JP4756087B2 - スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法に関し、さらに詳しくは、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグ及びこのスパークプラグの製造方法に関する。

自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグの１つとして、先端側に段部を介して縮径された脚長部を有する絶縁体が主体金具の内周面に形成された係合凸部に前記段部を係合させることによって主体金具に組み付けられ、前記係合凸部の内周面とこれに対向する前記脚長部の外周面との間に隙間が形成されるタイプのスパークプラグがある。このようなスパークプラグにおいて、前記間隙に例えば低温環境下等で発生する未燃ガスが侵入すると、前記間隙内における前記脚長部の外周面が汚損され、その結果、スパークプラグの耐汚損性が悪化する。

そこで、耐汚損性を考慮して前記間隙を広くするという従来の技術常識に反して前記間隙を所定距離以下に狭めることにより、スパークプラグの耐汚損性を損ねることなく小型化を図ることのできるスパークプラグが提案されている。

例えば、特許文献１には、「筒状の主体金具（１）と該主体金具（１）の内周側に係止された軸孔を有する絶縁体（２）と該絶縁体（２）の前記軸孔に保持された中心電極（３）と、該中心電極（３）の先端と対向することで火花放電ギャップ（ｇ）を形成する接地電極（４）とを備え、前記絶縁体（２）の軸線方向（Ｏ）において前記火花放電ギャップ（ｇ）の位置する側を前方側、これと反対側を後方側として、前記絶縁体（２）は、前端部（２ｉ）が周方向の段部により縮径されて該段部が絶縁体側係合部（２ｈ）とされ、前記主体金具（１）に対し後方側開口部から挿入されるとともに、前記絶縁体側係合部（２ｈ）が前記主体金具（１）の内周面から突出する金具側係合部（１ｃ）と係合し、かつ、前記絶縁体（２）の前記絶縁体側係合部（２ｈ）よりも前方側に位置する部分（２ｉ）の外周面（以下、隙間形成外周面という）（２ｋ）が、前記金具側係合部（１ｃ）の内周面（以下、隙間形成内周面という）（５２）と、所定量の係合位置隙間（Ｑ）を形成する形にて対向するとともに、前記隙間形成外周面（２ｋ）の外径をｄ１、前記隙間形成内周面（５２）の内径をＤ１として、β＝（Ｄ１−ｄ１）／２にて表される係合位置隙間量βが０．４ｍｍ以下に調整されていることを特徴とするスパークプラグ」が記載されている。

また、特許文献２には、「略筒状に形成され、軸線方向に貫通孔を有する絶縁体と、当該絶縁体の前記貫通孔の先端側に挿設される棒状の中心電極と、前記絶縁体の軸線方向の先端側を内挿して保持する略筒状の主体金具と、一端部が当該主体金具の先端に接合され、当該一端部とは反対の他端部が前記中心電極に対向し、前記他端部と前記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備え、前記絶縁体は、前記絶縁体の後端側に設けられた絶縁体後端部と、前記絶縁体の先端側に設けられ、当該絶縁体後端部の外径よりも縮径された絶縁体先端部と、前記絶縁体後端部と前記絶縁体先端部とを連結する第１絶縁体段部とから構成され、前記主体金具は、前記主体金具の後端側に設けられた主体金具後端部と、前記主体金具の先端側に設けられ、内径が当該主体金具後端部の内径よりも縮径された部分を少なくとも後端側に有する主体金具先端部と、前記主体金具後端部と前記主体金具先端部とを連結する第１主体金具段部とから構成され、前記第１絶縁体段部は、パッキンを介して前記第１主体金具段部に係合し、軸線を含む断面を見たときに、前記絶縁体先端部の外径をｄ１、前記主体金具先端部の内径をＤ１として、（Ｄ１−ｄ１）／２＜０．４５ｍｍとなる隙間の、前記絶縁体の軸線方向に平行な長さが、前記パッキンと前記主体金具段部との係合位置のうち、軸線方向の最先端側の位置を起点として前記絶縁体の先端側を＋したとき、１．２ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることを特徴とするスパークプラグ」が記載されている。

ところで、スパークプラグの小型化を図るには、前記間隙を狭くすることに加えて絶縁体の肉厚を薄くすること有効である。その一方で、前記間隙を狭くすると、一般に、前記間隙を形成する絶縁体に印加される電圧が高くなる傾向がある。したがって、肉厚が薄くされた絶縁体を用いて前記間隙を狭くすると、スパークプラグの耐汚損性を維持しつつ小型化を図ることは可能になるものの、この絶縁体に高い電圧が印加されて絶縁破壊が生じ、その結果、耐電圧特性が低下することがある。特に、絶縁体に高い電圧が印加された状態が長期間にわたって継続すると、絶縁体に多数の絶縁破壊が生じて耐電圧特性が著しく低下することがある。例えば、取付ネジ部の呼び径がＭ１２以下になるようにスパークプラグを小型にすると、スパークプラグの耐汚損性と耐電圧特性とを両立しにくくなる。

特開２００２−２６０８１７号公報 特開２００５−１８３１７７号公報

この発明は、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備えるスパークプラグを提供することを、課題とする。

この発明は、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備えるスパークプラグを製造することのできるスパークプラグの製造方法を提供することを、課題とする。

前記課題を解決するための手段としてのこの発明は、先端側に小径の脚長部を有する略筒状に形成され、軸線方向に貫通する貫通孔を有する絶縁体と、前記貫通孔の前記先端側に挿設された中心電極と、径方向内側に突出する係合凸部を有する略筒状に形成され、内挿された前記絶縁体を前記係合凸部で保持する主体金具とを備えて成るスパークプラグであって、前記係合凸部の内径をＤ_ＩＮ（ｍｍ）、前記脚長部のうち前記係合凸部の内周面に対面している部分の最大外径をｄ_ＯＵＴ（ｍｍ）及びその内径をｄ_ＩＮ（ｍｍ）、並びに、前記絶縁体の誘電率をε（Ｆ／ｍ）としたときに、下記条件（１）〜（３）を満足することを特徴とする。
条件（１）：（Ｄ_ＩＮ−ｄ_ＯＵＴ）／２≦０．４０（ｍｍ）
条件（２）：（ｄ_ＯＵＴ−ｄ_ＩＮ）／２≦１．６５（ｍｍ）
条件（３）：ε≧９．４（Ｆ／ｍ）

前記課題を解決するための別の手段としてのこの発明は、主成分としてのＡｌ化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素化合物粉末と、０．５〜４．０質量％の希土類化合物粉末とをこれらの酸化物換算含有率の合計が１００質量％となるように含有する原料粉末を、加圧成形後に焼結して、前記絶縁体を製造する工程を含むことを特徴とする。

この発明に係るスパークプラグは、前記条件（１）〜（３）を満足するから薄肉化された絶縁体に高い電圧がかかった状態が長期間に及んでも耐汚損性を損ねることなく十分な耐電圧特性を発揮する。また、この発明に係るスパークプラグの製造方法は、前記原料粉末を所定寸法に加圧成形した後に焼結して前記絶縁体を製造するからこの絶縁体は前記条件（１）〜（３）を満足する。したがって、この発明によれば、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグ、及び、このようなスパークプラグを製造することのできるスパークプラグの製造方法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を示す部分縦断面図である。 図２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先端側の要部を拡大して示す部分拡大縦断面図である。 図３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における主体金具と絶縁体とで形成される間隙部分の近傍を拡大して示す部分拡大縦断面図である。

この発明に係るスパークプラグは、先端側に小径の脚長部を有する略筒状に形成され、軸線方向に貫通する貫通孔を有する絶縁体と、前記貫通孔の先端側に挿設された中心電極と、径方向内側に突出する係合凸部を有する略筒状に形成され、内挿された絶縁体を係合凸部で保持する主体金具とを備えている。この発明に係るスパークプラグは、このような構成を有するスパークプラグであれば、その他の構成は特に限定されず、公知の種々の構成を採ることができる。例えば、この発明に係るスパークプラグは、前記絶縁体と、前記中心電極と、前記主体金具と、一端部が主体金具に接合され、他端部が中心電極に対向して他端部及び中心電極の間に火花放電間隙を形成する接地電極とを備えていてもよい。

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について、図１〜図３を参照して説明する。このスパークプラグ１００は、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関の着火用プラグとして使用される。なお、以下の説明において、略棒状に構成されたスパークプラグ１００の軸線（図１及び図２に示す一点鎖線）を「軸線Ｏ」と称する。また、図１〜図３において、図面の下方側すなわち接地電極４が設置される側をスパークプラグ１００の先端側と称し、図面の上方側すなわちコルゲーション部４０が形成される側をスパークプラグ１００の後端側と称する。

このスパークプラグ１００の基本的な構成について説明する。このスパークプラグ１００は、図１に示されるように、先端側に小径の脚長部３０を有する略筒状に形成され、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔６を有する絶縁体２と、この貫通孔６の先端側に挿設された中心電極３と、径方向内側に突出する係合凸部５６を内周面に有するように略筒状に形成され、内挿された絶縁体２を係合凸部５６で保持する主体金具１と、一端部が主体金具１に接合され、他端部が中心電極３に対向してこの他端部及び中心電極３の間に火花放電間隙ｇを形成する接地電極４とを備えて成る。

より具体的には、スパークプラグ１００は、図１に示されるように、径方向内側にリング状に突出する係合凸部５６を内周面に有する略筒状の主体金具１と、この主体金具１に内挿され、主体金具１の軸線Ｏ方向の先端部から突出するように係合凸部５６で保持された略筒状の絶縁体（この発明において「絶縁碍子」とも称する。）２と、絶縁体２の先端から電極先端部３６が突出するように絶縁体２の貫通孔６に内挿された略棒状の中心電極３と、主体金具１の軸線Ｏ方向の先端部に一端が溶接されると共に、この一端側とは反対の他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の電極先端部３６と対向するように配置された接地電極４とを備えて成る。

スパークプラグ１００においては、図１及び図２に示されるように、絶縁体２、具体的には後述する脚長部３０の先端部近傍が主体金具１の先端面よりも接地電極４側に突出し、前記中心電極３はその電極先端部３６が絶縁体２の先端面よりも接地電極４側に突出している。そして、後述するように、前記主体金具１と絶縁体２の脚長部３０との間には主体金具１の内周面と脚長部３０の外周面とで挟まれて形成される基部間隙Ｓが形成されている。

前記主体金具１は、図１に示されるように、低炭素鋼等の金属により、係合凸部５６を内周面に有する略筒状に形成され、スパークプラグ１００のハウジングとして使用されている。主体金具１における前記軸線Ｏ方向の先端部側の外周面には、図示しないエンジンヘッドに取り付けるための取付ネジ部７が形成されている。この取付ネジ部７の規格の一例としては、Ｍ１０、Ｍ１２及びＭ１４等が挙げられる。この発明において、取付ネジ部７の呼びは、ＩＳＯ２７０５（Ｍ１２）及びＩＳＯ２７０４（Ｍ１０）等に規定された値を意味し、当然に、諸規格に定められた寸法公差の範囲内での変動を許容する。この発明において、小型のスパークプラグは、例えば、取付ネジ部７の呼び径がＭ１２以下であるスパークプラグを意味する。主体金具１における前記取付ネジ部７の前記軸線Ｏ方向の後端側には主体金具１をエンジンヘッドに取り付ける際にスパナやレンチ等の工具を外側から係合させるための工具係合部１１が形成されている。スパークプラグ１００において工具係合部１１の軸線Ｏ方向に直交する断面は六角形状を呈している。また、前記主体金具１は、図１に示されるように、前記工具係合部１１の前記軸線Ｏ方向の先端側であって前記軸線Ｏ方向の略中間部に外径方向外側に凸設された鍔部６１が形成されている。そして、取付ネジ部７の前記軸線Ｏ方向の後端側近傍すなわち鍔部６１の座面６２にガスケット１０が嵌挿されている。

前記主体金具１は、図１及び図２に示されるように、前記鍔部６１の前記軸線Ｏ方向の先端側であって前記鍔部６１側に設けられた主体金具後端部５４と、主体金具１の先端側に設けられ、内径が主体金具後端部５４の内径よりも縮径された部分を少なくとも後端側に有する主体金具先端部５３と、主体金具後端部５４と主体金具先端部５３とを連結する第１主体金具段部５５とから構成されている。

より具体的には、主体金具１は、図１及び図２に示されるように、主体金具１の工具係合部１１よりも軸線Ｏ方向の先端側に形成された主体金具後端部５４と、この主体金具後端部５４の軸線Ｏ方向の先端側に主体金具１の内径方向内側に凸設された係合凸部（この発明において「主体金具基部」とも称する。）５６と、この主体金具基部５６と主体金具後端部５４とを連結する第１主体金具段部５５と、前記主体金具基部５６の軸線Ｏ方向の先端側に形成され、主体金具後端部５４と略同一の内径を有する主体金具前方部５８と、この主体金具前方部５８と前記主体金具基部５６とを連結する第２主体金具段部５７とを有して成る。したがって、主体金具１は、その鍔部６１から前記軸線Ｏ方向の先端側に向かって、主体金具後端部５４、第１主体金具段部５５、主体金具基部５６、第２主体金具段部５７及び主体金具前方部５８がこの順に連続して形成されて成る。この発明において、前記主体金具先端部５３は主体金具前方部５８と第２主体金具段部５７と主体金具基部５６とで形成されている。前記第１主体金具段部５５は後述する絶縁体２の第１絶縁体段部２７と係合するための主体金具側係合部位である。

前記係合凸部５６は、図１〜図３に示されるように、その内径が前記軸線Ｏ方向に略一定で主体金具１の内孔の周方向に一巡する環状凸部である。この係合凸部５６は前記第１主体金具段部５５及び第２主体金具段部５７と共に台形断面を成している。したがって、係合凸部５６の内周面５９は前記軸線Ｏに沿って延在している。

前記絶縁体２は、図１に示されるように、中心電極３を内挿して保持する略筒状体である。この絶縁体２は前記軸線Ｏ方向に沿って貫通する貫通孔６を有している。この貫通孔６の軸線Ｏ方向の後端部には略棒状の端子金具１３が挿設され、その端子金具１３が挿設されている貫通孔６の一端側とは反対の他端側すなわち貫通孔６の先端側には略棒状の中心電極３が挿設されている。前記貫通孔６に挿設された端子金具１３及び中心電極３の間には、図１に示されるように、抵抗体１５が配設されている。この抵抗体１５の、軸線Ｏ方向の両端部すなわち先端部及び後端部には導電性ガラスシール層１６及び１７が各々配設されている。そして、導電性ガラスシール層１６及び１７を介して中心電極３と端子金具１３とが互いに電気的に接続されている。このように、抵抗体１５と導電性ガラスシール層１６及び１７とが焼結導電材料部を構成している。前記抵抗体１５は、ガラス粉末と導電材料粉末と必要に応じてガラス以外のセラミック粉末との混合粉末を原料とする抵抗体組成物として構成されている。また、端子金具１３の軸線Ｏ方向の後端部には、高圧ケーブル（図１に図示しない。）がプラグキャップ（図１に図示しない。）を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。

前記絶縁体２は、図１に示されるように、絶縁体２の軸線Ｏ方向の略中間部に絶縁体２の外周面より外径方向外側に向かって突出する突出部２３がフランジ状に形成されている。この絶縁体２は、図１に示されるように、前記突出部２３よりも軸線Ｏ方向後端側の外周面に絶縁体２の軸線を含む段面が波打ち形状を有するコルゲーション部４０が形成されている。このコルゲーション部４０は絶縁体２の外周面に波打ち形状を設けて絶縁体２の外周面の表面積を広くする。したがって、例えば絶縁体２の外周面を伝わってリークした電気が流れ、漏電（リーク現象）が生じたときでも、絶縁体２の外周面を伝わるうちに消尽するため、漏電防止の効果が得られる。

前記絶縁体２は、前記突出部２３よりも前記軸線Ｏ方向の先端側であって前記突出部２３から前記先端側に延在する絶縁体後端部２６と、その先端側に設けられ、この絶縁体後端部２６の外径よりも縮径された脚長部（この発明において「絶縁体先端部」とも称する。）３０と、前記絶縁体後端部２６及び前記脚長部３０を連結する第１絶縁体段部２７とから構成されている。

より具体的には、絶縁体２は、図１及び図２に示されるように、絶縁体２の軸線Ｏ方向において、突出部２３よりも軸線Ｏ方向の後端側に形成された絶縁体後方部２４と、突出部２３よりも前方側に形成された絶縁体後端部２６と、絶縁体後端部２６の軸線Ｏ方向の先端側に形成された脚長部３０と、この脚長部３０と絶縁体後端部２６とを連結し、周方向段部を形成する第１絶縁体段部２７とを有してなる。前記脚長部３０は、絶縁体後端部２６の外径よりも小径で、かつ、前記軸線Ｏ方向先端側に向かって徐々に外径が小さくなるように細径化されている。すなわち、この脚長部３０は図１及び図２によく示されるように略円錐台形をなしている。

スパークプラグ１００において、絶縁体２は主体金具１における軸線Ｏ方向の後端側の開口部から挿入され、図１に示されるように、絶縁体２の第１絶縁体段部２７が主体金具１の第１主体金具段部５５に係合又は係止している。前記第１絶縁体段部２７は前記第１主体金具段部５５に係合するための絶縁体側係合部となっている。主体金具１の第１主体金具段部５５と第１絶縁体段部２７との間には、図１〜図３に示されるように、略リング状の板パッキン８が配設されている。このように、第１絶縁体段部２７と第１主体金具段部５５とが板パッキン８を介して係合することにより、絶縁体２の軸線Ｏ方向の抜き止めがなされている。前記板パッキン８は、例えば銅のような熱伝導率の高い材質で形成されている。板パッキン８の熱伝導率が高いと、スパークプラグ１００の熱引きがよくなり、耐熱性が向上する。このような前記材質として、例えば、銅、アルミニウム等の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質であるのが好ましい。特に、スパークプラグ１００における取付ネジ部７の呼びがＭ１２以下と小さいと、特に高い耐熱性効果を発揮する。

スパークプラグ１００において、主体金具１における軸線Ｏ方向の後端側の開口部内面と絶縁体２の外周面との間には突出部２３の後方側周縁と係合する略リング状のパッキン４１が配置され、さらに、その後方側にはタルク等の充填層９を介して略リング状のパッキン４２が配置されている。そして、絶縁体２を主体金具１の軸線Ｏ方向の先端側に向けて押し込み、その状態で主体金具１の開口周縁部をパッキン４２に向けて加締めることにより、加締め部１２が形成され、主体金具１が絶縁体２に保持されている。

前記中心電極３は、その先端部が絶縁体２の先端面から突出した状態で絶縁体２の軸孔に固定されており、主体金具１に対して絶縁保持されている。前記中心電極３はインコネル（商標名）６００又は６０１等のＮｉ（ニッケル）系合金等からなる電極母材２１を少なくとも表層部に有し、その内部には、放熱促進のためのＣｕ（銅）又はＣｕ合金等を主成分とする芯材３３が埋設されている。すなわち、この中心電極３は、本体となる外材と、この外材の内部の軸心部に同心的に埋め込まれるように形成されてなる芯材３３とにより形成されている。このように内部に前記芯材３３が深く埋設された中心電極３を備えてなるスパークプラグ１００は、「焼け」にも強く、使用温度範囲の広いワイドレンジ型プラグとして好適に使用される。

前記接地電極４は、図１に示されるように、耐腐食性の高い金属から構成され、一例としてインコネル（商標名）６００又は６０１等のＮｉ合金が用いられている。この接地電極４は、自身の長手方向と直交する横断面が略長方形であり、屈曲された角棒状の外形を呈している。そして、図１に示されるように、角棒状の一端部が主体金具１の軸線Ｏ方向の先端側の一端部の接合部６０に溶接等により接合されている。一方、この接地電極４の一端部とは反対の他端部（先端部とも称する。）は、中心電極３の電極先端部３６とこの中心電極３の軸線Ｏ方向に対向するよう側方に折り返され、図１及び図２に示されるように、中心電極３の電極先端部３６と接地電極４との対向面の隙間に火花放電間隙ｇが形成されている。この火花放電間隙ｇは、通常、０．３〜１．５ｍｍに設定される。

このように構成されるスパークプラグ１００は、絶縁体２における脚長部３０のうち前記係合凸部５６の内周面５９に対向している部分（以下、脚長基部と称することがある。）２９及び係合凸部５６と脚長基部２９との基部間隙Ｓに、特徴を有している。前記基部間隙Ｓは、第１絶縁体段部２７と第１主体金具段部５５との間に配置された前記板パッキン８よりも軸線Ｏ方向の先端側に形成されている。スパークプラグ１００において、具体的には、図２及び図３によく示されるように、脚長基部２９及び基部間隙Ｓは、係合凸部５６の内径をＤ_ＩＮ（ｍｍ）、並びに、脚長基部２９の最大外径をｄ_ＯＵＴ（ｍｍ）及びその内径をｄ_ＩＮ（ｍｍ）としたときに、下記条件（１）及び（２）を満足している。
条件（１）：（Ｄ_ＩＮ−ｄ_ＯＵＴ）／２≦０．４０（ｍｍ）
条件（２）：（ｄ_ＯＵＴ−ｄ_ＩＮ）／２≦１．６５（ｍｍ）

前記条件（１）は、換言すると、前記基部間隙Ｓにおける半径方向の最小幅、すなわち、係合凸部５６の内周面５９と脚長基部２９の外周面との最小離間距離が０．４（ｍｍ）以下である。前記条件（１）を満足すると、スパークプラグ１００の耐汚損性及び耐熱性が向上すると共にスパークプラグの小型化も可能になる。具体的には、例えば、プレデリバリ時等の汚損が生じやすい使用環境下にスパークプラグ１００がおかれた場合にも、前記基部間隙Ｓへの未燃ガスの侵入を効果的に遮断することができる。その結果、前記基部間隙Ｓ内において、カーボン等の付着によって生じる前記脚長基部２９の外周面の汚損を防止できる。また、脚長基部２９と係合凸部５６とは前記最小離間距離で近接するから、加熱された絶縁体２の熱が脚長基部２９から基部間隙Ｓを介して係合凸部５６に伝わりやすくなる。したがって、スパークプラグ１００の熱引きが効率よく行われ、スパークプラグ１００の耐熱性を向上させることができる。加えて、前記基部間隙Ｓが前記条件（１）を満たすように狭められているからスパークプラグ１００を小型化することもできる。

前記（Ｄ_ＩＮ−ｄ_ＯＵＴ）／２は、優れた耐汚損性及び耐熱性を損ねることなく小型化を図ることができる点で、０．０５〜０．３５（ｍｍ）であるのが好ましく、０．２０〜０．３０（ｍｍ）であるのが特に好ましい。

ここで、前記脚長部３０は、図１〜図３に示されるように、略円錐台形をなしているから、その脚長基部２９における外径は前記軸線Ｏ方向に一定ではない。そこで、この発明においては、前記条件（１）における前記脚長基部２９の外径としてその最大外径ｄ_ＯＵＴを採用する。この発明において、脚長部３０のうち係合凸部５６に対向している部分に前記板パッキン８を介装する第１絶縁体段部２７は含まない。したがって、スパークプラグ１００において、脚長基部２９の最大外径ｄ_ＯＵＴは、図２及び図３に示されるように、第１絶縁体段部２７と脚長基部２９との接続部近傍であって係合凸部５６の内周面５９における後方端縁に対向する部分の外径である。換言すると、前記最大外径ｄ_ＯＵＴは、係合凸部５６の内周面５９における後方端縁を含み前記軸線Ｏに垂直な仮想平面Ｐ_１（図３参照。）における脚長基部２９の断面外形線の外径となる。

前記脚長基部２９の前記軸線Ｏ方向の長さ、すなわち、係合凸部５６における内周面５９の前記軸線Ｏ方向の長さは、特に限定されず、例えば、１．２〜５．０ｍｍ、好ましくは１．５〜３．０ｍｍに調整される。前記長さが前記範囲内に調整されると耐汚損性及び耐熱性をより一層高い水準で両立することができる。

前記条件（２）は、換言すると、前記脚長基部２９の最大厚さが１．６５ｍｍ以下である。前記条件（２）を満足すると、スパークプラグ１００を十分に小型化することができる。前記（ｄ_ＯＵＴ−ｄ_ＩＮ）／２は、脚長基部２９の強度を確保するため、１．０ｍｍ以上であるのが好ましい。前記脚長基部２９の最大厚さは、図３に示されるように、仮想平面Ｐ_１（図３参照。）における脚長基部２９の断面外形線の外径と内径との差である。

スパークプラグ１００は、前記絶縁体２の誘電率をε（Ｆ／ｍ）としたときに、下記条件（３）を満足する。特に、この発明においては、絶縁体２のうち、特に前記脚長部３０及び前記脚長基部２９が下記条件（３）を満足するのが好ましい。
条件（３）：ε≧９．４（Ｆ／ｍ）

このように、絶縁体２、脚長部３０及び脚長基部２９（以下、これらを含めて絶縁体２等と称することがある。）が前記範囲の誘電率εを有していると、前記のように基部間隙Ｓを狭くすることによって絶縁体２等に印加される電圧が高くなっても、また前記のように絶縁体２等が薄肉化されても、絶縁体２等が絶縁破壊することなく十分な耐電圧特性を発揮する。さらに、絶縁体２等が前記範囲の誘電率εを有していると、絶縁体２等に高い電圧が印加された状態が長期間にわたって継続しても、絶縁体２等が絶縁破壊しにくく、スパークプラグ１００が高い耐汚損性を損ねることなく十分な耐電圧特性を発揮する。絶縁体２の誘電率εは１０．５（Ｆ／ｍ）以下であるのが好ましい。前記誘電率εが１０．５（Ｆ／ｍ）以下であると、絶縁体２の内部に点在する気孔に電界が集中しにくくなり、前記気孔を起点とする絶縁体２の内部破壊を効果的に抑制できる。したがって、絶縁体２の誘電率εが９．４〜１０．５（Ｆ／ｍ）の範囲内にあると絶縁破壊の発生をより一層効果的に抑制できる。誘電率εはＪＩＳ Ｒ１６４１に準拠して測定することができる。

このように前記条件（１）〜（３）のいずれをも満足するスパークプラグ１００は、小型化を図ることができると共に、その小型化によって薄肉化された絶縁体２等に高い電圧がかかった状態がたとえ長期間に及んでも高い耐汚損性を損ねることなく十分な耐電圧特性を発揮する。

この発明において、スパークプラグ１００の絶縁体２は、その鏡面研磨面における２５０μｍ×１９０μｍの領域を倍率５００倍で複数箇所例えば９個所観察したときに、観察領域の面積Ｓに対する、観察領域内に存在する気孔の合計面積Ｓ_Ａの面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）が２．０〜４．０％であるのが好ましい。特に、脚長部３０又は脚長基部２９が２．０〜４．０％の前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）を有しているのが好ましい。前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）が小さくなると、通常、絶縁体２の内部に点在する気孔に電界が集中しにくくなって前記気孔を起点とする絶縁体２の内部破壊を抑制できるが、あまりにも小さくなりすぎると、かえって気孔に電界が集中するようになり、絶縁体２の内部破壊が生じやすくなる。このように、この発明において、点在する気孔に電界が集中しないように前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）が２．０％以上に設定されている。したがって、この発明において、絶縁体２が２．０〜４．０％の前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）を有していると、絶縁破壊の起点となりうる気孔に電界が集中しにくく、耐電圧特性の向上を目的として絶縁体２等の誘電率εを高くしても絶縁体２等に絶縁破壊が発生しにくくなる。

前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）は次のようにして算出する。まず絶縁体２等を鏡面状態にまで研磨してなる面、すなわち、鏡面研磨面を調製する。前記鏡面研磨面は、絶縁体２等の任意の表面又は任意の切断面を４５μｍのダイヤモンド砥石を用いて平面に加工し、９μｍ、３μｍ、０．２５μｍのダイヤモンドペーストを順次用いてその表面粗さＲａが０．０１μｍ程度になるまで鏡面研磨加工して、調製する。次いで、このようにして調製された鏡面研磨面に導電性付与のためのカーボン蒸着を行い、電子顕微鏡を用いて前記鏡面研磨面における２５０μｍ×１９０μｍの領域を倍率５００倍で複数箇所例えば９個所観察し、各観察領域を写真撮影する。撮影した各ＳＥＭ反射電子像写真を画像解析ソフト（Ｓｏｆｔ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ”Ｆｉｖｅ”、Ｏｌｙｍｐｕｓ社製）で二値化することにより、気孔に相当する空隙部を識別する。各ＳＥＭ反射電子像写真において、前記空隙部の総面積Ｓ_Ａ及びこの総面積Ｓ_Ａを観察領域の面積Ｓで除して前記面積割合を求める。このようにして求めた前記面積割合を算術平均して、焼結体２等の前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）を算出する。

この発明において、スパークプラグ１００の絶縁体２は、前記鏡面研磨面における２５０μｍ×１９０μｍの領域を倍率５００倍で複数箇所例えば９個所観察したときに、観察領域の面積Ｓに対する、観察領域内に存在する円相当直径が２０μｍ以上の気孔の合計面積Ｓ_２０の面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）が０．３％以下であるのが好ましい。特に、脚長部３０又は脚長基部２９が０．３％以下の前記面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）を有しているのが好ましい。前記絶縁体２等が０．３％以下の前記面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）を有している場合には、円相当直径が２０μｍ以上の比較的大きな気孔がほとんど存在しないから、スパークプラグ１００の小型化によって薄肉化された絶縁体２等が緻密で本来の耐電圧特性を維持できる。前記面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）は、前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）と同様にして撮影した各ＳＥＭ反射電子像写真において、円相当直径に換算した直径が２０μｍを超える空隙部の総面積Ｓ_２０及びこの総面積Ｓ_２０を観察領域の面積Ｓで除して前記面積割合を求める。このようにして求めた前記面積割合を算術平均して、焼結体２等の前記面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）を算出する。

この発明において、スパークプラグ１００の絶縁体２等は、その誘電率εが９．４〜１０．５（Ｆ／ｍ）のときに、前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）が２．０〜４．０％であり、かつ前記面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）が０．３％以下であると、誘電率εと面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）と面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）とが相俟って相乗効果を奏し、前記のように、気孔に電界が過度に集中することもなく、また、そもそも絶縁破壊の起点となる気孔が少なく、スパークプラグ１００が優れた耐電圧特性を発揮することができる。

スパークプラグ１００の絶縁体２において、前記誘電率ε、前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）及び前記面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）を前記範囲内に調整するには、前記範囲の前記誘電率ε、前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）及び前記面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）を有するアルミナ基焼結体で絶縁体２を形成すればよい。

スパークプラグ１００において、脚長部３０を含む絶縁体２はアルミナ基焼結体で形成されている。このアルミナ基焼結体は、その好適な一例を挙げると、主成分としてのＡｌ成分と、Ｓｉ成分と、Ｍｇ成分及びＢａ成分を含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の成分（以下、第２族元素成分と称することがある。）と、０．５〜４．０質量％の希土類元素成分とを、これらの含有率の合計（以下、合計含有率と称することがある。）が１００質量％となるように、含有している。絶縁体２等がこのようなアルミナ基焼結体で形成されていると、スパークプラグ１００の小型化を図るために肉厚が薄くされても耐汚損性を損ねることなく耐電圧特性を発揮できる。

特に、前記アルミナ基焼結体が、９．４〜１０．５（Ｆ／ｍ）の誘電率εを有し、かつ、鏡面研磨面を観察したときに、観察領域の面積Ｓに対する、観察領域内に存在する気孔の合計面積Ｓ_Ａの面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）が２．０〜４．０％であり、前記観察領域内に存在する円相当直径が２０μｍ以上の気孔の合計面積Ｓ_２０の面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）が０．３％以下であると、このアルミナ基焼結体で形成した絶縁体２等を備えたスパークプラグ１００の耐電圧特性はより一層向上する。

前記Ａｌ成分は、通常、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であり、アルミナ基焼結体中に主成分として存在する。この発明において「主成分」とは含有率が最も高い成分をいう。Ａｌ成分を主成分として含有すると、焼結体の耐電圧特性、耐熱性及び機械的特性等に優れる。アルミナ基焼結体中におけるＡｌ成分の含有率は、前記合計含有率を１００質量％としたときに、９２．０質量％以上９７．０質量％以下であるのが好ましく、９２．５質量％以上９６．５質量％以下であるのが特に好ましい。Ａｌ成分の含有率が前記範囲内にあると緻密なアルミナ基焼結体になる。その結果、アルミナ基焼結体の粒界に低融点ガラス相の形成及び気孔の残留が少なく、このアルミナ基焼結体で形成した絶縁体は高い耐電圧特性を発揮する。なお、この発明において、Ａｌ成分の含有率はＡｌ成分の酸化物である「アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）」に換算したときの酸化物換算質量％とする。

前記Ｓｉ成分は、焼結助剤由来の成分であり、酸化物、イオン等として、アルミナ基焼結体中に存在する。前記Ｓｉ成分は、焼結時には溶融して通常液相を生じるので、焼結体の緻密化を促進する焼結助剤として機能する。更に、Ｓｉ成分は、焼結後はアルミナ結晶粒子の粒界相に低融点ガラス等を形成することが多い。しかし、前記アルミナ基焼結体がＳｉ成分に加えて後述する他の特定成分を有していると、低融点ガラス相よりも他の成分と共に高融点ガラス相等を優先的に形成しやすい。よって、前記アルミナ基焼結体は低温において融解し難いので、絶縁破壊の原因と成り得るマイグレーション等が生じ難くなる。Ｓｉ成分の含有率は前記合計含有率を１００質量％としたときに、１．０〜４．０質量％であるのが好ましい。なお、この発明において、Ｓｉ成分の含有率はＳｉ成分の酸化物である「ＳｉＯ_２」に換算したときの酸化物換算質量％とする。

前記第２族元素成分は、焼結助剤由来の成分であり、この発明においてＭｇ成分及びＢａ成分は必須の成分である。この第２族元素成分は、Ｍｇ成分及びＢａ成分を含んでいればよく、Ｍｇ成分及びＢａ成分に加えてＭｇ成分及びＢａ成分以外の第２族元素成分を１種以上含んでいるのが好ましい。ここで、Ｍｇ成分及びＢａ成分以外の第２族元素成分としては、低毒性等の観点から、Ｃａ成分及びＳｒ成分が挙げられる。好ましい第２族元素成分は、具体的には、Ｍｇ成分とＢａ成分とＣａ成分との３種、Ｍｇ成分とＢａ成分とＳｒ成分との３種、及び、Ｍｇ成分とＢａ成分とＣａ成分とＳｒ成分との４種が挙げられる。この発明において、特に好ましい第２族元素成分は前記３種である。

前記Ｍｇ成分は、焼結助剤由来の成分であり、酸化物、イオン等として、アルミナ基焼結体中に存在し、焼結前のＳｉ成分と同様に焼結助剤として機能する。前記Ｂａ成分、前記Ｃａ成分及び前記Ｓｒ成分は、焼結助剤由来の成分であり、酸化物、イオン等として、アルミナ基焼結体中に存在し、焼結前のＭｇ成分と同様に焼結助剤として機能すると共に、得られるアルミナ基焼結体の高温強度を向上させる機能を有する。したがって、アルミナ基焼結体に前記第２族元素成分が含有していると、その耐電圧特性及び高温強度が向上するとともに焼成時の焼結温度が低下する。

前記第２族元素成分の含有率は、比較的大きな粒径を有する原料粉末を用いても緻密となり、絶縁体としたときの耐電圧特性及び高温強度に優れるアルミナ基焼結体となる点で、前記合計含有率を１００質量％としたときに、０．１〜２．５質量％であるのが好ましく、０．５〜２．０質量％であるのが特に好ましい。

Ｍｇ成分、Ｂａ成分、Ｃａ成分及びＳｒ成分の各含有率は、これらの合計が前記範囲内にあればよく、これらの成分が前記アルミナ基焼結体に含有されている場合には、例えば、前記合計含有率を１００質量％としたときに、Ｍｇ成分の含有率Ｍは０．０１〜０．４０質量％であるのが好ましく、Ｂａ成分の含有率Ｂは０．１〜１．６質量％であるのが好ましく、０．１８〜１．６質量％であるのが特に好ましく、Ｃａ成分の含有率Ｃは０．２〜０．９質量％であるのが好ましく、Ｓｒ成分の含有率Ｓは０．２〜０．９質量％であるのが好ましい。この発明において、前記アルミナ基焼結体がＣａ成分及びＳｒ成分のいずれか一方を含有していない場合は、当然に、その含有率Ｃ又は含有率Ｓは０質量％となる。なお、この発明において、第２族元素成分の各含有率はその酸化物、例えば、「ＭｇＯ」、「ＢａＯ」、「ＣａＯ」又は「ＳｒＯ」に換算したときの酸化物換算質量％とする。また、第２族元素成分の含有率は第２族元素成分の各含有率の合計含有率である。

前記希土類元素成分（ＲＥ成分ともいう。）は、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素を含有する成分であり、具体的には、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成分である。ＲＥ成分は、酸化物、イオン等として、アルミナ基焼結体中に存在する。このＲＥ成分は、焼結時に含有されていることにより、焼結時におけるアルミナの粒成長が過度に生じないように抑制すると共に、Ｓｉ成分と共にＲＥ−Ｓｉ系ガラス（希土類ガラス）を粒界に形成して粒界ガラス相の融点を高めることができ、アルミナ基焼結体の耐電圧特性及び高温強度を向上させることができる。

ＲＥ成分は、前記した各成分であればよいが、Ｌａ成分、Ｎｄ成分、Ｐｒ成分及びＹ成分等が好ましい。Ｌａ成分、Ｎｄ成分、Ｐｒ成分及びＹ成分は、それらに含まれる各元素Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ及びＹのイオン半径が大きく、Ｓｉ成分と相俟って高融点の結晶相を形成すると共に、Ａｌ成分と共に２０００℃程度の高融点を有するヘキサアルミネート結晶を容易に形成すると考えられる。このヘキサアルミネート結晶は、β−アルミナ構造を有し、組成式としては、ＲＥ（２Ａ）ｘ（Ａｌ）ｙＯｚ（前記ｘ、ｙ及びｚはそれぞれ、ｘ＝０〜２．５、ｙ＝１１〜１６及びｚ＝１８〜２８である。なお、「２Ａ」はＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素を表す。）で示される組成を有しており、例えば、化学式：ＲＥＡｌ_１１Ｏ_１８等で表される結晶相である。よって、前記アルミナ基焼結体が、ＲＥ成分として、Ｌａ成分、Ｎｄ成分、Ｐｒ成分及びＹ成分からなる群より選択される少なくとも１種の成分を含有すると、融点の高いヘキサアルミネート結晶が形成されているので、前記アルミナ基焼結体で形成された絶縁体２は耐電圧特性及び高温強度を発揮する。前記ヘキサアルミネート結晶は、アルミナ基焼結体中に存在すればよく、その存在箇所は特に限定されないが、アルミナ基焼結体の内部にまで存在するのが好ましく、アルミナ結晶粒の二粒子粒界及び／又は三重点に存在するのが特に好ましい。

前記ヘキサアルミネート結晶の存在は、例えば、ＪＣＰＤＳカードを用いて、Ｘ線回折で同定することができる。なお、Ｐｒ成分及びＮｄ成分に関しては、ＪＣＰＤＳカードが存在しないので、Ｘ線回折による同定は直接的には不可能である。しかし、Ｐｒ^３＋及びＮｄ^３＋のイオン半径がＬａ^３＋のイオン半径とほぼ同等であるので、Ｐｒ成分又はＮｄ成分が含まれるヘキサアルミネート結晶は、Ｌａ成分を含むヘキサアルミネート結晶のＪＣＰＤＳカード（Ｎｏ．３３−６９９）と類似したＸ線回折スペクトルを示す。したがって、Ｌａ成分を含むヘキサアルミネート結晶のＪＣＰＤＳカードと対比して、Ｐｒ成分又はＮｄ成分を含むヘキサアルミネート結晶の存在を確認することができる。前記ヘキサアルミネート結晶は焼成過程において析出生成させると、焼成時の粒子が異方成長し難いので好ましい。

ＲＥ成分は、その含有率が高くなるとアルミナ基焼結体の誘電率εが高くなる傾向がある反面、焼結温度を高くしないと緻密なアルミナ基焼結体にならないことがある。したがって、アルミナ基焼結体におけるＲＥ成分の含有率は、ヘキサアルミネート結晶の形成とアルミナ基焼結体の誘電率εとその焼結性とを考慮して適宜に調整される。例えば、ＲＥ成分の含有率は、前記合計含有率を１００質量％としたときに、０．５〜４．０質量％であるのが好ましい。なお、この発明において、アルミナ基焼結体におけるＲＥ成分の含有率は、各成分の酸化物に換算したときの酸化物換算質量％とする。具体的には、ＲＥ成分がＬａ成分、Ｎｄ成分及びＹ成分である場合にはこれらの酸化物である「ＲＥ_２Ｏ_３」に換算したときの酸化物換算質量％とし、Ｐｒ成分である場合にはこの酸化物である「Ｐｒ_６Ｏ_１１」に換算したときの酸化物換算質量％とする。前記アルミナ基焼結体が複数種のＲＥ成分を含有するとき、ＲＥ成分の含有量は各ＲＥ成分の含有量の合計である。

この発明において、アルミナ基焼結体が含有するＡｌ成分、Ｓｉ成分、第２族元素成分及びＲＥ成分の各含有率は、例えば、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、エネルギー分散型マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ／ＥＤＳ）を用いた定量分析、蛍光Ｘ線分析又は化学分析により酸化物換算質量％として測定することができる。なお、この発明において、アルミナ基焼結体を前記定量分析、蛍光Ｘ線分析又は化学分析することにより算出した結果とアルミナ基焼結体の製造に用いる原料粉末の混合比とはほぼ一致する。

したがって、前記アルミナ基焼結体は、例えば、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて定量分析すると、主成分としてのＡｌ_２Ｏ_３と、ＳｉＯ_２と、ＭｇＯ及びＢａＯを含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の酸化物と、０．５〜４．０質量％の希土類元素の酸化物とを、これらの含有率の合計が１００質量％となるように、含有している。

アルミナ基焼結体は、Ａｌ成分、Ｓｉ成分、第２族元素成分及びＲＥ成分から実質的になる。ここで、「実質的に」とは、前記成分以外の成分を添加等により積極的に含有させないことを意味する。したがって、前記アルミナ基焼結体は、この発明の目的を損なわない範囲で不可避不純物を含有していてもよい。このような不可避不純物としては、例えば、Ｎａ、Ｓ、Ｎ等が挙げられる。これらの不可避不純物の含有量は少ない方がよく、例えば、Ａｌ成分、Ｓｉ成分、第２族元素成分及びＲＥ成分の合計質量を１００質量部としたときに１．０質量部以下であるのがよい。さらに、前記アルミナ基焼結体は、前記不可避不純物の他に、前記Ａｌ成分、Ｓｉ成分、第２族元素成分及びＲＥ成分に加えて、他の成分、例えば、Ｂ成分、Ｔｉ成分、Ｍｎ成分、Ｎｉ成分等を少量含有していてもよい。

スパークプラグ１００において、絶縁体２はアルミナ基焼結体で形成されているから、絶縁体２及びアルミナ基焼結体は同様の前記組成及び前記特性を有している。したがって、この発明によれば、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備えるスパークプラグを提供することができる。さらに、この発明によれば、高出力化された内燃機関等に装着されても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグを提供することができる。

この発明に係るスパークプラグの製造方法は、主成分としてのＡｌ化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の化合物粉末（以下、第２族元素化合物粉末と称することがある。）と、０．５〜４．０質量％の希土類化合物粉末とをこれらの酸化物換算含有率の合計が１００質量％となるように含有する原料粉末を、加圧成形後に焼結して、絶縁体を製造する工程を含んでいる。以下、この発明に係るスパークプラグの製造方法について具体的に説明する。

この発明に係るスパークプラグの製造方法においては、まず、原料粉末、すなわち、Ａｌ化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を含む２種類以上の第２族元素化合物粉末と、希土類化合物粉末とをスラリー中で混合する。また場合によっては、前記Ａｌ成分と同じ物質、前記Ｓｉ成分と同じ物質、前記第２族元素成分と同じ物質、前記ＲＥ成分と同じ物質の各粉末（なお、これらの粉末も原料粉末と称することができる。）を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前記各成分の含有率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、現実的に不可避不純物、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、緻密なアルミナ基焼結体を得るには、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。ここで、平均粒径は日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布測定装置（ＭＴ−３０００）によりレーザー回折法で測定した値である。

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化合物粉末の純度はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。Ｓｉ化合物粉末の平均粒径Ｄ５０が０．５〜３．０μｍであるのが好ましい。Ｓｉ化合物粉末が前記範囲の平均粒径Ｄ５０を有していると、Ｓｉ化合物粉末の粉砕時間を比較的短くでき生産性に優れるうえ、特に円相当直径が２０μｍ以上の気孔の発生を防止できる。具体的には、前記平均粒径Ｄ５０を大きくすると円相当直径が２０μｍ以上の気孔が発生しやすく前記面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）が大きくなる傾向にある。前記平均粒径Ｄ５０は粒度分布にける積算値５０％の粒度をいい、日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布測定装置（ＭＴ−３０００）によりレーザー回折法で測定した値である。

前記第２族元素化合物粉末は、焼成により第２族元素成分、すなわち、Ｍｇ成分及びＢａ成分を含む２種類以上の第２族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、アルカリ土類元素の酸化物（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。第２族元素化合物粉末は、Ｍｇ化合物粉末と、Ｂａ化合物粉末と、Ｃａ化合物粉末及び／又はＳｒ化合物粉末とであるのが好ましい。具体的には、Ｍｇ化合物粉末としてＭｇＯ粉末、ＭｇＣＯ_３粉末、Ｂａ化合物粉末としてＢａＯ粉末、ＢａＣＯ_３粉末、Ｃａ化合物粉末としてＣａＯ粉末、ＣａＣＯ_３粉末、Ｓｒ化合物粉末としてＳｒＯ粉末、ＳｒＣＯ_３粉末等が挙げられる。なお、第２族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。第２族元素化合物粉末の純度はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。第２族元素化合物粉末の平均粒径Ｄ５０はＳｉ化合物粉末と同様の理由により０．５〜３．０μｍであるのが好ましい。

希土類元素化合物粉末は、焼成によりＲＥ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及びその複合酸化物等の粉末を挙げることができる。原料粉末における希土類元素化合物粉末の混合割合を調整すると、得られるアルミナ基焼結体の誘電率εを調整することができる。具体的には、希土類元素化合物粉末の混合割合を多くすると前記誘電率εは大きくなる傾向がある。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。

前記原料粉末は、前記原料粉末における前記希土類化合物粉末の酸化物換算含有率が０．５〜４．０質量％となるように、前記各粉末が混合されている。この発明に係るスパークプラグの製造方法において、Ａｌ化合物粉末、Ｓｉ化合物粉末、第２族元素化合物粉末及び希土類化合物粉末等の各酸化物換算含有率は基本的には前記アルミナ基焼結体における各含有率と同様である。

なお、前記原料粉末にバインダーとして、例えば親水性結合剤を配合することもできる。この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。また、原料粉末を分散させる溶媒としては、例えば、水、アルコール等を用いることができる。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、溶媒として使用するときの水は４０〜１２０質量部、好ましくは５０〜１００質量部である。

このようにして得られたスラリーは、例えば、平均粒径１．４〜５μｍに調製することができる。次いで、このようにして得られたスラリーをスプレードライ法等により噴霧乾燥して平均粒径５０〜２００μｍ、好ましくは７０〜１５０μｍに造粒する。前記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。

この造粒物を加圧成形して好ましくは前記絶縁体２の形状及び寸法を有する未焼成成形体を得る。この加圧成形は５０〜７０ＭＰａの加圧下で行われる。前記圧力が前記範囲内にあると、得られるアルミナ基焼結体における前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）を２．０〜４．０％に調整することができる。具体的には、加圧圧力を小さくすると前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）が大きくなり、逆に加圧圧力を大きくすると前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）が小さくなる。得られた未焼成成形体は研削されて自身の形状が整えられる。この未焼成成形体は比較的大きな平均粒径を有する造粒物で形成されているから加工性に優れ、工業的に安価な前記方法によって、所望の形状に容易にかつ高い生産性で整形されることができる。

このようにして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１５００〜１７００℃、好ましくは１５５０〜１６５０℃で、１〜８時間、好ましくは３〜７時間にわたって焼成して、アルミナ基焼結体を得る。焼成温度が１５００〜１７００℃であると、焼結体が十分に緻密化し易く、アルミナ成分の異常粒成長が生じ難いので、得られるアルミナ基焼結体の耐電圧特性及び機械的強度を確保することができる。また、焼成時間が１〜８時間であると、焼結体が十分に緻密化し易く、アルミナ成分の異常粒成長が生じ難いので、得られるアルミナ基焼結体の耐電圧特性及び機械的強度を確保することができる。

このようにして前記組成を有する未焼成成形体を焼結すると、主成分としてのＡｌ成分とＳｉ成分とＭｇ成分及びＢａ成分を含む２種類以上の第２族元素成分と０．５〜４．０質量％の希土類元素成分とを含有するアルミナ基焼結体が得られる。このアルミナ基焼結体はその誘電率εが９．４〜１０．５（Ｆ／ｍ）の範囲内にある。さらに、得られるアルミナ基焼結体は、その鏡面研磨面における２５０μｍ×１９０μｍの領域を倍率５００倍で複数箇所例えば９個所観察したときに、観察領域の面積Ｓに対する、観察領域内に存在する気孔の合計面積Ｓ_Ａの面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）が２．０〜４．０％であり、観察領域内に存在する円相当直径が２０μｍ以上の気孔の合計面積Ｓ_２０の面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）が０．３％以下になっている。したがって、このアルミナ基焼結体は、小型のスパークプラグの絶縁体とされたときに高い耐汚損性と長期にわたる高い耐電圧特性とを発揮する。故に、このアルミナ基焼結体は、小型のスパークプラグ又は高出力化された内燃機関用のスパークプラグが備える絶縁体を形成する材料として、特に、高い耐汚損性と長期にわたる高い耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグが備える絶縁体を形成する材料として、好適である。

このアルミナ基焼結体は、絶縁体２の形状及び寸法に適合するように、所望により、再度、その形状等を整形されてもよい。このようにして、アルミナ基焼結体及びこのアルミナ基焼結体で構成されたスパークプラグ１００用の絶縁体２を作製することができる。

次いで、得られた絶縁体２はその貫通孔６に中心電極３が挿設される。中心電極３が挿設された絶縁体２を前記主体金具１に挿入して、第１主体金具段部５５と第１絶縁体段部２７とを係合させることによって、主体金具１に絶縁体２を取り付ける。なお、主体金具１は前記形状及び寸法に調整されている。接地電極４は絶縁体２を取り付ける前又は後に主体金具１の端部近傍に電気抵抗溶接等によって接合される。このようにして、前記条件（１）〜（３）を満たすスパークプラグ１００を製造することができる。この発明に係るスパークプラグの製造方法において、中心電極と、絶縁体と、主体金具との組み付ける態様としては、例えば図１〜図３に示すところの、この発明に係るスパークプラグの一実施例を挙げることができる。

この発明に係るスパークプラグは、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン、ディーゼル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取付ネジ部７が螺合されて所定の位置に固定される。

このように、前記組成及び前記特性を有するアルミナ基焼結体で絶縁体２が作製されているから、この発明によれば、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備えるスパークプラグを製造することのできるスパークプラグの製造方法を提供することができる。さらに、この発明によれば、高出力化された内燃機関等に装着されても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグの製造方法を提供することができる。

この発明に係るスパークプラグは、前記した実施例に限定されることはなく、本願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。例えば、前記スパークプラグ１００は、脚長部３０が略円錐台形をなしているが、この発明において、前記脚長部は、略均一な外径を有する円筒形を有する脚長基部と、この脚長基部から段差部を経て脚長基部よりも小径の略円錐台形の脚長先端部とを備えていてもよい。

また、前記スパークプラグ１００は、中心電極３及び接地電極４を備えているが、この発明においては、中心電極の先端部、及び／又は、接地電極の表面に、貴金属チップを備えていてもよい。中心電極の先端部及び接地電極の表面に形成される貴金属チップは、通常、円柱形状を有し、適宜の寸法に調整され、適宜の溶接手法例えばレーザー溶接又は電気抵抗溶接により中心電極の先端部、接地電極の表面に溶融固着される。中心電極の先端部に形成された貴金属チップの表面と接地電極の表面に形成された貴金属チップの表面とで前記火花放電間隙が形成される。この貴金属チップを形成する材料は、例えば、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｉｒ、Ｉｒ合金等の貴金属が挙げられる。

（実施例１〜１５及び比較例１〜５）
アルミナ粉末とＳｉ化合物粉末と第２族元素化合物粉末としてＭｇ化合物粉末、Ｂａ化合物粉末、Ｃａ化合物粉末及び／又はＳｒ化合物粉末と希土類化合物粉末との原料粉末（混合した各粉末の種類を第１表に示す。）に親水性結合剤を添加してスラリーを調製した。なお、前記Ｓｉ化合物粉末及び前記第２族元素化合物粉末の平均粒径Ｄ５０を「焼結助剤の平均粒径Ｄ（μｍ）」５０として第１表に示す。

得られたスラリーをスプレードライ法等により噴霧乾燥して平均粒径が約１００μｍの粉末を造粒した。この粉末を第１表に示す「成形圧力」でラバープレス成形して未焼成成形体を得た。この未焼成成形体を大気雰囲気下において焼成温度１５００〜１７００℃の範囲内で焼成時間を１〜８時間に設定して焼成し、その後、釉薬をかけて仕上げ焼成することにより、各アルミナ基焼結体を得た。前記焼成条件は前記範囲内ですべて同一の条件に設定した。

得られたアルミナ基焼結体それぞれの組成すなわち各成分の含有率を、エネルギー分散型マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ／ＥＤＳ）を用いた定量分析によって、Ａｌ成分とＳｉ成分と第２族元素成分と希土類元素成分との含有率（酸化物換算）の合計を１００質量％としたときの質量割合（％）として算出した。エネルギー分散型マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ／ＥＤＳ）の分析条件は、フィールドエミッション電子プローブマイクロアナライザ（ＪＸＡ−８５００Ｆ、日本電子株式会社製）を用いてスポット径φ２００、加速電圧２０ｋＶに設定し、１０個所測定したときの算出平均値とした。その結果を第１表に示す。第１表において空欄はその成分が検出されなかったことを意味する。なお、第１表に示される各成分の含有率は前記原料粉末における混合割合とほぼ一致していた。また、得られたアルミナ基焼結体それぞれの誘電率ε（Ｆ／ｍ）、面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）及び面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）を前記方法により測定又は算出した結果を、第２表に示す。

（耐汚損性）
各アルミナ基焼結体を用いて、図１〜図３に示されるスパークプラグ１００を製造した。実施例１〜１５及び比較例１〜５のスパークプラグにおいて、取付ネジ部７の呼び径を第１表に示される「プラグタイプ」に適合する値に、火花放電間隙ｇを１．１ｍｍに、また、前記係合凸部５６の内径Ｄ_ＩＮ（ｍｍ）、前記脚長基部の最大外径ｄ_ＯＵＴ（ｍｍ）及びその内径ｄ_ＩＮ（ｍｍ）を第１表に示す値にそれぞれ調整した。このようにして準備した各スパークプラグを用いてプレデリバリ耐久試験を行った。すなわち、各スパークプラグを、接地電極４側を正、中心電極２側を負とする電圧印加極性で試験用自動車（排気量：１５００ｃｃ、直列４気筒）に取り付け、ＪＩＳ：Ｄ１６０６に例示されている走行パターン（テスト室温：−１０℃）を１サイクルとして、スパークプラグの絶縁抵抗が１０ＭΩ以下に低下するまでこれを繰り返した。スパークプラグの耐汚損性は、前記サイクル数により評価し、そのサイクル数が１０サイクル以上であった場合を「○」、６サイクル以下であった場合を「×」とした。その結果を第２表に示す。

（耐電圧特性：印加電圧３３ｋＶ）
耐汚損性と同様にして実施例１〜１５及び比較例１〜５の各スパークプラグをそれぞれ複数本準備した。周辺圧力が１０ＭＰａの環境下で準備したスパークプラグの主体金具１と中心電極３との間に３３ｋＶの電圧を２００時間にわたって連続して印加した。この試験を各スパークプラグそれぞれについて行い、各スパークプラグの試験総数に対する絶縁破壊が発生したスパークプラグ数の破壊割合（％）を算出して、スパークプラグの耐電圧特性を評価した。耐電圧特性は、前記破壊割合（％）が０％であった場合を「◎」、前記破壊割合（％）が０％を超え２０％未満であった場合を「○」、前記破壊割合（％）が２０％以上であった場合を「×」とした。その結果を「耐電圧特性 印加電圧３３ｋＶ」として第２表に示す。なお、主体金具１と中心電極３とに３３ｋＶの電圧を印加した耐電圧特性において、前記破壊割合（％）が２０％未満であれば実用上許容でき、前記破壊割合（％）が０％であれば実用上十分な耐電圧特性を長期にわたって発揮する。

（耐電圧特性：印加電圧３８ｋＶ）
主体金具１と中心電極３との間に連続して印加する電圧を３８ｋＶに設定したこと以外は、前記耐電圧特性１と基本的に同様にして、各スパークプラグにおける高電圧が印加されたときの耐電圧特性を評価した。その結果を「耐電圧特性 印加電圧３８ｋＶ」として第２表に示す。なお、主体金具１と中心電極３とに３８ｋＶの高電圧を印加した耐電圧特性において、前記破壊割合（％）が２０％未満であれば実用上許容でき、前記破壊割合（％）が０％であれば実用上十分な耐電圧特性を長期にわたって発揮する。

なお、各スパークプラグの絶縁体における誘電率ε（Ｆ／ｍ）、前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）及び前記面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）は第２表に示されたアルミナ基焼結体のそれらと同一であった。

第２表に示されるように、前記条件（１）〜（３）をすべて満足する実施例１〜１５は、取付ネジ部７の呼び径がＭ１２となるように小型化されたスパークプラグであるにもかかわらず、３３ｋＶの電圧を２００時間の長期にわたって連続印加された場合だけでなく、３８ｋＶもの高電圧を２００時間の長期にわたって連続印加された場合であっても、耐汚損性を損なうことなく、絶縁破壊が発生しにくく高い耐電圧特性を発揮した。同様に、アルミナ基焼結体が主成分としてのＡｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２とＭｇＯ及びＢａＯを含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の酸化物と０．５〜４．０質量％の希土類元素の酸化物とを、これらの含有率の合計が１００質量％となるように、含有していると、小型化されたスパークプラグであっても耐汚損性を損なうことなく高い耐電圧特性を発揮した。

さらに、誘電率εが９．４〜１０．５で、前記面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）が２．０〜４．０％、かつ前記面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）が０．３％以下である実施例、及び、原料粉末の平均粒径Ｄ５０が０．５〜３．０μｍで成形圧力が５０〜７０ＭＰａでアルミナ基焼結体を製造した実施例はいずれも長期間にわたって優れた耐電圧特性を発揮した。特に、これらをすべて満たす実施例５、７〜９はいずれも、３３ｋＶの電圧、及び、３８ｋＶもの高電圧が２００時間の長期にわたって連続印加されても１本も絶縁破壊が発生せず、長期間にわたって極めて優れた耐電圧特性を発揮した。

一方、比較例１及び２は、条件（２）を満足せず脚長基部が２．１ｍｍ以上と非常に厚いから、耐電圧特性に優れる反面、十分に小型化することができない。比較例３〜５は、条件（２）を満足しているが条件（３）を満たしていないから、絶縁破壊しやすく、３８ｋＶの高電圧が印加されたときの耐電圧特性は実用上の許容範囲まで到達しなかった。なお、比較例１及び３は、条件（１）を満たさず、基部間隙Ｓが広いから耐汚損性に劣っていた。

この発明に係るスパークプラグは、如何なる内燃機関にも使用することができるが、薄肉化された絶縁体が要求される小型のスパークプラグ、例えば、高出力化された内燃機関等に用いられるスパークプラグとして好適であり、特に、耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグが要求される内燃機関に用いられるスパークプラグとして好適である。

１００ スパークプラグ
１ 主体金具
２ 絶縁体
３ 中心電極
４ 接地電極
６ 貫通孔
７ 取付ネジ部
２９ 脚長基部
３０ 脚長部（絶縁体縮径部）
５６ 係合凸部（主体金具基部）
ｇ 火花放電間隙
Ｓ 基部間隙

Claims (5)

1. 先端側に小径の脚長部を有する略筒状に形成され、軸線方向に貫通する貫通孔を有する絶縁体と、前記貫通孔の前記先端側に挿設された中心電極と、径方向内側に突出する係合凸部を有する略筒状に形成され、内挿された前記絶縁体を前記係合凸部で保持する主体金具とを備えて成るスパークプラグであって、
   前記係合凸部の内径をＤ_ＩＮ（ｍｍ）、前記脚長部のうち前記係合凸部の内周面に対面している部分の最大外径をｄ_ＯＵＴ（ｍｍ）及びその内径をｄ_ＩＮ（ｍｍ）、並びに、前記絶縁体の誘電率をε（Ｆ／ｍ）としたときに、下記条件（１）〜（３）を満足することを特徴とするスパークプラグ。
   条件（１）：（Ｄ_ＩＮ−ｄ_ＯＵＴ）／２≦０．４０（ｍｍ）
   条件（２）：（ｄ_ＯＵＴ−ｄ_ＩＮ）／２≦１．６５（ｍｍ）
   条件（３）：ε≧９．４（Ｆ／ｍ）
2. 前記誘電率εは１０．５（Ｆ／ｍ）以下であり、かつ、
   前記絶縁体は、その鏡面研磨面における２５０μｍ×１９０μｍの領域を倍率５００倍で観察したときに、観察領域の面積Ｓに対する、前記観察領域内に存在する気孔の合計面積Ｓ_Ａの面積割合（Ｓ_Ａ／Ｓ）が２．０〜４．０％であり、前記観察領域内に存在する円相当直径が２０μｍ以上の気孔の合計面積Ｓ_２０の面積割合（Ｓ_２０／Ｓ）が０．３％以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記絶縁体は、主成分としてのＡｌ_２Ｏ_３と、ＳｉＯ_２と、ＭｇＯ及びＢａＯを含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の酸化物と、０．５〜４．０質量％の希土類元素の酸化物とを、これらの含有率の合計が１００質量％となるように、含有するアルミナ基焼結体で形成されてなる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。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   主成分としてのＡｌ化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素化合物粉末と、０．５〜４．０質量％の希土類化合物粉末とをこれらの酸化物換算含有率の合計が１００質量％となるように含有する原料粉末を、加圧成形後に焼結して、前記絶縁体を製造する工程を含むことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
5. 前記Ｓｉ化合物粉末及び前記第２族元素化合物粉末はそれらの平均粒径Ｄ５０が０．５〜３．０μｍであり、前記加圧成形は５０〜７０ＭＰａの加圧下で行われることを特徴とする請求項４に記載のスパークプラグの製造方法。

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