JP2017062877A

JP2017062877A - スパークプラグ

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Publication number: JP2017062877A
Application number: JP2015186375A
Authority: JP
Inventors: 純平井笹; Jumpei Isasa; 治樹吉田; Haruki Yoshida; 横山　裕; Yutaka Yokoyama; 裕横山; 邦治田中; Kuniharu Tanaka; 信良荒木; Nobuyoshi Araki; 登志樹今; Toshiki Kon
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-09-24
Also published as: EP3148020B1; EP3148020A1; US9755404B2; CN106981824B; US20170093132A1; JP6366555B2; CN106981824A

Abstract

【課題】この発明は、長期にわたって高温下における耐電圧性能を維持することができる絶縁体を備えたスパークプラグを提供することを課題とする。【解決手段】Ａｌ２Ｏ３を主成分とし、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分をそれぞれ酸化物換算したときの含有割合（質量％）を、それぞれＲＳｉＯ２、ＲＢａＯ、ＲＭｇＯ、ＲＣａＯ、ＲＳｒＯ、ＲＲＥ２Ｏ３とすると、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分の含有割合が下記の（１）〜（６）を満たすアルミナ焼結体からなる絶縁体を備えたスパークプラグ。（１）１．０≦ＲＳｉＯ２≦５．０（２）０．５≦ＲＢａＯ≦５．０（３）０≦ＲＭｇＯ≦０．１８（４）０≦ＲＭｇＯ／ＲＢａＯ≦０．３６（５）０．３≦（ＲＭｇＯ＋ＲＣａＯ＋ＲＳｒＯ）≦１．８（６）０≦ＲＲＥ２Ｏ３≦０．１【選択図】図１

Description

この発明は、長期にわたって高温下における耐電圧性能を維持することができる絶縁体を備えたスパークプラグに関する。

自動車エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグは、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とするアルミナ基焼結体により形成されたスパークプラグ用絶縁体（「絶縁体」とも称する。）を備えている。この絶縁体がアルミナ基焼結体で形成される理由としては、アルミナ基焼結体が耐熱性及び機械的強度等に優れていることが挙げられる。このようなアルミナ基焼結体を得るために、従来より、焼成温度の低減及び焼結性の向上を目的として、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ_２）−酸化カルシウム（ＣａＯ）−酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる三成分系の焼結助剤等が使用されている。

このようなスパークプラグが装着される内燃機関の燃焼室は例えば７００℃程度の温度に達することがあり、したがって、スパークプラグには室温から７００℃程度の温度範囲において優れた耐電圧性能を発揮することが要求される。このような耐電圧性能を発揮するスパークプラグの絶縁体等に好適に用いられるアルミナ基焼結体が提案されている。

例えば、特許文献１には、「・・・Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）を主成分とし、Ｃａ（カルシウム）成分、Ｓｒ（ストロンチウム）成分、Ｂａ（バリウム）成分から選ばれる少なくとも１種以上の成分（以下、Ｅ．成分と表す）を含有するアルミナ基焼結体からなり、そのアルミナ基焼結体の少なくとも一部には、前記Ｅ．成分とＡｌ（アルミニウム）成分とを少なくとも含む粒子であって、Ｅ．成分を酸化物換算した含有量に対するＡｌ成分を酸化物換算した含有量のモル比が４．５〜６．７の範囲内となる化合物を含む粒子が存在しており、さらに、相対密度が９０％以上であるアルミナ基焼結体からなることを特徴とするスパークプラグ用絶縁体」（特許文献１の請求項１）が記載されている。この発明によると、アルミナ基焼結体中の粒界に存在する残留気孔や粒界における低融点ガラス相の影響による絶縁破壊の発生を抑制し、従来の材料と比較して７００℃近傍といった高温下での耐電圧特性に一層優れた絶縁体を有するスパークプラグを提供できることが開示されている（特許文献１の０００７欄等）。

また、特許文献２には、高い耐電圧特性及び高温強度を発揮する絶縁体を備えたスパークプラグを提供することを目的として（特許文献２の００１４欄）、「・・・前記絶縁体は、１．５０μｍ以上の平均結晶粒径ＤＡ（Ａｌ）を有する緻密なアルミナ基焼結体で構成され、当該アルミナ基焼結体は、Ｓｉ成分と、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素のうちＭｇ及びＢａを必須とするとともにＭｇ及びＢａを除く少なくとも他の一元素を含有する第２族元素（２Ａ）成分と、希土類元素（ＲＥ）成分とを、前記Ｓｉ成分の含有率Ｓ（酸化物換算質量％）と前記第２族元素（２Ａ）成分の含有率Ａ（酸化物換算質量％）との合計含有率（Ｓ＋Ａ）に対する前記含有率Ｓの比が０．６０以上となる割合で含有してなることを特徴とするスパークプラグ。」（特許文献２の請求項１）が記載されている。

特許文献３には、強度及び耐電圧性能の向上を目的として、「・・・希土類元素と、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素との、質量百分率を用いて表される酸化物換算した場合の含有割合が、０．１≦希土類元素の含有率／第２族元素の含有率≦１．４を満たし、かつ、前記希土類元素と、酸化バリウムとの質量百分率を用いて表される酸化物換算した場合の含有割合が、０．２≦酸化バリウムの含有率／希土類元素の含有率≦０．８を満たしており、前記焼結体の断面における任意の６３０μｍ×４８０μｍの領域内に、前記希土類元素を含む結晶を包む７．５μｍ×５０μｍの仮想的な長方形枠が、少なくとも１つ以上存在し、前記長方形枠は、前記長方形枠の面積に対する前記希土類元素を含む結晶の面積の占有率が５％以上、かつ、前記長方形枠を長辺方向に３等分割した場合の各分割領域における前記希土類元素を含む結晶の面積の占有率のうちの最大の面積の占有率と、最小の面積の占有率の比率が５．５以下であることを特徴とする絶縁体。」（特許文献３の請求項１）が記載されている。

特開２００１−１５５５４６号公報国際公開第２００９／１１９０９８号公報特開２０１４−１８７００４号公報

ところで、近年、内燃機関の高出力化及び燃費向上を図るために燃焼室内の温度を高くする傾向にある。そのため、スパークプラグを構成する絶縁体が、従来よりもさらに高温、例えば約９００℃という高温に曝されることがある。また、スパークプラグは、メンテナンスインターバルを長くするために長期にわたって性能を維持できることが望まれる。したがって、約９００℃という高温下における耐電圧性能に優れ、その性能を長期にわたって維持することができる絶縁体が求められている。上述した特許文献では、約９００℃という高温下に絶縁体が曝されることを想定していない。よって、上述した特許文献に記載された絶縁体では、約９００℃という高温下において十分なレベルの耐電圧性能を発揮できないおそれがある。

この発明は、長期にわたって高温下における耐電圧性能を維持することができる絶縁体を備えたスパークプラグを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段は、
［１］軸線方向に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、前記主体金具の先端に固定された接地電極と、を備えたスパークプラグであって、
前記絶縁体は、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分をそれぞれ酸化物換算したときの含有割合（質量％）を、それぞれＲ_ＳｉＯ２、Ｒ_ＢａＯ、Ｒ_ＭｇＯ、Ｒ_ＣａＯ、Ｒ_ＳｒＯ、Ｒ_{ＲＥ２Ｏ３}とすると、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分の含有割合が下記の（１）〜（６）を満たすアルミナ焼結体からなることを特徴とするスパークプラグ。
（１）１．０≦Ｒ_ＳｉＯ２≦５．０
（２）０．５≦Ｒ_ＢａＯ≦５．０
（３）０≦Ｒ_ＭｇＯ≦０．１８
（４）０≦Ｒ_ＭｇＯ／Ｒ_ＢａＯ≦０．３６
（５）０．３≦（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）≦１．８
（６）０≦Ｒ_{ＲＥ２Ｏ３}≦０．１

前記［１］の好ましい態様は、以下の通りである。
［２］前記アルミナ焼結体は、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及びＢａ成分をそれぞれ酸化物換算したときの合計含有割合に対する、Ｃａ成分を酸化物換算したときの含有割合が、下記の（７）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
（７）０．１０≦Ｒ_ＣａＯ／（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ＋Ｒ_ＢａＯ）≦０．５０
［３］前記［１］又は［２］に記載のスパークプラグにおいて、前記アルミナ焼結体は、Ｂａ成分を酸化物換算したときの含有割合に対する、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分を酸化物換算したときの合計含有割合が、下記の（８）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
（８）０．０６≦（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）／Ｒ_ＢａＯ≦１．２５
［４］前記［１］〜前記［３］のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記アルミナ焼結体は、Ｎａ成分及びＫ成分の合計含有割合が、０．００２質量％以上０．０５０質量％以下である。
［５］前記［１］〜前記［４］のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記アルミナ焼結体は、Ｔｉ成分及びＦｅ成分の合計含有割合が、０．０１質量％以上０．０８質量％以下である。
［６］前記［１］〜前記［５］のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記アルミナ焼結体は、バリウムヘキサアルミネートを含有する。
［７］前記［１］〜前記［６］のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記アルミナ焼結体は、複数のアルミナの結晶それぞれの最大径の平均値である平均粒径Ｄ_ＡとＢａ成分を含む結晶それぞれの最大径の平均値である平均粒径Ｄ_Ｂとの比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）が０．５以上５．０以下である。

この発明における絶縁体は、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分の含有割合が前述の（１）〜（６）を満たすアルミナ焼結体からなるので、絶縁体が例えば約９００℃という高温に曝されるような環境でスパークプラグが長期にわたって使用された場合に、十分な耐電圧性能を有する。したがって、この発明によると、長期にわたって高温下における耐電圧性能を維持することができる絶縁体を備えたスパークプラグを提供することができる。

図１は、この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの一部断面全体説明図である。図２は、高温耐電圧試験に用いた耐電圧測定装置を示す概略断面説明図である。

この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグを図１に示す。図１はこの発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグ１の一部断面全体説明図である。なお、図１では紙面下方すなわち後述する接地電極が配置されている側を軸線Ｏの先端方向、紙面上方を軸線Ｏの後端方向として説明する。

このスパークプラグ１は、図１に示されるように、軸線Ｏ方向に沿って延びる軸孔２を有する略円筒形状の絶縁体３と、前記軸孔２内の先端側に設けられた略棒状の中心電極４と、前記軸孔２内の後端側に設けられた端子金具５と、前記軸孔２内の前記中心電極４と前記端子金具５との間に配置された接続部６と、前記絶縁体３の外周に設けられた略円筒形状の主体金具７と、前記主体金具７の先端に固定された基端部及び前記中心電極４に間隙Ｇを介して対向するように配置された先端部を有する接地電極８とを備える。

絶縁体３は、軸線Ｏ方向に延びる軸孔２を有し、略円筒形状を有している。絶縁体３は、後端側胴部１１と、大径部１２と、先端側胴部１３、脚長部１４とを備えている。後端側胴部１１は、端子金具５を収容し、端子金具５と主体金具７とを絶縁する。大径部１２は、該後端側胴部１１よりも先端側に配置され、径方向外向きに突出している。先端側胴部１３は、該大径部１２の先端側に配置され、大径部１２より小さい外径を有し、接続部６を収容する。脚長部１４は、該先端側胴部１３の先端側に配置され、先端側胴部１３より小さい外径及び内径を有し、中心電極４を収容する。絶縁体３は、絶縁体３における先端方向の端部が主体金具７の先端面から突出した状態で、主体金具７に固定されている。絶縁体３は、機械的強度、熱的強度、電気絶縁性を有する材料で形成される。この発明の特徴部分である絶縁体３の詳細については、後述する。

接続部６は、軸孔２内の中心電極４と端子金具５との間に配置され、中心電極４及び端子金具５を軸孔２内に固定すると共にこれらを電気的に接続する。

主体金具７は、略円筒形状を有しており、絶縁体３を内装することにより絶縁体３を保持するように形成されている。主体金具７における先端方向の外周面にはネジ部２４が形成されている。このネジ部２４を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドにスパークプラグ１が装着される。主体金具７は、ネジ部２４の後端側にフランジ状のガスシール部２５を有し、ガスシール部２５の後端側にスパナやレンチ等の工具を係合させるための工具係合部２６、工具係合部２６の後端側に加締め部２７を有する。ネジ部２４の内周面における先端側は、脚長部１４に対して空間を有するように配置されている。主体金具７は、導電性の鉄鋼材料、例えば、低炭素鋼により形成されることができる。

端子金具５は、中心電極４と接地電極８との間で火花放電を行うための電圧を外部から中心電極４に印加するための端子である。端子金具５は、絶縁体３の後端側からその一部が露出した状態で軸孔２内に挿入されて接続部６により固定されている。端子金具５は、低炭素鋼等の金属材料により形成されることができる。

中心電極４は、接続部６に接する後端部２８と、前記後端部２８から先端側に延びる棒状部２９とを有する。中心電極４は、その先端が絶縁体３の先端から突出した状態で絶縁体３の軸孔２内に固定され、主体金具７に対して絶縁保持されている。中心電極４における後端部２８と棒状部２９とは、Ｎｉ合金等の中心電極４に使用される公知の材料で形成されることができる。中心電極４は、Ｎｉ合金等により形成される外層と、Ｎｉ合金よりも熱伝導率の高い材料により形成され、該外層の内部の軸心部に同心に埋め込まれるように形成されてなる芯部とにより形成されてもよい。芯部を形成する材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、純Ｎｉ等を挙げることができる。

前記接地電極８は、例えば、略角柱形状に形成されてなり、基端部が主体金具７の先端部に接合され、途中で略Ｌ字状に屈曲され、先端部が中心電極４の先端との間に間隙Ｇを介して対向するように形成されている。この実施形態における間隙Ｇは、中心電極４の先端と接地電極８の側面との最短距離である。この間隙Ｇは、通常、０．３〜１．５ｍｍに設定される。接地電極８は、Ｎｉ合金等の接地電極８に使用される公知の材料で形成されることができる。また、中心電極４と同様にＮｉ合金等により形成される外層と、Ｎｉ合金よりも熱伝導率の高い材料により形成され、該外層の内部の軸心部に同心に埋め込まれるように形成されてなる芯部とにより形成されてもよい。

この発明の特徴部分である絶縁体について、以下に詳細に説明する。

絶縁体３は、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分をそれぞれ酸化物換算したときの含有割合（質量％）を、それぞれＲ_ＳｉＯ２、Ｒ_ＢａＯ、Ｒ_ＭｇＯ、Ｒ_ＣａＯ、Ｒ_ＳｒＯ、Ｒ_{ＲＥ２Ｏ３}とすると、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分の含有割合が下記の（１）〜（６）を満たすアルミナ焼結体からなる。
（１）１．０≦Ｒ_ＳｉＯ２≦５．０
（２）０．５≦Ｒ_ＢａＯ≦５．０
（３）０≦Ｒ_ＭｇＯ≦０．１８
（４）０≦Ｒ_ＭｇＯ／Ｒ_ＢａＯ≦０．３６
（５）０．３≦（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）≦１．８
（６）０≦Ｒ_{ＲＥ２Ｏ３}≦０．１

絶縁体３は、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分の含有割合が前述の（１）〜（６）を満たすアルミナ焼結体からなるので、このアルミナ焼結体で形成された絶縁体３が、例えば、約９００℃という高温に曝されるような環境でスパークプラグが長期にわたって使用された場合に、十分な耐電圧性能を有する。したがって、この発明によると、長期にわたって高温下における耐電圧性能を維持することができる絶縁体を備えたスパークプラグを提供することができる。

絶縁体３を形成するアルミナ焼結体は、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする。すなわち、アルミナ焼結体は、アルミナ焼結体を蛍光Ｘ線分析したときに検出された元素を酸化物換算したときの合計質量に対するＡｌ成分を酸化物換算したときの質量割合が最も多く、９１質量％以上９７質量％以下含有するのが好ましく、９４．５質量％以上９５．５質量％以下含有するのがより好ましい。Ａｌ成分は、その大部分が、アルミナの結晶としてアルミナ焼結体中に存在する。Ａｌ成分の一部は、ガラス相中及びアルミナ以外の結晶中に存在する。アルミナ焼結体は、Ａｌ成分を酸化物換算したときの含有割合が前記範囲内にあると耐電圧性能及び機械的強度等に優れる。Ａｌ成分を酸化物換算したときの含有割合が９７質量％を超えると、焼結性が悪くなり、十分な耐電圧性能が得られないおそれがある。Ａｌ成分を酸化物換算したときの含有割合が９１質量％未満であると、相対的にガラス相の割合が増大するので、例えば、約９００℃という高温下において、ガラス相が軟化して、十分な耐電圧性能が得られないおそれがある。

Ｓｉ成分は、酸化物、イオン等としてアルミナ焼結体中に存在する。Ｓｉ成分は、焼結時には溶融して通常液相を生じるので、アルミナ焼結体の緻密化を促進する焼結助剤として機能する。Ｓｉ成分は、焼結後はガラス相として又はＡｌ等の他の元素と共にアルミナ以外の結晶として存在する。アルミナ焼結体において、Ｓｉ成分の含有割合Ｒ_ＳｉＯ２は、アルミナ焼結体を蛍光Ｘ線分析したときに検出された元素を酸化物換算したときの合計質量に対するＳｉ成分を酸化物換算したときの質量割合である。アルミナ焼結体は、Ｓｉ成分の含有割合Ｒ_ＳｉＯ２に関して、（１）１．０≦Ｒ_ＳｉＯ２≦５．０を満たし、２．０≦Ｒ_ＳｉＯ２≦４．０を満たすのが好ましい。Ｓｉ成分の含有割合Ｒ_ＳｉＯ２が１．０質量％より小さいと、焼結性が悪く、緻密なアルミナ焼結体が得られ難くなり、十分な耐電圧性能が得られない。Ｓｉ成分の含有割合Ｒ_ＳｉＯ２が５．０質量％より大きいと、ガラス相の割合が増大するので、例えば、約９００℃という高温下においてガラス相が軟化して、十分な耐電圧性能が得られない。

アルミナ焼結体は、Ｂａ成分を必須成分として含有し、また、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分のうちの少なくとも１種を含有する。Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分は、酸化物、イオン等としてアルミナ焼結体中に存在する。Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分は、焼結時には溶融して通常液相を生じるので、アルミナ焼結体の緻密化を促進する焼結助剤として機能する。Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分は、焼結後はガラス相として又はＡｌ等の他の元素と共にアルミナ以外の結晶として存在する。アルミナ焼結体において、Ｂａ成分の含有割合Ｒ_ＢａＯ、Ｍｇ成分の含有割合Ｒ_ＭｇＯ、Ｃａ成分の含有割合Ｒ_ＣａＯ、及びＳｒ成分の含有割合Ｒ_ＳｒＯは、それぞれアルミナ焼結体を蛍光Ｘ線分析したときに検出された元素を酸化物換算したときの合計質量に対する、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分それぞれを酸化物換算したときの質量割合である。

アルミナ焼結体は、Ｂａ成分の含有割合Ｒ_ＢａＯに関して、（２）０．５≦Ｒ_ＢａＯ≦５．０を満たし、１．２≦Ｒ_ＢａＯ≦３．０を満たすのが好ましい。スパークプラグ１を長期にわたって使用すると、すなわち高温下で絶縁体３に電圧を印加し続けると、マイグレーションが発生し、絶縁体３に含有されている、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａといったＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の原子が絶縁体３の正極から負極に向かって移動することがある。例えば、絶縁体３の軸孔２の内周面が正極及び外周面が負極になっている場合には、第２族元素の原子が絶縁体３の内周面から外周面に向かって移動する。第２族元素の原子が移動すると、原子が移動した跡に空隙が形成され、この空隙が絶縁破壊の起点となり、絶縁性能が低下する。一方、重い元素すなわち原子番号が大きい元素ほど電圧を印加したときに原子が移動し難い。したがって、焼結助剤として含有される第２族元素成分のうち、原子番号が大きいＢａ成分が焼結助剤として含有されていると、マイグレーションの発生を抑制することができ、耐電圧性能を向上させることができる。Ｂａ成分の含有割合Ｒ_ＢａＯが０．５質量％より小さいと、焼結性を確保するために、Ｂａ成分以外の第２族元素成分の含有割合が相対的に大きくなるので、マイグレーションの発生を抑制することができず、絶縁性能が低下し、絶縁体３が例えば約９００℃という高温に曝されるような環境でスパークプラグ１が長期にわたって使用された場合に、十分な耐電圧性能が得られない。Ｂａ成分の含有割合Ｒ_ＢａＯが５．０質量％より大きいと、焼結性が悪くなり、絶縁体の内部に気孔が多く形成され、十分な耐電圧性能が得られない。

アルミナ焼結体は、Ｍｇ成分の含有割合Ｒ_ＭｇＯに関して、（３）０≦Ｒ_ＭｇＯ≦０．１８を満たす。Ｍｇは第２族元素の中で原子番号が小さく、高温下で電圧を印加したときにマイグレーションが発生し易い。Ｍｇ成分の含有割合Ｒ_ＭｇＯが０．１８質量％より大きいと、マイグレーションの発生を抑制することができず、絶縁性能が低下し、絶縁体３が例えば約９００℃という高温に曝されるような環境でスパークプラグ１が長期にわたって使用された場合に、十分な耐電圧性能が得られない。

アルミナ焼結体は、Ｂａ成分の含有割合Ｒ_ＢａＯに対するＭｇ成分の含有割合Ｒ_ＭｇＯの比（Ｒ_ＭｇＯ／Ｒ_ＢａＯ）に関して、（４）０≦Ｒ_ＭｇＯ／Ｒ_ＢａＯ≦０．３６を満たす。Ｍｇは第２族元素の中で原子番号が小さく、高温下で電圧を印加したときにマイグレーションが発生し易い。一方、第２族元素の中でＢａは原子番号が大きく、高温下で電圧を印加したときにマイグレーションが発生し難い。前記比（Ｒ_ＭｇＯ／Ｒ_ＢａＯ）が０．３６より大きいと、マイグレーションの発生を抑制することができず、絶縁性能が低下し、絶縁体３が例えば約９００℃という高温に曝されるような環境でスパークプラグ１が長期にわたって使用された場合に、十分な耐電圧性能が得られない。

アルミナ焼結体は、Ｍｇ成分の含有割合Ｒ_ＭｇＯと、Ｃａ成分の含有割合Ｒ_Ｃａｏと、Ｓｒ成分の含有割合Ｒ_ＳｒＯとの合計含有割合（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）に関して、（５）０．３≦（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）≦１．８を満たす。アルミナ焼結体は、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分のうちの少なくとも１種を含有する。焼結助剤としての第２族元素のうちＢａ成分の含有割合が大き過ぎると焼結性が悪くなり、十分な耐電圧性能が得られない。焼結性の良好なアルミナ焼結体を得るために焼成温度を高くする方法が考えられるが、焼成温度が高くなると炉に負担がかかる等製造コストが高くなるので、低い焼成温度で良好な焼結性が得られるのが好ましい。アルミナ焼結体が、第２族元素成分の中でも原子番号の大きいＢａ成分だけでなく、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分のうちの少なくとも１種を、（５）を満たすように含有すると、焼成温度を高くしなくても良好な焼結性が得られると共にマイグレーションの発生を抑制することができ、絶縁体３が例えば約９００℃という高温に曝されるような環境でスパークプラグ１が長期にわたって使用された場合に、十分な耐電圧性能が得られる。前記合計含有割合（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）が０．３質量％より小さいと、焼結性が悪くなり、十分な耐電圧性能が得られない。前記合計含有割合（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）が１．８質量％より大きいと、Ｍｇ、Ｃａ、及びＳｒは、Ｂａよりも原子番号が小さく、高温下で電圧を印加したときに、マイグレーションが発生し易くなり、十分な耐電圧性能が得られない。

アルミナ焼結体は、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及びＢａ成分をそれぞれ酸化物換算したときの合計含有割合（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ＋Ｒ_ＢａＯ）に対する、Ｃａ成分を酸化物換算したときの含有割合Ｒ_ＣａＯに関して、（７）０．１０≦Ｒ_ＣａＯ／（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ＋Ｒ_ＢａＯ）≦０．５０を満たすのが好ましい。Ｃａ成分は、焼成温度を高くしなくても良好な焼結性が得られる点で含有されているのが好ましく、０．１０≦Ｒ_ＣａＯ／（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ＋Ｒ_ＢａＯ）を満たすように含有されているのがより好ましい。一方で、Ｃａは、Ｍｇの次に原子番号が小さく、高温下で電圧を印加したときにマイグレーションが発生し易いので、アルミナ焼結体中に含有される第２族元素成分に対してＣａ成分の含有割合が大き過ぎると、マイグレーションの発生を抑制できないおそれがある。アルミナ焼結体が、Ｃａ成分を（７）を満たすように含有していると、焼成温度を高くしなくても良好な焼結性が得られると共にマイグレーションの発生を抑制することができ、絶縁体３が例えば約９００℃という高温に曝されるような環境でスパークプラグ１が長期にわたって使用された場合に、より一層十分な耐電圧性能が得られる。

アルミナ焼結体は、Ｂａ成分を酸化物換算したときの含有割合Ｒ_ＢａＯに対する、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分をそれぞれ酸化物換算したときの合計含有割合（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）に関して、（８）０．０６≦（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）／Ｒ_ＢａＯ≦１．２５を満たすのが好ましい。アルミナ焼結体が、第２族元素成分の中でも原子番号の大きいＢａ成分だけでなく、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分のうちの少なくとも１種を、（８）を満たすように含有すると、焼成温度を高くしなくても良好な焼結性が得られると共にマイグレーションの発生を抑制することができ、絶縁体３が例えば約９００℃という高温に曝されるような環境でスパークプラグ１が長期にわたって使用された場合に、より一層十分な耐電圧性能が得られる。

アルミナ焼結体が希土類元素成分を含有する場合には、希土類元素成分は、酸化物、イオン等としてアルミナ焼結体中に存在する。希土類元素成分の含有割合Ｒ_{ＲＥ２Ｏ３}は、アルミナ焼結体を蛍光Ｘ線分析したときに検出された元素を酸化物換算したときの合計質量に対する希土類元素成分を酸化物換算したときの質量割合である。アルミナ焼結体は、希土類元素成分の含有割合Ｒ_{ＲＥ２Ｏ３}に関して、（６）０≦Ｒ_{ＲＥ２Ｏ３}≦０．１を満たす。アルミナ焼結体におけるＢａ成分の含有割合が比較的大きいときに、希土類元素成分の含有割合が大きくなるほど、焼結性が低下し、十分な耐電圧性能が得られない。焼結性の良好なアルミナ焼結体を得るためには焼成温度を高くする方法が考えられるが、焼成温度が高くなるほどアルミナ焼結体の製造コストが高くなる。したがって、アルミナ焼結体における希土類元素成分の含有割合Ｒ_{ＲＥ２Ｏ３}は、無含有であるのが好ましく、含有する場合には０．１質量％以下であるのが好ましい。希土類元素成分としては、例えば、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、及びＬｕ成分が挙げられる。

アルミナ焼結体に含まれる各成分の含有割合は、次のようにして求めることができる。まず、スパークプラグ１を軸線Ｏに直交する面で切断して、切断面を露出させる。次いで、絶縁体３の切断面を鏡面研磨して、研磨面を得る。この研磨面における任意の５箇所において蛍光Ｘ線分析して、検出された元素を酸化物換算したときの合計質量に対するＡｌ成分の酸化物換算したときの質量の割合を算出し、得られた値の算術平均を算出することにより、Ａｌ成分の含有割合（質量％）を求める。同様にして、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分をそれぞれ酸化物換算したときの含有割合（質量％）Ｒ_ＳｉＯ２、Ｒ_ＢａＯ、Ｒ_ＭｇＯ、Ｒ_ＣａＯ、Ｒ_ＳｒＯ、及びＲ_{ＲＥ２Ｏ３}を求める。

アルミナ焼結体は、アルミナ焼結体の全質量を１００質量％としたときにＮａ成分及びＫ成分の合計含有割合が、０．００２質量％以上０．０５０質量％以下であるのが好ましい。Ｎａ成分及びＫ成分は、酸化物、イオン等として主にガラス相中に存在する。Ｎａ成分及びＫ成分の含有割合が小さいほどガラス相の軟化温度が上昇するので、高温下における耐電圧性能が向上する。Ｎａ成分及びＫ成分の含有割合は小さいほど好ましいが０．０５０質量％以下では、ガラス相の軟化温度を上げることによる効果が頭打ちになる。また、Ｎａ成分及びＫ成分の含有割合が０．０５０質量％以下であれば、マイグレーションによりＮａ原子及びＫ原子が移動しても、絶縁体３が例えば約９００℃という高温に曝される環境でスパークプラグ１が長期にわたって使用された場合に、十分な耐電圧性能が得られる。また、アルミナ焼結体は、Ｎａ成分及びＫ成分を不可避不純物として含有することがある。したがって、アルミナ焼結体は、Ｎａ成分及びＫ成分を０．００２質量％以上含有してもよい。

アルミナ焼結体は、アルミナ焼結体の全質量を１００質量％としたときにＴｉ成分及びＦｅ成分の合計含有割合が、０．０１質量％以上０．０８質量％以下であるのが好ましい。Ｔｉ成分及びＦｅ成分は、酸化物、イオン等として主にガラス中に存在する。Ｔｉ成分及びＦｅ成分の含有割合が０．０８質量％以下であると、理由は不明であるが、絶縁体３が例えば約９００℃という高温に曝される環境でスパークプラグ１が長期にわたって使用された場合に、十分な耐電圧性能が得られる。アルミナ焼結体は、Ｔｉ成分及びＦｅ成分を不可避不純物として含有することがある。したがって、アルミナ焼結体は、Ｔｉ成分及びＦｅ成分を０．０１質量％以上含有してもよい。

アルミナ焼結体におけるＮａ成分、Ｋ成分、Ｔｉ成分、及びＦｅ成分等の微量成分の含有割合は、ＩＣＰ発光分光分析法により、分析サンプルの全質量に対するそれぞれの元素の質量割合として求めることができる。

アルミナ焼結体は、アルミナの結晶以外の結晶として、Ｂａ成分を含む結晶を含有するのが好ましい。Ｂａ成分を含む結晶としては、Ｂａ成分とＡｌ成分とを含む結晶を挙げることができ、例えば、ＢａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３（バリウムヘキサアルミネート）、ＢａＡｌ_２Ｓｉ_２８（セルシアン）、ＢａＡｌ_１２Ｏ_１９等を挙げることができる。バリウムヘキサアルミネート等のＢａ成分を含む結晶において、Ｂａの一部がＭｇ、Ｃａ、Ｓｒに置換されていてもよい。Ｂａ成分を含む結晶は層状構造を有するので、アルミナ焼結体がＢａ成分を含む結晶を含有すると、マイグレーションが発生したときのＭｇ原子及びＣａ原子等の移動経路が長くなる。したがって、アルミナ焼結体がＢａ成分を含む結晶を含有すると、高温下で絶縁体３に電圧を印加した場合にマイグレーションが発生し、原子が移動したとしても、長期にわたってスパークプラグ１を使用したときの耐電圧性能の低下を抑制することができる。

アルミナ焼結体に含まれる結晶の種類は、例えば、アルミナ焼結体をＸ線回折分析し、Ｘ線回折により得られたＸ線回折チャートと例えばＪＣＰＤＳカードとを対比することで、確認することができる。

アルミナ焼結体は、複数のアルミナの結晶それぞれの最大径の平均値である平均粒径Ｄ_ＡとＢａ成分を含む結晶それぞれの最大径の平均値である平均粒径Ｄ_Ｂとの比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）が０．５以上５．０以下であるのが好ましい。前記比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）が０．５以上５．０以下であると、マイグレーションが発生したときのＭｇ原子及びＣａ原子等の移動経路をより長くすることができ、長期にわたってスパークプラグ１を使用したときの耐電圧性能の低下をより一層抑制することができる。

前記比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）は、アルミナ焼結体を製造するときの原料組成、原料粉末の成形体を焼成するときの焼成条件、例えば昇温速度、焼成温度、及び降温速度等を変更することにより調整することができる。

前記比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）は、例えば、次のようにして求めることができる。まず、スパークプラグ１を軸線Ｏに直交する面で切断して、切断面を露出させる。次いで、絶縁体３の切断面において結晶のみを観察するために、切断面が露出したスパークプラグ１を炉に入れて、１４００℃で１時間保持することによりサーマルエッチングを行う。次いで、絶縁体３の切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、例えば縦３００μｍ、横３００μｍの領域においてアルミナの結晶とＢａを含む結晶とを５個ずつ選択し、それぞれの結晶の最大径を測定する。１０視野において、同様にしてアルミナの結晶とＢａを含む結晶とを５個ずつ選択し、それぞれの結晶の最大径を測定する。それぞれの結晶について、合計５０個の結晶の最大径の平均値を算出する。アルミナの結晶の最大径の平均値を平均粒径Ｄ_Ａとし、Ｂａ成分を含む結晶の最大径の平均値を平均粒径Ｄ_Ｂとし、平均粒径Ｄ_Ａと平均粒径Ｄ_Ｂとの比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）を求める。なお、それぞれの視野において、ＳＥＭに付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用いて元素分析を行うことにより、アルミナの結晶及びＢａ成分を含む結晶を特定することができる。

スパークプラグ１は、例えば次のようにして製造される。まず、この発明の特徴部分である絶縁体３の製造方法について説明する。

まず、原料粉末、すなわち、Ａｌ化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｂａ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末、Ｃａ化合物粉末、及びＳｒ化合物粉末のうち少なくとも１種と、所望により希土類元素化合物粉末とを所定の割合で配合してスラリー中で混合する。ここで、各粉末の混合割合は、例えば絶縁体３を形成するアルミナ焼結体における各成分の含有割合と同一に設定することができる。この混合は、原料粉末の混合状態を均一にし、かつ得られる焼結体を高度に緻密化することができるように、８時間以上にわたって混合されるのが好ましい。

Ａｌ化合物粉末は、焼成によりＡｌ成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、通常、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末が用いられる。Ａｌ化合物粉末は、不可避不純物、例えばＮａ等を含有していることがあるので、高純度のものを用いるのが好ましく、例えば、Ａｌ化合物粉末における純度は９９．５％以上であるのが好ましい。Ａｌ化合物粉末は、緻密なアルミナ焼結体を得るには、通常、その平均粒径が０．１〜５．０μｍの粉末を使用するのがよい。

Ｓｉ化合物粉末は、焼成によりＳｉ成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、例えば、Ｓｉの酸化物（複合酸化物を含む。）、水酸化物、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩等、リン酸塩等の各種無機系粉末を挙げることができる。具体的にはＳｉＯ_２粉末等を挙げることができる。なお、Ｓｉ化合物粉末として酸化物以外の粉末を使用する場合には、その使用量は酸化物に換算したときの酸化物換算質量％で把握する。Ｓｉ化合物粉末の純度及び平均粒径はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。

Ｂａ化合物粉末は、焼成によりＢａ成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、例えば、Ｂａの酸化物（複合酸化物を含む。）、水酸化物、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩等、リン酸塩等の各種無機系粉末を挙げることができる。具体的には、ＢａＯ粉末、ＢａＣＯ_３粉末等を挙げることができる。なお、Ｂａ化合物粉末として酸化物以外の粉末を使用する場合には、その使用量は酸化物に換算したときの酸化物換算質量％で把握する。Ｂａ化合物粉末の純度及び平均粒径はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。

Ｍｇ化合物粉末は、焼成によりＭｇ成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、例えば、Ｍｇの酸化物（複合酸化物を含む。）、水酸化物、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩等、リン酸塩等の各種無機系粉末を挙げることができる。具体的には、ＭｇＯ粉末、ＭｇＣＯ_３粉末等を挙げることができる。なお、Ｍｇ化合物粉末として酸化物以外の粉末を使用する場合には、その使用量は酸化物に換算したときの酸化物換算質量％で把握する。Ｍｇ化合物粉末の純度及び平均粒径はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。

Ｃａ化合物粉末は、焼成によりＣａ成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、例えば、Ｃａの酸化物（複合酸化物を含む。）、水酸化物、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩等、リン酸塩等の各種無機系粉末を挙げることができる。具体的には、ＣａＯ粉末、ＣａＣＯ_３粉末等を挙げることができる。なお、Ｃａ化合物粉末として酸化物以外の粉末を使用する場合には、その使用量は酸化物に換算したときの酸化物換算質量％で把握する。Ｃａ化合物粉末の純度及び平均粒径はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。

Ｓｒ化合物粉末は、焼成によりＳｒ成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、例えば、Ｓｒの酸化物（複合酸化物を含む。）、水酸化物、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩等、リン酸塩等の各種無機系粉末を挙げることができる。具体的には、ＳｒＯ粉末、ＳｒＣＯ_３粉末等を挙げることができる。なお、Ｓｒ化合物粉末として酸化物以外の粉末を使用する場合には、その使用量は酸化物に換算したときの酸化物換算質量％で把握する。Ｓｒ化合物粉末の純度及び平均粒径はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。

任意で添加される希土類元素化合物粉末は、焼成により希土類元素成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、例えば、希土類元素の酸化物（複合酸化物を含む。）等を挙げることができる。なお、希土類元素化合物粉末として酸化物以外の粉末を使用する場合には、その使用量は酸化物に換算したときの酸化物換算質量％で把握する。希土類元素化合物粉末の純度及び平均粒径はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。

この原料粉末を溶媒に分散させ、バインダーとして例えば親水性結合剤を配合することにより、スラリー中で混合する。このとき用いられる溶媒としては、例えば、水、アルコール等を挙げることができる。親水性結合剤としては、例えば、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、デキストリン等を挙げることができる。これらの親水性結合剤及び溶媒は１種単独でも２種以上を併用することもできる。親水性結合剤及び溶媒の使用割合は、原料粉末を１００質量部としたときに、親水性結合剤は０．１〜５．０質量部、好ましくは０．５〜３．０質量部であり、溶媒として水を使用する場合には４０〜１２０質量部、好ましくは５０〜１００質量部である。

次いで、この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５０〜２００μｍ、好ましくは７０〜１５０μｍに造粒する。この平均粒径はいずれもレーザー回折法（日機装株式会社製、マイクロトラック粒度分布測定装置（ＭＴ−３０００））により測定した値である。

次いで、この造粒物を例えばラバープレス又は金型プレス等でプレス成形して好ましくは絶縁体３の形状及び寸法を有する未焼成成形体を得る。得られた未焼成成形体は、その外面がレジノイド砥石等で研削されることにより形状が整えられる。

所望の形状に研削整形された未焼成成形体を、大気雰囲気で昇温速度５〜１５℃／分で常温から１５００〜１７００℃、好ましくは１５５０〜１６５０℃の範囲における所定の温度まで昇温し、この温度で、１〜８時間、好ましくは３〜７時間保持して焼成し、この焼成温度から常温まで降温速度３〜２０℃／分で降温することにより、アルミナ焼結体が得られる。昇温速度が５〜１５℃／分であると、未焼成成形体内の有機成分の揮発に伴うクラックを抑制することが可能であり、得られるアルミナ焼結体の耐電圧性能及び機械的強度を確保することができる。アルミナ焼結体は焼成温度が１５００〜１７００℃であると、Ｂａ成分を比較的多く含有しても良好な焼結性を有し、また、アルミナ成分の異常粒成長が生じ難いので、緻密なアルミナ焼結体を得ることができる。また、焼成時間が１〜８時間であると、アルミナ成分の異常粒成長が生じ難く、焼結体が十分に緻密化し易い。また、降温速度が３〜２０℃／分であると、所望の粒径を有する、アルミナの結晶とＢａ成分を含有する結晶とが形成され易くなる。したがって、未焼成成形体を焼成するときの昇温速度、焼成温度、焼成時間、降温速度が前記範囲内であると、絶縁体３が約９００℃の高温に曝される環境でスパークプラグ１が長期にわたって使用された場合に、十分な耐電圧性能を有するアルミナ焼結体を得ることができる。

このようにしてアルミナ焼結体からなる絶縁体３が得られる。この絶縁体３を備えたスパークプラグ１は、例えば次のようにして製造される。すなわち、Ｎｉ合金等の電極材料を所定の形状及び寸法に加工して中心電極４及び接地電極８を作製する。電極材料の調整及び加工を連続して行うこともできる。例えば、真空溶解炉を用いて、所望の組成を有するＮｉ合金等の溶湯を調整し、真空鋳造にて各溶湯から鋳塊を調整した後、この鋳塊を、熱間加工、線引き加工等して、所定の形状及び所定の寸法に適宜調整して、中心電極４及び接地電極８を作製することができる。

次いで、所定の形状及び寸法に塑性加工等によって成形した主体金具７の端面に接地電極８の一端部を電気抵抗溶接等によって接合する。次いで、絶縁体３の軸孔２内に中心電極４を公知の手法により組付け、接続部６を形成する組成物を軸孔２内に予備圧縮しつつ充填する。次いで、軸孔２内の端部から端子金具５を圧入しつつ組成物を圧縮加熱する。こうして前記組成物が焼結して接続部６が形成される。次いで、接地電極８が接合された主体金具７に、この中心電極４等が固定された絶縁体３を組付ける。最後に、接地電極８の先端部を中心電極４側に折り曲げて、接地電極８の一端が中心電極４の先端部と対向するようにして、スパークプラグ１が製造される。

この発明に係るスパークプラグ１は、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン等の点火栓として使用され、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に前記ネジ部２４が螺合されて、所定の位置に固定される。この発明に係るスパークプラグ１は、如何なる内燃機関にも使用することができる。この発明に係るスパークプラグ１における絶縁体３は、例えば９００℃という高温下で長期にわたって電圧を印加しても耐電圧性能を維持することができるので、絶縁体３が例えば９００℃という高温に曝される内燃機関に特に好適である。

この発明に係るスパークプラグ１は、前述した実施例に限定されることはなく、本発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。

（絶縁体の作製）
表１〜表７に示すように、Ａｌ_２Ｏ_３粉末と、ＳｉＯ_２粉末と、ＢａＣＯ_３粉末と、ＭｇＣＯ_３粉末と、ＣａＣＯ_３粉末と、ＳｒＣＯ_３粉末と、Ｌａ_２Ｏ_３粉末と、Ｎａ_２ＣＯ_３粉末と、Ｋ_２ＣＯ_３粉末と、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末と、ＴｉＯ_２粉末とを適宜混合して原料粉末とした。この原料粉末に溶媒としての水と親水性結合剤とを添加してスラリーを調製した。

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て平均粒径が約１００μｍの粉末を造粒した。この粉末をプレス成形して試験用絶縁体３１の原形となる未焼成成形体を成形した。この未焼成成形体を大気雰囲気下において、昇温速度５〜１５℃／分の範囲内で室温から焼成温度１５００〜１７００℃の範囲内の所定の温度まで昇温し、この焼成温度で焼成時間を１〜８時間の範囲内に設定して焼成し、その後、降温速度３〜２０℃／分の範囲内で降温させて、室温まで温度を下げた。このようにして、図２に示される形状を有する蓋付きの試験用絶縁体７０を得た。

（試験用絶縁体の組成等の測定）
作製した試験用絶縁体７０を軸線方向に直交する面で切断して切断面を研磨して、研磨面を得た。この研磨面を、蛍光Ｘ線分析して、検出された元素を酸化物換算したときの合計質量に対するＡｌ成分の酸化物換算したときの質量の割合を算出した。５箇所において同様の測定を行い、得られた値の算術平均を算出し、Ａｌ成分の含有割合Ｒ_{Ａｌ２Ｏ３}を求めた。同様にして、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及びＬａ成分をそれぞれ酸化物換算したときの含有割合Ｒ_ＳｉＯ２、Ｒ_ＢａＯ、Ｒ_ＭｇＯ、Ｒ_ＣａＯ、Ｒ_ＳｒＯ、及びＲ_{ＲＥ２Ｏ３}をそれぞれ求めた。また、これらの値から表１〜表７に示す各種数値を算出した。
後述の「高温耐電圧試験Ｉ」では、試験用絶縁体７０をＸ線回折分析し、試験用絶縁体７０に含有される結晶の同定を行った。
後述の「高温耐電圧試験ＩＶ」では、試験用絶縁体７０に含まれるＮａ、Ｋ、Ｆｅ、及びＴｉ等の微量成分の含有割合を、ＩＣＰ発光分光分析法により求めた。

（結晶粒径の測定）
後述の「高温耐電圧試験Ｉ」では、アルミナ焼結体に含まれる、アルミナの結晶の平均粒径Ｄ_ＡとＢａ成分を含む結晶の平均粒径Ｄ_Ｂとの比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて求めた。具体的には、まず、試験用絶縁体７０の組成を測定するのに用いた、切断面が露出した試験用絶縁体７０を電気炉に入れて、１４００℃で１時間保持することによりサーマルエッチングを行った。次いで、試験用絶縁体７０の切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、前述したように、縦３００μｍ、横３００μｍの領域、１０視野においてアルミナの結晶、Ｂａ成分を含む結晶それぞれについて合計５０個の結晶の最大径を測定し、得られた測定値の平均値を算出した。アルミナの結晶の最大径の平均値を平均粒径Ｄ_Ａとし、Ｂａ成分を含む結晶の最大径の平均値を平均粒径Ｄ_Ｂとし、平均粒径Ｄ_Ａと平均粒径Ｄ_Ｂとの比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）を求めた。なお、それぞれの視野において、ＳＥＭに付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）を用いて元素分析を行うことにより、アルミナの結晶及びＢａ成分を含む結晶を特定した。

（高温耐電圧試験Ｉ）
図２に示す耐電圧測定装置７１を用いて、この試験用絶縁体７０の９００℃における高温耐電圧試験を行った。図２に示すように、作製した試験用絶縁体７０は、その軸線方向の中心部に軸孔を備えていると共に軸孔の先端部には蓋が設けられ、閉じた状態になっている。耐電圧測定装置７１は、金属製の環状部材７２と、試験用絶縁体７０を加熱するヒータ７３を有する炉とを備えている。試験用絶縁体７０の軸孔にＮｉ合金製の試験用中心電極７４をその先端部まで挿入配置し、試験用絶縁体７０の先端部外周面に、環状部材７２の内周面が接するように環状部材７２を配置した状態で、試験用絶縁体７０の耐電圧を測定した。具体的には、まず、試験用絶縁体７０を炉に入れてヒータ７３で炉内の温度が９００℃になるまで加熱して９００℃に保持した状態で、試験用中心電極７４と環状部材７２との間に２０ｋＶで３０分間電圧を印加した。これにより、絶縁体を備えたスパークプラグを長期にわたって使用した後の状態として、加速試験を行った。その後、試験用中心電極７４と環状部材７２との間に電圧を印加し、０．５ｋＶ／ｓで昇圧した。試験用絶縁体７０に絶縁破壊が発生したとき、すなわち、試験用絶縁体７０が貫通して昇電圧できなくなったときの電圧値を測定し、この値を耐電圧値（ｋＶ）として表１〜表３に示した。

表１に示すように、請求項１に記載の（１）〜（６）をすべて満たし、本発明の範囲内にある試験番号１、２、４、６、８〜１２、１５、１８〜２０、２４〜２６の試験用絶縁体は、耐電圧値が「２５ｋV」以上であり、十分な耐電圧性能が得られたのに対し、請求項１に記載の（１）〜（６）の少なくとも一つを満たさず、本発明の範囲外にある試験番号３、５、７、１３、１４、１６、１７、２１〜２３、２７〜２９の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「２３ｋV」以下であり、十分な耐電圧性能が得られなかった。

表２に示すように、バリウムヘキサアルミネート（ＢａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３）の形成が確認された試験番号３１〜３５の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「２５ｋV」以上であり、十分な耐電圧性能が得られたのに対し、バリウムヘキサアルミネート（ＢａＯ・６Ａｌ_２Ｏ_３）の形成が確認されなかった試験番号３６及び３７の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「２２ｋV」以下であり、十分な耐電圧性能が得られなかった。

表３に示すように、アルミナの結晶の平均粒径Ｄ_ＡとＢａ成分を含む結晶の平均粒径Ｄ_Ｂとの比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）が「０．５」以上である試験番号４１〜４５の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「２５ｋV」以上であり、十分な耐電圧性能が得られたのに対し、比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）が「０．５」より小さい試験番号４６及び４７の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「２２ｋV」以下であり、十分な耐電圧性能が得られなかった。

（高温耐電圧試験ＩＩ）
試験用絶縁体７０を炉に入れてヒータ７３で炉内の温度が９００℃になるまで加熱して９００℃に保持した状態で、試験用中心電極７４と環状部材７２との間に２５ｋＶで３０分間電圧を印加した後に、耐電圧値を測定したこと以外は「高温耐電圧試験Ｉ」と同様にして試験を行った。高温耐電圧試験ＩＩは、高温耐電圧試験Ｉより印加した電圧値が高く、厳しい条件になっている。結果を表４に示す。

表４に示すように、請求項に記載の（１）〜（７）をすべて満たしている試験番号５１〜５３、５７〜６３の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「２０ｋV」以上であり、十分な耐電圧性能が得られたのに対し、請求項に記載の（５）及び（７）を満たしていない試験番号５４〜５６の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「１８ｋV」であり、十分な耐電圧性能が得られなかった。

（高温耐電圧試験ＩＩＩ）
試験用絶縁体７０を炉に入れてヒータ７３で炉内の温度が９００℃になるまで加熱して９００℃に保持した状態で、試験用中心電極７４と環状部材７２との間に２０ｋＶで６０分間電圧を印加した後に、耐電圧値を測定したこと以外は「高温耐電圧試験Ｉ」と同様にして試験を行った。高温耐電圧試験ＩＩＩは、高温耐電圧試験Ｉより長時間電圧を印加しており、厳しい条件になっている。結果を表５に示す。

表５に示すように、請求項に記載の（１）〜（８）をすべて満たしている試験番号７１７４、７６、７７、８０、８１の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「２０ｋV」以上であり、十分な耐電圧性能が得られたのに対し、請求項に記載の（８）を満たしていない試験番号７５、７８、７９の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「１８ｋV」であり、十分な耐電圧性能が得られなかった。

（高温耐電圧試験ＩＶ）
試験用絶縁体７０を炉に入れてヒータ７３で炉内の温度が９００℃になるまで加熱して９００℃に保持した状態で、試験用中心電極７４と環状部材７２との間に２０ｋＶで１２０分間電圧を印加した後に、耐電圧値を測定したこと以外は「高温耐電圧試験Ｉ」と同様にして試験を行った。高温耐電圧試験ＩＶは、高温耐電圧試験Ｉより長時間電圧を印加しており、厳しい条件になっている。結果を表６及び表７に示す。

表６に示すように、請求項に記載の（１）〜（８）をすべて満たし、かつＮａ及びＫの合計含有割合が０．００２質量％以上０．０５０質量％以下である試験番号９１〜９７の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「２５ｋV」以上であり、十分な耐電圧性能が得られたのに対し、Ｎａ及びＫの合計含有割合が０．０５０質量％を超えている試験番号９８〜１０１の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「１９ｋV」以下であり、十分な耐電圧性能が得られなかった。

表７に示すように、請求項に記載の（１）〜（８）をすべて満たし、Ｎａ及びＫの合計含有割合が０．００２質量％以上０．０５０質量％以下であり、Ｆｅ成分及びＴｉ成分の合計含有割合が０．０１質量％以上０．０８質量％以下である試験番号１１１〜１１９の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「２５ｋV」以上であり、十分な耐電圧性能が得られたのに対し、Ｆｅ成分及びＴｉ成分の合計含有割合が０．０８質量％を超えている試験番号１２０〜１２１の試験用絶縁体７０は、耐電圧値が「１７ｋV」以下であり、十分な耐電圧性能が得られなかった。

１スパークプラグ
２軸孔
３絶縁体
４中心電極
５端子金具
６接続部
７主体金具
８接地電極
１１後端側胴部
１２大径部
１３先端側胴部
１４脚長部
２４ネジ部
２５ガスシール部
２６工具係合部
２７加締め部
２８後端部
２９棒状部
７０試験用絶縁体
７１耐電圧測定装置
７２環状部材
７３ヒータ
７４試験用中心電極
Ｇ間隙

Claims

軸線方向に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、前記主体金具の先端に固定された接地電極と、を備えたスパークプラグであって、
前記絶縁体は、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とし、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分をそれぞれ酸化物換算したときの含有割合（質量％）を、それぞれＲ_ＳｉＯ２、Ｒ_ＢａＯ、Ｒ_ＭｇＯ、Ｒ_ＣａＯ、Ｒ_ＳｒＯ、Ｒ_{ＲＥ２Ｏ３}とすると、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及び希土類元素成分の含有割合が下記の（１）〜（６）を満たすアルミナ焼結体からなることを特徴とするスパークプラグ。
（１）１．０≦Ｒ_ＳｉＯ２≦５．０
（２）０．５≦Ｒ_ＢａＯ≦５．０
（３）０≦Ｒ_ＭｇＯ≦０．１８
（４）０≦Ｒ_ＭｇＯ／Ｒ_ＢａＯ≦０．３６
（５）０．３≦（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）≦１．８
（６）０≦Ｒ_{ＲＥ２Ｏ３}≦０．１
前記アルミナ焼結体は、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、Ｓｒ成分、及びＢａ成分をそれぞれ酸化物換算したときの合計含有割合に対する、Ｃａ成分を酸化物換算したときの含有割合が、下記の（７）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
（７）０．１０≦Ｒ_ＣａＯ／（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ＋Ｒ_ＢａＯ）≦０．５０
前記アルミナ焼結体は、Ｂａ成分を酸化物換算したときの含有割合に対する、Ｍｇ成分、Ｃａ成分、及びＳｒ成分を酸化物換算したときの合計含有割合が、下記の（８）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
（８）０．０６≦（Ｒ_ＭｇＯ＋Ｒ_ＣａＯ＋Ｒ_ＳｒＯ）／Ｒ_ＢａＯ≦１．２５
前記アルミナ焼結体は、Ｎａ成分及びＫ成分の合計含有割合が、０．００２質量％以上０．０５０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
前記アルミナ焼結体は、Ｔｉ成分及びＦｅ成分の合計含有割合が、０．０１質量％以上０．０８質量％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
前記アルミナ焼結体は、バリウムヘキサアルミネートを含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
前記アルミナ焼結体は、複数のアルミナの結晶それぞれの最大径の平均値である平均粒径Ｄ_ＡとＢａ成分を含む結晶それぞれの最大径の平均値である平均粒径Ｄ_Ｂとの比（Ｄ_Ａ／Ｄ_Ｂ）が０．５以上５．０以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパークプラグ。