JPH04322092A

JPH04322092A - スパークプラグの絶縁碍子用焼結体

Info

Publication number: JPH04322092A
Application number: JP3088757A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sugimoto; 誠杉本; Mamoru Musasa; 守無笹
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1992-11-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパークプラグの絶縁碍
子に用いるセラミック焼結体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、絶縁碍子に窒化珪素やサイア
ロンを用いて熱衝撃性を向上させたスパークプラグが知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常、
窒化珪素やサイアロンは熱間で絶縁性が著しく低下する
ので、この様なスパークプラグは火花貫通が発生する事
があった。本発明の目的は、熱衝撃性に優れ、かつ火花
貫通を起こさないスパークプラグが製造できるスパーク
プラグの絶縁碍子用焼結体の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明は以下の構成を採用した。（１）焼結体の主構成相が、α−　サイアロンまたはβ
’−　サイアロン、若しくはα−　サイアロンとβ’−
　サイアロンとの混合体であって、前記焼結体中に占め
る粒界相生成物の含有量を３〜１５容積％にした。（２）スパークプラグの絶縁碍子用焼結体は、長手方向
の粒子径が５〜２０μｍのサイアロン粒子を２０〜７０
容積％含有している。

【０００５】

【作用および発明の効果】（請求項１について）焼結体
中に占める粒界相生成物の含有量が３〜１５容積％であ
ると、スパークプラグの絶縁碍子用焼結体として充分な
強度が得られ、かつ熱間で高絶縁性を保持できる。焼結
体中に占める粒界相生成物の含有量が３容積％未満であ
ると、熱間での高絶縁性が維持できなくなり、スパーク
プラグの絶縁碍子用焼結体として適さなくなる。また、
１５容積％を越えるとガラス相が多くなり過ぎ、スパー
クプラグの絶縁碍子用焼結体として充分な強度が得られ
なくなる。

【０００６】（請求項２について）長手方向の粒子径が
５〜２０μｍのサイアロン粒子が、２０〜７０容積％で
あると、熱間で高絶縁性を保持できる。サイアロン粒子
が、２０容積％未満、または７０容積％を越える場合は
、熱間での絶縁性が保てなくなり、スパークプラグの絶
縁碍子用焼結体として適さなくなる。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例を、表および図に基づいて説
明する。窒化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４　）、窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）、二酸化珪素（ＳｉＯ２　）、アルミナ（
Ａｌ２　Ｏ３　）の各原料を表の下に示す様に組み合わ
せて主原料とした。また、焼結助剤は、酸化イットリウ
ム（Ｙ２　Ｏ３　）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化
マグネシウム（ＭｇＯ）の内から一種類を選んだ。

【０００８】以下、テストピースの製造方法を説明する
。（１）主原料と焼結助剤とを混ぜ、さらに、有機溶剤、
バインダーを加え、充分混合する。（２）得られた泥漿を噴霧乾燥させた後、直径５０ｍｍ
、厚さ３ｍｍの円板状、および縦１０ｍｍ、横４０ｍｍ
、厚さ５ｍｍの板状に金型成形する。（３）約６００℃の大気雰囲気で仮焼きして脱脂し、そ
の後、ＣＩＰ成形する。（４）窒素−　アルゴンの非酸素雰囲気中（１５５０℃
〜１７５０℃、２時間）で、これらＣＩＰ成形体の焼結
を行う。（５）焼結体をそれぞれ切削加工し、直径４０ｍｍ、厚
さ１ｍｍの円板状のテストピースＡ（絶縁抵抗測定用）
、および縦８ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ４ｍｍの板状のテ
ストピース（常温強度測定用）を製造する。

【０００９】ここで、常温強度、熱間（７００℃）での
絶縁抵抗、粒界相生成物の含有量、およびサイアロン粒
子（長手方向の粒子径が５〜２０μｍのもの）含有量の
求め方を説明する。常温強度は、上記絶縁抵抗測定用の
テストピースＡを使用し、ＪＩＳＣ４１０４に拠る三点
曲げ試験で測定した。なお、他の実験に拠り、常温強度
が３０ｋｇ／ｍｍ２　以上得られればスパークプラグの
絶縁碍子として充分であることが確認されている。７０
０℃における絶縁抵抗は、上記絶縁抵抗測定用のテスト
ピースＡを使用し、図３に示す熱間絶縁抵抗測定装置１
で測定した。図３において、１００、２００は真銅製の
電極、３００は炉内を７００℃にする電気ヒータ、４０
０は直流１０００Ｖを印加して熱間（７００℃）のテス
トピースＡの電気抵抗を測定する絶縁抵抗計である。な
お、他の実験に拠り、７００℃におけるテストピースの
絶縁抵抗値が８０ＭΩ以上であればスパークプラグの絶
縁碍子として充分使用できることが確認されている。粒
界相生成物の含有量は、テストピースの研磨面を走査形
電子顕微鏡で画像解析して求めた。サイアロン粒子の含
有量は、Ｘ線エネルギー分光分析器で求めた。

【００１０】つぎに、発明品（表１のもの）と比較品（
表２のもの）との違いについて説明する。焼結体中に占
める粒界相生成物の含有量が３〜１５容積％で、かつ、
長手方向の粒子径が５〜２０μｍのサイアロン粒子を２
０〜７０容積％含有してなる試料Ｎｏ．１〜５のものは
、７００℃における絶縁抵抗値が全て８０ＭΩ以上で、
かつ常温強度が３０ｋｇ／ｍｍ２　以上であった。この
試料Ｎｏ．１〜５と同じ材料でスパークプラグの絶縁碍
子２、（発火脚部側のみで頭部１３はアルミナ絶縁体）
を同様の方法で製造し、この絶縁碍子２、３の軸孔２１
、３１内に中心電極４を公知の方法であるガラスシール
５を用いて抵抗体および端子電極６とともに封着し、こ
れを取り付けねじ７１を備えた主体金具７に組み付けた
ところ、熱衝撃性に優れ、かつ火花貫通を起こさない、
高出力エンジン用として好適なスパークプラグＣ、Ｄが
得られた。

【００１１】試料Ｎｏ．６の比較品は、粒界相生成物の
含有量が１容積％と少な過ぎるので、熱間の電気絶縁性
が高くならなかった（５０ＭΩ）。試料Ｎｏ．７の比較
品は、粒界相生成物の含有量が１８容積％と多過ぎるの
で、常温強度が充分確保できなかった（２６ｋｇ／ｍｍ
２　）。試料Ｎｏ．８〜１０の比較品は、α−　、β’
−　サイアロン粒子（５〜２０μｍ）が、２０〜７０容
積％の範囲内に無いので熱間の絶縁抵抗値の低下を招い
た（２０〜５０ＭΩ）。

【００１２】本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施
態様を含む。ａ．主原料は、窒化珪素（Ｓｉ３　Ｎ４　）、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）、二酸化珪素（ＳｉＯ２　）、アル
ミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）の各原料を、窒化珪素（Ｓｉ３
　Ｎ４　を含んで、二種類または三種類以上組み合わせ
れば良い。ｂ．焼結助剤は、その他、酸化ネオジム（Ｎｄ２　Ｏ３
　）、酸化スカンジウム（ＳＣ２　Ｏ３　）、酸化スト
ロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化
ランタン（Ｌａ２　Ｏ３　）、（酸化セリウム）Ｃｅ２
　Ｏ３　等を一種類または複数種類使用しても良い。　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（以下
余白）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　表　　１　　―――――――――――
――――――――――――――――――――――　　｜
試料　　｜粒界相生成物の　　｜サイアロン粒子　　｜
常温強度（ｋ｜絶縁抵抗｜｜Ｎｏ．｜含有量（容積％）
｜含有量（容積％）｜ｇ／ｍｍ２　）｜（ＭΩ）｜　　
―――――――――――――――――――――――――
――――――――　　｜　　１　　｜　　　　　　　　
　　　　３　　｜　　　　　　　　２５　　　　｜　　
　　５０　　　　｜　　　　９０｜　　―――――――
―――――――――――――――――――――――――
―　　｜　　２　　｜　　　　　　　　　　　　７　　
｜　　　　　　　　４０　　　　｜　　　　４０　　　
　｜　　２００│　　―――――――――――――――
――――――――――――――――――　　｜　　３　
　｜　　　　　　　　　　１５　　｜　　　　　　　　
７０　　　　｜　　　　３８　　　　｜２５００│　　
―――――――――――――――――――――――――
――――――――　　｜　　４　　｜　　　　　　　　
　　１０　　｜　　　　　　　　５０　　　　｜　　　
　４３　　　　｜３０００│　　――――――――――
―――――――――――――――――――――――　　
｜　　５　　｜　　　　　　　　　　　　５　　｜　　
　　　　　　５５　　　　｜　　　　４５　　　　｜　
　５００│　　――――――――――――――――――
―――――――――――――――　　試料Ｎｏ．１〜試
料Ｎｏ．３の内訳　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　主原料　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　助剤試料Ｎｏ．１　　　　Ｓｉ３　
Ｎ４　＋ＡｌＮ＋Ａｌ２　Ｏ３　　　　　　　　　　　
　　　　Ｙ２　Ｏ３　試料Ｎｏ．２　　　　Ｓｉ３　Ｎ
４　＋Ａｌ２　Ｏ３　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　Ｙ２　Ｏ３　試料Ｎｏ．３　　　　Ｓｉ
３　Ｎ４　＋ＡｌＮ＋Ａｌ２　Ｏ３　＋ＳｉＯ３　　　
　　ＭｇＯ試料Ｎｏ．４　　　　Ｓｉ３　Ｎ４　＋Ａｌ
Ｎ＋Ａｌ２　Ｏ３　　　　　　　　　　　　　　　Ｙ２
　Ｏ３　試料Ｎｏ．５　　　　Ｓｉ３　Ｎ４　＋ＡｌＮ
＋Ａｌ２　Ｏ３　　　　　　　　　　　　　　　Ｙ２　
Ｏ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　表　　２　　　　―――――――――
――――――――――――――――――――――――　
　｜試料　　｜粒界相生成物の　　｜サイアロン粒子　
　｜常温強度（ｋ｜絶縁抵抗│｜Ｎｏ．｜含有量（容積
％）｜含有量（容積％）｜ｇ／ｍｍ２　）｜（ＭΩ）│
　　―――――――――――――――――――――――
――――――――――　　｜　　６　　｜　　　　　　
　　　　　　１　　｜　　　　　　　　２０　　　　｜
　　　　５２　　　　｜　　　　５０│　　―――――
―――――――――――――――――――――――――
―――　　｜　　７　　｜　　　　　　　　　　１８　
　｜　　　　　　　　６０　　　　｜　　　　２６　　
　　｜３５００│　　―――――――――――――――
――――――――――――――――――　　｜　　８　
　｜　　　　　　　　　　　　４　　｜　　　　　　　
　１０　　　　｜　　　　５５　　　　｜　　　　５０
│　　――――――――――――――――――――――
―――――――――――　　｜　　９　　｜　　　　　
　　　　　　　６　　｜　　　　　　　　　　５　　　
　｜　　　　４５　　　　｜　　　　２０│　　―――
―――――――――――――――――――――――――
―――――　　｜１０　　｜　　　　　　　　　　　　
４　　｜　　　　　　　　８０　　　　｜　　　　３５
　　　　｜　　　　３５│　　―――――――――――
――――――――――――――――――――――　　試
料Ｎｏ．６〜試料Ｎｏ．１０の内訳　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　主原料　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　助剤試料Ｎｏ．６　　　　Ｓｉ３　Ｎ４　＋Ａｌ
Ｎ＋Ａｌ２　Ｏ３　　　　　　　　　Ｙ２　Ｏ３　試料
Ｎｏ．７　　　　Ｓｉ３　Ｎ４　＋Ａｌ２　Ｏ３　　　
　　　　　　　　　　　　　　ＣａＯ試料Ｎｏ．８　　
　　Ｓｉ３　Ｎ４　＋Ａｌ２　Ｏ３　　　　　　　　　
　　　　　　　　Ｙ２　Ｏ３　試料Ｎｏ．９　　　　Ｓ
ｉ３　Ｎ４　＋Ａｌ２　Ｏ３　　　　　　　　　　　　
　　　　　Ｙ２　Ｏ３　試料Ｎｏ．１０　　Ｓｉ３　Ｎ
４　＋Ａｌ２　Ｏ３　＋ＳｉＯ２　　　　　　　Ｙ２　
Ｏ３

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の絶縁碍子用焼結体を用いて製造したス
パークプラグの断面図である。

【図２】本発明の絶縁碍子用焼結体を用いて製造したス
パークプラグの断面図である。

【図３】テストピースの熱間での絶縁抵抗を測定する熱
間絶縁抵抗測定装置の構成図である。

【符号の説明】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　焼結体の主構成相が、α−　サイアロ
ンまたはβ’−　サイアロン、若しくはα−　サイアロ
ンとβ’−　サイアロンとの混合体であって、前記焼結
体中に占める粒界相生成物の含有量を３〜１５容積％に
したことを特徴とするスパークプラグの絶縁碍子用焼結
体。
【請求項２】　　長手方向の粒子径が５〜２０μｍのサ
イアロン粒子を２０〜７０容積％含有してなる請求項１
記載のスパークプラグの絶縁碍子用焼結体。