JPH06333665A

JPH06333665A - スパークプラグ用絶縁碍子

Info

Publication number: JPH06333665A
Application number: JP11828693A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sugimoto; 誠杉本; Masahiro Konishi; 雅弘小西; Hiroyuki Tanabe; 宏之田辺; Kenichi Nishikawa; 倹一西川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 1994-12-02
Also published as: BR9401701A

Abstract

(57)【要約】【目的】窒化アルミニウム質焼結体よりなるスパーク
プラグ用絶縁碍子の表面に放電エネルギーにより導電金
属が析出して導電路になることによるトラッキング現象
の発生を防止することを可能にする。【構成】ガソリン機関用のスパークプラグ１を、ガソ
リン機関に取り付けるための主体金具２、この主体金具
２により支持された絶縁碍子５、この絶縁碍子５の脚長
部１３内に嵌め込まれた中心電極４、および絶縁碍子５
のコルゲーション部１４内に嵌め込まれた端子電極８等
より構成した。そして、その絶縁碍子５を、窒化アルミ
ニウム原料粉末に酸化イットリウムを添加して焼成した
窒化アルミニウム質焼結体よりなる碍子母材の表面に、
酸化イットリウムとアルミナとを混合してなり、放電エ
ネルギーにより分解し難い酸化物被膜をディッピングし
て成形した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等に搭載される
内燃機関に取り付けられるスパークプラグ用絶縁碍子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガソリン機関に取り付けられ
るスパークプラグのプレイグニッション現象等を防止す
る目的で、スパークプラグの熱引きを向上させるため
に、アルミナ質焼結体より熱伝導率に優れる窒化アルミ
ニウム質焼結体を絶縁碍子に使用した技術（特公昭５５
−４６６３４号公報等）が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の技術
においては、火花放電ギャップでの火花放電時に発生す
るコロナ放電の放電エネルギーにより窒化アルミニウム
質焼結体が、ＡｌＮ→Ａｌ＋Ｎ₂↑のように分解して、
絶縁碍子の表面に導電性金属であるアルミニウムが析出
してしまうことがあった。そして、絶縁碍子の表面に析
出したアルミニウムが導通路になることにより、絶縁碍
子と主体金具との間の絶縁が低下して中心電極と主体金
具とが短絡してしまい、絶縁碍子の脚長部にトラッキン
グ現象が発生する。これにより、火花放電ギャップにお
ける火花放電が不完全になり飛火ミスが多くなってしま
うため、やがてガソリン機関の失火や停止に至るという
問題点があった。

【０００４】本発明は、表面にアルミニウムが析出する
ことによるトラッキング現象の発生を防止することが可
能なスパークプラグ用絶縁碍子の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、窒化
アルミニウムを主成分とし、この窒化アルミニウムに酸
化物よりなる焼結助剤を添加してなる絶縁碍子母材と、
この絶縁碍子母材の表面に設けられ、前記焼結助剤とほ
ぼ同一成分よりなる焼結助剤と酸化アルミニウムとを混
合した酸化物被膜とからなる技術手段を採用した。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１に記載のスパ
ークプラグ用絶縁碍子において、前記酸化物被膜は、前
記絶縁碍子母材の表面に２μｍ以上５０μｍ以下の厚み
で形成されている技術手段を採用した。なお、絶縁碍子
は、主体金具により支持される脚長部内に中心電極を備
えており、酸化物被膜は、絶縁碍子のうち少なくとも脚
長部に設けてあれば良い。

【０００７】

【作用】請求項１の発明によれば、絶縁碍子母材の窒化
アルミニウム成分が直接放電エネルギーに晒されないよ
うに、絶縁碍子母材の表面を放電エネルギーにより分解
し難い酸化物被膜で覆うことによって、スパークプラグ
用絶縁碍子の表面にトラッキングが生じ難くなる。

【０００８】請求項２の発明によれば、酸化物被膜の厚
みを２μｍ未満に小さくすると酸化物被膜としての効果
を備えない。また、酸化物被膜の厚みを５０μｍより大
きくすると、絶縁碍子母材の表面に酸化物被膜を形成す
る時に酸化物被膜にクラックや剥離が生じるため良好な
被膜が形成されない。

【０００９】

【実施例】本発明のスパークプラグ用絶縁碍子を図に示
す実施例に基づき説明する。〔第１実施例の構成〕図１および図２は本発明の第１実
施例を示したもので、図１は自動車に搭載されるガソリ
ン機関用のスパークプラグを示した図である。スパーク
プラグ１は、主体金具２、接地電極３、中心電極４およ
び絶縁碍子５等より構成されている。

【００１０】主体金具２は、スパークプラグ１の外殻を
構成し、絶縁碍子５の支持およびガソリンエンジンへの
取り付けの役目をする。この主体金具２の上部にはレン
チ等の工具をかけるための六角部６が形成されており、
下部にはガソリンエンジンへの取付用のねじ部７が形成
されており、先端には接地電極３が溶接等の手段により
接合されている。

【００１１】接地電極３や中心電極４は、ガソリンエン
ジンの使用中に高温の燃焼ガスに晒されるためにニッケ
ル、クロム合金やニッケル、マンガン、シリコン合金等
が使用されている。接地電極３の放電端面と中心電極４
の先端面との間には火花放電ギャップＧが形成されてい
る。また、中心電極４は、高電圧が印加される端子電極
８の中軸９との間に、電波雑音防止用の抵抗体１０が配
されている。また、中心電極４の後端部と中軸９との間
は、導電性ガラス粉末１１を溶融することによりガラス
シールされている。

【００１２】絶縁碍子５は、軸孔内部に中心電極４を嵌
め込んでおり、主体金具２をかしめることにより主体金
具２内で保持されている。また、絶縁碍子５の発火部１
２側にはガソリンエンジンの使用中に高温の燃焼ガスに
晒される脚長部１３が設けられ、後端側には端子電極８
の中軸９を収めるコルゲーション部１４が設けられてい
る。

【００１３】また、絶縁碍子５は、図２に示したよう
に、含有量が９９重量％以上の窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）に、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、酸化カルシウ
ム（ＣａＯ）等の酸化物のうちから一種類選んだ焼結助
剤を添加してなる絶縁碍子母材１５と、この絶縁碍子母
材１５の表面に２μｍ以上５０μｍ以下の厚みでディッ
ピングされた酸化物被膜１６とから構成されている。そ
の酸化物被膜１６は、絶縁碍子母材１５の焼結助剤とし
て用いた同一の酸化物を被膜剤中の含有量３０重量％〜
８０重量％と、酸化アルミニウム（アルミナ）を被膜剤
中の含有量２０重量％〜７０重量％とを混合した混合物
よりなる。

【００１４】次に、この実施例の絶縁碍子５を図１およ
び図２に基づいて詳細に説明する。絶縁碍子５を成形す
るセラミックス原料として、純度９０．０％〜９９．０
％で平均粒径１．０μｍの窒化アルミニウム原料粉末
（ＡｌＮ）中に、不純物として酸素（Ａｌ₂Ｏ₃として
存在）を０．９０％〜９．０％含有したものを使用し
た。また、焼結助剤として、Ｙ₂Ｏ₃またはＣａＯ（Ｃ
ａＣＯ₃として添加）の、いずれも純度９９％で平均粒
径１μｍ以下のよりなる酸化物を使用して表１に示すよ
うに以下の操作を行った。

【００１５】〔第１実施例の作用〕次に、この実施例の
スパークプラグ１の作用を図１および図２に基づいて簡
単に説明する。窒化アルミニウムに酸化物よりなる焼結
助剤を添加して絶縁碍子母材１５を構成し、酸化物被膜
１６を施そうとする絶縁碍子母材１５の焼結助剤とほぼ
同一成分よりなる焼結助剤と酸化アルミニウムと混合し
て酸化物被膜１６を構成している。これにより、絶縁碍
子母材１５の表面には、焼成した後に焼結助剤と酸化ア
ルミニウムとからなる組成物が析出するため、その組成
物と酸化物被膜１６とが強固に接着するので、酸化物被
膜１６が絶縁碍子母材１５の表面に強固に固着する。し
たがって、絶縁碍子母材１５の窒化アルミニウム成分が
直接放電エネルギーに晒されないように、放電エネルギ
ーにより分解し難い酸化物被膜１６で絶縁碍子母材１５
の表面を覆うことによって、絶縁碍子５の脚長部（中心
電極４の先端部周辺より主体金具２が最も接近している
部分までを言う）１３の表面にトラッキングが発生しな
くなる。

【００１６】〔第１実施例の効果〕以上のように、この
実施例のスパークプラグ１は、酸化物被膜１６により絶
縁碍子母材１５が直接放電エネルギーに晒されないた
め、トラッキングの発生を防止することができる。これ
により、正規の火花放電ギャップＧの飛火ミスを防止す
ることができるので、ガソリン機関の失火や停止を防止
することができる。

【００１７】〔スパークプラグ試料の製造方法〕次に、
スパークプラグ試料（表１の実施例１〜実施例６、比較
例１〜比較例５、比較例８および比較例９）の製造方法
を説明する。アルミナ還元窒化法により合成された窒化
アルミニウム原料粉末に対して５重量％のＹ₂Ｏ₃また
はＣａＯ（ＣａＣＯ₃として添加）よりなる焼結助剤を
加えたものに、ワックス系やポリビニルアルコール（Ｐ
ＶＡ）系の有機質バインダーを混合した後にスプレード
ライヤー（噴霧乾燥機）にて造粒して、粒径４０μｍ〜
１００μｍの窒化アルミニウム造粒粉末を作る。

【００１８】続いて、窒化アルミニウム造粒粉末をプレ
ス圧力１００ＭＰａで冷間静水圧プレス（Ｃ．Ｉ．Ｐ）
成形した後に、窒化アルミニウム質プレス成形体を離型
して大気中５００℃で加熱することにより有機質バイン
ダーを焼き取り（脱脂工程）、絶縁碍子５の形状に旋盤
等で切削加工する。続いて、窒化アルミニウム質プレス
成形体を窒素雰囲気中、焼成温度１７５０℃、２時間の
焼成条件で常圧焼結法により焼成して絶縁碍子母材１５
を構成する窒化アルミニウム質焼結体を製作する。

【００１９】続いて、その窒化アルミニウム焼結体の表
面に表１に示す条件で焼結助剤とアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）とを混合した酸化物被膜１６を構成する泥状の
被膜剤（溶媒としてエタノールを使用）を塗布またはデ
ィッピングした後に、窒素雰囲気中、焼成温度１７５０
℃、２時間の焼成条件で常圧焼結法により焼成して絶縁
碍子５を製作する。続いて、絶縁碍子５内に中心電極４
を挿入し、導電性ガラス粉末１１を充填した後に抵抗体
１０を挿入して再度導電性ガラス粉末１１を充填し、端
子電極８の中軸９を高温にて圧入して中心電極４の後端
部と端子電極８の中軸９との間をガラスシールする。そ
して、先端に接地電極３を溶接した主体金具２内に絶縁
碍子５を組み付けてスパークプラグ１を製作する。

【００２０】〔実施例と比較例の特性〕次に、表１に基
づいて、実施例と比較例との特性を比較する。ここで、
表１には、実施例１〜実施例６、比較例１〜比較例９に
ついて、絶縁碍子５の焼結助剤の成分、酸化物被膜を構
成する被膜剤の組成（重量％）、酸化物被膜の厚み（μ
ｍ）を記すと共に、耐トラッキング性を測定した結果を
示した。なお、酸化物被膜１６の厚みはＳＥＭ（走査型
電子顕微鏡）により測定した。また、比較例６および比
較例７には、絶縁碍子母材１５の表面に酸化物被膜をデ
ィッピングしないものを記した。

【００２１】

【表１】 ×印は酸化物被膜に亀裂が生じたものを示す。△印は酸
化物被膜がＡｌＮ質の絶縁碍子母材表面より剥離したも
のを示す。

【００２２】ここで、耐トラッキング性に対する実験
は、接地電極３を除去したスパークプラグ試料（実施例
１〜実施例６、比較例１〜比較例９）を、加圧容器内に
入れて１ＭＰａの空気加圧にて３０ｋＶの高電圧を端子
電極８に印加して絶縁碍子５の脚長部１３にフラッシュ
オーバーさせるようにした。これは、直流インパルス電
圧発生器にて毎分３０００回スパークさせて行った。こ
の実験を行うことによって、絶縁碍子５の脚長部１３よ
りトラッキングの発生するものは、トラッキング痕が導
通路となるため、主体金具２と中心電極４とがやがて導
通して短絡し、飛火ミスするため、飛火ミスに至るまで
の時間（ｈ）で耐トラッキング性を評価することが可能
になる。

【００２３】〔実施例と比較例の比較結果〕以上の調査
結果で確認できるように、実施例１〜実施例６の耐トラ
ッキング性に関する寿命がいずれも５０時間（ｈ）以上
を示すため、耐トラッキング性が良好なことが確認でき
る。これらに対して、比較例１、比較例２および比較例
５は、絶縁碍子母材１５の表面を覆う酸化物被膜１６の
膜厚が５０μｍより厚いため酸化物被膜１６内に亀裂が
無数に入り、実験中この亀裂より徐々に酸化物被膜１６
の剥離が生じるため、耐トラッキング性に関する寿命が
いずれも短くなる。

【００２４】また、比較例３および比較例４は、絶縁碍
子母材１５の表面を覆う酸化物被膜１６の膜厚が２μｍ
より薄いため、また比較例６および比較例７は、絶縁碍
子母材１５の表面に酸化物被膜１６を全く持たないた
め、耐トラッキング性に対する効果を発揮できないこと
が確認できる。さらに、比較例８は、絶縁碍子母材１５
の焼結助剤成分と異なる焼結助剤を酸化物被膜１６に用
いた例を示し、比較例９は酸化物被膜１６をアルミナの
みで構成した例を示す。これらの場合は、絶縁碍子母材
１５の表面より酸化物被膜１６が剥離すると共に、耐ト
ラッキング性に対する効果を発揮できないことが確認で
きる。

【００２５】〔第２実施例〕図３および図４は本発明の
第２実施例を示したもので、図３はガソリン機関用のス
パークプラグを示した図である。この実施例のスパーク
プラグ１は、主体金具２により分割型絶縁碍子１７を支
持している。この分割型絶縁碍子１７は、発火部１２側
に設けられ、中心電極４を嵌め込む脚長部１３を構成す
る窒化アルミニウム質焼結体１８と、この窒化アルミニ
ウム質焼結体１８の後端側に凹凸嵌合され、端子電極８
の中軸９を嵌め込むコルゲーション部１４を構成する酸
化アルミニウム（アルミナ）質焼結体１９とからなる。

【００２６】なお、窒化アルミニウム質焼結体１８は、
図４に示したように、主成分の窒化アルミニウム中に酸
化イットリウム等の酸化物よりなる焼結助剤を添加して
なる絶縁碍子母材２０を焼成し、その絶縁碍子母材２０
の表面に酸化イットリウム等の焼結助剤とアルミナとを
混合した酸化物被膜２１を塗布またはディッピングした
後に再度焼成して製造されたものである。このように、
分割型絶縁碍子１７の先端側の窒化アルミニウム質焼結
体１８にのみ、すなわち、分割型絶縁碍子１７のうちの
少なくとも脚長部１３の表面にのみ酸化物被膜２１を形
成することによって、熱引きに優れ、トラッキング現象
の発生の少ないスパークプラグ１を低コストで得ること
ができる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明は、酸化物被膜により絶
縁碍子母材が直接放電エネルギーに晒されないため、ト
ラッキングの発生を抑えることができる。これにより、
正規の火花放電ギャップの飛火ミスを抑えることができ
るので、ガソリン機関の失火や停止を抑制することがで
きる。

【００２８】請求項２の発明は、絶縁碍子母材の表面を
覆う酸化物被膜の膜厚を２μｍ以上５０μｍ以下の厚み
にしているので、耐トラッキング性の効果を十分に発揮
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかるガソリン機関用の
スパークプラグを示した断面図である。

【図２】図１のスパークプラグの絶縁碍子の主要部を示
した断面図である。

【図３】本発明の第２実施例にかかるガソリン機関用の
スパークプラグを示した断面図である。

【図４】図３のスパークプラグの絶縁碍子の主要部を示
した断面図である。

【符号の説明】

１スパークプラグ２主体金具４中心電極５絶縁碍子８端子電極１３脚長部１５絶縁碍子母材１６酸化物被膜１８窒化アルミニウム質焼結体１９アルミナ質焼結体２０絶縁碍子母材２１酸化物被膜

フロントページの続き (72)発明者西川倹一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

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）窒化アルミニウムを主成分とし、
この窒化アルミニウムに酸化物よりなる焼結助剤を添加
してなる絶縁碍子母材と、（ｂ）この絶縁碍子母材の表面に設けられ、前記焼結助
剤とほぼ同一成分よりなる焼結助剤と酸化アルミニウム
とを混合した酸化物被膜とからなるスパークプラグ用絶
縁碍子。
【請求項２】請求項１に記載のスパークプラグ用絶縁
碍子において、前記酸化物被膜は、前記絶縁碍子母材の表面に２μｍ以
上５０μｍ以下の厚みで形成されていることを特徴とす
るスパークプラグ用絶縁碍子。
【請求項３】請求項１または請求項２のうちのいずれ
かに記載のスパークプラグ用絶縁碍子において、前記絶縁碍子は、主体金具により支持される脚長部内に
中心電極を備え、前記酸化物被膜は、前記絶縁碍子のうち少なくとも前記
脚長部に設けたことを特徴とするスパークプラグ用絶縁
碍子。