JPWO2009154070A1 - 内燃機関用スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

スパークプラグの小径化（小型化）を図りつつ、抵抗体の抵抗値の急激な増大を抑制することで、十分な耐久性を有する内燃機関用スパークプラグを提供する。スパークプラグ１は、軸孔４を備える絶縁碍子２と、絶縁碍子２の外周に設けられる主体金具３と、軸孔４の先端側に挿設される中心電極５と、軸孔４の後端側に挿設される端子電極６と、接地電極３５とを備える。軸孔４内であって、中心電極５及び端子電極６の間には、円柱状の抵抗体７が配設され、中心電極５及び端子電極６が電気的に接続される。抵抗体７は、主として導電性材料としてのカーボンブラック５３と、ガラス粉末５１と、セラミックス粒子５４とからなる抵抗体組成物によって形成されている。加えて、セラミックス粒子５４の最大粒径が０．５μｍ以下とされている。

Description

本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグ、及び、その製造方法に関する。

内燃機関用スパークプラグは、内燃機関（エンジン）に取付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられるものである。一般的にスパークプラグは、軸孔を有する絶縁体と、当該軸孔の先端側に挿通される中心電極と、軸孔の後端側に挿通される端子電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端面に設けられ、中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。また、軸孔内であって、前記中心電極及び端子電極の間には、エンジンの動作に伴い発生する電波雑音を抑制するための抵抗体が設けられ、当該抵抗体を介して両電極が電気的に接続される（例えば、特許文献１等参照）。

一般的に抵抗体は、主として、カーボンブラック等の導電性材料と、セラミックス粒子（例えば、ガラス粉末等）とからなる抵抗体組成物によって構成される。ここで、抵抗体内においては、セラミックス粒子表面を覆うようにして導電性材料が存在し、その結果、当該導電性材料によって両電極間を電気的に接続する多数の導電経路が形成される。このように多数の導電経路が形成されることによって、電気的負荷による酸化等で導電経路が多少損なわれてしまったとしても、抵抗値が急激に増大してしまうといった事態を効果的に抑制できるようになっている。

ところで、近年、スパークプラグの小型化（小径化）が求められている。そこで、スパークプラグの小型化（小径化）を実現すべく、絶縁体を薄肉化することが考えられる。ところが、絶縁体を単に薄肉としたのでは耐電圧性能や機械的強度の低下を招くこととなってしまう。そこで、絶縁体の肉厚をある程度確保しつつ、スパークプラグの小型化を図るために、抵抗体が配設される軸孔の内径を小径化することが考えられる。

特許第２８００２７９号公報

しかしながら、軸孔の小径化に伴い、軸孔内に配設される抵抗体の外径もより小径化されることとなる。このため、抵抗体内部においては、単位面積当たりの電気的負荷が大きくなってしまい、導電経路の欠損が一層生じやすくなってしまうおそれがある。また、小径化に伴い抵抗体内における導電経路の数がより少なくなってしまうため、導電経路が比較的少数欠損しただけでも急激に抵抗値が増大してしまうことが懸念される。すなわち、何らの対策を施すことなく、単にスパークプラグの小型化を図った場合には、比較的早い段階で火花放電が行えなくなってしまう（失火してしまう）おそれがある。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、スパークプラグの小型化（小径化）を図ったとしても、抵抗体の抵抗値の急激な増大を抑制することができ、ひいては十分な耐久性を確保することのできる内燃機関用スパークプラグ及びその製造方法を提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成の内燃機関用スパークプラグは、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔の一端側に挿設された中心電極と、
前記軸孔の他端側に挿設された端子電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記軸孔内に設けられ、前記中心電極及び前記端子電極を電気的に接続する抵抗体とを備える内燃機関用スパークプラグであって、
前記抵抗体は、主として導電性材料と、ガラス粉末と、セラミックス粒子とからなる抵抗体組成物によって形成されているとともに、
前記セラミックス粒子の最大粒径が０．５μｍ以下とされていることを特徴とする。

尚、「セラミックス粒子」としては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）等の粒子を挙げることができる。ここで、ＳｉＯ₂は「ガラス」の主成分ではあるが、本構成のガラス粉末は、セラミックス粒子と比較してその粒径が比較的大きなものである。すなわち、セラミックス粒子としてＳｉＯ₂粒子を用いる場合においては、ガラス粉末よりも粒径の小さいＳｉＯ₂の結晶等が用いられることとなる。

上記構成１によれば、セラミックス粒子の最大粒径が０．５μｍ以下とされているため、抵抗体の単位体積当たりにおけるセラミックス粒子の表面積を増大させることができる。これにより、単位体積当たりに形成される導電経路の数を増大させることができ、長時間の使用に伴い、酸化等で導電経路が多少損なわれてしまったとしても、抵抗値が急激に増大してしまうことを抑制できる。その結果、スパークプラグの耐久性を飛躍的に向上させることができ、スパークプラグの小型化（小径化）を図った場合であっても、小径化されていないものと比べても遜色ない耐久性を実現することができる。

尚、より多くの導電経路を形成するという観点からは、セラミックス粒子の最大粒径が小さいほど好ましい。従って、セラミックス粒子の最大粒径を０．３μｍ以下とすることが好ましく、セラミックス粒子の最大粒径を０．１μｍ以下とすることがより好ましい。

また、抵抗体の単位体積当たりにおけるセラミックス粒子の表面積が増大することによって、抵抗体の抵抗値自体も上昇することとなる。従って、抵抗体が所定の抵抗値（例えば、１ｋΩ〜１０ｋΩ）を有するようにするために、導電性材料の含有量を０．２重量％以上１．５重量％以下とすることが望ましい。

構成２．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１において、前記抵抗体組成物は、前記セラミックス粒子がゾル状態で混合されることで構成されていることを特徴とする。

上述のとおり、セラミックス粒子の最大粒径が小さいほど、耐久性の向上に寄与し得る
。しかしながら、粒径の小さい粒子を均等に分散させることは比較的困難である。このため、抵抗体中においてセラミックス粒子が均等に分散されず、その結果、上記構成１の作用効果が十分に奏されないという事態が生じてしまうおそれがある。

この点、上記構成２によれば、抵抗体組成物は、ゾル状態のセラミックス粒子が混合されることによって構成されている（ここで「ゾル状態」とあるのは、例えば水等の分散媒に分散されたものを意味する）。これにより、抵抗体組成物中においてセラミックス粒子をより均等に分散させることができ、ひいては抵抗体中においてより一層多くの導電経路を形成することができる。その結果、耐久性のより一層の向上を図ることができるとともに、飛躍的な長寿命化を図ることができる。尚、抵抗体組成物を調製する際には、導電性材料及びガラス粉末を水等の分散媒を使用して湿式調合した上で、ゾル状態のセラミックス粒子を混合して調製することとしてもよい。

構成３．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１又は２において、前記セラミックス粒子は、ＺｒＯ₂粒子及びＴｉＯ₂粒子のうち少なくとも一方の粒子を含んで構成されていることを特徴とする。

上記構成３によれば、セラミックス粒子は、ＺｒＯ₂粒子及びＴｉＯ₂粒子のうち少なくとも一方の粒子を含んで構成されている。これにより、セラミックス粒子としてＡｌ₂Ｏ₃粒子やＳｉＯ₂粒子等を用いる場合と比較して、耐久性のより一層の向上を図ることができる。

尚、ＺｒＯ₂粒子及びＴｉＯ₂粒子が含有されることにより、耐久性の向上が図られるのは、次の理由によるものと考えられる。すなわち、高電圧が印加された際に、ＺｒＯ₂粒子及びＴｉＯ₂粒子は微量ながらも電流を流すことができ、その結果、導電経路に加わる電気的負荷を軽減することができることによると考えられる。

構成４．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記抵抗体は円柱状をなすとともに、その外径が２．９ｍｍ以下であることを特徴とする。

上記構成４のように、抵抗体の外径を２．９ｍｍ以下と比較的小径化すると、電気的負荷の増大や導電経路の減少に起因して抵抗値の急激な増大が生じてしまいやすい。そのため、極めて短時間の使用により失火に至ってしまうことが懸念されるが、上記構成１等を採用することで、当該懸念を払拭することができる。換言すれば、上記各構成は、抵抗体の外径が２．９ｍｍ以下と比較的小さくされたスパークプラグにおいて、特に有効であるといえる。

また、上述の内燃機関用スパークプラグは、次のような製造方法によっても製造することができる。

構成５．本構成の内燃機関用スパークプラグの製造方法は、軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
前記軸孔の一端側に挿設された中心電極と、
前記軸孔の他端側に挿設された端子電極と、
前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
前記軸孔内に設けられ、前記中心電極及び前記端子電極を電気的に接続する円柱状の抵抗体とを備える内燃機関用スパークプラグの製造方法であって、
主として導電性材料、ガラス粉末、及び、最大粒径が０．５μｍ以下のセラミックス粒子からなり、前記抵抗体の素材である抵抗体組成物を調製する調製工程と、
未焼成絶縁体の軸孔へ、前記抵抗体組成物を充填し、焼成することによって前記抵抗体を形成する焼成工程と、
を備えることを特徴とする。

上記構成５によれば、焼成工程を経て得られた抵抗体中のセラミックス粒子の最大粒径が０．５μｍ以下とされるため、抵抗体の単位体積当たりに形成される導電経路の数を増大させることができる。これにより、長時間の使用に伴い、酸化等で導電経路が多少損なわれてしまったとしても、抵抗値が急激に増大してしまうことを抑制できる。その結果、スパークプラグの耐久性を飛躍的に向上させることができ、スパークプラグの小型化（小径化）に伴い絶縁体の軸孔を小径化したとしても、小径化されていないものと比べて遜色のない耐久性を実現することができる。

構成６．本構成の内燃機関用スパークプラグの製造方法は、上記構成５において、前記調製工程では、前記セラミックス粒子がゾル状態で混合されて前記抵抗体組成物を調製することを特徴とする。

上記構成６によれば、抵抗体組成物の調製にあたって、セラミックス粒子をゾル状態とした上で混合するため、抵抗体組成物中においてセラミックス粒子をより均等に分散させることができる。その結果、抵抗体中においてより一層多くの導電経路を形成することができ、耐久性のより一層の向上を図ることができる。

構成７．本構成の内燃機関用スパークプラグの製造方法は、上記構成５又は６において、前記軸孔のうち、前記抵抗体が設けられる部位の内径を前記焼成工程後において２．９ｍｍ以下とすることを特徴とする。

上記構成７のように、軸孔のうち抵抗体が設けられる部位の内径が２．９ｍｍ以下と比較的小径化された絶縁体を具備するスパークプラグにおいては、抵抗体の外径も比較的小径化される。そのため、電気的負荷の増大や導電経路の減少によって抵抗値が急激に増大してしまいやすく、極めて短時間の使用により失火に至ってしまうことが懸念される。

この点、上記構成５等を採用することで、当該懸念を払拭することができる。すなわち、軸孔が比較的小径化された絶縁体を備えるスパークプラグの製造にあたっては、上記構成５等の製造方法を採用することによって、スパークプラグとして十分な耐久性を確保することができる。

本実施形態におけるスパークプラグを示す一部破断正面図である。 本実施形態における抵抗体を示す模式図である。 本実施形態におけるセラミックス粒子等を示す模式図である。

以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、内燃機関用スパークプラグ（以下、「スパークプラグ」と称す）１を示す一部破断正面図である。なお、図１では、スパークプラグ１の軸線Ｃ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれより細径に形成された脚長部１３とを備えている。絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、脚長部１３の大部分は、主体金具３の内部に収容されている。そして、脚長部１３と中胴部１２との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線Ｃ１に沿って軸孔４が貫通形成されている。当該軸孔４には、その先端部において小径部１５が形成されているとともに、当該小径部１５の後端側において、小径部１５より径の大きい大径部１６が形成されている。また、前記小径部１５及び大径部１６の間には、テーパ状の段部１７が形成されている。

本実施形態においては、スパークプラグ１の小型化（小径化）を図らんがために、絶縁碍子２の小径化が施されている。このため、軸孔４についても小径化が施されており、結果として大径部１６の内径が２．９ｍｍ以下（例えば、２．５ｍｍ）とされている。

加えて、軸孔４の先端部側（小径部１５）には中心電極５が挿入、固定されている。より詳しくは、中心電極５の後端部には、自身の外周方向に向けて膨出する膨出部１８が形成されており、当該膨出部１８が前記軸孔４の段部１７に対して係止された状態で、中心電極５が固定されている。中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとにより構成されている。さらに、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。

また、軸孔４の後端部側（大径部１６）には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４（大径部１６）の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている（抵抗体７については、後に詳述する）。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１をエンジンヘッドに取付けるためのねじ部（雄ねじ部）２１が形成されている。また、ねじ部２１の後端側の外周面には座部２２が形成され、ねじ部２１後端のねじ首２３にはリング状のガスケット２４が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３をエンジンヘッドに取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部２５が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２６が設けられている。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２７が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２７に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２６を形成することによって固定される。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２７間には、円環状の板パッキン２８が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材３１，３２が介在され、リング部材３１，３２間にはタルク（滑石）３３の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２８、リング部材３１，３２及びタルク３３を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端面３４には、ニッケル（Ｎｉ）系合金で構成された接地電極３５が接合されている。すなわち、接地電極３５は、前記主体金具３の先端面３４に対しその後端部が溶接されるとともに、先端側が曲げ返されて、その側面が中心電極５の先端部と対向するように配置されている。

加えて、中止電極５の先端面には、貴金属合金（例えば、白金合金やイリジウム合金等）からなる円柱状の貴金属チップ４１が接合されている。また、接地電極３５のうち前記貴金属チップ４１と対向する面には、円柱状の貴金属チップ４２が接合されている。貴金属チップ４１の先端部及び貴金属チップ４２の先端部間には、火花放電間隙４３が形成されている。

次いで、本発明の特徴である抵抗体７について説明する。本実施形態において、抵抗体７は、図２に示すように、ガラス粉末５１と、当該ガラス粉末５１を覆うようにして存在する導電経路形成部５２とから構成されている。ガラス粉末５１は、後に説明する加熱処理を経ることによって、抵抗体７をガラスシール層８，９に対して緻密な状態で接合する等の役割を有している。

導電経路形成部５２は、図３に示すように、導電性材料としてのカーボンブラック５３と、セラミックス粒子〔例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）粒子や酸化チタン（ＴｉＯ₂）粒子〕５４とから構成されている。前記セラミックス粒子５４は、その最大粒径が０．５μｍ以下（例えば、０．４μｍ以下）となるように微粒子化されている。また、抵抗体７中のガラス粉末５１及びセラミックス粒子５４の表面を覆うようにして、カーボンブラック５３が付着しており、当該カーボンブラック５３によってガラス粉末５１及びセラミックス粒子５４の間には、多数の導電経路が形成されている。

さらに、上述したように大径部１６の内径は２．９ｍｍ以下とされているため、当該大径部１６内に配設される抵抗体７についても、その外径が２．９ｍｍ以下（例えば、２．５ｍｍ）とされている。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ系合金（例えばインコネル系合金等）からなる接地電極３５が抵抗溶接される。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部２１が転造によって形成される。これにより、接地電極３５の溶接された主体金具３が得られる。接地電極３５の溶接された主体金具３には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。

さらに、接地電極３５の先端部には、上述した貴金属チップ４２が、抵抗溶接やレーザ溶接等により接合される。尚、溶接をより確実なものとするべく、当該溶接に先だって溶接部位のメッキ除去が行われたり、或いは、メッキ工程に際し溶接予定部位にマスキングが施されたりする。また、当該貴金属チップ４２の溶接を、後述する組み付けの後に行うこととしてもよい。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成型用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。得られた成形体に対し、研削加工が施され整形される。そして、整形されたものが焼成炉へ投入され焼成される（焼成工程）ことで、絶縁碍子２が得られる。

また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、Ｎｉ系合金が鍛造加工され、その中央部に放熱性向上を図るべく銅合金からなる内層５Ａが設けられる。そして、その先端部には、上述した貴金属チップ４１が抵抗溶接やレーザ溶接等により接合される。

さらに、抵抗体７を形成するための粉末状の抵抗体組成物を調製しておく（調製工程）。より詳しくは、まず、カーボンブラック５３と、最大粒径が０．５μｍ以下であり、水を分散媒とするゾル状態のセラミックス粒子５４と、バインダとをそれぞれ配合し、水を媒体として混合する。そして、混合して得られたスラリーを乾燥させ、これにガラス粉末５１を混合攪拌することで、抵抗体組成物が得られる。本実施形態において、抵抗体組成物は、７０重量％以上９０重量％以下（例えば、８０重量％）のガラス粉末５１と、０．２重量％以上１．５重量％以下（例えば、０．６重量％）のカーボンブラック５３と、０．５重量％以上５．５重量％以下（例えば、２重量％）のバインダと、残部を構成するセラミックス粒子５４とで構成されている。尚、ゾル状態のセラミックス粒子５４に代えて、粉末状態のセラミックス粒子５４を用いて抵抗体組成物を得ることとしてもよい。

そして、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。より詳しくは、まず、軸孔４の小径部１５に対して、中心電極５が挿入される。このとき、中心電極５の膨出部１８が軸孔４の段部１７に対して係止される。次いで、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製された導電性ガラス粉末を軸孔４内に充填し、充填した導電性ガラス粉末を予備圧縮する。次に、前記抵抗体組成物を軸孔４に充填して同様に予備圧縮をし、さらに、導電性ガラス粉末を充填し、同じく予備圧縮を行う。そして、端子電極６を軸孔４内へと中心電極５の反対側から押圧した状態で、焼成炉内においてガラス軟化点以上の所定温度（本実施形態では、８００℃〜９５０℃）で加熱する。これにより、積層状態にある抵抗体組成物及び導電性ガラス粉末は、圧縮、焼結されて、抵抗体７及びガラスシール層８，９となり、絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定されることとなる。尚、焼成炉内における加熱に際して、絶縁碍子２の後端側の胴部表面に釉薬層を同時に焼成することとしてもよいし、事前に釉薬層を形成することとしてもよい。

その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極５や抵抗体７等を備える絶縁碍子２と、接地電極３５を備える主体金具３とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２６を形成することによって固定される。

そして、最後に、接地電極３５を屈曲させることで、中心電極５の先端に設けられた貴金属チップ４１及び接地電極３５に設けられた貴金属チップ４２間の前記火花放電間隙４３を調整する加工が実施される。

このように一連の工程を経ることで、上述した構成を有するスパークプラグ１が製造される。

次に、本実施形態によって奏される作用効果を確認するべく、負荷寿命評価試験を行った。負荷寿命評価試験の概要は次の通りである。すなわち、セラミックス粒子の粒径（最大粒径及び平均粒径）、セラミックス粒子の種類、抵抗体の外径（２．９ｍｍ又は２．５ｍｍ）、及び、抵抗体組成物生成時におけるセラミックス粒子の状態（粉末状態又はゾル状態）を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルを自動車用トランジスタ点火装置に取り付け、３５０℃の温度条件下において、２０ｋＶの放電電圧で、毎分３６００回放電させ、１００時間経過した後の抵抗値と、２５０時間経過した後の抵抗値とを測定した。そして、２５０時間経過した後の抵抗値が、初期抵抗値及び１００時間経過後の抵抗値の双方と比較して上昇しなかったサンプルについては、非常に優れた耐久性を有するとして「◎」の評価を下すこととし、２５０時間経過した後の抵抗値が、１００時間経過後の抵抗値と比較して上昇したものの、初期抵抗値と比較して上昇しなかったサンプルについては、優れた耐久性を有するとして「○」の評価を下すこととした。一方、２５０時間経過した後の抵抗値が初期抵抗値と比較して上昇してしまったサンプルについては、耐久性が不十分であるとして「×」の評価を下すこととした。尚、各サンプルの初期抵抗値は５ｋΩであり、当該初期抵抗値を有するべく、カーボンブラックの含有量を適宜調節した。負荷寿命評価試験の結果について、表１に示す。尚、表１の「＞２００ｋΩ」とあるのは、抵抗値が２００ｋΩを超えるほどの高抵抗であったことを意味する。また、作製したサンプルは、上記耐久性を評価する試験を行うためのものと、次述する抵抗体を構成するセラミックス粒子の粒径を測定するためのものとで、同一のサンプルについて複数本を作製している。

各サンプルの作製に用いたセラミックス粒子の平均粒径は、原料の調整工程に先だって測定しておく。具体的には、レーザ散乱法を用いて平均粒径を測定しておく。一方、焼成してなるスパークプラグ完成体の抵抗体を構成するセラミックス粒子の粒径については、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）を用いて測定する。具体的には、作製したスパークプラグ（ただし、主体金具とは組み付けていない）を軸線に対して垂直に、抵抗体の軸線方向のほぼ中央で切断し、抵抗体の断面をＳＥＭ（倍率は１００００倍）にて観察する。観察箇所としては、例えば、切断面の中央とその周囲の４箇所との計５箇所を、作為的に観察箇所が集まることがないように選択する。こうして得た５つの観察視野から、目視により最も大きな粒径を有するセラミック粒子を取得し、その粒径を撮像画像上にて測定し、最大粒径とする。もちろん、観察視野のすべてのセラミックス粒子の粒径を測定し、その最も大きなものを最大粒径としても何ら問題はない。尚、ＳＥＭによる観察視野は、１０．１×１３．５（μｍ）であり、抵抗体の端面を十分かつ重複することがないように測定することが可能である。

このようにして得た平均粒径及び最大粒径について表１に併記する。

表１に示すように、セラミックス粒子の最大粒径が０．５μｍを超えるサンプル（サンプル１，２，３，４，５，６）については、２５０時間経過後の抵抗値が初期抵抗値と比較して上昇してしまうことがわかった。これは、抵抗体の外径が比較的小さく（２．９ｍｍ以下と）されたことによって、酸化等により導電経路が多少損なわれただけで、抵抗値が急激に増大してしまうほどに、抵抗体中の導電経路が少ないものとなってしまったこと等によると考えられる。

これに対して、セラミックス粒子の最大粒径が０．５μｍ以下のサンプル（サンプル７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７）については、２５０時間経過した後の抵抗値が初期抵抗値と比較して上昇せず、優れた耐久性を有することが明らかとなった。これは、抵抗体の外径が２．９ｍｍ以下と比較的小さく、電気的負荷の増大や導電経路の減少を招きやすい環境下であっても、最大粒径を０．５μｍ以下とすることによって、多数の導電経路を形成することができたことに起因すると考えられる。

また、セラミックス粒子として酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子を用いたサンプル（サンプル７）と、セラミックス粒子としてＴｉＯ₂粒子やＺｒＯ₂粒子を用いたサンプル（サンプル８〜１８）とを比較すると、１００時間経過後の抵抗値は各サンプルともに同一の値であったものの、２５０時間経過後の抵抗値については、セラミックス粒子としてＴｉＯ₂粒子やＺｒＯ₂粒子を用いたサンプルの方がより低い抵抗値となること（すなわち、抵抗値の上昇が抑制されていること）がわかった。これは、高電圧が印加された際に、ＺｒＯ₂粒子及びＴｉＯ₂粒子が微量ながらも電流を流すことができたため、導電経路に加わる電気的負荷を軽減することができたことによると考えられる。

ここで、各サンプルについて、抵抗体の外径と抵抗値の上昇量との関連性を鑑みるに、抵抗体の外径以外の項目が同様であるサンプル（例えば、サンプル３，４等）をそれぞれ比較してみると、抵抗体の外径が２．９ｍｍのサンプル（サンプル１，３，５等）に対して、抵抗体の外径が２．５ｍｍのサンプル（サンプル２，４，６等）は、より抵抗値が上昇してしまいやすいことが明らかとなった。これは、抵抗体の外径が減少したことで、導電経路を形成可能な領域自体も減少してしまったことによると考えられる。

これに対して、セラミックス粒子としてＴｉＯ₂粒子やＺｒＯ₂粒子を用いるとともに、セラミックス粒子の最大粒径が０．５μｍ以下であり、かつ、抵抗体組成物生成時におけるセラミックス粒子の粒状態がゾル状態であったサンプル（サンプル１１〜１８）については、抵抗体の外径が２．５ｍｍと比較的小さな場合（サンプル１６〜１８）であっても、非常に優れた耐久性を有することが明らかとなった。これは、ゾル状態のセラミックス粒子を用いて抵抗体組成物を生成することで、抵抗体組成物中におけるセラミックス粒子の分散性をより高めることができ、ひいては抵抗体中においてより多くの導電経路を形成することができたことに起因すると考えられる。

尚、負荷寿命評価試験において抵抗値が減少したのは、次の理由によると考えられる。すなわち、通電がある程度進むことによって、カーボンブラック間の接触状態が安定し、導電経路の通電性能が若干向上したためである。但し、カーボンブラック間の接触状態が安定化した後においては、上述のとおり、電気的負荷に伴う酸化等により通電経路が損なわれていくため、抵抗値は上昇していくこととなる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、セラミックス粒子５４の最大粒径が０．５μｍ以下とされているが、導電経路を多数形成するという観点からは、セラミックス粒子５４の最大粒径をより小さなものとすることが好ましい。従って、セラミックス粒子５４の最大粒径を０．３μｍ以下とすることがより好ましく、セラミックス粒子５４の最大粒径を０．１μｍ以下とすることがより一層好ましい。

（ｂ）上記実施形態では、大径部１６の内径や抵抗体７の外径が２．９ｍｍ以下とされているが、大径部１６の内径や抵抗体７の外径を２．９ｍｍよりも大きくしてもよい。この場合であっても、セラミックス粒子５４の最大粒径を０．５μｍ以下とすることによる上述の作用効果が奏されることとなり、優れた耐久性を実現することができる。

（ｃ）上記実施形態では、中心電極５の先端部に貴金属チップ４１が設けられるとともに、接地電極３５の先端部に貴金属チップ４２が設けられているが、どちらか一方の貴金属チップを省略する構成を採用することとしてもよい。また、貴金属チップ４１，４２のいずれについても省略する構成を採用することとしてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、セラミックス粒子５４としてＺｒＯ₂粒子やＴｉＯ₂粒子を例示しているが、他のセラミックス粒子を用いることとしてもよい。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子や二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）粒子等を用いることとしてもよく、それらの混合物（表１中、サンプル１８参照）を用いてもよい。また、セラミックス粒子として、ゾル状態のものと粉末状態のものとの混合物を用いてもよく、これについてはセラミックス粒子が同材質であるか異材質であるかを問わないことは言うまでもない。

（ｅ）上記実施形態では、主体金具３の先端に、接地電極３５が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。

（ｆ）上記実施形態では、工具係合部２５は断面六角形状とされているが、工具係合部２５の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

尚、前述の試験において、抵抗体の初期抵抗値はいずれも５ｋΩとしたが、本発明において、抵抗体の初期抵抗値はこれに限られることはない。（前述の試験において初期抵抗値を５ｋΩと設定したのは、スパークプラグにとって抵抗体の初期抵抗値を５ｋΩとすることが一般的であるために過ぎない。）従って、限定するわけではないが、この抵抗値は必要に応じて１ｋΩ〜２０ｋΩに設定してもよい。

１…内燃機関用スパークプラグ、２…絶縁体としての絶縁碍子、３…主体金具、４…軸孔、５…中心電極、６…端子電極、７…抵抗体、５１…ガラス粉末、５３…導電性材料としてのカーボンブラック、５４…セラミックス粒子、Ｃ１…軸線。

Claims (7)

1. 軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔の一端側に挿設された中心電極と、
   前記軸孔の他端側に挿設された端子電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   前記軸孔内に設けられ、前記中心電極及び前記端子電極を電気的に接続する抵抗体とを備える内燃機関用スパークプラグであって、
   前記抵抗体は、主として導電性材料と、ガラス粉末と、セラミックス粒子とからなる抵抗体組成物によって形成されているとともに、
   前記セラミックス粒子の最大粒径が０．５μｍ以下とされていることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
2. 前記抵抗体組成物は、前記セラミックス粒子がゾル状態で混合されることで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグ。
3. 前記セラミックス粒子は、酸化ジルコニウム粒子及び酸化チタン粒子のうち少なくとも一方の粒子を含んで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用スパークプラグ。
4. 前記抵抗体は円柱状をなすとともに、その外径が２．９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関用スパークプラグ。
5. 軸線方向に貫通する軸孔を有する筒状の絶縁体と、
   前記軸孔の一端側に挿設された中心電極と、
   前記軸孔の他端側に挿設された端子電極と、
   前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具と、
   前記軸孔内に設けられ、前記中心電極及び前記端子電極を電気的に接続する円柱状の抵抗体とを備える内燃機関用スパークプラグの製造方法であって、
   主として導電性材料、ガラス粉末、及び、最大粒径が０．５μｍ以下のセラミックス粒子からなり、前記抵抗体の素材である抵抗体組成物を調製する調製工程と、
   未焼成絶縁体の軸孔へ、前記抵抗体組成物を充填し、焼成することによって前記抵抗体を形成する焼成工程と、
   を備えることを特徴とする内燃機関用スパークプラグの製造方法。
6. 前記調製工程では、前記セラミックス粒子がゾル状態で混合されて前記抵抗体組成物を調製することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用スパークプラグの製造方法。
7. 前記軸孔のうち、前記抵抗体が設けられる部位の内径を前記焼成工程後において２．９ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関用スパークプラグの製造方法。

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