JPH02239582A - スパークプラグのシール材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はスパークプラグの、端子電極と中心電極とを接
着するためのシール材に閏する．［従来の技術Ｊ 特公昭５７−　１９８４２号公報には、アルミナ製絶縁
体を用いたスパークプラグの、端子電極と中心電極との
接着用のシール材が開示されている．このシール材は、
ガラスと、導電性金属粉と、希土類元素の酸化物および
炭化物の１種以」〕とからなる． ［発明が解決しようとするｎ題］ しかるに、従来のシール材は、つぎような欠点がある． 窒化物や酸素窒素化物のセラミック焼結体で形成された
絶縁体に上記シール材を用いると、シール材の熱膨張係
数が前記絶縁体よりかなり大きく、かつシール材と絶縁
体の濡れ性が悪いため、冷却時にシール材と絶縁体との
間にＲ間が生じる．このため、スパークプラグがｖａ返
し機械的な衝撃を受けると、端子電極や中心電極との接
合が離れ、導通不良を誘発する． 本発明の目的は、端子電極と中心電極との接合時、冷却
過程で、低膨張セラミック焼結体で形成された絶縁体と
シール材との間に隙間が生じ難く、かつスパークプラグ
が衝撃を受けても接合が離れ難いシール材の提供にある
． ［課題を解決するための手段］ 上記目的達成のため、本発明はつぎの構成を採用した． ■シール材はつぎの楕成上りなる．筒状主体金具と、該
主体金具に嵌め込まれ、窒化物および酸素窒素化物セラ
ミック焼結体などを主体として形成されるとともに、？
．７Ｘ１０−’／”Ｃ以下の熱膨脹係数を有する軸孔付
きの絶縁体と、前記軸孔の先端側に嵌め込まれる中心電
掻および後端側に嵌め込まれる端子電極とを有するスパ
ークプラグに用いられ、前記中心電極の後端と、端子電
極の先端とを電気的に接続するとともに前記軸孔内で加
熱封着するシール材において、２０重量％〜３５重量％
の範囲で、かつ、熱ｍ＊係数が７．７Ｘ１０−６／℃以
下である絶縁性セラミックフィラーと、１０重量％〜３
０重量％の導電性フィラーと、３５重量％〜７０重量％
のガラスとを調合してなる．■シール材は、前記■の構
成を有し、かつ、つぎの構成よりなる．スパークプラグ
に用いられ、シール材は、熱膨張係数を前記絶縁体に対
し８％〜７５％の範囲内とされる２０重量％〜３５重量
％の絶縁性セラミックフィラーと、１０重量％〜３０重
量％の導電性フ２イラーと、３５重量％〜７０重量％で
、かつ、平均粒径が３５０μ以下のガラスとを調合し、
加熱封着後、２０℃における電気抵抗値が２５ｋΩ以下
である． ［作用および発明の効果］ 本発明はつぎの作用および効果を奏する．く請求項１に
ついて〉 シール材は、２０１１１１％〜３５重量％の範囲で、か
つ、熱ｍ張係数が７．７Ｘ１０−６／℃以下である絶縁
性セラミックフィラーと、１０重量％〜３０．Ｉｊ量％
の導電性フィラーと、３５重量％〜７０重産％のガラス
とを調合している．このため、シール材の熱膨張係数が
下がり、中心電極の後端と端子電極の先端とを軸孔内に
加熱封着する際、シール材の収縮が少なく、絶縁体とシ
ール材との間に隙間が生じ難くて密着性に優れる．また
、密着性に優れるので、スパークプラグが繰返し機械的
な衝撃を受でも、端子電極と中心電極との接合が離れた
りぜず、軸孔への封着が保たれ導通路は安定に確保され
る． 数値限定の理由はつぎのとおりである．絶縁性セラミッ
クフィラーが２０重量％未満であると少なすぎシール材
の熱ｉｌＩ５ｉ係数を下げることが困難であり、３５重
量％を越えると多すぎ端子電極の封着が困難になる．ま
た、熱膨張係数が７　．　７　Ｘ　１　０−６／℃を越
えるものを用いると導電性ガラスシール材の熱膨張係数
を下げることが困難となる． 導電性フィラーが１０重量％未満であるとシール材の電
気抵抗値が高くなりすぎ、３０重量％を越えると、ホウ
クイ酸系のガラスの占める割合が少なくなり端子電極の
封着が困難になる．ガラスが３５重量％未満であると端
子電極の封着が困難になり、７０重量％を越えると導電
性フィラーおよび絶縁性セラミックフィラーの占める割
合が少なくなり必要量が得られない．く請求項２につい
て〉 使用する絶縁性セラミックフィラーの熱膨張係数を前記
絶縁体に対し８％〜７５％の範囲と限定している．この
ため、シール材は絶縁体の熱膨張係数に近似しやすくな
る．よって、各材料の調合割合の著しい精密さを必要と
せず上記記載の作用効果が得られる， ガラスの平均粒径が３５０μ以下と限定し゛Ｃいるので
、加熱時、軸孔内への充填が良く、特に中心電極との封
着性を良好にできる． シール材の電気抵抗値を、加熱封着後、２０℃で２５ｋ
Ωとしている．このため、火花エネルギーにより導電性
フィラーが焼け切れ難く、耐久性が向上する． ［実施ＰＡ］ 本発明の楕成（請求項ｌ、２に対応）を第１図に示すス
パークプラグ１００に適用した各実施例を第１表〜第５
表とともに説明する． 第１図に示すごとく、導電性ガラスシール材１は、筒状
主体金具２と、該主体金具２に嵌め込まれる軸孔３ｌ付
きの絶縁体３と、前記軸孔３１の先端側に嵌め込まれる
中心電ｗｌ４および後端側に嵌め込まれる端子電極５と
を有するスパークプラグ１００の前記各電極４、５の後
端、先端に加熱封着されている． 導電性ガラスシール材１は、絶縁性セラミックフィラー
と、導電性フィラーと、ホウケイ酸系のガラスとを調合
してなる．絶縁性セラミックフイラーは、第１表のＦ１
〜Ｆ８、ＦＩＯ、Ｆｉｌに示すように、窒化珪素（Ｓｌ
ｊＮ４）．窒化アルミニウム（ＡＩ　Ｎ）　．窒化硼素
（ＢＮ）　、珪酸（ＳｉＯ！）．燐酸ジルコニル［　（
ＺｒＯ）２　Ｐｉｏｔａ、チタン酸アルミニウム（　’
Ｉ’　ｉ　０　ｘ　　・Ａｊｚｏｓ）、窒化珪素トアル
ミナ、窒化硼素ト珪酸であり、これらは単体または混合
してその合計を２０重量％〜３５重量％とじている．ま
た、熱膨張率は、最大でも７．７Ｘ１０−’／”Ｃであ
り、好ましくは５、７×１０″゜６／℃以下である．導
電性フィラーは、粒径（以下略）１。５μのグラフデイ
ト、１μ以下のカーボンブラック、４５μの炭化硼素（
Ｂａ　Ｃ）　、３０μの炭化珪素（ＳＬＣ）、１５μの
炭化チタン（ＴｉＣ）、３５μの銅粉、４０μの鉄粉、
２５μのアルミニウム粉、５５μの亜鉛粉４５μのフェ
ロボロン粉（　Ｆ　ｅ　−Ｂ　）、２５μのニッケルボ
ロン粉（Ｎｉ−Ｂ）、２．５μのチタニア（ＴＬＯｘ　
）．５μのジルコニア（Ｚｒｏ２＞．５μの安定化ジル
コニア（５％Ｙ２０，）、３μの酸化アンチモン（Ｓｂ
ｚ　Ｏ，）、１０μの酸化スズ（Ｓｎｏ２）であり、第
２表のｆ１・〜ｆｌ７に示す組成明細表のように単体ま
たは混合して１０重量％〜３０重量％としている．ホウ
ケイ酸系のガラスは、第３表に示す物性を有するガラス
Ａ（ホウゲイ酸ガラス）、ガラスＢ（ホウケイ酸バリウ
ムガラス）、ガラスＣ（ホウケイ酸ソーダガラス）、ガ
ラスＤ（ホウケイ酸リチウムガラス）、ガラスＥ（ホウ
ケイ酸鉛ガラス）を用い残部を槽成している．また、こ
れらのガラスの平均粒径は１４５μ〜２２５μである．
簡状主体金具２は、炭素鋼で作られ、先端のねじ部、後
端の後端部、中央の中胴部よりなる．ねじ部の外周には
機関への取付けねじ２１が形成され、先端面に，前記中
心電極４の先端を覆うように略Ｊ字状の外側電極２２（
ニッケル合金）が溶接されている．後端部の外周は六角
部２３が形成され、後端は内方にかしめられるとともに
線パッキン２４により絶縁体３を固定している．絶縁体
３は、窒化アルミニウム《第４表中では「窒ア』と略記
し以下のものも同様》、窒化珪素（窒珪）、アルミナ＋
３０％窒化アルミニウム（ア窒）、アルミナ＋３０％窒
化珪素＋２０％窒化アルミニウム（ア窒珪）で形成され
ている．この絶縁体３は、先端が径小の脚長部３２とな
り、中央はテーバ面を介し径大となり、後端は先端より
やや径大のコルゲーション部３３となっている．前記軸
孔３１は、脚長部３２（絶縁体３の先端》では径小に、
中央およびコルゲーション部３３（絶縁体３の後端）で
は段部３４を介し径大（直径４．５ｍｍ）に形成されて
いる．また、テーバ面３５は主体金具２の内壁に形成さ
れたテーバ面２６にパッキン２７を介して係止されてい
る．中心電極４は、丸棒状の脚部４１、該脚部４１の後
端部に設けられ前記段部３４に係止される鍔状部４２お
よびさらに該鍔状部４２の後に形成され、略矢羽状の頭
部４３からなる．また、中心電極４は、表皮が耐熱金属
であるニッケル合金４４（Ｎｉ９０％以上）であり、軸
芯には良熱伝導性金属である銅（Ｃｕ）４５が封入され
ている．この銅４５の封入状態は中心電極４の先端付近
ではニッケル合金４４の外表ｉＩｉＪ＝ｉでの距離を他
の部分より長くとり、頭部４３の中央付近で露出するよ
うに行われている． 端子電極５は、炭素鋼で形成されて、ニッケルメッキさ
れ、前記軸孔３１の後端側に嵌め込まれている．また、
後端は前記絶縁体３の後端より突出して配設されている
． つぎに、スパークプラグ１００の導電性ガラスシール材
１の周辺部分の製造方法を説明する．■中心電極４を、
絶縁体３の径大の軸孔３１側から脚部４１を先にして差
し込む． ■第１表の絶縁性セラミックフィラー、第２表の組成の
導電性フィラー、および第３表のガラスを第４表の組成
となるように混合し、濃度５％のＰＶＡ水溶液、もしく
は同濃度のＣＭＣ溶液を適量加え、よく混合した後１０
０℃の恒温乾燥器中で乾燥させ導電性ガラスシール材】
，の素地粉末とする． ■つぎに、この素地粉末を径大〈内径４。５　ｍ　＋ｎ
　）の軸孔３１から０、５ｇ〜０．６ｇ入れ、押棒（図
示せず）により約２００ｋｇの荷重をかけ、粉末の充填
プレスを行う． ■８５０℃〜９５０℃で約１０分同加熱し、素地粉末を
溶融させ端子電極５を圧入する．その後室温《２０℃》
まで冷却させる． つぎに、第５表について説明する．第５表は、第４表の
各実施例のもののガラスシールの封着状態と、冷却後の
抵抗値を測定して記載している５また、ＪＩＳＢ−８０
３１　　３．３の衝撃試験器による耐衝撃性（抵抗値の
変化の有無），ＪＩＳＤ−５１０２　　３．１１による
負荷寿命試＠（抵抗値の変化率）結果もあわせて記載し
ている．「接合状態』の欄において、ガラスシール接合
が良好なものを「○』、不良なものを「×」、端子圧入
不可のものを［不可』としている．『耐衝撃性」は、各
実施例船のスパークプラグｌ００に前記衝撃試験器で楕
撃を加え、試験終了後に抵抗値を測定し、２０℃の抵抗
値と比較して抵抗値に変化が認められないものを「０」
、変化を億か起こすものを「Δ』、変化を起こすものを
１゛×Ｊとしている． 『負荷寿命試験」は、各実施例社のスパークプラグ１０
０を繰り返しスパークさせ導電性ガラスシール材１の導
電経路の耐久性を調べ、抵抗値の変化率がＪＩＳ規格内
のものを１０」、外れたものを［×１としている． つぎに、導電性ガラスシール材１を用いたスパークプラ
グ１００の作用および効果を述べる．（あ）第５表にお
いて、つぎのちのは、電極４、５の後端と先端とが軸孔
３１内で加熱封着できないか困難である． 実施例Ｎ１１７、２０、２６、２９、３２、４４、５０
、６２、７１．また、実施例随１、５、８、１２．１５
−　　１８、２１、２４、２７、３０、３３、３６、３
９、４５、４８、５１、５５、５９、６３、６４、６５
、６６、７０、７１のものは、絶縁性セラミックフィラ
ーがＯ重量％〜２０重量％未満であり、更に実施例Ｎ［
１４、７、１１、１４、１７、２０、２６、２９、３２
、４４、５０、５４、６２のものは絶縁性セラミックフ
ィラーが４０重量％以上であり除外される．本発明品の
導電性ガラスシール材１は、２０重量％〜３５重厘％の
範囲で、かつ、熱ｍ張係数が７。７　Ｘ　１　０　−’
／℃以下である第１表記載の絶縁性セラミックフィラー
（Ｐｉ〜Ｆ８、ＦＩＯ、Ｆ１１）と、１０重量％〜３０
重量％の範囲で、第２表記載の導電性フィラー（ｆｌ〜
ｆ１７）と、３５重量％〜７０重量％の範囲で、第３表
記載のガラス《ガラスＡ〜Ｅ）とを調合している．この
ため導電性ガラスシール材１の熱ｍ張係数が下がり、中
心電極４の後端と端子電極５の先端とを軸孔３１内に加
熱封着する際、導電性ガラスシール材１の収縮が少なく
絶縁体３とシール材１との間に隙間が生じ難くて密着性
が良い．また、密着性が良いので、スパークブラグ１０
０にＪＩＳＢ−８０３１による耐衝撃試験を行った場合
、大部分は良好な耐久性を示す．しかし、つぎのらのは
耐衝撃試験で抵抗値の変化を温か起こし、ＪＩＳＤ−５
１０２による負１命試験でＪＩＳ規格を外れる．これは
、導電性ガラスシール材１を楕成する絶縁性セラミック
フィラー、導電性フィラー、およびガラスに用いる各材
料の種類によってそれらの最適値の範囲が異なるためで
ある．実施例Ｎｔ１ｉ、４、８、１１、１２、１４、１
５、１７、２１、２４、２７、３０、３３、３６、３９
、４５、４８、５９、６０．くい》使用する絶縁性セラ
ミックフィラーの熱膨張係数を絶縁体３に対し８％〜７
５％の範囲と限定している．このため、導電性ガラスシ
ール材１は絶縁体の熱膨張係数に近似しやすくなる．よ
って、各材料の調合割合の著しい精密さを必要とせず中
心ｔ極４との良好な封着性が得られる．また、ガラスの
平均粒径を３５０μ以下と限定している．このため、鍔
状部４２や頭部４３と、軸孔３１との隙問に導電性ガラ
スシール材１が良好に充填される．上記理由により、．
ＪＩＳＢ−８０３１による耐衝撃性は大部分は良好であ
る。

導電性ガラスシール材の電気抵抗値を、加熱封着後、２
０℃で２５ｋΩとしている．このため、火花エネルギー
により導電性フィラーが焼け切れ難く、大部分、ＪＩＳ
Ｄ−５１０２による負荷寿命試験に優れた耐久性を奏す
る。

つぎに、本発明の楕成（謂求項１、２に対応）を第２図
に示すスパークプラグ２００に適応した各実施例を第６
表とともに説明する． 第２図に示すごとく、下側導電性ガラスシール材６およ
び上側導電性ガラスシール材７は、抵抗体８を挟んで、
中心電極４の後端側と端子電極５の先端側に配され、ス
パークプラグ２００の軸孔３１内で加熱封着されている
． 各ガラスシール材６、７は第５表の組成割合で調合され
、抵抗体８は、ガラスＤ８０重量％、ジルコニア１５重
量％、カーボンブラック５重量％の組成割合で調合され
ている．それぞれの粉末重量はガラスシール材６が０．
２ｇ，ガラスシール材７が０．２ｇ〜０，６ｇ、抵抗体
８の抵抗材が０．６ｇである．また、加熱封着温度は９
５０℃、シール寸法１は全て１０ｍｒｎである．各実施
例より、下側導電性ガラスシール材６および上側導電性
ガラスシール材７は、つぎの作用効果を奏する． 実施例Ｎａ７７　（従来晶）に示す、アルミナ絶縁体く
第６表中では１′アル」と略記）では良好な耐久性を示
すガラスシール材料も、絶縁体が窒化物や酸素窒素化物
セラミック焼結体で形成された低ｉ張係数のものである
と、実施例ＮＱ７６（比較晶）に示すようにＪ　ＩＳＢ
−８０３１の耐衝撃試験に対し、耐久性に劣る． 実施例ＮＱ７２、７３（発明晶）に示すように、下側導
電性ガラスシール材６および上側導電性ガラスシール材
７に本発明の構成を用いたスパークプラグ２００はＪＩ
ＳＢ−８０３１の耐衝撃試験に対し、優れた耐久性を示
す．しかし、実施例随７４、７５（比較晶》に示すよう
に、どちらかのガラスシール材に従来の材料を使用する
と耐久性に劣り、実用に供し得なくなる． （以下余白） 第１表（Ａ） 第２表 次頁に続く 第１表ＣＢ） 第３表（Ａ） 第４表 第３表（Ｂ） 熱膨張係数 条件： ｒ． ｔ． 〜４００℃（×１０ ６／℃） 第５表 第６表

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例Ｎｌｌｌ〜ｌＩＱ７１に用いた、導電性
ガラスシール材が封着されたスパークプラグの部分断面
図である． 第２図は実施例Ｎ１１？２〜ｋ７７に用いた、上側導電
性ガラスシール材、下側導電性ガラスシール材が封着さ
れた、抵抗体を有するスパークプラグの部分断面図であ
る． 図中　１・・・導電性ガラスシール材（シール材）２・
・・主体金具　３・・・絶縁体　４・・・中心電極　５
・・・端子電極　６・・・下部導電性ガラスシール材（
シール材）　７・・・上部導電性ガラスシール材（シー
ル材）　８・・・抵抗体　３１・・・軸孔　１００、２
００・・・スパークプラグ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）筒状主体金具と、 該主体金具に嵌め込まれ、窒化物および酸素窒素化物セ
   ラミック焼結体などを主体として形成されるとともに、
   ７．７×１０＾−＾６／℃以下の熱膨脹係数を有する軸
   孔付きの絶縁体と、 前記軸孔の先端側に嵌め込まれる中心電極および後端側
   に嵌め込まれる端子電極とを有するスパークプラグに用
   いられ、 前記中心電極の後端と、端子電極の先端とを電気的に接
   続するとともに前記軸孔内で加熱封着するシール材にお
   いて、 ２０重量％〜３５重量％の範囲で、かつ、熱膨張係数が
   ７．７×１０＾−＾６／℃以下である絶縁性セラミック
   フィラーと、 １０重量％〜３０重量％の導電性フィラーと、３５重量
   ％〜７０重量％のガラスと を調合してなることを特徴とするスパークプラグのシー
   ル材。 ２）前記スパークプラグに用いられ、 前記シール材は、 熱膨張係数を前記絶縁体に対し８％〜７５％の範囲内と
   される２０重量％〜３５重量％の絶縁性セラミックフィ
   ラーと、 １０重量％〜３０重量％の導電性フィラーと、３５重量
   ％〜７０重量％で、かつ、平均粒径が３５０μ以下のガ
   ラスと を調合し、加熱封着後、２０℃における電気抵抗値が２
   ５ｋΩ以下であることを特徴とするスパープラグのシー
   ル材。