JPH05190255A - 窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子 - Google Patents
窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子Info
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- JPH05190255A JPH05190255A JP4024265A JP2426592A JPH05190255A JP H05190255 A JPH05190255 A JP H05190255A JP 4024265 A JP4024265 A JP 4024265A JP 2426592 A JP2426592 A JP 2426592A JP H05190255 A JPH05190255 A JP H05190255A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱間に於ける熱伝導率，絶縁耐力，絶縁抵抗
等の優れたＡｌＮ製点火プラグ用絶縁碍子の提供。 【構成】 ＡｌＮ焼結体の粒界相がＡｌＮ粉末にａ）Ａ
ｌと複合酸化物を形成する粒内酸素固溶防止剤としての
Ｙ2Ｏ3，ＣａＣＯ3等を０．５〜７重量％、ｂ）電気特
性改良剤としてＺｒＯ2、ＴｉＯ2等を０．０５〜７重量
％、更に所望によってｃ）熱間絶縁抵抗改良剤としてＭ
ｇＯ等を０．００１〜０．３重量％から成ることを特徴
とする窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子。
等の優れたＡｌＮ製点火プラグ用絶縁碍子の提供。 【構成】 ＡｌＮ焼結体の粒界相がＡｌＮ粉末にａ）Ａ
ｌと複合酸化物を形成する粒内酸素固溶防止剤としての
Ｙ2Ｏ3，ＣａＣＯ3等を０．５〜７重量％、ｂ）電気特
性改良剤としてＺｒＯ2、ＴｉＯ2等を０．０５〜７重量
％、更に所望によってｃ）熱間絶縁抵抗改良剤としてＭ
ｇＯ等を０．００１〜０．３重量％から成ることを特徴
とする窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温における熱伝導率
が高く絶縁耐力の優れた窒化アルミニウム製点火プラグ
用絶縁碍子に関するものである。
が高く絶縁耐力の優れた窒化アルミニウム製点火プラグ
用絶縁碍子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ガソリンエンジンにターボ過給器
の装着，マルチバルブ化等による高出力化が進み、スパ
ークプラグは高速走行において今まで以上に高温にさら
される。又、市街地低速走行でも十分な着火性能を維持
することが求められ益々熱価の範囲が広いワイドレンジ
プラグが必要となって来た。ワイドレンジ化の方法とし
て絶縁碍子の高熱伝導化のため、碍子のＡｌＮ化が図ら
れ、例えば特公昭５５−４６６３４号公報，特開平２−
２７６８２号公報，特開平３−１９７３６８号公報等に
提案されているが、高温における熱伝導率や絶縁耐力が
低く、かつ製造コストも高いものであった。点火プラグ
用絶縁碍子としては、実用温度（約７００℃）に於い
て、絶縁耐力が２５ｋＶ以上、絶縁抵抗が１００ＭΩ以
上、熱伝導率が４０Ｗ／m・Ｋ以上であることが要求され
ている。
の装着，マルチバルブ化等による高出力化が進み、スパ
ークプラグは高速走行において今まで以上に高温にさら
される。又、市街地低速走行でも十分な着火性能を維持
することが求められ益々熱価の範囲が広いワイドレンジ
プラグが必要となって来た。ワイドレンジ化の方法とし
て絶縁碍子の高熱伝導化のため、碍子のＡｌＮ化が図ら
れ、例えば特公昭５５−４６６３４号公報，特開平２−
２７６８２号公報，特開平３−１９７３６８号公報等に
提案されているが、高温における熱伝導率や絶縁耐力が
低く、かつ製造コストも高いものであった。点火プラグ
用絶縁碍子としては、実用温度（約７００℃）に於い
て、絶縁耐力が２５ｋＶ以上、絶縁抵抗が１００ＭΩ以
上、熱伝導率が４０Ｗ／m・Ｋ以上であることが要求され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】発明者らは、点火プラ
グ用絶縁碍子に要求される性能向上のためには、焼結Ａ
ｌＮの固溶酸素を可及的少量にすると共に粒界相の特性
を改善することが必要であることに着目し、本発明を完
成した。
グ用絶縁碍子に要求される性能向上のためには、焼結Ａ
ｌＮの固溶酸素を可及的少量にすると共に粒界相の特性
を改善することが必要であることに着目し、本発明を完
成した。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＡｌＮ焼結体
の粒界相が、ａ）イットリウム又はカルシウムのアルミ
ニウムとの複合酸化物が１種又は２種で金属元素換算の
総和として全体の０．５〜７．０重量％相当量のもの
と、ｂ）ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＨｆＮ、ＢＮからの１種又は
２種以上を金属元素換算の総和として全体の０．０５〜
７．０重量％相当量のものとから成ることを特徴とする
窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子及び、更に粒
界相にｃ）ＭｇＡｌ2Ｏ4をＭｇ換算で全体の０．００１
〜０．３重量％相当量のものを含有することを特徴とす
る窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子である。な
お、本絶縁碍子は、気孔率５％以下及び密度が３．２g
／cm3以上であることが基本特性として要求されるが，
以下に記述する原料物性のものを適用するときは、これ
らを十分に充足することが出来る。又、焼結体として不
回避的不純物としては、０．１重量％以下に止めるのが
望ましい。
の粒界相が、ａ）イットリウム又はカルシウムのアルミ
ニウムとの複合酸化物が１種又は２種で金属元素換算の
総和として全体の０．５〜７．０重量％相当量のもの
と、ｂ）ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＨｆＮ、ＢＮからの１種又は
２種以上を金属元素換算の総和として全体の０．０５〜
７．０重量％相当量のものとから成ることを特徴とする
窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子及び、更に粒
界相にｃ）ＭｇＡｌ2Ｏ4をＭｇ換算で全体の０．００１
〜０．３重量％相当量のものを含有することを特徴とす
る窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子である。な
お、本絶縁碍子は、気孔率５％以下及び密度が３．２g
／cm3以上であることが基本特性として要求されるが，
以下に記述する原料物性のものを適用するときは、これ
らを十分に充足することが出来る。又、焼結体として不
回避的不純物としては、０．１重量％以下に止めるのが
望ましい。
【０００５】即ち、本発明はＡｌＮ粉末にＡｌＮ粒
内酸素固溶防止剤として上記ａ）成分と、粒界相の電
気特性改良剤として上記ｂ）成分とを、更に所望により
粒界相による熱間絶縁抵抗改良剤として上記ｃ）成分
を添加して得られる組成物を用いた絶縁碍子を提供する
ものである。
内酸素固溶防止剤として上記ａ）成分と、粒界相の電
気特性改良剤として上記ｂ）成分とを、更に所望により
粒界相による熱間絶縁抵抗改良剤として上記ｃ）成分
を添加して得られる組成物を用いた絶縁碍子を提供する
ものである。
【０００６】本発明に用いられるＡｌＮ粉末として
は、アルミナ還元法、金属Ａｌ法、ハロゲン化アルミニ
ウム法、有機アルミニウム法の何れの方法で作られたも
のでもよく、不純物として、Ｃａ，Ｍｇは通常の不純物
レベルであれば問題はないが、Ｆｅ，Ｓｉ等は、０．１
重量％以下、好ましくは０．０３重量％以下、カーボン
０．１０重量％以下、酸素０．５〜２．０重量％の範囲
であることが必要で、平均粒径ｄp50が５μｍ以下、好
ましくは１〜３μｍである。
は、アルミナ還元法、金属Ａｌ法、ハロゲン化アルミニ
ウム法、有機アルミニウム法の何れの方法で作られたも
のでもよく、不純物として、Ｃａ，Ｍｇは通常の不純物
レベルであれば問題はないが、Ｆｅ，Ｓｉ等は、０．１
重量％以下、好ましくは０．０３重量％以下、カーボン
０．１０重量％以下、酸素０．５〜２．０重量％の範囲
であることが必要で、平均粒径ｄp50が５μｍ以下、好
ましくは１〜３μｍである。
【０００７】ＡｌＮ粒内酸素固溶防止剤は、液相焼結
を発現し、酸素を粒界にトラップしＡｌＮ結晶粒内に固
溶している酸素を除くためのもので、焼結温度への昇温
過程で、Ｙ又はＣａの酸化物になり、且つ焼結時にＡｌ
との複合化合物を形成するものであり、焼結前の添加物
としてはＹ化合物としてＹ2Ｏ3，Ｙ(ＮＯ3)3，ＹＦ3，
ＹＮを、Ｃａ化合物としてＣａＯ，ＣａＣＯ3，Ｃａ(Ｎ
Ｏ3)2，ＣａＦ2，Ｃａ(ＯＨ)2等を挙げることができ
る。純度は９９．９重量％以上、平均粒径は３μｍ以
下、好ましくは０．１〜３．０μｍのものが経済性と添
加効果を勘案して用いられる。上記化合物の含有量は焼
結体の全体に対して金属元素換算の総和として０．５〜
７．０重量％相当量、好ましくは１．０〜５．０重量％
相当量である。０．５重量％未満では、十分に焼結密度
が上がらず緻密な焼結体が得られない。又、７重量％を
超えると熱伝導率の低い粒界相（ＹＡｌＯ3，Ｙ4Ａｌ2
Ｏ9，ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3，５ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3）が増加
して熱伝導率が低下するので望ましくない。
を発現し、酸素を粒界にトラップしＡｌＮ結晶粒内に固
溶している酸素を除くためのもので、焼結温度への昇温
過程で、Ｙ又はＣａの酸化物になり、且つ焼結時にＡｌ
との複合化合物を形成するものであり、焼結前の添加物
としてはＹ化合物としてＹ2Ｏ3，Ｙ(ＮＯ3)3，ＹＦ3，
ＹＮを、Ｃａ化合物としてＣａＯ，ＣａＣＯ3，Ｃａ(Ｎ
Ｏ3)2，ＣａＦ2，Ｃａ(ＯＨ)2等を挙げることができ
る。純度は９９．９重量％以上、平均粒径は３μｍ以
下、好ましくは０．１〜３．０μｍのものが経済性と添
加効果を勘案して用いられる。上記化合物の含有量は焼
結体の全体に対して金属元素換算の総和として０．５〜
７．０重量％相当量、好ましくは１．０〜５．０重量％
相当量である。０．５重量％未満では、十分に焼結密度
が上がらず緻密な焼結体が得られない。又、７重量％を
超えると熱伝導率の低い粒界相（ＹＡｌＯ3，Ｙ4Ａｌ2
Ｏ9，ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3，５ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3）が増加
して熱伝導率が低下するので望ましくない。
【０００８】粒界相の電気特性改良剤としては、焼結
温度への昇温過程で、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｂの窒化物と
なり得るもので、焼結前の添加物としてはＺｒＯ2，Ｔ
ｉＯ2，ＨｆＯ2，Ｂ2Ｏ3，ＺｒＮ，ＴｉＮ，ＨｆＮ，Ｂ
Ｎ等が挙げられる。これらの化合物は平均粒径が３μｍ
以下好ましくは０．０１〜３μｍ、純度９９重量％以上
のものが用いられ、含有量は焼結体の全体に対して金属
元素換算の総和として０．０５〜７．０重量％相当量、
好ましくは０．１〜５．０重量％である。０．０５重量
％未満では熱間絶縁耐力の改善効果が十分でなく、又
７．０重量％を超えると熱間熱伝導率の低下が見られる
ので望ましくない。
温度への昇温過程で、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｂの窒化物と
なり得るもので、焼結前の添加物としてはＺｒＯ2，Ｔ
ｉＯ2，ＨｆＯ2，Ｂ2Ｏ3，ＺｒＮ，ＴｉＮ，ＨｆＮ，Ｂ
Ｎ等が挙げられる。これらの化合物は平均粒径が３μｍ
以下好ましくは０．０１〜３μｍ、純度９９重量％以上
のものが用いられ、含有量は焼結体の全体に対して金属
元素換算の総和として０．０５〜７．０重量％相当量、
好ましくは０．１〜５．０重量％である。０．０５重量
％未満では熱間絶縁耐力の改善効果が十分でなく、又
７．０重量％を超えると熱間熱伝導率の低下が見られる
ので望ましくない。
【０００９】粒界相による熱間絶縁抵抗改良剤として
は、焼結温度への昇温過程でアルミン酸マグネシウムを
形成するもので、その１部はＡｌＮ結晶中に拡散固溶し
ていてもよく、焼結前の添加物としては、ＭｇＣＯ3，
Ｍｇ(ＯＨ)2，ＭｇＡｌ2Ｏ4並びにアルミン酸カルシウ
ムを形成し得るＭｇＯとＡｌ2Ｏ3の混合物などが挙げら
れ、純度９９重量％以上、平均粒径は３μｍ以下好まし
くは０．１〜３μｍのものが用いられ、含有量は焼結体
の全体に対して金属Ｍｇ換算で０．００１〜０．３重量
％相当量、好ましくは０．０１〜０．２重量％の範囲
で、０．００１重量％未満ではＡｌＮ結晶中に固溶して
結晶の電気特性を改善する効果や粒界相にアルミン酸マ
グネシウムとして存在し電気特性を改善する効果が不足
する。又、０．３重量％を超えると粒界相に存在するア
ルミン酸マグネシウムが昇華し易くなり焼結体に気孔が
生成し、この気孔が欠陥となり電気特性が悪化する。な
お、ＡｌＮ粒子中のＭｇ成分も粒界相中のＭｇ成分と同
じ効果を示し得る。又、マグネシウム化合物は、焼結過
程で昇華し易いため、その添加量は昇華損失分を考慮し
て目標含有量の数倍の添加量とするのが好ましい。その
際、昇華損失防止の為に、アルミナを共存させることも
有効である。
は、焼結温度への昇温過程でアルミン酸マグネシウムを
形成するもので、その１部はＡｌＮ結晶中に拡散固溶し
ていてもよく、焼結前の添加物としては、ＭｇＣＯ3，
Ｍｇ(ＯＨ)2，ＭｇＡｌ2Ｏ4並びにアルミン酸カルシウ
ムを形成し得るＭｇＯとＡｌ2Ｏ3の混合物などが挙げら
れ、純度９９重量％以上、平均粒径は３μｍ以下好まし
くは０．１〜３μｍのものが用いられ、含有量は焼結体
の全体に対して金属Ｍｇ換算で０．００１〜０．３重量
％相当量、好ましくは０．０１〜０．２重量％の範囲
で、０．００１重量％未満ではＡｌＮ結晶中に固溶して
結晶の電気特性を改善する効果や粒界相にアルミン酸マ
グネシウムとして存在し電気特性を改善する効果が不足
する。又、０．３重量％を超えると粒界相に存在するア
ルミン酸マグネシウムが昇華し易くなり焼結体に気孔が
生成し、この気孔が欠陥となり電気特性が悪化する。な
お、ＡｌＮ粒子中のＭｇ成分も粒界相中のＭｇ成分と同
じ効果を示し得る。又、マグネシウム化合物は、焼結過
程で昇華し易いため、その添加量は昇華損失分を考慮し
て目標含有量の数倍の添加量とするのが好ましい。その
際、昇華損失防止の為に、アルミナを共存させることも
有効である。
【００１０】ＡｌＮ粉末に上記各化合物粉末を焼結時に
所定濃度範囲になるように添加し、湿式混合しグリーン
体を製造する。なお、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｂ，Ｙ，Ｃａ
化合物は原料ＡｌＮ粉末自体の製造時に同時に添加して
得られたものと為し得る。
所定濃度範囲になるように添加し、湿式混合しグリーン
体を製造する。なお、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｂ，Ｙ，Ｃａ
化合物は原料ＡｌＮ粉末自体の製造時に同時に添加して
得られたものと為し得る。
【００１１】次に絶縁碍子の製造，得られるプラグの特
性等について説明する。 (１)絶縁碍子用グリーン体の製造 常法によって助剤として、結合剤，滑剤，可塑剤，分散
剤を添加し混合する。 １）結合剤：ポリビニルブチラール，ポリビニルアルコ
ール，ニトロセルロース，アクリル系樹脂，ワックス系
等が用いられ、添加量はＡｌＮ粉末１００重量部に対し
１〜１０重量部である。 ２）滑剤：ステアリン酸，オレイン酸，ポリブテン，オ
レイルアルコール等が用いられ、添加量はＡｌＮ粉末１
００重量部に対し０．５〜３重量部である。 ３）可塑剤：ジメチルフタレート，ジブチルフタレー
ト，ジオクチルフタレート，ブチルフタレート等が用い
られ、添加量はＡｌＮ粉末１００重量部に対し０．５〜
３重量部である。 ４）分散剤：グリセリン・トリオレエート，天然魚油
（イワシ油）等が用いられ、添加量はＡｌＮ粉末１００
重量部に対し０．１〜２重量部である。 ５）混合：上記のものと、前述の添加剤とＡｌＮ粉末と
をボールミル，振動ミル等で混合しグリーン体を得る。 (２)焼結過程 グリーン体を窒素ガス循環型スプレードライヤーで造粒
し５０〜１００μｍの粒体とし、これをラバープレス等
で素形体にプレス成形し、切削しプラグ用碍子形状に加
工する。このものを４５０〜５５０℃，３〜６時間脱脂
処理する。次に窒素ガス中で、１７００〜１９００℃，
１〜５時間焼結を行ない、プラグを得る。なお、焼結過
程でカーボンガスの還元雰囲気にならないように窒化ホ
ウ素又は窒化アルミニウム製容器中に予成形体を収納し
て焼結するのが望ましい。 (３)プラグ特性 上記のようにして得られたプラグは、７００℃下で、熱
伝導度が４０Ｗ／m・Ｋ以上、絶縁耐力が２５kＶ／mm以
上、絶縁抵抗が１００MΩ／mm以上と従来材にない優れ
た特性を示す。
性等について説明する。 (１)絶縁碍子用グリーン体の製造 常法によって助剤として、結合剤，滑剤，可塑剤，分散
剤を添加し混合する。 １）結合剤：ポリビニルブチラール，ポリビニルアルコ
ール，ニトロセルロース，アクリル系樹脂，ワックス系
等が用いられ、添加量はＡｌＮ粉末１００重量部に対し
１〜１０重量部である。 ２）滑剤：ステアリン酸，オレイン酸，ポリブテン，オ
レイルアルコール等が用いられ、添加量はＡｌＮ粉末１
００重量部に対し０．５〜３重量部である。 ３）可塑剤：ジメチルフタレート，ジブチルフタレー
ト，ジオクチルフタレート，ブチルフタレート等が用い
られ、添加量はＡｌＮ粉末１００重量部に対し０．５〜
３重量部である。 ４）分散剤：グリセリン・トリオレエート，天然魚油
（イワシ油）等が用いられ、添加量はＡｌＮ粉末１００
重量部に対し０．１〜２重量部である。 ５）混合：上記のものと、前述の添加剤とＡｌＮ粉末と
をボールミル，振動ミル等で混合しグリーン体を得る。 (２)焼結過程 グリーン体を窒素ガス循環型スプレードライヤーで造粒
し５０〜１００μｍの粒体とし、これをラバープレス等
で素形体にプレス成形し、切削しプラグ用碍子形状に加
工する。このものを４５０〜５５０℃，３〜６時間脱脂
処理する。次に窒素ガス中で、１７００〜１９００℃，
１〜５時間焼結を行ない、プラグを得る。なお、焼結過
程でカーボンガスの還元雰囲気にならないように窒化ホ
ウ素又は窒化アルミニウム製容器中に予成形体を収納し
て焼結するのが望ましい。 (３)プラグ特性 上記のようにして得られたプラグは、７００℃下で、熱
伝導度が４０Ｗ／m・Ｋ以上、絶縁耐力が２５kＶ／mm以
上、絶縁抵抗が１００MΩ／mm以上と従来材にない優れ
た特性を示す。
【００１２】
【作用】本発明においては、スパークプラグ絶縁体にＡ
ｌＮ粒内酸素固溶防止材としてイットリウムとＡｌの複
合酸化物，ＣａとＡｌの複合酸化物を含有し、電気特性
改良剤としてＺｒＮ，ＴｉＮ，ＨｆＮ，ＢＮ，又、熱間
絶縁抵抗改良剤としてＭｇＡｌ2Ｏ4を含有する窒化アル
ミニウム焼結体を適用することにより、常温から使用温
度７００℃までの間の電気特性がアルミナ質絶縁体並
で、熱伝導性がアルミナ質の数倍となる。プラグには低
速走行に適したホットタイプと高速走行に適したコール
ドタイプがあり、この両者のタイプは絶縁体の脚長の長
さや断面積により調整され、造り分けられる。中心熱価
が同じアルミナ質と窒化アルミニウム質のプラグを作っ
た場合、窒化アルミニウム質の方が脚長部の長さが長く
なる。しかし窒化アルミニウムは熱伝導率が良いので高
速、高負荷運転時でもプレイグニションは発生しない。
また、低速，低負荷運転時には脚長部が長いために、絶
縁体の全体へのカーボンの堆積が発生しにくくなり、低
速，低負荷運転時の失火は起こらない。つまり、窒化ア
ルミニウム質プラグは中心熱価は同じでもアルミナ質に
比べて、より高熱価側、より低熱価側もカバーできる熱
範囲の広いワイドレンジタイプのプラグとなる。
ｌＮ粒内酸素固溶防止材としてイットリウムとＡｌの複
合酸化物，ＣａとＡｌの複合酸化物を含有し、電気特性
改良剤としてＺｒＮ，ＴｉＮ，ＨｆＮ，ＢＮ，又、熱間
絶縁抵抗改良剤としてＭｇＡｌ2Ｏ4を含有する窒化アル
ミニウム焼結体を適用することにより、常温から使用温
度７００℃までの間の電気特性がアルミナ質絶縁体並
で、熱伝導性がアルミナ質の数倍となる。プラグには低
速走行に適したホットタイプと高速走行に適したコール
ドタイプがあり、この両者のタイプは絶縁体の脚長の長
さや断面積により調整され、造り分けられる。中心熱価
が同じアルミナ質と窒化アルミニウム質のプラグを作っ
た場合、窒化アルミニウム質の方が脚長部の長さが長く
なる。しかし窒化アルミニウムは熱伝導率が良いので高
速、高負荷運転時でもプレイグニションは発生しない。
また、低速，低負荷運転時には脚長部が長いために、絶
縁体の全体へのカーボンの堆積が発生しにくくなり、低
速，低負荷運転時の失火は起こらない。つまり、窒化ア
ルミニウム質プラグは中心熱価は同じでもアルミナ質に
比べて、より高熱価側、より低熱価側もカバーできる熱
範囲の広いワイドレンジタイプのプラグとなる。
【００１３】上述の粒内酸素固溶防止剤を添加して焼結
した場合は、ＡｌＮ粒子表面の酸素は、本剤にトラップ
されてＡｌＮ内に拡散しないので固溶酸素はＡｌＮ粉体
生成時の固溶分だけとなるので熱伝導性の低下が抑制さ
れる。しかし、ここで生成した複合酸化物の粒界相のみ
では焼結体全体としても高温電気特性が悪い。本願発明
ではその為、更に電気特性改良剤として特定元素（Ｂ，
Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ）又、熱間絶縁抵抗改良剤としてＭｇ
を加えて電気特性を改善するものである。Ｍｇの効果の
発生メカニズムは明確ではないが、Ｍｇが粒界相にＭｇ
Ａｌ2Ｏ4として存在して粒界相の電気特性を改善した
り、微量のＭｇがＡｌＮ結晶内に固溶してＡｌＮ結晶粒
の熱伝導性を悪化させないで電気特性を改善するものと
推定される。
した場合は、ＡｌＮ粒子表面の酸素は、本剤にトラップ
されてＡｌＮ内に拡散しないので固溶酸素はＡｌＮ粉体
生成時の固溶分だけとなるので熱伝導性の低下が抑制さ
れる。しかし、ここで生成した複合酸化物の粒界相のみ
では焼結体全体としても高温電気特性が悪い。本願発明
ではその為、更に電気特性改良剤として特定元素（Ｂ，
Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ）又、熱間絶縁抵抗改良剤としてＭｇ
を加えて電気特性を改善するものである。Ｍｇの効果の
発生メカニズムは明確ではないが、Ｍｇが粒界相にＭｇ
Ａｌ2Ｏ4として存在して粒界相の電気特性を改善した
り、微量のＭｇがＡｌＮ結晶内に固溶してＡｌＮ結晶粒
の熱伝導性を悪化させないで電気特性を改善するものと
推定される。
【００１４】
【実施例】(１) 数種の品質のアルミナ還元法で製造さ
れたＡｌＮ粉末を用意して、それに試薬級の各添加物を
所定の割合で配合すると共に、ＡｌＮ粉末１００重量部
に対してステアリン酸１．０重量部、ポリビニルブチラ
ール３．０重量部、ジメチルフタレート１．０重量部、
天然魚油１．０重量部及び溶媒としてｎーブチルアルコ
ール７０重量部を添加してナイロンボール、ナイロンポ
ットを使用し２４時間ボールミル混合した。使用したＡ
ｌＮ粉末の化学分析値を次の表１に示す。
れたＡｌＮ粉末を用意して、それに試薬級の各添加物を
所定の割合で配合すると共に、ＡｌＮ粉末１００重量部
に対してステアリン酸１．０重量部、ポリビニルブチラ
ール３．０重量部、ジメチルフタレート１．０重量部、
天然魚油１．０重量部及び溶媒としてｎーブチルアルコ
ール７０重量部を添加してナイロンボール、ナイロンポ
ットを使用し２４時間ボールミル混合した。使用したＡ
ｌＮ粉末の化学分析値を次の表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】次いで、窒素ガス循環型スプレードライヤ
ーで１１５℃で乾燥しつつ平均粒径８０μmの造粒体と
した。この造粒粉末を８００kg／cm2の成形圧力で一軸
ラバープレス機で外径３０mm、厚さ４mmのグリーン成形
体とした。このグリーン成形体を空気中５００℃で３時
間加熱保持して脱脂処理し、この脱脂成形体を窒化ホウ
素容器に入れ、窒素ガス雰囲気の黒鉛ヒーター炉中で、
１８００℃で５時間保持して焼結処理した。又、比較の
ため、熱間絶縁抵抗改良剤を使用しない場合を比較例
１，２として実施例と同様の方法で製造した。原料配合
を次の表２に示す。
ーで１１５℃で乾燥しつつ平均粒径８０μmの造粒体と
した。この造粒粉末を８００kg／cm2の成形圧力で一軸
ラバープレス機で外径３０mm、厚さ４mmのグリーン成形
体とした。このグリーン成形体を空気中５００℃で３時
間加熱保持して脱脂処理し、この脱脂成形体を窒化ホウ
素容器に入れ、窒素ガス雰囲気の黒鉛ヒーター炉中で、
１８００℃で５時間保持して焼結処理した。又、比較の
ため、熱間絶縁抵抗改良剤を使用しない場合を比較例
１，２として実施例と同様の方法で製造した。原料配合
を次の表２に示す。
【００１７】
【表２】
【００１８】得られた焼結体の特性値及び組成成分の測
定は次の方法に拠った。 絶縁抵抗 両面研削によって１mm厚にしたテストピー
スを７００℃、１５気圧の窒素ガス雰囲気中で１０００
ＶＭΩ計により測定した。 絶縁耐力 両面研削によって１mm厚にしたテストピー
スを７００℃、１５気圧の窒素ガス雰囲気中で直流イン
パルス電源により昇圧速度１kV／秒で測定した。 熱伝導率 直径１０mmで３mm厚のディスク状サンプル
をレーザーフラッシュ法にて２５℃と７００℃で測定し
た。 組成成分 ａ）添加元素 化学分析法により測定し
た。 ｂ）構成相 Ｘ線回折法によった。 得られたＡｌＮ焼結体の特性値を表３に示す。
定は次の方法に拠った。 絶縁抵抗 両面研削によって１mm厚にしたテストピー
スを７００℃、１５気圧の窒素ガス雰囲気中で１０００
ＶＭΩ計により測定した。 絶縁耐力 両面研削によって１mm厚にしたテストピー
スを７００℃、１５気圧の窒素ガス雰囲気中で直流イン
パルス電源により昇圧速度１kV／秒で測定した。 熱伝導率 直径１０mmで３mm厚のディスク状サンプル
をレーザーフラッシュ法にて２５℃と７００℃で測定し
た。 組成成分 ａ）添加元素 化学分析法により測定し
た。 ｂ）構成相 Ｘ線回折法によった。 得られたＡｌＮ焼結体の特性値を表３に示す。
【００１９】
【表３】
【００２０】ＡｌＮ焼結体の組成分析結果を表４に示
す。なお、Ｘ線回折欄の略記号は次の化合物を示す。 ＹＡＧ‥Ｙ3Ａｌ5Ｏ12，ＹＡｌ‥ＹＡｌＯ3，ＹＡＭ‥
Ｙ4Ａｌ2０9，Ｃ・２Ａ‥ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3，ＣＡ‥Ｃ
ａＯ・Ａｌ2Ｏ3，５Ｃ・３Ａ‥５ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3
す。なお、Ｘ線回折欄の略記号は次の化合物を示す。 ＹＡＧ‥Ｙ3Ａｌ5Ｏ12，ＹＡｌ‥ＹＡｌＯ3，ＹＡＭ‥
Ｙ4Ａｌ2０9，Ｃ・２Ａ‥ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3，ＣＡ‥Ｃ
ａＯ・Ａｌ2Ｏ3，５Ｃ・３Ａ‥５ＣａＯ・３Ａｌ2Ｏ3
【００２１】
【表４】
【００２２】(２) プラグへの実装試験 実施例２２の配合によるＡｌＮグリーン体からスパーク
プラグ用の絶縁碍子を成形圧力１ｔ／cm2で成形し、５
００℃で５時間脱脂処理した。窒化ホウ素容器中に成形
体を入れ黒鉛ヒーター炉内で窒素雰囲気中で１８００
℃、２時間焼結した。得られた絶縁碍子をプラグに組付
けて直列６気筒４サイクル２０００ｃｃの乗用車用エン
ジンに実装し、性能試験を行なった。エンジン回転数４
５００ｒｐｍ，吹気管負圧９０mmHgで２０時間運転を１
サイクルとして５サイクル繰り返し試験を行なった。そ
の結果、 外観検査では、絶縁不足による貫通跡、プレイグニシ
ョンによる溶解、熱衝撃によるクラック等は全く発生し
なかった。 低速試験運転（６００ｒｐｍ）でも炭素の絶縁部分へ
の付着による失火も全く発生しなかった。
プラグ用の絶縁碍子を成形圧力１ｔ／cm2で成形し、５
００℃で５時間脱脂処理した。窒化ホウ素容器中に成形
体を入れ黒鉛ヒーター炉内で窒素雰囲気中で１８００
℃、２時間焼結した。得られた絶縁碍子をプラグに組付
けて直列６気筒４サイクル２０００ｃｃの乗用車用エン
ジンに実装し、性能試験を行なった。エンジン回転数４
５００ｒｐｍ，吹気管負圧９０mmHgで２０時間運転を１
サイクルとして５サイクル繰り返し試験を行なった。そ
の結果、 外観検査では、絶縁不足による貫通跡、プレイグニシ
ョンによる溶解、熱衝撃によるクラック等は全く発生し
なかった。 低速試験運転（６００ｒｐｍ）でも炭素の絶縁部分へ
の付着による失火も全く発生しなかった。
【００２３】
【発明の効果】表４の結果が示すように、本発明による
絶縁碍子は、７００℃において熱伝導率４０Ｗ／m.Ｋ以
上，絶縁耐力２５kＶ／mm以上，絶縁抵抗１００ＭΩ／m
m以上の優れた特性を有し、またＡｌＮ焼結体からの固
溶酸素の除去に高温長時間処理を必要とせず生産性に優
れ、ａ）ターボ過給器装着エンジン，ＤＯＨＣエンジ
ン，ロータリーエンジン等の内燃機関の点火プラグの絶
縁碍子全体用又は、ｂ）絶縁碍子の「脚長部」等の主要
部用などとして非常に有用である。
絶縁碍子は、７００℃において熱伝導率４０Ｗ／m.Ｋ以
上，絶縁耐力２５kＶ／mm以上，絶縁抵抗１００ＭΩ／m
m以上の優れた特性を有し、またＡｌＮ焼結体からの固
溶酸素の除去に高温長時間処理を必要とせず生産性に優
れ、ａ）ターボ過給器装着エンジン，ＤＯＨＣエンジ
ン，ロータリーエンジン等の内燃機関の点火プラグの絶
縁碍子全体用又は、ｂ）絶縁碍子の「脚長部」等の主要
部用などとして非常に有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 誠 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 田邊 宏之 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 ＡｌＮ焼結体の粒界相が、ａ）イットリ
ウム又はカルシウムのアルミニウムとの複合酸化物が１
種又は２種で金属元素換算の総和として全体の０．５〜
７．０重量％相当量のものと、ｂ）ＺｒＮ、ＴｉＮ、Ｈ
ｆＮ、ＢＮからの１種又は２種以上を金属元素換算の総
和として全体の０．０５〜７．０重量％相当量のものと
から成ることを特徴とする窒化アルミニウム製点火プラ
グ用絶縁碍子。 - 【請求項２】 ＡｌＮ焼結体の粒界相が、ａ）イットリ
ウム又はカルシウムのアルミニウムとの複合酸化物が１
種又は２種で金属元素換算の総和として全体の０．５〜
７．０重量％相当量のものと、ｂ）ＺｒＮ、ＴｉＮ、Ｈ
ｆＮ、ＢＮからの１種又は２種以上を金属元素換算の総
和として全体の０．０５〜７．０重量％相当量のもの
と、更にｃ）粒界相にＭｇＡｌ2Ｏ4をＭｇ換算で全体の
０．００１〜０．３重量％相当量のものとから成ること
を特徴とする窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4024265A JPH05190255A (ja) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | 窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4024265A JPH05190255A (ja) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | 窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190255A true JPH05190255A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=12133403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4024265A Pending JPH05190255A (ja) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | 窒化アルミニウム製点火プラグ用絶縁碍子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05190255A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11199324A (ja) * | 1998-01-05 | 1999-07-27 | Fuji Electric Co Ltd | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| JP2002220282A (ja) * | 2001-01-24 | 2002-08-09 | Tokuyama Corp | 窒化アルミニウム焼結体とその製造方法 |
| JP2003073169A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及びその焼結体を用いた回路基板 |
| WO2011036833A1 (ja) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| JP2014220136A (ja) * | 2013-05-09 | 2014-11-20 | 日本特殊陶業株式会社 | 点火プラグ用絶縁体及び点火プラグ |
| CN110294630A (zh) * | 2018-03-23 | 2019-10-01 | 日本碍子株式会社 | 复合烧结体、半导体制造装置部件和复合烧结体的制造方法 |
| KR20190111834A (ko) | 2018-03-23 | 2019-10-02 | 엔지케이 인슐레이터 엘티디 | 복합 소결체, 반도체 제조 장치 부재 및 복합 소결체의 제조 방법 |
| KR20200073307A (ko) * | 2018-12-13 | 2020-06-24 | 한국세라믹기술원 | 질화알루미늄-이트리아 복합 세라믹스의 제조방법 |
-
1992
- 1992-01-16 JP JP4024265A patent/JPH05190255A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11199324A (ja) * | 1998-01-05 | 1999-07-27 | Fuji Electric Co Ltd | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
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| WO2011036833A1 (ja) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| JP2011070929A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| JP2014220136A (ja) * | 2013-05-09 | 2014-11-20 | 日本特殊陶業株式会社 | 点火プラグ用絶縁体及び点火プラグ |
| CN110294630A (zh) * | 2018-03-23 | 2019-10-01 | 日本碍子株式会社 | 复合烧结体、半导体制造装置部件和复合烧结体的制造方法 |
| KR20190111834A (ko) | 2018-03-23 | 2019-10-02 | 엔지케이 인슐레이터 엘티디 | 복합 소결체, 반도체 제조 장치 부재 및 복합 소결체의 제조 방법 |
| US11230502B2 (en) | 2018-03-23 | 2022-01-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Composite sintered body, semiconductor manufacturing apparatus member, and method of manufacturing composite sintered body |
| KR20200073307A (ko) * | 2018-12-13 | 2020-06-24 | 한국세라믹기술원 | 질화알루미늄-이트리아 복합 세라믹스의 제조방법 |
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