JP5172018B2 - 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、小型であっても燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグ、及び、燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを歩留まりよく製造できるスパークプラグの製造方法に関する。

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、通常、中心電極と中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と絶縁体の外周に設けられた略円筒状の主体金具と、所望により主体金具の先端に設けられた接地電極とを備えて成る。このようなスパークプラグとして、例えば、特許文献１に記載のスパークプラグが挙げられる。この特許文献１には「軸状の中心電極と、該中心電極の側周面に配置された主体金具と、該主体金具に一端側が連接し、他端側が該中心電極と対向するように配置された接地電極と、該中心電極及び該主体金具との間を絶縁するように配置された請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のスパークプラグ用絶縁体とを備えることを特徴とするスパークプラグ」が記載されている（請求項５参照。）。

スパークプラグが装着される内燃機関は、近年、その構造等がより一層複雑になっており、内燃機関設計の自由度を確保するために、装着されるスパークプラグは小径化等の小型化が求められている。スパークプラグを小型化するには絶縁体の肉厚を薄くすることが有効であるが、絶縁体の肉厚を薄くすると耐電圧特性を維持できなくなる。一方、スパークプラグの耐久性及び耐電圧特性を確保しつつスパークプラグを小型化するには、従来のスパークプラグとほぼ同様の中心電極の外径及び絶縁体の肉厚を確保することが有効であるが、そうすると、着火部における絶縁体と主体金具とのクリアランス（ガスボリュームと称されることもある。）が狭くなる。ところが、前記クリアランスを必要以上に狭くすると、中心電極と接地電極との火花放電間隙で正常に火花放電せずに、絶縁体の外周面と主体金具の内周面との間に横飛火が生じてスパークプラグの着火性が悪化することがある。

ところで、近年の内燃機関として、高性能化、高効率化が図られた高圧縮又は過給機付の内燃機関が開発されている。このような内燃機関においては、スパークプラグの発火部は、より一層高温の環境に曝され、また放電する際の電圧も高くなって、厳しい環境に曝されることになる。このような厳しい環境にスパークプラグ、特に小型化されたスパークプラグが曝されると、高付加運転時にスパークプラグの着火性が顕著に悪化することがある。その理由を以下のように推測している。つまり、内燃機関の高付加運転時に絶縁体の先端が高温に加熱されると、絶縁体のガラス成分が軟化してその成分の電子が活発に動き、ガラス相内を電流が流れる。そうすると、絶縁体の外周面まで流れた電流は気中に放電されてしまい、すなわち、火花放電のための電流が絶縁体外部に漏れてしまい、火花放電に必要なエネルギーが供給されず、中心電極と接地電極との火花放電間隙で良好な火花放電ができなくなる。この発明において、絶縁体のガラス相内を流れて絶縁体外部に漏れる電流を「漏れ電流」と称する。

このようなスパークプラグにおける着火性の悪化は、即エミッションの悪化を招くため、環境対策が求められる昨今では特に重要な解決すべき課題である。

特開２００１−３３５３６０号公報

この発明は、小型であっても燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを提供することを、課題とする。

また、この発明は、燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを歩留まりよく製造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、軸線方向に延びる中心電極と、前記中心電極の外周に設けられ、先端側に小径の脚長部を有する略円筒状の絶縁体と、前記絶縁体の外周に設けられた略円筒状の主体金具とを備えて成るスパークプラグであり、下記条件（１）〜（５）を満足することを特徴とする。

条件（１）：前記絶縁体は、前記主体金具の先端面を含む仮想平面における前記絶縁体の肉厚Ｔが０．３〜１．１ｍｍであること
条件（２）：前記絶縁体は、該絶縁体の先端から、前記仮想平面より後端側に向かって少なくとも２ｍｍまでの領域が、Ｓｉ成分と、希土類元素成分と、少なくとも２種のＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素成分とを含有し、Ｂ成分を実質的に無含有であるアルミナ基焼結体で形成されていること
条件（３）：前記アルミナ基焼結体は、前記Ｓｉ成分、前記第２族元素成分及び前記希土類元素成分の合計質量（酸化物換算）に対する、前記希土類元素成分の質量（酸化物換算）の質量割合Ｒ_ＲＥが０．１５〜０．４５であること
条件（４）：前記アルミナ基焼結体は、前記Ｓｉ成分の質量（酸化物換算）に対する、前記第２族元素成分の合計質量（酸化物換算）の質量割合Ｒ_２が０．２５以上であること
条件（５）：アルミナ基焼結体は、前記希土類元素成分を含むアルミネート結晶相を粒界相に有していること

また、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、Ａｌ化合物粉末とＳｉ化合物粉末と少なくとも２種のＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素化合物粉末と希土類元素化合物粉末とを下記条件（Ａ）を満足するように混合して原料粉末を調製し、調製された原料粉末を加圧成形後に焼結して絶縁体を作製する工程を含むことを特徴とする。

条件（Ａ）：原料粉末に含有される粉末粒子において、その１０％体積径と９０％体積径との粒度分布比（９０％体積径／１０％体積径）が３．６〜５．２であること

この発明に係るスパークプラグは、前記条件（１）〜（５）をすべて満足するから、たとえ小型化されても、前記絶縁体で生じうる漏れ電流を抑制することができる。したがって、この発明によれば、小型であっても燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを提供することができる。

また、この発明に係るスパークプラグの製造方法は、前記条件（Ａ）を満足するように混合された原料粉末を焼結し絶縁体を作製する工程を含んでいるから、アルミネート結晶相を生成させやすく漏れ電流が発生しにくい絶縁体を再現性よく作製できる。したがって、この発明によれば、燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを歩留まりよく製造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、実施例における漏れ電流評価試験において用いた漏れ電流評価用プラグを拡大して示す部分拡大図縦断面図である。 図４は、実施例における「漏れ電流評価６」を実施可能な装置を説明する説明図である。

この発明に係るスパークプラグは、軸線方向に延びる中心電極と、前記中心電極の外周に設けられ、先端側に小径の脚長部を有する略円筒状の絶縁体と、前記絶縁体の外周に設けられた略円筒状の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、前記構成を有する所謂「沿面放電型」のスパークプラグであってもよいし、前記中心電極と前記絶縁体と前記主体金具と一端が前記中心電極と火花放電間隙を介して対向するように配置された接地電極とを備えて成るスパークプラグであってもよい。

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を図１及び図２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り、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１の主要部分を示す断面説明図である。なお、図１では紙面下方を軸線ＡＸの先端方向、紙面上方を軸線ＡＸの後端方向として、図２では紙面上方を軸線ＡＸの先端方向、紙面下方を軸線ＡＸ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及び図２に示されるように、略棒状の中心電極２と、中心電極２の外周に設けられた略円筒状の絶縁体３と、絶縁体３を保持する円筒状の主体金具４と、一端が中心電極２の先端面に火花放電間隙Ｇを介して対向するように配置されると共に他端が主体金具４の端面に接合された接地電極６とを備えている。

前記主体金具４は、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４における先端方向の外周面にはネジ部９が形成されており、このネジ部９を利用して内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）にスパークプラグ１が装着される。主体金具４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。

前記ネジ部９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、ネジ部９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。近年の複雑化された内燃機関、高出力化等された内燃機関及び／又は小型化された内燃機関にスパークプラグ１が装着される場合には、通常、前記ネジ部９の呼びはＭ１０以下に調整される。この発明において、スパークプラグ１が小型化されてネジ部９の呼びが小さくなると絶縁体３の肉厚を十分に確保しにくくなるが、条件（１）を満足する絶縁体３がさらに以下に説明する条件（２）〜（５）を満足すると、小型のスパークプラグに装着可能となるように薄肉化された絶縁体３であっても漏れ電流が生じにくくなる。したがって、この発明に係るスパークプラグは、ネジ部９の呼びが例えばＭ１０以下に小型化されても燃焼ガスへの着火性が良好となる。故に、この発明によれば、燃焼ガスへの着火性が良好な小型のスパークプラグ、例えば、ネジ部９の呼びが例えばＭ１０以下のスパークプラグを提供するという目的を達成できる。

中心電極２は、図１及び図２に示されるように、軸線方向に伸びる略棒状体であり、外材７と、外材７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内材８とにより形成されている。中心電極２は、その先端部が後述する絶縁体３の先端面から突出した状態で絶縁体３の軸孔に固定されており、主体金具４に対して絶縁保持されている。中心電極２の外材７は耐熱性及び耐食性に優れたニッケル基合金で形成され、中心電極２の内材８は、中心電極２の軸芯として機能し、主成分として、銅（Ｃｕ）又はニッケル（Ｎｉ）等の熱伝導性に優れた金属材料、好ましくは銅で、形成されることができる。前記内材８は、図２によく示されるように、絶縁体３に保持されたときに、主体金具１の少なくとも先端面４ａを含む仮想平面まで延在するように外材７に埋設されているのが好ましく、前記仮想平面よりも前記先端側まで延在するように外材７に埋設されているのが特に好ましい。このように内材８が外材７に埋設されていると、内材８によって絶縁体３の熱引きがよくなって、スパークプラグ１の耐熱性が向上すると共に、絶縁体３の周辺温度が高温に到達しても絶縁体３の温度が低下してより一層の高温下に絶縁体３が曝されても漏れ電流を効果的に抑制することができる。したがって、このようなスパークプラグ１は、高い耐熱性を発揮すると共に、より一層高温等の厳しい環境下に曝されても漏れ電流を抑制することができ、燃焼ガスへの良好な着火性を維持することができる。故に、この発明によれば、絶縁体３で漏れ電流が発生しにくく燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを提供するという目的を達成できる。

前記接地電極６は、例えば、角柱体に形成されてなり、図１及び図２に示されるように、一端が主体金具４の先端面４ａに接合され、途中で略Ｌ字に曲げられて、その先端部が中心電極２の軸線ＡＸ方向に位置するように、その形状及び構造が設計されている。接地電極６がこのように設計されることによって、接地電極６の一端が中心電極６と火花放電間隙Ｇを介して対向するように配置されている。火花放電間隙Ｇは、中心電極２の先端面と接地電極６の表面との間の間隙であり、通常、０．３〜１．５ｍｍに設定される。接地電極６は中心電極２よりも高温に曝されるため、中心電極２を形成するＮｉ基合金よりも耐熱性及び耐食性等により一層優れたＮｉ基合金等で形成されるのがよい。なお、前記スパークプラグ１において前記接地電極６は主体金具４の先端面４ａに接合されているが、この発明において、接地電極は主体金具の先端に設けられていればよく、例えば、主体金具の先端における周側面等の前記先端面４ａ以外に設けられていてもよい。

前記絶縁体３は、図１及び図２に示されるように、先端側に小径の脚長部３ｅを有する略円筒状に形成されている。この絶縁体３は、主体金具４の内周部に滑石（タルク）及び／又はパッキン等（図示せず。）を介して保持されており、絶縁体３の軸線ＡＸ方向に沿って中心電極２を保持する軸孔を有している。絶縁体３は、その先端方向の端部が主体金具４の先端面４ａから突出した状態で、主体金具４に固着されている。

スパークプラグ１において、絶縁体３は、図１及び図２によく示されるように、主体金具４に内装される絶縁体基部３ａと、絶縁体基部３ａの先端から前記先端側に向かって延在すると共に外径が前記先端側に向かって徐々に小さくなる略円錐台状の縮径部３ｂと、この縮径部３ｂの先端から前記先端側に向かって延在すると共に外径が略一定の略筒状の先端部３ｃとを備えている。絶縁体３はその先端側に縮径部３ｂと先端部３ｃとで形成された脚長部３ｅを有している。前記縮径部３ｂは、主体金具４に囲繞されて、主体金具４の外周面との間に間隙が形成されている。前記先端部３ｃは、その後端側が主体金具４に囲繞され、その先端側が主体金具４の先端面４ａから突出している。図２によく示されるように、先端部３ｃにおける主体金具４の先端面４ａからの突出量Ｌｉは、特に限定されず、スパークプラグ１の用途等に応じて適宜に設定され、例えば、１ｍｍ以上に設定される。前記突出量Ｌｉの上限は、内燃機関の寸法等を考慮して適宜に設定され、例えば、６ｍｍに設定することができる。

前記主体金具４の先端面４ａから突出する先端部３ｃは、スパークプラグ１が内燃機関に装着されると高温に曝され、特に昨今の高性能な内燃機関に装着されるとより一層の高温に曝されて、自身も高温に達し、その結果、前記のように、スパークプラグ１の着火性が悪化することがある。特に、主体金具４の先端面４ａから先端側に１ｍｍ以上突出する絶縁体３においては漏れ電流の発生がより顕著になってスパークプラグ１の着火性が著しく悪化することがある。この発明においては、絶縁体３、好ましくは前記先端部３ｃ、特に好ましくは、前記先端部３ｃのうち、絶縁体３の先端から、主体金具４の先端面４ａを含む仮想平面より後端側に向かって少なくとも２ｍｍまでの領域３ｄが後述するアルミナ基焼結体で形成されていると、絶縁体３、前記先端部３ｃ及び前記領域３ｄに生じ得る漏れ電流を抑制することができる。したがって、この発明によれば、絶縁体３が主体金具４の先端面４ａから先端側に１ｍｍ以上突出していても良好な着火性を発揮できる。故に、この発明によれば、主体金具４の先端面４ａから先端側に１ｍｍ以上突出する絶縁体３を備えていても燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを提供するという目的を達成できる。

前記絶縁体３は、前記ネジ部９の呼び、主体金具４の寸法等を考慮して、その肉厚が適宜に決定されるが、この発明においては、条件（１）、すなわち、図２に示されるように、主体金具４の先端面４ａを含む仮想平面における絶縁体３の肉厚Ｔが０．３〜１．１ｍｍであることが重要である。換言すると、絶縁体３が０．３〜１．１ｍｍの前記肉厚Ｔを有していることが重要である。前記肉厚Ｔが０．３ｍｍ未満であると、絶縁体３特に前記領域３ｄの肉厚が薄すぎて漏れ電流を抑制できないことがある。前記肉厚Ｔが１．１ｍｍを超えると、漏れ電流をある程度抑制することはできても、絶縁体３特に前記領域３ｄの肉厚が厚すぎて小型化されたスパークプラグに利用できないことがある。したがって、スパークプラグ１を例えばネジ部９の呼びがＭ１０以下となるように小型化するのであれば、前記領域３ｄの肉厚Ｔは多くとも１．１ｍｍとするのがよい。このように、スパークプラグ１の小型化と着火性とを両立させるには前記肉厚Ｔが０．３〜１．１ｍｍであることが重要である。絶縁体３特に前記領域３ｄにおける漏れ電流を効果的に抑制するには、前記肉厚Ｔは０．５〜１．１ｍｍであるのが好ましい。

スパークプラグ１において、図２によく示されるように、その先端所謂「着火部」に、主体金具４の内周面と絶縁体３の外周面とで形成されるクリアランスＣを有している。そして、このスパークプラグ１は、主体金具１の先端面４ａを含む仮想平面において、前記絶縁体の肉厚Ｔに対する絶縁体３と主体金具４との離間距離Ｗの比（Ｗ／Ｔ）が１〜８であるのが好ましい。前記比（Ｗ／Ｔ）が１未満であると、主体金具４と中心電極３との間に電圧が印加されたときに、前記クリアランスＣ内に存在する気相と絶縁体３との間で電圧が分圧されるから、絶縁体３で漏れ電流が発生すると絶縁体３に分圧された電圧が大きく低下する傾向にあり、より多くの漏れ電流が発生することがある。また、前記比（Ｗ／Ｔ）が１未満であると、前記離間距離Ｗが小さすぎて、絶縁体３の外周面と主体金具４の内周面との間に横飛火が生じスパークプラグ１の着火性が悪化することがある。一方、前記比（Ｗ／Ｔ）が８を超える場合に、０．３〜１．１ｍｍの前記肉厚Ｔを確保するために、例えば、主体金具４の肉厚を薄くすると接地電極６を所望のように溶接することができず、接地電極６の溶接性を確保するために接地電極６の肉厚を薄くすると接地電極６の耐久性が悪化することがある。また、０．３〜１．１ｍｍの前記肉厚Ｔを確保するために、例えば、中心電極３の外径を小さくするとその耐久性が著しく悪化することがある。さらに、前記比（Ｗ／Ｔ）が８を超える場合には、例えばネジ部９の呼びがＭ１０のようなスパークプラグの小型化はその寸法制約上顕著に困難になる。このように、前記比（Ｗ／Ｔ）が８を超えると、小型化も困難であるうえスパークプラグとして十分に機能しないことがある。つまり、前記比（Ｗ／Ｔ）が１〜８の範囲内にあると、小型化してもスパークプラグとしての基礎的な機能を十分に維持しつつ着火性を向上させることができる。

この絶縁体３は、条件（２）を満たしている。すなわち、絶縁体３は、その先端から、前記仮想平面より後端側に向かって少なくとも２ｍｍまでの領域３ｄが、Ｓｉ成分と、希土類元素成分と、少なくとも２種のＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素成分とを含有し、Ｂ成分を実質的に無含有であるアルミナ基焼結体で形成されている。前記領域３ｄがこのようなアルミナ基焼結体で形成されていると、前記領域３ｄに生じ得る漏れ電流を抑制することができる。この発明において、前記領域３ｄは、先端から、前記仮想平面より後端側に向かって少なくとも２ｍｍまでの領域であればよく、前記先端部３ｃ全体であっても、前記縮径部３ｂまで含む脚長部３ｅ全体であっても、また、絶縁体３全体であってもよい。このスパークプラグ１においては、絶縁体３の製造容易性を考慮して、絶縁体３全体が前記アルミナ基焼結体で形成されている。以下、このアルミナ基焼結体について説明する。

前記アルミナ基焼結体は、Ｓｉ成分と、希土類元素成分と、少なくとも２種のＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の成分（以下、第２族元素成分と証することがある。）とを含有し、Ｂ成分を実質的に含有していない。

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、焼成後のアルミナ基焼結体を１００質量％としたときに、８５質量％以上９５質量％以下であるのが好ましく、９２．０質量％以上９４．０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、例えば相対密度が９５％以上の緻密なアルミナ基焼結体になり、このアルミナ基焼結体で形成した絶縁体３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、前記Ｓｉ成分は低融点ガラスよりも他の成分と共に高融点ガラス等を優先的に形成し易い。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、絶縁破壊の原因となり得るマイグレーション等が生じ難くなる。アルミナ基焼結体におけるＳｉ成分の含有率は、焼成後のアルミナ基焼結体を１００質量％としたときに、１．０〜５．０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。

前記希土類元素成分（ＲＥ成分ともいう。）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。ＲＥ成分としては、スカンジウム成分（以下においてＳｃ成分と称することがある。）、イットリウム成分（以下においてＹ成分と称することがある。）及びランタノイド成分を挙げることができる。前記アルミナ基焼結体に含まれるＲＥ成分の具体例としては、Ｓｃ成分、Ｙ成分、ランタン成分（以下においてＬａ成分と称することがある。）、セリウム成分（以下においてＣｅ成分と称することがある。）、プラセオジム成分（以下においてＰｒ成分と称することがある。）、ネオジム成分（以下においてＮｄ成分と称することがある。）、プロメチウム成分（以下においてＰｍ成分と称することがある。）、サマリウム成分（以下においてＳｍ成分と称することがある。）、ユウロピウム成分（以下においてＥｕ成分と称することがある。）、ガドリニウム成分（以下においてＧｄ成分と称することがある。）、テルビウム成分（以下においてＴｂ成分と称することがある。）、ジスプロシウム成分（以下においてＤｙ成分と称することがある。）、ホルミウム成分（以下においてＨｏ成分と称することがある。）、エルビウム成分（以下においてＥｒ成分と称することがある。）、ツリウム成分（以下においてＴｍ成分と称することがある。）、イッテルビウム成分（以下においてＹｂ成分と称することがある。）及びルテチウム成分（以下においてＬｕ成分と称することがある。）等を挙げることができる。好ましい前記ＲＥ成分としては、Ｌａ成分、Ｎｄ成分、Ｐｒ成分、Ｙ成分及びＹｂ成分等を挙げることができる。

ＲＥ成分は、焼結時にアルミナ基焼結体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過度の粒成長を抑制すると共に、前記Ｓｉ成分と共にガラスを粒界相に形成する。前記ＲＥ成分を含むガラスは、融点が高いので、前記アルミナ基焼結体の高温下での耐電圧特性を向上させると共に、前記アルミナ基焼結体の高温強度も向上させることができる。なお、Ｌａ成分、Ｎｄ成分、Ｐｒ成分、Ｙ成分及びＹｂ成分は、イオン半径が小さく、前記Ｓｉ成分と共に高融点の結晶相を形成することができ、更に、Ａｌ成分と共に２０００℃程度の高融点を有するアルミネート結晶例えば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。アルミネート結晶については後述する。

アルミナ基焼結体におけるＲＥ成分の含有率は、アルミネート結晶の形成と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、焼成後のアルミナ基焼結体を１００質量％としたときに、０．２〜５．０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、Ｙ成分及びＹｂ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。

前記第２族元素成分は、焼結助剤由来の成分である。この第２族成分は、マグネシウム成分（以下においてＭｇ成分と称することがある。）、カルシウム成分（以下においてＣａ成分と称することがある。）、ストロンチウム成分（以下においてＳｒ成分と称することがある。）及びバリウム成分（以下においてＢａ成分と称することがある。）からなる群より選択される少なくとも２種を含有する成分であることが重要である。第２族元素成分が少なくとも２種の前記成分であると、絶縁体３としたときに漏れ電流を抑制することができる。前記第２族元素成分は、前記群より選択される少なくとも３種であるのが、アルミナ基焼結体の焼結性が高く耐電圧特性に優れると共に、より高温まで漏れ電流を効果的に抑制できる点で、好ましい。前記第２族元素成分は、アルミナ基焼結体の密度、組成等の物性が同一である場合には、Ｂａ成分＞Ｓｒ成分＞Ｃａ成分＞Ｍｇ成分の順で、マイグレーションを起こしにくい。したがって、前記第２族元素成分は、Ｂａ成分を含有しているのが、マイグレーションを起こしにくく粒界相に形成されるガラスの高電圧印加時の絶縁性が高くなって絶縁破壊も生じにくく、かつ、絶縁体３の温度が例えば８５０℃以上となる厳しい条件においても絶縁体３内での漏れ電流を抑制できる点で、より一層好ましい。すなわち、前記第２族元素成分は、前記群よりＢａ成分を必須とすると共により多種の成分が選択されるのがより一層好ましい。例えば、前記第２族元素成分は、前記群より、Ｂａ成分を必須とすると共にＢａ成分を除く少なくとも他の２種が選択されるのがより一層好ましく、前記群より、Ｂａ成分を必須とすると共にＢａ成分を除く少なくとも他の３種が選択されるのが、すなわち、前記群に含まれるすべての成分が選択されるのが特に好ましい。

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、アルミナ基焼結体が前記第２族成分を含有していると、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。

アルミナ基焼結体における前記第２族成分の含有率は、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、焼成後のアルミナ基焼結体を１００質量％としたときに、１．０〜５．０質量％であるのが好ましい。

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、焼成後のアルミナ基焼結体を１００質量％としたときに、Ｍｇ成分の含有率は０．０１〜０．５質量％であるのが好ましく、Ｂａ成分の含有率は０．１〜１．６質量％であるのが好ましく、Ｃａ成分の含有率Ｃは０．１〜０．９質量％であるのが好ましく、Ｓｒ成分の含有率Ｓｒは０．２〜０．９質量％であるのが好ましい。この発明において、第２族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族成分の含有率は第２族成分の各含有率の合計含有率である。

前記アルミナ基焼結体は、例えば粒界相に、Ｂ成分を実質的に含有していない。Ｂ成分は、焼結時に焼結助剤として機能するが、焼結後には、通常、その酸化物例えばＢ_２Ｏ_３がＡｌ成分、Ｓｉ成分及び／又は第２族元素成分と共にアルミナ結晶粒子の粒界相に、Ｂ成分の酸化物を含有しないガラスよりも低い融点を持つ低融点ガラス等を形成しやすくなる。したがって、アルミナ基焼結体がＢ成分を含有していないと、Ｂ成分の酸化物を含有する低融点ガラスよりも高い融点を持つガラスが前記粒界相に形成されるから、前記Ｂ成分を含有している場合と比較して前記ガラスが軟化しにくく、絶縁体３に漏れ電流が発生しにくくなる。この発明において、「Ｂ成分が実質的に無含有」とはＢ成分を添加等により積極的にアルミナ基焼結体に含有させないことを意味し、他の成分等に不可避不純物として含有されるＢ成分までをも含有していないことを意味するものではない。

前記Ａｌ成分、前記Ｓｉ成分、前記希土類元素成分及び前記第２族元素成分を含有する前記アルミナ基焼結体は、条件（５）を満足する。すなわち、アルミナ基焼結体は、前記希土類元素成分を含有するアルミネート結晶を有している。このアルミネート結晶は融点が高く、β−アルミナ構造を有し、ヘキサアルミネート結晶とも称される。アルミネート結晶は、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が挙げられる。

この発明において、希土類元素成分を含有する前記アルミネート結晶は、前記希土類元素成分を含有していないアルミネート結晶を含有していてもよい。このようなアルミネート結晶として、例えば前記第２族元素成分を含有するアルミネート結晶が挙げられる。この第２族元素成分を含有するアルミネート結晶としては、例えば、組成式：（２Ａ）ｘ（Ａｌ）ｙＯｚ（前記ｘ、ｙ及びｚは前記した通りである。）で示される組成を有しており、例えば、化学式：ＭｇＡｌ_１２Ｏ_１９及びＣａＡｌ_１２Ｏ_１９等で表される結晶相が挙げられる。

前記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。前記アルミネート結晶が特に粒界に存在すると、粒界に存在するガラス成分の軟化を防止してガラス相内に電流が流れにくくするから、ガラス相の軟化によって漏れる漏れ電流を抑制することができる。前記ＲＥ成分として、Ｌａ成分、Ｎｄ成分、Ｐｒ成分、Ｙ成分及びＹｂ成分からなる群より選択される少なくとも１種の成分をアルミナ基焼結体が含有すると、アルミナ基焼結体には融点の高い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３は耐電圧特性及び高温強度を発揮すると共に、漏れ電流を抑制することができる。

前記アルミネート結晶の存在は、例えばＪＣＰＤＳカードを用いることにより、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成分が含まれるアルミネート結晶は、Ｌａ成分を含む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成分を含むアルミネート結晶の存在を確認することができる。前記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。

前記アルミネート結晶は、漏れ電流を効果的に抑制できる点で、前記Ｘ線回折により得られたＸ線回折チャートにおけるアルミナ由来の最強ピークに対するアルミネート結晶由来の最強ピークの強度比［アルミネート／アルミナ］が０．０４以上となる割合でアルミナ基焼結体中に存在しているのが好ましく、前記強度比が０．０６以上となる割合でアルミナ基焼結体中に存在しているのが特に好ましい。前記強度比［アルミネート／アルミナ］の上限値は特に限定されないが、例えば、０．２とすることができる。前記強度比［アルミネート／アルミナ］は、Ｘ線回折チャートにおけるアルミネート結晶由来の最強ピークのピーク強度をアルミナ由来の最強ピークのピーク強度で除した値である。アルミナ基焼結体のＸ線回折は、例えば株式会社リガク製のＭｉｎｉＦｌｅｘを用い、測定は、測定角度域が２０〜７０°、電圧値が３０ｋＶ、電流値が１５ｍＡ、スキャンスピードが１、ステップが０．０２という条件で行うことができる。

前記Ａｌ成分、前記Ｓｉ成分、前記希土類元素成分及び前記第２族元素成分を含有する前記アルミナ基焼結体は、前記第２族元素成分を含有するシリケート結晶を有している。このシリケート結晶は、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素を「２Ａ」と表すと、例えば、化学式：（２Ａ）ＳｉＯ_３等で表される結晶相が挙げられる。前記シリケート結晶は、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。前記シリケート結晶が特に粒界に存在すると漏れ電流を抑制することができる。

前記シリケート結晶の存在は、例えばＪＣＰＤＳカードを用いることにより、Ｘ線回折で同定することができる。前記シリケ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。

前記シリケート結晶は、漏れ電流を効果的に抑制できる点で、前記Ｘ線回折により得られたＸ線回折チャートにおける前記アルミネート結晶由来の最強ピークに対するシリケート結晶由来の最強ピークの強度比［シリケート／アルミネート］が０．３２以上となる割合で、アルミナ基焼結体中に存在しているのが好ましい。前記強度比［シリケート／アルミネート］は、Ｘ線回折チャートにおけるシリケート結晶由来の最強ピークのピーク強度をアルミネート結晶由来の最強ピークのピーク強度で除した値である。前記強度比［シリケート／アルミネート］の上限値は特に限定されないが、例えば、０．８とすることができる。アルミナ基焼結体のＸ線回折は前記強度比［アルミネート／アルミナ］の条件と同様の条件で行うことができる。

前記Ａｌ成分、前記Ｓｉ成分、前記希土類元素成分及び前記第２族元素成分を含有する前記アルミナ基焼結体は、条件（３）を満足する。すなわち、アルミナ基焼結体は、前記Ｓｉ成分、前記第２族元素成分及び前記希土類元素成分の合計質量（酸化物換算）に対する、前記希土類元素成分の質量（酸化物換算）の質量割合Ｒ_ＲＥが０．１５〜０．４５である。前記希土類元素成分の質量割合Ｒ_ＲＥが０．１５未満であると、例えば前記強度比［アルミネート／アルミナ］が０．０４以上となるように、前記アルミネート結晶を形成することができず、漏れ電流を抑制できないことがある。一方、前記質量割合Ｒ_ＲＥが０．４５を超えると、原料粉末の焼結性が低下して多数の気孔を有するアルミナ基焼結体となってかえって漏れ電流が発生しやすくなる。したがって、この発明において、緻密なアルミナ基焼結体の粒界相にアルミネート結晶相を形成させて絶縁体３で生じうる漏れ電流を抑制するには、前記質量割合Ｒ_ＲＥは０．１５〜０．４５であることが重要であり、漏れ電流を効果的に抑制できる点で前記質量割合Ｒ_ＲＥは０．２〜０．４５であるのが好ましい。

前記Ａｌ成分、前記Ｓｉ成分、前記希土類元素成分及び前記第２族元素成分を含有する前記アルミナ基焼結体は、条件（４）を満足する。すなわち、アルミナ基焼結体は、前記Ｓｉ成分の質量（酸化物換算）に対する、前記第２族元素成分の合計質量（酸化物換算）の質量割合Ｒ_２が０．２５以上である。前記質量割合Ｒ_２が０．２５未満であると、原料粉末の焼結性が低下して多数の気孔を有するアルミナ基焼結体となり、その気孔に電界集中を起こすため、漏れ電流が発生しやすくなる。したがって、この発明において、緻密なアルミナ基焼結体の粒界相に前記アルミネート結晶相及び／又は前記シリケート結晶を形成させて絶縁体３で生じうる漏れ電流を抑制するには、前記質量割合Ｒ_２は０．２５以上であることが重要である。

前記質量割合Ｒ_２が０．２５〜１．０の範囲内にあると、第２族元素成分がマイグレーションしにくい前記アルミネート結晶相及び／又は前記シリケート結晶を形成しやすく、かつ、その存在量を前記範囲に調整することができる。したがって、絶縁体３の温度が８００℃以上となる厳しい条件においても絶縁体３内での漏れ電流を抑制できる点で、前記質量割合Ｒ_２は０．２５〜１．０の範囲内にあるのが好ましい。したがって、前記質量割合Ｒ_２が０．２５〜１．０の範囲内にあるこの発明によれば、絶縁体３の温度が８００℃以上となる高温域においても燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを提供するという目的を達成できる。

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、ＲＥ成分及び第２族成分の各含有率は、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及び酸化物換算質量％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。

アルミナ基焼結体は、Ａｌ成分、Ｓｉ成分、ＲＥ成分及び第２族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族成分及びＲＥ成分の合計質量を１００質量部としたときに１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族成分及びＲＥ成分に加えて、他の成分、例えば、Ｔｉ成分、Ｍｎ成分、Ｎｉ成分等を少量含有していてもよい。

前記アルミナ基焼結体は、緻密であり、具体的には、９５％以上の相対密度（理論密度比とも称する。）を有しているのが好ましい。相対密度が９５％以上であると、アルミナ基焼結体が高度に緻密化されており、破壊起点となりうる気孔の存在等が極めて少なく、絶縁体３としたときの絶縁破壊を起こしにくく耐電圧特性に優れる。耐電圧特性にさらに優れる点で、アルミナ基焼結体は９５．５％以上の相対密度を有しているのが特に好ましい。なお、「理論密度」はアルミナ基焼結体に含有される各成分の含有率を酸化物に換算し、換算された各酸化物の含有率から混合則によって計算される密度であり、「相対密度」はアルキメデス法によって測定されたアルミナ基焼結体密度の前記理論密度に対する割合を百分率で示したものである。したがって、アルミナ基焼結体における相対密度の上限は１００％である。相対密度の数値が大きい程、アルミナ基焼結体がより緻密であることを示す。

スパークプラグ１において、絶縁体３はアルミナ基焼結体で形成されているから、絶縁体３もアルミナ基焼結体と同様の前記組成及び前記特性を有している。このように、スパークプラグ１は、前記条件（１）〜（５）をすべて満足し、絶縁体３がアルミネート結晶相を有する前記アルミナ基焼結体で形成されているから、小型化されていても絶縁体３で生じうる漏れ電流を抑制することができる。したがって、この発明によれば、小型であっても燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグ、及び、絶縁体３に発生しうる漏れ電流を抑制して燃焼ガスへの着火性が良好な小型のスパークプラグを提供することができる。また、この発明によれば、近年の複雑化された内燃機関、高出力化等された内燃機関及び／又は小型化された内燃機関に装着されても燃焼ガスへの着火性が良好な小型の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、絶縁体３が８００℃以上に加熱されるような高温に到達する内燃機関に装着されても燃焼ガスへの着火性が良好な小型のスパークプラグを提供することができる。

この発明においては、前記したように、絶縁体３を形成するアルミナ基焼結体中に前記質量割合Ｒ_ＲＥ及び前記質量割合Ｒ_２を満たすように各成分を含有させてガラス相にアルミネート結晶相を形成すること、及び、絶縁体３の肉厚Ｔを一定以上とすることに特徴の１とを有し、この特徴によって、小型化されても絶縁体３に流れ得る漏れ電流を抑制して、スパークプラグ１の良好な着火性を確保することができる。

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化合物粉末と希土類元素成分と少なくとも２種のＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素化合物粉末（以下、第２族元素化合物粉末と称することがある。）とを含有し、Ｂ化合物粉末を含有しない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化合物粉末と希土類元素成分と第２族元素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ＲＥ成分と同じ物質、前記２族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。

前記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。

前記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。

前記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。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、その使用量は前記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。

前記第２族元素化合物粉末は、焼成により第２族成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、例えば、第２族元素の酸化物（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、少なくとも２種の化合物粉末であり、少なくとも３種の化合物粉末であるのが好ましく、Ｂａ化合物粉末を含有しているのがより一層好ましい。第２族元素化合物粉末の好ましい組合せは、前記アルミナ基焼結体に含有される前記第２族元素成分の好ましい組合せと基本的に同様である。第２族元素化合物粉末は、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。

この発明に係るスパークプラグの製造方法においては、Ａｌ化合物粉末とＳｉ化合物粉末と第２族元素化合物粉末と希土類元素化合物粉末とを、下記条件（Ａ）を満足するように、混合して原料粉末を調製するのが好ましい。すなわち、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元素化合物粉末それぞれの平均粒径、粒度分布等を考慮して、条件（Ａ）を満たすように、これらの各化合物粉末を混合して原料粉末を調製するのが好ましい。以下、条件（Ａ）を満足するように原料粉末を調製する方法をこの発明に係るスパークプラグの好適な製造方法と称することがある。
条件（Ａ）：原料粉末に含有される粉末粒子において、その１０％体積径と９０％体積径との粒度分布比（９０％体積径／１０％体積径）が３．６〜５．２であること

この粒度分布比（９０％体積径／１０％体積径）が３．６〜５．２であると、高い相対密度を保持しつつアルミネート結晶が条件（５）を満足するように良好に析出し、またシリケート結晶も良好に析出したアルミナ基焼結体を高い再現性で作製することができる。すなわち、粒度分布比（９０％体積径／１０％体積径）が３．６未満であると、原料粉末の粒径が小さく原料粉末が過焼成することがあるうえ、原料粉末中の粉末粒子の反応性が高くアルミネート結晶を飛び越えてガラス相がアルミナ基焼結体中に形成されてしまうことがあり、高い相対密度を保持しつつアルミネート結晶、所望によりシリケート結晶が良好に析出したアルミナ基焼結体に原料粉末を再現性よく焼成できないことがまれにある。そして、アルミネート結晶ではなくガラス相がアルミナ基焼結体中に形成されてしまうと、例えば、アルミナ粒子の異常粒成長が惹起されて、アルミナ基焼結体が十分な強度を発揮しないことがあり、また、漏れ電流の発生を効果的に抑制できなくなってアルミナ基焼結体が十分な耐電圧特性を発揮しないことがある。一方、粒度分布比（９０％体積径／１０％体積径）が５．２を超えると、原料粉末中の粉末粒子の反応性が低く焼結性引いては相対密度が低下することがあり、高い相対密度を保持しつつアルミネート結晶、所望によりシリケート結晶が良好に析出したアルミナ基焼結体に原料粉末を再現性よく焼成できないことがまれにある。そして、アルミネート結晶及び／又はシリケート結晶がアルミナ基焼結体中に形成されず、あるいは、これらの形成量が少なくなると、アルミナ基焼結体は着火性、帯電圧、焼結性及び強度等を十分に発揮できないことがある。このように、原料粉末が条件（Ａ）を満足するように各粉末を混合して調製されると、後述するように、高い相対密度を保持しつつアルミネート結晶、所望によりシリケート結晶が良好に析出したアルミナ基焼結体、すなわち、漏れ電流が生じにくい絶縁体３を再現性よく作製でき、その結果、燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを歩留まりよく製造できる。

この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法において、原料粉末中の粉末粒子全体の体積を１００％として粉末粒子の粒径と累積体積との関係を示す累積カーブを求めたときに、その累積カーブにおいて累積体積が１０％となる点の粒径を「１０％体積径」と称し、累積カーブにおいて累積体積が９０％となる点の粒径を「９０％体積径」と称する。なお、原料粉末中の粉末粒子の粒径は、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））により測定できる。

この発明に係るスパークプラグの製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法においては、下記条件（Ｂ）を満足するように、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元素化合物粉末を混合して原料粉末を調製するのが、アルミナ基焼結体としたときに前記条件（３）を満足させることができる点で、好ましい。
条件（Ｂ）：Ｓｉ化合物粉末、第２族元素粉末及び希土類元素化合物粉末の合計質量（酸化物換算）に対する、希土類元素化合物粉末の質量（酸化物換算）の質量割合Ｒ_ＲＥが好ましくは０．１５〜０．４５であり、特に好ましくは０．２〜０．４５であること

また、この発明に係るスパークプラグの製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法においては、下記条件（Ｃ）を満足するように、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元素化合物粉末を混合して原料粉末を調製するのが、アルミナ基焼結体としたときに前記条件（４）を満足させることができる点で、好ましい。
条件（Ｃ）：Ｓｉ化合物粉末の質量（酸化物換算）に対する、第２族元素粉末の合計質量（酸化物換算）の質量割合Ｒ_２が好ましくは０．２５であり、特に好ましくは０．２５〜１．０であること

原料粉末を混合した工程の次の工程としては、原料粉末を溶媒に分散させ、親水性結合剤を配合することにより、原料粉末が分散したスラリーを得ることができる。つまり、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０．１〜７質量部、好ましくは１〜５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、１．４〜５μｍの平均粒径を有しており、好ましくは３．６〜５．２の粒度分布比（９０％体積径／１０％体積径）を有している。また、このスラリーは、より好ましくは、条件（Ｂ）及び条件（Ｃ）の少なくとも一方を満足している。

次いで、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３０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍ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。

続いて、造粒物を例えばラバープレス成形して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。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、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。

所望の形状に研削整形された前記未焼成成形体を、大気雰囲気下、１４５０〜１６５０℃で１〜８時間焼成し、その後、釉薬をかけて仕上げ焼成することにより、アルミナ基焼結体が得られる。焼成温度が１４５０〜１６５０℃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。得られた前記アルミナ基焼結体は、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、アルミナ基焼結体で形成されたスパークプラグ１用の絶縁体３を作製することができる。

前記スパークプラグ１は例えば次のようにして製造される。すなわち、Ｎｉ基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２及び／又は接地電極６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基合金等の溶湯を調製し、真空鋳造にて各溶湯から鋳塊を調製した後、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２及び／又は接地電極６を作製することができる。なお、銅で棒状に形成された内材８をカップ状に形成した外材７に挿入し、押し出し加工等の塑性加工にて中心電極２を形成することもできる。

次いで、所定の形状及び寸法に塑性加工等によって形成した主体金具４の端面に接地電極６の一端部を電気抵抗溶接等によって接合する。次いで、前記絶縁体３に中心電極２を公知の手法により組み付け、接地電極６が接合された主体金具４にこの絶縁体３を組み付ける。そして、接地電極６の先端部を中心電極２側に折り曲げて、接地電極６の一端が中心電極２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の製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法において、中心電極２、絶縁体３、主体金具４及び接地電極６は、前記条件（１）及び前記離間距離Ｗの比（Ｗ／Ｔ）等の条件又は寸法、並びに、スパークプラグ１で例示した構造等を満たすように、適宜の形状及び寸法等に調整されることもできる。

この発明に係るスパークプラグの製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法は、前記条件（Ａ）を満足するように混合された原料粉末を焼結し絶縁体を作製する工程を含んでいるから、高い相対密度を保持しつつアルミネート結晶、所望によりシリケート結晶が良好に析出したアルミナ基焼結体、すなわち、漏れ電流が生じにくい絶縁体３を再現性よく作製でき、そして、この絶縁体３を備えたスパークプラグを製造できる。このように、この発明に係るスパークプラグの製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法によれば、前記条件（１）〜（５）をすべて満足し、絶縁体３に漏れ電流が生じにくく燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを製造できる。特に、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法によれば、アルミナ基焼結体中にアルミネート結晶を高い再現性で良好に析出させてアルミナ基焼結体に発生しうる漏れ電流を効果的に防止できるから、例えば、前記条件（１）の肉厚Ｔ及び前記離間距離Ｗの比（Ｗ／Ｔ）が前記範囲を逸脱していても、またスパークプラグ１で例示した構造等を有していなくても、漏れ電流が高度に発生しにくい絶縁体３を備えたスパークプラグを歩留まりよく製造できる。したがって、この発明によれば、燃焼ガスへの着火性が良好なスパークプラグを歩留まりよく製造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。

このように、この発明に係るスパークプラグの製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法によれば、通常のスパークプラグに装着される絶縁体はもちろんのこと小型化されたスパークプラグに装着される薄肉化された絶縁体であっても漏れ電流が高度に発生しにくくなる。したがって、この発明に係るスパークプラグの製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法において、絶縁体３は、ネジ部９の呼び、主体金具４の寸法等を考慮して、その肉厚が適宜に決定される。例えば、小型化されたスパークプラグに装着される絶縁体３を作製する場合には、その肉厚Ｔは０．３〜１．１ｍｍであるのが好ましい。また、この発明に係るスパークプラグの製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法において、絶縁体３の肉厚Ｔに対する絶縁体３と主体金具４との離間距離Ｗの比（Ｗ／Ｔ）は適宜に決定され、例えば、小型化されたスパークプラグにおいて前記離間距離Ｗの比（Ｗ／Ｔ）は１〜８であるのが好ましい。さらに、この発明に係るスパークプラグの製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法において、図１及び図２に示されるスパークプラグ１のように、内材８が、絶縁体３に保持されたときに、好ましくは主体金具１の少なくとも先端面４ａを含む仮想平面まで延在するように外材７に埋設され、特に好ましくはこの仮想平面よりも先端側まで延在するように外材７に埋設されるように中心電極２を形成すると、高い耐熱性を発揮すると共に、より一層高温等の厳しい環境下に曝されても漏れ電流を抑制することができ、燃焼ガスに対する高い着火性を発揮するスパークプラグを所望により歩留りよく製造できるスパークプラグの製造方法を提供するという目的を達成できる。さらにまた、この発明に係るスパークプラグの製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法は前記原料粉末で絶縁体３を形成するから、この絶縁体３を主体金具４の先端面４ａから先端側に１ｍｍ以上突出するように配置したスパークプラグであっても燃焼ガスに対する高い着火性を発揮する。したがって、この発明によれば、主体金具４の先端面４ａから先端側に１ｍｍ以上突出する絶縁体３を備えた、燃焼ガスに対する高い着火性を発揮するスパークプラグを所望により歩留りよく製造できるスパークプラグの製造方法を提供するという目的を達成できる。

また、この発明に係るスパークプラグの製造方法、及び、この発明に係るスパークプラグの好適な製造方法によれば、漏れ電流が高度に発生しにくい絶縁体を所望により歩留りよく作製できるから、通常のスパークプラグに装着される絶縁体はもちろんのこと小型化されたスパークプラグに装着される薄肉化された絶縁体としても漏れ電流の発生が抑制される。したがって、この発明によれば、例えばネジ部９の呼びが例えばＭ１０以下となる小型であっても燃焼ガスに対する高い着火性を発揮するスパークプラグを所望により歩留りよく製造できるスパークプラグの製造方法、及び、絶縁体３に発生しうる漏れ電流を高度に抑制して燃焼ガスに対する高い着火性を発揮する小型のスパークプラグを所望により歩留りよく製造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、近年の複雑化された内燃機関、高出力化等された内燃機関及び／又は小型化された内燃機関に装着されても燃焼ガスに対する高い着火性を発揮する小型のスパークプラグを所望により歩留りよく製造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。また、この発明によれば、絶縁体３が８００℃以上に加熱されるような高温に到達する内燃機関に装着されても燃焼ガスに対する高い着火性を発揮する小型のスパークプラグを所望により歩留りよく製造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。

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９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及びこの発明に係るスパークプラグの製造方法は、前記した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１は、中心電極２及び接地電極６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。

（アルミナ基焼結体の製造）
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Ｃａ化合物粉末、Ｍｇ化合物粉末、Ｂａ化合物粉末及びＳｒ化合物粉末と希土類化合物粉末と所望によりＢ化合物粉末（試料２）とを混合して、原料粉末（混合した各粉末の種類を第１表に示す。）とした。なお、アルミナ粉末の平均粒径は２．１μｍであり、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の平均粒径は前記範囲内にあった。この原料粉末に親水性結合剤例えばポリビニルアルコールと溶媒としての水とを添加してスラリーを調製した。

得られたスラリーは、スプレードライ法等により噴霧乾燥されて、平均粒径が約１００μｍの球状の造粒物に調製した。更に、得られた造粒物をラバープレス成形することにより、絶縁体の原形となる未焼成成形体を作製した。この未焼成成形体を大気雰囲気下において焼成温度１４５０℃〜１６５０℃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、試料１〜５５の各アルミナ基焼結体を得た。なお、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。第１表（その１）及び第１表（その２）（併せて第１表と称することがある。）において「＊」を付した試料は前記条件（２）の組成、条件（３）の質量割合Ｒ_ＲＥ、条件（４）の質量割合Ｒ_２及び／又は条件（５）を満たさない比較例である。

（成分の含有率測定）
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、ＥＰＭＡを用いた定量分析により測定した。絶縁体に含まれる各成分の含有率を検出された各成分の含有率の合計を１００質量％としたときの質量割合（％）として算出した。その結果を「組成（酸化物換算質量％）」として第１表に示す。また、Ｓｉ成分、第２族元素成分及び希土類元素成分の含有率の合計を「助剤総量（酸化物換算質量％）」として算出し、その結果を第１表に示す。さらに、前記質量割合Ｒ_ＲＥ及び前記質量割合Ｒ_２をそれぞれ算出した結果を第１表に示す。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。

（相対密度の測定）
このようにして得られた試料１〜５５の各アルミナ基焼結体において、ＪＩＳ Ｒ１６３４（１９９８）に規定された「見かけ密度」の測定方法に準拠して、アルキメデス法によって測定された各アルミナ基焼結体の密度を測定し、前記混合則によって計算された密度に対する比率（理論密度比）を算出した。この比率を相対密度として第１表に示す。

（アルミネート結晶相）
試料１〜５５の各アルミナ基焼結体を切断した断面に研磨処理を施した後に、株式会社リガク製のＸ線回折装置（型式：ＭｉｎｉＦｌｅｘ）を用いて前記方法に従って前記断面のＸ線回折分析をした。得られたＸ線回折分析チャートをＪＣＰＤＳカードと比較して、各アルミナ基焼結体にアルミネート結晶が存在するか否かを確認した。また、得られた各Ｘ線回折分析チャートにおける前記強度比［アルミネート／アルミナ］（第１表において、「アルミネート結晶相 強度比」と表記する。）を前記方法に従って算出した。これらの結果を第１表に示す。なお、第１表の「アルミネート結晶相の有無」は、アルミネート結晶が存在した場合を「○」、アルミネート結晶が存在しなかった場合を「×」とした。

（シリケート結晶相）
前記アルミネート結晶相の有無と同様にして試料１〜５５の各アルミナ基焼結体をＸ線回折分析した。得られたＸ線回折分析チャートをＪＣＰＤＳカードと比較して、各アルミナ基焼結体に、前記第２族元素成分を含有するシリケート結晶である「（２Ａ）ＳｉＯ_３」（なお、「２Ａ」はＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素を表す。第１表において「２ＡＳｉＯ_３」と表記する。）が存在するか否かを確認した。また、得られた各Ｘ線回折分析チャートにおける前記強度比［シリケート／アルミネート］（第１表において、「２ＡＳｉＯ_３結晶相 強度比」と表記する。）を前記方法に従って算出した。これらの結果を第１表に示す。なお、第１表の「２ＡＳｉＯ_３結晶相の有無」は、シリケート結晶が存在した場合を「○」、シリケート結晶が存在しなかった場合を「×」とした。

（漏れ電流評価１）
試料１〜４９の各アルミナ基焼結体を用いて図１及び図２に示されるスパークプラグ１を製造した。このスパークプラグ１は、ネジ部９の呼びがＭ１４、前記条件（１）〜（５）を満足し、前記比（Ｗ／Ｔ）が１〜８の範囲内にあり、絶縁体２の突出量Ｌｉが前記範囲内に設定され、中心電極２は前記仮想平面よりも先端側まで埋設された銅を主成分とする軸芯すなわち内材８を備えていた。

一方、漏れ電流評価用のスパークプラグ（以下、評価用プラグと称することがある。）として図３に示されるスパークプラグ１０１をスパークプラグ１と基本的に同様にして製造した。製造された評価用プラグ１０１において、試料１〜４９の各アルミナ基焼結体で作製された絶縁体１０３の前記肉厚Ｔが第２表に示される値となるように、調製した。これらの評価用プラグ１０１において、前記肉厚Ｔを１．５ｍｍに設定可能となるＭ１４にネジ部９の呼びを統一して、前記肉厚Ｔの値にかかわらず同一の測定条件となるように、絶縁体１０３の脚長部３ｅ外径及び主体金具１０４の先端部開口径が変更されている。この評価用プラグ１０１は、図３に示されるように、中心電極１０２が火花放電をしないように、接地電極を設けず、また、中心電極１０２をその先端部まで絶縁体１０３で完全に被覆すなわち絶縁体１０３に埋設した。このように構成された評価用プラグ１０１は、前記した事項に加え前記比（Ｗ／Ｔ）が１．５であること以外は前記スパークプラグ１と基本的に同様である。なお、前記のように、漏れ電流評価１においては、同一の測定条件で評価するため、評価用プラグ１０１の小型化が可能な値に前記肉厚Ｔを設定できる場合であっても、評価用プラグ１０１をあえて小型化することなく、ネジ部９の呼びをすべて同一のＭ１４に設定した。したがって、この漏れ電流評価１においてネジ部の呼びがＭ１４に設定されていることはスパークプラグの小型化の可否とは何ら関係はない。

前記スパークプラグ１と前記評価用プラグ１０１とを、１シリンダーに２本のプラグを装着可能な評価用エンジン（１．３Ｌ直列４気筒エンジン、プラグホール径はＭ１４）にそれぞれ装着した。この状態で評価用プラグ１０１における中心電極１０２の内材である軸芯１０５に２８ｋＶの電圧がかかるように、評価用プラグ１０１の主体金具１０４と前記軸芯１０５とに電圧を印加すると共に、前記スパークプラグ１の主体金具４と中心電極２とに同様の電圧を印加した。なお、昇圧はスパークプラグ１の火花放電に用いる電源を使用して６０Ｈｚで実施した。

次いで、スパークプラグ１で燃料に着火して評価用エンジンを始動させ、その回転数を６６００ｒｐｍに保ちながら、評価用プラグ１０１の主体金具１０４に対向する絶縁体１０３の温度が狙い温度（具体的には７００℃）になるように、評価用エンジンのブースト圧と点火時期とを調整した。ブースト圧と点火時期との調整は、予め熱電対を取付けた温度確認用プラグを用いて前記狙い温度となる条件を調査して、この条件を採用することで、行った。

この状態で評価用エンジンを稼動させ、５００発の電圧を測定し、測定された電圧が印加電圧２８ｋＶから低下したか否かを確認した。漏れ電流は、測定された電圧が印加電圧に対して１ｋＶ以上低下し、かつ、オシロスコープにより通常の火花放電のブレークダウン波形を示す貫通放電でないことが確認できた場合に、発生すると判断した。

この試験を、各試料で作製した評価用プラグ１０１ごとに３検体ずつ実施し、印加電圧２８ｋＶに対して測定された電圧が１ｋＶ以上低下した回数の算術平均値で評価した。評価基準は、印加電圧２８ｋＶに対して測定された電圧が１ｋＶ以上低下していた回数が１％以下である場合を「◎」とし、印加電圧２８ｋＶに対して測定された電圧が１ｋＶ以上低下していた回数が１％超１０％以下である場合を「○」とし、印加電圧２８ｋＶに対して測定された電圧が１ｋＶ以上低下していた回数が１０％を超えていた場合を「×」とした。その結果を第２表に示す。

第２表に示されるように、評価用プラグ１０１が前記条件（１）〜（５）をすべて満たしていると、漏れ電流評価がいずれも「○」以上であり、これらの評価用プラグ１０１において漏れ電流を抑制できた。特に、前記質量割合Ｒ_ＲＥが０．２〜０．４５である評価用プラグ１０１は、肉厚Ｔが０．３〜１．１ｍｍに薄肉化されていても漏れ電流評価が「○」又は「◎」であり、漏れ電流を効果的に抑制できた。この結果から、前記条件（１）〜（５）をすべて満たすスパークプラグは、小型化されても、漏れ電流の発生を効果的に抑制でき、燃焼ガスへの着火性が良好であることが分かった。

一方、評価用プラグ１０１が前記条件（１）〜（５）の少なくとも１つを満たしていないと、漏れ電流評価はいずれも「×」であり、これらの評価用プラグ１０１において漏れ電流を抑制できなかった。

（漏れ電流評価２）
評価用プラグ１０１における絶縁体１０３の先端から特定の領域を前記試料１２のアルミナ基焼結体で形成した。すなわち、前記絶縁体１０３の先端から前記仮想平面までの領域（０ｍｍ）、及び前記先端から前記仮想平面より後端側に向かって１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍまでの領域を前記試料１２のアルミナ基焼結体で形成した。具体的には、前記試料１２のアルミナ基焼結体を形成可能な原料粉末と前記アルミナ基焼結体の組成を満たさない原料粉末とを所定量用いて、前記絶縁体３と基本的に同様にして、前記絶縁体１０３を製造した。

前記漏れ電流評価１と同様にして、これらの絶縁体３を用いて前記漏れ電流評価１で製造した評価用プラグ１０１と基本的に同様の評価用プラグ１０１（前記肉厚Ｔは０．５ｍｍ）を製造し、漏れ電流を評価した。その結果、前記先端から前記仮想平面より後端側に向かって２ｍｍ及び３ｍｍまでの領域を前記試料１２のアルミナ基焼結体で形成した評価用プラグ１０１は漏れ電流評価が「◎」であり、漏れ電流を抑制できた。一方、先端から前記仮想平面までの領域（０ｍｍ）及び先端から前記仮想平面より後端側に向かって１ｍｍまでの領域を前記アルミナ基焼結体で形成した評価用プラグ１０１は漏れ電流評価が「×」であり、漏れ電流を抑制できなかった。

（漏れ電流評価３）
前記漏れ電流評価１と基本的に同様にして、試料１〜３及び７〜１８の各アルミナ基焼結体で作製した絶縁体１０３を備えた評価用プラグ１０１を製造した。これらの評価用プラグ１０１の主体金具１０４に対向する前記絶縁体１０３の温度が８００℃となるように、評価用エンジンのブースト圧と点火時期とを調整したこと以外は、前記漏れ電流評価１と基本的に同様にして漏れ電流を評価した。その結果を第３表に示す。

第３表から明らかなように、試料１１〜１５のアルミナ基焼結体で形成した絶縁体１０３を備えた評価用プラグ１０１は、肉厚Ｔが０．３〜１．１ｍｍに薄肉化された絶縁体１０３が８００℃という高温に加熱されても、漏れ電流を効果的に抑制できた。特に、漏れ電流は絶縁体１０３が０．５ｍｍまで薄肉化されても効果的に抑制できた。この結果から、前記条件（１）〜（５）をすべて満たすスパークプラグ、特に条件（３）のＲ_ＲＥ及び条件（４）のＲ_２が好ましい範囲になるスパークプラグは、小型化され８００℃という高温下におかれても、漏れ電流の発生を効果的に抑制でき、燃焼ガスへの着火性が良好であることが分かった。

（漏れ電流評価４）
前記漏れ電流評価１と基本的に同様にして、試料１１（前記肉厚Ｔ＝０．７）、試料１２（前記肉厚Ｔ＝０．３及び０．７）、試料１５（前記肉厚Ｔ＝０．７）の各アルミナ基焼結体で絶縁体１０３を作製した。先端部開口径が適宜に調整された主体金具１０４を用いて、前記比（Ｗ／Ｔ）が第４表に示す「比（Ｗ／Ｔ）」値となる評価用プラグ１０１それぞれを製造した。これらの評価用プラグ１０１を用いて、前記漏れ電流評価３と基本的に同様にして、評価用エンジンを稼動させて電圧を測定し、測定された電圧が１ｋＶ以上低下した回数が５０回になるまで継続して放電し、前記印加電圧２８ｋＶと前記５０回目の電圧との差分を算出した。その結果を第４表に示す。

第４表に示されるように、肉厚Ｔが０．３又は０．７ｍｍに薄肉化された絶縁体１０３であっても前記比（Ｗ／Ｔ）が１以上であると、低下電圧値（ｋＶ）が６ｋＶ以下となり、漏れ電流を抑制できることがわかった。

（漏れ電流評価５）
前記漏れ電流評価１と基本的に同様にして、前記試料１、２、８、９、１２及び１５のアルミナ基焼結体で作製した絶縁体１０３を備えた評価用プラグ１０１を製造した。これらの評価用プラグ１０１は、前記比（Ｗ／Ｔ）が１．０で絶縁体１０３の肉厚Ｔが第５表に示される値に設定され、ネジ部９の呼びがＭ１０となるように主体金具１０４の寸法等が調整されている。これらの評価用プラグ１０１を用いること、及び、漏れ電流評価１の評価用エンジンにおけるプラグホール径をＭ１０にしたこと以外は、前記漏れ電流評価１と基本的に同様にして漏れ電流を評価した。その結果を第５表に示す。

第５表に示されるように、ネジ部９の呼びがＭ１０となるように小型化された評価用プラグ１０１を用いても、前記漏れ電流評価１と同様の結果が得られ、前記条件（１）〜（５）をすべて満たしていると漏れ電流を抑制できた。このように、絶縁体の肉厚を十分に確保しにくい小型のスパークプラグであっても、前記条件（１）〜（５）をすべて満たすと漏れ電流を抑制でき、この発明は小型化されたスパークプラグに効果的であることがわかった。

（漏れ電流評価６）
前記漏れ電流評価１と基本的に同様にして前記試料１２及び５０〜５５を用いて図４に示される測定用絶縁体７０をそれぞれ５検体ずつ製造した。この測定用絶縁体７０は、図４に示されるように、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は閉じた状態と成っている。この軸孔には中心電極Ｄが挿入配置されている。これらの測定用絶縁体７０を用いて測定用絶縁体７０に漏れ電流が発生したときの温度（℃）を測定した。漏れ電流評価６を実施可能な装置を図４に示す。図４（ａ）は測定用絶縁体７０と測定用絶縁体７０の先端近傍を囲繞する金属製のリング７１とを俯瞰した図であり、図４（ｂ）は測定用絶縁体７０と前記リング７１との断面図である。リング７１は、スパークプラグの主体金具特にその先端部として、図示しない固定手段によって起立状態に固定された測定用絶縁体７０の先端部に図示しない固定手段によって固定されている。したがって、リング７１は、その軸線長さＬが３〜４ｍｍであり、その先端側（図４において上方側）の端面において、前記比（Ｗ／Ｔ）に対応する、測定用絶縁体７０の肉厚Ｔ’に対する測定用絶縁体７０とリング７１との離間距離Ｗ’の比（Ｗ’／Ｔ’）が１．５となるように、内径が設定されている。このリング７１は、前記肉厚Ｔに対応する、前記先端側の端面における測定用絶縁体７０の肉厚Ｔ’が０．７ｍｍとなる位置に、配置されている。このように前記リング７１が配置された状態で、このリング７１を高周波加熱することによってリング７１の輻射熱で測定用絶縁体７０を間接的に加熱しつつ、前記中心電極Ｄと前記リング７１とに２８ｋＶの電圧をＣＤＩ電源（６０Ｈｚ）で印加した。前記リング７１の加熱温度を徐々に上昇させて、測定用絶縁体７０に漏れ電流が発生したか否かを前記漏れ電流評価１と同様にして確認、測定した。このようにして測定用絶縁体７０に発生した漏れ電流が測定されたときの、前記リング７１に囲繞された測定用絶縁体７０の温度（℃）を放射温度計で測定した。各測定用絶縁体７０の５検体それぞれについて同様にして漏れ電流が発生したときの温度（℃）を測定し、その中心３検体における算術平均値を、各測定用絶縁体７０の「漏れ電流発生温度（℃）」として第６表に示す。

第６表に示されるように、前記第２族元素成分が２成分である試料５０〜５３よりも前記第２族元素成分が３成分である試料５４及び１２並びに４成分である試料５５の方が漏れ電流発生温度が高くなることが分かった。また、前記第２族元素成分が同じ３成分であってもＢａ成分を含有する試料１２はＢａ成分を含有しない試料５４よりも漏れ電流発生温度が高くなることが分かった。さらに、前記第２族元素成分が同じ２成分であってもＢａ成分を含有する試料５１〜５３はＢａ成分を含有しない試料５０よりも漏れ電流発生温度が高くなることが分かった。また、前記第２族元素成分は、アルミナ基焼結体の密度、組成等の物性が同一である場合等には、Ｂａ成分＞Ｓｒ成分＞Ｃａ成分＞Ｍｇ成分の順でマイグレーションを起こしにくいから、第２族元素成分としてＢａ成分とＢａ成分を除くいずれか１つの成分とを含有するときには、Ｂａ成分とＳｒ成分との２種（試料番号５３）であるのが最も好ましく、次いでＢａ成分とＣａ成分との２種（試料番号５２）であるのが好ましく、次いでＢａ成分とＭｇ成分との２種（試料番号５１）であるのが好ましいことが分かった。

（漏れ電流評価７）
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Ｃａ化合物粉末、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末と希土類化合物粉末としてＬａ化合物粉末とを、前記「アルミナ基焼結体の製造」における資料１７と同様の組成（酸化物換算質量％）となるように、かつ、「粒度分布比（９０％体積径／１０％体積径）」が第７表に示される値となるように、混合して９種類の原料粉末をそれぞれ調製した。なお、アルミナ粉末、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はそれぞれ前記範囲内の平均粒径を有し、前記「粒度分布比（９０％体積径／１０％体積径）」が第７表に示される値となるように異なる平均粒径の各化合物粉末を適宜に選択して用いた。

これらの原料粉末それぞれに親水性結合剤例えばポリビニルアルコールと溶媒としての水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等により噴霧乾燥して平均粒径が約１００μｍの球状の造粒物に調製した。更に、得られた造粒物をラバープレス成形することにより、絶縁体の原形となる未焼成成形体を作製した。この未焼成成形体を大気雰囲気下において焼成温度１４５０℃〜１６５０℃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、９種類のアルミナ基焼結体を作製した。なお、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。

作製し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、並びに、前記質量割合Ｒ_ＲＥ及び前記質量割合Ｒ_２を前記「前記アルミナ基焼結体の製造」と同様にして算出したところ、第１表の資料１７と同様であった。また、作製したアルミナ基焼結体それぞれの相対密度を前記「前記アルミナ基焼結体の製造」と同様にして測定した結果を第７表に示す。

作製したアルミナ基焼結体それぞれにおいてアルミネート結晶が存在するか否かを前記「前記アルミナ基焼結体の製造」と同様にして確認した。また、得られた各Ｘ線回折分析チャートにおける前記強度比［アルミネート／アルミナ］（第７表において「アルミネート結晶相 強度比」と表記する。）を前記方法に従って算出した。これらの結果を第７表に示す。なお、第７表の「アルミネート結晶相の有無」はアルミネート結晶が存在した場合を「○」、アルミネート結晶が存在しなかった場合を「×」とした。

また、作製したアルミナ基焼結体それぞれにおいてシリケート結晶が存在するか否かを前記「前記アルミナ基焼結体の製造」と同様にして確認した。また、得られた各Ｘ線回折分析チャートにおける前記強度比［シリケート／アルミネート］（第７表において「２ＡＳｉＯ_３結晶相 強度比」と表記する。）を前記方法に従って算出した。これらの結果を第７表に示す。なお、第７表の「２ＡＳｉＯ_３結晶相の有無」は、シリケート結晶が存在した場合を「○」、シリケート結晶が存在しなかった場合を「×」とした。

作製した９種類のアルミナ基焼結体を用いて図１及び図２に示されるスパークプラグ１を各種類ごとに５０検体ずつ製造した。これらの９種類のスパークプラグ１は、ネジ部９の呼びがＭ１４で前記肉厚Ｔが０．３ｍｍであり、前記離間距離Ｗの比（Ｗ／Ｔ）が１〜８の範囲内で同じ値に設定され、絶縁体２の突出量Ｌｉが前記範囲内の同じ値に設定され、中心電極２は前記仮想平面よりも先端側まで埋設された銅を主成分とする軸芯すなわち内材８を備えていた。

一方、評価用プラグとして図３に示されるスパークプラグ１０１を、各種類のスパークプラグ１と基本的に同様にして、各種類５０本ずつ製造した。具体的には、製造された評価用プラグ１０１において絶縁体１０３の肉厚Ｔを０．３ｍｍとしたこと以外はスパークプラグ１及び前記「漏れ電流評価１」の評価用プラグ１０１と基本的に同様にして、スパークプラグ１と同一の原料粉末を用いてスパークプラグ１の種類に対応する種類の評価用プラグ１０１を各種類５０本ずつ製造した。

原料粉末の各種類ごとに、製造した５０検体のスパークプラグ１と５０本の評価用プラグ１０１とを１つづつ５０組に区分けした。原料粉末の各種類ごとに、スパークプラグと評価用プラグ１０１との５０組すべてを用いて前記「漏れ電流評価１」と基本的に同様（狙い温度７００℃）にして漏れ電流評価を行った。漏れ電流評価は、原料粉末の各種類ごとに、５０組中に存在する不良率で評価した。不良率は、各組のスパークプラグと評価用プラグ１０１とに２８ｋＶの印加電圧をかけて評価用エンジンを稼動させた状態で５００発の電圧を測定し、測定された電圧が印加電圧２８ｋＶに対して１ｋＶ以上低下した回数と、オシロスコープにより通常の火花放電のブレークダウン波形を示す貫通放電であった回数の合計回数が５００発中１０％以上発生した場合を不良とし、５０組に対する不良とされた組数の割合（不良数／５０組）とした。具体的には、原料粉末の各種類において、前記割合（不良数／５０組）が５％未満の割合であった場合を「◎」とし、前記前記割合（不良数／５０組）が５％以上１０％未満の割合であった場合を「○」とし、前記前記割合（不良数／５０組）が１０％以上の割合であった場合を「△」とした。

第７表に示されるように、粒度分布比（９０％体積径／１０％体積径）が３．６〜５．２の範囲内にある原料粉末を調製し、この原料粉末を加圧成形後に焼結して作製した絶縁体を用いて製造されたスパークプラグはいずれも、高い相対密度を保持しつつアルミネート結晶及びシリケート結晶を再現性よく多量に析出させることができ、その結果、漏れ電流の発生しにくいスパークプラグ１及び評価用プラグ１０１を歩留りよく製造できた。この結果から、条件（Ａ）を満足するように混合された原料粉末を焼結し絶縁体を作製する工程を含むスパークプラグの製造方法は、絶縁体に漏れ電流が生じにくく燃焼ガスに対する高い着火性を発揮するスパークプラグを歩留まりよく製造できることが分かった。

この発明に係るスパークプラグ及びこの発明に係るスパークプラグの製造方法で製造され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、アルミナ基焼結体で形成される絶縁体３は漏れ電流が発生しにくいから、近年の複雑化された内燃機関、高出力化等された内燃機関及び／又は小型化された内燃機関、さらには、燃焼室の温度が８００℃以上の高温に到達する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る。

１ スパークプラグ
２ 中心電極
３ 絶縁体
３ｅ 脚長部
４ 主体金具
４ａ 先端面
６ 接地電極
７ 外材
８ 内材
９ ネジ部
７０ 測定用絶縁体
７１ リング
１０１ 漏れ電流評価用のスパークプラグ（評価用プラグ）
１０２ 中心電極
１０３ 絶縁体
１０４ 主体金具
１０５ 軸芯

Claims (10)

1. 軸線方向に延びる中心電極と、前記中心電極の外周に設けられ、先端側に小径の脚長部を有する略円筒状の絶縁体と、前記絶縁体の外周に設けられた略円筒状の主体金具とを備えて成り、下記条件（１）〜（５）を満足するスパークプラグ。
   条件（１）：前記絶縁体は、前記主体金具の先端面を含む仮想平面における前記絶縁体の肉厚Ｔが０．３〜１．１ｍｍであること
   条件（２）：前記絶縁体は、該絶縁体の先端から、前記仮想平面より後端側に向かって少なくとも２ｍｍまでの領域が、Ｓｉ成分と、希土類元素成分と、少なくとも２種のＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素成分とを含有し、Ｂ成分を実質的に無含有であるアルミナ基焼結体で形成されていること
   条件（３）：前記アルミナ基焼結体は、前記Ｓｉ成分、前記第２族元素成分及び前記希土類元素成分の合計質量（酸化物換算）に対する、前記希土類元素成分の質量（酸化物換算）の質量割合Ｒ_ＲＥが０．１５〜０．４５であること
   条件（４）：前記アルミナ基焼結体は、前記Ｓｉ成分の質量（酸化物換算）に対する、前記第２族元素成分の合計質量（酸化物換算）の質量割合Ｒ_２が０．２５以上であること
   条件（５）：アルミナ基焼結体は、前記希土類元素成分を含むアルミネート結晶相を粒界相に有していること
2. 前記肉厚Ｔは０．５〜１．１ｍｍであり、前記質量割合Ｒ_ＲＥは０．２〜０．４５である請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記アルミネート結晶相は、前記アルミナ基焼結体をＸ線回折したときにアルミナ由来の最強ピークに対するアルミネート結晶由来の最強ピークの強度比が０．０４以上である請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記質量割合Ｒ_２は０．２５〜１．０である請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
5. 前記アルミナ基焼結体は、前記第２族元素成分を含有するシリケート結晶相を、前記アルミナ基焼結体をＸ線回折したときに前記アルミネート結晶由来の最強ピークに対する前記シリケート結晶由来の最強ピークの強度比が０．３２以上となる割合で、前記粒界相に有している請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
6. 前記スパークプラグは前記主体金具の先端に設けられた接地電極を備えて成り、
   前記仮想平面において、前記絶縁体の肉厚Ｔに対する、前記絶縁体と前記主体金具との離間距離Ｗの比（Ｗ／Ｔ）が１〜８である請求項１〜５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
7. 前記第２族元素成分は、少なくとも３種を含有している請求項１〜６のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
8. 前記第２族元素成分は、Ｂａ成分を含有している請求項１〜７のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
9. 前記主体金具の外周面に形成されたネジ部の呼びがＭ１０以下である請求項１〜８のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
10. Ａｌ化合物粉末とＳｉ化合物粉末と少なくとも２種のＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素化合物粉末と希土類元素化合物粉末とを下記条件（Ａ）を満足するように混合して原料粉末を調製し、調製された原料粉末を加圧成形後に焼結して絶縁体を作製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。
    条件（Ａ）：原料粉末に含有される粉末粒子において、その１０％体積径と９０％体積径との粒度分布比（９０％体積径／１０％体積径）が３．６〜５．２であること

Images