JP3074412B2 - スパークプラグ用絶縁体 - Google Patents
スパークプラグ用絶縁体Info
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- 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
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
- C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
- C04B41/5064—Boron nitride
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関に装着され
るスパークプラグを構成する絶縁体、特に窒化アルミニ
ウム、窒化珪素及びそれらの酸窒化物焼結体からなる絶
縁体の構造に関する。
るスパークプラグを構成する絶縁体、特に窒化アルミニ
ウム、窒化珪素及びそれらの酸窒化物焼結体からなる絶
縁体の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、先端に中心電極を保持する絶縁体
は、アルミナ等により一体に成型されるものが一般的で
あるが、近年の内燃機関の高性能化により燃焼室内にお
いて大量に発生する熱を受けて高温となる絶縁体におい
ては、プレイグニッションの発生を防止すべく窒化アル
ミニウム、また、冷熱サイクルの熱衝撃性に対して優れ
た窒化アルミニウム、窒化珪素又はそれらの酸窒化物が
用いられることが提案されている。
は、アルミナ等により一体に成型されるものが一般的で
あるが、近年の内燃機関の高性能化により燃焼室内にお
いて大量に発生する熱を受けて高温となる絶縁体におい
ては、プレイグニッションの発生を防止すべく窒化アル
ミニウム、また、冷熱サイクルの熱衝撃性に対して優れ
た窒化アルミニウム、窒化珪素又はそれらの酸窒化物が
用いられることが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものにおいて、窒化アルミニウム、窒化珪素又はそ
れらの酸窒化物からなる絶縁体の場合、火花放電時に発
生する高電界により絶縁体表面、特に絶縁体脚部の表面
においては、極めて高温となり、窒化物が分解すること
で火花貫通が生じる。この絶縁体脚部の火花貫通によっ
て中心電極先端での電圧が降下し、失火が起こることか
ら、中心電極と接地電極との火花放電に必要な放電電圧
を一定の値に制限しなければならない問題点がある。
来のものにおいて、窒化アルミニウム、窒化珪素又はそ
れらの酸窒化物からなる絶縁体の場合、火花放電時に発
生する高電界により絶縁体表面、特に絶縁体脚部の表面
においては、極めて高温となり、窒化物が分解すること
で火花貫通が生じる。この絶縁体脚部の火花貫通によっ
て中心電極先端での電圧が降下し、失火が起こることか
ら、中心電極と接地電極との火花放電に必要な放電電圧
を一定の値に制限しなければならない問題点がある。
【０００４】また、この絶縁体を構成する窒化物におけ
る分解反応を防止するために、絶縁体を構成する窒化ア
ルミニウム、窒化珪素又はそれらの酸窒化物よりも分解
温度が高く、かつ絶縁抵抗が大きいパイロリティック・
ボロン・ナイトライド（以下、ＰＢＮとする。）によ
り、絶縁体、特に絶縁体脚部表面を被覆し、熱による窒
化物等の分解反応を抑制することが提案されている（特
願平２−２０１６５６号）。しかし絶縁体表面を被覆す
るＰＢＮ層の熱膨張係数が、絶縁体を構成する窒化物等
の結晶方向における熱膨張係数の違いにより、ＰＢＮ層
形成工程、或は内燃機関に装着して使用する場合、ＰＢ
Ｎ層の剥離が生じ易く、十分な膜厚を確保することがで
きず、２５ｋｖ以上の高電圧中においては十分な効果が
得られなかった。
る分解反応を防止するために、絶縁体を構成する窒化ア
ルミニウム、窒化珪素又はそれらの酸窒化物よりも分解
温度が高く、かつ絶縁抵抗が大きいパイロリティック・
ボロン・ナイトライド（以下、ＰＢＮとする。）によ
り、絶縁体、特に絶縁体脚部表面を被覆し、熱による窒
化物等の分解反応を抑制することが提案されている（特
願平２−２０１６５６号）。しかし絶縁体表面を被覆す
るＰＢＮ層の熱膨張係数が、絶縁体を構成する窒化物等
の結晶方向における熱膨張係数の違いにより、ＰＢＮ層
形成工程、或は内燃機関に装着して使用する場合、ＰＢ
Ｎ層の剥離が生じ易く、十分な膜厚を確保することがで
きず、２５ｋｖ以上の高電圧中においては十分な効果が
得られなかった。
【０００５】そこで、この発明は上記従来のものの持つ
欠点を改善するものであり、高電圧中であっても絶縁体
を構成する窒化物等の熱分解反応により発生する火花貫
通を防止しようとするものである。
欠点を改善するものであり、高電圧中であっても絶縁体
を構成する窒化物等の熱分解反応により発生する火花貫
通を防止しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのために、窒化アルミ
ニウム、窒化珪素及びそれらの酸窒化物焼結体からなる
絶縁体の表面に、結晶方向において等方性としたＰＢＮ
膜を形成し、更に、この縁体表面に形成されるＰＢＮ膜
の厚さを２０〜５００μｍとしてなるものである。
ニウム、窒化珪素及びそれらの酸窒化物焼結体からなる
絶縁体の表面に、結晶方向において等方性としたＰＢＮ
膜を形成し、更に、この縁体表面に形成されるＰＢＮ膜
の厚さを２０〜５００μｍとしてなるものである。
【０００７】また、絶縁体表面に形成されるＰＢＮ膜に
おいて、焼結体側に結晶方向が等方性のＰＢＮ膜と、そ
の上に異方性のＰＢＮ膜を形成し、積層構造とし、等方
性である膜を５μｍ以上、異方性である膜を１５μｍ以
上設け、更に、絶縁体表面に形成されるＰＢＮ膜の厚さ
を２０〜５００μｍとしてなるものである。
おいて、焼結体側に結晶方向が等方性のＰＢＮ膜と、そ
の上に異方性のＰＢＮ膜を形成し、積層構造とし、等方
性である膜を５μｍ以上、異方性である膜を１５μｍ以
上設け、更に、絶縁体表面に形成されるＰＢＮ膜の厚さ
を２０〜５００μｍとしてなるものである。
【０００８】
【作用】上記の構成を具えるので、絶縁体表面を被覆す
るＰＢＮ膜は等方性を有する構造であり、かつその等方
性を有するＰＢＮ膜の熱膨張係数は、絶縁体を構成する
窒化物焼結体の有するそれに近いもの（５×０．０００
００１／℃）であるから、ＰＢＮ膜形成工程時、或はス
パークプラグとしての使用時における冷熱サイクルにお
いても容易に剥離が発生することがない。そして、耐電
圧性能を高めるべくＰＢＮ膜の厚さを大きく採ることが
できる。なお、異方性とは、絶縁体表面と垂直方向に結
晶が成長したものを言い、等方性とはあらゆる方向の結
晶が混じり合った構造のものを言う。
るＰＢＮ膜は等方性を有する構造であり、かつその等方
性を有するＰＢＮ膜の熱膨張係数は、絶縁体を構成する
窒化物焼結体の有するそれに近いもの（５×０．０００
００１／℃）であるから、ＰＢＮ膜形成工程時、或はス
パークプラグとしての使用時における冷熱サイクルにお
いても容易に剥離が発生することがない。そして、耐電
圧性能を高めるべくＰＢＮ膜の厚さを大きく採ることが
できる。なお、異方性とは、絶縁体表面と垂直方向に結
晶が成長したものを言い、等方性とはあらゆる方向の結
晶が混じり合った構造のものを言う。
【０００９】また、そのＰＢＮ膜の厚さも、２０μｍ未
満であると通常火花放電に必要とされる電圧（２５ｋｖ
以下）に耐えることができず、５００μｍより過大であ
ると熱膨張係数の差による被膜の剥離を防止できないの
で、ＰＢＮ膜の厚さを２０〜５００μｍとすることによ
り、被膜の剥離を発生させることなく高電圧に耐え得る
ようにすることができる。
満であると通常火花放電に必要とされる電圧（２５ｋｖ
以下）に耐えることができず、５００μｍより過大であ
ると熱膨張係数の差による被膜の剥離を防止できないの
で、ＰＢＮ膜の厚さを２０〜５００μｍとすることによ
り、被膜の剥離を発生させることなく高電圧に耐え得る
ようにすることができる。
【００１０】更に、絶縁体表面に、焼結体側に等方性の
ＰＢＮ膜と、その上に異方性のＰＢＮ膜を形成すること
により、等方性のＰＢＮ膜では被膜の剥離を防止し、異
方性のＰＢＮ膜では絶縁性及び耐電圧性能を高めること
ができる。また、この絶縁体の表面を被覆するＰＢＮ膜
において、焼結体側に結晶方向が等方性であるＰＢＮ膜
を５μｍ以上、異方性のＰＢＮ膜を１５μｎ以上設け、
積層構造とすることにより、高電圧（３０ｋｖ以上）の
下、結晶方向が異方性であるＰＢＮ膜の剥離を防止しつ
つ積層構造となるＰＢＮ膜の厚さを薄くすることができ
る。更には、上記構成において、等方性と異方性のＰＢ
Ｎ膜の厚さを、２０μｍ未満にすると３０ＫＶ以上の高
電圧に耐えることができず、５００μｍより大きいと熱
膨張差による被膜の剥離を防止することができないの
で、ＰＢＮ膜の厚さを２０〜５００μｍとすることによ
り、被膜の剥離を防止し、より高電圧に耐えることがで
きる。
ＰＢＮ膜と、その上に異方性のＰＢＮ膜を形成すること
により、等方性のＰＢＮ膜では被膜の剥離を防止し、異
方性のＰＢＮ膜では絶縁性及び耐電圧性能を高めること
ができる。また、この絶縁体の表面を被覆するＰＢＮ膜
において、焼結体側に結晶方向が等方性であるＰＢＮ膜
を５μｍ以上、異方性のＰＢＮ膜を１５μｎ以上設け、
積層構造とすることにより、高電圧（３０ｋｖ以上）の
下、結晶方向が異方性であるＰＢＮ膜の剥離を防止しつ
つ積層構造となるＰＢＮ膜の厚さを薄くすることができ
る。更には、上記構成において、等方性と異方性のＰＢ
Ｎ膜の厚さを、２０μｍ未満にすると３０ＫＶ以上の高
電圧に耐えることができず、５００μｍより大きいと熱
膨張差による被膜の剥離を防止することができないの
で、ＰＢＮ膜の厚さを２０〜５００μｍとすることによ
り、被膜の剥離を防止し、より高電圧に耐えることがで
きる。
【００１１】
【実施例】この発明を図に示す実施例により更に説明す
る。（１）は、この発明の実施例を具える内燃機関用ス
パークプラグであり、この内燃機関用スパークプラグ
（１）は、軸孔（３）の先端に中心電極（４）を保持す
ると共に、その軸孔（３）の後端内に導電性ガラスシー
ル材（７）を挟んで抵抗体（５）及び端子電極（６）を
内封、固持する絶縁体（２）と、この絶縁体（２）を保
持し、先端に上記中心電極（４）の対向する位置に接地
電極（９）を配置してなる主体金具（８）から構成され
る。
る。（１）は、この発明の実施例を具える内燃機関用ス
パークプラグであり、この内燃機関用スパークプラグ
（１）は、軸孔（３）の先端に中心電極（４）を保持す
ると共に、その軸孔（３）の後端内に導電性ガラスシー
ル材（７）を挟んで抵抗体（５）及び端子電極（６）を
内封、固持する絶縁体（２）と、この絶縁体（２）を保
持し、先端に上記中心電極（４）の対向する位置に接地
電極（９）を配置してなる主体金具（８）から構成され
る。
【００１２】そして、軸孔（３）の先端に中心電極
（４）を保持し、その軸孔（３）の後端内において導電
性ガラスシール材（７）を挟んで抵抗体（５）及び端子
電極（６）を内封、固持してなる絶縁体（２）は、窒化
アルミニウム、窒化珪素又はそれらの酸窒化物焼結体か
らなるものであって、この絶縁体（２）の表面に、その
結晶方向において等方性としたＰＢＮ膜（１０）を熱Ｃ
ＶＤ法により形成し、更に、この熱ＣＶＤ法により絶縁
体（２）の表面に形成されるＰＢＮ膜（１０）の厚さを
２０〜５００μｍとしてなるものである（図２）。
（４）を保持し、その軸孔（３）の後端内において導電
性ガラスシール材（７）を挟んで抵抗体（５）及び端子
電極（６）を内封、固持してなる絶縁体（２）は、窒化
アルミニウム、窒化珪素又はそれらの酸窒化物焼結体か
らなるものであって、この絶縁体（２）の表面に、その
結晶方向において等方性としたＰＢＮ膜（１０）を熱Ｃ
ＶＤ法により形成し、更に、この熱ＣＶＤ法により絶縁
体（２）の表面に形成されるＰＢＮ膜（１０）の厚さを
２０〜５００μｍとしてなるものである（図２）。
【００１３】なお、絶縁体（２）の表面にＰＢＮ膜を形
成するにあたって使用される熱ＣＶＤ法は、塩化硼素、
アンモニア等の気体原料を、１５００〜１９００℃、
０．１〜０．００１Ｔｏｒｒの減圧下で、反応装置内で
窒化アルミニウム、窒化珪素、或はそれらの酸窒化物焼
結体からなる絶縁体（２）の表面において直接形成する
ものであり、結晶方向の等方性、異方性は気体原料の割
合、圧力、温度により制御し、膜厚は反応時間を長くす
れば厚くなるものである。
成するにあたって使用される熱ＣＶＤ法は、塩化硼素、
アンモニア等の気体原料を、１５００〜１９００℃、
０．１〜０．００１Ｔｏｒｒの減圧下で、反応装置内で
窒化アルミニウム、窒化珪素、或はそれらの酸窒化物焼
結体からなる絶縁体（２）の表面において直接形成する
ものであり、結晶方向の等方性、異方性は気体原料の割
合、圧力、温度により制御し、膜厚は反応時間を長くす
れば厚くなるものである。
【００１４】また、図３に示すように絶縁体（２）の表
面に形成されるＰＢＮ膜（１０）において、焼結体側に
結晶方向が等方性である膜（１１）を５μｍ以上、さら
に異方性である膜（１２）を１５μｍ以上設け、積層構
造としてなるものである。
面に形成されるＰＢＮ膜（１０）において、焼結体側に
結晶方向が等方性である膜（１１）を５μｍ以上、さら
に異方性である膜（１２）を１５μｍ以上設け、積層構
造としてなるものである。
【００１５】この発明は以上の構成を具えるので、内燃
機関用スパークプラグ（１）を構成する絶縁体（２）表
面を被覆するＰＢＮ膜（１０）は、等方性を有する構造
であり、かつその等方性を有するＰＢＮ膜（１０）の熱
膨張係数は５×０．０００００１／℃であり、絶縁体
（２）を構成するＡＬＮ（４〜５．５×０．０００００
１／℃），Ｓｉ３Ｎ４（２．８〜３．８×０．００００
０１／℃），ＳｉＡｌＯＮ（２．２〜３．４×０．００
０００１／℃）等、窒化物焼結体の有するそれに近いも
のであるから、ＰＢＮ膜（１０）の形成工程時、或はス
パークプラグ（１）として内燃機関に装着して使用する
場合における冷熱サイクルにおいても、燃焼室内で発生
する大量の熱を受けて絶縁体（２）が膨張しても、絶縁
体（２）とその絶縁体（２）の表面に形成されるＰＢＮ
膜（１０）との間に熱膨張係数の差によって生じる応力
を小さいものとすることができるので、この絶縁体
（２）の表面に形成されたＰＢＮ膜（１０）が、絶縁体
（２）の表面から容易に剥離することがなく、ＰＢＮ膜
（１０）の厚さを大きく採ることができることから、耐
電圧性能を高めることができる。
機関用スパークプラグ（１）を構成する絶縁体（２）表
面を被覆するＰＢＮ膜（１０）は、等方性を有する構造
であり、かつその等方性を有するＰＢＮ膜（１０）の熱
膨張係数は５×０．０００００１／℃であり、絶縁体
（２）を構成するＡＬＮ（４〜５．５×０．０００００
１／℃），Ｓｉ３Ｎ４（２．８〜３．８×０．００００
０１／℃），ＳｉＡｌＯＮ（２．２〜３．４×０．００
０００１／℃）等、窒化物焼結体の有するそれに近いも
のであるから、ＰＢＮ膜（１０）の形成工程時、或はス
パークプラグ（１）として内燃機関に装着して使用する
場合における冷熱サイクルにおいても、燃焼室内で発生
する大量の熱を受けて絶縁体（２）が膨張しても、絶縁
体（２）とその絶縁体（２）の表面に形成されるＰＢＮ
膜（１０）との間に熱膨張係数の差によって生じる応力
を小さいものとすることができるので、この絶縁体
（２）の表面に形成されたＰＢＮ膜（１０）が、絶縁体
（２）の表面から容易に剥離することがなく、ＰＢＮ膜
（１０）の厚さを大きく採ることができることから、耐
電圧性能を高めることができる。
【００１６】また、そのＰＢＮ膜（１０）の厚さも２０
〜５００μｍとすることにより、２０μｍ未満であると
通常火花放電に必要とされる電圧（２５ｋｖ以下）に耐
えることができず、５００μｍより過大であると熱膨張
係数の差によるＰＢＮ膜（１０）の剥離を防止できない
ことから、ＰＢＮ膜（１０）の絶縁体（２）の表面から
の剥離を発生させることなく、高電圧にも耐え得るよう
にすることができる。
〜５００μｍとすることにより、２０μｍ未満であると
通常火花放電に必要とされる電圧（２５ｋｖ以下）に耐
えることができず、５００μｍより過大であると熱膨張
係数の差によるＰＢＮ膜（１０）の剥離を防止できない
ことから、ＰＢＮ膜（１０）の絶縁体（２）の表面から
の剥離を発生させることなく、高電圧にも耐え得るよう
にすることができる。
【００１７】更に、この絶縁体（２）の表面を被覆する
ＰＢＮ膜（１０）において、焼結体 側に結晶方向が等方
性のＰＢＮ膜（１１）と、その上に異方性のＰＢＮ膜
（１２）を積層構造とし、特に結晶方向が等方性である
ＰＢＮ膜（１１）が５μｍ未満であると、このＰＢＮ膜
（１１）の上部に形成される結晶方向が異方性であるＰ
ＢＮ膜（１２）の剥離を招き、一方結晶方向が異方性で
あるＰＢＮ膜（１２）の膜厚を１５μｍ未満とすると高
電圧に耐え得ることができない。そこで図３に示すよう
に焼結体側に結晶方向が等方性であるＰＢＮ膜（１０）
を５μｍ以上、さらに異方性であるＰＢＮ膜（１２）を
１５μｍ以上設けて積層構造とすることにより、高電圧
（３０ｋｖ以上）の下、結晶方向が異方性であるＰＢＮ
膜（１２）の剥離を防止しつつ積層構造となるＰＢＮ膜
（１０）の厚さを薄くすることができる。そして、等方
性と異方性のＰＢＮ膜の膜厚を２０〜５００μｍとする
ことにより、被膜の剥離を防止し、より高電圧に耐える
ことができる。
ＰＢＮ膜（１０）において、焼結体 側に結晶方向が等方
性のＰＢＮ膜（１１）と、その上に異方性のＰＢＮ膜
（１２）を積層構造とし、特に結晶方向が等方性である
ＰＢＮ膜（１１）が５μｍ未満であると、このＰＢＮ膜
（１１）の上部に形成される結晶方向が異方性であるＰ
ＢＮ膜（１２）の剥離を招き、一方結晶方向が異方性で
あるＰＢＮ膜（１２）の膜厚を１５μｍ未満とすると高
電圧に耐え得ることができない。そこで図３に示すよう
に焼結体側に結晶方向が等方性であるＰＢＮ膜（１０）
を５μｍ以上、さらに異方性であるＰＢＮ膜（１２）を
１５μｍ以上設けて積層構造とすることにより、高電圧
（３０ｋｖ以上）の下、結晶方向が異方性であるＰＢＮ
膜（１２）の剥離を防止しつつ積層構造となるＰＢＮ膜
（１０）の厚さを薄くすることができる。そして、等方
性と異方性のＰＢＮ膜の膜厚を２０〜５００μｍとする
ことにより、被膜の剥離を防止し、より高電圧に耐える
ことができる。
【００１８】そこで、この発明の実施例である絶縁体
（２）を具える内燃機関用スパークプラグ（１）につい
て、実機に装着して従来例との比較を行なった。このと
き、この発明の実施例である内燃機関用スパークプラグ
（１）を構成する絶縁体（２）は、窒化珪素（Ｓｉ３
Ｎ４９０ｗｔ％、Ｙ２Ｏ３５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３５ｗｔ
％）、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４６８．８ｗｔ％、Ａｌ
Ｎ９．１ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３１９．１ｗｔ％、Ｙ２Ｏ３
３ｗｔ％）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ９５．５ｗｔ
％、Ｙ２Ｏ３４．０ｗｔ％、ＭｇＯ０．５ｗｔ％）の各
原料とも平均粒径２μｍ以下のものを使用し、トリクロ
ルエタンとワックス系バーインダーおよび若干の分散剤
を添加し、約２０時間湿式混合を行ったスラリーをスプ
レードライヤーにより１００μｍ以下の粒径に造粒し、
これを約１００ＭＰａの圧力にてラバーブレス成形した
後、外径を削り成形して所望のスパークプラグ用絶縁体
形状とした。次いで５００℃Ｎ２ガス中で５時間、更に
大気中５００℃で２時間成形体を加熱し、脱脂及び残炭
分を除去した。本焼成は窒化珪素の場合は、１７００
℃×５時間、サイアロンは１７５０℃×２時間、窒
化アルミニウムは１８００℃×２時間いずれもＮ２ガス
中ＢＮ製の焼成容器にて常圧焼成を行い、その表面を超
音波洗浄した。そして、上記に述べたように、ＰＢＮの
被覆を形成した。これら絶縁体（２）内に中心電極
（４）及び端子電極（６）等を固定した後、主体金具
（８）に組み付けたスパークプラグを夫々用意した（図
４）。
（２）を具える内燃機関用スパークプラグ（１）につい
て、実機に装着して従来例との比較を行なった。このと
き、この発明の実施例である内燃機関用スパークプラグ
（１）を構成する絶縁体（２）は、窒化珪素（Ｓｉ３
Ｎ４９０ｗｔ％、Ｙ２Ｏ３５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３５ｗｔ
％）、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４６８．８ｗｔ％、Ａｌ
Ｎ９．１ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３１９．１ｗｔ％、Ｙ２Ｏ３
３ｗｔ％）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ９５．５ｗｔ
％、Ｙ２Ｏ３４．０ｗｔ％、ＭｇＯ０．５ｗｔ％）の各
原料とも平均粒径２μｍ以下のものを使用し、トリクロ
ルエタンとワックス系バーインダーおよび若干の分散剤
を添加し、約２０時間湿式混合を行ったスラリーをスプ
レードライヤーにより１００μｍ以下の粒径に造粒し、
これを約１００ＭＰａの圧力にてラバーブレス成形した
後、外径を削り成形して所望のスパークプラグ用絶縁体
形状とした。次いで５００℃Ｎ２ガス中で５時間、更に
大気中５００℃で２時間成形体を加熱し、脱脂及び残炭
分を除去した。本焼成は窒化珪素の場合は、１７００
℃×５時間、サイアロンは１７５０℃×２時間、窒
化アルミニウムは１８００℃×２時間いずれもＮ２ガス
中ＢＮ製の焼成容器にて常圧焼成を行い、その表面を超
音波洗浄した。そして、上記に述べたように、ＰＢＮの
被覆を形成した。これら絶縁体（２）内に中心電極
（４）及び端子電極（６）等を固定した後、主体金具
（８）に組み付けたスパークプラグを夫々用意した（図
４）。
【００１９】次いで、これら実施例ＮＯ．１〜２０の材
料を用いて、耐電圧テストを行った。テスト結果の条件
Ａとは、レシプロエンジンを用いて、６０００ｒｐｍ×
スロットル全開で放電電圧２５〜２７ＫＶで１００時間
運転したときのＰＢＮ被膜の状態を示したものであり、
また、条件Ｂとは、同じエンジン及び同じ条件で放電電
圧３０〜３２ＫＶで１００時間運転したときの状態を示
した。尚、Ｏ印は異常のない状態を示し、×印は途中で
火花貫通して失火したものを示す。
料を用いて、耐電圧テストを行った。テスト結果の条件
Ａとは、レシプロエンジンを用いて、６０００ｒｐｍ×
スロットル全開で放電電圧２５〜２７ＫＶで１００時間
運転したときのＰＢＮ被膜の状態を示したものであり、
また、条件Ｂとは、同じエンジン及び同じ条件で放電電
圧３０〜３２ＫＶで１００時間運転したときの状態を示
した。尚、Ｏ印は異常のない状態を示し、×印は途中で
火花貫通して失火したものを示す。
【００２０】テスト結果は図４に示すように、等方性Ｐ
ＢＮ被膜のないもの及び膜厚２０μｍ未満のＮＯ．１〜
３は条件Ａで火花が貫通して失火する。膜厚が２０〜５
００μｍのＮＯ．４〜８のものは条件Ａで異常はない。
しかしＮＯ．４、５は条件Ｂでは貫通する。また、膜厚
が５００μｍより大きいＮｏ．９、１０は条件Ａでテス
ト途中に被膜が剥離し貫通失火する。更に異方性ＰＢＮ
被膜のＮＯ．１１、１２のものは条件Ａのテスト途中で
剥離し貫通失火する。等方性の膜厚が５μｍ未満及び異
方性の膜厚が１５μｍ以上の積層被膜であるＮＯ．１３
は条件Ａでは貫通失火しないが、条件Ｂで貫通失火す
る。この発明の積層被膜であるＮＯ．１４〜１７は条件
Ａ、Ｂともで異常は認められない。また等方性と異方性
の全膜厚が５００μｍ以上のＮＯ．２０のものは剥離が
生じ、貫通失火する。このため、条件Ｂでは等方性の膜
厚は１００μｍ以上（Ｎｏ，６〜８）必要であるが、異
方性ＰＢＮ積層すれば１００μｍより薄くても異常は生
じない。なお、ＮＯ．１９は等方性の膜厚が２５０μｍ
のため条件Ａ及び条件Ｂで異常はない。従って、特許請
求の範囲に示した膜厚においてその結果が十分に認めら
れた。
ＢＮ被膜のないもの及び膜厚２０μｍ未満のＮＯ．１〜
３は条件Ａで火花が貫通して失火する。膜厚が２０〜５
００μｍのＮＯ．４〜８のものは条件Ａで異常はない。
しかしＮＯ．４、５は条件Ｂでは貫通する。また、膜厚
が５００μｍより大きいＮｏ．９、１０は条件Ａでテス
ト途中に被膜が剥離し貫通失火する。更に異方性ＰＢＮ
被膜のＮＯ．１１、１２のものは条件Ａのテスト途中で
剥離し貫通失火する。等方性の膜厚が５μｍ未満及び異
方性の膜厚が１５μｍ以上の積層被膜であるＮＯ．１３
は条件Ａでは貫通失火しないが、条件Ｂで貫通失火す
る。この発明の積層被膜であるＮＯ．１４〜１７は条件
Ａ、Ｂともで異常は認められない。また等方性と異方性
の全膜厚が５００μｍ以上のＮＯ．２０のものは剥離が
生じ、貫通失火する。このため、条件Ｂでは等方性の膜
厚は１００μｍ以上（Ｎｏ，６〜８）必要であるが、異
方性ＰＢＮ積層すれば１００μｍより薄くても異常は生
じない。なお、ＮＯ．１９は等方性の膜厚が２５０μｍ
のため条件Ａ及び条件Ｂで異常はない。従って、特許請
求の範囲に示した膜厚においてその結果が十分に認めら
れた。
【００２１】なお、この発明のスパークプラグ（１）の
絶縁体（２）は全体を窒化アルミニウム、窒化珪素及び
それらの酸窒化物焼結体で形成したものを用いたが、絶
縁体（２）を燃焼室側の脚長部と頭部側に分割した構造
とし、前記脚長部側の絶縁体を前記窒化アルミニウム、
窒化珪素及び酸窒化物焼結体で形成すると共に、その表
面にこの発明のＰＢＮ被膜（１０）を形成し、頭部側の
絶縁体をアルミナで形成したスパークプラグにも適用す
ることができる。
絶縁体（２）は全体を窒化アルミニウム、窒化珪素及び
それらの酸窒化物焼結体で形成したものを用いたが、絶
縁体（２）を燃焼室側の脚長部と頭部側に分割した構造
とし、前記脚長部側の絶縁体を前記窒化アルミニウム、
窒化珪素及び酸窒化物焼結体で形成すると共に、その表
面にこの発明のＰＢＮ被膜（１０）を形成し、頭部側の
絶縁体をアルミナで形成したスパークプラグにも適用す
ることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上のとおり、絶縁体の表面に所定の膜
厚を有するＰＢＮ膜の等方性或は等方性と異方性の積層
構造を形成することによりＰＢＮ膜の剥離を防止し、高
電圧下においても分解反応を発生して火花貫通すること
もなく、高性能化した内燃機関に対応してその出力を十
分に発揮させることができる優れた効果を有するもので
ある。
厚を有するＰＢＮ膜の等方性或は等方性と異方性の積層
構造を形成することによりＰＢＮ膜の剥離を防止し、高
電圧下においても分解反応を発生して火花貫通すること
もなく、高性能化した内燃機関に対応してその出力を十
分に発揮させることができる優れた効果を有するもので
ある。
【図１】この発明の実施例である内燃機関用スパークプ
ラグの部分断面図である。
ラグの部分断面図である。
【図２】その第一実施例である絶縁体の要部拡大断面図
である。
である。
【図３】その他の実施例である絶縁体の要部拡大断面図
である。
である。
【図４】この発明の実施例に対する実機試験の結果であ
る。
る。
１ 内燃機関用スパークプラグ ２ 絶縁体 ３ 軸孔 ４ 中心電極 ５ 抵抗体 ６ 端子電極 ７ 導電性ガラスシール材 ８ 主体金具 ９ 接地電極 １０ ＰＢＮ膜 １１ 結晶方向が等方的であるＰＢＮ膜 １２ 結晶方向が異方的であるＰＢＮ膜
フロントページの続き (72)発明者 小西 雅弘 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特 殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−149985（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−87286（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−152185（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−27684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−163582（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−237067（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−219787（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01T 13/00 - 13/56 C04B 41/87
Claims (5)
- 【請求項１】 窒化アルミニウム、窒化珪素及びそれら
の酸窒化物焼結体からなる絶縁体の表面に、結晶方向に
おいて等方性としたパイロリティック・ボロン・ナイト
ライド（以下、ＰＢＮとする。）膜を形成してなるスパ
ークプラグ用絶縁体。 - 【請求項２】 絶縁体表面に形成されるＰＢＮ膜の厚さ
を２０〜５００μｍとしてなる請求項１記載のスパーク
プラグ用絶縁体。 - 【請求項３】 窒化アルミニウム、窒化珪素及びそれら
の酸窒化物焼結体からなる絶縁体の表面に、焼結体側に
結晶方向が等方性のＰＢＮ膜と、その上に異方性のＰＢ
Ｎ膜を形成し、積層構造としてなるスパークプラグ用絶
縁体。 - 【請求項４】 絶縁体表面に形成されるＰＢＮ膜におい
て、結晶方向が等方性である膜を５μｍ以上、異方性で
ある膜を１５μｍ以上設けて積層構造としてなる請求項
３記載のスパークプラグ用絶縁体。 - 【請求項５】 絶縁体表面に形成されるＰＢＮ膜の厚さ
を２０〜５００μｍとしてなる請求項３又は４記載のス
パークプラグ用絶縁体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04023428A JP3074412B2 (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | スパークプラグ用絶縁体 |
| BR9300073A BR9300073A (pt) | 1992-01-14 | 1993-01-14 | Isolador para vela de ignicao |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04023428A JP3074412B2 (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | スパークプラグ用絶縁体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190254A JPH05190254A (ja) | 1993-07-30 |
| JP3074412B2 true JP3074412B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=12110238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04023428A Expired - Lifetime JP3074412B2 (ja) | 1992-01-14 | 1992-01-14 | スパークプラグ用絶縁体 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3074412B2 (ja) |
| BR (1) | BR9300073A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4547098B2 (ja) * | 2001-02-16 | 2010-09-22 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| WO2016123310A1 (en) * | 2015-01-29 | 2016-08-04 | Fram Group IP, LLC | Spark plug insulator having an anti-fouling coating and methods for minimizing fouling |
-
1992
- 1992-01-14 JP JP04023428A patent/JP3074412B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-01-14 BR BR9300073A patent/BR9300073A/pt unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR9300073A (pt) | 1993-07-20 |
| JPH05190254A (ja) | 1993-07-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000509 |