JP4249161B2 - Spark plug with resistor - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a spark plug used for an internal combustion engine, and more particularly to a spark plug incorporating a resistor for preventing generation of radio noise.
従来、上述のような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。この抵抗体は、例えば特開昭61−104580号公報、特開昭61−253786号公報あるいは特開平2−126584号公報に開示されているように、ガラス粉末及び/又は絶縁性セラミック粉末に無定形カーボン(例えばカーボンブラック)を混合した後ホットプレス等により焼結したものが使用されている。 Conventionally, as a spark plug as described above, a terminal fitting is inserted and fixed from one end side of the through hole formed in the axial direction of the insulator, and the center electrode is also inserted from the other end side. A structure having a structure in which a resistor is disposed between the terminal fitting and the center electrode in the through hole while being fixed is known. For example, as disclosed in JP-A-61-104580, JP-A-61-253786, or JP-A-2-126584, this resistor is used for glass powder and / or insulating ceramic powder. A mixture of shaped carbon (for example, carbon black) and then sintered by hot pressing or the like is used.
ここで、近年では、自動車エンジン等の内燃機関はますます高出力化する傾向にあり、着火性向上のために電源能力も上昇する方向にある。また、内燃機関の小型化に伴い、抵抗体入りスパークプラグも小型で高性能のものが要求されている。そして、このような抵抗体入りスパークプラグ、特に抵抗体の直径が小さい小型のスパークプラグに高負荷が作用すると、抵抗体に導電性を付与しているカーボンが焼損して抵抗値が増大し、安定した負荷寿命特性が得られない問題がある。 Here, in recent years, internal combustion engines such as automobile engines tend to have higher output, and the power supply capacity is also increasing to improve ignitability. In addition, with the miniaturization of the internal combustion engine, a spark plug with a resistor is required to be small and have high performance. And when a high load acts on such a spark plug with a resistor, particularly a small spark plug with a small diameter of the resistor, carbon imparting conductivity to the resistor burns out, and the resistance value increases. There is a problem that stable load life characteristics cannot be obtained.
本発明の課題は、高負荷が作用した場合でも安定した負荷寿命特性が得られる抵抗体入りスパークプラグを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a spark plug with a resistor capable of obtaining stable load life characteristics even when a high load is applied.
本発明の抵抗体入りスパークプラグは、その要部が下記の共通の構造を有する。すなわち、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、主に導電性材料と、ガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子とからなる抵抗体組成物で構成された抵抗体が配置される。 The spark plug containing a resistor according to the present invention has the following common structure. That is, with respect to the through hole formed in the axial direction of the insulator, the terminal metal fitting is fixed to one end side thereof, and the center electrode is similarly fixed to the other end side, and the terminal is disposed in the through hole. Between the metal fitting and the center electrode, a resistor composed of a resistor composition mainly composed of a conductive material, glass particles, and ceramic particles other than glass is disposed .
そして、抵抗体を構成する抵抗体組成物が、主にガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、平均粒径が20nm〜80nmであって日本工業規格K6221、6.1.2のA法に規定された100gのカーボンブラックが吸油するDBP(ジブチルフタレート)の量が60〜120mlのカーボンブラック粒子とからなる原料粉末を用いて製造されることを特徴とする。 And the resistor composition which comprises a resistor is mainly a glass particle, ceramic particles other than glass, and an average particle diameter is 20 nm-80 nm , and is Japanese Industrial Standard K6221, A method of 6.1.2. The amount of DBP (dibutyl phthalate) absorbed by 100 g of the specified carbon black is produced using raw material powder composed of carbon black particles of 60 to 120 ml .
カーボンブラックは、抵抗体中の他の原料粉末(ガラス、セラミック)粒子の間に介在するとともに、カーボンブラックの一次粒子が1次元的に連接して連鎖構造(ストラクチャー)を形成し、さらにそのストラクチャーが二次元的に結合して、抵抗体の導電ネットワークを形成する。 Carbon black is interposed between other raw material powder (glass, ceramic) particles in the resistor, and primary particles of carbon black are linked one-dimensionally to form a chain structure (structure). Are two-dimensionally coupled to form a conductive network of resistors.
ここで、カーボンブラックは、抵抗体の原料粉末を水系溶媒を用いた湿式混合により調製する場合、比重が大きい水との濡れ性が低い等の要因により分散性が悪く、特に粒径が小さい場合やストラクチャーが長い場合には、その均一な分布が困難になる。その結果、カーボンブラックが抵抗体組成物中に偏在し、この抵抗体組成物を使用してガラスシールを行うと、得られる抵抗体の抵抗値がばらつくとともに、導電経路が局所的になることによって電流密度が集中し、スパークプラグの負荷寿命特性が不安定になる問題がある。他方、カーボンブラックの粒径が大きくなり過ぎた場合や、ストラクチャーが短い場合には導電性が低下するため、カーボンブラックの配合量を増加する必要がある。しかしながら、カーボンブラックは、ガラスやセラミックなどの他の原料粉末と比べればはるかに粒径が小さいため、配合量が増大し過ぎると原料粉末の嵩密度が増大し、粉末粒の橋かけ等も生じやすくなるので圧縮性が損なわれることとなる。その結果、得られる抵抗体の密度が上がらず空隙等の欠陥量も増大して、スパークプラグの負荷寿命特性が不安定になる問題がある。 Here, when the raw material powder of the resistor is prepared by wet mixing using an aqueous solvent, the carbon black has poor dispersibility due to factors such as low wettability with water having a large specific gravity, especially when the particle size is small. If the structure is long, its uniform distribution becomes difficult. As a result, carbon black is unevenly distributed in the resistor composition. When glass sealing is performed using this resistor composition, the resistance value of the obtained resistor varies and the conductive path becomes local. There is a problem that the current density is concentrated and the load life characteristics of the spark plug become unstable. On the other hand, when the particle size of the carbon black becomes too large, or when the structure is short, the conductivity decreases, so the amount of carbon black needs to be increased. However, carbon black has a much smaller particle size than other raw material powders such as glass and ceramics. Therefore, if the amount is too large, the bulk density of the raw material powder increases, and bridging of the powder particles occurs. Since it becomes easy, compressibility will be impaired. As a result, there is a problem that the density of the obtained resistor does not increase, the amount of defects such as voids increases, and the load life characteristics of the spark plug become unstable.
本発明者らは、この観点に鑑みて鋭意検討した結果、使用するカーボンブラックの平均粒径を20nm〜80nmとすることで、得られる抵抗体の抵抗値のばらつきが少なく、またこれを用いたスパークプラグの負荷寿命特性の安定化を図ることができることを見い出したのである。 As a result of intensive studies in view of this viewpoint, the present inventors have found that the average particle size of the carbon black to be used is 20 nm to 80 nm, so that there is little variation in the resistance value of the obtained resistor, and this is used. It was found that the load life characteristics of the spark plug can be stabilized.
カーボンブラックの平均粒径を20〜80nmに限定したのは次のような理由による。まず、平均粒径を20nm以上とすることで、カーボンブラックの抵抗体組成物中への分布を均一化することができ、抵抗体の抵抗値のばらつきが抑制されるとともに、電流経路が分散するので電流密度の集中が起き難くくなる。他方、平均粒径を80nm以下とすることで、カーボンブラックの配合量を少なくしても良好な導電性を得ることができる。その結果、ガラス粉末やセラミック粉末など、他の原料粉末と比較すれば微細なカーボンブラックの使用量を削減でき、抵抗体組成物の原料粉末の嵩密度を高めることができるので、最終的に得られる抵抗体の密度が向上し、ひいては欠陥が少なく負荷寿命の安定した抵抗体を得ることができる。なお、カーボンブラックの平均粒径は、望ましくは30〜50nmとするのがよい。 The reason why the average particle size of carbon black is limited to 20 to 80 nm is as follows. First, by setting the average particle size to 20 nm or more, the distribution of carbon black in the resistor composition can be made uniform, variation in resistance value of the resistor is suppressed, and current paths are dispersed. Therefore, current density concentration is less likely to occur. On the other hand, when the average particle size is 80 nm or less, good conductivity can be obtained even if the blending amount of carbon black is reduced. As a result, the amount of fine carbon black used can be reduced compared to other raw material powders such as glass powder and ceramic powder, and the bulk density of the raw material powder of the resistor composition can be increased. The density of the resistor to be obtained is improved, and as a result, a resistor having few defects and a stable load life can be obtained. The average particle size of carbon black is desirably 30 to 50 nm.
この場合、カーボンブラック粉末は、日本工業規格K6221、6.1.2のA法に規定された、100gのカーボンブラックが吸収するDBP(ジブチルフタレート)の量が60〜120mlのものを使用するのがよい。このDBPの吸収量は、カーボンブラック粉末中のストラクチャー長さが大きくなるほど大きくなるので、これを該ストラクチャー長さを反映した指標として用いることができる(以下、本明細書では、このように測定したDBPの吸収量のことを「ストラクチャー長さ」という)。 In this case, carbon black powder having a DBP (dibutyl phthalate) amount of 60 to 120 ml absorbed by 100 g of carbon black as defined in Japanese Industrial Standard K6221, Method A of 6.1.2 is used. Is good. Since the DBP absorption amount increases as the structure length in the carbon black powder increases, it can be used as an index reflecting the structure length (hereinafter, measured in this specification). The absorption amount of DBP is referred to as “structure length”).
そして、カーボンブラックのストラクチャーの長さを120ml/100g以下とすることで、該ストラクチャーを抵抗体中に均一に分布させることができ、電流経路が分散して電流密度の集中が起き難くなる。他方、ストラクチャー長さを60ml/100g以下とすることで、少ないカーボンブラックの配合量で良好な導電性が得られるようになり、カーボンブラックの使用量が削減されて抵抗体組成物の原料粉末の嵩密度が高められる。これにより、最終的に得られる抵抗体の密度が向上し、欠陥が少なく負荷寿命の安定した抵抗体を得ることができる。なお、該ストラクチャー長さは、望ましくは80〜100ml/100gとするのがよい。 When the length of the carbon black structure is 120 ml / 100 g or less, the structure can be uniformly distributed in the resistor, current paths are dispersed, and current density does not easily concentrate. On the other hand, when the structure length is 60 ml / 100 g or less, good conductivity can be obtained with a small amount of carbon black, the amount of carbon black used is reduced, and the raw material powder of the resistor composition is reduced. Bulk density is increased. Thereby, the density of the finally obtained resistor is improved, and a resistor having few defects and a stable load life can be obtained. The length of the structure is desirably 80 to 100 ml / 100 g.
この場合、抵抗体組成物の原料粉末は、20〜90重量%のガラス粉末と、20〜50重量%のセラミック粉末と、5〜30重量%のカーボンブラック粉末と、0.05〜5重量%の有機バインダーとを含有するものを使用するのがよい。ガラス粉末の配合量が20重量%未満になると、良好なシール性を確保することができなくなる場合がある。他方、これが90重量%を超えると負荷寿命特性が不十分となる場合がある。ガラス粉末の配合量は、望ましくは70〜80重量%とするのがよい。一方、セラミック粉末が20重量%未満であったり、カーボンブラック粉末が5重量%未満であると、導電経路が細くなり過ぎて負荷寿命の低下を招く場合がある。また、セラミック粉末が50重量%を超えるか、カーボンブラックが30重量%を超えると、電波ノイズ防止効果が低下する。なお、望ましくは、セラミック粉末は20〜30重量%、カーボンブラックは5〜10重量%とするのがよい。 In this case, the raw material powder of the resistor composition is 20 to 90 wt% glass powder, 20 to 50 wt% ceramic powder, 5 to 30 wt% carbon black powder, and 0.05 to 5 wt%. It is preferable to use an organic binder. If the blending amount of the glass powder is less than 20% by weight, it may not be possible to ensure good sealing properties. On the other hand, if this exceeds 90% by weight, the load life characteristics may be insufficient. The blending amount of the glass powder is desirably 70 to 80% by weight. On the other hand, if the ceramic powder is less than 20% by weight or the carbon black powder is less than 5% by weight, the conductive path may become too thin and the load life may be reduced. On the other hand, if the ceramic powder exceeds 50% by weight or the carbon black exceeds 30% by weight, the effect of preventing radio noise is reduced. Desirably, the ceramic powder is 20 to 30% by weight, and the carbon black is 5 to 10% by weight.
なお、上記本発明の各抵抗体組成物においては、20℃における電気比抵抗の値は50〜2000Ω・cmの範囲で調整するのがよい。該電気比抵抗の値が50Ω・cm未満になると、ノイズ防止性能が不十分となる場合がある。また、2000Ω・cmを超えると負荷寿命特性が不十分となる場合がある。該電気比抵抗の値は、より望ましくは100〜1200Ω・cmの範囲で調整するのがよい。 In each resistor composition of the present invention, the value of electrical specific resistance at 20 ° C. is preferably adjusted in the range of 50 to 2000 Ω · cm. When the value of the electrical specific resistance is less than 50 Ω · cm, noise prevention performance may be insufficient. Moreover, when it exceeds 2000 Ω · cm, the load life characteristics may be insufficient. The value of the electrical specific resistance is more preferably adjusted in the range of 100 to 1200 Ω · cm.
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及び図2に示す本発明の一例たるスパークプラグ100は、筒状の主体金具1、先端部21が突出するようにその主体金具1の内側に嵌め込まれた絶縁体2、先端に形成された発火部31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に一端が溶接等により結合されるとともに他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極3の先端部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。また、接地電極4には上記発火部31に対向する発火部32が形成されており、それら発火部31と、対向する発火部32との間の隙間が火花放電ギャップgとされている。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A
主体金具1は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ100のハウジングを構成するとともに、その外周面には、プラグ100を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部7が形成されている。なお、1eは、主体金具1をエンジンブロックに取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部であり、六角状の軸断面形状を有している。なお、ねじ部7の外径は、10〜18mm(例えば10mm、12mm、14mm、18mm)である。
The
絶縁体2は、内部に自身の軸方向に沿って中心電極3を嵌め込むための貫通孔6を有するとともに、例えばアルミナを主体とし、かつAl成分を、Al2O3に換算した重量にて85〜98重量%(望ましくは90〜98重量%)含有するアルミナ系セラミック焼結体として構成される。
The
次に、絶縁体2の軸方向には貫通孔6が形成されており、その一方の端部側から端子金具13が挿入・固定され、同じく他方の端部側から中心電極3が挿入・固定されている。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5μm)が形成されている。そして、該端子金具13は、シール部13cと、絶縁体2の後端縁より突出する端子部13aと、端子部13aとシール部13cとを接続する棒状部13bとを有する。なお、シール部13cはその外周面をねじ状又はローレット状に加工され、導電性ガラスシール層17によって貫通孔6の内面との間をシールされる。
Next, a through
また、該貫通孔6内において端子金具13と中心電極2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。抵抗体15は、既に詳細に説明した本発明の抵抗体組成物により構成されている。また、導電性ガラスシール層16,17は、Cu、Sn、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る。なお、該導電性ガラスシール層には、必要に応じてTiO2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。
A
図1に示すように、絶縁体2の軸方向中間には、周方向外向きに突出する突出部2eが例えばフランジ状に形成されている。そして、絶縁体2には、中心電極3(図1)の先端に向かう側を前方側として、該突出部2eよりも後方側がこれよりも細径に形成された本体部2bとされている。一方、突出部2eの前方側にはこれよりも細径の第一軸部2gと、その第一軸部2gよりもさらに細径の第二軸部2iがこの順序で形成されている。なお、本体部2bの外周面後端部にはコルゲーション部2cが形成されている。また、第一軸部2gの外周面は略円筒状とされ、第二軸部2iの外周面は先端に向かうほど縮径する略円錐面状とされている。
As shown in FIG. 1, a protruding portion 2 e that protrudes outward in the circumferential direction is formed, for example, in a flange shape in the middle of the
他方、中心電極3の軸断面径は抵抗体15の軸断面径よりも小さく設定されている。そして、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。図1に示すように、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とは、第一軸部2g内において互いに接続しており、その接続位置には、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6cがテーパ面あるいはアール面状に形成されている。
On the other hand, the axial sectional diameter of the
また、第一軸部2gと第二軸部2iとの接続部2hの外周面は段付面とされ、これが主体金具1の内面に形成された主体金具側係合部としての凸状部1cと、リング状の板パッキン63を介して係合することにより、軸方向の抜止めがなされている。他方、主体金具1の後方側開口部内面と、絶縁体2の外面との間には、フランジ状の突出部2eの後方側周縁と係合するリング状の線パッキン62が配置され、そのさらに後方側にはタルク等の充填層61を介してリング状のパッキン60が配置されている。そして、絶縁体2を主体金具1に向けて前方側に押し込み、その状態で主体金具1の開口縁をパッキン60に向けて内側に加締めることにより加締め部1dが形成され、主体金具1が絶縁体2に対して固定されている。
Further, the outer peripheral surface of the connecting
図4A及び図4Bは絶縁体2のいくつかの例を示すものである。その各部の寸法を以下に例示する。
・全長L1:30〜75mm。
・第一軸部2gの長さL2:0〜30mm(ただし、係止用突出部2eとの接続部2fを含まず、第二軸部2iとの接続部2hを含む)。
・第二軸部2iの長さL3:2〜27mm。
・本体部2bの外径D1:9〜13mm。
・係止用突出部2eの外径D2:11〜16mm。
・第一軸部2gの外径D3:5〜11mm。
・第二軸部2iの基端部外径D4:3〜8mm。
・第二軸部2iの先端部外径D5(ただし、先端面外周縁にアールないし面取が施される場合は、中心軸線Oを含む断面において、該アール部ないし面取部の基端位置における外径を指す):2.5〜7mm。
・貫通孔6の第二部分6bの内径D6:2〜5mm。
・貫通孔6の第一部分6aの内径D7:1〜3.5mm。
・第一軸部2gの肉厚t1:0.5〜4.5mm。
・第二軸部2iの基端部肉厚t2(中心軸線Oと直交する向きにおける値):0.3〜3.5mm。
・第二軸部2iの先端部肉厚t3((中心軸線Oと直交する向きにおける値;ただし、先端面外周縁にアールないし面取りが施される場合は、中心軸線Oを含む断面において、該アール部ないし面取部の基端位置における肉厚を指す):0.2〜3mm。
・第二軸部2iの平均肉厚tA(=(t1+t2)/2):0.25〜3.25mm。
4A and 4B show some examples of the
-Total length L1: 30-75 mm.
The length L2 of the first shaft portion 2g: 0 to 30 mm (however, the connection portion 2f with the locking projection 2e is not included, but the
-Length L3 of the second shaft portion 2i: 2 to 27 mm.
-Outer diameter D1 of the
The outer diameter D2 of the locking projection 2e is 11 to 16 mm.
-Outer diameter D3 of the first shaft portion 2g: 5 to 11 mm.
-The base end outer diameter D4 of the second shaft portion 2i: 3 to 8 mm.
The distal end outer diameter D5 of the second shaft portion 2i (however, when the outer peripheral edge of the distal end surface is rounded or chamfered, the base end position of the rounded portion or chamfered portion in the cross section including the central axis O) The outer diameter is indicated by 2.5 to 7 mm.
-Inner diameter D6 of the
The inner diameter D7 of the
-Thickness t1 of the first shaft portion 2g: 0.5 to 4.5 mm.
-Base end portion thickness t2 of second shaft portion 2i (value in a direction orthogonal to central axis O): 0.3 to 3.5 mm.
The thickness t3 of the tip end of the second shaft 2i ((value in a direction orthogonal to the center axis O; however, when the outer peripheral edge of the tip face is rounded or chamfered, in the cross section including the center axis O, The thickness at the base end position of the rounded portion or the chamfered portion is indicated): 0.2 to 3 mm.
-Average wall thickness tA (= (t1 + t2) / 2) of the second shaft portion 2i: 0.25 to 3.25 mm.
なお、図4Aに示す絶縁体2における上記各部寸法は、例えば以下の通りである:L1=約60mm、L2=約10mm、L3=約14mm、D1=約11mm、D2=約13mm、D3=約7.3mm、D4=5.3mm、D5=4.3mm、D6=3.9mm、D7=2.6mm、t1=3.3mm、t2=1.4mm、t3=0.9mm、tA=1.2mm。 4A are as follows, for example: L1 = about 60 mm, L2 = about 10 mm, L3 = about 14 mm, D1 = about 11 mm, D2 = about 13 mm, D3 = 7.3 mm, D4 = 5.3 mm, D5 = 4.3 mm, D6 = 3.9 mm, D7 = 2.6 mm, t1 = 3.3 mm, t2 = 1.4 mm, t3 = 0.9 mm, tA = 1 .2 mm.
また、図4Bに示す絶縁体2は、第一軸部2g及び第二軸部2iがそれぞれ、図4Aに示すものと比較してやや大きい外径を有している。各部の寸法は、例えば以下の通りである:L1=約60mm、L2=約10mm、L3=約14mm、D1=約11mm、D2=約13mm、D3=約9.2mm、D4=6.9mm、D5=5.1mm、D6=3.9mm、D7=2.7mm、t1=3.3mm、t2=2.1mm、t3=1.2mm、tA=1.7mm。
In addition, in the
次に、図2及び図3に示すように、中心電極3及び接地電極4の各本体部3a及び4aはNi合金等で構成されている。また、中心電極3の本体部3aの内部には、放熱促進のためにCuあるいはCu合金等で構成された芯材3bが埋設されている。一方、上記発火部31及び対向する発火部32は、Ir、Pt及びRhの1種又は2種以上を主成分とする貴金属合金を主体に構成される。図3に示すように、中心電極3の本体部3aは先端側が縮径されるとともにその先端面が平坦に構成され、ここに上記発火部を構成する合金組成からなる円板状のチップを重ね合わせ、さらにその接合面外縁部に沿ってレーザー溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接等により溶接部Wを形成してこれを固着することにより発火部31が形成される。また、対向する発火部32は、発火部31に対応する位置において接地電極4にチップを位置合わせし、その接合面外縁部に沿って同様に溶接部Wを形成してこれを固着することにより形成される。なお、これらチップは、例えば所定の組成となるように各合金成分を配合・溶解することにより得られる溶解材、又は合金粉末あるいは所定比率で配合された金属単体成分粉末を成形・焼結することにより得られる焼結材により構成することができる。なお、発火部31及び対向する発火部32は少なくとも一方を省略する構成としてもよい。
Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the main body portions 3a and 4a of the
上記スパークプラグ100は、例えば下記のような方法で製造される。まず、所定の原料粉末の成形体を焼成することにより絶縁体2を製造する。そして、その絶縁体2の所定の表面領域に釉薬スラリーを塗布して釉薬スラリー塗布層2d’(図5)を形成し、これを乾燥する。
The
次に、この釉薬スラリー塗布層2d’を形成した絶縁体2への、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16,17との形成工程の概略は以下の通りである。まず、図5(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)に示すように導電性ガラス粉末Hを充填する。そして、(c)に示すように、貫通孔6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、第一の導電性ガラス粉末層26を形成する。次いで抵抗体組成物の原料粉末を充填して同様に予備圧縮し、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、(d)に示すように、貫通孔6内には、中心電極3側(下側)から見て第一の導電性ガラス粉末層26、抵抗体組成物粉末層25及び第二の導電性ガラス粉末層27が積層された状態となる。
Next, an outline of the process of assembling the
そして、図6(a)に示すように、貫通孔6に端子金具13を上方から配置した組立体PAを形成する。そして、この状態で炉内に挿入してガラス軟化点以上である800〜950℃の所定温度に加熱し、その後、端子金具13を貫通孔6内へ中心電極3と反対側から軸方向に圧入して積層状態の各層25〜27を軸方向にプレスする。これにより、同図(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(以上、ガラスシール工程)。
Then, as shown in FIG. 6A, an assembly PA in which the terminal fitting 13 is disposed in the through
こうしてガラスシール工程が完了した組立体PAには、主体金具1や接地電極4等が組み付けられて、図1に示すスパークプラグ100が完成する。スパークプラグ100は、そのねじ部7においてガスケット101を介してエンジンブロックに取り付けられ、燃焼室に供給される混合気への着火源として使用される。
The
以下、本発明の効果を下記実施例によりさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the effects of the present invention will be described in more detail with reference to the following examples .
微粒ガラス粉末(平均粒径80μm)、各種粒径及びストラクチャー長を有するカーボンブラック、セラミック粉末としてのZrO2(平均粒径1〜4μm)、及び有機バインダとしてのポリエチレングリコールとを所定量配合し、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て準備素材を調整した。なお、カーボンブラックの平均粒径はレーザー回折式粒度計を用いて測定し、ストラクチャー長は前記JISに記載された方法により測定した。 A predetermined amount of fine glass powder (average particle size of 80 μm), carbon black having various particle sizes and structure lengths, ZrO 2 (average particle size of 1 to 4 μm) as ceramic powder, and polyethylene glycol as an organic binder, Wet mixing was performed with a ball mill using water as a solvent, and then this was dried to prepare a preparation material. The average particle size of carbon black was measured using a laser diffraction particle size meter, and the structure length was measured by the method described in the JIS.
次いで、これに粗粒ガラス粉末(平均粒径250μm)を所定量配合して原料素地となし、これを温度900℃、圧力100MPaにてホットプレス成形して、抵抗体組成物を得た(試料番号1〜24)。なお、ガラス粉末の材質は、SiO 2 を50重量%、B 2 O 3 を29重量%、Li 2 O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。得られた各抵抗体組成物について、アルキメデス法により測定した見かけ密度の値を表15に示している。また、表15には、粗粒ガラス、微粒ガラス、ZrO2の各含有量を、抵抗体組成物調製時の配合比率から推定した値にて示している。次に、図1に示すスパークプラグ100の抵抗体15を上記各抵抗体組成物により、図5及び図6に示す方法にて作製した。なお、図4を援用して示す絶縁体2の各部寸法は以下の通りである:L1=約60mm、L2=約10mm、L3=約18mm、D1=約10mm、D2=約12mm、D3=約9mm、D4=7mm、D5=5mm、D6=4mm、D7=2.5mm、t1=2.5mm、t2=2.0mm、t3=1.2mm、tA=2.25mm。さらに、導電性ガラス粉末としては、Cu粉末とホウケイ酸カルシウムガラス(軟化温度780℃)粉末とを重量比にて1:1に配合したものを用いた。なお、導電性ガラスシール層16の形成のために、上記導電性ガラス粉末を0.2g使用し、また、抵抗体15の形成のために前記原料素地を0.5g使用し、導電性ガラスシール層17の形成のために、上記導電性ガラス粉末を0.3g使用した(各試料番号につきn=20)。なお、各スパークプラグの電気抵抗値(抵抗体15を介した中心電極3と端子金具13との間の値)の初期値は、カーボンブラックの配合量により、5kΩ±0.3kΩとなるように調整している。これらスパークプラグを用いて、次の実験を行った。
Next, a predetermined amount of coarse glass powder (average particle size 250 μm) was blended into this to form a raw material base, which was hot press molded at a temperature of 900 ° C. and a pressure of 100 MPa to obtain a resistor composition (sample)
まず、各スパークプラグの電気抵抗値(抵抗体15を介した中心電極3と端子金具13との間の値)を、ホイートストンブリッジ法により測定し、各試料番号毎にその標準偏差を算出するとともに、3σ<0.6であったものを◎(優)、0.6≦3σ<1.2であったものを○(良)、1.2≦3σ<1.8であったものを△(可)、3σ≧1.8であったものを×(不可)として評価した。また、負荷寿命特性は、まずスパークプラグの初期抵抗値R0を測定し、次いでこれを自動車用トランジスタ点火装置に取り付けて放電電圧20kV、放電回数3600回/分で250時間放電させ、放電後の電気抵抗値の抵抗値をRとして、抵抗値変化率ΔR={(R−R0)/R}×100(%)を測定することにより評価した。なお、判定は、ΔRが±15%以内のものを◎(優)、±25%以内のものを○(良)、±30%以内のものを△(可)、±30%を越えるものを×(不可)とした。以上の結果を表1に示す。
First, the electrical resistance value of each spark plug (the value between the
この実験結果から次のことが判明する。
すなわち、平均粒径が20nm〜80nmであり、かつストラクチャー長さが60ml〜120ml/100gのカーボンブラックを使用することで、規定の電気抵抗値(この場合、5±0.3kΩ)を得る上でのカーボンブラックの配合量を少なくでき、抵抗体の見かけ密度が上昇している。そして、抵抗値のばらつきが少なく、かつ負荷寿命特性においても良好な結果が得られている。
From this experimental result, the following is found.
That is, when carbon black having an average particle diameter of 20 nm to 80 nm and a structure length of 60 ml to 120 ml / 100 g is used, a specified electric resistance value (in this case, 5 ± 0.3 kΩ) is obtained. The amount of carbon black added can be reduced, and the apparent density of the resistor is increased. In addition, there is little variation in resistance value, and good results are obtained in load life characteristics.
1 主体金具
2 絶縁体
3 中心電極
4 接地電極
13 端子金具
15 抵抗体
16,17 導電性ガラスシール層
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記抵抗体を構成する抵抗体組成物は、主にガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、平均粒径が20nm〜80nmであって日本工業規格K6221、6.1.2のA法に規定された100gのカーボンブラックが吸油するDBP(ジブチルフタレート)の量が60〜120mlのカーボンブラック粒子とからなる原料粉末を用いて製造されたものであることを特徴とする抵抗体入りスパークプラグ。 A terminal fitting is fixed to one end side of the through hole formed in the axial direction of the insulator, and a center electrode is fixed to the other end side, and the terminal fitting is placed in the through hole. And a resistor is disposed between the central electrode and the center electrode,
The resistor composition constituting the resistor mainly includes glass particles, ceramic particles other than glass, and an average particle diameter of 20 nm to 80 nm , which is defined in Japanese Industrial Standard K6221, A method of 6.1.2. A spark plug containing a resistor, wherein the spark plug is manufactured using a raw material powder comprising carbon black particles having an amount of DBP (dibutyl phthalate) absorbed by 100 g of carbon black of 60 to 120 ml .
20〜80重量%のガラス粉末と、
20〜50重量%のセラミック粉末と、
5〜30重量%のカーボンブラック粉末と、
0.05〜5重量%の有機バインダーとを含有するものが使用される請求項1記載の抵抗体入りスパークプラグ。 The raw material powder of the resistor composition is:
20 to 80% by weight of glass powder;
20-50% by weight of ceramic powder;
5-30 wt% carbon black powder;
2. The spark plug containing a resistor according to claim 1, wherein 0.05 to 5% by weight of an organic binder is used .
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