JP6366555B2 - スパークプラグ - Google Patents
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Description
[1] 軸線方向に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、前記主体金具の先端に固定された接地電極と、を備えたスパークプラグであって、
前記絶縁体は、Al2O3を主成分とし、Si成分、Ba成分、Mg成分、Ca成分、Sr成分、及び希土類元素成分をそれぞれ酸化物換算したときの含有割合(質量%)を、それぞれRSiO2、RBaO、RMgO、RCaO、RSrO、RRE2O3とすると、Si成分、Ba成分、Mg成分、Ca成分、Sr成分、及び希土類元素成分の含有割合が下記の(1)〜(6)を満たすアルミナ焼結体からなり、前記アルミナ焼結体は、複数のアルミナの結晶それぞれの最大径の平均値である平均粒径D A とBa成分を含む結晶それぞれの最大径の平均値である平均粒径D B との比(D A /D B )が0.5以上5.0以下であることを特徴とするスパークプラグ。
(1)1.0≦RSiO2≦5.0
(2)0.5≦RBaO≦5.0
(3)0≦RMgO≦0.18
(4)0≦RMgO/RBaO≦0.36
(5)0.3≦(RMgO+RCaO+RSrO)≦1.8
(6)0≦RRE2O3≦0.1
[2] 前記アルミナ焼結体は、Na成分及びK成分の合計含有割合が、0.002質量%以上0.050質量%以下であることを特徴とする前記[1]に記載のスパークプラグ。
[3] 前記アルミナ焼結体は、Ti成分及びFe成分の合計含有割合が、0.01質量%以上0.08質量%以下であることを特徴とする[1]又は[2]に記載のスパークプラグ。
[4] 前記アルミナ焼結体は、バリウムヘキサアルミネートを含有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
(1)1.0≦RSiO2≦5.0
(2)0.5≦RBaO≦5.0
(3)0≦RMgO≦0.18
(4)0≦RMgO/RBaO≦0.36
(5)0.3≦(RMgO+RCaO+RSrO)≦1.8
(6)0≦RRE2O3≦0.1
表1〜表7に示すように、Al2O3粉末と、SiO2粉末と、BaCO3粉末と、MgCO3粉末と、CaCO3粉末と、SrCO3粉末と、La2O3粉末と、Na2CO3粉末と、K2CO3粉末と、Fe2O3粉末と、TiO2粉末とを適宜混合して原料粉末とした。この原料粉末に溶媒としての水と親水性結合剤とを添加してスラリーを調製した。
作製した試験用絶縁体70を軸線方向に直交する面で切断して切断面を研磨して、研磨面を得た。この研磨面を、蛍光X線分析して、検出された元素を酸化物換算したときの合計質量に対するAl成分の酸化物換算したときの質量の割合を算出した。5箇所において同様の測定を行い、得られた値の算術平均を算出し、Al成分の含有割合RAl2O3を求めた。同様にして、Si成分、Ba成分、Mg成分、Ca成分、Sr成分、及びLa成分をそれぞれ酸化物換算したときの含有割合RSiO2、RBaO、RMgO、RCaO、RSrO、及びRRE2O3をそれぞれ求めた。また、これらの値から表1〜表7に示す各種数値を算出した。
後述の「高温耐電圧試験I」では、試験用絶縁体70をX線回折分析し、試験用絶縁体70に含有される結晶の同定を行った。
後述の「高温耐電圧試験IV」では、試験用絶縁体70に含まれるNa、K、Fe、及びTi等の微量成分の含有割合を、ICP発光分光分析法により求めた。
後述の「高温耐電圧試験I」では、アルミナ焼結体に含まれる、アルミナの結晶の平均粒径DAとBa成分を含む結晶の平均粒径DBとの比(DA/DB)を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて求めた。具体的には、まず、試験用絶縁体70の組成を測定するのに用いた、切断面が露出した試験用絶縁体70を電気炉に入れて、1400℃で1時間保持することによりサーマルエッチングを行った。次いで、試験用絶縁体70の切断面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察し、前述したように、縦300μm、横300μmの領域、10視野においてアルミナの結晶、Ba成分を含む結晶それぞれについて合計50個の結晶の最大径を測定し、得られた測定値の平均値を算出した。アルミナの結晶の最大径の平均値を平均粒径DAとし、Ba成分を含む結晶の最大径の平均値を平均粒径DBとし、平均粒径DAと平均粒径DBとの比(DA/DB)を求めた。なお、それぞれの視野において、SEMに付属のエネルギー分散型X線分析装置(EDS)を用いて元素分析を行うことにより、アルミナの結晶及びBa成分を含む結晶を特定した。
図2に示す耐電圧測定装置71を用いて、この試験用絶縁体70の900℃における高温耐電圧試験を行った。図2に示すように、作製した試験用絶縁体70は、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には蓋が設けられ、閉じた状態になっている。耐電圧測定装置71は、金属製の環状部材72と、試験用絶縁体70を加熱するヒータ73を有する炉とを備えている。試験用絶縁体70の軸孔にNi合金製の試験用中心電極74をその先端部まで挿入配置し、試験用絶縁体70の先端部外周面に、環状部材72の内周面が接するように環状部材72を配置した状態で、試験用絶縁体70の耐電圧を測定した。具体的には、まず、試験用絶縁体70を炉に入れてヒータ73で炉内の温度が900℃になるまで加熱して900℃に保持した状態で、試験用中心電極74と環状部材72との間に20kVで30分間電圧を印加した。これにより、絶縁体を備えたスパークプラグを長期にわたって使用した後の状態として、加速試験を行った。その後、試験用中心電極74と環状部材72との間に電圧を印加し、0.5kV/sで昇圧した。試験用絶縁体70に絶縁破壊が発生したとき、すなわち、試験用絶縁体70が貫通して昇電圧できなくなったときの電圧値を測定し、この値を耐電圧値(kV)として表1〜表3に示した。
試験用絶縁体70を炉に入れてヒータ73で炉内の温度が900℃になるまで加熱して900℃に保持した状態で、試験用中心電極74と環状部材72との間に25kVで30分間電圧を印加した後に、耐電圧値を測定したこと以外は「高温耐電圧試験I」と同様にして試験を行った。高温耐電圧試験IIは、高温耐電圧試験Iより印加した電圧値が高く、厳しい条件になっている。結果を表4に示す。
試験用絶縁体70を炉に入れてヒータ73で炉内の温度が900℃になるまで加熱して900℃に保持した状態で、試験用中心電極74と環状部材72との間に20kVで60分間電圧を印加した後に、耐電圧値を測定したこと以外は「高温耐電圧試験I」と同様にして試験を行った。高温耐電圧試験IIIは、高温耐電圧試験Iより長時間電圧を印加しており、厳しい条件になっている。結果を表5に示す。
試験用絶縁体70を炉に入れてヒータ73で炉内の温度が900℃になるまで加熱して900℃に保持した状態で、試験用中心電極74と環状部材72との間に20kVで120分間電圧を印加した後に、耐電圧値を測定したこと以外は「高温耐電圧試験I」と同様にして試験を行った。高温耐電圧試験IVは、高温耐電圧試験Iより長時間電圧を印加しており、厳しい条件になっている。結果を表6及び表7に示す。
2 軸孔
3 絶縁体
4 中心電極
5 端子金具
6 接続部
7 主体金具
8 接地電極
11 後端側胴部
12 大径部
13 先端側胴部
14 脚長部
24 ネジ部
25 ガスシール部
26 工具係合部
27 加締め部
28 後端部
29 棒状部
70 試験用絶縁体
71 耐電圧測定装置
72 環状部材
73 ヒータ
74 試験用中心電極
G 間隙
Claims (4)
- 軸線方向に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、前記絶縁体の外周に設けられた主体金具と、前記主体金具の先端に固定された接地電極と、を備えたスパークプラグであって、
前記絶縁体は、Al2O3を主成分とし、Si成分、Ba成分、Mg成分、Ca成分、Sr成分、及び希土類元素成分をそれぞれ酸化物換算したときの含有割合(質量%)を、それぞれRSiO2、RBaO、RMgO、RCaO、RSrO、RRE2O3とすると、Si成分、Ba成分、Mg成分、Ca成分、Sr成分、及び希土類元素成分の含有割合が下記の(1)〜(6)を満たすアルミナ焼結体からなり、前記アルミナ焼結体は、複数のアルミナの結晶それぞれの最大径の平均値である平均粒径D A とBa成分を含む結晶それぞれの最大径の平均値である平均粒径D B との比(D A /D B )が0.5以上5.0以下であることを特徴とするスパークプラグ。
(1)1.0≦RSiO2≦5.0
(2)0.5≦RBaO≦5.0
(3)0≦RMgO≦0.18
(4)0≦RMgO/RBaO≦0.36
(5)0.3≦(RMgO+RCaO+RSrO)≦1.8
(6)0≦RRE2O3≦0.1 - 前記アルミナ焼結体は、Na成分及びK成分の合計含有割合が、0.002質量%以上0.050質量%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。
- 前記アルミナ焼結体は、Ti成分及びFe成分の合計含有割合が、0.01質量%以上0.08質量%以下であ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。
- 前記アルミナ焼結体は、バリウムヘキサアルミネートを含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
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