心電極
５ シールガラス材（シールガラス）
６ シールガラス材（シールガラス）
７ 抵抗体材（抵抗体）
９ ガス炉
１０ シールガラス材（シールガラス）
２１ 軸孔
３２ 端子部
４１ 中心電極の基部
４２ 先端部
２２１ 碍子先端面（先端面）
２２２ 段座
Ｒ 抵抗入りスパークプラグ
Ｓ 抵抗体の無いスパークプラグ
Claims (7)
- 絶縁碍子の軸孔内に向い合って配する先端側の中心電極と、後端側の端子電極との間をガラスシールするスパークプラグの製造方法において、
前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行うことを特徴とするスパークプラグの製造方法。 - 絶縁碍子の軸孔内に向い合って配する先端側の中心電極と、後端側の端子電極との間をガラスシールするスパークプラグの製造方法において、
前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行い、前記端子電極の端子部の鍍金層が中性塩水噴霧試験において７０時間以上錆の発生を生じないことを特徴とするスパークプラグの製造方法。 - 先端面に外側電極を突設した筒状の主体金具と、
該主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、
前記軸孔の段座で区分される先端側に配して前記段座に基部が係止する中心電極と、後端側に配して後端の端子部が前記絶縁碍子の端面から突出する端子電極と、両電極の間をガラスシールするシールガラスとから成るスパークプラグの製造方法であって、
前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が５００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行うことを特徴とするスパークプラグの製造方法。 - 先端面に外側電極を突設した筒状の主体金具と、
該主体金具内に固定される軸孔付の絶縁碍子と、
前記軸孔の段座で区分される先端側に配して前記段座に基部が係止する中心電極と、
後端側に配して後端の端子部が前記絶縁碍子の端面から突出する端子電極とから成り、 両電極の間を前記中心電極の前記基部上にシールガラス、抵抗体及びシールガラスの順に充填して前記端子電極をガラスシールするスパークプラグの製造方法であって、
前記ガラスシールは、ガラスシール部の温度が８００℃〜１０００℃の温度範囲内で、且つ酸素濃度が４．０容積％以上、１２．０容積％以下の雰囲気条件で封着を行うとともに、前記絶縁碍子の頭部に塗布した釉薬の焼付けを行うことを特徴とするスパークプラグの製造方法。 - ガラスの軟化点が４５０℃以上で、且つ軟化点より５０℃〜１５０℃高い温度でガラスシールする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記端子電極は、低炭素鋼製の母材にニッケル又は亜鉛を鍍金したものである請求項１乃至請求項５の何れかに記載のスパークプラグの製造方法。
- 不活性ガス雰囲気の電気炉又は還元ガス雰囲気のガス炉で前記ガラスシールを行う請求項１乃至請求項６の何れかに記載のスパークプラグの製造方法。
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