JPH0945458A

JPH0945458A - 抵抗入りプラグ

Info

Publication number: JPH0945458A
Application number: JP7197194A
Authority: JP
Inventors: Toshitaka Honda; 稔貴本田; Minoru Tanaka; 穣田中
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1997-02-14
Anticipated expiration: 2015-08-02
Also published as: JP3734293B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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、且つ十分な負荷寿命安定特性を得
られるようにする。【解決手段】抵抗体組成物中において２重量％〜６０
重量％の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し、これらに１０重量％〜８０重量
％のガラス粉末と、０．１重量％〜２０重量％のカーボ
ンブラックと、０．０５重量％〜５重量％の有機バイン
ダーとを混合した抵抗体素材を導電性ガラスシール材
７、８間に充填したアルミナ製絶縁碍子３全体を９００
℃で加熱することにより、端子電極６により熱間加圧し
て、軸孔１３内にモノリシック型抵抗体９を封着した。
そして、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０．５
ｋΩ〜２０ｋΩの範囲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。

Description

【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０．０
１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、Ｐ
ＥＧ（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（Ｔｉ
Ｏ₂）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：Ｚｒ
Ｏ₂）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：Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化シリコン（シリ
カ：ＳｉＯ₂）、酸化ジルコニウム（ジルコニア：Ｚｒ
Ｏ₂）、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＋Ａｌ₂Ｏ₃）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（Ｙ
₂Ｏ₃）、酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）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４００ｍ
ｇ、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〜２０
ｋΩ）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、１
２０ＭＨｚ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】

【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９
００℃）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

Claims

【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。