JPH0536464A - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁体の熱引き特性を確保すると共に、表面
において発生するコロナ放電による分解反応を抑制し
て、トリーイング劣化の発生を防止する。 【構成】 絶縁体を、窒化ケイ素を主原料として、酸化
カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムを添
加することにより、絶縁体を構成する窒化ケイ素焼結体
の粒子間に高絶縁粒界層を有するものとし、熱間状態に
おける絶縁性を確保すると共に、絶縁体表面で起きる窒
化ケイ素焼結体の分解反応を抑制することで、トリーイ
ング劣化の発生を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関に装着され
るスパークプラグの構造、特に先端に中心電極を保持す
る絶縁体の材質に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、省燃費及び排気ガス清浄化によ
り、内燃機関の希薄燃焼化が促進され、内燃機関の燃焼
室内において、混合気の着火に伴って発生する燃焼ガス
は高温となり、このため燃焼室内に常時突出することで
この高温の燃焼ガスに曝される絶縁体は、ますます苛酷
な状態となり、機関の冷熱サイクルの繰返しによる絶縁
体の破損を防止するために熱衝撃に耐え得る強度を兼ね
備える窒化物焼結体を使用することが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものにおいて、単に窒化物焼結体を絶縁体に使用す
るものの場合、内燃機関にこの窒化物焼結体からなる絶
縁体を有するスパークプラグを装着して火花放電を行な
うと、窒化物焼結体の絶縁体と、この絶縁体に近接する
主体金具との間において生じる電界が強くなると共に、
特にパッキン面近傍においては主体金具との間ではコロ
ナ放電が発生し易くなり、このコロナ放電により窒化ケ
イ素からなる絶縁体表面において、絶縁体を構成する窒
化物が気体の窒素と金属となる分解反応が起り、この分
解反応で生じた金属は絶縁体表面に生成、堆積し、更に
堆積する金属は、上記絶縁体中に保持される中心電極の
影響により電界を集中させ、絶縁体を構成する窒化物の
分解反応を促進させると共に、絶縁体表面においてシン
チレーションを伴いながら、電界方向に沿って樹枝状
痕、すなわちトリーイング劣化を生じ、絶縁体の絶縁性
を低下させる欠点がある。

【０００４】そこで、この発明は上記従来のものの持つ
欠点を改善するものであり、窒化物焼結体からなる絶縁
体におけるトリーイング劣化を防止しようとするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのために、先端に中心
電極を保持する絶縁体を、窒化ケイ素を主成分として、
酸化物換算で酸化カルシウムを２〜１５ｗｔ％、酸化マ
グネシウムを０．０１〜１０ｗｔ％、酸化アルミニウム
を０〜１５ｗｔ％を添加した焼結体としてなるものであ
る。

【０００６】また、上記酸化物を含有する窒化ケイ素焼
結体を、少なくとも絶縁体の脚長部に使用してなるもの
である。

【０００７】

【作用】上記の構成を具えるので、絶縁体を構成する窒
化ケイ素焼結体に対して含有する化合物のうち、酸化カ
ルシウムを、酸化物換算で、２ｗｔ％以下になると、焼
結密度が高くならず、有害な気孔が焼結体内に残留し易
く、また１５ｗｔ％以上になると、窒化ケイ素粒子の粒
成長が阻害されるため強度が著しく低下し、スパークプ
ラグを構成しないものとなるので、酸化カルシウムを２
〜１５ｗｔ％とすることで焼結密度を高くし、強度を向
上させることができ、更に、酸化マグネシウムを、酸化
物換算で、０．０１ｗｔ％以下になると、絶縁性が向上
せず、１０ｗｔ％以上とすると窒化ケイ素の粒成長を阻
害し、気孔が多く残留することから、酸化マグネシウム
を０．０１〜１０ｗｔ％とすることで、絶縁性の高い、
気孔の含有の少ない焼結体とすることができ、そして酸
化アルミニウムを、酸化物換算で、１５ｗｔ％以上とす
ると、絶縁性は向上するが、焼結密度が低く、気孔を多
く含有する焼結体となるので、酸化アルミニウムを、０
〜１５ｗｔ％とすることで、絶縁性を確保しつつ強度の
高い焼結体とすることができることとなる。

【０００８】この結果、焼結体の窒化ケイ素粒子間に酸
化カルシウム−酸化マグネシウム、或は酸化カルシウム
−酸化マグネシウム−酸化アルミニウムを主成分とする
粒界相を形成することができ、絶縁性を確保しつつ、強
度を高めることができる。

【０００９】また、このような窒化ケイ素焼結体を、少
なくとも内燃機関の燃焼室内の高温の燃焼ガスに曝され
る絶縁体の脚長部に使用することでも、高温における絶
縁抵抗を有し、絶縁体の破損を有利に防止することがで
きる。

【００１０】

【実施例】この発明を図に示す実施例により更に説明す
る。（１）は、この発明の実施例である内燃機関用スパ
ークプラグであり、この内燃機関用スパークプラグ
（１）は、軸孔（３）の先端に中心電極（４）を保持
し、軸孔（３）の後端には、端子電極（５）と共に、導
電性ガラスシール（６）、及び抵抗体（７）を内封、保
持してなる絶縁体（２）と、この絶縁体（２）を段座
（１２）にパッキン（１３）を介して固持すると共に、
ネジ部（９）先端に上記絶縁体（２）に保持される中心
電極（４）の先端に対向する位置に外側電極（１０）を
配置してなる主体金具（８）から構成されている。

【００１１】そして、この中心電極（４）を保持してな
る絶縁体（２）は、窒化ケイ素を主成分として、酸化物
換算で酸化カルシウムを２〜１５ｗｔ％、酸化マグネシ
ウムを０．０１〜１０ｗｔ％、酸化アルミニウムを０〜
１５ｗｔ％を含有した焼結体としてなるものである。

【００１２】更に、上記酸化物を含有する窒化ケイ素焼
結体を、少なくとも絶縁体の脚長部（１１）に使用して
なるものである。

【００１３】この発明は以上の構成を具えるので、絶縁
体（２）を構成する窒化ケイ素焼結体に対して添加する
化合物を、酸化物換算で、酸化カルシウムを２〜１５ｗ
ｔ％、酸化マグネシウムを０．０１〜１０ｗｔ％、酸化
アルミニウムを０〜１５ｗｔ％含有する焼結体とするこ
とによって、絶縁体（２）として使用する焼結した窒化
ケイ素焼結体を高絶縁粒界層を有するものとすることが
でき、コロナ放電に伴う窒化ケイ素からなる絶縁体
（２）の分解反応を抑制して、絶縁性の劣化につながる
トリーイング劣化を防止することができる。

【００１４】なお、この酸化物を含有する窒化ケイ素焼
結体を使用するにあたっては、図２に示すように絶縁体
（２）全体だけではなく、少なくとも絶縁体（２）の脚
長部（１１）のみに使用し、且つ、頭部（１４）に従来
の酸化アルミニウム焼結体を使用してガラスシールによ
り一体化するものとして、内燃機関の燃焼室内に突出し
て、高温の燃焼ガスに曝されて高温となっても、窒化ケ
イ素焼結体の有する熱伝導率は極めて高いものであるこ
とから、絶縁体（２）の脚長部（１１）の高温における
絶縁性を有して脚長部の破損を有利に防止することがで
きる。

【００１５】そこで、上記スパークプラグ（１）の絶縁
体（２）に使用し、異なる成分比率の窒化ケイ素焼結体
に対して、図４に示す装置により、その焼結体のテスト
ピースについて熱間絶縁抵抗の測定を行い、その効果を
検討した（図３）。

【００１６】なお、熱間絶縁抵抗の測定に供した窒化ケ
イ素焼結体のテストピース（１６）は、酸素含有量１．
５ｗｔ％、平均粒径１．５μｍのα−窒化ケイ素粉末に
対して、炭酸カルシウム（焼結体中では、酸化カルシュ
ウムとなる。）、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム
を適当量配合し、エタノール中で２４時間混合した後
に、得られたスラリーの溶剤分を除去、乾燥し、金型プ
レスによって、直径５０ｍｍ×厚さ３ｍｍの円板形状に
成型し、１００ＭＰａでＣＩＰ処理を行い、更に処理後
の成形体を大気中６００℃で仮焼成すると共に、１７５
０℃×６時間の窒素雰囲気中で常圧焼成させた。

【００１７】そして、窒化ケイ素焼結体のテストピース
（１６）における焼結密度は、アルキメデス法により測
定し、窒化ケイ素及び各添加物の密度より計算される密
度で測定値を除算し、相対密度を求めると共に、テスト
ピース（１６）中の気孔及び組織は、走査型顕微鏡によ
り観察し、熱間絶縁抵抗は、焼結体を直径４０ｍｍ、厚
さ１ｍｍに研磨加工し、図３に示すように、テストピー
ス（１６）を電極（１５）（１５）間に挟んで配置し、
ヒータ（１７）でテストピース（１６）を７００℃に加
熱して、５００Ｖ、ＤＣデジタル抵抗計（１８）で熱間
絶縁抵抗を測定した（図４）。

【００１８】なお、焼結体の化学分析は、予め酸化カル
シウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムにつき検
量線を作成し、蛍光Ｘ線検量線法により算出した。

【００１９】上記テストピースの測定結果から、当該実
施例で、この発明の特許請求の範囲に入るＮｏ３、４、
５、６、７、８、９及び１０の窒化ケイ素焼結体は熱間
状態においても高い絶縁抵抗を確保することが確認され
た。

【００２０】

【発明の効果】以上のとおり、スパークプラグを構成す
る絶縁体を窒化ケイ素を主原料として、様々な酸化物を
所定量添加することにより、絶縁体の熱的な破損を防止
すると共に、熱間状態における絶縁体のトリーイング劣
化を抑制して、高性能化した内燃機関に十分に対応する
ことができる優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である内燃機関用スパークプ
ラグの部分断面図である。

【図２】この発明のその他の実施例における要部拡大部
分断面図である。

【図３】熱間絶縁抵抗の測定結果を示したものである。

【図４】熱間絶縁抵抗を測定する装置を示した概略図で
ある。。

【符号の説明】

１ スパークプラグ ２ 絶縁体 ３ 軸孔 ４ 中心電極 ５ 端子電極 ６ 導電性ガラスシール ７ 抵抗体 ８ 主体金具 ９ ネジ部 １０ 外側電極 １１ 絶縁体の脚長部 １２ 段座 １３ パッキン １４ 頭部 １５ 電極 １６ テストピース １７ ヒータ １８ 絶縁抵抗計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に中心電極を保持する絶縁体を、窒
   化ケイ素を主成分として、酸化物換算で酸化カルシウム
   を２〜１５ｗｔ％、酸化マグネシウムを０．０１〜１０
   ｗｔ％、酸化アルミニウムを０〜１５ｗｔ％を含有した
   焼結体からなるものとする内燃機関用スパークプラグ。
2. 【請求項２】 少なくとも燃焼室内に直接曝される絶縁
   体脚長部のみを上記焼結体により構成してなる請求項１
   記載の内燃機関用スパークプラグ。