專利名稱：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶電阻體的火花塞。
背景技術(shù)：
一直以來，為了抑制因火花塞的火花放電引起電波噪聲，廣泛地使用在中心電極和端子配件之間配置有電阻體的帶電阻體的火花塞。這種帶電阻體的火花塞根據(jù)其使用條件，存在由于流過電阻體的電能引起電阻體成分中的碳氧化而使電阻值增加的現(xiàn)象。因此， 例如，在下述專利文獻1、專利文獻2中，通過在電阻體中添加具有還原作用的金屬粉末，抑制碳氧化，提高負荷壽命性能。專利文獻1 JP特開昭60-150601號公報專利文獻2 JP特開昭60-150602號公報但是，即使以專利文獻1、專利文獻2所記載的配比而添加金屬粉末時，根據(jù)火花塞的形狀，也存在不能充分提高負荷壽命性能的情況。

發(fā)明內(nèi)容
考慮這種問題，本發(fā)明要解決的課題是，在添加了金屬粉末的帶電阻體的火花塞中提高其負荷壽命性能。本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而做出的，能夠以如下的方式或適用例實現(xiàn)。[適用例1]一種火花塞，在中心電極和端子配件之間具有電阻體，其中，所述電阻體包含玻璃、陶瓷粉末、導(dǎo)電材料和金屬，所述金屬在所述電阻體的任意剖面中的任意的 300 ( μ m) X 300 ( μ m)的區(qū)域上平均存在2個以上，且在所述區(qū)域內(nèi)的所述金屬的總剖面積所占的比例小于1.6%。根據(jù)上述方式的火花塞，金屬粉末在電阻體中良好地分散，因此即使在金屬粉末氧化的情況下，也能抑制電流的流動被較大程度切斷。其結(jié)果是，能夠提高火花塞的負荷壽命性能。[適用例2]在適用例1所記載的火花塞中，所述區(qū)域內(nèi)的所述金屬的總剖面積所占的比例在0.01%以上且1.3%以下。[適用例3]在適用例1所記載的火花塞中，所述區(qū)域內(nèi)的所述金屬的總剖面積所占的比例在0. 02%以上且1.0%以下。[適用例4]在適用例1 適用例3中的任一項所記載的火花塞中，包含Al(鋁)、 Zn(鋅)、狗(鐵)、Cu(銅)、Mg(鎂)、Sn(錫)、Ti(鈦)、&(鋯)、Ag(銀)、fe(鎵)中的至少一種以上的金屬作為所述金屬。[適用例5]在適用例1 適用例4中的任一項所記載的火花塞中，所述陶瓷粉末包含ZrO2 (氧化鋯)。[適用例6]在適用例1 適用例5中的任一項所記載的火花塞中，所述導(dǎo)電材料為碳黑。[適用例7]在適用例1 適用例6中的任一項所記載的火花塞中，在所述玻璃的組分中包含B(硼)、Si (硅)、Ba(鋇)、Ca(鈣)、Sn(錫)、Ti (鈦)中的至少一種以上，所述玻璃的變形點為300°C以上且小于700°C。另外，本發(fā)明除了上述的火花塞的方式以外，也可以是火花塞的制造方法、用于火花塞的電阻體。


圖1是作為本發(fā)明的一個實施方式的火花塞100的剖視圖。標(biāo)號說明1…主體配件2…絕緣體3…中心電極4…接地電極6…貫通孔13…端子配件15…電阻體16…導(dǎo)電性玻璃密封層17…導(dǎo)電性玻璃密封層21…前端部31…點火部32…點火部100…火花塞
具體實施例方式圖1是作為本發(fā)明的一個實施方式的火花塞100的剖視圖?；鸹ㄈ?00包括筒狀的主體配件1、以前端部21從主體配件1的端部突出的方式嵌入主體配件1內(nèi)的絕緣體 2、以在前端形成的點火部31突出的狀態(tài)設(shè)于絕緣體2的內(nèi)側(cè)的中心電極3、以一端通過焊接等與主體配件1接合并且另一端側(cè)向側(cè)方彎曲而其側(cè)面與中心電極3的點火部31相對的方式配置的接地電極4。在接地電極4上與點火部31相對的位置上形成有點火部32，點火部31和點火部32之間的間隙成為火花放電間隙。在絕緣體2上沿軸線0形成貫通孔6，在其一個端部固定有端子配件13，在另一個端部固定有中心電極3。此外，在貫通孔6內(nèi)，在端子配件13和中心電極3之間配置有電阻體15。該電阻體15的兩端部經(jīng)由導(dǎo)電性玻璃密封層16、17與中心電極3和端子配件13 分別電連接。本實施方式中的電阻體15由玻璃、陶瓷粉末、導(dǎo)電材料、金屬粉末和粘合劑(粘接劑)生成。金屬粉末在電阻體15的任意剖面上的任意300(μπι)Χ300(μπι)的區(qū)域(以下將該區(qū)域稱為“分析區(qū)域”)上平均存在2個以上。此外，該分析區(qū)域內(nèi)的金屬粉末占總剖面積的比例小于1. 6%。作為金屬粉末，例如能夠使用包含Al、Zn、Fe、Cu、Mg、Sn、Ti、Zr、Ag, Ga中的任意一種以上的金屬的金屬粉末。優(yōu)選的是使用包含Al、Si、Fe、Cu、Mg中的任意一種以上的金屬的金屬粉末，更優(yōu)選的是使用包含Al、Fe、Mg中的任意一種以上的金屬的金屬粉末。進一步優(yōu)選的是使用包含Al的金屬粉末。此外，作為陶瓷粉末，能夠采用包含^O2的陶瓷粉末。此外，可以采用玻璃的組分中包含B、Si、Ba、Ca、Sn、Ti中的至少一種以上的元素的玻璃。進而，作為導(dǎo)電材料，能夠采用碳黑。在上述的火花塞100中，中心電極3和端子配件13在絕緣體2上的組裝、電阻體 15和導(dǎo)電性玻璃密封層16、17的形成能夠如以下所述進行。首先，在絕緣體2的貫通孔6 中插入中心電極3，然后，依次填充作為導(dǎo)電性玻璃密封層16的原料的導(dǎo)電性玻璃粉末、上述的電阻體15的原料、作為導(dǎo)電性玻璃密封層17的原料的導(dǎo)電性玻璃粉末。接著，將端子配件13插入貫通孔6。然后，將絕緣體2整體加熱至900 KKKTC，從端子配件13側(cè)施加預(yù)訂的壓力。通過如此處理，各原料被壓縮、燒結(jié)，在貫通孔6內(nèi)形成導(dǎo)電性玻璃密封層16、 17和電阻體15。根據(jù)上述的實施方式，對于貫通孔6的內(nèi)徑(以下稱為“密封徑”)為2.5mm至 2. 9mm的直徑比較小的15種火花塞100，多次調(diào)整電阻體15中的金屬粉末的添加量，進行判定其負荷壽命性能是否良好的實驗。表1中表示該實驗結(jié)果。[表 1]密封徑 (cp:mm)金屬粉末EPMAI定值結(jié)果種類平均粒度 (μπι)添加量 (非玻璃材料中的重量％)金屬個數(shù) (300 μπι X 300 μιη 中)金屬比例 (%)R值變化率(％)判定比較例12.5Al320.60.20.1+115X比較例22.9Al320.60.20.1+111X比較例32.5Al3215.054.5+500X比較例42.5Al66.0501.6+106X實施例12.5Al40.120.02-8O實施例22.5Al60.43.30.1-6O實施例32.5Al60.650.2-6O實施例42.9Al60.650.2-13O實施例52.5Al61.2100.3+5O實施例62.5Al61.8150.5+25O實施例72.5Al63.6301.0+58O實施例82.5Mg60.650.2+10O實施例92.5Fe60.650.2+15O實施例102.5Cu60.650.2+30O實施例112.5Zn60.650.2+27O該實驗中，作為添加到電阻體15的金屬粉末，采用Al、Mg、Fe、Cu、Zn的粉末，并且如下配合其他材料。通過將陶瓷粉末的一部分替換為金屬粉末而調(diào)整金屬粉末的配合量。 另外，以下的說明中，“非玻璃材料”是指從上述的電阻體15的材料中除除玻璃以外的材料即陶瓷粉末、導(dǎo)電材料、金屬及粘合劑?！げＡ?B2O3 :29%, SiO2 50%, BaO 17%, Li2O3 4% )相對于非玻璃材料 100 重
量％為600重量％ 陶瓷粉末(ZrO2)非玻璃材料中的72. 2 87. 1重量％ (因與金屬粉末替換，其值改變)·導(dǎo)電材料(碳黑)非玻璃材料中的10重量％·粘合劑(糊精)非玻璃材料中的2. 8重量％在該實驗中，在350°C的溫度環(huán)境下對火花塞100施加20kV的放電電壓，每1分鐘放電3600次，共計放電250小時。然后，測定實驗后的火花塞100的電阻值R，根據(jù)10次實驗的平均求出該電阻值R相對于放電前的初始電阻值變化何種程度。表1中，將該變化的程度作為“變化率”表示，設(shè)變化率為+100%以上的實驗的判定結(jié)果為“ X ”，設(shè)小于+100% 的實驗的判定結(jié)果為“〇”。即，作為判定結(jié)果表示為“〇”的火花塞100的電阻值的變化率較小，具有充分的負荷壽命性能。另外，表1的“金屬個數(shù)”表示在電阻體15的上述分析區(qū)域中包含的金屬粒子的個數(shù)。此外，表1的“金屬比例”是指在該分析區(qū)域中各金屬粉末的剖面積的總和(總剖面積)所占的比例。金屬個數(shù)及金屬比例能夠使用EPMA(Electron Probe Micro Analyzer 電子探針顯微分析儀)求出。具體而言，在本實驗中，作為EPMA，采用日本電子7—夕A公司制的JXA-8500F型號的裝置，對于該裝置進行如下設(shè)定加速電壓為20kV、照射電流為 (5士0. 5) Χ1(Γ8Α、有效時間為10msec、測定間隔為1 μ m、視場為300 μ mX 300 μ m。然后，根據(jù)通過該設(shè)定測定的計數(shù)數(shù)為100以上或小于100而生成對視場內(nèi)進行了 2值化的圖像， 通過利用計算機分析該圖像而求出金屬個數(shù)和金屬比例。表1所示的金屬個數(shù)及金屬比例是對任意視場進行5次這種分析后的平均值。金屬粒子的個數(shù)及面積的測定中使用Soft Imaging System GmbH公司制的analySIS Five (商標(biāo))這樣的圖像分析軟件。測定畫面上，對于明顯能夠觀察到因2個粒子接觸而個數(shù)計數(shù)為1個的情況，通過圖像處理將2個粒子的界面部分離成2個而分別數(shù)個數(shù)。參照表1所示的實驗結(jié)果可知，例如，在比較例1、2中，對于設(shè)定密封徑分別為 2. 5mm,2. 9mm的火花塞，作為金屬粉末，添加0. 6重量％添加平均粒度為32 μ m的Al粉末。 其結(jié)果是，電阻體15的分析區(qū)域中包含的Al個數(shù)為0. 2個，比較少。結(jié)果，在這些比較例中，電阻值R的變化率超過+100%，未發(fā)現(xiàn)負荷壽命性能提高。將添加的Al粉末的平均粒度從32 μ m降低至6 μ m,并將其他條件設(shè)定為與比較例 1、2相同而進行實驗，這就是實施例3、4。實施例3、4中，Al粒子的添加量(重量％)與比較例1、2相同，但通過降低Al粒子的平均粒度，使Al個數(shù)從0. 2個增大至5個。S卩，與比較例1、2相比，在實施例3、4中，可以說較細的Al粉末在電阻體15內(nèi)分散存在。這樣，使 Al粉末的粒子較細、使每單位面積中存在的Al的粒子數(shù)量較多時，如表1所示，分別在實施例3、4中，電阻值R的變化率降低至_6%、-13%，負荷壽命性能得以提高。實施例1中，采用更細的Al粉末(平均粒度=4 μ m)，設(shè)定其添加量為0. 1重量％， 由此生成分析區(qū)域中存在2個Al粒子、Al比例為0. 02%的電阻體15。在該實施例1中同樣電阻值R的變化率減小至-8，發(fā)現(xiàn)負荷壽命性能提高。即可知，Al粉末的粒子越細，對于負荷壽命性能越有利。認為這是由于，在Al粉末的粒子較大時、添加量過多時，被氧化的金屬粉末作為絕緣體起作用，將電阻體內(nèi)的導(dǎo)電路徑大幅切斷。另外，若關(guān)注Al粉末的添加量，則根據(jù)本申請人的經(jīng)驗可知，添加量為0.01重量％左右時，對于負荷壽命性能有利(參照JP特開昭60-150601號公報、JP特開昭60-150602號公報)。比較例3中，Al個數(shù)為5個，與其他實施例的差異并不明顯，但突出的是Al比例為4. 50%。這是由于，與其他例子相比，Al粉末的添加量突出，達到15重量％，此外，比較例3中，作為Al粉末采用平均粒度為32 μ m這樣的粒子比較粗的Al粉末。其結(jié)果是，在比較例3中，電阻值R的變化率為+500%這樣非常高的值。實施例2、5、6、7中，設(shè)定密封徑及Al粉末的平均粒度為同一條件，并使Al粉末的添加量逐漸變化為0. 4重量％、1. 2重量％、1. 8重量％、3. 6重量％。其結(jié)果是，Al個數(shù)逐漸增加至3. 3個、10個、15個、30個，Al比例逐漸增加至0. 1 % ,0. 3% ,0. 5% U. 0% 0若是這樣的Al個數(shù)及Al比例，電阻值R的變化率均小于+100%，發(fā)現(xiàn)了充分的負荷壽命性能。比較例4中，與其他實施例同樣，采用平均粒度為6μπι的Al粉末。但是，通過將添加量設(shè)為比其他實施例稍多的重量比(6.0重量％)，增加々1個數(shù)(50個)及Al比例 (1. 6% )，其結(jié)果是，電阻值R的變化率成為稍微超過允許范圍的+106%。即，若關(guān)注于Al 比例，則可認為1.6%左右的值為確保負荷壽命性能的上限。但是，若考慮判定結(jié)果為“〇” 的實施例中，電阻值R的變化率最大的實施例7的Al比例為1. 0%，該比較例4的Al比例為1. 60 %，實施例7的電阻值R的變化率為+58 %，該比較例4的變化率為+106 %，則Al 比例的更優(yōu)選的上限值可認為是實施例7和比較例4的Al比例的中間值即1. 30左右。此外，上述各實施例中的Al比例的下限值為實施例1的0. 02%，但若Al個數(shù)存在2個以上， 則即使Al比例為0. 01%左右，也能夠期待負荷壽命性能提高。上述比較例1 4及實施例1 7中，使用Al粉末作為電阻體15的材料的金屬粉末。與此相對，實施例8中使用Mg作為金屬粉末，實施例9中使用狗作為金屬粉末，實施例10中使用Cu作為金屬粉末，實施例11中使用Si作為金屬粉末。在這些實施例8 11中，與實施例3同樣，均設(shè)定密封徑為2. 5mm,作為金屬粉末采用平均粒度為6 μ m的金屬粉末，并設(shè)定其添加量為0. 6%。這樣，在這些實施例8 11中，與實施例3同樣，金屬個數(shù)均為5個，金屬比例為0.2%。然后，實施例8中，電阻值R的變化率為+10%，實施例9中為+15 %，實施例10中為+30 %，實施例11中為+27 %，均低于+100 %，發(fā)現(xiàn)了充分的負荷壽命性能。即，代替Al而采用Mg或Fe、Cu、ai等，也能夠提高負荷壽命性能。另外，作為金屬粉末，除這些金屬以外，還可以采用具有還原作用的其他金屬，例如Sn、Ti、Zr、Ag、Ga。 此外，也可以包含2種以上的具有還原作用的金屬。如上所述，考慮表1所示的實驗結(jié)果，若滿足在電阻體15的任意剖面上的任意 300 μ mX 300 μ m的分析區(qū)域中平均存在2個以上的金屬粒子且該分析區(qū)域內(nèi)的金屬的總剖面積所占的比例小于1. 6%、優(yōu)選0. 01%以上且小于1. 3%、更優(yōu)選0. 02%以上且1. 0% 以下這樣的條件，則即使是密封徑為2. 5mm,2. 9mm這樣直徑比較小的火花塞，也能夠如實施例1至7所示提高負荷壽命性能。作為電阻體15的材料的陶瓷粉末，從電特性的觀點出發(fā)，優(yōu)選包含^O2的陶瓷粉末，此外，也可以添加TiA ( 二氧化鈦)。陶瓷粉末的平均粒徑優(yōu)選為300 μ m以下，更優(yōu)選為200 μ m以下。作為電阻體15的材料的玻璃，能夠使用BaO-B2O3系、BaO-B2O3-SW2系、 BaO-B2O3-SiO2-R2O (RO)系、Pb-SiO2 系、Pb-B2O3-SiO2-Al2O3 系、B2O3-SiA 系、B2O3-SiO2-Al2O3
B2O3-SiO2-R2O(RO) B2O3-SiO2-Al2O3-R2O(RO)系等變形點(deformation point)為 300 700°C、且粒徑優(yōu)選為150μπι左右的玻璃。一般而言，通過玻璃材料向一個軸向膨張并按壓測定裝置的檢測部而使檢測部移動的距離來評價玻璃材料的膨張程度。所述變形點是指玻璃材料軟化而不能按壓所述檢測部的溫度。作為電阻體15的材料的導(dǎo)電材料，能夠使用在加熱密封溫度條件下被氧化的物質(zhì)。具體而言，從電特性的觀點出發(fā)，如上述各實施例所示優(yōu)選采用碳黑。作為電阻體15的材料的粘合劑，能夠使用蔗糖、乳糖、麥芽糖、棉子糖、葡萄糖、二甲苯、糊精、甲基纖維素等糖類；或乙二醇、甘油、丙二醇、聚乙二醇、聚乙烯醇等由脂肪烴構(gòu)成的有機碳等水溶性碳化物。根據(jù)火花塞的種類，在電阻體15中，有時使用氧化鋁(Al2O3)作為骨料 (aggregate)。因此，在上述實驗中，使用Al作為金屬粉末能夠通過以下方法正確地確定。即，首先，通過EPMA(JXA-8500F)，測定通過上述方法觀察的金屬粒子中含有的0的比例 (mol % )和Al的比例(mol % )。然后，計算所含的Al相對于0的比例(=A1/0)。表2 中，對于電阻體15中含有Al的情況和含有氧化鋁的情況的多個情況，示出其計算結(jié)果。參照該表2可知，在金屬粒子為Al時，A1/0的值為2以上，在金屬粒子為氧化鋁時，A1/0的值小于2。S卩，對于電阻體15中不含有氧化鋁而是含有Al的情況，分別測定金屬粒子中含有 Al及0的比例(mol% )，若Al相對于0存在2倍以上，則可確定為該金屬粒子為Al粒子。 這是因為，使用Al作為金屬粉末時，由于火花塞100的制造過程中的加熱/加壓處理(玻璃密封工序)，在電阻體15中的Al粒子的表面形成氧化被膜，結(jié)果，氧化不能進行到內(nèi)部， 含有Al的比例變高。另外，在使用Mg或Fe、CU、Zn等Al以外的金屬粉末作為金屬粉末時， 金屬粒子中包含這些金屬的比例也與Al的情況相同，相對于0成為2倍以上。因此，使用 Mg或Fe、Cu、Zn等作為金屬粉末，也能夠通過與上述同樣的方法來確定。[表 2]
權(quán)利要求
1.一種火花塞，在中心電極和端子配件之間具有電阻體，其中， 所述電阻體包含玻璃、陶瓷粉末、導(dǎo)電材料和金屬，所述金屬在所述電阻體的任意剖面中的任意的300 ( μ m) X 300( μ m)的區(qū)域上平均存在2個以上，且在所述區(qū)域內(nèi)的所述金屬的總剖面積所占的比例小于1. 6%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，所述區(qū)域內(nèi)的所述金屬的總剖面積所占的比例在0.01%以上且1.3%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，所述區(qū)域內(nèi)的所述金屬的總剖面積所占的比例在0. 02%以上且1. 0%以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的火花塞，其中，包含Al、Zn、Fe、Cu、Mg、Sn、Ti、Zr、Ag、Ga中的至少一種以上的金屬作為所述金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任意一項所述的火花塞，其中， 所述陶瓷粉末包含&02。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任意一項所述的火花塞，其中， 所述導(dǎo)電材料為碳黑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任意一項所述的火花塞，其中，在所述玻璃的組分中包含B、Si、Ba、Ca、Sn、Ti中的至少一種以上，所述玻璃的變形點為300°C以上且小于700°C。
全文摘要
火花塞(100)在中心電極(3)和端子配件(13)之間具有電阻體(15)。電阻體(15)包含玻璃、陶瓷粉末、導(dǎo)電材料和金屬，其中，金屬在電阻體(15)的任意剖面中的任意的300(μm)×300(μm)的區(qū)域上平均存在2個以上，且該區(qū)域內(nèi)的金屬的總剖面積所占的比例小于1.6％。
文檔編號H01T13/20GK102177628SQ20098014059
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者中川敬太, 吉田治樹, 柴田勉 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社