JP7203062B2 - スパークプラグ用絶縁体、及びスパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグ用絶縁体、及びスパークプラグに関する。

自動車エンジン等の内燃機関の点火装置として、スパークプラグが利用されている。この種のスパークプラグは、一般的に、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックを主体とする縦長の円筒状の絶縁体（スパークプラグ用絶縁体）を備えている。絶縁体の中心には、火花ギャップを形成するための中心電極と、それに高圧を印加するための端子電極とを挿通するための細長い貫通孔が設けられている。このような絶縁体は、セラミックの原料粉末を所定の成形型を利用して圧縮成形し、得られた成形体を焼成することで得られる。

前記成形体は、ゴム製や金属製の成形型を利用して成形される。例えば、特許文献１には、ラバープレス法と呼ばれる一種の冷間静水圧プレス法による成形方法が示されている。この成形方法では、上記貫通孔を形成するためのプレスピンを配したゴム型のキャビティ内に前記原料粉末が充填され、ゴム型の外から液圧が印加されて前記原料粉末が加圧されることで成形体が得られる。

なお、成形体の製造に使用される原料粉末中には、細かな繊維等が異物として混入することがある。異物を含んだ成形体を焼成すると、得られた焼結体の中に、異物の焼失痕からなる空隙が形成されることがある。形成される空隙の大きさや量等によっては、絶縁体の強度や絶縁性が低下する虞があるため、原料粉末中の異物は、成形体を製造する前に通篩する等して除去される。

特開２０００－５８２２６号公報

ところで、絶縁体中に、異物に起因する空隙が形成された場合でも、性能上、問題ない場合もある。従来、絶縁体中に存在する空隙が、絶縁体の性能（耐電圧性等）にどのような影響を与えるか等について、詳しく検証されていないのが実情であった。

本発明の目的は、耐電圧性及び耐衝撃性に優れるスパークプラグ用絶縁体、及び前記スパークプラグ用絶縁体を備えるスパークプラグを提供することである。

前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 軸線方向に延びた貫通孔を含む筒状のアルミナ基焼結体からなり、前記軸線方向に対して垂直に切断された前記アルミナ基焼結体の切断面が、以下に示される条件（ａ）から（ｃ）の全てを満たすスパークプラグ用絶縁体。
（ａ）前記切断面の全体を面積率で１００％とした場合、その面内で観察される空隙の総面積率が１％以上５％以下である。
（ｂ）前記切断面における前記空隙の１個あたりの最大面積が９００μｍ^２以下である。
（ｃ）前記空隙のうち面積が６０μｍ^２以上のものが、アスペクト比が２以下である第１空隙と、前記アスペクト比が２より大きい第２空隙とからなり、前記切断面における第２空隙の総面積率に対する前記第１空隙の総面積率の割合が２以上である。

＜２＞ 前記切断面において、前記第２空隙の長軸方向の両端を結ぶ線分Ｌと、前記線分Ｌの中点Ｇと前記軸線が配される中心Ｏとを通る直線Ｔと、があり、
前記線分Ｌと前記直線Ｔとがなす角のうち小さい方の大きさが４５度以上９０度以下である前記＜１＞に記載のスパークプラグ用絶縁体。

＜３＞ 径方向に最も外側に張り出した突出部と、
前記突出部より前記軸線方向における先端側に配され、かつ外径の小さい先端部と、
前記突出部と前記先端部との間に配され、外径が前記突出部よりも小さくかつ前記先端部よりも大きい筒状の中胴部と、を有し、
前記中胴部の前記軸線に垂直な方向の厚さが２．６ｍｍ以下である前記＜１＞又は＜２＞に記載のスパークプラグ用絶縁体。

＜４＞ 前記（ａ）における前記空隙の総面積率が１％以上３％以下である前記＜１＞から＜３＞の何れか１つに記載のスパークプラグ用絶縁体。

＜５＞ 前記＜１＞から＜４＞の何れか１つに記載のスパークプラグ用絶縁体を備えるスパークプラグ。

本発明によれば、耐電圧性及び耐衝撃性に優れるスパークプラグ用絶縁体、及び前記スパークプラグ用絶縁体を備えるスパークプラグを提供することができる。

実施形態１のスパークプラグ１の一部破断説明図 軸線方向に対して垂直に切断されたアルミナ基焼結体の中胴部の切断面を模式的に表した説明図 切断面で観察される第１空隙及び第２空隙を模式的に表した説明図 絶縁体の製造方法を示すフロー図 成形体の成形工程において、造粒粉がラバープレス成形機のキャビティに充填される様子を示す説明図 成形体の成形工程において、造粒粉が充填されたキャビティ内にプレスピンが挿入される様子を示す説明図 成形体の成形工程において、造粒粉が充填されたキャビティ内が密封状態となった様子を示す説明図 成形体の成形工程において、ラバープレス成形機から成形体が取り出される様子を示す説明図 水中耐電圧試験により試験サンプルの貫通電圧を測定する方法を模式的に表した説明図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１～図３を参照しつつ説明する。本実施形態では、スパークプラグ１と共に、それに使用されるスパークプラグ用絶縁体２について例示する。なお、本明細書では、スパークプラグ用絶縁体２を、単に「絶縁体２」と表現する場合がある。

図１は、実施形態１のスパークプラグ１の一部破断説明図である。図１に示される上下方向に延びた直線（一点鎖線）は、スパークプラグ１の軸線ＡＸを表す。図１の下側にスパークプラグ１の軸線ＡＸ方向先端側が配され、図１の上側にスパークプラグ１の軸線ＡＸ方向後端側が配される。以下、軸線ＡＸ方向の先端、後端をそれぞれ、単に「先端」、「後端」と表現する場合がある。なお、図１では、軸線ＡＸから右側の部分にスパークプラグ１の外観が示され、軸線ＡＸから左側の部分にスパークプラグ１の断面図が示される。

スパークプラグ１は、自動車のエンジン（内燃機関の一例）に取り付けられ、エンジンの燃焼室内の混合気に点火するために利用される。スパークプラグ１は、主として、絶縁体２、中心電極３、接地電極４、端子金具５、主体金具６、抵抗体７、シール部材８，９を備えている。

絶縁体（スパークプラグ用絶縁体）２は、内部に貫通孔２１を含む軸線ＡＸ方向に延びた略円筒状の部材である。絶縁体２の詳細は、後述する。

主体金具６は、スパークプラグ１をエンジン（具体的には、エンジンヘッド）に取り付ける際に利用される部材であり、全体として軸線ＡＸ方向に延びた円筒形状をなし、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼材）によって構成される。主体金具６の先端側の外表面には、ネジ部６１が形成されている。また、ネジ部６１の後端（所謂、ネジ首）には、リング状のガスケットＧが外嵌されている。更に、主体金具６の後端側には、主体金具６をエンジンに取り付ける際にレンチ等の工具を係合させるための工具係合部６３が設けられている。そして、主体金具６の後端部には、径方向内側に屈曲された加締め部６４が設けられている。

また、主体金具６は、内部に軸線ＡＸ方向に貫通する通し孔６５を備えており、その通し孔６５に挿通される形で、絶縁体２が主体金具６の内部で保持される。絶縁体２の後端は、主体金具６の後端から外側（図１の上側）へ大きく突出した状態となっている。これに対して、絶縁体２の先端は、主体金具６の先端から外側（図１の下側）へ僅かに突出した状態となっている。

主体金具６の内部に装着された状態において、絶縁体２の内部には中心電極３が配設されている。中心電極３は、軸線ＡＸ方向に沿って延びる棒状の中心電極本体３１と、その中心電極本体３１の先端に取り付けられる円柱状（円板状）のチップ（発火部）３２とを備えている。中心電極本体３１は、絶縁体２や主体金具６よりも長手方向の長さが短い部材であり、その先端側が外部に露出するように絶縁体２の貫通孔２１で保持されている。中心電極本体３１の後端は、絶縁体２の内部に収容されている。中心電極本体３１は、ニッケル（Ｎｉ）又はニッケルを最も多く含むニッケル基合金（例えば、ＮＣＦ６００、ＮＣＦ６０１等）によって構成される。なお、中心電極本体３１は、ニッケル又はニッケル基合金製の鞘部（母材）と、その鞘部の内部に埋設された芯部とを含む２層構造であってもよい。その場合、芯部は、鞘部よりも熱伝導性に優れる銅（Ｃｕ）又は銅を最も多く含む銅基合金から形成されることが好ましい。

端子金具５は、軸線ＡＸ方向に延びる棒状の部材であり、絶縁体２の貫通孔２１の後端側に挿し込まれる形で取り付けられている。端子金具５は、絶縁体２（貫通孔２１）内において、中心電極３よりも後端側に配置されている。端子金具５は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼）で構成される。なお、端子金具５の表面には、防食等の目的でニッケル等のメッキが施されてもよい。

端子金具５は、先端側に配される棒状の脚部５１と、その脚部５１の後端側に配される鍔部５２と、その鍔部５２よりも後端側に配されるキャップ装着部５３とを備えている。脚部５１は、絶縁体２の貫通孔２１内に挿入されている。鍔部５２は、絶縁体２の後端部から露出し、かつその後端部に係止する部分である。キャップ装着部５３は、高圧ケーブルが接続されたプラグキャップ（不図示）が装着される部分であり、そのキャップ装着部５３を介して、外部より火花放電を発生させるための高電圧が印加される。

抵抗体７は、絶縁体２の貫通孔２１内において、端子金具５の先端（脚部５１の先端）と中心電極３の後端（中心電極本体３１の後端）との間に配置される。抵抗体７は、例えば、１ｋΩ以上の抵抗値（例えば、５ｋΩ）を有し、火花発生時の電波ノイズを低減する機能等を備えている。抵抗体７は、例えば、主成分であるガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、導電性材料とを含む組成物によって構成される。

貫通孔２１内における抵抗体７の先端と、中心電極３の後端との間には隙間が設けられており、その隙間を埋める形で、導電性のシール部材８が配設されている。また、貫通孔２１内における抵抗体７の後端と、端子金具５の先端との間にも隙間が設けられており、その隙間を埋める形で、導電性のシール部材９が配設されている。各シール部材８，９は、例えば、Ｂ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２系等のガラス粒子と、金属粒子（Ｃｕ，Ｆｅ等）とを含む導電性の組成物によって構成される。

接地電極４は、全体的には途中で略Ｌ字状に折れ曲がった板片からなり、その後端部４２が主体金具６の先端に接合される。そして、その先端部４１が中心電極３の先端部（チップ３２）との間隔を保ちつつ対向するように配される。接地電極４と主体金具６とは、例えば、互いに抵抗溶接、レーザ溶接等の溶接技術によって接合される。これにより、接地電極４と主体金具６とは、互いに電気的に接続される。接地電極４は、例えば、主体金具６と同様、ニッケル又はニッケル基合金からなる。

中心電極３の先端部にあるチップ３２と、接地電極４の先端部４１との間には、隙間Ｓがあり、中心電極３と接地電極４との間に高電圧が印加されると、その隙間Ｓにおいて、概ね軸線ＡＸに沿った形で、火花放電が発生する。チップ３２は、発火部として、中心電極３の先端部に取り付けられる部材であり、円柱状（円板状）をなしている。チップ３２は、イリジウム（Ｉｒ）を主成分とするイリジウム基合金からなり、中心電極本体３１の下端に対して、抵抗溶接やレーザ溶接等により接合される。

次いで、絶縁体２について詳細に説明する。絶縁体２は、全体的には、軸線ＡＸ方向に細長く延びた円筒状をなしており、図１に示されるように、内部に軸線ＡＸ方向に延びた貫通孔２１を含む。絶縁体２は、アルミナを主成分とする筒状（円筒状）のアルミナ基焼結体によって構成される。絶縁体２は、径方向に最も外側に張り出した突出部２２と、突出部２２より軸線ＡＸ方向における先端側に配され、かつ外径の小さい先端部２３と、突出部２２と先端部２３との間に配され、外径が突出部２２よりも小さくかつ先端部２３よりも大きい筒状の中胴部２４とを備えている。

突出部２２は、軸線ＡＸ方向における絶縁体２の略中央に配され、円環状をなしている。突出部２２の内部にある貫通孔２１には、抵抗体７が配設されている。先端部２３は、後端側から先端側に向けて徐々に外径及び内径がそれぞれ小さくなる先細り状の円筒体である。先端部２３の内部にある貫通孔２１には、中心電極３の中心電極本体３１が配設されている。

なお、突出部２２の後端側には、軸線ＡＸ方向に延びた筒状（円筒状）の後側筒部２５が接続されている。後側筒部２５の内部にある貫通孔２１には、端子金具５が備える棒状の脚部５１等が配設されている。

このような絶縁体２は、軸線ＡＸ方向に対して垂直に切断された任意の切断面２００を観察した際に、以下に示される条件（ａ）から（ｃ）の全ての満たすように構成されている。

ここでは、図２を参照しつつ、軸線ＡＸ方向に対して垂直に切断された絶縁体２の中胴部２４の切断面２００を例に挙げて説明する。図２は、軸線ＡＸ方向に対して垂直に切断された絶縁体２の中胴部２４の切断面２００を模式的に表した説明図である。切断面２００は、予め鏡面状に研磨した鏡面研磨面の状態で観察される。観察対象とする切断面２００は、１つの中胴部２４に対して、１箇所設定される。なお、切断面２００の面積（面積率）、空隙２８の面積、空隙２８の総面積（総面積率）、空隙２８のアスペクト比等の各情報の取得や条件（ａ）～（ｃ）の各判断は、コンピュータ上で実行される公知の画像解析ソフトを利用して行われる。

＜条件（ａ）＞
切断面２００の全体を面積率で１００％とした場合、その面内で観察される空隙２８の総面積率が１％以上５％以下である。空隙２８の総面積率は、１つの中胴部２４について、１０箇所の視野（例えば、２５５μｍ×１９５μｍ）でそれぞれ観察された空隙２８における総面積率の平均値である。

＜条件（ｂ）＞
前記切断面２００における前記空隙２８の１個あたりの最大面積が９００μｍ^２以下である。ここでの最大面積は、１つの中胴部２４について、１箇所の切断面２００における１０箇所の視野でそれぞれ観察された空隙２８の中で、最も大きな空隙の面積に相当する。

＜条件（ｃ）＞
前記空隙２８のうち面積が６０μｍ^２以上のものが、アスペクト比が２以下である第１空隙２８Ａと、前記アスペクト比が２より大きい第２空隙２８Ｂとからなり、前記切断面２００における第２空隙２８Ｂの総面積率に対する前記第１空隙２８Ａの総面積率の割合が２以上である。アスペクト比は、後述するように、空隙２８の短軸方向における長さに対する空隙２８の長軸方向における長さの割合である。空隙２８の短軸方向及び長軸方向は、互いに垂直に交わるように設定される。また、ここでのアスペクト比は１つの中胴部２４について、１箇所の切断面２００における１０箇所の視野でそれぞれ観察された空隙２８（第１空隙２８Ａ、第２空隙２８Ｂ）についてのアスペクト比の平均値である。

図３は、切断面２００で観察される第１空隙２８Ａ及び第２空隙２８Ｂを模式的に表した説明図である。第１空隙２８Ａは、切断面２００で観察される空隙２８のうち、面積が６０μｍ^２以上であり、かつアスペクト比が２以下の空隙２８からなる。第１空隙２８Ａのアスペクト比は、短軸方向における長さＬ１ａに対する長軸方向における長さＬ２ａの割合（Ｌ２ａ／Ｌ１ａ）として求められる。なお、長軸とは、空隙のうち直線距離が最大となる方向に沿った軸であり、短軸は、長軸に直交する軸である。図３に示される第１空隙２８Ａは、粒状をなしている。一方、第２空隙２８Ｂは、切断面２００で観察される空隙２８のうち、面積が６０μｍ^２以上であり、かつアスペクト比が２より大きい空隙２８からなる。第２空隙２８Ｂのアスペクト比は、短軸方向における長さＬ１ｂに対する長軸方向における長さＬ２ｂの割合（Ｌ２ｂ／Ｌ１ｂ）として求められる。図３に示される第２空隙２８Ｂは、細長く延びた糸状をなしている。

アルミナ基焼結体２０の切断面２００が、上記条件（ａ）から（ｃ）の全てを満たすと、優れた耐電圧性及び耐衝撃性が得られる。

本実施形態の絶縁体２は、更に、以下に示される条件（ｄ）を満たすことが好ましい。

＜条件（ｄ）＞
前記切断面２００において、前記第２空隙２８Ｂの長軸方向の両端を結ぶ線分Ｌと、前記線分Ｌの中点Ｇと前記軸線が配される中心Ｏとを通る直線Ｔと、があり、前記線分Ｌと前記直線Ｔとがなす角のうち小さい方の大きさが４５度以上９０度以下である。

ここで、図２を参照しつつ、条件（ｄ）について説明する。なお、条件（ｄ）の判断も、上述したその他の条件（ａ）等と同様、コンピュータ上で実行される公知の画像解析ソフトを利用して行われる。

図２の切断面２００には、空隙２８として、糸状をなした第２空隙２８Ｂが示されている。そのような第２空隙２８Ｂに対して、長軸方向の両端を結ぶように線分Ｌが設定される。そして、その線分Ｌに対して中点Ｇが設定される。また更に、このように設定された中点Ｇと、軸線ＡＸが配される切断面２００の中心Ｏとを通るように、直線Ｔが設定される。このように設定された線分Ｌと直線Ｔとがなす角が求められる。条件（ｄ）では、それらがなす角のうち、小さい方の角θの大きさが、４５度以上９０度以下であることが求められる。

絶縁体２の切断面２００において観察される第２空隙２８Ｂが、条件（ａ）から（ｃ）を満たすと共に、更に条件（ｄ）を満たすと、第２空隙２８Ｂを介した電流の伝播への影響がより小さく、耐電圧性能が改善される。

なお、上述した条件（ａ）において、前記空隙２８の総面積率が１％以上３％以下であることが好ましい。前記空隙２８の総面積率がこのような範囲であると、空隙２８の伝播頻度が減少するため、耐電圧性能がより改善される。

また、本実施形態の絶縁体２において、中胴部２４の軸線ＡＸに垂直な方向の厚さ（つまり、中胴部２４を構成する周壁の厚み）は２．６ｍｍ以下が好ましく、２．０ｍｍ以下がより好ましい。中胴部２４は、その周りに主体金具６のネジ部６１が配置される等の理由で、絶縁体２の中でも、厚み（肉厚）を小さくすることが求められる部分である。本実施形態の場合、中胴部２４の厚みが、このような範囲であっても、絶縁体２の耐電圧性及び耐衝撃性が確保される。

次いで、本実施形態の絶縁体２の製造方法について説明する。本実施形態の絶縁体２は、上述した条件（ａ）から（ｃ）等を満たすように製造されたものである。絶縁体２の製造方法としては、最終的に得られる絶縁体２が条件（ａ）から（ｃ）等を満たすものであれば特に制限はない。ここでは、絶縁体２の製造方法の一例を、図４を参照しつつ説明する。

図４は、絶縁体２の製造方法を示すフロー図である。絶縁体２の製造方法は、図４に示されるように、スラリー作製工程Ｓ１、造粒工程Ｓ２、通篩工程Ｓ３、成形工程Ｓ４、研削工程Ｓ５及び焼成工程Ｓ６を備えている。

＜スラリー作製工程＞
スラリー作製工程は、原料粉末、バインダー及び溶媒を混合してスラリーを作製する工程である。原料粉末は、主成分として、焼成によりアルミナに転化する化合物の粉末（以下、Ａｌ化合物粉末）が使用される。Ａｌ化合物粉末としては、例えば、アルミナ粉末が使用される。

Ａｌ化合物粉末の平均粒径は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、０．１μｍ～５．０μｍである。なお、平均粒径は、レーザ回折法（日機装株式会社製、マイクロトラック粒度分布測定装置、製品名「ＭＴ－３０００」）により測定した値である。

Ａｌ化合物粉末は、焼成後のアルミナ基焼結体の質量（酸化物換算）を１００質量％としたときに、酸化物換算で８９質量％以上となるように調製されることが好ましい。

本発明の目的を損なわない限り、原料粉末には、Ａｌ化合物粉末以外の粉末が含まれてもよい。

バインダーは、原料粉末の成形性の向上等を目的として、スラリー中に添加される。このようなバインダーとしては、ポリビニルアルコール、水性アクリル樹脂、アラビアゴム、デキストリン等の親水性結合剤が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。

バインダーの配合量は、本発明の目的を損なわない限り特に制限はないが、例えば、原料粉末１００質量部に対して、０．１質量部～７質量部の割合で配合され、好ましくは１質量部～５質量部の割合で配合される。

溶媒は、原料粉末等を分散させる等の目的で使用される。溶媒としては、例えば、水、アルコール等が挙げられる。それらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。

溶媒の配合量は、本発明の目的を損なわない限り特に制限はないが、例えば、原料粉末１００質量部に対して、４０質量部～１２０質量部の割合で配合され、好ましくは５０質量部～１００質量部の割合で配合される。

なお、スラリーには、必要に応じて、原料粉末、バインダー及び溶媒以外の他の成分が配合されてもよい。

スラリーの混合には、公知の攪拌・混合装置等を利用することができる。

＜造粒工程＞
造粒工程Ｓ２は、原料粉末等を含むスラリーから、球状の造粒粉を作製する工程である。スラリーから造粒粉を作製する方法としては、本発明の目的を損なわない限り特に制限はないが、例えば、スプレードライ法が挙げられる。スプレードライ法では、所定のスプレードライヤー装置を利用して、スラリーを噴霧乾燥することにより、所定の粒径を備えた造粒粉が得られる。なお、造粒粉の平均粒径は、本発明の目的を損なわない限り、特に制限はないが、例えば、３０μｍ～２００μｍが好ましく、５０μｍ～１５０μｍがより好ましい。なお、造粒粉の平均粒径は、Ａｌ化合物粉末の平均粒径と同様の装置を利用して測定することができる。

＜通篩工程＞
通篩工程Ｓ３は、造粒粉を、所定の目開きを有する篩を通過させることで、造粒粉中に含まれる異物等を除去する工程である。例えば、上述したスラリーの状態で、所定の篩を通過させると、スラリー中に含まれている異物の多くは、溶媒（水等）に押し流される形で、原料粉末等と共に、篩を通過してしまう。これに対して、この通篩工程Ｓ３では、造粒粉の状態で、通篩を行うと共に、篩を振動させることで篩上での粉末堆積が抑制される。なお、比較的、アスペクト比の大きな異物（例えば、アスペクト比が２）は、造粒粉が篩上に堆積して篩の網の面への加重が大きくなると、篩の目開きを通るような向きをとるように強制され、又は篩の目開きに収まる大きさに変形される等によって押し込まれて、篩を通過してしまうことがある。このような大きな異物は、篩に投入する造粒粉の量（投入量）を適宜、制御することにより、除去することができる。

通篩工程Ｓ３で使用される篩の目開きは、例えば、造粒粉の平均粒径に対して、２００％～８００％の大きさとなるように設定される。より具体的には、篩の目開きは、例えば、１００μｍ以上６００μｍ以下の範囲に調整される。

また、通篩工程Ｓ３において、篩に対する造粒粉の投入量（１時間当たりの投入量）は、例えば、７００ｋｇ／時間以上１３００ｋｇ／時間以下の範囲で調整される。

この通篩工程Ｓ３において、原料粉末（造粒粉）中に含まれる異物がある程度、除かれる。

＜成形工程＞
成形工程Ｓ４は、上述した通篩工程Ｓ３後に得られた造粒粉を、成形型を利用して所定形状に成形することで成形体を得る工程である。成形工程Ｓ４は、ラバープレス成形や金型プレス成形等によって行われる。ここでは、ラバープレス成形によって成形体を得る工程を説明する。

図５～図８には、ラバープレス成形機を用いた成形体の成形工程が示されている。図５は、成形体の成形工程Ｓ４において、造粒粉ＧＰがラバープレス成形機１００のキャビティ１０１に充填される様子を示す説明図である。ここで、先ずラバープレス成形機１００について簡単に説明する。ラバープレス成形機１００は、軸線ＣＬ方向に沿って延びるキャビティ１０１を有する円筒状の内ゴム型１０２と、内ゴム型１０２の外周に設けられる円筒状の外ゴム型１０３と、外ゴム型１０３の外周に設けられる成形機本体１０４と、キャビティ１０１の下側開口部を塞ぐための底蓋１０５及び下側ホルダー１０６とを備えている。

成形機本体１０４には、液体流路１０７が設けられており、その液体流路１０７を介して、液圧を外ゴム型１０３の外周面に対して径方向に付与することで、キャビティ１０１を径方向に縮小させることができる。

成形工程Ｓ４では、先ず、ラバープレス成形機１００のキャビティ１０１内に、造粒粉ＧＰが充填される。例えば、キャビティ１０１の上方に配置されたホッパー１０８を利用して、所定量の造粒粉ＧＰがキャビティ１０１内に充填される。なお、造粒粉ＧＰをキャビティ１０１内に均一に充填する等の目的で、内ゴム型１０２及び外ゴム型１０３に対して、振動が加えられてもよい。

次いで、図６に示されるように、キャビティ１０１内にプレスピン１０９が挿入される。図６は、成形体の成形工程Ｓ４において、造粒粉ＧＰが充填されたキャビティ１０１内にプレスピン１０９が挿入される様子を示す説明図である。プレスピン１０９の後端部側には上側ホルダー１１０が設けられており、プレスピン１０９の挿入が終了すると、その上側ホルダー１１０がキャビティ１０１の上側開口部に嵌め込まれる（図７参照）。このようにしてキャビティ１０１が密封状態となる。図７は、成形体の成形工程Ｓ４において、造粒粉ＧＰが充填されたキャビティ１０１内が密封状態となった様子を示す説明図である。

なお、他の実施形態においては、キャビティ１０１内に先にプレスピン１０９を挿入し、プレスピン１０９と内ゴム型１０２との間に形成される隙間に造粒粉ＧＰを充填し、その後、キャビティ１０１の上側開口部を密封状態で塞ぐようにしてもよい。

続いて、密封状態のキャビティ１０１内に充填された造粒粉ＧＰが、縮径するように弾性変形した内ゴム型１０２及び外ゴム型１０３によって加圧される。液体流路４５ａを介して液圧を印加することで、内ゴム型１０２及び外ゴム型１０３の外周側から圧力が印加され、キャビティ１０が縮小して、キャビティ１０内の造粒粉ＧＰが圧縮され、所定形状に成形された成形体Ｍが得られる。

成形工程Ｓ４では、内ゴム型１０２及び外ゴム型１０３を外周側から印加する圧力（プレス昇圧速度）を所定の値に調整することで、造粒粉ＧＰ中に混在している異物（特に、第２空隙２８Ｂ）の向き（方位性）を制御することができる。キャビティ１０１内の造粒粉ＧＰに印加される圧力（プレス昇圧速度）を、例えば、１２ＭＰａ／ｓｅｃ以上１００Ｐａ／ｓｅｃ以下の範囲に調整することにより、上述した条件（ｄ）等を満たす絶縁体２を作製することができる。このようにプレス昇圧速度を適宜、調整することにより、最終的にアルミナ基焼結体２０（絶縁体２）中に形成される第２空隙２８Ｂの向き（方位性）を、条件（ｄ）を満たすように制御することができる。

なお、所定の圧力を印加した後、液圧の付与を解除することにより、内ゴム型１０２及び外ゴム型１０３が弾性復帰し、縮小していたキャビティ１０１が元の形状（サイズ）に戻る。

図８は、成形体の成形工程Ｓ４において、ラバープレス成形機１００から成形体Ｍが取り出される様子を示す説明図である。図８に示されるように、圧力の印加が解除された後、プレスピン１０９が、ラバープレス成形機１００から軸線ＣＬ方向に引き上げられる。その際、プレスピン１０９と共に、造粒粉ＣＰが圧縮されて形成された成形体Ｍが、キャビティ１０１から抜き取られる。その後、プレスピン１０９を成形体Ｍに対して相対回転させることにより、プレスピン１０９が成形体Ｍから抜き取られる。プレスピン１０９が抜き取られることで、成形体Ｍ内に形成された孔部ＨＬは、最終的に、絶縁体２の貫通孔２１となる。

なお、成形工程Ｓ４後に得られる成形体Ｍの先端側及び後端側には、それぞれ加工取り代ｍ１，ｍ２が設けられている。そのため、それらの加工取り代ｍ１，ｍ２の除去や成形体Ｍの表面を研磨等するために、研削工程Ｓ５が行われる。

＜研削工程＞
研削工程Ｓ５は、成形工程Ｓ４後に得られた成形体Ｍの加工取り代ｍ１，ｍ２の除去や成形体Ｍの表面を研磨等する工程である。研削工程Ｓ５では、レジノイド砥石等を研削することにより、加工取り代ｍ１，ｍ２の除去や成形体Ｍの表面の研磨等が行われる。このような研削工程Ｓ５により、成形体Ｍの形状が整えられる。

＜焼成工程＞
焼成工程Ｓ６は、研削工程Ｓ５により形状が整えられた成形体Ｍを焼成して、絶縁体２を得る工程である。焼成工程Ｓ６では、例えば、大気雰囲気下で、１４５０℃以上１６５０℃以下で１～８時間焼成する。焼成後、成形体Ｍを冷却することにより、アルミナ基焼結体２０が得られる。

以上のようにして、本実施形態のスパークプラグ用絶縁体２として利用されるアルミナ基焼結体２０が得られる。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
（試験サンプルの作製）
上記実施形態１で例示したスパークプラグの絶縁体と、基本的な構成が同じである絶縁体（以下、試験サンプル）を、上記実施形態１と同様の製造方法で作製した。試験サンプルの中胴部は、円筒状であり、その厚み（肉厚）は、２．６０ｍｍである。なお、試験サンプルの製造時において、成形型によるプレス昇圧速度は、１２ＭＰａ／ｓｅｃに設定した。

（水中耐電圧の測定）
以下に示される水中耐電圧試験を行い、貫通電圧の測定を行った。具体的な内容は以下の通りである。図９は、水中耐電圧試験により試験サンプルＴの貫通電圧を測定する方法を模式的に表した説明図である。図９に示されるように、先ず、試験サンプルＴ（スパークプラグの絶縁体２）に対する試験前準備として、絶縁体２の先端部２３に第１シリコーンチューブＴ３０を装着し、その状態で、先端部２３内の貫通孔２１に、絶縁を目的としてシリコーンゴムＴ３１を注入して固化させた。なお、中心電極３は、固化したシリコーンゴムＴ３１と接触しないように、予めその長さが、切断等によって調整されている。次いで、第１シリコーンチューブＴ３０よりも、内径が大きい第２シリコーンチューブ３２を用意し、その第２シリコーンチューブ３２の内側に、第１シリコーンチューブＴ３０を装着した先端部２３が配置されるように、第２シリコーンチューブ３２を、絶縁体２の突出部Ｔ２２に装着した。そして、第２シリコーンチューブ３２と、第１シリコーンチューブ３０との間に形成される隙間Ｔ３３を、食塩水（濃度：１質量％）Ｔ３４で浸した。また、後側筒部２５の後端側から、内部の貫通孔２１に対して、図９に示されるように、中心電極３及び端子金具５を挿し込む形で装着した。そして、試験サンプルＴ（絶縁体２）の軸線方向において、中胴部の略中央の位置となり、かつ先端が食塩水Ｔ３４に接触するように、第２シリコーンチューブ３２に、試験針Ｔ３５を取り付けた。このように取り付けた試験針Ｔ３５をアース側とし、試験サンプルＴ（絶縁体２）の後端から露出した端子金具５に、後述する条件で、高電圧を印加した。具体的には、オシロスコープを見ながら、開始電圧（２０ｋＶ）から３０ｋＶまで、１ｋＶ／ｓｅｃで昇圧した。開始電圧から１ｋＶずつ昇圧させ、各電圧で１０秒間保持し、貫通した電圧を記録した。なお、水中耐電圧試験の際、高電圧側の配線は、なるべく空気中に配置し、絶縁物上には必要最小限の部分を載置した。また、中心電極３及び端子金具５は、すべての試験サンプルＴの試験について、同じものを使用した。結果は、表１に示した。

（耐衝撃性の評価）
各試験サンプルに対して、ＪＩＳ Ｂ７７３３に規定されるシャルピー試験を行い、試験サンプル（絶縁体）が破断する破断エネルギーの測定を行った。具体的な内容は、以下の通りである。まず、試験サンプルである絶縁体を使用して、上記実施形態１で例示したものと同様の構成のスパークプラグ（以下、試験用スパークプラグ）を作製した。その試験用スパークプラグの軸線方向を上下方向として、先端側を下方に向け、試験台に設けられたネジ孔に試験用スパークプラグの主体金具のネジ部を螺合させて固定した。また、固定した試験用スパークプラグの軸線方向の上方に軸支点を有するハンマーを旋回可能に設けた。そして、ハンマーの先端を持ち上げてリリースし、自由落下によりハンマーを旋回させ、ハンマーの先端を絶縁体の後端より略１ｍｍの部位に衝突させた。このハンマーの持ち上げ角度（軸線方向に対する角度）を、所定角度ずつ大きくしながらハンマーの先端を試験用スパークプラグの絶縁体に衝突させた。このような操作を繰り返し、絶縁体に破断が生じた際の持ち上げ角度に基づいて絶縁体の破断エネルギーを求めた。結果は、表１に示した。

（切断面の観察）
得られた試験サンプルの中胴部を、軸線方向に対して垂直に切断し、得られた切断面を、鏡面状に研磨した後、その切断面における空隙（第１空隙、第２空隙等）を観察した。このような切断面の観察を、１つの試験サンプルの中胴部に対して、軸線方向において異なる位置で、合計１０箇所行った。そして、合計１０箇所の切断面の観察結果から、以下に示される３つの項目（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の各値を求めた。

（Ａ）切断面の全体を面積率で１００％とした場合、その面内で観察される空隙の総面積率（空隙率）（％）
（Ｂ）切断面における空隙の１個あたりの最大面積
（Ｃ）空隙のうち面積が６０μｍ^２以上のものを、アスペクト比が２以下である第１空隙と、アスペクト比が２より大きい第２空隙とに分け、切断面における第２空隙の総面積率に対する第１空隙の総面積率の割合

なお、上記項目（Ａ）の総面積率（空隙率）、及び項目（Ｃ）の割合（第１空隙の面積率／第２空隙の面積率）は、合計１０箇所の切断面における各値の平均値である。また、上記項目（Ｂ）の最大面積は、合計１０箇所の切断面のうち、もっとも大きな空隙の最大面積（最大値）である。結果は、表１に示した。

〔実施例２～８及び比較例１～４〕
プレス昇圧速度を、表１に示される値に設定等すること以外は、実施例１と同様にして、実施例２～８及び比較例１～４の試験サンプルを作製した。

得られた試験サンプルについて、実施例１と同様、上記「水中耐電圧の測定」、「耐衝撃性の評価」、及び「切断面の観察」を行った。それらの結果は、表１に示した。

なお、実施例６～８の切断面の観察では、実施例１と同様、３つの項目（Ａ）～（Ｃ）の各値を求めると共に、更に下記項目（Ｄ）の値も求めた。結果は、表１に示した。

（Ｄ）切断面において、第２空隙の長軸方向の両端を結ぶ線分Ｌと、線分Ｌの中点Ｇと軸線が配される中心Ｏとを通る直線Ｔとがなす角のうち、小さい方の角θの大きさ（°）

表１に示されるように、実施例１～実施例８では、水中耐電圧が４５ｋＶ以上であり、耐電圧性（絶縁性）に優れることが確かめられた。特に、実施例２～実施例４に示されるように、切断面における空隙の総面積率が１．０％以上５．０％以下の場合、シャルピー破断エネルギーが１．０５Ｊであり、耐衝撃性に優れていることも確かめられた。

比較例１は、空隙のうち面積が６０μｍ^２以上のものを、アスペクト比が２以下である第１空隙と、アスペクト比が２より大きい第２空隙とに分けた際に、切断面における第２空隙の総面積率に対する第１空隙の総面積率の割合が、１となる場合である。つまり、比較例１では、切断面内に存在する第２空隙の割合が、実施例１等と比べて、多くなっている。このような比較例２では、水中耐電圧が４３ｋＶとなり、耐電圧性が低いことが確かめられた。

比較例２は、切断面における空隙の総面積率の値が小さく、０．７％の場合である。このような比較例２は、耐電圧性に優れるものの、シャルピー破断エネルギーが０．６５Ｊであり、耐衝撃性が低いことが確かめられた。なお、試験サンプルの切断面における空隙の総面積率の大きさは、耐衝撃性に影響を与えているものと推測される。

比較例３は、切断面における空隙の総面積率の値が大きく、６．０％の場合である。このような比較例３は、耐衝撃性に優れるものの、耐電圧性が低いことが確かめられた。

比較例４は、切断面における空隙の最大面積が１２００μｍ^２の場合である。このような比較例４は、耐電圧性が低いことが確かめられた。

以上のような各実施例、各比較例の結果より、上述した条件（ａ）から（ｃ）を導き出すことができる。

また、表１に示されるように、上記角θが４５°以上の場合（実施例７、実施例８）、上記角θが３０°の場合（実施例６）と比べて、水中耐電性の値が大きくなっている。これにより、上記角θの大きさが４５度以上９０度以下であると、更に耐電圧性に優れることが確かめられた。以上の結果より、上述した条件（ｄ）を導き出すことができる。

〔実施例９～１１及び比較例５，６〕
プレス昇圧速度を、表２に示される値に設定等すると共に、中胴部の厚み（肉厚）を表２に示される値に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、実施例９～１１及び比較例５，６の試験サンプルを作製した。

得られた試験サンプルについて、実施例１と同様、上記「水中耐電圧の測定」、及び「切断面の観察」を行った。それらの結果は、表２に示した。

実施例９～実施例１１は、上記実施例１等よりも試験サンプルの中胴部の厚みが小さい場合である。中胴部の厚みが小さい場合であっても、実施例９～実施例１１は、上述した条件（ａ）から（ｃ）を満たすため、耐電圧性に優れることが確かめられた。なお、実施例９～実施例１１の水中耐電圧の結果は、実施例１の結果よりも低い値となっているが、これは、中胴部の大きさによって要求される性能（耐電圧性）の違いによるものである。

比較例５及び比較例６は、空隙のうち面積が６０μｍ^２以上のものを、アスペクト比が２以下である第１空隙と、アスペクト比が２より大きい第２空隙とに分けた際に、切断面における第２空隙の総面積率に対する第１空隙の総面積率の割合が、１となる場合である。つまり、切断面内に存在する第２空隙の割合が、実施例９等と比べて、多くなっている。このような比較例５，６は、耐電圧性が低いことが確かめられた。

１…スパークプラグ、２…スパークプラグ用絶縁体、２０…アルミナ基焼結体、２１…貫通孔、２２…突出部、２３…先端部、２４…中胴部、２５…後側筒部、２８…空隙、２８Ａ…第１空隙、２８Ｂ…第２空隙、２００…切断面、３…中心電極、４…接地電極、５…端子金具、７…抵抗体、８，９…シール部材

Claims (5)

1. 軸線方向に延びた貫通孔を含む筒状のアルミナ基焼結体からなり、前記軸線方向に対して垂直に切断された前記アルミナ基焼結体の切断面が、以下に示される条件（ａ）から（ｃ）の全てを満たすスパークプラグ用絶縁体。
   （ａ）前記切断面の全体を面積率で１００％とした場合、その面内で観察される空隙の総面積率が１％以上５％以下である。
   （ｂ）前記切断面における前記空隙の１個あたりの最大面積が９００μｍ^２以下である。
   （ｃ）前記空隙のうち面積が６０μｍ^２以上のものが、アスペクト比が２以下である第１空隙と、前記アスペクト比が２より大きい第２空隙とからなり、前記切断面における第２空隙の総面積率に対する前記第１空隙の総面積率の割合が２以上である。
2. 前記切断面において、前記第２空隙の長軸方向の両端を結ぶ線分Ｌと、前記線分Ｌの中点Ｇと前記軸線が配される中心Ｏとを通る直線Ｔと、があり、
   前記線分Ｌと前記直線Ｔとがなす角のうち小さい方の大きさが４５度以上９０度以下である請求項１に記載のスパークプラグ用絶縁体。
3. 径方向に最も外側に張り出した突出部と、
   前記突出部より前記軸線方向における先端側に配され、かつ外径の小さい先端部と、
   前記突出部と前記先端部との間に配され、外径が前記突出部よりも小さくかつ前記先端部よりも大きい筒状の中胴部と、を有し、
   前記中胴部の前記軸線に垂直な方向の厚さが２．６ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載のスパークプラグ用絶縁体。
4. 前記（ａ）における前記空隙の総面積率が１％以上３％以下である請求項１から請求項３の何れか一項に記載のスパークプラグ用絶縁体。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載のスパークプラグ用絶縁体を備えるスパークプラグ。

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