JP4620217B2

JP4620217B2 - スパークプラグ用絶縁体及びスパークプラグ

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Publication number: JP4620217B2
Application number: JP2000153888A
Authority: JP
Inventors: 健二布目; 博人伊藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: JP2001335360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスパークプラグ用絶縁体及びこれを用いたスパークプラグに関する。
更に詳しくは、高い耐電圧性と高い耐熱衝撃性とを併せ持つスパークプラグ用絶縁体及びこのスパークプラグ用絶縁体を備え、絶縁破壊及び割れ等を生じることのない高い耐久性を有するスパークプラグ、更には、小型化（小径化）した場合にもこの高い耐久性を保持するスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジン等の内燃機関で用いられるスパークプラグは、中心電極と主体金具との間を絶縁するスパークプラグ用絶縁体（以下、単に「絶縁体」ともいう）を備える。この絶縁体は、内燃機関の燃焼室内にて生じる火花放電に起因した燃焼ガス温（約２０００〜３０００℃）の影響により、５００〜７００℃程度の熱間に曝される。そのために、絶縁体にあっては室温から上記高温にわたる範囲内にて十分な耐電圧性と耐熱衝撃性とを併せ持つ必要がある。とりわけ、近年では内燃機関の高出力化やエンジンの小型化に伴い吸排気バルブの占有面積の大型化や４バルブ化が検討されており、スパークプラグの小型化（小径化）が要求されている。そのために絶縁体についても肉厚を薄肉化することが要求されると同時に、これまで以上に優れた耐電圧性と耐熱衝撃性とを併せ持つことが必要とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、絶縁体は、従来より耐電圧性及び耐熱性に優れるアルミナを主成分としたアルミナ基焼結体により構成されている。そして、絶縁体（アルミナ基焼結体）を形成するにあたり、焼結性を向上させるためにＳｉＯ_２−ＭｇＯ−ＣａＯの三成分系焼結助剤が添加されるのが普通である。しかし、この三成分系焼結助剤を用いると上記３成分のうちのとりわけＳｉ成分が、焼結後のアルミナ粒子の粒界に低融点ガラスとなって残存する。そのために、絶縁体が７００℃程度の熱間に曝されると、この低融点ガラスの軟化により耐電圧性が低下するという問題がある。
【０００４】
これに対して、特開昭６３−１９０７５３号公報では、Ｓｉ成分を含有させず、酸化ランタン、酸化イットリウム及びマグネシアの少なくとも１種を含有することで耐電圧性を向上させる技術が開示されている。しかし、この技術では高流動性の液相を発生させるＳｉ成分を含有しないため、焼成時にアルミナ粒子が均一に且つスムーズに粒成長し難い。このため、絶縁体を複数個製造した際に得られる絶縁体毎に機械的強度や耐電圧性においてばらつきが生じるという問題がある。この理由としては焼成時にアルミナ粒子が均一に且つスムーズに粒成長し難いがために、液相（粒界相）によるアルミナ粒子同士の強固な結合を伴った粒成長が促進されないためと思われる。但し、一般に粒成長が促され過ぎると耐熱衝撃性が低下することも知られている。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高い耐電圧性及び高い耐熱衝撃性を併せ持つスパークプラグ用絶縁体を提供することを目的とする。更に、この絶縁体を備え、絶縁破壊及び割れ等を生じない高い耐久性を有するスパークプラグ、更には、小型化した場合にもこの高い耐久性を保持するスパークプラグを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、焼結性を向上させることができるＳｉ成分を含有しつつも、高濃度にＡｌ_２Ｏ_３を含有し、高い耐電圧性及び高い耐熱衝撃性を備える絶縁体を得るべく検討を行った。その結果、Ｓｉ成分を含有する場合であっても希土類元素成分を含有することで耐電圧性と耐熱衝撃性とが両立される場合があることを見出した。更に、希土類元素成分とＳｉ成分を含有する場合であっても、粒成長が過度に抑制され単に小さなアルミナ粒子からなる絶縁体では耐電圧性と耐熱衝撃性との両立は困難であることが分かった。そして、希土類元素成分及びＳｉ成分を特定の割合で含有し、特有の組織構造を呈することで特に高いレベルで耐電圧性と耐熱衝撃性とを両立できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００７】
本第１発明のスパークプラグ用絶縁体は、構成成分全体を１００質量％とした場合に、Ａｌ成分の酸化物換算含有割合が９５〜９９．８質量％であり、且つ希土類元素成分及びＳｉ成分を、希土類元素成分の酸化物換算含有割合（Ｒ_ＲＥ）と、Ｓｉ成分の酸化物換算含有割合（Ｒ_Ｓｉ）との比（Ｒ_ＲＥ／Ｒ_Ｓｉ）が０．１〜１．０となるように含有し、更に、切断面１ｍｍ^２あたりに存在する最大長さが１０μｍ以上であり且つアスペクト比が３以上であるアルミナ粒子が１０個未満であり、
平均粒径が２〜５０μｍであることを特徴とする。
【０００８】
上記「Ａｌ成分」は、主にＡｌ_２Ｏ_３として絶縁体中に含有される。これにより高い耐電圧性及び耐熱性を備える。９５質量％未満であると十分な耐電圧性と耐熱衝撃性の両方を兼ね備える難く、９９．８％を超えると焼結が困難となり好ましくない。尚、Ａｌ成分の酸化物換算はＡｌ_２Ｏ_３として行うものとする。
【０００９】
上記「希土類元素」（以下、希土類元素すべてを表す元素記号とし「ＲＥ成分」を用いる）とは、スカンジウム、イットリウム及びランタノイド１５種の合計１７種の元素をいう。このＲＥ成分が製造時に含有されていることにより、アルミナの粒成長が過度に生じないように抑制できる。上記「Ｓｉ成分」は、製造時に含有されていることによりアルミナの焼結性を高め、アルミナ粒子の粒成長を促進できる。尚、ＲＥ成分のなかでも、Ｎｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｐｒ及びＤｙのうちの少なくとも１種が含有されることが好ましく、特にＮｄが含有されることが好ましい。Ｎｄを含有する絶縁体は、高温において（６００〜８００℃）耐電圧値のばらつきが小さいため好ましい。
【００１０】
そして、これらＳｉ成分及びＲＥ成分は、Ｓｉ成分の酸化物換算含有割合であるＲ_Ｓｉと、希土類元素の酸化物換算含有割合であるＲ_ＲＥとの比（以下、単に「Ｒ_ＲＥ／Ｒ_Ｓｉ」という）が０．１〜１．０であるように含有される。このＲ_ＲＥ／Ｒ_Ｓｉが０．１未満となると粒成長を抑制する効果が得られないことがあり、一方、１．０を超えると過度に粒成長が生じることがあるために、耐電圧性及び耐熱衝撃性の少なくとも一方が低下する傾向にある。
【００１１】
尚、上記Ｓｉ成分の酸化物換算はＳｉＯ_２として行う。また、その含有割合は、構成成分全体を１００質量％とした場合の割合として算出する値である。更に、ＲＥ成分の酸化物換算は、ＣｅはＣｅＯ_２として、ＰｒはＰｒ_６Ｏ_１１として行うが、これら以外の元素についてはＲＥ_２Ｏ_３として行う。また、その含有割合は、Ｓｉ成分と同様な値である。
【００１２】
また、Ｓｉ成分は酸化物換算で０．１〜３質量％含有されることが好ましく、ＲＥ成分は酸化物換算で０．０１〜１質量％含有されることが好ましい。
つまり、Ｓｉ成分及びＲＥ成分が同時に含有され、且つ特定の割合で含有されることにより、焼成時にアルミナ粒子の粒成長を適度に促進し、一方でその粒成長を適度に抑制できる。このため、後述するようなアスペクト比の大きなアルミナ粒子がほとんど存在せず、均一なアルミナ粒子による組織構造を呈する絶縁体を得ることができる。更に、ＲＥ成分とＳｉ成分とは焼成時にお互いに相俟ってＲＥ−Ｓｉ系ガラス（希土類ガラス）を形成するものと考えられる。このＲＥ−Ｓｉガラスは高融点であるため粒界相の融点を向上させ、絶縁体が７００度程度の熱間に曝された場合にも、粒界相の軟化を効果的に抑制できるものと考えられる。従って、絶縁体は高い耐電圧性及び高い耐熱衝撃性を併せ有するものとなる。
【００１３】
本発明の絶縁体にはＡｌ成分、Ｓｉ成分、ＲＥ成分の他にも、Ｂ及びＴｉの少なくとも１種が含有されてもよい。これらを含有する場合（構成成分全体を１００質量％とする）ＢはＢ_２Ｏ_３換算で０〜０．４質量％、ＴｉはＴｉＯ_２換算で０〜０．１質量％の範囲であることが好ましい。これらＢ及びＴｉは製造時に配合されていることで焼結助剤として機能でき、焼結性を高める役割を果たすこととなる。
【００１４】
更に、上記Ｂ及びＴｉ以外にも、Ｃａ、Ｂａ及びＳｒのうちの少なくとも１種が含有されていてもよい。これらを含有する場合（構成成分全体を１００質量％とする）ＣａはＣａＯ換算で０．１〜２．５質量％、ＢａはＢａＯ換算で０〜０．２質量％、ＳｒはＳｒＯ換算で０〜２．５質量％の範囲であることが好ましい。これらＣａ、Ｂａ、Ｓｒの含有により絶縁体の高温強度を向上させることができる。
【００１５】
更に加えて、Ｍｇ、Ｍｎ及びＮｉのうちの少なくとも１種が含有されてもよい。これらを含有する場合（構成成分全体を１００質量％とする）ＭｇはＭｇＯ換算で０〜１質量％、ＭｎはＭｎＯ換算で０〜１質量％、ＮｉはＮｉＯ換算で０〜１質量％の範囲であることが好ましい。これらＭｇ、Ｍｎ、Ｎｉは製造時に配合されていることにより焼成において希土類元素成分と共に、アルミナ粒子の過度な粒成長を抑制できる。
【００１６】
一方、本発明の組織構造において、上記「アスペクト比」は、アルミナ粒子の最大長さと長辺とが等しくなるように、アルミナ粒子に外接する長方形を描いた場合に、この長方形の長辺の長さを短辺の長さで除した値である。最大長さが１０μｍ以上であり且つアスペクト比が３以上であるアルミナ粒子が、切断面１ｍｍ^２あたりに存在する数は、５個以下であることが好ましい。このようなアルミナ粒子が、切断面１ｍｍ^２あたりに１０個以上存在すると、熱衝撃によるクラックの進展が早いために、耐熱衝撃性が低下する傾向にある。
【００１７】
また、本第１発明の絶縁体は、切断面１ｍｍ^２あたりに存在する最大長さが８０μｍ以上であるアルミナ粒子が５個以下である組織構造を呈することが好ましい。
最大長さが８０μｍ以上であるアルミナ粒子の数が少ないことにより耐電圧性が低下することなく、高い耐熱衝撃性を有する絶縁体が得られる。
【００１８】
更に、切断面１ｍｍ^２あたりに存在する最大長さが５０μｍ以上であるアルミナ粒子が３０個以下である組織構造を呈することが好ましい。
最大長さが５０μｍ以上であるアルミナ粒子の数が少ないことにより耐電圧性が低下することなく、高い耐熱衝撃性を有する絶縁体が得られる。
【００１９】
また、第１発明のように、平均粒径は２〜５０μｍであり、３〜３０μｍであることが好ましい。この平均粒径が２μｍ未満であると焼結が不十分であるために機械的強度が低下する傾向にあり、５０μｍを超えるとアルミナ粒子の異常粒成長により、絶縁体に絶縁破壊の起点となる粗大な気孔が生じ易くなる傾向にあり好ましくない。
【００２０】
尚、本第１〜３発明の絶縁体の形状は特に限定されないが、例えば、図１に示すものとすることができる。即ち、外形状は、後方側（図中上側）から順番に、滑らかな凹凸状に成形されたコルゲーション部２ａを有し、コルゲーション部２ａと絶縁体の中央部に形成されたフランジ部２ｃとの間は本体部２ｂにより形成され、次いでフランジ部２ｃを有し、フランジ部２ｃよりも前方側には本体部２ｂよりも細径に成形された第１軸部２ｅを有し、この第１軸部２ｅの更に前方側には更に細径の第２軸部２ｇを有する。また、絶縁体の内形状は、後方側（図中上側）から順番に、後述する端子電極７等を嵌め込むため大径部分と、後述する中心電極３を嵌め込むための細径部分とを備える貫通孔６を有する。
【００２１】
また、その大きさは以下のものとすることが好ましい（図１参照）。即ち、全長Ｌ１は３０〜７５ｍｍ、第１軸部２ｅの長さＬ２は０〜３０ｍｍ（但し、フランジ部２ｃとの接続部２ｄを含まず、第２軸部２ｇとの接続部２ｆを含む）、第２軸部２ｇの長さＬ３は２〜２７ｍｍ、本体部２ｂの外径Ｄ１は９〜１３ｍｍ、フランジ部２ｃの外径Ｄ２は１１〜１６ｍｍ、第１軸部２ｅの外径Ｄ３は５〜１１ｍｍ、第２軸部２ｇの基端部外径Ｄ４は３〜８ｍｍ、第２軸部２ｇの先端部外径Ｄ５（但し、先端面外周縁にＲ乃至面取りが施される場合は、中心軸を含む断面においてＲ部ないし面取り部の基端位置における外径）は２．５〜７ｍｍ、本体部２ｂにおける貫通孔６の内径Ｄ６は２〜５ｍｍ、第２軸部２ｇにおける貫通孔６の内径Ｄ７は１〜３．５ｍｍ、第１軸部２ｅの肉厚ｔ１は０．５〜４．５ｍｍ、第２軸部２ｇの基端部肉厚ｔ２は０．３〜３．５ｍｍ、第２軸部２ｇの先端部肉厚ｔ３（但し、先端面外周縁にＲ乃至面取りが施される場合は、中心軸を含む断面において、Ｒ部乃至面取り部の基端位置における肉厚）は０．２〜３ｍｍ、第２軸部２ｇの平均肉厚ｔＡ｛＝（ｔ２＋ｔ３）／２｝は０．２５〜３．２５ｍｍ。
【００２２】
また、本第１〜３発明の絶縁体の製造方法は特に限定されないが、例えば、以下のように製造することができる。即ち、中心粒径が０．１〜２μｍのアルミナ粉末（Ａｌ_２Ｏ_３純度９９．８％以上）と、中心粒径が０．１〜１０μｍの希土類元素酸化物粉末（希土類酸化物純度９９．８％以上）と、中心粒径が０．１〜２μｍのシリカ粉末（ＳｉＯ_２純度９９．８％以上）と、必要であればその他の粉末（酸化ホウ素粉末、酸化チタン粉末、酸化カルシウム粉末、酸化バリウム粉末、酸化ストロンチウム粉末、酸化マグネシウム粉末、酸化ニッケル粉末等）を所定割合で配合し、次いで、親水性結合剤（ポリビニルアルコール、水溶性アクリル樹脂、アラビアゴム、デキストリン等を単独又は混合して用いることができる）と溶媒（水、アルコール等を単独又は混合して用いることができる）とを添加し、混合してスラリーを調合する。尚、上記中心粒径とはレーザー粒度分布計（株式会社日機装社製、形式「マイクロトラックＦＲＡ」）により粒度分布を計測し、この粒度分布における５０％分布するアルミナ粒子の粒子径である。
【００２３】
次いで、得られたスラリーをスプレードライ法等により噴霧乾燥して平均粒径１３０〜２００μｍ（好ましくは５０〜１５０μｍ）に造粒する。この造粒物を成形して成形体を得る。得られた成形体を必要に応じて切削、研磨等により所望の形状に加工し、その後、大気雰囲気で１４００〜１８００℃（より好ましくは１５００〜１７５０℃）、１〜８時間（より好ましくは３〜７時間）焼成して絶縁体得る。
【００２４】
上記アルミナ粉末の中心粒径が２μｍを超えると十分に緻密化させることが困難であり、得られる絶縁体の耐電圧性が低下する傾向にある。更に、アルミナ以外の成分の配合においては、上記のように必ずしも酸化物として添加する必要はなく、複数の添加目的元素を含有する複合酸化物や、大気下における焼成後に酸化物となる各元素の水酸化物、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩等として配合してもよい。また、これらアルミナを除く各化合物の配合における各化合物の中心粒径は１μｍ以下とすることが好ましい。更に、溶媒及びバインダーの配合割合は、原料粉末を１００質量部とした場合に、溶媒が水である場合は４０〜１２０質量部（更には５０〜１００質量部）、バインダーは０．１〜５質量部（更には０．５〜３質量部）の各割合とすることができる。
【００２５】
上記焼成温度は、１４００℃未満では十分に緻密化させることができず、１８００℃を超えると焼成中にアルミナ粒子が異常粒成長し易く、得られる絶縁体の耐電圧性及び機械的強度が共に低下する傾向にある。また、焼成時間が１時間未満であると十分に緻密化させることができず、８時間を超えると焼成中にアルミナ粒子が異常粒成長し、耐電圧性が低下する傾向にある。更に、上記焼成温度は上記焼成時間中一定であっても、また、上記範囲内で適宜変化させてもよい。
【００２６】
第４発明のスパークプラグは、軸状の中心電極と、該中心電極の側周面に配置された主体金具と、該主体金具に一端側が連接し、他端側が該中心電極と対向するように配置された接地電極と、該中心電極及び該主体金具との間を絶縁するように配置された第１発明乃至第３発明のうちのいずれかに記載のスパークプラグ用絶縁体とを備えることを特徴とする。
【００２７】
スパークプラグの構成及び形状は上記以外には特に限定されないが、例えば、図２に示すようなスパークプラグとすることができる。即ち、絶縁体２の貫通孔６内には、軸状に伸びる中心電極３と、抵抗体８と、端子電極７とを備える。また、この絶縁体２の外周には炭素鋼（ＪＩＳ−Ｇ３５０７）等により形成された主体金具４を備える。この主体金具４はその一端側が溶接等により連接され、他端側が中心電極３と僅かな隙間を介して対向するように配置された略Ｌ字状の接地電極５を備える。
【００２８】
特に、本第１乃至第３発明のうちのいずれか１項に記載の絶縁体を備えるため第６発明のように、通常、内燃機関にスパークプラグを取り付けるために主体金具４の一部に螺刻された取り付けネジ部４ａの呼びがＭ１２以下であるスパークプラグにおいても十分な耐電圧性及び耐熱衝撃性を備えることができる。このような取り付けネジ部４ａの呼びがＭ１２以下であるスパークプラグは、絶縁体も必然的に小径である。このため絶縁体はより薄肉な部分を有することとなるが、この様な場合にも十分な耐電圧性及び耐熱衝撃性を保持できる。尚、取り付けネジ部４ａの呼びとは図２におけるＤ８である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。
［１］スパークプラグ用絶縁体
（１）絶縁体の製造（実施例１〜３２、比較例１〜８）
表１〜３に示す配合量で、アルミナ粉末（Ａｌ_２Ｏ_３純度９９．８％以上）、シリカ粉末（ＳｉＯ_２）、酸化ホウ素粉末（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化チタン粉末（ＴｉＯ_２）、酸化カルシウム粉末（ＣａＯ）、酸化バリウム粉末（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム粉末（ＳｒＯ）、酸化マグネシウム粉末（ＭｇＯ）、酸化ニッケル粉末（ＮｉＯ）、酸化ランタン粉末（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化セリウム粉末（ＣｅＯ_２）、酸化ネオジウム粉末（Ｎｄ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム粉末（Ｙ_２Ｏ_３）を配合し原料粉末とした。その後、この原料粉末を１００質量部として、ボリピニルアルコール２質量部と水７０質量部とを添加し、アルミナ製ボールを用いたボールミルにて湿式混合してスラリーを調合した。
尚、用いたアルミナ粉末の中心粒径はいずれにおいても０．４μｍである。また、これらのアルミナ粉末はいずれも純度が９９．８％以上である。
【００３０】
得られたスラリーをスプレードライ法により噴霧乾燥した後、ふるいにより粒径１０〜３５５μｍに整粒し、次いで、得られた造粒物をラバープレス型内に充填し、貫通孔６形成用のラバープレスピンを挿入しながら約１００ＭＰａに加圧するラバープレス成形を行って成形体を得た。得られた成形体の外周をレジノイド砥石等により切削加工し、図１に示すような所定の形状に加工し、その後、大気雰囲気下で表４〜８に示す温度で６時間焼成した。次いで、釉薬をかけて釉焼して絶縁体２（実施例１〜３２、比較例１〜８の合計４０種類）を得た。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【表３】

【００３４】
（２）得られた絶縁体の形状及び寸法
（１）で得られた絶縁体２は貫通孔６を備える。この貫通孔６は、中心電極３が配置する細径部分と、その後方側（図中上方側）に位置し、抵抗体８及び端子電極７が配置する大径部分とからなる。また、細径部分と大径部分との間には、中心電極３の固定用凸部３ａを受けるための受け面２ｈが曲面状に形成されている。更に、絶縁体の軸方向中央部にはフランジ部２ｃが形成されている。
【００３５】
また、絶縁体の各部の寸法は以下の通りである。全長Ｌ１：約６０ｍｍ、第１軸部２ｅ長さＬ２：約１０ｍｍ、第２軸部２ｇの長さＬ３：約１４ｍｍ、本体部２ｂの外径Ｄ１：約１１ｍｍ、フランジ部２ｃの外径Ｄ２：約１３ｍｍ、第１軸部２ｅの外径Ｄ３：約７．３ｍｍ、第２軸部２ｇの基端部外径Ｄ４：５．３ｍｍ、第２軸部２ｇの先端部外径Ｄ５：４．３ｍｍ、本体部２ｂにおける貫通孔６の内径Ｄ６：３．９ｍｍ、第２軸部２ｇにおける貫通孔６の内径Ｄ７：２．７ｍｍ、第１軸部２ｅの肉厚ｔ１：１．７ｍｍ、第２軸部２ｇの基端部肉厚ｔ２：１．３ｍｍ、第２軸部２ｇの先端部肉厚ｔ３：０．９ｍｍ、第２軸部２ｇの平均肉厚ｔＡ：１．１ｍｍ。
【００３６】
（３）得られた絶縁体の組織構造
（１）で得られた実施例１〜３２及び比較例１〜８の絶縁体を各々３ｍｍ四方の大きさで、厚さ１ｍｍに切り出し、一面を鏡面研磨した。次いで、電子顕微鏡（株式会社日本電子社製、型式「ＪＳＭ５８００ＬＶ」）により３００倍に拡大して、異なる二次電子像を撮影して実際の寸法において縦３００μｍ、横４００μｍが映し出された電子顕微鏡写真（以下、単に「ＳＥＭ写真」という）を４枚得た。その後、このＳＥＭ写真に映し出されているアルミナ粒子について、最大長さが１０μｍ以上であり、且つアスペクト比が３以上であるアルミナ粒子の数、最大長さが５０μｍ以上であるアルミナ粒子の数、最大長さが８０μｍ以上であるアルミナ粒子の数、の各々を前記の方法で算出した。この結果を表４〜８に示し、平均を算出した。
更に、上記同様にして得られた異なる４視野のＳＥＭ写真上に、実寸法で１００μｍに相当する直線を１本づつ引き、各直線下に存在するアルミナ粒子の数と、それらアルミナ粒子の各最大長さを測定し、この最大長さを平均し、更に４視野分の平均値を平均粒径として算出する。前記の方法により平均粒径を算出した。この結果を表４〜８に併記した。
【００３７】
【表４】

【００３８】
【表５】

【００３９】
【表６】

【００４０】
【表７】

【００４１】
【表８】

【００４２】
［２］スパークプラグ
（１）スパークプラグの製造
［１］で得られた絶縁体を用いて、図２に示すようなスパークプラグ１００を製造した。即ち、絶縁体２の貫通孔６の細径部分に中心電極３を挿入した後、導電性ガラス粉末を充填し、その後、貫通孔６内に押さえ枠を挿入して充填したガラス粉末を予備圧縮し、導電性ガラス粉末層（加熱後、導電性ガラス層１０）を形成する。次いで、貫通孔６の大径部分に抵抗体用原料粉末を充填して同様に予備圧縮し抵抗体８となる層を形成する。更に、上記と同様にして導電性ガラス粉末層（加熱後、導電性ガラス層９）を形成する。その後、釉薬層２ｉとなる釉薬を塗布し、組立体を得る。
【００４３】
得られた組立体を炉内に入れ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、端子全具７を貫通孔６の大径部分内へ中心電極３と反対側から軸方向に圧入して導電性ガラス粉末層及び抵抗体８となる層を軸方向にプレスする。この時の加熱により、釉焼され釉薬層２ｉが同時に形成される。その後、得られた加熱後の組立体に、接地電極５等が固着された主体金具４を組み付け、主体金具４の後端を加締めることにより固定してスパークプラグ１００を得る。
【００４４】
（２）スパークプラグの構成
（１）で得られたスパークプラグ１００は、図２に示すように、絶縁体２内に設けられた貫通孔６内に、中心電極３と、中心電極３と電気的に接続された導電性ガラス層１０と、抵抗体８と、端子電極７と、端子電極７と電気的に接続された導電性ガラス層９とを備える。更に、絶縁体２の外周面の一部を覆うように主体金具４が配設されている。この主体金具４は、絶縁体２の第１軸部２ｅと第２軸部２ｇとが交わる部分において接続部２ｆが形成され、主体金具４内側の係合部４ｂと環状板パッキン１１を介している。また、絶縁体２の軸方向中央部に形成されたフランジ部２ｃ後方においては、環状Ｐ線パッキン１２、粉末滑石１３、環状線パッキン１４をそれぞれ介している。
【００４５】
［３］特性評価
（１）耐電圧性試験
［１］で得られた絶縁体を備える［２］で得られた４０種類のスパークプラグから各１種につき４本を、排気量６６０ｃｃ、４気筒のガソリンエンジンに各々取り付けた。その後、エンジンのスロットルを全開にし、回転数６０００ｒｐｍ、放電電圧３５ｋＶに保ちながら連続運転させた。この状態においてエンジン始動時からスパークプラグに火花貫通が起こるまでの時間（最大４０時間）を測定し、その結果を表４〜８に示した。表４〜８において、「△」は１０時間以上４０時間未満で火花貫通したことを示し、「○」は４０時間以上経過しても火花貫通を生じなかったことを示す。
【００４６】
（２）耐熱衝撃性試験
［１］で得られた絶縁体を備える［２］で得られた４０種のスパークプラグを、図３に示すような耐熱衝撃性試験装置に取り付けた。その後、放射温度計２０によりスパークプラグ１００の第２軸部２ｇの部分の表面温度を測定しながら、この温度が１０００℃に１分間保持されるようにバーナー２１により加熱し、次いで、この温度が２５０℃に１０秒間保持されるように送風口２２より送風して冷却することを１サイクルとして１０サイクルずつ繰り返した。各１０サイクル毎に蛍光探傷検査を行いクラックの有無を検査した。その結果を表４〜８に示す。表４〜８における「×」は１９サイクル以下でクラックを生じたことを示し、「△」は２０〜３９サイクルでクラックを生じたことを示し、「○」は４０〜５０サイクルでクラックを生じたことを示す。
【００４７】
表４〜８の結果より、Ｒ_ＲＥ／Ｒ_Ｓｉが０．１〜１．０であり、且つアスペクト比が３以上であるアルミナ粒子が１ｍｍ^２あたりに１０個以上存在しない絶縁体を備える実施例１〜３２のスパークプラグは十分な耐電圧性を有していることがわかる。このようなスパークプラグでは耐熱衝撃性試験の評価はいずれも△又は○であり高い耐熱衝撃性を有していることが分かる。また、このような性能を発揮している絶縁体においては、その平均粒径がいずれも７〜１７μｍと比較的大きいことが分かる。更に、アスペクト比が３以上であるアルミナ粒子も多くの絶縁体で存在せず、存在しても多くて９個である。また、最大長さが５０μｍ以上であるアルミナ粒子も多くの絶縁体で存在していない。更に、最大長さが８０μｍ以上であるアルミナ粒子はいずれの絶縁体においても全く存在していない。
【００４８】
これに対して、比較例１〜８では十分な耐電圧性又は十分な耐熱衝撃性の一方を有しているものはあるが、これら両方を同時に備えるものは認められない。比較例１〜８では、実施例１〜３２と比べてアスペクト比が大きなアルミナ粒子、最大長さが５０μｍ以上のアルミナ粒子、最大長さが８０μｍ以上のアルミナ粒子の各々の数が多いことが分かる。
【００４９】
尚、本発明においては、上記の具体的実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、スパークプラグ１００における抵抗体８は備えなくてもよい。また、主体金具４に固着される接地電極５は１つに限らず、複数個備えた多極電極であってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本第１発明によると、高い耐電圧性と高い耐熱衝撃性を備える優れたスパークプラグ用絶縁体を安定して得る。また、本第４発明によると、上記のような優れた絶縁体をそなえる絶縁破壊及び割れ等を生じない高い耐久性を備えるスパークプラグを得る。更に、第５発明によると、スパークプラグ自体が小径であっても絶縁破壊及び割れ等を生じない高い耐久性を備えるスパークプラグを得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパークプラグ用絶縁体の一例の断面図である。
【図２】本発明のスパークプラグの一例の断面図である。
【図３】本実施例における耐熱衝撃試験の説明図である。
【符号の説明】
１００；スパークプラグ、２；スパークプラグ用絶縁体、３；中心電極、４；主体金具、５；接地電極、２０；放射温度計、２１；バーナー、２２；送風口。

Claims

構成成分全体を１００質量％とした場合に、Ａｌ成分の酸化物換算含有割合が９５〜９９．８質量％であり、且つ希土類元素及びＳｉ成分を、希土類元素の酸化物換算含有割合（Ｒ_ＲＥ）と、Ｓｉ成分の酸化物換算含有割合（Ｒ_Ｓｉ）との比（Ｒ_ＲＥ／Ｒ_Ｓｉ）が０．１〜１．０となるように含有し、更に、切断面１ｍｍ^２あたりに存在する最大長さが１０μｍ以上であり且つアスペクト比が３以上であるアルミナ粒子が１０個未満であり、
平均粒径が２〜５０μｍであることを特徴とするスパークプラグ用絶縁体。
切断面１ｍｍ^２あたりに存在する最大長さが８０μｍ以上であるアルミナ粒子は５個以下である請求項１記載のスパークプラグ用絶縁体。
切断面１ｍｍ^２あたりに存在する最大長さが５０μｍ以上であるアルミナ粒子は３０個以下である請求項１又は２に記載のスパークプラグ用絶縁体。
軸状の中心電極と、該中心電極の側周面に配置された主体金具と、該主体金具に一端側が連接し、他端側が該中心電極と対向するように配置された接地電極と、該中心電極及び該主体金具との間を絶縁するように配置された請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のスパークプラグ用絶縁体とを備えることを特徴とするスパークプラグ。
上記主体金具の取り付けネジ部の呼びがＭ１２以下である請求項４記載のスパークプラグ。