JP5129819B2 - スパークプラグ用絶縁体及びその製造方法、並びに、スパークプラグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグ及びその製造方法、並びに、スパークプラグに用いられるスパークプラグ用絶縁体及びその製造方法に関する。

内燃機関用スパークプラグは、内燃機関（エンジン）に取付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられるものである。一般的にスパークプラグは、軸孔を有する絶縁体と、当該軸孔の先端側に挿通される中心電極と、軸孔の後端側に挿通される端子電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端部に設けられ、中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。加えて、中心電極に高電圧が印加されることで、両電極間の火花放電間隙において放電が生じ、混合気へと着火される。

また、一般的に絶縁体は、次のようにして製造される。すなわち、筒状の成形用ラバー型のキャビティ内にアルミナを主成分とする粒状体を充填し、前記成形用ラバー型の径方向から液圧を加えることで粒状体を加圧・圧縮し、成形体を得る。そして、得られた成形体に所定の絶縁体形状に切削加工を施した後、焼成することで絶縁体が得られる。

ところで、上述のように中心電極に対して高電圧が印加されるため、中心電極の外周に設けられる絶縁体に火花貫通破壊が生じ、貫通孔が形成されてしまうおそれがある。ここで、絶縁体に貫通孔が形成されてしまうと、中心電極から主体金具へと電流がリークしてしまい、火花放電間隙において火花放電が生じなくなってしまう。そのため、絶縁体には優れた耐電圧性能が要求される。特に近年、スパークプラグの小型化や小径化の要請から、絶縁体の薄肉化が要求されており、耐電圧性能のより一層の向上が必要となっている。

そこで、火花貫通破壊の一要因である絶縁体内の空孔を減少させるべく、前記粒状体を構成する粒子の圧縮強度のばらつきを比較的小さなものとすることで、成形体内部に形成される空孔を減少させる技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。当該技術によれば、圧力が加えられた際に、圧縮強度が小さく、低圧力で破壊される粒子によって圧力の伝播が阻害されてしまうことを防止できるため、粒子を均一に破壊することができ、ひいては成形体内部の空孔を減少させることができるとされている。
特開平９−２５１７１号公報

ところで、上述の通り、絶縁体を製造する際には、成形用ラバー型によって粒状体を径方向から加圧・圧縮することで成形体が得られる。ここで、金型によるプレス成形の場合には、粒状体に対して圧力を略均一に加えることができるが、成形用ラバー型によるプレス成形の場合には、粒状体に対して成形用ラバー型の径方向と直交する方向に沿った圧力を加えづらい。そのため、上記技術を採用し、圧縮強度のばらつきを抑制したとしても、圧縮強度の大きな粒子を破壊することができず、ひいては成形体内部の空孔を十分に減少させることができないおそれがある。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁体内部の空孔を減少させ、絶縁体の緻密化を図ることにより、耐電圧性能の向上を図ることができるスパークプラグ用絶縁体及びその製造方法、並びに、スパークプラグ用絶縁体を備えるスパークプラグ及びその製造方法を提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成のスパークプラグ用絶縁体の製造方法は、軸線方向に沿った軸孔を有するスパークプラグ用絶縁体の製造方法であって、
酸化アルミニウム粉末を主成分とするとともに、酸化ケイ素を含む少なくとも１種類以上の焼結助剤を含有する原料粉末を溶媒に混合し、スラリーを調合するスラリー化工程と、
前記スラリーを噴霧乾燥して粒状体を得る造粒工程と、
筒状の成形用ラバー型のキャビティ内に前記粒状体を充填する充填工程と、
前記キャビティ内に棒状のプレスピンを配置した上で、前記成形用ラバー型の径方向から成形圧力を加えることにより、前記粒状体を圧縮し、成形体を形成する加圧成形工程と、
前記成形体を所定の絶縁体形状の絶縁体中間体に切削する切削加工工程と、
を含み、
前記粒状体を構成する粒子の平均粒径を６０μｍ以上１２０μｍ以下とするとともに、
前記粒状体の顆粒強度を１ＭＰａ以下としたことを特徴とする。

尚、「筒状」とあるのは、厳密な意味での筒形状（無底形状）のみを指すものではなく、有底形状のものも含まれる。

上記構成１によれば、粒状体の顆粒強度が１ＭＰａ以下とされているため、比較的圧力が伝播されづらいラバープレス成形であっても、粒状体を構成する粒子を略均一に破壊することができる。これにより、成形体内部に形成される空孔の数を減少させることができ、ひいては絶縁体内部の空孔数を減少させることができる。

また、粒状体を構成する粒子の平均粒径が６０μｍ以上１２０μｍ以下と比較的小径化されているため、粒子間に形成される空孔の大きさを比較的小さなものとすることができる。

すなわち、本構成１によれば、スパークプラグ用絶縁碍子を製造する際に用いられる比較的圧力が伝播されづらいラバープラス成形であっても、絶縁体内部に形成される空孔の数を減少させることができるとともに、空孔の大きさをより小さなものとすることができる。これにより、絶縁体の飛躍的な緻密化を図ることができ、耐電圧性能の飛躍的な向上を図ることができる。

尚、粒状体を形成する粒子の平均粒径が６０μｍ未満である場合には、粉末の流動性が低下してしまい、ひいては粉末のハンドリング性が悪化してしまうおそれがある。

構成２．本構成のスパークプラグ用絶縁体の製造方法は、上記構成１において、前記加圧成形工程における成形圧力を５０ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下としたことを特徴とする。

上記構成２によれば、加圧成形工程において粒状体に加えられる成形圧力が５０ＭＰａ以上とされている。これにより、顆粒強度が１ＭＰａ以下の粒状体をより確実に圧縮することができ、成形体内部の空孔をより確実に減少させることができる。ひいては、絶縁体内部に形成される空孔をより一層減少させることができ、耐電圧性能の一層の向上を図ることができる。

尚、成形圧力を増大させることで粒状体をより一層確実に圧縮することができるが、１５０ＭＰａを超える成形圧力を加えた場合には、成形用ラバー型の損耗が急激に進んでしまい、製造コストが増大してしまうおそれがある。また、１５０ＭＰａを超える成形圧力を加えようとする場合には、加圧力を増大させるべく、加圧用ポンプの大型化等を図ったりする必要がある。従って、この点においても成形圧力を１５０ＭＰａ以下とすることが好ましい。

構成３．本構成のスパークプラグ用絶縁体の製造方法は、上記構成１又は２において、前記切削加工工程における前記成形体の切削量を、前記成形体の質量の５０％未満としたことを特徴とする。

上述の通り、成形用ラバー型によるラバープレス成形の際には、粒状体に対して径方向の圧力が加えられることとなる。ここで、成形された成形体の密度について鑑みると、成形体のうち、成形用ラバー型やプレスピンと当接する外周部分や内周部分及びその近傍の密度は比較的大きなものとなり、一方、外周部分と内周部分との間に位置する中間部分の密度は比較的小さなものとなる。また特に、成形体が比較的厚い場合には、外周部分や内周部分と中間部分との密度差がより大きなものとなる。ここで、切削加工工程における成形体の切削量が比較的大きくなる場合、すなわち、成形体が絶縁体中間体の厚さよりも過度に厚く形成されている場合には、上述の通り、成形体の外周部分及び内周部分と、中間部分との密度差が比較的大きくなり、さらには、切削加工されてなる絶縁体中間体の外周部分が、成形体のうち比較的低密度の中間部分に当たることとなってしまう。その結果、絶縁体中間体、ひいては絶縁体について、比較的高密度の内周部分と、比較的低密度の外周部分との間で密度ムラが生じてしまい、結果として、耐電圧性能の低下を招いてしまうおそれがある。

この点、上記構成３によれば、切削加工工程においては、成形体の質量の５０％未満の切削量で絶縁体中間体を形成するように構成されている。このため、成形体が絶縁体中間体の厚さよりも過度に厚く形成されてしまうことを防止でき、成形体の外周部分及び内周部分と中間部分との密度差を比較的小さなもの（すなわち、成形体の密度を略均一なもの）とすることができる。これにより、絶縁体中間体、ひいては絶縁体について、その外周部分及び内周部分と中間部分との間における密度ムラの発生を抑制することができ、耐電圧性能の更なる向上を図ることができる。

また、切削加工工程における切削量を抑制することができることから、製造コストの増大抑制を図ることができる。

構成４．本構成のスパークプラグ用絶縁体の製造方法は、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記プレスピンは、
自身の先端側に形成された小径部と、
前記小径部よりも後端側において、前記小径部よりも大径に形成された大径部と、
前記小径部と前記大径部との間に形成され、先端側に向けて先細る１つ以上の段差部とを備え、
前記充填工程において、少なくとも前記段差部を覆うように前記粒状体が充填されることを特徴とする。

一般的に絶縁体の軸孔の先端側には、中心電極の端部を係止するための段部が形成される。ここで、絶縁体のうち、前記段部の外周部分及びその近傍に当たる部位は、絶縁体と主体金具とを組み付ける際に、直接又は板パッキン等を介して主体金具に対して強固に押し付けられることとなる。そのため、絶縁体のうち前記段部を形成する部位は機械的強度及び耐電圧性能の両面において優れていることが好ましい。

ところが、一般的に前記段部は、プレスピンに設けられた段差部によって形成されるが、当該段差部は先端側に向けて先細る形状とされているため、プレス成形時に径方向から印加された圧力が逃げてしまいやすい。そのため、絶縁体のうち段部を形成する部位に空孔が比較的多く形成されてしまいやすく、ひいては耐久性や耐電圧性能の低下という事態を招いてしまうおそれがある。

この点、上記構成４によれば、顆粒強度が１ＭＰａ以下と比較的小さい粒状体を用いて、成形体を形成しているため、径方向から加えられた圧力が多少逃げてしまっても、粒状体の粒子をより確実に破壊することができる。これにより、段部を形成する部位の空孔を減少させることができ、当該部位の一層の緻密化を図ることができる。その結果、機械的強度及び耐電圧性能を向上させることができる。

構成５．本構成のスパークプラグ用絶縁体の製造方法は、上記構成１乃至４のいずれかにおいて、前記成形用ラバー型の硬度を４０Ｈｓ以上９０Ｈｓ以下としたことを特徴とする。

上記構成５によれば、成形用ラバー型の硬度が４０Ｈｓ以上９０Ｈｓ以下とされているため、成形用ラバー型が十分な耐久性を維持しつつ、粒状体をより確実に圧縮・成形することができる。

尚、成形用ラバー型の硬度が４０Ｈｓ未満である場合には、成形用ラバー型の耐久性が不十分なものとなってしまうおそれがある。一方で、成形用ラバー型の硬度が９０Ｈｓを超える場合には、粒状体に対して圧力が十分に加わらず、成形体の密度の減少等を招いてしまうおそれがある。

構成６．本構成のスパークプラグ用絶縁体は、上記構成１乃至５のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とする。

上記構成６のスパークプラグ用絶縁体は、上記構成１等に記載された製造方法によって製造されるため、優れた耐電圧性能を発揮することができる。

構成７．本構成のスパークプラグは、上記構成６に記載のスパークプラグ用絶縁体を備えることを特徴とする。

上記構成７のスパークプラグは、耐電圧性能に優れたスパークプラグ用絶縁体を有するため、耐久性の向上及び長寿命化を図ることができる。

構成８．本構成のスパークプラグの製造方法は、上記構成１乃至５のいずれかに記載の製造方法により製造されたスパークプラグ用絶縁体を用いてスパークプラグを製造することを特徴とする。

上記構成８のように、上記技術思想をスパークプラグの製造方法に具現化することとしてもよい。この場合、基本的に上記構成１等と同様の作用効果が奏されることとなる。

以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、スパークプラグ１を示す一部破断正面図であり、図２は、スパークプラグ用絶縁体としての絶縁碍子２の正面図である。なお、図１及び図２では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれより細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、脚長部１３の大部分は、主体金具３の内部に収容されている。そして、脚長部１３と中胴部１２との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。より詳しくは、中心電極５の基端部に形成された膨出部５ｋが、軸孔４の先端側に形成された段部４ａに係止された状態で、中心電極５が固定されている。また、中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとにより構成されている。さらに、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。

また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ１をエンジンヘッドに取付けるためのねじ部（雄ねじ部）１５が形成されている。また、ねじ部１５の後端側の外周面には座部１６が形成され、ねじ部１５後端のねじ首１７にはリング状のガスケット１８が嵌め込まれている。さらに、主体金具３の後端側には、主体金具３をエンジンヘッドに取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

また、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部２６の先端面には、先端側が曲げ返されて、その側面が中心電極５の先端部と対向する接地電極２７が接合されている。当該接地電極２７は、外層２７Ａ及び内層２７Ｂからなる２層構造となっている。本実施形態において、前記外層２７ＡはＮｉ合金〔例えば、インコネル６００やインコネル６０１（いずれも登録商標）〕によって構成されている。一方、前記内層２７Ｂは、前記Ｎｉ合金よりも良熱導電性金属である銅合金又は純銅によって構成されている。また、中心電極５の先端部と、接地電極２７の先端側面部との間には、火花放電間隙３３が形成されている。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。

続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ系合金等からなる接地電極２７が抵抗溶接される。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。これにより、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。また、接地電極２７の溶接された主体金具３には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。より詳しくは、まず、平均粒径０．５μｍ以上３μｍ以下のアルミナ（酸化アルミニウム）粉末を主成分とし、酸化ケイ素を含む平均粒径１μｍ以上３μｍ以下の焼結助剤を少なくとも１種含有して構成される原料粉末に対し、アクリル系バインダを０．５質量％以上２質量％以下含有した上で、水を溶媒として湿式混合することでスラリーを調整する。そして、調整されたスラリーを噴霧乾燥し、粒状体を得る。ここで、得られた粒状体の平均粒径が６０μｍ以上１２０μｍ以下（例えば、１００μｍ）であり、かつ、粒状体の顆粒強度が１ＭＰａ以下となっている。尚、粒状体の顆粒強度とは、次に示す方法によって測定（算出）された値をいう。すなわち、島津微小圧縮試験機（島津製作所製、ＭＣＴＥ−２００）を用いて粒状体を構成する粒子の粒子径と当該粒子が破壊される荷重（破壊荷重）とを測定し、測定した粒子径と破壊荷重とを「２．８×（破壊荷重）／π×（粒子径）²」の式に代入して得た値をいう。

次いで、得られた粒状体を、ラバープレス成形機４１によって、ラバープレス成形することで成形体を作製する。ここで、ラバープレス成形機４１について詳述すると、図３に示すように、ラバープレス成形機４１は、軸線ＣＬ２方向に沿って延びるキャビティ４２を有する円筒状の内ゴム型４３と、当該内ゴム型４３の外周に設けられる円筒状の外ゴム型４４と、当該外ゴム型４４の外周に設けられる成形機本体４５と、前記キャビティ４２の下側開口部を塞ぐための底蓋４６及び下ホルダー４７とを備えて構成されている。また、前記成形機本体４５には、液体流路４５ａが設けられており、当該液体流路４５ａを介して、液圧を外ゴム型４４の外周面に対して径方向に付与することで、キャビティ４２を径方向に縮小させることができるようになっている。尚、前記内ゴム型４３及び外ゴム型４４が、成形用ラバー型に相当する。また、内ゴム型４３及び外ゴム型４４の硬度は、４０Ｈｓ以上９０Ｈｓ以下とされている。

製造方法の説明に戻り、前記粒状体ＰＭが内ゴム型４３のキャビティ４２に充填される。次いで、図４に示すように、前記キャビティ４２内にプレスピン５１が配置される。ここで、前記プレスピン５１の基端部側には上ホルダー５２が一体化して設けられており、当該上ホルダー５２がキャビティ４２の上側開口部に嵌め込まれることで、キャビティ４２を密封状態で塞ぐことができるようになっている。また、プレスピン５１は、基端部側に形成される大径部５１ａと、先端部側に形成され、前記大径部５１ａよりも小径の小径部５１ｂとを備えており、さらに、前記大径部５１ａ及び小径部５１ｂ間には、自身の先端側（図の下側）に向けて先細る段差部５１ｃが形成されている。

次に、前記液体流路４５ａを介して液圧を印加することで、内ゴム型４３及び外ゴム型４４の外周側から圧力を印加し、キャビティ４２を縮小させる。これにより、粒状体ＰＭが圧縮・成形される。そして、所定時間経過後、液圧の付与を解除することで、内ゴム型４３及び外ゴム型４４が弾性復帰し、縮小していたキャビティ４２が元のサイズに戻る。次いで、図５に示すように、プレスピン５１をラバープレス成形機４１から軸線ＣＬ２方向に引き上げることによって、プレスピン５１とともに、粒状体ＰＭが圧縮されて形成された成形体ＣＰがキャビティ４２から抜き取られる。その後、プレスピン５１を成形体ＣＰに対して相対回転させることによって、プレスピン５１が成形体ＣＰから抜き取られる。尚、プレスピン５１が抜き取られて形成される成形体ＣＰの貫通孔が、前記軸孔４を構成することとなり、プレスピン５１の段差部５１ｃによって形成される段差部分が、軸孔４内の段部４ａを構成することとなる。

次いで、切削加工工程において、得られた成形体ＣＰに対し、研削加工が施され、図２に示す、絶縁碍子２と略同一の外形をなす絶縁体中間体ＩＰが得られる。そして、焼成工程において、得られた絶縁体中間体ＩＰが焼成炉へ投入・焼成されることで、絶縁碍子２が得られる。

また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、Ｎｉ系合金が鍛造加工され、その中央部に放熱性向上を図るべく銅合金からなる内層５Ａが設けられる。

そして、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、焼成炉内にて加熱しつつ、後方から前記端子電極６で押圧することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。

その後、上記のようにそれぞれ作成された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。

そして、最後に、接地電極２７を屈曲させることで、中心電極５の先端部及び接地電極２７の先端部間の前記火花放電間隙３３を調整する加工が実施される。

このように一連の工程を経ることで、上述した構成を有するスパークプラグ１が製造される。

次に、本実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、耐電圧評価試験を行った。耐電圧評価試験の概要は次の通りである。すなわち、顆粒強度が１ＭＰａを超える粒状体Ａ（比較例に相当する）と、顆粒強度が１ＭＰａ以下の粒状体Ｂ（実施例に相当する）とを、それぞれ金型プレス成形（加圧力１００ＭＰａ）することにより円盤状の試験用成形体を成形し、これを上記絶縁碍子を製造する工程と同じ条件で焼成することで、直径２５ｍｍで厚さ０．６５ｍｍの円板状試験片を得た。そして、円盤状試験片を、一対の棒状の電極間で挟み込んだ上で、当該一対の電極の外周側面を覆うようにして配置された一対のアルミナ製碍筒と円盤状試験片とを封着ガラスにより固定した。次いで、電熱ヒータを有する加熱用ボックス内に円盤状試験片や一対の電極等を配設した上で、前記電熱ヒータによって加熱ボックス内を７００℃に加熱し、高電圧発生装置（ＣＤＩ電源）を用いて円盤状試験片に対して高電圧を印加し、絶縁破壊が発生したときの耐電圧値を測定した。耐電圧評価試験の結果を図６に示すとともに、粒状体Ａを用いて得た円盤状試験片の断面組織を図７（ａ）に、粒状体Ｂを用いて得た円盤状試験片の断面組織を同図（ｂ）に示す。尚、粒状体Ａの顆粒強度は約１．２ＭＰａであり、粒状体Ｂの顆粒強度は約０．５ＭＰａであった。また、粒状体Ａを構成する粒子の平均粒径、及び、粒状体Ｂを構成する粒子の平均粒径は、ともに１００μｍであった。

図６に示すように、粒状体Ａを用いて得た円盤状試験片の耐電圧値が３０ｋＶ／ｍｍ程度であるのに対して、粒状体Ｂを用いて得た円盤状試験片は、その耐電圧値が６０ｋＶ／ｍｍ以上となり、優れた耐電圧性能を有することがわかった。これは、図７（ａ），（ｂ）に示すように、顆粒強度が比較的小さい粒状体Ｂを用いることによって、円盤状試験片中に形成される、火花貫通破壊の一要因である空孔（図中の黒色部位）をより小さく、かつ、より少ないものとすることができたことによると考えられる。

次いで、粒状体を構成する粒子の平均粒径が種々異なる粒状体を用いてスパークプラグ用絶縁体のサンプルを作製し、各サンプルの相対密度を測定した。図８に、平均粒径及び相対密度の関係を表すグラフを示す。尚、「相対密度」とは、アルキメデス法によって測定された焼結体密度の理論密度に対する比率を百分率で表したものである。また、「理論密度」とは、焼結体に含まれる各元素の含有量を酸化物換算し、各酸化物換算した含有量から混合則によって計算される密度のことをいう。尚、相対密度は数値が大きいほど、焼結体が緻密化されていることを示しており、ひいては耐電圧性能が向上することを示している。

図８に示すように、平均粒径が１２０μｍを超えると、相対密度が急激に小さくなることが明らかとなった。これは、粒子間の空孔が比較的大きなものとなってしまったことに起因すると考えられる。従って、相対密度を増大させ、優れた耐電圧性能を実現するためには、粒状体を構成する粒子の平均粒径を１２０μｍ以下とすることが好ましいといえる。但し、前記平均粒径が６０μｍ未満である場合には、粒状体の流動性が低下してしまい、粒状体のハンドリング性が悪化してしまうおそれがある。従って、粒状体を構成する粒子の平均粒径を６０μｍ以上１２０μｍ以下とすることがより好ましいといえる。

次に、上述した粒状体Ｂを用いて、ラバープレス成形時の成形圧力を種々変更したスパークプラグ用絶縁体のサンプルを作製し、各サンプルの相対密度を測定した。成形圧力及び相対密度の関係を表すグラフを図９に示す。

図９に示すように、成形圧力が５０ＭＰａ以上とされることによって、相対密度が十分に大きなものとなることがわかった。これは、成形圧力が５０ＭＰａ以上とされることで、顆粒強度が１ＭＰａ以下の粒状体をより確実に圧縮でき、空孔の数をより確実に減少させることができたことによると考えられる。尚、粒状体のより一層確実な圧縮を図るという観点からは、成形圧力を６０ＭＰａ以上とすることが好ましいといえる。但し、成形圧力が１５０ＭＰａを超えると、成形用ラバー型の損耗が急激に進行してしまい、製造コストの増大を招いてしまうおそれがある。そのため、成形圧力は１５０ＭＰａ以下とすることが望ましいといえる。

次いで、硬度の種々異なる複数の成型用ラバー型を用意した上で、各成形用ラバー型を用いて、上述の粒状体Ｂを圧縮成形してなるスパークプラグ用絶縁体のサンプルを作製した。そして、作製された各サンプルの相対密度を測定した。図１０に、成型用ラバー型の硬度と、作製されたサンプルの相対密度との関係を表すグラフを示す。

併せて、硬度の種々異なる成型用ラバー型について、それぞれの耐久性を調べた。尚、成型用ラバー型の耐久性は、次のようにして調べた。すなわち、プレス加工を繰り返し行ったときには、成型用ラバー型に変形が生じ、成型用ラバー型内部（キャビティ）の形状が変化する。そこで、その変化量が所定の変化量を超えたときにおけるプレス加工の回数を測定し、その回数が所定回数未満であったときには、耐久性が不十分として「×」の評価を下した。一方で、前記回数が前記所定の回数以上であったときには、十分な耐久性を有するとして「○」の評価を下し、さらに、前記回数が前記所定の回数を大きく上回ったときには、非常に優れた耐久性を有するとして「◎」の評価を下した。表１に、成型用ラバー型の硬度とその耐久性との関係を示す。

図１０に示すように、硬度を９０Ｈｓ以下とした成型用ラバー型を用いることで形成されたサンプルは、十分に大きな相対密度を有することが明らかとなった。一方で、表１に示すように、硬度を４０Ｈｓ以上とすることで、成型用ラバー型は繰り返しの使用に耐え得るだけの十分な耐久性を有することがわかった。また、硬度を５０Ｈｓ以上とすることで、成型用ラバー型は一層優れた耐久性を有することが明らかとなった。

以上より、絶縁碍子の緻密化、ひいては耐電圧性能の向上を図るためには、粒状体の顆粒強度を１ＭＰａ以下とするとともに、粒状体を構成する粒子の平均粒径を６０μｍ以上１２０μｍ以下とすることが好ましいといえる。

また、絶縁碍子のより一層の緻密化を図りつつ、製造コストの増大抑制を図るためには、成形圧力を５０ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下とすることがより好ましいといえる。

加えて、成型用ラバー型が十分な耐久性を維持しつつ、粒状体をより確実に圧縮・成形するという観点からは、成形用ラバー型の硬度を４０Ｈｓ以上９０Ｈｓ以下とすることが好ましく、５０Ｈｓ以上９０Ｈｓ以下とすることが一層好ましいといえる。

また、本実施形態においては、プレスピン５１に設けられた段差部５１ｃによって段部４ａが形成されるが、当該段差部５１ｃは先端側に向けて先細る形状であるため、ラバープレス成形時において、段差部５１ｃの周囲に位置する粒状体ＰＭに成形圧力が加わりづらく、ひいては段部４ａを形成する部位の機械的強度や耐電圧性能が低下してしまうおそれがある。この点、本実施形態によれば、顆粒強度が１ＭＰａ以下と比較的小さい粒状体ＰＭを用いて、成形体ＣＰを形成しているため、成形圧力が多少逃げてしまったとしても、粒状体ＰＭをより確実に破壊することができる。これにより、段部４ａを形成する部位の密度を向上させることができ、機械的強度及び耐電圧性能の一層の向上を図ることができる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、プレスピン５１には、段差部５１ｃが１つ設けられているが、２つ以上の段差部を設けることとしてもよい。

（ｂ）切削加工工程における成形体ＣＰの切削量については特に限定されるものではないが、成形体ＣＰの質量の５０％未満の切削量で絶縁体中間体ＩＰを形成するように構成することとしてもよい。この場合には、成形体ＣＰの外周部分及び内周部分と中間部分との密度差を比較的小さなもの（すなわち、成形体ＣＰの密度を略均一なもの）とすることができる。これにより、絶縁体中間体ＩＰ、ひいては絶縁碍子２について、その外周部分及び内周部分と中間部分との間における密度ムラの発生を抑制することができ、耐電圧性能の更なる向上を図ることができる。

（ｃ）上記実施形態において、成形用ラバー型は、内ゴム型４３及び外ゴム型４４によって構成され、無底形状をなしているが、成形用ラバー型が、有底形状をなすこととしてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、主体金具３の先端面に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。また、主体金具３の先端部２６の側面に接地電極２７を接合することとしてもよい。

（ｅ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

本実施形態のスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 本実施形態における絶縁碍子等を示す正面図である。 絶縁碍子の製造工程を説明するためのラバープレス成形機等の拡大断面図である。 絶縁碍子の製造工程を説明するためのラバープレス成形機等の拡大断面図である。 絶縁碍子の製造工程を説明するためのラバープレス成形機等の拡大断面図である。 顆粒強度及び耐電圧値の関係を表すグラフである。 （ａ）は、比較例に相当する粒状体の断面組織を示す断面図であり、（ｂ）は、実施例に相当する粒状体の断面組織を示す断面図である。 粒状体を構成する粒子の平均粒径及び相対密度の関係を表すグラフである。 成形圧力及び相対密度の関係を表すグラフである。 成型用ラバー型の硬度とサンプルの相対密度との関係を表すグラフである。

符号の説明

１…スパークプラグ
２…スパークプラグ用絶縁体としての絶縁碍子
４…軸孔
４２…キャビティ
４３…成形用ラバー型としての内ゴム型
４４…成形用ラバー型としての外ゴム型
５１…プレスピン
５１ａ…大径部
５１ｂ…小径部
５１ｃ…段差部
ＣＬ１…軸線
ＣＰ…成形体
ＩＰ…絶縁体中間体
ＰＭ…粒状体

Claims (8)

1. 軸線方向に沿った軸孔を有するスパークプラグ用絶縁体の製造方法であって、
   酸化アルミニウム粉末を主成分とするとともに、酸化ケイ素を含む少なくとも１種類以上の焼結助剤を含有する原料粉末を溶媒に混合し、スラリーを調合するスラリー化工程と、
   前記スラリーを噴霧乾燥して粒状体を得る造粒工程と、
   筒状の成形用ラバー型のキャビティ内に前記粒状体を充填する充填工程と、
   前記キャビティ内に棒状のプレスピンを配置した上で、前記成形用ラバー型の径方向から成形圧力を加えることにより、前記粒状体を圧縮し、成形体を形成する加圧成形工程と、
   前記成形体を所定の絶縁体形状の絶縁体中間体に切削する切削加工工程と、
   を含み、
   前記粒状体を構成する粒子の平均粒径を６０μｍ以上１２０μｍ以下とするとともに、
   前記粒状体の顆粒強度を１ＭＰａ以下としたことを特徴とするスパークプラグ用絶縁体の製造方法。
2. 前記加圧成形工程における成形圧力を５０ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下としたことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ用絶縁体の製造方法。
3. 前記切削加工工程における前記成形体の切削量を、前記成形体の質量の５０％未満とした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用絶縁体の製造方法。
4. 前記プレスピンは、
   自身の先端側に形成された小径部と、
   前記小径部よりも基端部側において、前記小径部よりも大径に形成された大径部と、
   前記小径部と前記大径部との間に形成され、先端側に向けて先細る１つ以上の段差部とを備え、
   前記充填工程において、少なくとも前記段差部を覆うようにして前記粒状体が充填されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグ用絶縁体の製造方法。
5. 前記成形用ラバー型の硬度を４０Ｈｓ以上９０Ｈｓ以下としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグ用絶縁体の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたスパークプラグ用絶縁体。
7. 請求項６に記載のスパークプラグ用絶縁体を備えることを特徴とするスパークプラグ。
8. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたスパークプラグ用絶縁体を用いてスパークプラグを製造することを特徴とするスパークプラグの製造方法。

Images