JPH11240768A

JPH11240768A - セラミック材料の製造方法

Info

Publication number: JPH11240768A
Application number: JP10064669A
Authority: JP
Inventors: Osamu Fukushima; 治福島; Makoto Sugimoto; 誠杉本
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】バイヤーアルミナ粉末など、強塩基性化合物
を比較的多量に含有した原料粉末を用いた場合でも、成
形体のクラックやエッジ崩れといった欠陥が生じにく
く、良好な製造歩留まりが達成できるセラミック材料の
製造方法を提供する。【解決手段】原料粉末に対し、所定量の親水性結合剤
と水を主体とする溶媒とを配合して混合することにより
成形用素地スラリーを作り、その成形用素地スラリーに
対して酸成分を添加することにより、ｐＨを６〜１０
（望ましくは７〜９）の範囲に調整する。そして、その
スラリーを噴霧・乾燥することにより成形用素地造粒物
ＰＧを作り、その成形用素地造粒物ＰＧをプレス成形す
ることにより成形体を得る。なお、プレス成形法として
はラバープレス成形法を採用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミック材料の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関用のスパークプラグや高電圧設
備の碍子等に用いられる絶縁材料として、アルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）系のセラミック材料が使用されている。このよ
うなアルミナ系セラミック材料の原料となるアルミナ粉
末は、一般にはバイヤー（Bayer）法により製造された
もの（以下、バイヤーアルミナともいう）が使用されて
いる。バイヤー法は、アルミニウム原鉱石であるボーキ
サイトからアルミナを湿式抽出する法であるが、抽出媒
として比較的濃度の高い苛性ソーダ（ＮａＯＨ）水溶液
が使用される。そのため、得られるバイヤーアルミナ
は、ＮａＯＨやＮａ₂Ｏ等の強塩基性化合物の形で相当
量のＮａ成分（ソーダ分）を含有したものとなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、セラミック
材料の製造方法としては、例えば原料粉末をプレス成形
して成形体を作り、その成形体を焼成することにより焼
結体を得る方法が採用されることが多い。ここで、セラ
ミック材料の原料として、上述のようなバイヤーアルミ
ナ粉末など、強塩基性化合物を比較的多量に含有した原
料粉末を用いると、得られる成形体の強度が低下して、
例えばプレス成形を行う際に成形体にクラックやエッジ
崩れといった欠陥が生じやすくなり、製造歩留まりが低
下することがある。

【０００４】本発明の課題は、バイヤーアルミナ粉末な
ど、強塩基性化合物を比較的多量に含有した原料粉末を
用いた場合でも、成形体のクラックやエッジ崩れといっ
た欠陥が生じにくく、良好な製造歩留まりが達成できる
セラミック材料の製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のセラミック材料の製造方法
は、アルカリ金属成分の塩基性化合物を含有するセラミ
ック粉末を主体とした原料粉末に対し、所定の分量の結
合剤を配合して成形用素地を準備するとともに、その成
形用素地に対し適当な酸成分を添加して該成形用素地の
ｐＨを低くなる方向に調整し、そのｐＨ調整後の成形用
素地を加圧成形することにより成形体を作り、その成形
体を焼成することによりセラミック材料の焼結体を得る
ようにしたことを特徴とする。

【０００６】バイヤーアルミナなど、アルカリ金属成分
の塩基性化合物を含有するセラミック粉末を用いてセラ
ミック材料を製造する場合、そのセラミック粉末を原料
とする成形用素地のｐＨが塩基性領域側にずれやすくな
る。そして本発明者の検討によれば、そのｐＨの値が高
くなりすぎると、素地の成形性が損なわれることがわか
った。そして、上記本発明の方法によれば、その塩基性
側にずれたｐＨを酸成分の添加により適当な範囲内で低
下させることにより、素地の成形性が著しく改善されて
成形体の強度も向上し、ひいてはクラックやエッジ崩れ
といった欠陥の発生が顕著に抑制されて、製造歩留まり
を大幅に向上させることができるようになる。

【０００７】この場合、成形用素地のｐＨは、６〜１０
の範囲にて調整するのがよい。ｐＨが１０を超えるか又
は６未満になると、いずれの場合においても成形用素地
の成形性が損なわれ、製造歩留まりの低下につながる。
なお、成形用素地のｐＨは、より望ましくは７〜９の範
囲で調整するのがよい。

【０００８】また、配合する酸成分としては、ホウ酸、
コロイダルシリカ、炭酸、リン酸等の無機酸類、クエン
酸、シュウ酸、酒石酸、酢酸等の有機酸類、及び硫酸ア
ンモニウムあるいは硝酸アンモニウム等の強酸の弱アル
カリ塩から選ばれる１種又は２種以上を使用することが
できる。

【０００９】セラミック材料の成形用素地は、原料粉末
に水を主体とする溶媒を混合してスラリーを作ることに
より調整されることが多く、この場合、結合剤は親水性
結合剤を使用するのが一般的である。しかしながら、親
水性結合剤を配合した素地の成形性はｐＨ変化に対して
特に敏感であり、塩基性領域にｐＨが上昇すると急速に
成形性が悪化する問題がある。これは、親水性結合剤の
多くが、主に極性分子間の水素結合により粘結性を生じ
ており、ｐＨが高くなると、この水素結合が塩基性イオ
ンの作用により阻害されて成形性が低下するものと推測
される。いずれにしろ、酸成分の配合によりｐＨの値を
下方修正することで、親水性の結合剤を配合した成形用
素地の成形性が極めて効果的に改善され、製造歩留まり
の向上を図ることができる。

【００１０】なお、親水性の結合剤としては、ポリビニ
ルアルコール（ＰＶＡ）、デキストリン、ポリビニルピ
ロリドン、澱粉、カルボキシメチルセルロースのアルカ
リ塩（例えばカルボキシメチルセルロースナトリウム
（ＣＭＣ））、水溶性アクリル樹脂（例えば、ポリアク
リル酸塩系のもの）等の有機系の結合剤を使用すること
ができる。

【００１１】上記方法は、具体的には次のような工程に
より実施することができる。すなわち、原料粉末（アル
ミナ粉末を含む）に対し、所定量の親水性結合剤と水を
主体とする溶媒とを配合して混合することにより成形用
素地スラリーを形成する一方、その成形用素地スラリー
に対して酸成分を添加することにより、その成形用素地
スラリーのｐＨを６〜１０（望ましくは７〜９）の範囲
に調整する。そして、そのスラリーを噴霧・乾燥するこ
とにより成形用素地造粒物を作り、その成形用素地造粒
物をプレス成形することにより成形体を得る。なお、プ
レス成形法としては金型によるダイプレス成形のほか、
冷間静水圧プレス法（ＣＩＰ）や、その一種であるラバ
ープレス成形法を採用することができる。例えばスパー
クプラグ用の絶縁体など縦長の焼結体を製造する場合
は、これを能率よく高歩留まりで製造できる観点から、
ラバープレス成形法が特に好適である。

【００１２】この場合、成形用素地造粒物は、プレス時
における造粒物の粉末粒子への解砕が促進されるよう、
該成形用素地造粒物の重量を１００重量部として０．５
〜２．０重量部の水分を添加し、その水分添加後の成形
用素地造粒物をプレス成形するようにすることが望まし
い。ここで、前述のように素地中に酸成分を配合してｐ
Ｈの調整を行わなかった場合は、この水分添加により、
原料粉末中に含まれていたアルカリ金属の塩基性化合物
が電離して塩基性イオンを生じ、親水性結合剤の働きが
阻害されて成形性が損なわれやすくなる。しかしなが
ら、酸成分配合によりｐＨ調整を行うことで、素地に水
分を配合しても問題なく成形を行うことができるように
なる。

【００１３】次に、アルミナ系セラミック材料を製造す
る場合、原料となるアルミナ粉末としてはバイヤーアル
ミナ粉末を使用できる。バイヤー法は公知であるが、概
要を述べれば以下の通りである。まず、アルミニウム原
鉱石であるボーキサイトを粉砕後、苛性ソーダ水溶液中
で加圧抽出を行う。鉱石中のアルミナ成分（例えばアル
ミナ系鉱物としてのgibbsiteやboehmite）は、Ａｌの両
性元素としての性質から、下記化１に基づく反応により
アルミン酸ソーダとして溶出し、不溶残渣（赤泥）とな
るＦｅ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂あるいはＴｉＯ₂等から分離され
る。

【００１４】

【化１】

【００１５】抽出条件はアルミナ系鉱物の種類によって
も異なるが、溶液の温度が例えば１２０〜３００℃、同
じく苛性ソーダ濃度が１３０〜３８０ｇ／ｌである。抽
出液は不溶残渣を濾し取った後、種アルミナを加えて苛
性ソーダ濃度を９０〜１６０ｇ／ｌに下げることによ
り、上記化１の逆反応により温度３５〜８０℃で３０〜
６０時間かけて固体の水酸化アルミニウムを析出・沈殿
させる。こうして得られた水酸化アルミニウムは溶液か
ら分離され、さらに必要に応じて水洗した後１０００〜
１３３０℃にて仮焼することにより、バイヤーアルミナ
を得る。

【００１６】上記のようなバイヤーアルミナ粉末は、一
般にはＮａ成分をＮａ₂Ｏ換算にて０．０３重量％以上
含有したアルミナ粉末となる。また、バイヤーアルミナ
粉末は、強塩基性のＮａＯＨ水溶液で処理される関係
上、粒子粉末の表層部に存在するＮａ成分の含有量が、
例えばＮａ₂Ｏ換算にて０．０１重量％以上と高くなっ
ているものが多い。従って、これを原料として用いた場
合は、成型用素地のｐＨがとりわけ高くなりがちであり
成形性も悪化しやすいので、酸成分の添加によりｐＨ調
整する本発明の手法が特に有効である。

【００１７】ここで、「粉末粒子の表層部に存在するＮ
ａ成分の含有量」とは、次のようにして測定した値を意
味する。まず、測定対象となるアルミナ粉末中のＮａ成
分の総含有量（単位：重量％）をＩＣＰ分析や化学分析
等により測定し、その値をＮａ₂Ｏ換算してＷNa1とす
る。次いで、アルミナ粉末１００ｇを、温度９０℃に保
持した蒸留水１００ミリリットル中に撹拌を加えない状
態で１ｈｒ浸漬する。その後、そのアルミナ粉末を分離
回収して再度Ｎａ成分含有量（単位：重量％）を測定
し、その値をＮａ₂Ｏ換算してＷNa2とする。そして、先
に測定したＷNa1からＷNa2を減じた値ＷNa1−ＷNa2（単
位：重量％）を、粉末粒子の表層部に存在するＮａ成分
の含有量とする。

【００１８】さて、上記本発明の方法により製造される
焼結体は、例えばスパークプラグ用絶縁体とすることが
できる。この場合、該絶縁体は、アルミナを主成分とす
る絶縁材料であって、Ｎａ成分をＮａ₂Ｏ換算にて０．
０７〜０．５重量％の範囲で含有するものとすることが
できる。

【００１９】自動車エンジン等の内燃機関に使用される
スパークプラグにおいては、その絶縁体の材料として古
くから耐熱性に優れたアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）系絶縁材料
が使用されているが、その原料アルミナとしては上記バ
イヤーアルミナが広く使用されている。バイヤーアルミ
ナは、前述の通り相当量のＮａ成分（ソーダ分）を含ん
でいるが、アルミナ中に含有されるＮａ成分は高いイオ
ン伝導性を示すため、その含有量が過剰になると、絶縁
抵抗値、特に５００℃以上の高温での絶縁抵抗値を低下
させたり、あるいは高温での機械的強度を損ねたりする
といった不具合を生ずる。そのため従来より、スパーク
プラグに使用されているアルミナ系絶縁材料は、なるべ
くＮａ成分の含有量の少ないものがよいとされ、そのＮ
ａ成分含有量は０．０５重量％以下の低い値に設定する
ことが常識となっている。

【００２０】しかしながら、このようにＮａ成分含有量
の低いアルミナ系絶縁体を製造するには、使用する原料
アルミナも低ソーダ系のものを用いることが不可欠であ
る。低ソーダ系のアルミナは脱ソーダ工程が必要な分だ
け高価であり、原料コストの観点からは必ずしも望まし
いとはいえない側面がある。しかしながら、近年は自動
車エンジン等の高出力化に伴い、スパークプラグの絶縁
体に対しても、さらに高い耐電圧特性と耐熱性が要求さ
れてきている。その結果、絶縁材料中のＮａ成分含有量
に関する上記常識はますます揺るぎないものとなってお
り、低ソーダアルミナ使用による多少のコスト高も容認
せざるを得ないというのが現状である。

【００２１】本発明者は、スパークプラグ用アルミナ系
絶縁材料のＮａ成分含有量について鋭意検討を行ったと
ころ、これまで常識外とみなされていた上記Ｎａ成分含
有量の高い組成範囲において、高温での絶縁抵抗や機械
的強度等が意外にも低下せず、Ｎａ成分含有量がこれよ
りも低い従来の絶縁材料に匹敵する性能の絶縁材料が得
られることを見い出した。そして、Ｎａ成分含有量が上
記のような範囲に設定されることで、原料となるアルミ
ナ粉末も、Ｎａ成分含有量がＮａ₂Ｏ換算にて０．０７
〜０．６５重量％と高いものが使用できる（０．６５重
量％を超えると、得られる絶縁材料中のＮａ成分量を
０．５重量％以下に維持できなくなる）。その結果、従
来の低ソーダアルミナに代えて、はるかに安価な中ソー
ダアルミナや普通ソーダアルミナ等を使用することがで
きるようになり、スパークプラグ用絶縁体ひいてはそれ
を用いたスパークプラグにおける劇的な製造コスト削減
が実現される。

【００２２】なお、絶縁材料中のＮａ成分含有量を０．
０７重量％未満とするには、低ソーダアルミナ等のＮａ
成分含有量の低いアルミナ粉末を使用しなければなら
ず、従来の絶縁材料に対する原料コスト上の優位性が確
保できなくなる。他方、Ｎａ成分含有量が０．５重量％
を超えると、材料の絶縁抵抗の値が不十分となり、スパ
ークプラグ用絶縁体に要求される耐電圧性能を満足でき
なくなる。絶縁材料中のＮａ成分含有量は、より望まし
くは０．０７〜０．２５重量％とするのがよい。また、
原料となるアルミナ粉末は、望ましくはＮａ成分含有量
がＮａ₂Ｏ換算にて０．０７〜０．３重量％のものを使
用するのがよい。

【００２３】また、本発明者がさらに鋭意検討したとこ
ろ、バイヤー法により得られるアルミナ粉末には、粉末
粒子の内部にもＮａ成分は含まれているが、前述のよう
に、ＮａＯＨの溶液によって処理される関係上、粉末粒
子の表層部にＮａ成分が濃化していることがわかった。
そして、このような粉末粒子の表層部のＮａ成分は、焼
成時に焼結助剤成分（後述の添加元素成分）とともに溶
融してガラス相を作る。該ガラス相は、Ｎａ成分が固溶
することで電気比抵抗が低下し、これが導電路として作
用する結果、材料の絶縁抵抗値や絶縁耐電圧の低下につ
ながる問題がある。

【００２４】そして、これに鑑みて本発明者がさらに検
討を行った結果、使用するアルミナ粉末は、粒子粉末の
表層部に存在するＮａ成分の含有量が、Ｎａ₂Ｏ換算に
て０．０以上のものを使用するのがよいことがわかっ
た。粉末粒子の表層部に存在するＮａ成分の含有量を
０．０１重量％未満にするためには、結局は低ソーダア
ルミナ等のＮａ成分含有量の低いアルミナ粉末を使用し
なければならないか、あるいはＮａ成分含有量の高いア
ルミナ粉末を用いる場合でも、粉末粒子表層部のＮａ成
分を洗浄等により除去する工程が必要となり、従来の絶
縁材料に対する原料コスト上の優位性が確保できなくな
る。また、粉末表層部のＮａ成分の含有量が０．２重量
％を超えるアルミナ粉末を使用すると、得られる絶縁材
料の絶縁抵抗値や絶縁耐電圧が不足する場合があるの
で、上記Ｎａ成分の含有量は０．２重量％以下とするの
がよい。なお、粒子粉末の表層部に存在するＮａ成分の
含有量は、より望ましくは０．０１〜０．１重量％であ
るのがよい。

【００２５】上記アルミナ系絶縁材料においては、原料
のアルミナ粉末としてＮａ含有量が０．０７〜０．６５
重量％と高いものが使用される。このようなＮａ含有量
の高いアルミナ粉末を用いた原料粉末は、低Ｎａ含有量
のアルミナ粉末を用いたものと比較して成形体の強度が
低く、例えばプレス成形を行う際に成形体にクラックや
エッジ崩れといった欠陥が生じやすく、成形性が必ずし
も良好ではなくなる。しかしながら、上記本発明の方法
を適用することにより、素地の成形性は格段に良好なも
のとなり、該アルミナ系絶縁材料を用いたスパークプラ
グ用絶縁体を高歩留まりで製造することが可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１〜図３は、スパークプラグの一
例を示している。スパークプラグ１００は、筒状の主体
金具１、先端部２１が突出するようにその主体金具１の
内側に嵌め込まれた絶縁体２、先端に形成された発火部
３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中
心電極３、及び主体金具１に一端が溶接等により結合さ
れるとともに他端側が側方に曲げ返されて、その側面が
中心電極３の先端部と対向するように配置された接地電
極４等を備えている。また、接地電極４には上記発火部
３１に対向する発火部３２が形成されており、それら発
火部３１と、対向する発火部３２との間の隙間が火花放
電ギャップｇとされている。

【００２７】図１に示すように、絶縁体２の軸方向には
貫通孔６が形成されており、その一方の端部側から端子
金具１３が挿入・固定され、同じく他方の端部側から中
心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔６内
において端子金具１３と中心電極３との間に抵抗体１５
が配置されている。この抵抗体１５の両端部は、導電性
ガラスシール層１６，１７を介して中心電極３と端子金
具１３とにそれぞれ電気的に接続されている。なお、抵
抗体１５は、ガラス粉末と導電材料粉末（及び必要に応
じてガラス以外のセラミック粉末）とを混合して、ホッ
トプレス等により焼結して得られる抵抗体組成物により
形成される。

【００２８】絶縁体２の軸方向中間には、周方向外向き
に突出する突出部２ｅが例えばフランジ状に形成されて
いる。そして、絶縁体２には、中心電極３（図１）の先
端に向かう側を前方側として、該突出部２ｅよりも後方
側がこれよりも細径に形成された本体部２ｂとされてい
る。一方、突出部２ｅの前方側にはこれよりも細径の第
一軸部２ｇと、その第一軸部２ｇよりもさらに細径の第
二軸部２ｉがこの順序で形成されている。なお、本体部
２ｂの外周面には釉薬２ｄが施され、当該外周面の後端
部にはコルゲーション２ｃが形成されている。また、第
一軸部２ｇの外周面は略円筒状とされ、第二軸部２ｉの
外周面は先端に向かうほど縮径する略円錐面状とされて
いる。

【００２９】中心電極３の軸断面径は抵抗体１５の軸断
面径よりも小さく設定されている。そして、絶縁体２の
貫通孔６は、中心電極３を挿通させる略円筒状の第一部
分６ａと、その第一部分６ａの後方側（図面上方側）に
おいてこれよりも大径に形成される略円筒状の第二部分
６ｂとを有する。図１に示すように、端子金具１３と抵
抗体１５とは第二部分６ｂ内に収容され、中心電極３は
第一部分６ａ内に挿通される。中心電極３の後端部に
は、その外周面から外向きに突出して電極固定用凸部３
ｃが形成されている。そして、上記貫通孔６の第一部分
６ａと第二部分６ｂとは、第一軸部２ｇ内において互い
に接続しており、その接続位置には、中心電極３の電極
固定用凸部３ｃを受けるための凸部受け面６ｃがテーパ
面あるいはアール面状に形成されている。

【００３０】また、第一軸部２ｇと第二軸部２ｉとの接
続部２ｈの外周面は段付面とされ、これが主体金具１の
内面に形成された主体金具側係合部としての凸条部１ｃ
とリング状の板パッキン６３を介して係合することによ
り、軸方向の抜止めがなされている。他方、主体金具１
の後方側開口部内面と、絶縁体２の外面との間には、フ
ランジ状の突出部２ｅの後方側周縁と係合するリング状
の線パッキン６２が配置され、そのさらに後方側にはタ
ルク等の充填層６１を介してリング状のパッキン６０が
配置されている。そして、絶縁体２を主体金具１に向け
て前方側に押し込み、その状態で主体金具１の開口縁を
パッキン６０に向けて内側に加締めることにより加締め
部１ｄが形成され、主体金具１が絶縁体２に対して固定
されている。

【００３１】図３において、中心電極３及び接地電極４
の本体部３ａ及び４ａはＮｉ合金等で構成されている。
また、中心電極３の内部には、放熱促進のためにＣｕあ
るいはＣｕ合金等で構成された芯材３ａが埋設されてい
る。一方、上記発火部３１及び対向する発火部３２は、
Ｉｒ、Ｐｔ及びＲｈの１種又は２種以上を主成分とする
貴金属合金を主体に構成される。

【００３２】図１において絶縁体２は、内部に自身の軸
方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔６を有
し、全体が本発明の絶縁材料により構成されている。す
なわち、該絶縁材料はアルミナを主体に構成され、Ａｌ
成分を、Ａｌ₂Ｏ₃に換算した重量にて８５〜９８重量％
（望ましくは９０〜９８重量％）含有し、かつＮａ成分
をＮａ₂Ｏ換算にて０．０７〜０．５重量％（望ましく
は０．０７〜０．２５重量％）の範囲で含有するアルミ
ナ系セラミック焼結体として構成される。

【００３３】より具体的な組成としては下記のようなも
のを例示できる。Ｓｉ成分：ＳｉＯ₂換算重量で１．５０〜５．００重量％；Ｃａ成分：ＣａＯ換算重量で１．２０〜４．００重量％；Ｍｇ成分：ＭｇＯに換算重量で０．０５〜０．１７重量％；Ｂａ成分：ＢａＯに換算重量で０．１５〜０．５０重量％；Ｂ成分：Ｂ₂Ｏ₃換算重量で０．１５〜０．５０重量％。

【００３４】以下、本発明のセラミック材料の製造方法
に基づく絶縁体２の製造工程の一例について説明する。
まず、原料粉末として、バイヤーアルミナ粉末（Ｎａ成
分含有量：０．０７〜０．６５重量％（望ましくは０．
０７〜０．３重量％）、平均粒径１〜５μｍ）と、Ｓｉ
成分、Ｃａ成分、Ｍｇ成分、Ｂａ成分及びＢ成分の各添
加元素系原料を、焼成後に酸化物換算にて前述の組成と
なる所定の比率で配合し、親水性結合剤（例えばＰＶ
Ａ）と水とを添加・混合して成形用素地スラリーを作
る。なお、各添加元素系原料は、例えばＳｉ成分はＳｉ
Ｏ₂粉末、Ｃａ成分はＣａＣＯ₃粉末、Ｍｇ成分はＭｇＯ
粉末、Ｂａ成分がＢａＣＯ₃粉末、Ｂ成分がＨ₃ＢＯ₃粉
末（あるいは水溶液でもよい）の形で配合できる。ま
た、アルミナ粉末は、粒子粉末の表層部に存在するＮａ
成分の含有量が、Ｎａ₂Ｏ換算にて０．０１〜０．２重
量％（望ましくは０．０１〜０．１重量％）であるもの
を使用する。

【００３５】成形用素地スラリーは、スプレードライ法
等により噴霧乾燥されて成形用素地造粒物とされる。そ
して、成形用素地造粒物をラバープレス成形することに
より、絶縁体の原形となるプレス成形体を作る。図４
は、ラバープレス成形の工程を模式的に示している。こ
こでは、内部に軸方向に貫通するキャビティ３０１を有
するゴム型３００が使用され、そのキャビティ３０１の
上側開口部に上パンチ３０４が嵌め込まれる。また、下
パンチ３０２のパンチ面には、キャビティ３０１内にお
いてその軸方向に延びるとともに、絶縁体２の貫通孔６
（図１）の形状を規定するプレスピン３０３が一体的に
凸設されている。

【００３６】この状態でキャビティ３０１内に、所定量
の成形用素地造粒物ＰＧを充填し、キャビティ３０１の
上側開口部を上パンチ３０４で塞いで密封する。この状
態でゴム型３００の外周面に液圧を印加し、キャビティ
３０１の造粒物ＰＧを該ゴム型３００を介して圧縮する
ことにより、図５に示すようなプレス成形体３０５を得
る。なお、成形用素地造粒物ＰＧは、プレス時における
造粒物ＰＧの粉末粒子への解砕が促進されるよう、該成
形用素地造粒物ＰＧの重量を１００重量部として、０．
５〜２．０重量部の水分が添加された後、上記プレス成
形が行われる。

【００３７】成形体３０５は、外面側がグラインダ切削
等により加工されて、図１の絶縁体２に対応した外形形
状に仕上げられ、次いで温度１４００〜１６００℃で焼
成される。その後、さらに釉薬をかけて仕上焼成され、
完成する。

【００３８】ここで、成形用素地スラリーを調製する際
に、バイヤーアルミナ粉末（主に粉末粒子表面）に付着
していたＮａ₂ＯやＮａＯＨ等の強塩基性化合物が溶媒
中に溶出するため、スラリーのｐＨは相当上昇する。こ
のようにｐＨが高い状態の成形用素地スラリーを、その
まま成形用素地造粒物ＰＧとして上記ラバープレス成形
を行うと、成形用素地造粒物ＰＧの成形性が低下し、成
形体３０５にクラック（切れ）Ｃや、開口部内縁部の崩
壊Ｙ等、欠陥が生じやすくなる。また、プレス成形直後
には欠陥等が生じていなくとも、成形体３０５自体の強
度が低下しているため、外形仕上の切削時等にも破損等
のトラブルが生じる恐れがある。

【００３９】そこで、成形用素地スラリー調製時に適当
な酸成分、例えばクエン酸やホウ酸等を適量配合するこ
とにより、そのスラリーのｐＨを６〜１０（望ましくは
７〜９）の範囲となるように調整する。そして、ｐＨ調
整後の成形用素地スラリーを用いて作った成形用素地造
粒物ＰＧは成形性が極めて良好となり、成形体３０５に
上記のような欠陥等が生じにくくなって製造歩留まりが
向上する。

【００４０】なお、上記のようにして製造されたスパー
クプラグ１００は、そのねじ部７においてエンジンブロ
ックに取り付けられ、燃焼室に供給される混合気への着
火源として使用される。ここで、その絶縁体２は、原料
のアルミナ粉末として、Ｎａ成分含有量がＮａ₂Ｏ換算
にて０．０７〜０．６５重量％と高いバイヤーアルミナ
粉末を使用することにより製造されたものである。その
ため、得られる絶縁体２も０．０７〜０．５重量％（Ｎ
ａ成分の一部は焼成時に消失することがある）と、これ
まで常識外とみなされていた高レベルのＮａ成分を含有
することとなる。しかしながら、絶縁体２のＮａ含有量
が上記範囲内に留まる限りは、その高温での絶縁抵抗や
機械的強度等が意外にも低下せず、Ｎａ成分含有量がこ
れよりも低い従来の絶縁材料に匹敵する性能が十分に得
られる。

【００４１】その結果、従来はＮａ含有量を低く抑さえ
るために、高価な低ソーダアルミナを使用していたの
が、本発明の場合は、これよりもはるかに安価な中ソー
ダアルミナ粉末や普通ソーダアルミナ粉末を原料として
使用することができるようになり、絶縁体ひいてはスパ
ークプラグの製造コストを劇的に低減することが可能と
なる。

【００４２】なお、本発明のセラミック材料の製造方法
は、アルミナ系絶縁材料以外のセラミック材料にも適用
できることはいうまでもない。

【００４３】

【実施例】本発明の効果を確認するために、以下の実験
を行なった。まず、原料粉末として、Ｎａ成分含有量が
Ｎａ₂Ｏ換算にて０．３重量のバイヤーアルミナ粉末
（平均粒径３．０μｍ）に対し、ＳｉＯ₂（純度９９．
５％、平均粒径１．５μｍ）、ＣａＣＯ₃（純度９９．
９％、平均粒径２．０μｍ）、ＭｇＯ（純度９９．５
％、平均粒径２．０μｍ）、ＢａＣＯ₃（純度９９．５
％、平均粒径１．５μｍ）、ＺｎＯ（純度９９．５％、
平均粒径２．０μｍ）を表１及び表２に示す重量比率に
て配合し（ただし、表中にて配合比率は酸化物換算した
形で示している）、この配合した粉末総量を１００重量
部として、親水性バインダとしてのＰＶＡを３重量部
と、水１０３重量部とを加えて湿式混合することによ
り、成形用素地スラリーを作製した。

【００４４】そして、この成形用素地スラリーのｐＨ
を、酸成分としてのクエン酸又はＨ₃ＢＯ₃の添加により
各種値に調整した。なお、表１及び２には、酸化物換算
した原料粉末の総量を１００重量％として、各酸成分の
添加量を外重量％にて示している。

【００４５】次いで、これらスラリーをそれぞれスプレ
ードライ法により乾燥して、球状の成形用素地造粒物を
調製した。なお、造粒物は、ふるいにより粒径５０〜１
００μｍに整粒している。そして、この造粒物を図４を
用いて説明したラバープレス法により圧力５０ＭＰａに
て成形し、図５に示す形状の成形体３０５とした。ただ
し、図５に示す各部の寸法は以下の通りである：ｌ1＝
８５ｍｍ、Δ1＝２０ｍｍ、Δ2＝１３ｍｍ、Δ3＝２０
ｍｍ、δ1＝５ｍｍ、δ2＝３ｍｍ。得られた成形体は、
欠陥検査液（赤色顔料を灯油に懸濁させたもの）に浸漬
して引き上げた。このとき、成形体３０５にクラック
（切れ）Ｃや開口部内縁部の崩壊Ｙ等の欠陥が生じてい
ると検査液が浸透して着色されないので、欠陥発生の程
度を目視により確認することができる。そして、欠陥の
度合いにより、欠陥を全く確認できなかったものを○、
欠陥は確認されたが極めて軽微であったものを△、著し
く欠陥を生じていたものを×として、三段階で評価し
た。

【００４６】また、同じ成形用素地造粒物を用いて、金
型プレス成形（加圧力５０ＭＰａ）により１２ｍｍ×８
ｍｍ×８０ｍｍの板状の強度試験用成形体を作製し、室
温にて３点曲げ強度（スパン長５０ｍｍ）を測定した。
以上の結果を表１及び表２に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】このように、酸成分としてクエン酸及びＨ
₃ＢＯ₃のいずれを用いた場合においても、成形用素地ス
ラリーのｐＨを６〜１０、特に７〜９程度に調整するこ
とで、成形体に欠陥が生じにくくなり、曲げ強度も向上
していることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパークプラグの一例を示す全体正面
断面図。

【図２】図１の要部の正面部分断面図。

【図３】図１の発火部の近傍をさらに拡大して示す断面
図。

【図４】ラバープレス法の説明図。

【図５】ラバープレス法により得られる成形体の一例
と、その欠陥の発生形態を示す斜視図。

【符号の説明】

１主体金具２絶縁体３中心電極４接地電極ＰＧ成型用素地造粒物３０５成形体（プレス成形体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ金属成分の塩基性化合物を含有
するセラミック粉末を主体とした原料粉末に対し、所定
の分量の結合剤を配合して成形用素地を準備するととも
に、その成形用素地に対し適当な酸成分を添加して該成
形用素地のｐＨが低くなる方向に調整し、そのｐＨ調整
後の成形用素地を加圧成形することにより成形体を作
り、その成形体を焼成することによりセラミック材料の
焼結体を得るようにしたことを特徴とするセラミック材
料の製造方法。
【請求項２】前記成形用素地のｐＨが６〜１０の範囲
にて調整される請求項１記載のセラミック材料の製造方
法。
【請求項３】前記結合剤として親水性結合剤が使用さ
れる請求項１又は２に記載のセラミック材料の製造方
法。
【請求項４】前記原料粉末に対し、所定量の前記親水
性結合剤と水を主体とする溶媒とを配合して混合するこ
とにより成形用素地スラリーを形成するとともに、その
成形用素地スラリーに対して前記酸成分を添加すること
により、その成形用素地スラリーのｐＨを６〜１０の範
囲に調整し、次いでそのスラリーを噴霧・乾燥することにより成形用
素地造粒物を作り、その成形用素地造粒物をプレス成形することにより前記
成形体を得る請求項１ないし３のいずれかに記載のセラ
ミック材料の製造方法。
【請求項５】前記成形用素地造粒物に対し、該成形用
素地造粒物の重量を１００重量部として０．５〜２．０
重量部の水分を添加し、その水分添加後の成形用素地造
粒物をプレス成形する請求項４記載のセラミック材料の
製造方法。
【請求項６】前記酸成分は、ホウ酸、コロイダルシリ
カ、炭酸、リン酸等の無機酸類、クエン酸、シュウ酸、
酒石酸、酢酸等の有機酸類、及び硫酸アンモニウムある
いは硝酸アンモニウム等の強酸の弱アルカリ塩から選ば
れる１種又は２種以上である請求項１ないし５のいずれ
かに記載のセラミック材料の製造方法。
【請求項７】前記セラミック粉末として、Ｎａ成分を
Ｎａ₂Ｏ換算にて０．０３重量％以上含有するバイヤー
アルミナ粉末が使用される請求項１ないし６のいずれか
に記載のセラミック材料の製造方法。
【請求項８】前記アルミナ粉末として、粒子粉末の表
層部に存在するＮａ成分の含有量が、Ｎａ₂Ｏ換算にて
０．０１重量％以上であるものが使用される請求項７記
載のセラミック材料の製造方法。
【請求項９】前記焼結体はスパークプラグ用絶縁体で
ある請求項１ないし８のいずれかに記載のセラミック材
料の製造方法。