CN102549861A - 火花塞及火花塞的制造方法 - Google Patents

火花塞及火花塞的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102549861A
CN102549861A CN2010800423256A CN201080042325A CN102549861A CN 102549861 A CN102549861 A CN 102549861A CN 2010800423256 A CN2010800423256 A CN 2010800423256A CN 201080042325 A CN201080042325 A CN 201080042325A CN 102549861 A CN102549861 A CN 102549861A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
insulator
spark plug
composition
compound powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800423256A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102549861B (zh
Inventor
黑野启一
本田稔贵
高冈胜哉
竹内裕贵
田中邦治
光冈健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Publication of CN102549861A publication Critical patent/CN102549861A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102549861B publication Critical patent/CN102549861B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/34—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by the mounting of electrodes in insulation, e.g. by embedding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/36—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by the joint between insulation and body, e.g. using cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/38—Selection of materials for insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3213—Strontium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3215—Barium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/3222—Aluminates other than alumino-silicates, e.g. spinel (MgAl2O4)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3227—Lanthanum oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229—Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604—Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/963—Surface properties, e.g. surface roughness

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明提供一种兼备耐污损性和长期的耐电压特性的小型的火花塞及该火花塞的制造方法。火花塞(100)包括在顶端侧具有腿长部(30)的绝缘体(2)、中心电极(3)、以及利用配合凸部(56)保持绝缘体(2)的主体金属壳(1)，配合凸部(56)的内径(DIN)、与配合凸部(56)的内周面(59)相对的腿长部(30)的最大外径(dOUT)、与配合凸部(56)的内周面(59)相对的腿长部(30)的内径(dIN)、以及绝缘体(2)的介电常数(ε)满足下述条件，火花塞(100)的制造方法包含如下工序：对含有Al化合物粉末、Si化合物粉末、包含Mg化合物粉末及Ba化合物粉末中的2种以上的第2族元素化合物粉末、以及0.5质量％～4.0质量％的稀土类化合物粉末而成的原料粉末，进行加压成形后烧结，从而制造绝缘体(2)。条件：(DIN-dOUT)/2≤0.40(mm)、(dOUT-dIN)/2≤1.65(mm)及ε≥9.4(F/m)。

Description

火花塞及火花塞的制造方法
技术领域
本发明涉及一种火花塞及火花塞的制造方法，更详细地说，涉及一种虽然小型但兼备耐污损性和长期的耐电压特性的、小型的火花塞及该火花塞的制造方法。
背景技术
作为汽车用汽油发动机等内燃机在点火时所使用的火花塞的一种，具有如下类型的火花塞：对于在顶端侧具有借助台阶部缩径的腿长部的绝缘体，通过使上述台阶部配合于形成在主体金属壳的内周面上的配合凸部上，而将上述绝缘体安装在主体金属壳上，在上述配合凸部的内周面和上述腿长部的与该配合凸部的内周面相对的外周面之间形成间隙。在这种火花塞中，若例如在低温环境下等产生的未燃气体进入上述间隙中，则上述腿长部的外周面的位于上述间隙内的部分将被污损，结果，火花塞的耐污损性变差。
因此，与考虑耐污损性而扩宽上述间隙这一以往的技术常识相反，提出有通过将上述间隙缩短成预定距离以下而能够在无损于火花塞的耐污损性的情况下实现小型化的火花塞。
例如，在专利文献1中记载有：“一种火花塞，其特征在于，包括：筒状的主体金属壳(1)；绝缘体(2)，其具有卡定于该主体金属壳(1)的内周侧的轴孔；中心电极(3)，其保持于该绝缘体(2)的上述轴孔中；以及接地电极(4)，其通过与该中心电极(3)的顶端相对而形成火花放电间隙(g)；设上述绝缘体(2)在轴线方向(O)上上述火花放电间隙(g)所在的一侧为前方侧，设与该一侧相反的一侧为后方侧，在上述绝缘体(2)中，前端部(2i)借助周向的台阶部缩径而使该台阶部作为绝缘体侧配合部(2h)，自后方侧开口部插入上述主体金属壳(1)中，并且使上述绝缘体侧配合部(2h)与自上述主体金属壳(1)的内周面突出的金属壳侧配合部(1c)相配合，并且，上述绝缘体(2)的位于比上述绝缘体侧配合部(2h)靠前方侧的部分(2i)的外周面(以下，称作间隙形成外周面)(2k)与上述金属壳侧配合部(1c)的内周面(以下，称作间隙形成内周面)(52)以形成预定量的配合位置间隙(Q)的形态相对，并且在设上述间隙形成外周面(2k)的外径为d1、设上述间隙形成内周面(52)的内径为D1时，将用β＝(D1-d1)/2表示的配合位置间隙量β调整成0.4mm以下”。
此外，在专利文献2中记载有：“一种火花塞，其特征在于，包括：绝缘体，其形成为大致筒状，并沿轴线方向具有贯穿孔；棒状的中心电极，其插设于该绝缘体的上述贯穿孔的顶端侧；大致筒状的主体金属壳，将上述绝缘体在轴线方向上的顶端侧插入该主体金属壳中来保持；以及接地电极，其一端部接合于该主体金属壳的顶端，与该一端部相反的另一端部与上述中心电极相对，在上述另一端部和上述中心电极之间形成有火花放电间隙；上述绝缘体包括：绝缘体后端部，其设于上述绝缘体的后端侧；绝缘体顶端部，其设于上述绝缘体的顶端侧，且直径小于该绝缘体后端部的外径；以及第1绝缘体台阶部，其连结上述绝缘体后端部和上述绝缘体顶端部；上述主体金属壳包括：主体金属壳后端部，其设于上述主体金属壳的后端侧；主体金属壳顶端部，其设于上述主体金属壳的顶端侧，且至少在后端侧具有内径小于该主体金属壳后端部的内径的部分；以及第1主体金属壳台阶部，其连结上述主体金属壳后端部和上述主体金属壳顶端部；上述第1绝缘体台阶部隔着密封件与上述第1主体金属壳台阶部相配合，当观看包含轴线的截面时，在设上述绝缘体顶端部的外径为d1、设上述主体金属壳顶端部的内径为D1、设上述密封件和上述主体金属壳台阶部之间的配合位置中的、轴线方向的最顶端侧的位置为起点、设上述绝缘体的顶端侧为+时，成为(D1-d1)/2＜0.45mm的间隙的、与上述绝缘体的轴线方向平行的长度为1.2mm～5mm”。
但是，在实现火花塞的小型化的方面，较为有效的是除了缩短上述间隙之外还将绝缘体的壁厚设置为较薄。另一方面，若缩短上述间隙，则一般存在对形成上述间隙的绝缘体施加的电压增高的倾向。因而，若使用壁厚较薄的绝缘体来缩短上述间隙，则能够一边维持火花塞的耐污损性、一边实现小型化，但是将会对该绝缘体施加较高的电压而产生绝缘破坏的现象，结果，有时会导致耐电压特性降低。特别是，若长时间持续对绝缘体施加了较高电压的状态，则有时会导致在绝缘体中产生多处绝缘破坏而耐电压特性明显降低。例如，若将火花塞小型化到安装螺纹部的标称直径成为M12以下，则难以兼备火花塞的耐污损性和耐电压特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-260817号公报
专利文献2：日本特开2005-183177号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种虽然小型但兼备耐污损性和长期的耐电压特性的火花塞。
本发明的另一目的在于提供一种火花塞的制造方法，其能够制造虽然小型但兼备耐污损性和长期的耐电压特性的火花塞。
用于解决问题的方案
作为用于解决上述问题的方案，本发明提供一种火花塞，其特征在于，包括：绝缘体，其形成为在顶端侧具有小直径的腿长部的大致筒状，并具有沿轴线方向贯穿的贯穿孔；中心电极，其插设于上述贯穿孔的上述顶端侧；以及主体金属壳，其形成为具有向径向内侧突出的配合凸部的大致筒状，并利用上述配合凸部保持被插入的上述绝缘体；当设上述配合凸部的内径为DIN(mm)、设上述腿长部中与上述配合凸部的内周面相对的部分的最大外径为dOUT(mm)、设上述腿长部中与上述配合凸部的内周面相对的部分的内径为dIN(mm)、以及设上述绝缘体的介电常数为ε(F/m)时，满足下述条件(1)～条件(3)：条件(1)：(DIN-dOUT)/2≤0.40(mm)；条件(2)：(dOUT-dIN)/2≤1.65(mm)；条件(3)：ε≥9.4(F/m)。
作为用于解决上述问题的另一方法，本发明提供一种火花塞的制造方法，其特征在于，包含以下工序：对将Si化合物粉末、包含Mg化合物粉末及Ba化合物粉末中的2种以上基于IUPAC1990年建议的周期表的第2族元素化合物粉末、0.5质量％～4.0质量％的稀土类化合物粉末、以及作为主要成分的Al化合物粉末以它们的氧化物换算含量的合计为100质量％的方式含有而成的原料粉末，进行加压成形后烧结，从而制造上述绝缘体，。
发明的效果
本发明的火花塞由于满足上述条件(1)～(3)，因此即使长时间持续薄壁化了的绝缘体被施加了较高电压的状态，也能够无损于耐污损性并发挥充分的耐电压特性。此外，由于本发明的火花塞的制造方法是将上述原料粉末加压成形为预定尺寸之后进行烧结从而制造上述绝缘体，因此该绝缘体满足上述条件(1)～(3)。因而，根据本发明，能够提供一种虽然小型但是兼备耐污损性和长期的耐电压特性的小型的火花塞、以及能够制造这种火花塞的火花塞的制造方法。
附图说明
图1是表示作为本发明的火花塞的一实施例的火花塞的局部纵剖视图。
图2是放大表示作为本发明的火花塞的一实施例的火花塞的顶端侧的主要部分的局部放大纵剖视图。
图3是放大表示作为本发明的火花塞的一实施例的火花塞中的、由主体金属壳和绝缘体形成的间隙部分附近的局部放大纵剖视图。
具体实施方式
本发明的火花塞包括：绝缘体，其形成为在顶端侧具有直径较小的腿长部的大致筒状，并具有沿轴线方向贯穿的贯穿孔；中心电极，其插设于上述贯穿孔的顶端侧；以及主体金属壳，其形成为具有向径向内侧突出的配合凸部的大致筒状，并利用配合凸部保持插入主体金属壳内的绝缘体。本发明的火花塞只要是具有这种结构的火花塞即可，其他的结构没有特别的限定，可以采用公知的各种结构。例如，本发明的火花塞也可以包括上述绝缘体、上述中心电极、上述主体金属壳、以及接地电极，该接地电极的一端部接合于主体金属壳，另一端部与中心电极相对，在另一端部与中心电极之间形成火花放电间隙。
参照图1～图3说明作为本发明的火花塞的一实施例的火花塞。该火花塞100用作汽车用汽油发动机等内燃机的点火用火花塞。另外，在以下的说明中，称构成为大致棒状的火花塞100的轴线(图1及图2所示的单点划线)为“轴线O”。此外，在图1～图3中，称附图的下方侧即设置接地电极4的一侧为火花塞100的顶端侧，称附图的上方侧即形成波纹部40的一侧为火花塞100的后端侧。
对该火花塞100的基本结构进行说明。如图1所示，该火花塞100包括：绝缘体2，其形成为在顶端侧具有直径较小的腿长部30的大致筒状，并具有沿轴线O方向贯穿的贯穿孔6；中心电极3，其插设于该贯穿孔6的顶端侧；主体金属壳1，其以在内周面上具有向径向内侧突出的配合凸部56的方式形成为大致筒状，并利用配合凸部56保持插入主体金属壳1内的绝缘体2；以及接地电极4，其一端部接合于主体金属壳1，另一端部与中心电极3相对，在该另一端部与中心电极3之间形成火花放电间隙g。
更具体地说，如图1所示，火花塞100包括：大致筒状的主体金属壳1，其在内周面上具有呈环状向径向内侧突出的配合凸部56；大致筒状的绝缘体(在本发明中也称作“绝缘子”。)2，其插入该主体金属壳1内，以自主体金属壳1在轴线O方向上的顶端部突出的方式利用配合凸部56保持该绝缘体2；大致棒状的中心电极3，其以电极顶端部36自绝缘体2的顶端突出的方式插入绝缘体2的贯穿孔6内；以及接地电极4，其一端焊接于主体金属壳1在轴线O方向的顶端部，并且与该一端侧相反的另一端侧向侧方折回，其侧面配置成与中心电极3的电极顶端部36相对。
如图1及图2所示，在火花塞100中，关于绝缘体2，具体地说，后述的腿长部30的顶端部附近比主体金属壳1的顶端面向接地电极4侧突出，关于上述中心电极3，其电极顶端部36比绝缘体2的顶端面向接地电极4侧突出。而且，如后述那样，在上述主体金属壳1和绝缘体2的腿长部30之间形成有基部间隙S，该基部间隙S形成在主体金属壳1的内周面和腿长部30的外周面之间。
如图1所示，上述主体金属壳1利用低碳素钢等金属形成为在内周面上具有配合凸部56的大致筒状，并用作火花塞100的壳体。在主体金属壳1中的、上述轴线O方向上的顶端部侧的外周面上，形成有用于安装到未图示的发动机盖上的安装螺纹部7。作为该安装螺纹部7的规格的一例，可列举M10、M12及M14等。在本发明中，安装螺纹部7的标称的意思是ISO2705(M12)及ISO2704(M10)等中所规定的值，当然也容许在各规格中所规定的尺寸公差范围内有所变动。在本发明中，小型的火花塞是指例如安装螺纹部7的标称直径为M12以下的火花塞。在主体金属壳1中的、上述安装螺纹部7在上述轴线O方向上的后端侧形成有工具配合部11，该工具配合部11用于在将主体金属壳1安装于发动机盖时使扳手、扳子等工具自外侧进行配合。在火花塞100中，工具配合部11的与轴线O方向正交的截面呈六边形状。此外，如图1所示，关于上述主体金属壳1，在上述工具配合部11在上述轴线O方向上的顶端侧、同时也是上述轴线O方向的大致中间部处形成有向外径向外侧凸设的凸缘部61。而且，在安装螺纹部7在上述轴线O方向上的后端侧附近、即凸缘部61的座面62上插入有垫片10。
如图1及图2所示，上述主体金属壳1包括：主体金属壳后端部54，其设置于上述凸缘部61在上述轴线O方向上的顶端侧、同时也是上述凸缘部61侧的位置；主体金属壳顶端部53，其设置于主体金属壳1的顶端侧，且至少在后端侧处具有内径相比于主体金属壳后端部54的内径缩径的部分；以及第1主体金属壳台阶部55，其连结主体金属壳后端部54和主体金属壳顶端部53。
更具体地说，如图1及图2所示，主体金属壳1具有：主体金属壳后端部54，其形成在比主体金属壳1的工具配合部11靠轴线O方向的顶端侧的位置；配合凸部(在本发明中也称为“主体金属壳基部”。)56，其以向主体金属壳1的内径方向内侧凸出的方式设置在该主体金属壳后端部54的轴线O方向的顶端侧；第1主体金属壳台阶部55，其连结该主体金属壳基部56和主体金属壳后端部54；主体金属壳前方部58，其形成在上述主体金属壳基部56在轴线O方向上的顶端侧，并具有与主体金属壳后端部54的内径大致相同的内径；以及第2主体金属壳台阶部57，其连结该主体金属壳前方部58和上述主体金属壳基部56。因而，主体金属壳1自其凸缘部61朝向上述轴线O方向的顶端侧依次连续形成有主体金属壳后端部54、第1主体金属壳台阶部55、主体金属壳基部56、第2主体金属壳台阶部57、以及主体金属壳前方部58。在本发明中，上述主体金属壳顶端部53由主体金属壳前方部58、第2主体金属壳台阶部57、以及主体金属壳基部56形成。上述第1主体金属壳台阶部55是用于与后述的绝缘体2的第1绝缘体台阶部27相配合的主体金属壳侧配合部位。
如图1～图3所示，上述配合凸部56是其内径在上述轴线O方向上大致恒定、且沿周向绕主体金属壳1的内孔一圈的环状凸部。该配合凸部56与上述第1主体金属壳台阶部55及第2主体金属壳台阶部57一起形成梯形截面。因而，配合凸部56的内周面59沿上述轴线O延伸。
如图1所示，上述绝缘体2为将中心电极3插入其内部来保持的大致筒状体。该绝缘体2具有沿上述轴线O方向贯穿的贯穿孔6。在该贯穿孔6在轴线O方向上的后端部插设有大致棒状的端子金属壳13，在与贯穿孔6插设有该端子金属壳13的一端侧相反的另一端侧即贯穿孔6的顶端侧插设有大致棒状的中心电极3。如图1所示，在插设于上述贯穿孔6的端子金属壳13及中心电极3之间配设有电阻体15。在该电阻体15在轴线O方向上的两端部即顶端部及后端部分别配设有导电性玻璃密封层16及导电性玻璃密封层17。而且，中心电极3和端子金属壳13借助导电性玻璃密封层16及导电性玻璃密封层17而相互电连接。如此，由电阻体15和导电性玻璃密封层16、导电性玻璃密封层17构成烧结导电材料部。上述电阻体15构成为以混合玻璃粉末、导电材料粉末、以及根据需要所采用的玻璃以外的陶瓷粉末而成的混合粉末为原料的电阻体组合物。此外，在端子金属壳13的轴线O方向的后端部借助塞盖(在图1中未图示。)连接有高压线缆(在图1中未图示。)，以施加高电压。
如图1所示，关于上述绝缘体2，在绝缘体2在轴线O方向上的大致中间部呈凸缘状形成有自绝缘体2的外周面朝向外径方向外侧突出的突出部23。如图1所示，该绝缘体2在比上述突出部23靠轴线O方向后端侧的外周面上形成有波纹部40，该波纹部40的包含绝缘体2的轴线的台阶面具有波纹形状。该波纹部40在绝缘体2的外周面上设置波纹形状来增加绝缘体2的外周面的表面面积。因而，例如即使当沿绝缘体2的外周面传递并泄漏的电流动而产生漏电(泄漏现象)时，由于在绝缘体2的外周面上传递的过程中耗尽，因此能够获得防止漏电的效果。
上述绝缘体2包括：绝缘体后端部26，其位于比上述突出部23在上述轴线O方向上靠顶端侧的位置，并自上述突出部23向上述顶端侧延伸；腿长部(在本发明中也称为“绝缘体顶端部”。)30，其设置于该绝缘体2的顶端侧，并相比于该绝缘体后端部26的外径缩径而成；以及第1绝缘体台阶部27，其连结上述绝缘体后端部26和上述腿长部30。
更具体地说，如图1及图2所示，绝缘体2具有：绝缘体后方部24，其形成于在绝缘体2的轴线O方向上比突出部23靠轴线O方向的后端侧的位置；绝缘体后端部26，其形成于比突出部23靠前方侧的位置；腿长部30，其形成于比绝缘体后端部26在轴线O方向上的顶端侧处；以及第1绝缘体台阶部27，其连结该腿长部30和绝缘体后端部26，并形成周向台阶部。上述腿长部30的直径小于绝缘体后端部26的外径，并且以外径随着朝向上述轴线O方向顶端侧去而逐渐缩小的方式细径化。即，该腿长部30呈如图1及图2较好地表示的大致圆锥台形。
在火花塞100中，绝缘体2自主体金属壳1在轴线O方向上的后端侧的开口部插入，如图1所示，绝缘体2的第1绝缘体台阶部27配合或卡定于主体金属壳1的第1主体金属壳台阶部55。上述第1绝缘体台阶部27成为用于与上述第1主体金属壳台阶部55相配合的绝缘体侧配合部。如图1～图3所示，在主体金属壳1的第1主体金属壳台阶部55与第1绝缘体台阶部27之间配设有大致环状的板密封件8。如此，通过使第1绝缘体台阶部27和第1主体金属壳台阶部55隔着板密封件8而相配合，能够防止绝缘体2沿轴线O方向脱离。上述板密封件8利用例如铜那种导热率较高的材质形成。若板密封件8的导热率较高，则火花塞100的散热较好，耐热性提高。作为这种上述材质，优选的是例如铜、铝等导热率为200W/m·K以上的材质。特别是，若火花塞100中的安装螺纹部7的标称为M12以下这样小，则尤其能够发挥较高的耐热性效果。
在火花塞100中，在主体金属壳1在轴线O方向上的后端侧的开口部内表面和绝缘体2的外周面之间配置有大致环状的密封件41，该密封件41与突出部23的后方侧周缘相配合，而且，在其后方侧隔着滑石等填充层9而配置有大致环状的密封件42。而且，通过朝向主体金属壳1的轴线O方向的顶端侧压入绝缘体2、并在该状态下朝向密封件42对主体金属壳1的开口周缘部进行弯曲，而形成有铆接部12，使主体金属壳1保持于绝缘体2。
上述中心电极3以其顶端部自绝缘体2的顶端面突出的状态固定在绝缘体2的轴孔中，并绝缘保持于主体金属壳1。上述中心电极3至少在表层部处具有由因科镍合金(商标名)600或601等Ni(镍)系合金等构成的电极母材21，并在其内部埋设有用于促进散热的、以Cu(铜)或Cu合金等为主要成分的芯材33。即，该中心电极3由成为主体的外材、以及以同心地埋入该外材内部的轴心部的方式形成的芯材33形成。如此具有中心电极3(其在内部较深地埋设有上述芯材33)而成的火花塞100适合用作耐“烧”性能较强、使用温度范围较宽的宽热值型火花塞。
如图1所示，上述接地电极4由耐腐蚀性较高的金属构成，作为一例使用有因科镍合金(商标名)600或601等Ni合金。该接地电极4的与其自身的长度方向正交的横截面呈大致长方形，并呈弯曲的方杆状的外形。而且，如图1所示，方杆状的一端部通过焊接等接合于主体金属壳1在轴线O方向上的顶端侧的一端部的接合部60上。另一方面，与该接地电极4的一端部相反的另一端部(也称为顶端部。)以在中心电极3的轴线O方向上与该中心电极3的电极顶端部36相对的方式向侧方折回，并如图1及图2所示，在中心电极3的电极顶端部36和接地电极4之间的相对面之间的空隙中形成有火花放电间隙g。该火花放电间隙g通常设定为0.3mm～1.5mm。
如此构成的火花塞100在绝缘体2的腿长部30中的、与上述配合凸部56的内周面59相对的部分(以下，有时称为脚长基部。)29、以及配合凸部56与脚长基部29之间的基部间隙S上具有特征。上述基部间隙S形成在比配置在第1绝缘体台阶部27和第1主体金属壳台阶部55之间的上述板密封件8靠轴线O方向上的顶端侧的位置。在火花塞100中，具体地说，如图2及图3较好地表示那样，在设配合凸部56的内径为DIN(mm)、并且设脚长基部29的最大外径为dOUT(mm)、以及设其内径为dIN(mm)时，脚长基部29及基部间隙S满足下述条件(1)及条件(2)。条件(1)：(DIN-dOUT)/2≤0.40(mm)；条件(2)：(dOUT-dIN)/2≤1.65(mm)。
换言之，上述条件(1)为，上述基部间隙S中的半径方向的最小宽度、即配合凸部56的内周面59和脚长基部29的外周面之间的最小分开距离为0.4(mm)以下。若满足上述条件(1)，则提高火花塞100的耐污损性及耐热性并且还能够实现火花塞的小型化。具体地说，例如在火花塞100置于发车前准备时等容易产生污损的使用环境下的情况下，也能够有效地阻断未燃气体进入上述基部间隙S中。结果，在上述基部间隙S内，能够防止因碳等的附着而在上述脚长基部29的外周面上产生污损。此外，由于脚长基部29和配合凸部56以上述最小分开距离靠近，因此被加热的绝缘体2的热量易于自脚长基部29经由基部间隙S传递到配合凸部56。因而，能够高效地进行火花塞100的散热，从而能够提高火花塞100的耐热性。除此之外，由于上述基部间隙S以满足上述条件(1)的方式较窄，因此能够使火花塞100小型化。
出于能够无损于优异的耐污损性及耐热性地实现小型化的观点，上述(DIN-dOUT)/2优选的是0.05～0.35(mm)，特别优选的是0.20～0.30(mm)。
在此，如图1～图3所示，由于上述腿长部30呈大致圆锥台形，因此其脚长基部29中的外径在上述轴线O方向上不恒定。因此，在本发明中，作为上述条件(1)中的上述脚长基部29的外径，采用其最大外径dOUT。在本发明中，在腿长部30中的与配合凸部56相对的部分不包含用于夹装上述板密封件8的第1绝缘体台阶部27。因而，在火花塞100中，如图2及图3所示，脚长基部29的最大外径dOUT为第1绝缘体台阶部27与脚长基部29之间的连接部附近、同时也是配合凸部56的内周面59中与后方端缘相对的部分的外径。换言之，上述最大外径dOUT为包含配合凸部56的内周面59中的后方端缘、且与上述轴线O垂直的虚拟平面P1(参照图3。)中的、脚长基部29的截面外形线的外径。
上述脚长基部29在上述轴线O方向上的长度、即配合凸部56处的内周面59在上述轴线O方向上的长度没有特别的限定，例如为1.2mm～5.0mm，优选的是调整为1.5mm～3.0mm。若上述长度调整在上述范围内，则能够以更高的水平兼备耐污损性及耐热性。
换言之，上述条件(2)为，上述脚长基部29的最大厚度为1.65mm以下。若满足上述条件(2)，则能够使火花塞100充分地小型化。为了确保脚长基部29的强度，优选的是上述(dOUT-dIN)/2为1.0mm以上。如图3所示，上述脚长基部29的最大厚度为虚拟平面P 1(参照图3。)中的脚长基部29的截面外形线的外径与内径之差。
在设上述绝缘体2的介电常数为ε(F/m)时，火花塞100满足下述条件(3)。特别是，在本发明中，优选的是绝缘体2中的、特别是上述腿长部30及上述脚长基部29满足下述条件(3)。条件(3)：ε≥9.4(F/m)。
如此，若绝缘体2、腿长部30及脚长基部29(以下，统称它们为绝缘体2等。)具有上述范围的介电常数ε，则即使如上述那样通过缩短基部间隙S而增大对绝缘体2等施加的电压、或即使如上述那样减小绝缘体2等的壁厚，也能够避免绝缘体2等绝缘破坏，能够发挥充分的耐电压特性。而且，若绝缘体2等具有上述范围的介电常数ε，则即使长时间持续绝缘体2等被施加了较高电压的状态，绝缘体2等也不易被绝缘破坏，火花塞100能够无损于较高的耐污损性地发挥充分的耐电压特性。优选的是，绝缘体2的介电常数ε为10.5(F/m)以下。若上述介电常数ε为10.5(F/m)以下，则电场难以集中在以点状存在于绝缘体2内部的气孔，能够有效地抑制绝缘体2以上述气孔为起点的内部破坏。因而，若绝缘体2的介电常数ε在9.4～10.5(F/m)的范围内，则能够进一步有效地抑制绝缘破坏的产生。介电常数ε可以以JIS R1641为基准进行测量。
如此均满足上述条件(1)～(3)的火花塞100能够实现小型化，并且即使长时间处于因其小型化而壁厚变薄的绝缘体2等被施加了较高电压的状态，也能够无损于较高的耐污损性地充分地发挥耐电压特性。
在本发明中，关于火花塞100的绝缘体2，优选的是，当以500倍的倍率观察其镜面研磨面中的多个例如9个250μm×190μm区域的时，存在于观察区域内的气孔的合计面积SA相对于观察区域的面积S的面积比例(SA/S)为2.0％～4.0％。特别是，优选的是腿长部30或脚长基部29具有2.0％～4.0％的上述面积比例(SA/S)。若减小上述面积比例(SA/S)，则通常电场难以集中在以点状存在于绝缘体2内部的气孔，能够有效地抑制绝缘体2以上述气孔为起点的内部破坏，但是若过于减小上述面积比例(SA/S)，则反而会产生电场集中于气孔的现象，容易产生绝缘体2的内部破坏。如此，在本发明中，设定上述面积比例(SA/S)为2.0％以上，以防止电场集中于以点状存在的气孔。因而，在本发明中，若绝缘体2具有2.0％～4.0％的上述面积比例(SA/S)，则电场难以集中在可能成为绝缘破坏的起点的气孔，即使以提高耐电压特性为目的而提高绝缘体2等的介电常数ε，绝缘体2等也难以产生绝缘破坏。
以如下方式计算上述面积比例(SA/S)。首先，将绝缘体2等研磨成镜面状态的面、即调制成镜面研磨面。上述镜面研磨面以如下方式调制：使用45μm的金刚石磨石将绝缘体2等的任意表面或任意切割面加工成平面，依次使用9μm、3μm、0.25μm的金刚石糊剂进行镜面研磨加工直到其表面粗糙度Ra成为0.01μm左右。接着，对如此调制而成的镜面研磨面进行用于带来导电性的碳蒸镀，使用电子显微镜以500倍的倍率观察上述镜面研磨面中的多个例如9个250μm×190μm区域，对各观察区域拍摄照片。通过利用图像解析软件(Soft Imaging System“Five”，Olympus公司制)对所拍摄的各SEM反射电子像照片进行二值化，来识别相当于气孔的空隙部。在各SEM反射电子像照片中，求出上述空隙部的总面积SA及对该总面积SA除以观察区域的面积S而得出的上述面积比例。计算如此求出上述面积比例的算数平均值，计算出烧结体2等的上述面积比例(SA/S)。
在本发明中，关于火花塞100的绝缘体2，优选的是，当以500倍的倍率观察上述镜面研磨面中的多个例如9个250μm×190μm区域时，存在于观察区域内的、圆当量直径为20μm以上的气孔的合计面积S20相对于观察区域的面积S的面积比例(S20/S)为0.3％以下。特别是，优选的是腿长部30或脚长基部29具有0.3％以下的上述面积比例(S20/S)。在上述绝缘体2等具有0.3％以下的上述面积比例(S20/S)的情况下，由于几乎不存在圆当量直径为20μm以上的相对较大的气孔，因此因火花塞100的小型化而薄壁化的绝缘体2等能够致密地维持本来的耐电压特性。上述面积比例(S20/S)为，在以与上述面积比例(SA/S)相同的方式拍摄的各SEM反射电子像照片中，求出换算成圆当量直径的直径超过20μm的空隙部的总面积S20及对该总面积S20除以观察区域的面积S而得出的上述面积比例。计算如此求出的上述面积比例的算数平均值，计算出烧结体2等的上述面积比例(S20/S)。
在本发明中，关于火花塞100的绝缘体2等，在其介电常数ε为9.4～10.5(F/m)时，上述面积比例(SA/S)为2.0％～4.0％，并且若上述面积比例(S20/S)为0.3％以下，则介电常数ε、面积比例(SA/S)、以及面积比例(S20/S)相互作用而起到协合效果，如上述那样，能够避免电场过度集中于气孔，此外，减少原来成为绝缘破坏起点的气孔，能够使火花塞100发挥优异的耐电压特性。
在火花塞100的绝缘体2中，要将上述介电常数ε、上述面积比例(SA/S)、以及上述面积比例(S20/S)调整在上述范围内，只要利用具有上述范围的上述介电常数ε、上述面积比例(SA/S)、以及上述面积比例(S20/S)的氧化铝基烧结体来形成绝缘体2即可。
在火花塞100中，包含腿长部30的绝缘体2由氧化铝基烧结体而形成。关于该氧化铝基烧结体，若举出较适合的一例，则将作为主要成分的Al成分、Si成分、包含Mg成分及Ba成分的2种以上基于IUPAC1990年建议的周期表的第2族元素的成分(以下，有时称为第2族元素成分。)、以及0.5质量％～4.0质量％的稀土元素成分，以它们的含量合计(以下，有时称为合计含量。)为100质量％的方式包含。若绝缘体2等由这种氧化铝基烧结体形成，则即使为了实现火花塞100的小型化而减小壁厚，也能够无损于耐污损性地发挥耐电压特性。
特别是，若上述氧化铝基烧结体具有9.4～10.5(F/m)的介电常数ε，并且在观察镜面研磨面时，存在于观察区域内的气孔的合计面积SA相对于观察区域的面积S的面积比例(SA/S)为2.0％～4.0％，且存在于上述观察区域内的、圆当量直径为20μm以上的气孔的合计面积S20相对于观察区域的面积S的面积比例(S20/S)为0.3％以下，则具有由该氧化铝基烧结体形成的绝缘体2等而成的火花塞100的耐电压特性会更进一步提高。
上述Al成分通常为氧化铝(Al2O3)，作为主要成分存在于氧化铝基烧结体中。在本发明中，“主要成分”指的是含量最高的成分。若含有Al成分作为主要成分，则烧结体的耐电压特性、耐热性及机械特性等优异。在设上述合计含量为100质量％时，氧化铝基烧结体中的Al成分的含量优选为92.0质量％～97.0质量％，特别是优选为92.5质量％～96.5质量％。若Al成分的含量在上述范围内，则成为致密的氧化铝基烧结体。结果，在氧化铝基烧结体的晶界中减少了低融点玻璃相的形成及气孔的残留，使由该氧化铝基烧结体形成的绝缘体发挥较高的耐电压特性。另外，在本发明中，Al成分的含量设为换算成Al成分的氧化物即“氧化铝(Al2O3)”时的氧化物换算质量％。
上述Si成分是源自烧结助剂的成分，以氧化物、离子等形式存在于氧化铝基烧结体中。上述Si成分由于在烧结时熔融而通常产生液相，因此作为用于促进烧结体的致密化的烧结助剂发挥功能。而且，Si成分在烧结后多为在氧化铝结晶粒子的晶界相中形成低融点玻璃等。但是，若上述氧化铝基烧结体除了Si成分之外还具有后述的其他特定成分，则相比于低融点玻璃相，易于与其他成分一起优先形成高融点玻璃相等。由此，由于上述氧化铝基烧结体难以在低温下熔解，因此难以生成可能成为绝缘破坏原因的迁移等。在设上述合计含量为100质量％时，Si成分的含量优选为1.0质量％～4.0质量％。另外，在本发明中，Si成分的含量为换算成Si成分的氧化物即“SiO2”时的氧化物换算质量％。
上述第2族元素成分是源自烧结助剂的成分，在本发明中，Mg成分及Ba成分为必须的成分。该第2族元素成分只要含有Mg成分及Ba成分即可，优选的是除了Mg成分及Ba成分之外还含有1种以上Mg成分及Ba成分以外的第2族元素成分。在此，出于低毒性等的观点，作为Mg成分及Ba成分以外的第2族元素成分，可列举Ca成分及Sr成分。具体地说，优选的第2族元素成分可列举Mg成分、Ba成分以及Ca成分这3种，Mg成分、Ba成分以及Sr成分这3种，Mg成分、Ba成分、Ca成分以及Sr成分这4种。在本发明中，特别优选的第2族元素成分为上述3种。
上述Mg成分是源自烧结助剂的成分，以氧化物、离子等形式存在于氧化铝基烧结体中，并与烧结前的Si成分相同地作为烧结助剂发挥功能。上述Ba成分、上述Ca成分、以及上述Sr成分是源自烧结助剂的成分，以氧化物、离子等形式存在于氧化铝基烧结体中，并与烧结前的Mg成分相同地作为烧结助剂发挥功能，并且具有提高所得到的氧化铝基烧结体的高温强度的功能。因而，若在氧化铝基烧结体中含有上述第2族元素成分，则其耐电压特性及高温强度提高，并且烧制时的烧结温度降低。
出于即使使用具有相对较大粒径的原料粉末也成为致密且成为制成绝缘体时的耐电压特性及高温强度优异的氧化铝基烧结体这一点，在设上述合计含量为100质量％时，上述第2族元素成分的含量优选的是0.1质量％～2.5质量％，特别优选的是0.5质量％～2.0质量％。
关于Mg成分、Ba成分、Ca成分、以及Sr成分的各含量，只要它们的合计在上述范围内即可，在上述氧化铝基烧结体含有这些成分的情况下，例如当设上述合计含量为100质量％时，Mg成分的含量M优选的是0.01质量％～0.40质量％，Ba成分的含量B优选的是0.1质量％～1.6质量％，特别优选的是0.18质量％～1.6质量％，Ca成分的含量C优选的是0.2质量％～0.9质量％，Sr成分的含量S优选的是0.2质量％～0.9质量％。在本发明中，在上述氧化铝基烧结体不含有Ca成分及Sr成分中的任意一者的情况下，其含量C或含量S当然成为0质量％。另外，在本发明中，第2族元素成分的各含量为换算成其氧化物、例如“MgO”、“BaO”、“CaO”或“SrO”时的氧化物换算质量％。此外，第2族元素成分的含量为第2族元素成分的各含量的合计含量。
上述稀土类元素成分(也称作RE成分。)为含有Sc、Y、以及镧系元素的成分，具体地说，为Sc成分、Y成分、La成分、Ce成分、Pr成分、Nd成分、Pm成分、Sm成分、Eu成分、Gd成分、Tb成分、Dy成分、Ho成分、Er成分、Tm成分、Yb成分、以及Lu成分。RE成分以氧化物、离子等形式存在于氧化铝基烧结体中。通过设置成在烧结时含有该RE成分，能够抑制在烧结时产生氧化铝的粒生长过度的现象，并且能够与Si成分一起在晶界上形成RE-Si系玻璃(稀土类玻璃)来提高晶界玻璃相的融点，从而能够提高氧化铝基烧结体的耐电压特性及高温强度。
RE成分只要是上述各成分即可，优选的是La成分、Nd成分、Pr成分、以及Y成分等。关于La成分、Nd成分、Pr成分、以及Y成分，认为包含于它们的各元素La、Nd、Pr及Y的离子半径较大，与Si成分相互作用而形成高融点的结晶相，并且易于与Al成分一起形成具有2000℃左右的高融点的六铝酸盐结晶。该六铝酸盐结晶具有β-氧化铝结构，作为组合式，具有由RE(2A)x(Al)yOz(上述x、y及z分别为，x＝0～2.5，y＝11～16，z＝18～28。另外，“2A”表示基于IUPAC1990年建议的周期表的第2族元素。)所示的组成，该六铝酸盐结晶是例如用化学式：REAl11O18等所示的结晶相。由此，若上述氧化铝基烧结体含有从由La成分、Nd成分、Pr成分、以及Y成分所构成的组中选择的至少1种成分作为RE成分，则由于形成有融点较高的六铝酸盐结晶，因此由上述氧化铝基烧结体形成的绝缘体2会发挥耐电压特性及高温强度。上述六铝酸盐结晶只要存在于氧化铝基烧结体中即可，其存在位置没有特别的限定，但是优选的是一直到氧化铝基烧结体的内部都存在上述六铝酸盐结晶，特别优选的是存在于氧化铝结晶粒的二粒子晶界及/或三相点。
例如通过使用JCPDS卡片进行X线衍射，能够识别上述六铝酸盐结晶的存在。另外，关于Pr成分及Nd成分，由于JCPDS卡片不存在，因此不能直接利用X线衍射进行识别。但是，由于Pr3+及Nd3+的离子半径与La3+的离子半径大致相等，因此包含Pr成分或Nd成分的六铝酸盐结晶表示出与包含La成分的六铝酸盐结晶的JCPDS卡片(No.33-699)类似的X线衍射光谱。因而，与包含La成分的六铝酸盐结晶的JCPDS卡片进行对比，能够确认存在有包含Pr成分或Nd成分的六铝酸盐结晶的情况。若在烧制过程中析出生成上述六铝酸盐结晶，则烧制时的粒子难以产生各向异性生长的现象，故为优选。
关于RE成分，若其含量增高则氧化铝基烧结体的介电常数ε存在增高的倾向，相反，若不提高烧结温度则不会成为致密的氧化铝基烧结体。因而，考虑六铝酸盐结晶的形成、氧化铝基烧结体的介电常数ε、以及其烧结性而适宜地调整氧化铝基烧结体中的RE成分的含量。例如，在设上述合计含量为100质量％时，RE成分的含量优选的是0.5质量％～4.0质量％。另外，在本发明中，氧化铝基烧结体中的RE成分的含量为换算成各成分的氧化物时的氧化物换算质量％。具体地说，在RE成分为La成分、Nd成分及Y成分的情况下，设为换算成它们的氧化物即“RE2O3”时的氧化物换算质量％，在为Pr成分的情况下设为换算成该氧化物即“Pr6O11”时的氧化物换算质量％。当上述氧化铝基烧结体含有多种RE成分时，RE成分的含有量为各RE成分的合计含有量。
在本发明中，氧化铝基烧结体所含有的Al成分、Si成分、第2族元素成分、以及RE成分的各含量可通过使用了例如电子探针显微分析仪(EPMA)、能量分散型显微分析仪(EPMA/EDS)的定量分析、荧光X线分析或化学分析来测量氧化物换算质量％。另外，在本发明中，通过对氧化铝基烧结体进行上述定量分析、荧光X线分析或化学分析而计算出的结果与在制造氧化铝基烧结体时使用的原料粉末的混合比大致一致。
因而，若使用例如电子探针显微分析仪(EPMA)进行定量分析，则上述氧化铝基烧结体将作为主要成分的Al2O3、SiO2、包含MgO及BaO中的2种以上基于IUPAC1990年建议的周期表的第2族元素的氧化物、以及0.5质量％～4.0质量％的稀土类元素的氧化物，以它们的含量合计为100质量％的方式含有。
氧化铝基烧结体实质上由Al成分、Si成分、第2族元素成分及RE成分构成。在此，“实质上”的意思是尽量不通过添加等来含有除上述成分以外的成分。因而，上述氧化铝基烧结体可以在无损于本发明的目的的范围内含有不可避免的杂质。作为这种不可避免的杂质，可列举例如Na、S、N等。这些不可避免的杂质的含有量较少时为佳，例如在设Al成分、Si成分、第2族元素成分及RE成分的合计质量为100质量份时最好为1.0质量份以下。而且，除了上述不可避免的杂质之外，上述氧化铝基烧结体在上述Al成分、Si成分、第2族元素成分及RE成分的基础上还可以含有少量其他成分，例如B成分、Ti成分、Mn成分、Ni成分等。
在火花塞100中，绝缘体2由氧化铝基烧结体形成，因此绝缘体2及氧化铝基烧结体具有相同的上述组成及上述特性。因而，根据本发明，能够提供一种虽然小型但兼备耐污损性和长期的耐电压特性的火花塞。而且，根据本发明，能够提供一种即使安装到高输出化的内燃机等也能够兼备耐污损性和长期的耐电压特性的小型的火花塞。
本发明的火花塞的制造方法包含以下工序：对将作为主要成分的Al化合物粉末、Si化合物粉末、包含Mg化合物粉末及Ba化合物粉末中的2种以上基于IUPAC1990年建议的周期表的第2族元素的化合物粉末(以下，有时称为第2族元素化合物粉末。)、以及0.5质量％～4.0质量％的稀土类化合物粉末以它们的氧化物换算含量的合计为100质量％的方式含有的原料粉末进行加压成形后烧结，从而制造绝缘体。以下，具体地说明本发明的火花塞的制造方法。
在本发明的火花塞的制造方法中，首先，在浆料中混合原料粉末，即混合Al化合物粉末、Si化合物粉末、包含Mg化合物粉末及Ba化合物粉末的2种以上的第2族元素化合物粉末、以及稀土类化合物粉末。此外，根据不同情况，在浆料中混合与上述Al成分相同的物质、与上述Si成分相同的物质、与上述第2族元素成分相同的物质、与上述RE成分相同的物质的各粉末(另外，这些粉末也可以称为原料粉末。)。在此，各粉末的混合比例可设定为例如与上述各成分的含量相同。关于该混合，优选的是混合8小时以上，以使原料粉末的混合状态均匀，并且使所得的烧结体高度地致密化。
Al化合物粉末只要是通过烧制而转化成Al成分的化合物即可，并没有特别的限制，通常使用氧化铝(Al2O3)粉末。由于Al化合物粉末在现实中含有不可避免的杂质例如Na等，因此优选的是使用高纯度的Al化合物粉末，例如，优选的是Al化合物粉末纯度为99.5％以上。关于Al化合物粉末，为了获得致密的氧化铝基烧结体，通常最好使用其平均粒径为0.1μm～5.0μm的粉末。在此，平均粒径为利用日本日机装株式会社(日文名称：日機装株式会社)制的麦克罗特雷克粒度分布测量装置(MT-3000)进行激光衍射法而测量的值。
Si化合物粉末只要是通过烧制而转化成Si成分的化合物即可，并没有特别的限制，例如，可列举Si的氧化物(包含复合氧化物。)、氢氧化物、碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐等、磷酸盐等各种无机类粉末。具体地说，可列举SiO2粉末等。另外，在使用氧化物以外的粉末作为Si化合物粉末的情况下，其使用量由换算成氧化物时的氧化物换算质量％来掌握。Si化合物粉末的纯度与Al化合物粉末基本相同。优选的是Si化合物粉末的平均粒径D50为0.5μm～3.0μm。Si化合物粉末若具有上述范围内的平均粒径D50，则能够相对缩短Si化合物粉末的粉碎时间、生产率高，除此之外，特别是能够防止产生圆当量直径为20μm以上的气孔。具体地说，若增大上述平均粒径D50，则容易产生圆当量直径为20μm以上的气孔，且存在上述面积比例(S20/S)增大的倾向。上述平均粒径D50称作粒度分布中的累积值50％的粒度，是利用日机装株式会社制的麦克罗特雷克粒度分布测量装置(MT-3000)进行激光衍射法而测量的值。
上述第2族元素化合物粉末只要是通过烧制而转化成第2族元素成分、即包含Mg成分及Ba成分的2种以上的第2族元素成分的化合物即可，并没有特别的限制，例如，可列举碱土类元素的氧化物(包含复合氧化物。)、氢氧化物、碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐等、磷酸盐等各种无机类粉末。第2族元素化合物粉末优选的是Mg化合物粉末，Ba化合物粉末，Ca化合物粉末及/或Sr化合物粉末。具体地说，作为Mg化合物粉末可列举MgO粉末，MgCO3粉末，作为Ba化合物粉末可列举BaO粉末、BaCO3粉末，作为Ca化合物粉末可列举CaO粉末、CaCO3粉末，作为Sr化合物粉末可列举SrO粉末、SrCO3粉末等。另外，在使用氧化物以外的粉末作为第2族元素化合物粉末的情况下，其使用量由换算成氧化物时的氧化物换算质量％来掌握。第2族元素化合物粉末的纯度与Al化合物粉末基本相同。以与Si化合物粉末相同的理由，第2族元素化合物粉末的平均粒径D50优选的是0.5μm～3.0μm。
稀土类元素化合物粉末只要是通过烧制而转化成RE成分的化合物即可，并没有特别的限制，例如，可列举稀土类元素的氧化物及其复合氧化物等的粉末。若调整原料粉末中的稀土类元素化合物粉末的混合比例，则能够调整所获得的氧化铝基烧结体的介电常数ε。具体地说，若增加稀土类元素化合物粉末的混合比例，则上述介电常数ε存在增大的倾向。另外，在使用氧化物以外的粉末作为稀土类元素化合物粉末的情况下，其使用量由换算成氧化物时的氧化物换算质量％来掌握。稀土类元素化合物粉末的纯度及平均粒径与Al化合物粉末基本相同。
上述原料粉末以上述原料粉末中的上述稀土类化合物粉末的氧化物换算含量为0.5质量％～4.0质量％的方式混合有上述各粉末。在本发明的火花塞的制造方法中，Al化合物粉末、Si化合物粉末、第2族元素化合物粉末及稀土类化合物粉末等的各氧化物换算含量基本上与上述氧化铝基烧结体中的各含量相同。
另外，在上述原料粉末中，作为粘合剂，例如可以调配亲水性结合剂。作为该亲水性结合剂，可列举例如聚乙烯醇、水溶性丙烯酸树脂、阿拉伯胶、糊精等。此外，作为使原料粉末分散的溶剂，可以使用例如水、乙醇等。可以单独使用1种、也可以并用2种以上这些亲水性结合剂及溶剂。亲水性结合剂及溶剂的使用比例为，在设原料粉末为100质量份时，亲水性结合剂为0.1质量份～5.0质量份，优选的是0.5质量份～3.0质量份，当用作溶剂时，水为40质量份～120质量份，优选的是50质量份～100质量份。
可以将如此获得的浆料调制成例如1.4μm～5μm的平均粒径。接着，利用喷雾干燥法等对如此获得的浆料进行喷雾干燥而造粒成平均粒径为50μm～200μm、优选的是70μm～150μm。上述平均粒径均为利用激光衍射法(日机装株式会社制，麦克罗特雷克粒度分布测量装置(MT-3000))进行测量的值。
对该造粒物进行加压成形，优选的是获得具有上述绝缘体2的形状及尺寸的未烧制成形体。在50MPa～70MPa的加压下进行该加压成形。若上述压力处于上述范围内，则能够将所获得的氧化铝基烧结体中的上述面积比例(SA/S)调整到2.0％～4.0％。具体地说，若减小加压压力，则上述面积比例(SA/S)变大，相反，若增大加压压力，则上述面积比例(SA/S)变小。对所获得的未烧制成形体进行磨削来规整其自身的形状。由于该未烧制成形体由具有相对较大的平均粒径的造粒物形成，因此能够利用加工性优异、工业上廉价的上述方法容易并且以较高的生产率形成所希望的形状。
在大气环境并1500℃～1700℃、优选的是1550℃～1650℃下对被如此磨削整形成所希望的形状的未烧制成形体烧制1小时～8小时、优选的是3小时～7小时，从而获得氧化铝基烧结体。若烧制温度为1500℃～1700℃，则易于使烧结体充分地致密化，而难以产生氧化铝成分的异常粒生长，因此能够确保所获得的氧化铝基烧结体的耐电压特性及机械强度。此外，若烧制时间为1小时～8小时，则易于使烧结体充分地致密化，而难以产生氧化铝成分的异常粒生长，因此能够确保所获得的氧化铝基烧结体的耐电压特性及机械强度。
若如此烧结具有上述组成的未烧制成形体，则将获得含有作为主要成分的Al成分、Si成分、包含Mg成分及Ba成分的2种以上的第2族元素成分、以及0.5质量％～4.0质量％的稀土类元素成分而成的氧化铝基烧结体。该氧化铝基烧结体的介电常数ε处于9.4～10.5(F/m)的范围内。而且，关于所获得的氧化铝基烧结体，当以500倍的倍率观察其镜面研磨面中的多个例如9个250μm×190μm区域时，存在于观察区域内的气孔的合计面积SA相对于观察区域的面积S的面积比例(SA/S)为2.0％～4.0％，存在于观察区域内的圆当量直径为20μm以上的气孔的合计面积S20相对于观察区域的面积S的面积比例(S20/S)为0.3％以下。因而，该氧化铝基烧结体在用作小型的火花塞的绝缘体时发挥较高的耐污损性和长期且较高的耐电压特性。所以，该氧化铝基烧结体适合于用作形成小型的火花塞或高输出化的内燃机用的火花塞所具有的绝缘体的材料，特别适合于用作形成兼备较高的耐污损性和长期且较高的耐电压特性的小型的火花塞所具有的绝缘体的材料。
也可以根据希望再次对该氧化铝基烧结体的形状等进行整形，以使其适合于绝缘体2的形状及尺寸。这样，能够制作出由氧化铝基烧结体及该氧化铝基烧结体构成的火花塞100用的绝缘体2。
接着，针对获得的绝缘体2，将中心电极3插设于该绝缘体2的贯穿孔6中。将插设有中心电极3的绝缘体2插入上述主体金属壳1中，使第1主体金属壳台阶部55和第1绝缘体台阶部27相配合，从而将绝缘体2安装于主体金属壳1。另外，将主体金属壳1调整成上述形状及尺寸。在安装绝缘体2之前或之后，利用电阻焊接等将接地电极4接合于主体金属壳1的端部附近。这样，能够制造满足上述条件(1)～(3)的火花塞100。在本发明的火花塞的制造方法中，作为组装中心电极、绝缘体、以及主体金属壳的方式，可列举例如如图1～图3所示本发明的火花塞的一实施例。
本发明的火花塞用作汽车用的内燃机、例如汽油发动机、柴油发动机等的点火栓，上述安装螺纹部7螺纹结合于螺纹孔中从而使该火花塞固定在预定的位置，该螺纹孔设置于用于划分形成内燃机的燃烧室的盖(未图示)。
如此，由于利用具有上述组成及上述特性的氧化铝基烧结体制作绝缘体2，因此，根据本发明，能够提供如下一种火花塞的制造方法：能够制造虽然小型但兼备耐污损性和长期的耐电压特性的火花塞。而且，根据本发明，能够提供一种即使安装于高输出化的内燃机等也能够兼备耐污损性和长期的耐电压特性的小型的火花塞的制造方法。
本发明的火花塞不限于上述实施例，在能够达到本发明的目的的范围内可以进行各种改变。例如，上述火花塞100的腿长部30呈大致圆锥台形，但在本发明中，上述腿长部也可以包括脚长基部和脚长顶端部，该脚长基部具有外径大致均匀的圆筒形，该脚长顶端部呈其直径自该脚长基部经由台阶部小于脚长基部的大致圆锥台形。
此外，上述火花塞100包括中心电极3及接地电极4，但在本发明中，也可以在中心电极的顶端部、及/或接地电极的表面上设有贵金属电极头。形成于中心电极的顶端部及接地电极的表面上的贵金属电极头通常具有圆柱形状，并被调整成适宜的尺寸，且利用适宜的焊接方法例如激光焊接或电阻焊接而熔融固定在中心电极的顶端部、接地电极的表面上。利用形成在中心电极的顶端部上的贵金属电极头的表面、以及形成在接地电极的表面上的贵金属电极头的表面形成上述火花放电间隙。用于形成该贵金属电极头的材料可列举例如Pt、Pt合金、Ir、Ir合金等贵金属。
实施例
(实施例1～实施例15及比较例1～比较例5)将氧化铝粉末、Si化合物粉末、作为第2族元素化合物粉末的Mg化合物粉末、Ba化合物粉末、Ca化合物粉末及/或Sr化合物粉末、以及稀土类化合物粉末的原料粉末(在第1表中表示混合的各粉末的种类。)添加到亲水性结合剂中来调制浆料。另外，在第1表中用“烧结助剂的平均粒径D(μm)”50表示上述Si化合物粉末及上述第2族元素化合物粉末的平均粒径D50。
利用喷雾干燥法等对所获得的浆料进行喷雾干燥而造粒出平均粒径为约100μm的粉末。利用橡皮版印刷机以第1表所示的“成形压力”成形该粉末，从而获得未烧制成形体。在大气环境下，在烧制温度1500℃～1700℃的范围内设定1小时～8小时的烧制时间来对该未烧制成形体进行烧制，之后，上瓷釉后进行精加工烧制，从而获得各氧化铝基烧结体。上述烧制条件在上述范围内设定成全部相同的条件。
计算出作为设Al成分、Si成分、第2族元素成分、以及稀土类元素成分的含量(氧化物换算)的合计为100质量％时的质量比例(％)，利用使用了能量分散型显微分析仪(EPMA/EDS)的定量分析，对所获得的氧化铝基烧结体的各组成即各成分的含量进行计算。能量分散型显微分析仪(EPMA/EDS)的分析条件为，使用场致发射电子探针显微分析仪(JXA-8500F，日本电子株式会社制)并设定成光斑径φ200、加速电压20kV，采用测量10个位置时的计算平均值。在第1表中表示其结果。在第1表中，空栏的意思是未检测出其成分。另外，第1表所示的各成分的含量与上述原料粉末中的混合比例大致一致。此外，在第2表中表示利用上述方法对所获得的氧化铝基烧结体的各介电常数ε(F/m)、面积比例(SA/S)及面积比例(S20/S)进行测量或计算而得出的结果。
(表1)
Figure BDA0000145960250000291
(耐污损性)使用各氧化铝基烧结体制造了图1～图3所示的火花塞100。在实施例1～实施例15及比较例1～比较例5的火花塞中，将安装螺纹部7的标称直径调整成适合第1表所示的“火花塞类型”的值，将火花放电间隙g调整成1.1mm，此外，将上述配合凸部56的内径DIN(mm)、上述脚长基部的最大外径dOUT(mm)、以及其内径dIN(mm)分别调整成第1表所示的值。使用如此准备的各火花塞进行发车前准备耐久试验。即，以设接地电极4侧为正、设中心电极2侧为负的电压施加极性将各火花塞安装到试验用汽车(排气量：1500cc，直列4气缸)上，设JIS：D1606所例示的行驶模式(测试室温：-10℃)为1次循环，重复该循环直到火花塞的绝缘电阻降低至10MΩ以下。火花塞的耐污损性根据上述循环次数进行评价，设其循环次数为10次循环以上的情况为“○”，设6次循环以下的情况为“×”。在第2表中表示其结果。
(耐电压特性：施加电压33kV)以与耐污损性相同的方式分别准备多个实施例1～实施例15及比较例1～比较例5的各火花塞。在周边压力为10MPa的环境下，对准备的火花塞的主体金属壳1和中心电极3之间用200小时连续施加33kV的电压。对各火花塞分别进行该试验，计算出产生了绝缘破坏的火花塞数相对于各火花塞的试验总数的破坏比例(％)，来评价火花塞的耐电压特性。耐电压特性为，设上述破坏比例(％)为0％的情况为“◎”，设上述破坏比例(％)超过0％且不满20％的情况为“○”，设上述破坏比例(％)为20％以上的情况为“×”。在第2表中表示“耐电压特性施加电压33kV”作为其结果。另外，在对主体金属壳1和中心电极3施加了33kV的电压的耐电压特性中，只要上述破坏比例(％)不满20％就能够在实用中容许，只要上述破坏比例(％)为0％就能够在实用中长期发挥充分的耐电压特性。
(耐电压特性：施加电压38kV)除了将对主体金属壳1和中心电极3之间连续施加的电压设定为38kV以外，以与上述耐电压特性1基本相同的方式评价了各火花塞中的、施加了高电压时的耐电压特性。在第2表中表示“耐电压特性施加电压38kV”作为其结果。另外，在对主体金属壳1和中心电极3施加了38kV的高电压的耐电压特性中，只要上述破坏比例(％)不满20％就能够在中容许，只要上述破坏比例(％)为0％就能够在实用中长期发挥充分的耐电压特性。
另外，各火花塞的绝缘体中的介电常数ε(F/m)、上述面积比例(SA/S)、以及上述面积比例(S20/S)与第2表所示的氧化铝基烧结体的数据相同。
(表2)
Figure BDA0000145960250000311
如第2表所示，关于满足所有上述条件(1)～(3)的实施例1～实施例15，尽管为安装螺纹部7的标称直径为M12这种小型化的火花塞，仍不仅在以200小时长期连续施加33kV的电压的情况下，在以200小时长期连续施加38kV的高电压的情况下，也能够避免耐污损性降低，不易产生绝缘破坏，发挥出较高的耐电压特性。同样，若氧化铝基烧结体将作为主要成分的Al2O3、SiO2、包含MgO及BaO中的2种以上基于IUPAC1990年建议的周期表的第2族元素的氧化物、以及0.5质量％～4.0质量％的稀土类元素的氧化物以它们的含量的合计为100质量％的方式含有，则即使是小型化的火花塞也能够无损于耐污损性而发挥较高的耐电压特性。
而且，介电常数ε为9.4～10.5、上述面积比例(SA/S)为2.0％～4.0％、并且上述面积比例(S20/S)为0.3％以下时的实施例、以及以原料粉末的平均粒径D50为0.5μm～3.0μm且成形压力为50MPa～70MPa的条件制造了氧化铝基烧结体的实施例均以长时间发挥出优异的耐电压特性。特别是，关于将这些条件全都满足的实施例5、实施例7～实施例9，即使在以200小时长期连续施加33kV的电压、以及38kV的高电压的情况下，也没有1根火花塞会产生绝缘破坏，以长时间发挥出极其优异的耐电压特性。
另一方面，关于比较例1及比较例2，由于不满足条件(2)且脚长基部为2.1mm以上即非常厚，因此虽然耐电压特性优异，但不能充分地小型化。关于比较例3～比较例5，由于满足条件(2)但不满足条件(3)，因此容易产生绝缘破坏，在施加了38kV的高电压时的耐电压特性没有达到实用上的容许范围。另外，比较例1及比较例3不满足条件(1)，基部间隙S较大，因此耐污损性较差。
产业上的可利用性
本发明的火花塞能够使用于任意的内燃机，适合于用作要求有薄壁化的绝缘体的小型的火花塞、例如高输出化的内燃机等所使用的火花塞，特别适合于用作要求兼备耐污损性和长期的耐电压特性的小型火花塞的内燃机所使用的火花塞。
附图标记说明
100火花塞；1主体金属壳；2绝缘体；3中心电极；4接地电极；6贯穿孔；7安装螺纹部；29脚长基部；30腿长部(绝缘体缩径部)；56配合凸部(主体金属壳基部)；g火花放电间隙；S基部间隙。

Claims (5)

1.一种火花塞，其特征在于，包括：
绝缘体，其形成为在顶端侧具有小直径的腿长部的大致筒状，并具有沿轴线方向贯穿的贯穿孔；
中心电极，其插设于上述贯穿孔的上述顶端侧；以及
主体金属壳，其形成为具有向径向内侧突出的配合凸部的大致筒状，并利用上述配合凸部保持被插入的上述绝缘体；
当设上述配合凸部的内径为DIN(mm)、设上述腿长部中与上述配合凸部的内周面相对的部分的最大外径为dOUT(mm)、设上述腿长部中与上述配合凸部的内周面相对的部分的内径为dIN(mm)、以及设上述绝缘体的介电常数为ε(F/m)时，满足下述条件(1)～条件(3)：
条件(1)：(DIN-dOUT)/2≤0.40(mm)；
条件(2)：(dOUT-dIN)/2≤1.65(mm)；
条件(3)：ε≥9.4(F/m)。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，
上述介电常数ε为10.5(F/m)以下，
并且，当以500倍的倍率观察上述绝缘体的镜面研磨面中的250μm×190μm区域时，存在于观察区域内的气孔的合计面积SA相对于上述观察区域的面积S的面积比例(SA/S)为2.0％～4.0％，存在于上述观察区域内的、圆当量直径为20μm以上的气孔的合计面积S20相对于上述观察区域的面积S的面积比例(S20/S)为0.3％以下。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，
上述绝缘体将SiO2、包含MgO及BaO中的2种以上基于IUPAC1990年建议的周期表的第2族元素的氧化物、0.5质量％～4.0质量％的稀土类元素的氧化物、以及作为主要成分的Al2O3，以它们的含量的合计为100质量％的方式含有。
4.一种火花塞的制造方法，其特征在于，用于制造权利要求1至3中任一项所述的火花塞，该火花塞的制造方法包含以下工序：
对将Si化合物粉末、包含Mg化合物粉末及Ba化合物粉末中的2种以上基于IUPAC1990年建议的周期表的第2族元素化合物粉末、0.5质量％～4.0质量％的稀土类化合物粉末、以及作为主要成分的Al化合物粉末以它们的氧化物换算含量的合计为100质量％的方式含有而成的原料粉末，进行加压成形后烧结，从而制造上述绝缘体。
5.根据权利要求4所述的火花塞的制造方法，其特征在于，
上述Si化合物粉末及上述第2族元素化合物粉末的平均粒径D 50为0.5μm～3.0μm，
上述加压成形在50MPa～70MPa的加压下进行。
CN201080042325.6A 2009-09-25 2010-06-23 火花塞及火花塞的制造方法 Active CN102549861B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009221066A JP4756087B2 (ja) 2009-09-25 2009-09-25 スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法
JP2009-221066 2009-09-25
PCT/JP2010/004161 WO2011036832A1 (ja) 2009-09-25 2010-06-23 スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102549861A true CN102549861A (zh) 2012-07-04
CN102549861B CN102549861B (zh) 2014-01-01

Family

ID=43795602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080042325.6A Active CN102549861B (zh) 2009-09-25 2010-06-23 火花塞及火花塞的制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8564184B2 (zh)
EP (1) EP2482396B1 (zh)
JP (1) JP4756087B2 (zh)
KR (1) KR101307649B1 (zh)
CN (1) CN102549861B (zh)
WO (1) WO2011036832A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104518427A (zh) * 2013-09-30 2015-04-15 日本特殊陶业株式会社 火花塞
CN105048291A (zh) * 2015-06-29 2015-11-11 唐萍 火花塞
CN107026395A (zh) * 2015-09-24 2017-08-08 日本特殊陶业株式会社 火花塞

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4625531B1 (ja) * 2009-09-02 2011-02-02 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP2013060869A (ja) * 2011-09-13 2013-04-04 Ngk Spark Plug Co Ltd 点火システム
JP5476360B2 (ja) * 2011-11-25 2014-04-23 日本特殊陶業株式会社 点火プラグ
JP5211251B1 (ja) 2012-02-27 2013-06-12 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP5721680B2 (ja) * 2012-09-27 2015-05-20 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP2014187004A (ja) * 2013-02-22 2014-10-02 Ngk Spark Plug Co Ltd 絶縁体およびスパークプラグ
JP5775544B2 (ja) * 2013-05-09 2015-09-09 日本特殊陶業株式会社 点火プラグ用絶縁体及び点火プラグ
JP6631201B2 (ja) 2014-12-08 2020-01-15 株式会社デンソー 点火装置並びにこれに用いられる超親水膜の製造方法
JP6440602B2 (ja) * 2015-09-24 2018-12-19 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP6340453B2 (ja) * 2016-06-27 2018-06-06 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP6546624B2 (ja) * 2017-06-27 2019-07-17 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP6623200B2 (ja) * 2017-10-13 2019-12-18 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
US11870221B2 (en) 2021-09-30 2024-01-09 Federal-Mogul Ignition Llc Spark plug and methods of manufacturing same

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000247729A (ja) * 1999-02-23 2000-09-12 Ngk Spark Plug Co Ltd アルミナ基焼結体
JP2001335360A (ja) * 2000-05-24 2001-12-04 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ用絶縁体及びスパークプラグ
EP1220396A1 (en) * 2000-12-27 2002-07-03 Ngk Spark Plug Co., Ltd Spark plug
EP1309052A2 (en) * 2001-10-31 2003-05-07 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
EP1708326A1 (en) * 2003-12-19 2006-10-04 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
CN101039016A (zh) * 2006-03-16 2007-09-19 日本特殊陶业株式会社 内燃机用火花塞及制造该火花塞的方法
CN101479900A (zh) * 2006-05-12 2009-07-08 能量脉冲科技有限公司 复合火花塞

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3432102B2 (ja) * 1996-02-15 2003-08-04 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JPH11233234A (ja) * 1998-02-12 1999-08-27 Denso Corp イオン電流検出用スパークプラグおよびイオン電流検出装置
JP2006196474A (ja) * 2000-06-30 2006-07-27 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ
BR0103399A (pt) 2000-06-30 2002-02-13 Ngk Spark Plug Co Vela de ignição
JP4270784B2 (ja) * 2000-12-27 2009-06-03 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
JP2009146636A (ja) * 2007-12-12 2009-07-02 Denso Corp 点火装置
EP3739701B1 (en) * 2009-05-07 2024-04-03 Niterra Co., Ltd. Spark plug
EP2555354B1 (en) * 2010-04-02 2019-05-22 NGK Sparkplug Co., Ltd. Spark plug

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000247729A (ja) * 1999-02-23 2000-09-12 Ngk Spark Plug Co Ltd アルミナ基焼結体
JP2001335360A (ja) * 2000-05-24 2001-12-04 Ngk Spark Plug Co Ltd スパークプラグ用絶縁体及びスパークプラグ
EP1220396A1 (en) * 2000-12-27 2002-07-03 Ngk Spark Plug Co., Ltd Spark plug
EP1309052A2 (en) * 2001-10-31 2003-05-07 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
EP1708326A1 (en) * 2003-12-19 2006-10-04 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Spark plug
CN101039016A (zh) * 2006-03-16 2007-09-19 日本特殊陶业株式会社 内燃机用火花塞及制造该火花塞的方法
CN101479900A (zh) * 2006-05-12 2009-07-08 能量脉冲科技有限公司 复合火花塞

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104518427A (zh) * 2013-09-30 2015-04-15 日本特殊陶业株式会社 火花塞
CN105048291A (zh) * 2015-06-29 2015-11-11 唐萍 火花塞
CN107026395A (zh) * 2015-09-24 2017-08-08 日本特殊陶业株式会社 火花塞
CN107026395B (zh) * 2015-09-24 2019-07-12 日本特殊陶业株式会社 火花塞

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011036832A1 (ja) 2011-03-31
EP2482396A1 (en) 2012-08-01
JP2011070928A (ja) 2011-04-07
KR101307649B1 (ko) 2013-09-12
CN102549861B (zh) 2014-01-01
US20120262049A1 (en) 2012-10-18
KR20120065421A (ko) 2012-06-20
EP2482396B1 (en) 2020-01-01
JP4756087B2 (ja) 2011-08-24
EP2482396A4 (en) 2013-12-25
WO2011036832A9 (ja) 2012-02-23
US8564184B2 (en) 2013-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102549861B (zh) 火花塞及火花塞的制造方法
JP4530380B2 (ja) スパークプラグ用絶縁体及びそれを備えるスパークプラグ
JP5172018B2 (ja) スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法
JP4651732B1 (ja) スパークプラグ
CN101682176B (zh) 火花塞
CN104137357B (zh) 火花塞
WO2010109792A1 (ja) スパークプラグ
JP5600711B2 (ja) スパークプラグ
US9755404B2 (en) Spark plug
JP4544597B2 (ja) スパークプラグ
JP5728416B2 (ja) スパークプラグ
CN106981825B (zh) 火花塞
CN104769794A (zh) 火花塞
JP4995863B2 (ja) スパークプラグ用絶縁体、その製造方法及びそれを用いたスパークプラグ
JP4859079B2 (ja) スパークプラグ用絶縁体及びそれを用いたスパークプラグ
JP2011154908A (ja) スパークプラグ、スパークプラグ用絶縁体及びその製造方法
CN117751497A (zh) 绝缘体和火花塞

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant