JP3135558B2 - スパークプラグ - Google Patents

スパークプラグ

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JP3135558B2
JP3135558B2 JP02274896A JP27489690A JP3135558B2 JP 3135558 B2 JP3135558 B2 JP 3135558B2 JP 02274896 A JP02274896 A JP 02274896A JP 27489690 A JP27489690 A JP 27489690A JP 3135558 B2 JP3135558 B2 JP 3135558B2
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    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
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    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熱伝導性に優れるとともに高温で高絶縁性
を必要とするスパークプラグに好適なセラミック焼結体
に関する。
［従来の技術］ 窒化物系セラミック焼結体は、熱伝導性に優れること
は知られている。
［発明が解決しようとする課題］ しかるに、窒化物系セラミック焼結体は、熱間で電気
絶縁性が低下し、高電圧が印加されるとトリーイング劣
化（絶縁体表面に樹枝条痕ができ、それが成長するこ
と）を起こし易いという欠点がある。
本発明の目的は、熱伝導性に優れ、かつ高温で高絶縁
性を保つことができるセラミック焼結体を絶縁碍子に用
いたスパークプラグの提供にある。
［課題を解決するための手段］ 上記課題の達成のため、本発明のスパークプラグの絶
縁碍子は以下の構成を採用した。
（１）窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムセラミ
ックの焼結体粒子内外に、酸化物換算で20〜100PPMのマ
グネシウムを均一的に拡散させた。
（２）アルカリ土類金属、希土類またはこれらの混合物
を、酸化物換算で合計、微量〜10重量％と、マグネシウ
ムを酸化物換算で20〜100PPMと、残部を窒化アルミニウ
ム又は酸窒化アルミニウムセラミックで構成してなり、
該セラミックの焼結体粒子内外に、前記マグネシウムを
均一的に拡散させた。
［作用および発明の効果］ （請求項１の作用効果） 窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムセラミック
焼結体は、共有結合性が強く、電気伝導は自由電子に拠
る。このため、通常、高温になる程、自由電子の運動が
活発になり電気抵抗値が低下する。
しかし、窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムセ
ラミックの焼結体粒子内外に、酸化物（MgO）換算で20
〜100PPMのマグネシウムを均一的に拡散させることによ
り、自由電子がマグネシウムイオンに捕獲され、熱間で
の電気抵抗値の低下が防止できる。これにより形成した
窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムセラミックの
絶縁碍子は、高絶縁性を保つことができ、熱伝導性に優
れるので、高電圧が印加されたとき生じるトリーイング
の発生を防止し、スパークプラグのワイドレンジ化を図
ることができる。
なお、セラミック焼結体中に拡散するマグネシウムが
20PPM未満では焼結体の熱間での絶縁性向上効果が少な
く、また、100PPMを越えると焼結体の熱伝導性が悪化す
る。
（請求項２の作用効果） アルカリ土類金属、希土類またはこれらの混合物を添
加して焼成し、酸化物換算で合計、微量〜10重量％含有
するようにすれば、焼結性に優れたセラミック焼結体が
得られる。
なお、酸化物換算で10重量％を越えて焼結体中に含有
する場合は、窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウム
セラミック本来の良熱伝導性が損なわれる。
［実施例］ つぎに、本発明の実施例を第１表および第１図に基づ
いて説明する。
窒化アルミニウム（AlN）原料は、平均粒径1.5μｍ
（セディグラフ測定に拠る）、酸素含有率0.8重量％の
ものを用いた。
焼結助剤（全て純度99.9％品）は、酸化イットリウム
（Y2O3）、酸化カルシウム（CaO）、酸化ストロンチウ
ム（SrO）、酸化スカンジウム（SC2O3）、酸化ネオジム
（Nd2O3）、酸化ユーロピウム（Eu2O3）を用いた。
本発明品および比較品のテストピースの絶縁抵抗は、
第１図に示す装置で絶縁抵抗（700℃）を測定した。な
お、第１図において、100、200は真銅製の電極、300は
ヒータ、400は500V・DCのデジタル抵抗計である。
熱伝導率についてはレーザーフラッシュ法で求めた。
また、酸化物換算したマグネシウムの含有重量（PP
M）についてはICP、焼結助剤およびアルミニウムのそれ
については蛍光Ｘ線の検量線に基づいて求めた。
以下、本発明品（試料No.1〜No.11）のテストピース
の製造方法を述べる。なお、比較品（試料No.12〜No.1
8）のテストピースについてもこれに準じる。
（１）焼結助剤（試料No.1〜No.9の場合）、窒化アルミ
ニウム原料にエタノール、ワックス系バインダーを加
え、ナイロン製のポット、ボールで一昼夜混合する。な
お、焼結助剤は、焼成過程で添加量の一部が消失するの
で、それを見越して量を決める。
（２）得られた泥奬を噴霧乾燥させた後、金型プレス成
形（1t/cm2）し、所定の大きさ（抵抗値測定用の場合、
直径50mm、厚さ3mm）の成形体を得る。
（３）大気雰囲気でこの成形体を仮焼脱脂（500℃−2H
r）する。
（４）つぎに、第１表に示す焼成条件および以下に示す
マグネシウムの拡散方法を用いて焼成させた後、所定の
大きさ（抵抗値測定用は直径50mm、厚さ1.0mm;熱伝導率
測定用は直径10mm、厚さ2mm）になるように切削加工す
る。なお、焼結体中に拡散する酸化マグネシウムが20〜
100PPMになるように塗布量や焼成条件を調整する。
試料No.1、２、４、６、10、11……仮焼体表面に、90
重量％BN−10重量％MgOとエタノールとを良く混合した
ものをコートした後、焼成した。
試料No.3、５、７、８、９……酸化マグネシウム製の
匣（MgO匣）内に仮焼体を入れて焼成を行う。
つぎに、本発明品のテストピースの作用効果を比較品
のそれと比較して述べる。
（ア）本発明品のテストピースは、全て、700℃におけ
る絶縁抵抗が良好であり、かつ熱伝導性にも優れるので
スパークプラグの絶縁碍子に適している。
MgOがゼロ（試料No.13、14）や20PPM未満（試料No.1
2、18）であると、700℃の絶縁抵抗値は著しく低下す
る。また、MgOが100PPMを越える（試料No.15、16、17）
と、熱伝導率が著しく低下する。
なお、熱引きの点から熱伝導率が90W/m・ｋ以上、ト
リーイングの発生防止の観点から絶縁抵抗が50MΩ以上
（700℃）であることが、スパークプラグの絶縁碍子と
して必須条件とされる。
（イ）焼結体中のアルミニウムが酸化物換算で３重量％
以下であるので熱伝導性を良好にできるとともに緻密な
焼結体となっている。なお、酸素含有量が２重量％以下
の窒化アルミニウム原料を用いればそれを容易に３重量
％以下にできる。
（ウ）試料No.1〜No.11と同じ材料で、スパークプラグ
の絶縁碍子を製造し、この絶縁碍子の軸孔内に中心電極
を公知の方法である導電性ガラスシールを用いて抵抗
体、端子電極とともに封着し、これを、取付ねじを備え
た主体金具に組み付けたところ、ワイドレンジで、かつ
失火が起こらないスパークプラグが得られることが判明
した。
本発明は上記実施例以外につぎの実施態様を含む。
a.本発明では、実施例の窒化アルミニウムの窒化物セラ
ミックのほか、酸窒化アルミニウム（AlON）を含む。
b.アルカリ土類金属は、その他、バリウム（Ba）が好適
であり、希土類は、その他、ランタン（La）、セリウム
（Ce）ジスプロシウム（Dy）が好適である。
c.マグネシウムの均一的拡散は、窒化硼素匣（BN匣）の
内壁に酸化マグネシウムを塗布したBN＋MgO匣内に仮焼
体を入れて焼成して行ってもよい。
d.焼成温度は、1600℃〜1900℃の間が好ましい。
【図面の簡単な説明】
第１図はテストピースの高温絶縁抵抗を測定する装置の
説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 35/58 １０４Ｆ (72)発明者 小西 雅弘 愛知県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２−9766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−64280（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−123602（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/58 - 35/582 F23Q 3/00 H01T 13/38

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウム
    からなるセラミックの焼結体粒子内外に、酸化物換算で
    20〜100PPMのマグネシウムを均一的に拡散させたセラミ
    ック焼結体を絶縁碍子に用いたスパークプラグ。
  2. 【請求項２】アルカリ土類金属、希土類またはこれらの
    混合物を、酸化物換算で合計、微量〜10重量％と、 マグネシウムを酸化物換算で20〜100PPMと、 残部を窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムからな
    るセラミックで構成してなり、 このセラミックの焼結粒子内外に、前記マグネシウムを
    均一的に拡散させたセラミック焼結体を絶縁碍子に用い
    たスパークプラグ。
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