特許 6373313 点火プラグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6373313

(24)【登録日】2018年7月27日

(45)【発行日】2018年8月15日

(54)【発明の名称】点火プラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/20 20060101AFI20180806BHJP

【ＦＩ】

   H01T13/20 C

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-158322(P2016-158322)

(22)【出願日】2016年8月11日

(65)【公開番号】特開2018-26293(P2018-26293A)

(43)【公開日】2018年2月15日

【審査請求日】2017年6月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001058

【氏名又は名称】特許業務法人鳳国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹田 蓉平

(72)【発明者】

【氏名】上垣 裕則

【審査官】 鈴木 重幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５１−０４６６２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ １／００−８９／１０

Ｈ０１Ｔ １／００−２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸線方向に沿って延び、後端が前記軸孔内に位置する中心電極と、
前記軸線方向に沿って延び、先端が前記軸孔内における前記中心電極の後端より後端側に位置する端子金具と、
前記軸孔内における前記中心電極と前記端子金具との間に配置された抵抗体と、
前記軸孔内における前記抵抗体と前記中心電極との隙間を埋めて前記中心電極と前記抵抗体とを離間する導電性シール層と、
を備える点火プラグであって、
前記導電性シール層は、前記中心電極側に位置する第１層と、該第１層と前記抵抗体との間に位置する第２層と、を備え、
前記抵抗体と前記第１層と前記第２層の熱膨張係数は、互いに異なり、
前記第２層の熱膨張係数は、前記第１層の熱膨張係数と前記抵抗体の熱膨張係数との間の値であることを特徴とする、点火プラグ。

【請求項2】

請求項１に記載の点火プラグであって、
前記第１層は、第１のガラス粒子を含み、
前記抵抗体は、前記第１のガラス粒子より平均粒径が大きな第２のガラス粒子を含み、
前記第２層は、前記第１のガラス粒子より平均粒径が大きく、かつ、前記第２のガラス粒子より平均粒径が小さな第３のガラス粒子を含むことを特徴とする、点火プラグ。

【請求項3】

軸線方向に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸線方向に沿って延び、後端が前記軸孔内に位置する中心電極と、
前記軸線方向に沿って延び、先端が前記軸孔内における前記中心電極の後端より後端側に位置する端子金具と、
前記軸孔内における前記中心電極と前記端子金具との間に配置された抵抗体と、
前記軸孔内における前記抵抗体と前記中心電極との隙間を埋めて前記中心電極と前記抵抗体とを離間する導電性シール層と、
を備える点火プラグであって、
前記導電性シール層は、前記中心電極側に位置する第１層と、該第１層と前記抵抗体との間に位置する第２層と、を備え、
前記第１層は、第１の導電性材料と、第１のガラス粒子と、を含み、
前記抵抗体は、前記第１の導電性材料とは異なる第２の導電性材料と、前記第１のガラス粒子より平均粒径が大きな第２のガラス粒子と、を含み、
前記第２層は、前記第１の導電性材料と、前記第２の導電性材料と、前記第１のガラス粒子より平均粒径が大きく、かつ、前記第２のガラス粒子より平均粒径が小さな第３のガラス粒子と、を含むことを特徴とする、点火プラグ。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記第２層は、複数個の粒子を含み、
前記第２層に含まれる前記粒子の最大粒径は、１８０μｍ以下であることを特徴とする、点火プラグ。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記抵抗体の先端から中心電極までの抵抗値は、１ｋΩ以下であることを特徴とする点火プラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、内燃機関において燃料ガスに点火するための点火プラグに関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関に用いられる点火プラグにおいて、点火によって発生する電波ノイズを抑制するために、絶縁体に形成された軸孔内において、中心電極と端子金具との間に抵抗体を配置する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

【0003】

絶縁体に形成された軸孔内において、抵抗体と中心電極との間には、導電性のシール層が設けられる。導電性のシール層の熱膨張係数は、例えば、絶縁体の熱膨張係数と中心電極の熱膨張係数との中間の値とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−２２８８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、近年の内燃機関の高出力化や高温化に伴い、使用環境下にて点火プラグにかかる負荷は、より大きくなっていく傾向にある。このような厳しい使用環境下では、例えば、熱応力に起因して抵抗体と導電性のシール層との界面にクラックなどの不具合が生じやすいために、点火プラグの耐久性が低下する可能性があった。

【0006】

本明細書は、内燃機関に用いられる点火プラグの耐久性を向上する技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書に開示される技術は、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
［形態］
軸線方向に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸線方向に沿って延び、後端が前記軸孔内に位置する中心電極と、
前記軸線方向に沿って延び、先端が前記軸孔内における前記中心電極の後端より後端側に位置する端子金具と、
前記軸孔内における前記中心電極と前記端子金具との間に配置された抵抗体と、
前記軸孔内における前記抵抗体と前記中心電極との隙間を埋めて前記中心電極と前記抵抗体とを離間する導電性シール層と、
を備える点火プラグであって、
前記導電性シール層は、前記中心電極側に位置する第１層と、該第１層と前記抵抗体との間に位置する第２層と、を備え、
前記第１層は、第１の導電性材料と、第１のガラス粒子と、を含み、
前記抵抗体は、前記第１の導電性材料とは異なる第２の導電性材料と、前記第１のガラス粒子より平均粒径が大きな第２のガラス粒子と、を含み、
前記第２層は、前記第１の導電性材料と、前記第２の導電性材料と、前記第１のガラス粒子より平均粒径が大きく、かつ、前記第２のガラス粒子より平均粒径が小さな第３のガラス粒子と、を含むことを特徴とする、点火プラグ。

【0008】

［適用例１］軸線方向に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸線方向に沿って延び、後端が前記軸孔内に位置する中心電極と、
前記軸線方向に沿って延び、先端が前記軸孔内における前記中心電極の後端より後端側に位置する端子金具と、
前記軸孔内における前記中心電極と前記端子金具との間に配置された抵抗体と、
前記軸孔内における前記抵抗体と前記中心電極との隙間を埋めて前記中心電極と前記抵抗体とを離間する導電性シール層と、
を備える点火プラグであって、
前記導電性シール層は、前記中心電極側に位置する第１層と、該第１層と前記抵抗体との間に位置する第２層と、を備え、
前記抵抗体と前記第１層と前記第２層の熱膨張係数は、互いに異なり、
前記第２層の熱膨張係数は、前記第１層の熱膨張係数と前記抵抗体の熱膨張係数との間の値であることを特徴とする、点火プラグ。

【0009】

上記構成によれば、第１層と抵抗体との間に、第１層の熱膨張係数と前記抵抗体の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する第２層が存在する。この結果、第１層が抵抗体に直接接触する場合と比較して、導電性シール層と抵抗体との間の熱膨張係数の差を小さくすることができる。したがって、点火プラグの使用中に導電性シール層と抵抗体との間に発生する熱応力を低減できるので、点火プラグの耐久性を向上することができる。

【0010】

［適用例２］軸線方向に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸線方向に沿って延び、後端が前記軸孔内に位置する中心電極と、
前記軸線方向に沿って延び、先端が前記軸孔内における前記中心電極の後端より後端側に位置する端子金具と、
前記軸孔内における前記中心電極と前記端子金具との間に配置された抵抗体と、
前記軸孔内における前記抵抗体と前記中心電極との隙間を埋めて前記中心電極と前記抵抗体とを離間する導電性シール層と、
を備える点火プラグであって、
前記導電性シール層は、前記中心電極側に位置する第１層と、該第１層と前記抵抗体との間に位置する第２層と、を備え、
前記第１層は、第１の導電性材料を含み、
前記抵抗体は、前記第１の導電性材料とは異なる第２の導電性材料を含み、
前記第２層は、前記第１の導電性材料と前記第２の導電性材料とを含むことを特徴とする、点火プラグ。

【0011】

上記構成によれば、第１の導電性材料を含む第１層と、第２の導電性材料を含む抵抗体と、の間に、第１の導電性材料と第２の導電性材料とを含む第２層が存在する。この結果、第２層の熱膨張係数を、第１層と第２層との間の値にコントロールし得るので、第１層が抵抗体に直接接触する場合と比較して、導電性シール層と抵抗体との間の熱膨張係数の差を小さくすることができる。したがって、点火プラグの使用中に導電性シール層と抵抗体との間に発生する熱応力を低減できるので、点火プラグの耐久性を向上することができる。

【0012】

［適用例３］適用例１または２に記載の点火プラグであって、
前記第２層は、複数個の粒子を含み、
前記第２層に含まれる前記粒子の最大粒径は、１８０μｍ以下であることを特徴とする、点火プラグ。

【0013】

上記構成によれば、第２層の熱膨張係数の部位によるばらつきを抑制することができる。この結果、導電性シール層と抵抗体との間に発生する熱応力が局所的に大きくなることを抑制できるので、点火プラグの耐久性をさらに向上することができる。

【0014】

［適用例４］適用例１〜３のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記第１層は、第１のガラス粒子を含み、
前記抵抗体は、前記第１のガラス粒子より平均粒径が大きな第２のガラス粒子を含み、
前記第２層は、前記第１のガラス粒子より平均粒径が大きく、かつ、前記第２のガラス粒子より平均粒径が小さな第３のガラス粒子を含むことを特徴とする、点火プラグ。

【0015】

上記構成によれば、先端側ほどガラス粒子の粒径が小さくなるので、後端側から先端側に向かって抵抗体および導電性シール層を押圧して製造する際に、圧力が後端側から先端側に伝播しやすい。この結果、抵抗体および導電性シール層を緻密化することができる。

【0016】

［適用例５］適用例１〜４のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記抵抗体の先端から中心電極までの抵抗値は、１ｋΩ以下であることを特徴とする点火プラグ。

【0017】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、点火プラグや点火プラグを用いた点火装置、その点火プラグを搭載する内燃機関や、その点火プラグを用いた点火装置を搭載する内燃機関、点火プラグの接地電極、点火プラグの電極用の合金等の態様で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態の点火プラグ１００の断面図である。

【図2】図１の導電性シール層６０の近傍の拡大図である。

【図3】絶縁体アセンブリの作製工程のフローチャートである。

【図4】絶縁体アセンブリの作製について説明する図である。

【図5】変形例の点火プラグの導電性シール層６０ｂの近傍の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

Ａ．実施形態：
Ａ−１．スパークプラグの構成：
図１は本実施形態の点火プラグ１００の断面図である。図１の一点破線は、点火プラグ１００の軸線ＣＯを示している。軸線ＣＯと平行な方向（図１の上下方向）を軸線方向とも呼ぶ。軸線ＣＯを中心とし、軸線と垂直な面上の円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、当該円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。図１における下方向を先端方向ＦＤと呼び、上方向を後端方向ＢＤとも呼ぶ。図１における下側を、点火プラグ１００の先端側と呼び、図１における上側を点火プラグ１００の後端側と呼ぶ。

【0020】

点火プラグ１００は、内燃機関に取り付けられ、内燃機関の燃焼室内の燃焼ガスに着火するために用いられる。点火プラグ１００は、絶縁体１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、抵抗体７０と、導電性シール層６０、８０と、を備える。

【0021】

絶縁体１０は、例えば、アルミナ等のセラミックスを用いて形成されている。絶縁体１０は、中心軸に沿って延び、絶縁体１０を貫通する貫通孔である軸孔１２を有する略円筒形状の部材である。絶縁体１０は、鍔部１９と、後端側胴部１８と、先端側胴部１７と、段部１５と、脚長部１３と、を備えている。鍔部１９は、絶縁体１０における軸方向の略中央に位置する部分である。後端側胴部１８は、鍔部１９より後端側に位置し、鍔部１９の外径より小さな外径を有している。先端側胴部１７は、鍔部１９より先端側に位置し、後端側胴部１８の外径より小さな外径を有している。脚長部１３は、先端側胴部１７より先端側に位置し、先端側胴部１７の外径よりも小さな外径を有している。脚長部１３の外径は、先端側ほど縮径され、点火プラグ１００が内燃機関（図示せず）に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。段部１５は、脚長部１３と先端側胴部１７との間に形成されている。

【0022】

主体金具５０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼材）で形成され、内燃機関のエンジンヘッド（図示省略）に点火プラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、軸線ＣＯに沿って貫通する挿入孔５９が形成されている。主体金具５０は、絶縁体１０の径方向の周囲（すなわち、外周）に配置される。すなわち、主体金具５０の挿入孔５９内に、絶縁体１０が挿入・保持されている。絶縁体１０の先端は、主体金具５０の先端より先端側に突出している。絶縁体１０の後端は、主体金具５０の後端より後端側に突出している。

【0023】

主体金具５０は、スパークプラグレンチが係合する六角柱形状の工具係合部５１と、内燃機関に取り付けるための取付ネジ部５２と、工具係合部５１と取付ネジ部５２との間に形成された鍔状の座部５４と、を備えている。工具係合部５１の互いに平行な側面間の長さ、すなわち、対辺長さは、例えば、９ｍｍ〜１４ｍｍである。取付ネジ部５２の外径Ｍ（呼び径）は、例えば、８ｍｍ〜１２ｍｍである。

【0024】

主体金具５０の取付ネジ部５２と座部５４との間には、金属板を折り曲げて形成された環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、点火プラグ１００が内燃機関に取り付けられた際に、点火プラグ１００と内燃機関（エンジンヘッド）との隙間を封止する。

【0025】

主体金具５０は、さらに、工具係合部５１の後端側に設けられた薄肉の加締部５３と、座部５４と工具係合部５１との間に設けられた薄肉の圧縮変形部５８と、を備えている。主体金具５０における工具係合部５１から加締部５３に至る部位の内周面と、絶縁体１０の後端側胴部１８の外周面と、の間に形成される環状の領域には、環状の線パッキン６、７が配置されている。当該領域における２つの線パッキン６、７の間には、タルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３の後端は、径方向内側に折り曲げられて、絶縁体１０の外周面に固定されている。主体金具５０の圧縮変形部５８は、製造時において、絶縁体１０の外周面に固定された加締部５３が先端側に押圧されることにより、圧縮変形する。圧縮変形部５８の圧縮変形によって、線パッキン６、７およびタルク９を介し、絶縁体１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。環状の板パッキン８を介して、主体金具５０の内周で取付ネジ部５２の位置に形成された段部５６（金具側段部）によって、絶縁体１０の段部１５（絶縁体側段部）が押圧される。この結果、内燃機関の燃焼室内のガスが、主体金具５０と絶縁体１０との隙間から外部に漏れることが、板パッキン８によって防止される。

【0026】

中心電極２０は、軸線方向に延びる棒状の中心電極本体２１と、中心電極チップ２９と、を備えている。中心電極本体２１は、絶縁体１０の軸孔１２の内部の先端側の部分に保持されている。すなわち、中心電極２０の後端（中心電極本体２１の後端）は、軸孔１２内に位置している。中心電極本体２１は、耐腐食性と耐熱性が高い金属、例えば、ニッケル（Ｎｉ）またはＮｉを主成分とする合金（例えば、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１）を用いて形成されている。中心電極本体２１は、ＮｉまたはＮｉ合金で形成された母材と、該母の内部に埋設された芯部と、を含む２層構造を有しても良い。この場合には、芯部は、例えば、母材よりも熱伝導性に優れる銅または銅を主成分とする合金で形成される。

【0027】

また、中心電極本体２１は、軸線方向の所定の位置に設けられた鍔部２４と、鍔部２４よりも後端側の部分である頭部２３（電極頭部）と、鍔部２４よりも先端側の部分である脚部２５（電極脚部）と、を備えている。鍔部２４は、絶縁体１０の軸孔１２内に形成された段部１６に支持されている。脚部２５の先端部分、すなわち、中心電極本体２１の先端は、絶縁体１０の先端より先端側に突出している。

【0028】

中心電極チップ２９は、略円柱形状を有する部材であり、中心電極本体２１の先端（脚部２５の先端）に、例えば、レーザ溶接を用いて、接合されている。中心電極チップ２９の先端面は、後述する接地電極チップ３９との間で火花ギャップを形成する第１放電面２９５である。中心電極チップ２９は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）などの高融点の貴金属や、当該貴金属を主成分とする合金が用いて、形成されている。

【0029】

接地電極３０は、接地電極本体３１と、接地電極チップ３９と、を備えている。接地電極本体３１は、断面が四角形の棒状体である。接地電極本体３１は、両端面として、接合端面３１２と、接合端面３１２の反対側に位置する自由端面３１１と、を有している。接合端面３１２は、主体金具５０の先端５０Ａに、例えば、抵抗溶接によって、接合されている。これによって、主体金具５０と接地電極本体３１とは、電気的に接続される。接地電極本体３１の接合端面３１２の近傍は、軸線ＣＯの方向に延びており、自由端面３１１の近傍は、軸線ＣＯと垂直な方向に延びている。棒状の接地電極本体３１は、中央部分において、約９０度だけ湾曲している。

【0030】

接地電極本体３１は、耐腐食性と耐熱性が高い金属、ＮｉまたはＮｉを主成分とする合金（例えば、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１）を用いて形成されている。接地電極本体３１は、中心電極本体２１と同様に、母材と、母材より熱伝導性が高い金属（例えば、銅）を用いて形成され、母材に埋設された芯部と、を含む２層構造を有しても良い。

【0031】

接地電極チップ３９は、例えば、円柱形状や四角柱形状を有し、上述した中心電極チップ２９の第１放電面２９５と対向する第２放電面３９５を有する。第１放電面２９５と第２放電面３９５との間の間隙は、火花放電が発生するいわゆる火花ギャップである。接地電極チップ３９は、中心電極チップ２９と同様に、例えば、貴金属、または、貴金属を主成分とする合金を用いて形成される。

【0032】

端子金具４０は、軸線方向に延びる棒状の部材であり、絶縁体１０の軸孔１２の後端側に配置されている。すなわち、端子金具４０の先端は、軸孔１２内における中心電極２０の後端より後端側に位置している。端子金具４０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼）で形成され、端子金具４０の表面には、例えば、防食のために、Ｎｉなどのめっきが形成されている。端子金具４０は、鍔部４２（端子顎部）と、鍔部４２より後端側に位置するキャップ装着部４１と、鍔部４２より先端側の脚部４３（端子脚部）と、を備えている。端子金具４０のキャップ装着部４１は、絶縁体１０より後端側に露出している。端子金具４０の脚部４３は、絶縁体１０の軸孔１２に挿入されている。キャップ装着部４１には、高圧ケーブル（図示外）が接続されたプラグキャップが装着され、火花放電を発生するための高電圧が印加される。

【0033】

抵抗体７０は、絶縁体１０の軸孔１２内における、端子金具４０の先端と中心電極２０の後端との間の領域に、配置されている。抵抗体７０は、火花発生時の電波ノイズを低減するための部材である。抵抗体７０は、詳細は後述するが、例えば、主成分であるガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、導電性材料と、を含む組成物で形成されている。

【0034】

軸孔１２内における、抵抗体７０と中心電極２０との隙間は、導電性シール層６０によって埋められている。抵抗体７０と端子金具４０との隙間は、導電性シール層８０によって埋められている。すなわち、導電性シール層６０は、中心電極２０と抵抗体７０とにそれぞれ接触し、中心電極２０と導電性シール層８０とを離間している。導電性シール層８０は、抵抗体７０と端子金具４０にそれぞれ接触し、抵抗体７０と端子金具４０とを離間している。この結果、中心電極２０と端子金具４０とは、抵抗体７０と導電性シール層６０、８０とを介して、電気的に接続される。導電性シール層６０、８０については、後述する。

【0035】

Ａ−２．導電性シール層６０の近傍の構成：
図２は、図１の導電性シール層６０の近傍の拡大図である。導電性シール層６０は、中心電極２０側に位置する第１層６１と、第１層６１と抵抗体７０との間に位置する第２層６２と、を備えている。第１層６１は、中心電極２０の後端を含む部分、具体的には、頭部２３および鍔部２４と接触しており、抵抗体７０とは接触していない。第２層６２は、第１層６１と、抵抗体７０の先端を含む部分と、に接触している。第２層６２の軸線方向の長さの平均（平均厚さ）は、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上であることが、さらに好ましい。

【0036】

導電性シール層６０の抵抗値は、抵抗体７０の抵抗値と比較して十分に小さい。抵抗体７０の抵抗値は、１ｋΩより大きく、例えば、５ｋΩ、１０ｋΩである。導電性シール層６０の抵抗値、すなわち、抵抗体７０の先端から中心電極２０の後端までの抵抗値は、１ｋΩ以下であり、さらに好ましくは、１Ω以下であり、例えば、５０ｍｍΩ〜５００ｍｍΩである。

【0037】

抵抗体７０と、第１層６１と、第２層６２と、の熱膨張係数（線膨張係数）は、互いに異なる。点火プラグ１００の使用時に冷却と加熱が繰り返されると、互いに接触する２個の部材間の熱膨張係数の差に起因して、該２個の部材の接触面において熱応力が発生する。これらの熱応力は、２個の部材間にクラックを発生させるなど、２個の部材間の密着性を低下させる不具合を引き起こす場合がある。抵抗体７０と、第１層６１と、第２層６２と、の熱膨張係数は、このような不具合を低減すべく、下記のように決定される。

【0038】

抵抗体７０と絶縁体１０との接触面において発生する熱応力に起因して、抵抗体７０と絶縁体１０との密着性が低下すると、該接触面の電気抵抗が抵抗体７０の電気抵抗より低下し得る。この場合には、抵抗体７０としての機能が損なわれる。このために、抵抗体７０と絶縁体１０との間の熱応力を低減すべく、抵抗体７０の熱膨張係数は、絶縁体１０の熱膨張係数に近い値であることが好ましい。

【0039】

第１層６１と中心電極本体２１との接触面において発生する熱応力に起因して、第１層６１と中心電極本体２１との密着性が低下すると、該接触面の電気抵抗が、密着性が良い場合と比較して変化する現象が発生し得る。この場合には、点火プラグ１００が所望の性能を発揮できなくなる可能性がある。このために、第１層６１と中心電極本体２１との間の熱応力を低減すべく、第１層６１の熱膨張係数は、中心電極本体２１の熱膨張係数（例えば、約１２〜１３×１０^−６／℃）に近い値であることが好ましい。

【0040】

第２層６２において、抵抗体７０との接触面と、第１層６１との接触面と、に発生する熱応力に起因して、抵抗体７０および／または第１層６１との密着性が低下すると、該接触面の電気抵抗が、密着性が良い場合と比較して、変化する。この場合には、点火プラグ１００が所望の性能を発揮できなくなる可能性がある。このために、本実施形態では、第２層６２と第１層６１との間、および、第２層６２と抵抗体７０との間の熱応力を低減すべく、第２層６２の熱膨張係数は、第１層６１の熱膨張係数と、抵抗体７０の熱膨張係数と、の間の値に設定される。

【0041】

セラミックス製の絶縁体１０の熱膨張係数（例えば、約５〜７×１０^−６／℃）は、金属製の中心電極本体２１の熱膨張係数（例えば、約１２〜１３×１０^−６／℃）と、比較して小さい。このために、抵抗体７０の熱膨張係数は、第１層６１の熱膨張係数より小さな値とされる。したがって、これらの部材の熱膨張係数は、小さい順に並べると、抵抗体７０、第２層６２、第１層６１の順である。

【0042】

本実施形態では、抵抗体７０、第１層６１、第２層６２を形成する材料として、以下のものを含んでいる。
抵抗体７０：カーボンブラック、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、アルミニウム、ガラスの混合物
第１層６１：真鍮（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、ガラスの混合物
第２層６２：真鍮、カーボンブラック、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、アルミニウム、ガラスの混合物

【0043】

熱膨張係数は、セラミックス（ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２）やガラスと比較して熱膨張係数が高い金属（アルミニウムや真鍮）の混合率を高くすれば、高くすることができ、該混合率を低くすれば、低くすることができる。この例では、抵抗体７０、第１層６１、第２層６２の熱膨張係数は、以下の通りに調整された。
抵抗体７０：５．７×１０^−６／℃、第１層６１：１２×１０^−６／℃、第２層６２：７．２×１０^−６／℃

【0044】

これらの材料のうち、カーボンブラックと、アルミニウムと、真鍮と、は導電性を有する導電性材料である。ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ガラスは、導電性を有しない絶縁性材料である。ガラスは、例えば、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系のガラスである。

【0045】

第１層６１、第２層６２は、それぞれ、上述した材料の粒子が混合されて形成されている。第２層６２に含まれる粒子の最大粒径Ｒｍａｘは、１８０μｍ以下であり、例えば、１００μｍである。

【0046】

また、第１層６１に含まれるガラス粒子の平均粒径Ｒ６１は、本実施形態では、１００μｍである。第２層６２に含まれるガラス粒子の平均粒径Ｒ６２は、本実施形態では、１５０μｍである。抵抗体７０に含まれるガラス粒子の平均粒径Ｒ７０は、本実施形態では、３００μｍである。このように、これらの平均粒径Ｒ６１、Ｒ６２、Ｒ７０は、Ｒ６１＜Ｒ６２＜Ｒ７０という関係を満たす。すなわち、本実施形態では、抵抗体７０は、第１層６１に含まれるガラス粒子より平均粒径が大きなガラス粒子を含む。第２層６２は、第１層６１に含まれるガラス粒子より平均粒径が大きく、かつ、抵抗体７０に含まれるガラス粒子より平均粒径が小さなガラス粒子を含む。

【0047】

なお、後端側の導電性シール層８０は、例えば、導電性シール層６０の第１層６１と同じ材料を用いて形成され、第１層６１と同じ粒径を有する。

【0048】

Ａ−３．熱膨張係数と粒径の測定方法：
各部材の熱膨張係数は、熱膨張係数を含む温度に依存する力学的特性の解析手法である公知のＴＭＡ（Thermal Mechanical Analysis）を用いて測定される。具体的には、熱膨張係数は、ＪＩＳ Ｒ ３１０２にて規定されたガラスの平均線膨張係数の試験方法を用いて測定される。第２層６２の厚さは、比較的小さいので、第２層６２単体の熱膨張係数を直接測定することは困難である場合がある。この場合は、例えば、先ず、図２の領域ＳＡ１に示す部分の試料（抵抗体７０のみを含む試料）から、抵抗体７０の熱膨張係数が測定される。そして、図２の領域ＳＡ２に示す部分の試料（抵抗体７０と第２層６２とを含む試料）の熱膨張係数が測定される。これら２個の領域の試料の測定結果に基づいて、第２層６２の単体の熱膨張係数が計算される。

【0049】

各部材に含まれる粒子の最大粒径Ｒｍａｘは、以下のように測定される。先ず、測定対象の部材について、軸線ＣＯを含む断面を、粒界が確認できるように研磨した後に、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてＳＥＭ画像を撮影する。このＳＥＭ画像では、観察される結晶粒の大きさに応じて任意に拡大倍率を変化させ、少なくとも５０個の粒子を観察することが可能な視野範囲が設定される。ＳＥＭ画像上において、測定された最大値を最大粒径Ｒｍａｘとして決定する。なお、観察される粒子の粒径のばらつきを考慮して十分多数の粒子の粒径を測定する。例えば、観察される粒子の粒径のばらつきが大きい場合には、部位を代えて複数のＳＥＭ画像の撮影を行い、測定する粒子の個数を適宜に増やす。

【0050】

各部材に含まれるガラス粒子の平均粒径Ｒ６１、Ｒ６２、Ｒ７０は、以下のように測定される。先ず、測定対象の部材について、軸線ＣＯを含む断面について、上記したように、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いてＳＥＭ画像を撮影する。このＳＥＭ画像では、上記したように、少なくとも５０個のガラス粒子を観察することが可能な視野範囲が設定される。ＳＥＭ画像上において、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyser）を用いた成分分析によって、ガラス粒子を特定する。ＳＥＭ画像上において、任意に直線を引き、この直線が横切るガラス粒子のそれぞれの粒径を測定して粒径の総和を算出する。次に、粒径の総和と測定対象のガラス粒子の数とから平均粒径を算出する。

【0051】

Ａ−４．点火プラグの製造方法：
上記した点火プラグ１００は、例えば、以下のような製造方法によって製造することが可能である。まず、後述する工程を経て作製された絶縁体アセンブリ（絶縁体１０に中心電極２０、端子金具４０、抵抗体７０、導電性シール層６０、８０等が組み付けられたアセンブリ）と、主体金具５０と、接地電極３０と、を用意する。そして、絶縁体アセンブリの外周に、主体金具５０を組み付けると共に、接地電極３０の接合端面３１２を主体金具５０の先端５０Ａに接合する。接合された接地電極３０の自由端面３１１の近傍に接地電極チップ３９を溶接する。その後、接地電極３０の接地電極チップ３９が中心電極２０の中心電極チップ２９と対向するように接地電極３０を屈曲して、点火プラグ１００を完成させる。

【0052】

図３、図４を参照して、絶縁体アセンブリの作製工程について説明する。図３は、絶縁体アセンブリの作製工程のフローチャートである。図４は、絶縁体アセンブリの作製について説明する図である。Ｓ１０では、必要な部材および原料粉末が準備される。具体的には、絶縁体１０と、中心電極チップ２９が先端に接合された中心電極２０と、端子金具４０と、が準備される。また、先端側の導電性シール層６０（第１層６１および第２層６２）、後端側の導電性シール層８０、および、抵抗体７０の各原料粉末６５、６８、８５、７５が準備される。

【0053】

各原料粉末は、上述した材料を用いて形成された粒子を混合して得られる粉末である。また、各原料粉末の粒子の粒径は、上述した粒径に、調整されている。

【0054】

Ｓ２０では、準備された絶縁体１０の軸孔１２内に後端の開口から中心電極２０が挿入される。中心電極２０は、図２を参照して上述したように、絶縁体１０の段部１６に支持されて、軸孔１２内に固定される（図４（Ａ））。

【0055】

Ｓ２５では、第１層６１の原料粉末６５が、絶縁体１０の軸孔１２内に後端の開口から、すなわち、中心電極２０の上方から充填される（図４（Ａ））。Ｓ３０では、軸孔１２内に充填された原料粉末６５に対して予備圧縮が行われる。予備圧縮は、圧縮用棒材２００を用いて、原料粉末６５を圧縮することによって行われる（図４（Ａ））。

【0056】

Ｓ３５では、絶縁体１０の軸孔１２内に後端の開口から、すなわち、原料粉末６５の上方から、第２層６２の原料粉末６８が充填され、Ｓ４０では、上述したＳ３０と同様に、軸孔１２内に充填された原料粉末６８に対して予備圧縮が行われる。

【0057】

Ｓ４５では、絶縁体１０の軸孔１２内に後端の開口から、すなわち、原料粉末６８の上方から、抵抗体７０の原料粉末７５が充填され、Ｓ５０では、上述したＳ３０と同様に、軸孔１２内に充填された原料粉末７５に対して予備圧縮が行われる。

【0058】

Ｓ５５では、絶縁体１０の軸孔１２内に後端の開口から、すなわち、原料粉末７５の上方から、導電性シール層８０の原料粉末８５が充填され、Ｓ６０では、上述したＳ３０と同様に、軸孔１２内に充填された原料粉末８５に対して予備圧縮が行われる。

【0059】

図４（Ｂ）には、Ｓ６０までの工程が終了した時点における、絶縁体１０および絶縁体１０の軸孔１２内に挿入・充填された中心電極２０および原料粉末６５、６８、７５、８５が図示されている。この状態で、Ｓ７０では、絶縁体１０は、炉内に移送されて、所定温度まで加熱される。所定温度は、例えば、原料粉末６５、６８、７５、８５に含まれるガラス成分の軟化点より高い温度、具体的には、摂氏８００〜９５０度である。

【0060】

所定温度まで加熱された状態で、Ｓ８０では、絶縁体１０の軸孔１２の後端の開口から、端子金具４０が中心軸方向に挿入される（図４（Ｃ））。この結果、端子金具４０の先端によって、絶縁体１０の軸孔１２内に積層された各原料粉末６５、６８、７５、８５は、軸線方向にプレス（圧縮）される。この結果、図４（Ｄ）に示すように、各原料粉末６５、６８、７５、８５が圧縮・焼結されて、上述した第１層６１、第２層６２、抵抗体７０、導電性シール層８０がそれぞれ形成される。以上の工程を経て、絶縁体アセンブリが完成する。

【0061】

以上説明した本実施形態によれば、第１層６１と抵抗体７０との間に、第１層６１の熱膨張係数と抵抗体７０の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する第２層６２が存在する。この結果、第１層６１が抵抗体７０に直接接触する場合と比較して、導電性シール層６０と抵抗体７０との間の熱膨張係数の差を小さくすることができる。したがって、点火プラグ１００の使用中に導電性シール層６０と抵抗体７０との間に発生する熱応力を低減できるので、点火プラグの耐久性を向上することができる。例えば、導電性シール層６０と抵抗体７０との間に発生する熱応力に起因して、導電性シール層６０と抵抗体７０との間にクラックが生じると、中心電極２０と端子金具４０との間の抵抗値が変化する場合がある。また、該クラックに火花が発生することで、導電性シール層６０や抵抗体７０が溶解して、材料が変質する現象が発生し得る。このような場合には、点火プラグ１００は、所望の性能を発揮できなくなる可能性があるが、本実施形態によれば、このような不具合を抑制できる。

【0062】

また、導電性材料として真鍮を含む第１層６１と、導電性材料としてカーボンブラックとアルミニウムとを含む抵抗体７０と、の間に、導電性材料として、第１層６１に含まれる真鍮と、抵抗体７０とに含まれるカーボンブラックおよびアルミニウムと、の両方を含む第２層６２が存在する。この結果、第２層６２の熱膨張係数を、第１層６１と第２層６２との間の値にコントロールし得るので、第１層６１が抵抗体に直接接触する場合と比較して、導電性シール層６０と抵抗体７０との間の熱膨張係数の差を小さくすることができる。したがって、点火プラグ１００の使用中に導電性シール層６０と抵抗体７０との間に発生する熱応力を低減できるので、点火プラグ１００の耐久性を向上することができる。さらには、互いに接触する部材に同じ導電性材料が含まれることによって、第１層６１と第２層６２との密着性、および、第２層６２と抵抗体７０との密着性が向上する。この結果、中心電極２０と端子金具４０との間の抵抗を安定化することができる。

【0063】

さらには、第２層６２に含まれる粒子の最大粒径Ｒｍａｘは、１８０μｍ以下である。このために、最大粒径Ｒｍａｘが１８０μｍより大きい場合と比較して、第２層６２において、比較的熱膨張係数が大きな粒子（例えば、真鍮、アルミニウム）と、比較的熱膨張係数が小さな粒子（例えば、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ガラス）と、を比較的均一に存在させることができる。この結果、第２層６２の熱膨張係数の部位によるばらつきを抑制することができる。この結果、導電性シール層６０（第２層６２）と抵抗体７０との間に発生する熱応力、および、第１層６１と第２層６２との間に発生する熱応力が局所的に大きくなることを抑制できる。したがって、点火プラグ１００の耐久性をさらに向上することができる。

【0064】

同様にして、第１層６１および抵抗体７０に含まれる粒子の最大粒径も、１８０μｍ以下であるので、第１層６１および抵抗体７０の熱膨張係数の部位によるばらつきを抑制することができる。この結果、第２層６２と抵抗体７０との間に発生する熱応力、および、第１層６１と第２層６２との間に発生する熱応力が局所的に大きくなることをさらに抑制できる。

【0065】

さらには、抵抗体７０は、第１層６１に含まれるガラス粒子より平均粒径が大きなガラス粒子を含み、第２層６２は、第１層６１に含まれるガラス粒子より平均粒径が大きく、かつ、抵抗体７０に含まれるガラス粒子より平均粒径が小さなガラス粒子を含む。この結果、先端側ほどガラス粒子の粒径が小さくなる。ガラス粒子の粒径が小さいほど、上述した図３のＳ７０において加熱したときに、全体が軟化しやすく、ガラス粒子の粒径が大きいほど、硬い部分が残存し、全体として軟化し難い。このために、図３のＳ８０において、端子金具４０によって、後端側から先端側に向かって抵抗体７０および導電性シール層６０を押圧して製造する際に、比較的硬い層が後端側に位置し、先端に向かってより軟らかい層が存在する状態になる。このために、図３のＳ８０において、圧力が後端側から先端側に伝播しやすくなるので、抵抗体７０および導電性シール層６０を緻密化することができる。

【0066】

また、第２層６２の平均厚さが過度に小さい場合には、抵抗体７０と導電性シール層６０との間の熱応力を十分に抑制できない可能性がある。本実施形態では、第２層６２の平均厚さは、０．５ｍｍ以上であるので、抵抗体７０と導電性シール層６０との間の熱応力を適切に抑制することができる。

【0067】

以上の説明から解るように、カーボンブラックとアルミニウムとは、第１の導電性材料の例であり、真鍮は、第２の導電性材料の例である。

【0068】

Ｂ．変形例：
（１）導電性シール層６０は、２層に限らず、さらに、多層の構造を有しても良い。図５は変形例の点火プラグの導電性シール層６０ｂの近傍の拡大図である。図５の導電性シール層６０ｂは、図２の第１層６１と第２層６２との間に、さらに、第３層６３が配置された３層構造を有している。この場合には、第３層６３の熱膨張係数は、第１層６１の熱膨張係数と、第２層６２の熱膨張係数と、の間の値であることが好ましい。例えば、中心電極２０側（先端側）から抵抗体７０側（後端側）に向かって、熱膨張係数が段階的に大きくなるように、熱膨張係数の小さい順は、第１層６１、第３層６３、第２層６２の順であることが好ましい。

【0069】

（２）上記実施形態の第１層６１、第２層６２、抵抗体７０の材料は、一例であり、他の様々な材料が用いられ得る。

【0070】

例えば、第１層６１に含まれる導電性材料は、例えば、真鍮とともに、あるいは、真鍮とともに、他の金属（例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｌあるいはこれらを含む合金）やカーボンを含んでも良い。

【0071】

例えば、抵抗体７０に含まれる導電性材料は、カーボンブラックやアルミニウムとともに、あるいは、これらに代えて、金属（Ｎｉ、Ｃｕなど）、ペロブスカイト型酸化物（ＳｒＴｉＯ_３、ＳｒＣｒＯ_３など）、炭素化合物（Ｃｒ_３Ｃ_２、ＴｉＣなど）を含んでも良い。

【0072】

例えば、第２層６２に含まれる導電性材料は、真鍮、カーボンブラック、アルミニウムとともに、あるいは、これらに代えて、上述した第１層６１や抵抗体７０が含み得る導電性材料の全部または一部を含んでも良い。

【0073】

第１層６１、第２層６２、抵抗体７０に含まれるガラス粒子には、例えば、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＢａＯ、Ｐ_２Ｏ_５、Ｌｉ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯから選択された１以上の成分を含む種々のガラスが採用され得る。

【0074】

また、第１層６１、第２層６２、抵抗体７０に含まれる成分は、球形の粒子に限らず、例えば、金属箔、カーボンファイバーなど、繊維状、あるいは、箔状の粒子であっても良い。

【0075】

（３）上記実施形態では、例えば、第２層６２は、第１層６１に含まれる導電性材料（真鍮）と、抵抗体７０に含まれる導電性材料（カーボンブラックおよびアルミニウム）と、の両方を含むことによって、第１層６１と抵抗体７０との中間の熱膨張係数を有するように構成されている。これに代えて、第２層６２は、第１層６１に含まれる導電性材料やガラスと、抵抗体７０に含まれる導電性材料やガラスと、の中間の熱膨張係数を有する別の材料を用いて形成することによって、第１層６１と抵抗体７０との中間の熱膨張係数を有するように構成されても良い。

【0076】

（４）さらに、第１層６１、第２層６２、抵抗体７０に含まれる粒子の粒径は、上記実施形態とは異なっていても良い。例えば、第２層６２に含まれる粒子の最大粒径は、１８０μｍより大きくても良い。また、第１層６１に含まれるガラス粒子の平均粒径は、第２層６２や抵抗体７０に含まれるガラス粒子の平均粒径より大きくても良いし、第２層６２や抵抗体７０に含まれるガラス粒子の平均粒径と同じでも良い。

【0077】

（５）上記実施形態の点火プラグ１００の具体的構成は、一例であり、他の構成が採用され得る。例えば、点火プラグの発火部の構成は、様々な構成が採用され得る。例えば、点火プラグは、軸線と垂直な方向に接地電極と中心電極２０とが対向して、ギャップを形成するタイプの点火プラグでも良い。また、例えば、絶縁体１０の材料や、端子金具４０の材料は、上述の材料に限られない。例えば、絶縁体１０は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするセラミックスに代えて、他の化合物（例えば、ＡｌＮ、ＺｒＯ_２、ＳｉＣ、ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３など）を主成分とするセラミックスを用いて形成されてもよい。

【0078】

以上、本発明の実施形態および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施形態および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。

【符号の説明】

【0079】

５...ガスケット、６...線パッキン、８...板パッキン、９...タルク、１０...絶縁体、１２...軸孔、１３...脚長部、１５...段部、１６...段部、１７...先端側胴部、１８...後端側胴部、１９...鍔部、２０...中心電極、２１...中心電極本体、２３...頭部、２４...鍔部、２５...脚部、２９...中心電極チップ、３０...接地電極、３１...接地電極本体、３９...接地電極チップ、４０...端子金具、４１...キャップ装着部、４２...鍔部、４３...脚部、５０...主体金具、５０Ａ...先端、５１...工具係合部、５２...取付ネジ部、５３...加締部、５４...座部、５６...段部、５８...圧縮変形部、５９...挿入孔、６０、６０ｂ、８０...導電性シール層、６１...第１層、６２...第２層、６３...第３層、６５、６８、７５、８５...原料粉末、７０...抵抗体、１００...点火プラグ、２００...圧縮用棒材、２９５...第１放電面、３９５...第２放電面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】