WO2011036832A1 - スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法 - Google Patents
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- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/963—Surface properties, e.g. surface roughness
Definitions
- the present invention relates to a spark plug and a spark plug manufacturing method, and more particularly, to a small spark plug having both antifouling properties and long-term withstand voltage characteristics even if it is small, and a method for manufacturing the spark plug.
- an insulator having a leg length portion reduced in diameter via a stepped portion is formed on the inner peripheral surface of the metal shell.
- the gap is formed between the inner peripheral surface of the engaging convex portion and the outer peripheral surface of the leg long portion opposed thereto by engaging the stepped portion with the engaging convex portion.
- Patent Document 1 states that “a cylindrical metal shell (1), an insulator (2) having a shaft hole locked to the inner peripheral side of the metal shell (1), and the insulator (2).
- the front side (2i) of the insulator (2) is a step in the circumferential direction, with the side where the spark discharge gap (g) is located as the front side and the opposite side as the rear side.
- the diameter of the stepped portion is reduced to an insulator-side engaging portion (2h) and inserted into the metal shell (1) from a rear-side opening, and the insulator-side engaging portion (2h) is
- the insulator of the insulator (2) is engaged with the metal fitting side engaging portion (1c) protruding from the inner peripheral surface of the metal shell (1).
- the outer peripheral surface (hereinafter referred to as a gap forming outer peripheral surface) (2k) (2k) of the portion (2i) located on the front side of the engaging portion (2h) is the inner peripheral surface (hereinafter referred to as the metal fitting-side engaging portion (1c)).
- a spark plug (Referred to as a gap forming inner circumferential surface) (52) in a form that forms a predetermined amount of engagement position gap (Q), and the outer diameter of the gap forming outer circumferential surface (2k) is d1,
- Patent Document 2 states that “an insulator having a substantially cylindrical shape and having a through hole in the axial direction, a rod-shaped center electrode inserted on the distal end side of the through hole of the insulator, and the insulation.
- a substantially cylindrical metallic shell that is inserted and held at the distal end side in the axial direction of the body, one end is joined to the distal end of the metallic shell, and the other end opposite to the one end is opposed to the central electrode.
- a ground electrode that forms a spark discharge gap between the other end and the center electrode, and the insulator includes an insulator rear end provided on a rear end side of the insulator, and the insulation An insulator front end provided on the front end side of the body and having a diameter smaller than an outer diameter of the insulator rear end, and connecting the insulator rear end and the insulator front end;
- the metal shell is formed of a metal shell rear end provided on a rear end side of the metal shell, and the metal shell.
- a metal shell front end portion provided on the end side and having at least a portion on the rear end side whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the metal metal rear end portion; and the metal shell rear end portion and the metal shell front end portion A first metal shell step that is coupled to the first metal shell step through a packing, and when the cross section including the axis is viewed, the insulation
- the outer diameter of the body tip is d1 and the inner diameter of the metal shell tip is D1
- the length parallel to the axial direction of the insulator is (D1-d1) / 2 ⁇ 0.45 mm.
- the gap In order to reduce the size of the spark plug, it is effective to reduce the thickness of the insulator in addition to narrowing the gap.
- the voltage applied to the insulator forming the gap tends to increase. Therefore, if the gap is narrowed by using a thin insulator, it is possible to reduce the size while maintaining the anti-fouling property of the spark plug, but a high voltage is applied to this insulator. Dielectric breakdown may occur, and as a result, the withstand voltage characteristics may deteriorate.
- a number of dielectric breakdowns may occur in the insulator, and the withstand voltage characteristics may be significantly degraded.
- the spark plug is made small so that the nominal diameter of the mounting screw portion is M12 or less, it becomes difficult to achieve both the stain resistance and the withstand voltage characteristics of the spark plug.
- An object of the present invention is to provide a spark plug that has both stain resistance and long-term withstand voltage characteristics even if it is small.
- This invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the spark plug which can manufacture the spark plug which has both antifouling property and long-time withstand voltage characteristic even if it is small.
- the present invention as a means for solving the above-mentioned problems includes an insulator having a substantially cylindrical shape having a small leg length portion on the distal end side and having a through hole penetrating in the axial direction, and the distal end side of the through hole.
- a central electrode that is formed in a substantially cylindrical shape having an engaging convex portion that protrudes radially inward, and that holds the inserted insulator with the engaging convex portion.
- the inner diameter of the engaging convex portion is D IN (mm)
- the maximum outer diameter of the portion of the leg long portion facing the inner peripheral surface of the engaging convex portion is d OUT (mm).
- Condition (1) (D IN ⁇ d OUT ) /2 ⁇ 0.40 (mm)
- Condition (2) (d OUT ⁇ d IN ) /2 ⁇ 1.65 (mm)
- Condition (3) ⁇ ⁇ 9 .4 (F / m)
- a cycle based on the IUPAC 1990 recommendation includes two or more kinds of Al compound powder, Si compound powder, Mg compound powder and Ba compound powder as main components.
- the raw material powder containing the Group 2 element compound powder in the table and the rare earth compound powder of 0.5 to 4.0% by mass so that the total content of these oxides is 100% by mass is pressurized. It includes a step of manufacturing the insulator by sintering after molding.
- the spark plug according to the present invention satisfies the above conditions (1) to (3), it is sufficient without sacrificing the fouling resistance even when a high voltage is applied to the thinned insulator for a long period of time. Demonstrate withstand voltage characteristics.
- the spark plug manufacturing method according to the present invention since the raw material powder is pressure-molded to a predetermined size and then sintered to manufacture the insulator, the insulator satisfies the conditions (1) to (3). Satisfied. Therefore, according to the present invention, there is provided a small spark plug having both fouling resistance and long-term withstand voltage characteristics even if it is small, and a spark plug manufacturing method capable of manufacturing such a spark plug. can do.
- FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing a spark plug which is an embodiment of the spark plug according to the present invention.
- FIG. 2 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing an enlarged main part on the tip side of the spark plug which is an embodiment of the spark plug according to the present invention.
- FIG. 3 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing, in an enlarged manner, the vicinity of the gap formed by the metal shell and the insulator in the spark plug which is an embodiment of the spark plug according to the present invention.
- the spark plug according to the present invention is formed in a substantially cylindrical shape having a small leg portion on the tip side, and has an insulator having a through hole penetrating in the axial direction, and a center electrode inserted on the tip side of the through hole And a metal shell that is formed in a substantially cylindrical shape having an engagement convex portion protruding radially inward, and holds the inserted insulator by the engagement convex portion.
- the spark plug according to the present invention is a spark plug having such a configuration, other configurations are not particularly limited, and various known configurations can be adopted.
- the spark plug according to the present invention includes the insulator, the center electrode, the metal shell, one end joined to the metal shell, and the other end facing the center electrode and the other end and the center electrode. And a ground electrode that forms a spark discharge gap.
- the spark plug 100 is used as an ignition plug for an internal combustion engine such as an automobile gasoline engine.
- the axis of the spark plug 100 configured in a substantially rod shape (the chain line shown in FIGS. 1 and 2) is referred to as “axis O”. 1 to 3, the lower side of the drawing, that is, the side on which the ground electrode 4 is installed is referred to as the tip side of the spark plug 100, and the upper side of the drawing, that is, the side on which the corrugation portion 40 is formed. This is called the rear end side.
- the spark plug 100 is formed in a substantially cylindrical shape having a small-diameter leg portion 30 on the distal end side, and has an insulator 2 having a through-hole 6 penetrating in the direction of the axis O, and the through-hole.
- 6 is formed in a substantially cylindrical shape so as to have a central electrode 3 inserted on the distal end side of 6 and an engaging convex portion 56 protruding radially inward on the inner peripheral surface, and engages the inserted insulator 2
- the metal shell 1 held by the convex portion 56 and one end thereof are joined to the metal shell 1, and the other end faces the center electrode 3 to form a spark discharge gap g between the other end and the center electrode 3.
- the spark plug 100 includes a substantially cylindrical metal shell 1 having an engagement protrusion 56 protruding radially inward in a ring shape on the inner peripheral surface, and the main metal shell 1.
- a substantially cylindrical insulator (also referred to as “insulator” in the present invention) 2 that is inserted into the metal fitting 1 and held by the engaging convex portion 56 so as to protrude from the tip end portion of the metal shell 1 in the axis O direction.
- a substantially rod-shaped center electrode 3 inserted in the through hole 6 of the insulator 2 so that the electrode tip 36 protrudes from the tip of the insulator 2, and one end at the tip of the metal shell 1 in the axis O direction.
- the ground electrode 4 is provided so that the other end side opposite to the one end side is bent sideways and the side surface thereof is arranged to face the electrode tip portion 36 of the center electrode 3 while being welded. . *
- the insulator 2 specifically, the vicinity of the distal end portion of the leg length portion 30, which will be described later, protrudes toward the ground electrode 4 from the distal end surface of the metal shell 1,
- the center electrode 3 has an electrode tip 36 protruding from the tip surface of the insulator 2 toward the ground electrode 4.
- a base gap S formed between the metal shell 1 and the leg long portion 30 of the insulator 2 is sandwiched between the inner peripheral surface of the metal shell 1 and the outer peripheral surface of the leg long portion 30. Is formed. *
- the metal shell 1 is formed of a metal such as low carbon steel into a substantially cylindrical shape having an engagement convex portion 56 on the inner peripheral surface, and is used as a housing for the spark plug 100. .
- An attachment screw portion 7 for attaching to an engine head is formed on the outer peripheral surface of the metal shell 1 on the tip end side in the axis O direction.
- the standard of the mounting screw portion 7 there are M10, M12, M14, and the like.
- the designation of the mounting screw portion 7 means a value defined in ISO 2705 (M12), ISO 2704 (M10), etc., and naturally allows variation within the range of dimensional tolerances defined in various standards. To do.
- a small spark plug means a spark plug in which the nominal diameter of the mounting screw portion 7 is M12 or less, for example.
- a tool engaging portion 11 for engaging a tool such as a spanner or a wrench from the outside when the metal shell 1 is attached to the engine head is provided on the rear end side of the mounting screw portion 7 in the metal shell 1 in the axis O direction. Is formed.
- the cross section perpendicular to the axis O direction of the tool engaging portion 11 has a hexagonal shape.
- the metal shell 1 is provided on the distal end side in the axis O direction of the tool engaging portion 11 and protrudes outward in the outer diameter direction at a substantially intermediate portion in the axis O direction.
- a flange 61 is formed. The gasket 10 is inserted into the vicinity of the rear end side of the mounting screw portion 7 in the axis O direction, that is, the seat surface 62 of the flange portion 61.
- the metal shell 1 includes a metal shell rear end portion 54 provided at the front end side of the flange portion 61 in the axis O direction and on the flange portion 61 side, A metal shell front end portion 53 provided on the front end side of the metal fitting 1 and having at least a portion on the rear end side whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the metal metal rear end portion 54, the metal metal rear end portion 54, and the metal shell front end It comprises a first metal shell step 55 that connects the portion 53.
- the metal shell 1 includes a metal shell rear end portion 54 formed on the front end side in the axis O direction with respect to the tool engaging portion 11 of the metal shell 1.
- An engagement convex portion 56 also referred to as a “metal fitting base” in the present invention
- a first metal shell step 55 that connects the metal base 56 and the metal shell rear end 54, and an inner diameter substantially the same as that of the metal shell rear end 54, formed on the front end side in the axis O direction of the metal shell base 56.
- the metal shell 1 is arranged such that the metal shell rear end portion 54, the first metal shell step 55, the metal shell base 56, and the second metal shell step 57 from the flange portion 61 toward the front end side in the axis O direction.
- the metal shell front part 58 is formed continuously in this order.
- the metal shell front end 53 is formed of a metal shell front portion 58, a second metal shell step 57, and a metal shell base 56.
- the first metal shell step 55 is a metal fitting-side engaging portion for engaging with a first insulator step 27 of the insulator 2 described later. *
- the engaging convex portion 56 is an annular convex portion whose inner diameter is substantially constant in the direction of the axis O and makes a round in the circumferential direction of the inner hole of the metal shell 1.
- the engaging convex portion 56 forms a trapezoidal cross section together with the first metal shell step 55 and the second metal shell step 57. Therefore, the inner peripheral surface 59 of the engaging convex portion 56 extends along the axis O.
- the insulator 2 is a substantially cylindrical body that interpolates and holds the center electrode 3.
- the insulator 2 has a through hole 6 that penetrates along the direction of the axis O.
- a substantially rod-shaped terminal fitting 13 is inserted into the rear end portion of the through hole 6 in the axis O direction, and the other end side opposite to the one end side of the through hole 6 into which the terminal fitting 13 is inserted, that is, the through hole.
- a substantially rod-shaped center electrode 3 is inserted on the tip side of the hole 6.
- a resistor 15 is disposed between the terminal fitting 13 inserted in the through hole 6 and the center electrode 3.
- Conductive glass seal layers 16 and 17 are disposed at both ends of the resistor 15 in the direction of the axis O, that is, at the front end and the rear end.
- the center electrode 3 and the terminal fitting 13 are electrically connected to each other through the conductive glass seal layers 16 and 17.
- the resistor 15 and the conductive glass seal layers 16 and 17 constitute a sintered conductive material portion.
- the resistor 15 is configured as a resistor composition using as a raw material a mixed powder of glass powder, conductive material powder and, if necessary, ceramic powder other than glass.
- a high voltage cable (not shown in FIG. 1) is connected to the rear end portion of the terminal fitting 13 in the axis O direction via a plug cap (not shown in FIG. 1) so that a high voltage is applied. It has become. *
- the insulator 2 is formed in a flange shape with a protruding portion 23 that protrudes outward in the outer diameter direction from the outer peripheral surface of the insulator 2 at a substantially intermediate portion in the axis O direction of the insulator 2.
- the insulator 2 is formed with a corrugation portion 40 having a corrugated shape with a stepped surface including the axis of the insulator 2 on the outer peripheral surface on the rear end side in the axis O direction from the protrusion 23. ing.
- the corrugation 40 is provided with a corrugated shape on the outer peripheral surface of the insulator 2 to increase the surface area of the outer peripheral surface of the insulator 2.
- the insulator 2 is provided on the front end side of the insulator rear end portion 26 extending from the protrusion portion 23 to the front end side on the front end side in the axis O direction than the protrusion portion 23.
- a long leg portion 30 also referred to as “insulator front end portion” in the present invention
- 30 having a diameter smaller than the outer diameter of the insulator rear end portion 26 is connected to the insulator rear end portion 26 and the leg length portion 30.
- the insulator 2 is located behind the insulator formed on the rear end side in the axis O direction with respect to the protrusion 23 in the axis O direction of the insulator 2.
- Part 24, insulator rear end portion 26 formed on the front side of protrusion 23, leg length portion 30 formed on the tip end side in the axis O direction of insulator rear end portion 26, and leg length portion 30 It has the 1st insulator step part 27 which connects the insulator rear-end part 26 and forms the circumferential direction step part.
- the leg length portion 30 is smaller in diameter than the outer diameter of the insulator rear end portion 26 and is reduced in diameter so that the outer diameter gradually decreases toward the front end side in the axis O direction. That is, the leg portion 30 has a substantially truncated cone shape as well shown in FIGS. *
- the insulator 2 is inserted from the opening on the rear end side in the axis O direction of the metal shell 1, and as shown in FIG. 1, the first insulator step portion 27 of the insulator 2 is the metal shell 1.
- the first metal shell step 55 is engaged or locked.
- the first insulator step portion 27 is an insulator-side engagement portion for engaging with the first metal shell step portion 55.
- a substantially ring-shaped plate packing 8 is disposed as shown in FIGS. In this way, the first insulator step 27 and the first metal shell step 55 are engaged with each other via the plate packing 8 so that the insulator 2 is prevented from being pulled out in the axis O direction.
- the plate packing 8 is made of a material having high thermal conductivity such as copper.
- a material having high thermal conductivity of the plate packing 8 is high, the heat extraction of the spark plug 100 is improved and the heat resistance is improved.
- a material having a thermal conductivity of 200 W / m ⁇ K or more such as copper or aluminum is preferable.
- the designation of the mounting screw portion 7 in the spark plug 100 is as small as M12 or less, a particularly high heat resistance effect is exhibited.
- a substantially ring-shaped packing 41 that engages with the rear peripheral edge of the protrusion 23 is formed between the inner surface of the opening on the rear end side in the axis O direction of the metal shell 1 and the outer peripheral surface of the insulator 2.
- a substantially ring-shaped packing 42 is arranged on the rear side of the packing layer 9 through a filling layer 9 such as talc. Then, the crimping portion 12 is formed by pushing the insulator 2 toward the distal end side in the axis O direction of the metal shell 1 and crimping the opening peripheral edge of the metal shell 1 toward the packing 42 in that state. The metal shell 1 is held by the insulator 2.
- the center electrode 3 is fixed to the shaft hole of the insulator 2 with its tip portion protruding from the tip surface of the insulator 2, and is insulated and held with respect to the metal shell 1.
- the center electrode 3 has an electrode base material 21 made of Ni (nickel) alloy such as Inconel (trade name) 600 or 601 at least in the surface layer portion, and inside thereof is Cu (copper) for promoting heat dissipation.
- the core material 33 which has Cu alloy etc. as a main component is embed
- the spark plug 100 including the center electrode 3 in which the core material 33 is deeply embedded is resistant to “burn” and is preferably used as a wide-range plug having a wide operating temperature range. *
- the ground electrode 4 is made of a metal having high corrosion resistance, and an Ni alloy such as Inconel (trade name) 600 or 601 is used as an example.
- the ground electrode 4 has a substantially rectangular cross section perpendicular to the longitudinal direction of the ground electrode 4 and has a bent rectangular bar-like outer shape. As shown in FIG. 1, one end of the rectangular bar shape is joined to the joint 60 at one end on the front end side in the axis O direction of the metal shell 1 by welding or the like. On the other hand, the other end portion (also referred to as a tip portion) opposite to the one end portion of the ground electrode 4 is folded back to face the electrode tip portion 36 of the center electrode 3 in the direction of the axis O of the center electrode 3. As shown in FIGS. 1 and 2, a spark discharge gap g is formed in the gap between the electrode tip portion 36 of the center electrode 3 and the ground electrode 4. This spark discharge gap g is normally set to 0.3 to 1.5 mm. *
- the spark plug 100 configured as described above is a portion of the leg length portion 30 in the insulator 2 that faces the inner peripheral surface 59 of the engagement convex portion 56 (hereinafter sometimes referred to as a leg length base portion) 29.
- the base gap S between the engaging convex portion 56 and the leg length base portion 29 is characterized.
- the base gap S is formed on the distal end side in the axis O direction with respect to the plate packing 8 disposed between the first insulator step portion 27 and the first metal shell step portion 55.
- the leg length base 29 and the base gap S are set so that the inner diameter of the engagement protrusion 56 is D IN (mm) and the leg length base 29
- d OUT (mm) is the maximum outer diameter
- d IN (mm) is the inner diameter.
- the condition (1) is that the minimum radial width of the base gap S, that is, the minimum separation distance between the inner peripheral surface 59 of the engagement convex portion 56 and the outer peripheral surface of the leg length base portion 29 is 0.4 ( mm) or less.
- the condition (1) is satisfied, the anti-staining property and heat resistance of the spark plug 100 are improved, and the spark plug can be downsized. Specifically, for example, even when the spark plug 100 is placed in a use environment where contamination is likely to occur during pre-delivery, it is possible to effectively block the intrusion of unburned gas into the base gap S. it can.
- the base gap S it is possible to prevent the outer peripheral surface of the leg length base 29 from being damaged due to adhesion of carbon or the like. Further, since the leg length base 29 and the engagement convex portion 56 are close to each other at the minimum separation distance, the heat of the heated insulator 2 is easily transmitted from the leg length base portion 29 to the engagement convex portion 56 through the base gap S. . Therefore, the heat extraction of the spark plug 100 is efficiently performed, and the heat resistance of the spark plug 100 can be improved. In addition, since the base gap S is narrowed to satisfy the condition (1), the spark plug 100 can be reduced in size. *
- the (D IN ⁇ d OUT ) / 2 is preferably 0.05 to 0.35 (mm) in that it can be reduced in size without impairing excellent fouling resistance and heat resistance. It is particularly preferably 0.20 to 0.30 (mm).
- the leg length portion 30 has a substantially frustoconical shape. Therefore, the outer diameter of the leg length base portion 29 is not constant in the axis O direction. Therefore, in the present invention, the maximum outer diameter d OUT is adopted as the outer diameter of the leg length base portion 29 in the condition (1).
- the first insulator step portion 27 that interposes the plate packing 8 is not included in the portion of the leg length portion 30 that faces the engagement convex portion 56. Therefore, in the spark plug 100, the maximum outer diameter d OUT of the leg length base portion 29 is in the vicinity of the connection portion between the first insulator step portion 27 and the leg length base portion 29 as shown in FIGS.
- the maximum outer diameter d OUT is the cross-sectional outer shape of the leg length base portion 29 in the virtual plane P 1 (see FIG. 3) including the rear end edge on the inner peripheral surface 59 of the engagement convex portion 56 and perpendicular to the axis O.
- the outer diameter of the wire is the cross-sectional outer shape of the leg length base portion 29 in the virtual plane P 1 (see FIG. 3) including the rear end edge on the inner peripheral surface 59 of the engagement convex portion 56 and perpendicular to the axis O.
- the length of the leg length base portion 29 in the direction of the axis O is not particularly limited, for example, 1.2 to 5.0 mm, Preferably, it is adjusted to 1.5 to 3.0 mm. When the length is adjusted within the above range, both stain resistance and heat resistance can be achieved at a higher level.
- the maximum thickness of the leg length base 29 is 1.65 mm or less.
- the (d OUT ⁇ d IN ) / 2 is preferably 1.0 mm or more in order to ensure the strength of the leg length base portion 29.
- the maximum thickness of the leg length base 29 is the difference between the outer diameter and the inner diameter of the cross-sectional outline of the leg length base 29 in the virtual plane P 1 (see FIG. 3).
- the spark plug 100 satisfies the following condition (3) when the dielectric constant of the insulator 2 is ⁇ (F / m).
- the leg length portion 30 and the leg length base portion 29 of the insulator 2 satisfy the following condition (3).
- the insulator 2 or the like when the insulator 2, the leg length portion 30, and the leg length base portion 29 (hereinafter, these may be referred to as the insulator 2 or the like) have a dielectric constant ⁇ within the above range.
- the insulator 2 or the like even if the voltage applied to the insulator 2 or the like is increased by narrowing the base gap S, or even if the insulator 2 or the like is thinned as described above, the insulator 2 or the like does not break down. Demonstrate sufficient withstand voltage characteristics.
- the insulator 2 or the like has a dielectric constant ⁇ within the above range, the insulator 2 or the like is not easily broken down even if a high voltage is applied to the insulator 2 or the like for a long period of time.
- the spark plug 100 exhibits a sufficient withstand voltage characteristic without impairing the high fouling resistance.
- the dielectric constant ⁇ of the insulator 2 is preferably 10.5 (F / m) or less.
- the dielectric constant ⁇ is 10.5 (F / m) or less, the electric field is less likely to concentrate on the pores scattered inside the insulator 2, and the internal breakdown of the insulator 2 starting from the pores is effective. Can be suppressed. Therefore, when the dielectric constant ⁇ of the insulator 2 is in the range of 9.4 to 10.5 (F / m), the occurrence of dielectric breakdown can be more effectively suppressed.
- the dielectric constant ⁇ can be measured according to JIS R1641. *
- the spark plug 100 that satisfies all of the above conditions (1) to (3) can be downsized, and a high voltage is applied to the insulator 2 and the like that are thinned by the downsizing. Even if the state extends for a long period of time, it exhibits a sufficient withstand voltage characteristic without impairing the high fouling resistance.
- the insulator 2 of the spark plug 100 is present in the observation region with respect to the area S of the observation region when a 250 ⁇ m ⁇ 190 ⁇ m region on the mirror polished surface is observed at a multiple of 500 times, for example, nine locations.
- the area ratio (S A / S) of the total area S A of the pores is 2.0 to 4.0%.
- the leg length portion 30 or the leg length base portion 29 preferably has the area ratio (S A / S) of 2.0 to 4.0%.
- the area ratio (S A / S) is set to 2.0% or more so that the electric field does not concentrate on the scattered pores. Therefore, in the present invention, if the insulator 2 has the area ratio (S A / S) of 2.0 to 4.0%, the electric field is unlikely to concentrate on the pores that can be the starting point of dielectric breakdown, and the Even if the dielectric constant ⁇ of the insulator 2 or the like is increased for the purpose of improving the voltage characteristics, dielectric breakdown does not easily occur in the insulator 2 or the like.
- the area ratio (S A / S) is calculated as follows. First, a surface obtained by polishing the insulator 2 or the like to a mirror state, that is, a mirror-polished surface is prepared.
- the mirror-polished surface is formed by processing an arbitrary surface such as the insulator 2 or an arbitrary cut surface into a flat surface using a 45 ⁇ m diamond grindstone, and successively using 9 ⁇ m, 3 ⁇ m, and 0.25 ⁇ m diamond pastes. Prepare by mirror polishing until Ra is about 0.01 ⁇ m.
- the insulator 2 of the spark plug 100 is present in the observation region with respect to the area S of the observation region when observing a plurality of, for example, nine locations of 250 ⁇ m ⁇ 190 ⁇ m on the mirror polished surface at a magnification of 500 times. It is preferable that the area ratio (S 20 / S) of the total area S 20 of pores having an equivalent circle diameter of 20 ⁇ m or more is 0.3% or less. In particular, the leg length portion 30 or the leg length base portion 29 preferably has the area ratio (S 20 / S) of 0.3% or less.
- the spark plug 100 has few relatively large pores having an equivalent circle diameter of 20 ⁇ m or more.
- the insulator 2 and the like thinned by downsizing can be dense and can maintain the original withstand voltage characteristics.
- the area ratio (S 20 / S) is the total area of voids whose diameter converted to equivalent circle diameter exceeds 20 ⁇ m in each SEM reflected electron image photograph taken in the same manner as the area ratio (S A / S). divided by S 20 and the area S of the observation area the total area S 20 obtains the area ratio.
- the area ratio thus obtained is arithmetically averaged to calculate the area ratio (S 20 / S) of the sintered body 2 and the like.
- the insulator 2 or the like of the spark plug 100 has an area ratio (S A / S) of 2.0 to 4 when the dielectric constant ⁇ is 9.4 to 10.5 (F / m).
- the ratio is 0.0% and the area ratio (S 20 / S) is 0.3% or less, the dielectric constant ⁇ , the area ratio (S A / S), and the area ratio (S 20 / S)
- the electric field is not excessively concentrated in the pores, and there are few pores that are the starting points of dielectric breakdown, and the spark plug 100 exhibits excellent withstand voltage characteristics. be able to.
- the insulator 2 of the spark plug 100 in order to adjust the dielectric constant ⁇ , the area ratio (S A / S), and the area ratio (S 20 / S) within the range, the dielectric constant ⁇ within the range.
- the insulator 2 may be formed of an alumina-based sintered body having the area ratio (S A / S) and the area ratio (S 20 / S).
- the insulator 2 including the long leg portion 30 is formed of an alumina-based sintered body.
- a preferred example of this alumina-based sintered body is the second of the periodic table based on the IUPAC 1990 recommendation, which includes two or more types including an Al component as a main component, an Si component, an Mg component, and a Ba component.
- a group element component hereinafter sometimes referred to as a Group 2 element component
- a rare earth element component in an amount of 0.5 to 4.0% by mass. It is contained so that it may become 100 mass%.
- the alumina-based sintered body has a dielectric constant ⁇ of 9.4 to 10.5 (F / m) and an observation region with respect to the area S of the observation region when the mirror-polished surface is observed.
- the area ratio (S A / S) of the total area S A of the pores existing in the inside is 2.0 to 4.0%, and the total area S of the pores having an equivalent circle diameter of 20 ⁇ m or more existing in the observation region
- the area ratio (S 20 / S) of 20 is 0.3% or less, the withstand voltage characteristic of the spark plug 100 including the insulator 2 and the like formed of this alumina-based sintered body is further improved.
- the Al component is usually alumina (Al 2 O 3 ) and is present as a main component in the alumina-based sintered body.
- the “main component” means a component having the highest content rate.
- the sintered body is excellent in withstand voltage characteristics, heat resistance, mechanical characteristics, and the like.
- the content of the Al component in the alumina-based sintered body is preferably 92.0% by mass or more and 97.0% by mass or less, and 92.5% by mass when the total content is 100% by mass. It is particularly preferably 96.5% by mass or less.
- the content of the Al component is within the above range, a dense alumina-based sintered body is obtained.
- the content of the Al component is defined as mass% in terms of oxide when converted to “alumina (Al 2 O 3 )” which is an oxide of the Al component.
- the Si component is a component derived from a sintering aid and is present in the alumina-based sintered body as an oxide, an ion, or the like.
- the Si component melts during sintering and normally generates a liquid phase, and thus functions as a sintering aid that promotes densification of the sintered body.
- the Si component often forms a low-melting glass or the like in the grain boundary phase of alumina crystal particles after sintering.
- the alumina-based sintered body has other specific components to be described later in addition to the Si component, it is easy to preferentially form a high melting point glass phase together with other components than the low melting point glass phase.
- the content of the Si component is preferably 1.0 to 4.0% by mass when the total content is 100% by mass.
- the content rate of the Si component is defined as an oxide equivalent mass% when converted to “SiO 2 ” which is an oxide of the Si component.
- the Group 2 element component is a component derived from a sintering aid, and in this invention, the Mg component and the Ba component are essential components.
- the Group 2 element component only needs to contain an Mg component and a Ba component, and preferably contains at least one Group 2 element component other than the Mg component and Ba component in addition to the Mg component and Ba component.
- examples of the Group 2 element component other than the Mg component and the Ba component include a Ca component and an Sr component from the viewpoint of low toxicity and the like.
- Preferable Group 2 element components are specifically three types of Mg component, Ba component and Ca component, three types of Mg component, Ba component and Sr component, and Mg component, Ba component and Ca component. There are four types with Sr component.
- particularly preferred Group 2 element components are the above-mentioned three kinds.
- the Mg component is a component derived from a sintering aid, is present in the alumina-based sintered body as an oxide, an ion, and the like, and functions as a sintering aid in the same manner as the Si component before sintering.
- the Ba component, the Ca component, and the Sr component are components derived from a sintering aid, and are present in the alumina-based sintered body as oxides, ions, and the like, and are fired in the same manner as the Mg component before sintering. While functioning as a binder, it has the function of improving the high temperature strength of the resulting alumina-based sintered body. Therefore, when the group 2 element component is contained in the alumina-based sintered body, its withstand voltage characteristics and high-temperature strength are improved, and the sintering temperature during firing is lowered. *
- the content of the Group 2 element component is dense even when a raw material powder having a relatively large particle size is used, and it becomes an alumina-based sintered body having excellent withstand voltage characteristics and high-temperature strength when used as an insulator.
- the total content is 100% by mass, it is preferably 0.1 to 2.5% by mass, particularly preferably 0.5 to 2.0% by mass.
- each content rate of Mg component, Ba component, Ca component, and Sr component should just have these total in the said range, and when these components are contained in the alumina-based sintered body, for example,
- the content M of the Mg component is preferably 0.01 to 0.40% by mass
- the content B of the Ba component is 0.1 to 1.6% by mass.
- the content C of the Ca component is preferably 0.2 to 0.9% by mass
- the content of the Sr component S is preferably 0.2 to 0.9% by mass.
- the content C or the content S is naturally 0% by mass.
- each content rate of a Group 2 element component shall be the oxide conversion mass% when converted into the oxide, for example, "MgO", “BaO”, “CaO”, or “SrO”.
- the content rate of a Group 2 element component is a total content rate of each content rate of a Group 2 element component.
- the rare earth element component (also referred to as RE component) is a component containing Sc, Y and a lanthanoid element. Specifically, the Sc component, Y component, La component, Ce component, Pr component, Nd component, Pm Component, Sm component, Eu component, Gd component, Tb component, Dy component, Ho component, Er component, Tm component, Yb component, and Lu component.
- the RE component is present in the alumina-based sintered body as an oxide, ion, or the like.
- the RE component is contained at the time of sintering, so that alumina grain growth at the time of sintering is prevented from excessively occurring, and RE-Si glass (rare earth glass) together with the Si component is used as a grain boundary. It can be formed to increase the melting point of the grain boundary glass phase, and the voltage resistance characteristics and high temperature strength of the alumina-based sintered body can be improved.
- the RE component may be any component as described above, but a La component, an Nd component, a Pr component, a Y component, and the like are preferable.
- the La component, the Nd component, the Pr component, and the Y component have large ionic radii of the elements La, Nd, Pr, and Y contained therein, and together with the Si component, form a high-melting crystalline phase, It is considered that hexaaluminate crystals having a high melting point of about 2000 ° C. are easily formed together with the components.
- 2A represents a Group 2 element of the periodic table based on the IUPAC 1990 recommendation.
- the insulator 2 formed of the alumina-based sintered body exhibits withstand voltage characteristics and high temperature strength.
- the hexaaluminate crystal only needs to be present in the alumina-based sintered body, and the location of the hexaaluminate crystal is not particularly limited, but is preferably present up to the inside of the alumina-based sintered body. It is particularly preferred to be present at the boundary and / or triple point.
- the presence of the hexaaluminate crystal can be identified by, for example, X-ray diffraction using a JCPDS card.
- a JCPDS card For the Pr component and the Nd component, since there is no JCPDS card, identification by X-ray diffraction is not possible directly.
- the ionic radii of Pr 3+ and Nd 3+ are almost equal to the ionic radius of La 3+ , the hexaaluminate crystal containing the Pr component or the Nd component is a JCPDS card (No. .33-699).
- the presence of the hexaaluminate crystal containing the Pr component or the Nd component can be confirmed in comparison with the JCPDS card of the hexaaluminate crystal containing the La component. It is preferable that the hexaaluminate crystal is formed by precipitation in the firing process because the particles during firing hardly grow anisotropically.
- the RE component tends to increase the dielectric constant ⁇ of the alumina-based sintered body as its content increases, but it may not be a dense alumina-based sintered body unless the sintering temperature is increased. Therefore, the content rate of the RE component in the alumina-based sintered body is appropriately adjusted in consideration of the formation of hexaaluminate crystals, the dielectric constant ⁇ of the alumina-based sintered body, and its sinterability.
- the content of the RE component is preferably 0.5 to 4.0% by mass, where the total content is 100% by mass.
- the content rate of the RE component in the alumina-based sintered body is defined as mass% in terms of oxide when converted to the oxide of each component.
- the RE component is a La component, an Nd component, and a Y component
- a Pr component Is the oxide equivalent mass% when converted to “Pr 6 O 11 ” which is this oxide.
- the RE component content is the sum of the content of each RE component.
- each content of the Al component, Si component, Group 2 element component and RE component contained in the alumina-based sintered body is, for example, an electron beam microanalyzer (EPMA), an energy dispersive microanalyzer (EPMA / It can be measured as oxide equivalent mass% by quantitative analysis using EDS), fluorescent X-ray analysis or chemical analysis.
- EPMA electron beam microanalyzer
- EPMA / It can be measured as oxide equivalent mass% by quantitative analysis using EDS
- fluorescent X-ray analysis or chemical analysis is almost the same as the mixing ratio of the raw material powder used for producing the alumina-based sintered body.
- alumina-based sintered body is quantitatively analyzed using, for example, an electron beam microanalyzer (EPMA), two or more kinds including Al 2 O 3 as a main component, SiO 2 , MgO, and BaO,
- EPMA electron beam microanalyzer
- Al 2 O 3 as a main component
- SiO 2 SiO 2
- MgO MgO
- BaO BaO
- the alumina-based sintered body substantially comprises an Al component, a Si component, a Group 2 element component, and an RE component.
- “substantially” means that components other than the above components are not actively contained by addition or the like. Therefore, the alumina-based sintered body may contain inevitable impurities as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of such inevitable impurities include Na, S, and N. The content of these inevitable impurities should be small. For example, when the total mass of the Al component, Si component, Group 2 element component and RE component is 100 parts by mass, it is 1.0 part by mass or less. Good.
- the alumina-based sintered body has other components such as B component, Ti component, and Mn component in addition to the Al component, Si component, Group 2 element component, and RE component. , Ni component and the like may be contained in a small amount.
- the insulator 2 is formed of an alumina-based sintered body, the insulator 2 and the alumina-based sintered body have the same composition and characteristics. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a spark plug that has both stain resistance and long-term withstand voltage characteristics even if it is small. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a small spark plug that has both anti-fouling property and long-term withstand voltage characteristics even when mounted on an internal combustion engine or the like with high output. *
- the spark plug manufacturing method according to the present invention comprises two or more types of periodic table based on the IUPAC 1990 recommendation, including Al compound powder, Si compound powder, Mg compound powder and Ba compound powder as main components. Elemental compound powder (hereinafter sometimes referred to as Group 2 elemental compound powder) and 0.5 to 4.0% by mass of rare earth compound powder, the total of these oxide conversion contents being 100% by mass
- the process includes a step of sintering the raw material powder contained so as to form an insulator after pressure molding.
- the spark plug manufacturing method according to the present invention will be specifically described below. *
- raw material powder that is, Al compound powder, Si compound powder, two or more Group 2 element compound powders including Mg compound powder and Ba compound powder
- the rare earth compound powder is mixed in the slurry.
- each powder of the same material as the Al component, the same material as the Si component, the same material as the Group 2 element component, and the same material as the RE component (these powders are also referred to as raw material powders) Can be mixed in the slurry.
- the mixing ratio of each powder can be set, for example, to be the same as the content of each component. This mixing is preferably performed for 8 hours or more so that the mixed state of the raw material powders can be made uniform and the obtained sintered body can be highly densified.
- the Al compound powder is not particularly limited as long as it is a compound that can be converted into an Al component by firing, and usually alumina (Al 2 O 3 ) powder is used. Since the Al compound powder may actually contain unavoidable impurities such as Na, it is preferable to use a high-purity one. For example, the purity of the Al compound powder is 99.5% or more. Is preferred.
- As the Al compound powder in order to obtain a dense alumina-based sintered body, it is usually preferable to use a powder having an average particle size of 0.1 to 5.0 ⁇ m.
- the average particle diameter is a value measured by a laser diffraction method using a Microtrac particle size distribution measuring apparatus (MT-3000) manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
- the Si compound powder is not particularly limited as long as it is a compound that can be converted into a Si component by firing.
- Si oxides including complex oxides
- hydroxides carbonates, chlorides, sulfates, nitrates.
- various inorganic powders such as phosphates. Specific examples include SiO 2 powder.
- the usage-amount is grasped
- the purity of the Si compound powder is basically the same as that of the Al compound powder.
- the average particle diameter D50 of the Si compound powder is preferably 0.5 to 3.0 ⁇ m.
- the Si compound powder has an average particle diameter D50 in the above range
- the pulverization time of the Si compound powder can be made relatively short and the productivity is excellent, and in particular, the generation of pores having an equivalent circle diameter of 20 ⁇ m or more can be prevented.
- the average particle size D50 is a particle size having an integrated value of 50% in the particle size distribution, and is a value measured by a laser diffraction method using a Microtrac particle size distribution measuring device (MT-3000) manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
- the Group 2 element compound powder is not particularly limited as long as it is a compound that can be converted into two or more Group 2 element components including a Mg component and a Ba component by firing, for example, an alkali.
- Examples thereof include various inorganic powders such as oxides of earth elements (including composite oxides), hydroxides, carbonates, chlorides, sulfates, nitrates, and phosphates.
- the Group 2 element compound powder is preferably Mg compound powder, Ba compound powder, Ca compound powder and / or Sr compound powder.
- MgO powder as Mg compound powder, MgCO 3 powder, BaO powder as Ba compound powder, BaCO 3 powder, CaO powder as Ca compound powder, CaCO 3 powder, SrO powder as Sr compound powder, SrCO 3 powder, etc. can be mentioned.
- the usage-amount is grasped
- the purity of the Group 2 element compound powder is basically the same as that of the Al compound powder.
- the average particle diameter D50 of the Group 2 element compound powder is preferably 0.5 to 3.0 ⁇ m for the same reason as the Si compound powder.
- the rare earth element compound powder is not particularly limited as long as it is a compound that is converted into an RE component by firing, and examples thereof include rare earth element oxides and composite oxides thereof.
- the dielectric constant ⁇ of the obtained alumina-based sintered body can be adjusted. Specifically, when the mixing ratio of the rare earth element compound powder is increased, the dielectric constant ⁇ tends to increase.
- the usage-amount is grasped
- the purity and average particle size of the rare earth element compound powder are basically the same as those of the Al compound powder. *
- the respective powders are mixed so that the oxide-converted content of the rare earth compound powder in the raw material powder is 0.5 to 4.0% by mass.
- each oxide-converted content of Al compound powder, Si compound powder, Group 2 element compound powder, rare earth compound powder, etc. It is the same as the content rate.
- a hydrophilic binder can also be mix
- the hydrophilic binder include polyvinyl alcohol, water-soluble acrylic resin, gum arabic, and dextrin.
- distributes raw material powder water, alcohol, etc. can be used, for example.
- These hydrophilic binders and solvents can be used alone or in combination of two or more.
- the use ratio of the hydrophilic binder and the solvent is 0.1 to 5.0 parts by mass, preferably 0.5 to 3.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the raw material powder.
- water is 40 to 120 parts by mass, preferably 50 to 100 parts by mass. *
- the slurry thus obtained can be prepared to have an average particle size of 1.4 to 5 ⁇ m, for example.
- the slurry thus obtained is spray-dried by a spray drying method or the like, and granulated to have an average particle size of 50 to 200 ⁇ m, preferably 70 to 150 ⁇ m.
- the average particle size is a value measured by a laser diffraction method (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., Microtrac particle size distribution measuring device (MT-3000)). *
- the granulated product is pressure-molded to obtain an unsintered molded body preferably having the shape and dimensions of the insulator 2.
- This pressure molding is performed under a pressure of 50 to 70 MPa.
- the area ratio (S A / S) in the obtained alumina-based sintered body can be adjusted to 2.0 to 4.0%.
- the pressurizing pressure is reduced, the area ratio (S A / S) is increased.
- the pressurizing pressure is increased, the area ratio (S A / S) is decreased.
- the obtained green molded body is ground to adjust its own shape. Since this green body is formed of a granulated product having a relatively large average particle size, it is excellent in processability and is easily shaped into a desired shape with high productivity by the above-mentioned industrially inexpensive method. Can.
- the green molded body thus ground and shaped into a desired shape is calcined at 1500 to 1700 ° C., preferably 1550 to 1650 ° C. in the air atmosphere for 1 to 8 hours, preferably 3 to 7 hours.
- a base sintered body is obtained.
- the firing temperature is 1500 to 1700 ° C.
- the sintered body is easily sufficiently densified, and abnormal grain growth of the alumina component is unlikely to occur, so that the withstand voltage characteristics and mechanical strength of the obtained alumina-based sintered body are ensured. be able to.
- the firing time is 1 to 8 hours, the sintered body is easily densified sufficiently, and abnormal grain growth of the alumina component is difficult to occur. Therefore, the withstand voltage characteristics and mechanical strength of the obtained alumina-based sintered body are improved. Can be secured. *
- alumina-based sintered body containing 0% by mass of a rare earth element component is obtained.
- This alumina-based sintered body has a dielectric constant ⁇ in the range of 9.4 to 10.5 (F / m).
- the obtained alumina-based sintered body has pores existing in the observation region with respect to the area S of the observation region when observing a 250 ⁇ m ⁇ 190 ⁇ m region on the mirror-polished surface at a magnification of 500 times, for example, nine locations.
- the area ratio (S A / S) of the total area S A is 2.0 to 4.0%, and the area ratio of the total area S 20 of pores having an equivalent circle diameter of 20 ⁇ m or more existing in the observation region (S 20 / S) is 0.3% or less. Therefore, this alumina-based sintered body exhibits high fouling resistance and high withstand voltage characteristics over a long period of time when used as a small spark plug insulator. Therefore, this alumina-based sintered body is particularly suitable as a material for forming an insulator included in a small spark plug or a spark plug for an internal combustion engine with high output. It is suitable as a material for forming an insulator provided in a small spark plug having both.
- This alumina-based sintered body may be shaped again if desired so as to conform to the shape and dimensions of the insulator 2. In this manner, the alumina-based sintered body and the insulator 2 for the spark plug 100 made of the alumina-based sintered body can be produced. *
- the center electrode 3 is inserted into the through hole 6 of the obtained insulator 2.
- the insulator 2 with the center electrode 3 inserted therein is inserted into the metal shell 1 and the first metal shell step 55 and the first insulator step 27 are engaged with each other so that the metal shell 1 is insulated. 2 is attached.
- the metal shell 1 is adjusted to the shape and dimensions.
- the ground electrode 4 is joined to the vicinity of the end of the metal shell 1 by electric resistance welding or the like before or after the insulator 2 is attached. In this way, the spark plug 100 that satisfies the conditions (1) to (3) can be manufactured.
- FIGS. In the method for manufacturing a spark plug according to the present invention, as an embodiment of assembling the center electrode, the insulator, and the metal shell, for example, one embodiment of the spark plug according to the present invention shown in FIGS. Can be mentioned. *
- a spark plug according to the present invention is used as an ignition plug for an internal combustion engine for automobiles such as a gasoline engine or a diesel engine, and is formed in a screw hole provided in a head (not shown) that defines a combustion chamber of the internal combustion engine.
- the mounting screw portion 7 is screwed and fixed at a predetermined position.
- the insulator 2 is made of the alumina-based sintered body having the above composition and the above characteristics, according to the present invention, both the anti-fouling property and the long-term withstand voltage characteristics can be achieved even if it is small.
- a spark plug manufacturing method capable of manufacturing a spark plug can be provided. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a small spark plug that has both anti-fouling properties and long-term withstand voltage characteristics even when mounted on an internal combustion engine or the like with increased output.
- the leg length portion 30 has a substantially truncated cone shape.
- the leg length portion has a leg length base portion having a cylindrical shape having a substantially uniform outer diameter, and a step difference from the leg length base portion. It may be provided with a substantially truncated cone-shaped leg length tip portion having a diameter smaller than that of the leg length base portion.
- the spark plug 100 includes the center electrode 3 and the ground electrode 4.
- a noble metal tip may be provided at the tip of the center electrode and / or the surface of the ground electrode.
- the tip of the center electrode and the noble metal tip formed on the surface of the ground electrode usually have a cylindrical shape, are adjusted to an appropriate size, and the tip of the center electrode by an appropriate welding technique such as laser welding or electric resistance welding. Then, it is fused and fixed to the surface of the ground electrode.
- the spark discharge gap is formed by the surface of the noble metal tip formed on the tip of the center electrode and the surface of the noble metal tip formed on the surface of the ground electrode.
- the material forming the noble metal tip include noble metals such as Pt, Pt alloy, Ir, and Ir alloy.
- Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 5 Alumina powder, Si compound powder and Group 2 element compound powder as Mg compound powder, Ba compound powder, Ca compound powder and / or Sr compound powder and rare earth compound powder A hydrophilic binder was added to the raw material powder (types of each mixed powder are shown in Table 1) to prepare a slurry.
- the average particle diameter D50 of the Si compound powder and the Group 2 element compound powder is shown in Table 1 as “Average particle diameter D ( ⁇ m) of sintering aid” 50. *
- the obtained slurry was spray-dried by a spray drying method or the like to granulate a powder having an average particle diameter of about 100 ⁇ m.
- This powder was subjected to rubber press molding at the “molding pressure” shown in Table 1 to obtain a green compact.
- This unfired molded body is fired in the atmosphere at a firing temperature of 1500 to 1700 ° C. with a firing time set to 1 to 8 hours.
- a ligature was obtained. The firing conditions were all set to be the same within the above range. *
- each of the obtained alumina-based sintered bodies was quantitatively analyzed using an energy dispersive microanalyzer (EPMA / EDS), and the Al component, the Si component, the Group 2 element component, and the rare earth element It was calculated as a mass ratio (%) when the total content (in oxide conversion) with the component was 100 mass%.
- the analysis conditions of the energy dispersive microanalyzer (EPMA / EDS) were set at a spot diameter of 200 mm and an acceleration voltage of 20 kV using a field emission electron probe microanalyzer (JXA-8500F, manufactured by JEOL Ltd.) and measured at 10 locations. The calculated average value was used. The results are shown in Table 1.
- the spark plug 100 shown in FIGS. 1 to 3 was manufactured.
- the nominal diameter of the mounting screw portion 7 is set to a value suitable for the “plug type” shown in Table 1, and the spark discharge gap g is set to 1.1 mm.
- the inner diameter D IN (mm) of the engagement convex portion 56, the maximum outer diameter d OUT (mm) of the leg length base portion, and the inner diameter d IN (mm) thereof were adjusted to values shown in Table 1, respectively.
- a pre-delivery durability test was performed using each of the spark plugs thus prepared.
- each spark plug is attached to a test vehicle (displacement: 1500 cc, inline 4-cylinder) with a voltage application polarity in which the ground electrode 4 side is positive and the center electrode 2 side is negative, and is exemplified in JIS: D1606.
- the running pattern (test room temperature: ⁇ 10 ° C.) was taken as one cycle, and this was repeated until the insulation resistance of the spark plug decreased to 10 M ⁇ or less.
- the anti-fouling property of the spark plug was evaluated based on the number of cycles. The case where the number of cycles was 10 cycles or more was “ ⁇ ”, and the case where it was 6 cycles or less was “x”. The results are shown in Table 2.
- withstand voltage characteristics applied voltage 33 kV The results are shown in Table 2 as “withstand voltage characteristics applied voltage 33 kV”. In the withstand voltage characteristics in which a voltage of 33 kV is applied to the metal shell 1 and the center electrode 3, it is practically acceptable if the breakdown rate (%) is less than 20%, and the breakdown rate (%) is 0%. If it is present, it will exhibit practically sufficient withstand voltage characteristics over a long period of time. *
- Each spark is basically the same as the withstand voltage characteristic 1 except that the voltage continuously applied between the metal shell 1 and the center electrode 3 is set to 38 kV.
- the withstand voltage characteristic when a high voltage was applied to the plug was evaluated. The results are shown in Table 2 as “withstand voltage characteristics applied voltage 38 kV”. In the withstand voltage characteristics in which a high voltage of 38 kV is applied to the metal shell 1 and the center electrode 3, it is practically acceptable if the breakdown rate (%) is less than 20%, and the breakdown rate (%) is 0%. If so, a practically sufficient withstand voltage characteristic is exhibited over a long period of time. *
- the dielectric constant ⁇ (F / m), the area ratio (S A / S) and the area ratio (S 20 / S) in the insulator of each spark plug are the alumina-based sintered bodies shown in Table 2. Were identical to those of.
- Examples 1 to 15 that satisfy all the conditions (1) to (3) are spark plugs that are miniaturized so that the nominal diameter of the mounting screw portion 7 is M12. Nevertheless, not only when a voltage of 33 kV is continuously applied over a long period of 200 hours, but also when a high voltage of 38 kV is continuously applied over a long period of 200 hours, the stain resistance is not impaired. High breakdown voltage characteristics that are resistant to dielectric breakdown.
- oxides of Group 2 elements of the periodic table based on the IUPAC 1990 recommendation and 0.5 or more of Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, and BaO whose main components are alumina-based sintered bodies
- oxide of rare earth element is contained in an amount of ⁇ 4.0% by mass so that the total content thereof becomes 100% by mass, even if the spark plug is downsized, the anti-fouling property is obtained. High withstand voltage characteristics were exhibited without loss.
- the dielectric constant ⁇ is 9.4 to 10.5, the area ratio (S A / S) is 2.0 to 4.0%, and the area ratio (S 20 / S) is 0.3% or less.
- Comparative Examples 1 and 2 do not satisfy the condition (2), and the leg length base is very thick at 2.1 mm or more. Therefore, the comparative example 1 and 2 are excellent in withstand voltage characteristics, but cannot be sufficiently downsized. Comparative Examples 3 to 5 satisfy the condition (2) but do not satisfy the condition (3). Therefore, the dielectric breakdown easily occurs, and the withstand voltage characteristic when a high voltage of 38 kV is applied is practically acceptable. The range was not reached. In Comparative Examples 1 and 3, the condition (1) was not satisfied, and the base gap S was wide, so that the antifouling property was poor.
- the spark plug according to the present invention can be used for any internal combustion engine, but a small spark plug that requires a thin insulator, for example, a high-output internal combustion engine or the like.
- a spark plug for use in an internal combustion engine that requires a small spark plug having both antifouling properties and long-term withstand voltage characteristics.
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Abstract
耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグ、及び、このスパークプラグの製造方法を提供すること。先端側に脚長部３０を有する絶縁体２と中心電極３と係合凸部５６で絶縁体２を保持する主体金具１とを備え、係合凸部５６の内径ＤＩＮ、係合凸部５６の内周面５９に対面する脚長部３０の最大外径ｄＯＵＴ、その内径ｄＩＮ及び絶縁体２の誘電率εが下記条件を満足するスパークプラグ１００、並びにＡｌ化合物粉末とＳｉ化合物粉末とＭｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を含む２種類以上の第２族元素化合物粉末と０．５～４．０質量％の希土類化合物粉末とを含有する原料粉末を加圧成形後に焼結して絶縁体２を製造する工程を含むスパークプラグ１００の製造方法。条件：（ＤＩＮ－ｄＯＵＴ）／２≦０．４０(mm)、（ｄＯＵＴ－ｄＩＮ）／２≦１．６５(mm)及びε≧９．４（F/m））
Description
この発明は、スパークプラグ及びスパークプラグの製造方法に関し、さらに詳しくは、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグ及びこのスパークプラグの製造方法に関する。
自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関の着火用に使用されるスパークプラグの１つとして、先端側に段部を介して縮径された脚長部を有する絶縁体が主体金具の内周面に形成された係合凸部に前記段部を係合させることによって主体金具に組み付けられ、前記係合凸部の内周面とこれに対向する前記脚長部の外周面との間に隙間が形成されるタイプのスパークプラグがある。このようなスパークプラグにおいて、前記間隙に例えば低温環境下等で発生する未燃ガスが侵入すると、前記間隙内における前記脚長部の外周面が汚損され、その結果、スパークプラグの耐汚損性が悪化する。
そこで、耐汚損性を考慮して前記間隙を広くするという従来の技術常識に反して前記間隙を所定距離以下に狭めることにより、スパークプラグの耐汚損性を損ねることなく小型化を図ることのできるスパークプラグが提案されている。
例えば、特許文献１には、「筒状の主体金具（１）と該主体金具（１）の内周側に係止された軸孔を有する絶縁体（２）と該絶縁体（２）の前記軸孔に保持された中心電極（３）と、該中心電極（３）の先端と対向することで火花放電ギャップ（ｇ）を形成する接地電極（４）とを備え、前記絶縁体（２）の軸線方向（Ｏ）において前記火花放電ギャップ（ｇ）の位置する側を前方側、これと反対側を後方側として、前記絶縁体（２）は、前端部（２ｉ）が周方向の段部により縮径されて該段部が絶縁体側係合部（２ｈ）とされ、前記主体金具（１）に対し後方側開口部から挿入されるとともに、前記絶縁体側係合部（２ｈ）が前記主体金具（１）の内周面から突出する金具側係合部（１ｃ）と係合し、かつ、前記絶縁体（２）の前記絶縁体側係合部（２ｈ）よりも前方側に位置する部分（２ｉ）の外周面（以下、隙間形成外周面という）（２ｋ）が、前記金具側係合部（１ｃ）の内周面（以下、隙間形成内周面という）（５２）と、所定量の係合位置隙間（Ｑ）を形成する形にて対向するとともに、前記隙間形成外周面（２ｋ）の外径をｄ１、前記隙間形成内周面（５２）の内径をＤ１として、β＝（Ｄ１－ｄ１）／２にて表される係合位置隙間量βが０．４ｍｍ以下に調整されていることを特徴とするスパークプラグ」が記載されている。
また、特許文献２には、「略筒状に形成され、軸線方向に貫通孔を有する絶縁体と、当該絶縁体の前記貫通孔の先端側に挿設される棒状の中心電極と、前記絶縁体の軸線方向の先端側を内挿して保持する略筒状の主体金具と、一端部が当該主体金具の先端に接合され、当該一端部とは反対の他端部が前記中心電極に対向し、前記他端部と前記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備え、前記絶縁体は、前記絶縁体の後端側に設けられた絶縁体後端部と、前記絶縁体の先端側に設けられ、当該絶縁体後端部の外径よりも縮径された絶縁体先端部と、前記絶縁体後端部と前記絶縁体先端部とを連結する第１絶縁体段部とから構成され、前記主体金具は、前記主体金具の後端側に設けられた主体金具後端部と、前記主体金具の先端側に設けられ、内径が当該主体金具後端部の内径よりも縮径された部分を少なくとも後端側に有する主体金具先端部と、前記主体金具後端部と前記主体金具先端部とを連結する第１主体金具段部とから構成され、前記第１絶縁体段部は、パッキンを介して前記第１主体金具段部に係合し、軸線を含む断面を見たときに、前記絶縁体先端部の外径をｄ１、前記主体金具先端部の内径をＤ１として、（Ｄ１－ｄ１）／２＜０．４５ｍｍとなる隙間の、前記絶縁体の軸線方向に平行な長さが、前記パッキンと前記主体金具段部との係合位置のうち、軸線方向の最先端側の位置を起点として前記絶縁体の先端側を＋したとき、１．２ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることを特徴とするスパークプラグ」が記載されている。
ところで、スパークプラグの小型化を図るには、前記間隙を狭くすることに加えて絶縁体の肉厚を薄くすること有効である。その一方で、前記間隙を狭くすると、一般に、前記間隙を形成する絶縁体に印加される電圧が高くなる傾向がある。したがって、肉厚が薄くされた絶縁体を用いて前記間隙を狭くすると、スパークプラグの耐汚損性を維持しつつ小型化を図ることは可能になるものの、この絶縁体に高い電圧が印加されて絶縁破壊が生じ、その結果、耐電圧特性が低下することがある。特に、絶縁体に高い電圧が印加された状態が長期間にわたって継続すると、絶縁体に多数の絶縁破壊が生じて耐電圧特性が著しく低下することがある。例えば、取付ネジ部の呼び径がＭ１２以下になるようにスパークプラグを小型にすると、スパークプラグの耐汚損性と耐電圧特性とを両立しにくくなる。
この発明は、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備えるスパークプラグを提供することを、課題とする。
この発明は、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備えるスパークプラグを製造することのできるスパークプラグの製造方法を提供することを、課題とする。
前記課題を解決するための手段としてのこの発明は、先端側に小径の脚長部を有する略筒状に形成され、軸線方向に貫通する貫通孔を有する絶縁体と、前記貫通孔の前記先端側に挿設された中心電極と、径方向内側に突出する係合凸部を有する略筒状に形成され、内挿された前記絶縁体を前記係合凸部で保持する主体金具とを備えて成るスパークプラグであって、前記係合凸部の内径をＤＩＮ（ｍｍ）、前記脚長部のうち前記係合凸部の内周面に対面している部分の最大外径をｄＯＵＴ（ｍｍ）及びその内径をｄＩＮ（ｍｍ）、並びに、前記絶縁体の誘電率をε（Ｆ／ｍ）としたときに、下記条件（１）～（３）を満足することを特徴とする。 条件（１）：（ＤＩＮ－ｄＯＵＴ）／２≦０．４０（ｍｍ） 条件（２）：（ｄＯＵＴ－ｄＩＮ）／２≦１．６５（ｍｍ） 条件（３）：ε≧９．４（Ｆ／ｍ）
前記課題を解決するための別の手段としてのこの発明は、主成分としてのＡｌ化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素化合物粉末と、０．５～４．０質量％の希土類化合物粉末とをこれらの酸化物換算含有率の合計が１００質量％となるように含有する原料粉末を、加圧成形後に焼結して、前記絶縁体を製造する工程を含むことを特徴とする。
この発明に係るスパークプラグは、前記条件（１）～（３）を満足するから薄肉化された絶縁体に高い電圧がかかった状態が長期間に及んでも耐汚損性を損ねることなく十分な耐電圧特性を発揮する。また、この発明に係るスパークプラグの製造方法は、前記原料粉末を所定寸法に加圧成形した後に焼結して前記絶縁体を製造するからこの絶縁体は前記条件（１）～（３）を満足する。したがって、この発明によれば、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグ、及び、このようなスパークプラグを製造することのできるスパークプラグの製造方法を提供することができる。
この発明に係るスパークプラグは、先端側に小径の脚長部を有する略筒状に形成され、軸線方向に貫通する貫通孔を有する絶縁体と、前記貫通孔の先端側に挿設された中心電極と、径方向内側に突出する係合凸部を有する略筒状に形成され、内挿された絶縁体を係合凸部で保持する主体金具とを備えている。この発明に係るスパークプラグは、このような構成を有するスパークプラグであれば、その他の構成は特に限定されず、公知の種々の構成を採ることができる。例えば、この発明に係るスパークプラグは、前記絶縁体と、前記中心電極と、前記主体金具と、一端部が主体金具に接合され、他端部が中心電極に対向して他端部及び中心電極の間に火花放電間隙を形成する接地電極とを備えていてもよい。
この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグについて、図１～図３を参照して説明する。このスパークプラグ１００は、自動車用ガソリンエンジン等の内燃機関の着火用プラグとして使用される。なお、以下の説明において、略棒状に構成されたスパークプラグ１００の軸線（図１及び図２に示す一点鎖線）を「軸線Ｏ」と称する。また、図１～図３において、図面の下方側すなわち接地電極４が設置される側をスパークプラグ１００の先端側と称し、図面の上方側すなわちコルゲーション部４０が形成される側をスパークプラグ１００の後端側と称する。
このスパークプラグ１００の基本的な構成について説明する。このスパークプラグ１００は、図１に示されるように、先端側に小径の脚長部３０を有する略筒状に形成され、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔６を有する絶縁体２と、この貫通孔６の先端側に挿設された中心電極３と、径方向内側に突出する係合凸部５６を内周面に有するように略筒状に形成され、内挿された絶縁体２を係合凸部５６で保持する主体金具１と、一端部が主体金具１に接合され、他端部が中心電極３に対向してこの他端部及び中心電極３の間に火花放電間隙ｇを形成する接地電極４とを備えて成る。
より具体的には、スパークプラグ１００は、図１に示されるように、径方向内側にリング状に突出する係合凸部５６を内周面に有する略筒状の主体金具１と、この主体金具１に内挿され、主体金具１の軸線Ｏ方向の先端部から突出するように係合凸部５６で保持された略筒状の絶縁体（この発明において「絶縁碍子」とも称する。）２と、絶縁体２の先端から電極先端部３６が突出するように絶縁体２の貫通孔６に内挿された略棒状の中心電極３と、主体金具１の軸線Ｏ方向の先端部に一端が溶接されると共に、この一端側とは反対の他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の電極先端部３６と対向するように配置された接地電極４とを備えて成る。
スパークプラグ１００においては、図１及び図２に示されるように、絶縁体２、具体的には後述する脚長部３０の先端部近傍が主体金具１の先端面よりも接地電極４側に突出し、前記中心電極３はその電極先端部３６が絶縁体２の先端面よりも接地電極４側に突出している。そして、後述するように、前記主体金具１と絶縁体２の脚長部３０との間には主体金具１の内周面と脚長部３０の外周面とで挟まれて形成される基部間隙Ｓが形成されている。
前記主体金具１は、図１に示されるように、低炭素鋼等の金属により、係合凸部５６を内周面に有する略筒状に形成され、スパークプラグ１００のハウジングとして使用されている。主体金具１における前記軸線Ｏ方向の先端部側の外周面には、図示しないエンジンヘッドに取り付けるための取付ネジ部７が形成されている。この取付ネジ部７の規格の一例としては、Ｍ１０、Ｍ１２及びＭ１４等が挙げられる。この発明において、取付ネジ部７の呼びは
、ＩＳＯ２７０５（Ｍ１２）及びＩＳＯ２７０４（Ｍ１０）等に規定された値を意味し、当然に、諸規格に定められた寸法公差の範囲内での変動を許容する。この発明において、小型のスパークプラグは、例えば、取付ネジ部７の呼び径がＭ１２以下であるスパークプラグを意味する。主体金具１における前記取付ネジ部７の前記軸線Ｏ方向の後端側には主体金具１をエンジンヘッドに取り付ける際にスパナやレンチ等の工具を外側から係合させるための工具係合部１１が形成されている。スパークプラグ１００において工具係合部１１の軸線Ｏ方向に直交する断面は六角形状を呈している。また、前記主体金具１は、図１に示されるように、前記工具係合部１１の前記軸線Ｏ方向の先端側であって前記軸線Ｏ方向の略中間部に外径方向外側に凸設された鍔部６１が形成されている。そして、取付ネジ部７の前記軸線Ｏ方向の後端側近傍すなわち鍔部６１の座面６２にガスケット１０が嵌挿されている。
、ＩＳＯ２７０５（Ｍ１２）及びＩＳＯ２７０４（Ｍ１０）等に規定された値を意味し、当然に、諸規格に定められた寸法公差の範囲内での変動を許容する。この発明において、小型のスパークプラグは、例えば、取付ネジ部７の呼び径がＭ１２以下であるスパークプラグを意味する。主体金具１における前記取付ネジ部７の前記軸線Ｏ方向の後端側には主体金具１をエンジンヘッドに取り付ける際にスパナやレンチ等の工具を外側から係合させるための工具係合部１１が形成されている。スパークプラグ１００において工具係合部１１の軸線Ｏ方向に直交する断面は六角形状を呈している。また、前記主体金具１は、図１に示されるように、前記工具係合部１１の前記軸線Ｏ方向の先端側であって前記軸線Ｏ方向の略中間部に外径方向外側に凸設された鍔部６１が形成されている。そして、取付ネジ部７の前記軸線Ｏ方向の後端側近傍すなわち鍔部６１の座面６２にガスケット１０が嵌挿されている。
前記主体金具１は、図１及び図２に示されるように、前記鍔部６１の前記軸線Ｏ方向の先端側であって前記鍔部６１側に設けられた主体金具後端部５４と、主体金具１の先端側に設けられ、内径が主体金具後端部５４の内径よりも縮径された部分を少なくとも後端側に有する主体金具先端部５３と、主体金具後端部５４と主体金具先端部５３とを連結する第１主体金具段部５５とから構成されている。
より具体的には、主体金具１は、図１及び図２に示されるように、主体金具１の工具係合部１１よりも軸線Ｏ方向の先端側に形成された主体金具後端部５４と、この主体金具後端部５４の軸線Ｏ方向の先端側に主体金具１の内径方向内側に凸設された係合凸部（この発明において「主体金具基部」とも称する。）５６と、この主体金具基部５６と主体金具後端部５４とを連結する第１主体金具段部５５と、前記主体金具基部５６の軸線Ｏ方向の先端側に形成され、主体金具後端部５４と略同一の内径を有する主体金具前方部５８と、この主体金具前方部５８と前記主体金具基部５６とを連結する第２主体金具段部５７とを有して成る。したがって、主体金具１は、その鍔部６１から前記軸線Ｏ方向の先端側に向かって、主体金具後端部５４、第１主体金具段部５５、主体金具基部５６、第２主体金具段部５７及び主体金具前方部５８がこの順に連続して形成されて成る。この発明において、前記主体金具先端部５３は主体金具前方部５８と第２主体金具段部５７と主体金具基部５６とで形成されている。前記第１主体金具段部５５は後述する絶縁体２の第１絶縁体段部２７と係合するための主体金具側係合部位である。
前記係合凸部５６は、図１～図３に示されるように、その内径が前記軸線Ｏ方向に略一定で主体金具１の内孔の周方向に一巡する環状凸部である。この係合凸部５６は前記第１主体金具段部５５及び第２主体金具段部５７と共に台形断面を成している。したがって、係合凸部５６の内周面５９は前記軸線Ｏに沿って延在している。
前記絶縁体２は、図１に示されるように、中心電極３を内挿して保持する略筒状体である。この絶縁体２は前記軸線Ｏ方向に沿って貫通する貫通孔６を有している。この貫通孔６の軸線Ｏ方向の後端部には略棒状の端子金具１３が挿設され、その端子金具１３が挿設されている貫通孔６の一端側とは反対の他端側すなわち貫通孔６の先端側には略棒状の中心電極３が挿設されている。前記貫通孔６に挿設された端子金具１３及び中心電極３の間には、図１に示されるように、抵抗体１５が配設されている。この抵抗体１５の、軸線Ｏ方向の両端部すなわち先端部及び後端部には導電性ガラスシール層１６及び１７が各々配設されている。そして、導電性ガラスシール層１６及び１７を介して中心電極３と端子金具１３とが互いに電気的に接続されている。このように、抵抗体１５と導電性ガラスシール層１６及び１７とが焼結導電材料部を構成している。前記抵抗体１５は、ガラス粉末と導電材料粉末と必要に応じてガラス以外のセラミック粉末との混合粉末を原料とする抵抗体組成物として構成されている。また、端子金具１３の軸線Ｏ方向の後端部には、高圧ケーブル（図１に図示しない。）がプラグキャップ（図１に図示しない。）を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。
前記絶縁体２は、図１に示されるように、絶縁体２の軸線Ｏ方向の略中間部に絶縁体２の外周面より外径方向外側に向かって突出する突出部２３がフランジ状に形成されている。この絶縁体２は、図１に示されるように、前記突出部２３よりも軸線Ｏ方向後端側の外周面に絶縁体２の軸線を含む段面が波打ち形状を有するコルゲーション部４０が形成されている。このコルゲーション部４０は絶縁体２の外周面に波打ち形状を設けて絶縁体２の外周面の表面積を広くする。したがって、例えば絶縁体２の外周面を伝わってリークした電気が流れ、漏電（リーク現象）が生じたときでも、絶縁体２の外周面を伝わるうちに消尽するため、漏電防止の効果が得られる。
前記絶縁体２は、前記突出部２３よりも前記軸線Ｏ方向の先端側であって前記突出部２３から前記先端側に延在する絶縁体後端部２６と、その先端側に設けられ、この絶縁体後端部２６の外径よりも縮径された脚長部（この発明において「絶縁体先端部」とも称する。）３０と、前記絶縁体後端部２６及び前記脚長部３０を連結する第１絶縁体段部２７とから構成されている。
より具体的には、絶縁体２は、図１及び図２に示されるように、絶縁体２の軸線Ｏ方向において、突出部２３よりも軸線Ｏ方向の後端側に形成された絶縁体後方部２４と、突出部２３よりも前方側に形成された絶縁体後端部２６と、絶縁体後端部２６の軸線Ｏ方向の先端側に形成された脚長部３０と、この脚長部３０と絶縁体後端部２６とを連結し、周方向段部を形成する第１絶縁体段部２７とを有してなる。前記脚長部３０は、絶縁体後端部２６の外径よりも小径で、かつ、前記軸線Ｏ方向先端側に向かって徐々に外径が小さくなるように細径化されている。すなわち、この脚長部３０は図１及び図２によく示されるように略円錐台形をなしている。
スパークプラグ１００において、絶縁体２は主体金具１における軸線Ｏ方向の後端側の開口部から挿入され、図１に示されるように、絶縁体２の第１絶縁体段部２７が主体金具１の第１主体金具段部５５に係合又は係止している。前記第１絶縁体段部２７は前記第１主体金具段部５５に係合するための絶縁体側係合部となっている。主体金具１の第１主体金具段部５５と第１絶縁体段部２７との間には、図１～図３に示されるように、略リング状の板パッキン８が配設されている。このように、第１絶縁体段部２７と第１主体金具段部５５とが板パッキン８を介して係合することにより、絶縁体２の軸線Ｏ方向の抜き止めがなされている。前記板パッキン８は、例えば銅のような熱伝導率の高い材質で形成されている。板パッキン８の熱伝導率が高いと、スパークプラグ１００の熱引きがよくなり、耐熱性が向上する。このような前記材質として、例えば、銅、アルミニウム等の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質であるのが好ましい。特に、スパークプラグ１００における取付ネジ部７の呼びがＭ１２以下と小さいと、特に高い耐熱性効果を発揮する。
スパークプラグ１００において、主体金具１における軸線Ｏ方向の後端側の開口部内面と絶縁体２の外周面との間には突出部２３の後方側周縁と係合する略リング状のパッキン４１が配置され、さらに、その後方側にはタルク等の充填層９を介して略リング状のパッキン４２が配置されている。そして、絶縁体２を主体金具１の軸線Ｏ方向の先端側に向けて押し込み、その状態で主体金具１の開口周縁部をパッキン４２に向けて加締めることにより、加締め部１２が形成され、主体金具１が絶縁体２に保持されている。
前記中心電極３は、その先端部が絶縁体２の先端面から突出した状態で絶縁体２の軸孔に固定されており、主体金具１に対して絶縁保持されている。前記中心電極３はインコネル（商標名）６００又は６０１等のＮｉ（ニッケル）系合金等からなる電極母材２１を少なくとも表層部に有し、その内部には、放熱促進のためのＣｕ（銅）又はＣｕ合金等を主成分とする芯材３３が埋設されている。すなわち、この中心電極３は、本体となる外材と、この外材の内部の軸心部に同心的に埋め込まれるように形成されてなる芯材３３とにより形成されている。このように内部に前記芯材３３が深く埋設された中心電極３を備えてなるスパークプラグ１００は、「焼け」にも強く、使用温度範囲の広いワイドレンジ型プラグとして好適に使用される。
前記接地電極４は、図１に示されるように、耐腐食性の高い金属から構成され、一例としてインコネル（商標名）６００又は６０１等のＮｉ合金が用いられている。この接地電極４は、自身の長手方向と直交する横断面が略長方形であり、屈曲された角棒状の外形を呈している。そして、図１に示されるように、角棒状の一端部が主体金具１の軸線Ｏ方向の先端側の一端部の接合部６０に溶接等により接合されている。一方、この接地電極４の一端部とは反対の他端部（先端部とも称する。）は、中心電極３の電極先端部３６とこの中心電極３の軸線Ｏ方向に対向するよう側方に折り返され、図１及び図２に示されるように、中心電極３の電極先端部３６と接地電極４との対向面の隙間に火花放電間隙ｇが形成されている。この火花放電間隙ｇは、通常、０．３～１．５ｍｍに設定される。
このように構成されるスパークプラグ１００は、絶縁体２における脚長部３０のうち前記係合凸部５６の内周面５９に対向している部分（以下、脚長基部と称することがある。）２９及び係合凸部５６と脚長基部２９との基部間隙Ｓに、特徴を有している。前記基部間隙Ｓは、第１絶縁体段部２７と第１主体金具段部５５との間に配置された前記板パッキン８よりも軸線Ｏ方向の先端側に形成されている。スパークプラグ１００において、具体的には、図２及び図３によく示されるように、脚長基部２９及び基部間隙Ｓは、係合凸部５６の内径をＤＩＮ（ｍｍ）、並びに、脚長基部２９の最大外径をｄＯＵＴ（ｍｍ）及びその内径をｄＩＮ（ｍｍ）としたときに、下記条件（１）及び（２）を満足している。条件（１）：（ＤＩＮ－ｄＯＵＴ）／２≦０．４０（ｍｍ）条件（２）：（ｄＯＵＴ－ｄＩＮ）／２≦１．６５（ｍｍ）
前記条件（１）は、換言すると、前記基部間隙Ｓにおける半径方向の最小幅、すなわち、係合凸部５６の内周面５９と脚長基部２９の外周面との最小離間距離が０．４（ｍｍ）以下である。前記条件（１）を満足すると、スパークプラグ１００の耐汚損性及び耐熱性が向上すると共にスパークプラグの小型化も可能になる。具体的には、例えば、プレデリバリ時等の汚損が生じやすい使用環境下にスパークプラグ１００がおかれた場合にも、前記基部間隙Ｓへの未燃ガスの侵入を効果的に遮断することができる。その結果、前記基部間隙Ｓ内において、カーボン等の付着によって生じる前記脚長基部２９の外周面の汚損を防止できる。また、脚長基部２９と係合凸部５６とは前記最小離間距離で近接するから、加熱された絶縁体２の熱が脚長基部２９から基部間隙Ｓを介して係合凸部５６に伝わりやすくなる。したがって、スパークプラグ１００の熱引きが効率よく行われ、スパークプラグ１００の耐熱性を向上させることができる。加えて、前記基部間隙Ｓが前記条件（１）を満たすように狭められているからスパークプラグ１００を小型化することもできる。
前記（ＤＩＮ－ｄＯＵＴ）／２は、優れた耐汚損性及び耐熱性を損ねることなく小型化を図ることができる点で、０．０５～０．３５（ｍｍ）であるのが好ましく、０．２０～０．３０（ｍｍ）であるのが特に好ましい。
ここで、前記脚長部３０は、図１～図３に示されるように、略円錐台形をなしているから、その脚長基部２９における外径は前記軸線Ｏ方向に一定ではな
い。そこで、この発明においては、前記条件（１）における前記脚長基部２９の外径としてその最大外径ｄＯＵＴを採用する。この発明において、脚長部３０のうち係合凸部５６に対向している部分に前記板パッキン８を介装する第１絶縁体段部２７は含まない。したがって、スパークプラグ１００において、脚長基部２９の最大外径ｄＯＵＴは、図２及び図３に示されるように、第１絶縁体段部２７と脚長基部２９との接続部近傍であって係合凸部５６の内周面５９における後方端縁に対向する部分の外径である。換言すると、前記最大外径ｄＯＵＴは、係合凸部５６の内周面５９における後方端縁を含み前記軸線Ｏに垂直な仮想平面Ｐ１（図３参照。）における脚長基部２９の断面外形線の外径となる。
い。そこで、この発明においては、前記条件（１）における前記脚長基部２９の外径としてその最大外径ｄＯＵＴを採用する。この発明において、脚長部３０のうち係合凸部５６に対向している部分に前記板パッキン８を介装する第１絶縁体段部２７は含まない。したがって、スパークプラグ１００において、脚長基部２９の最大外径ｄＯＵＴは、図２及び図３に示されるように、第１絶縁体段部２７と脚長基部２９との接続部近傍であって係合凸部５６の内周面５９における後方端縁に対向する部分の外径である。換言すると、前記最大外径ｄＯＵＴは、係合凸部５６の内周面５９における後方端縁を含み前記軸線Ｏに垂直な仮想平面Ｐ１（図３参照。）における脚長基部２９の断面外形線の外径となる。
前記脚長基部２９の前記軸線Ｏ方向の長さ、すなわち、係合凸部５６における内周面５９の前記軸線Ｏ方向の長さは、特に限定されず、例えば、１．２～５．０ｍｍ、好ましくは１．５～３．０ｍｍに調整される。前記長さが前記範囲内に調整されると耐汚損性及び耐熱性をより一層高い水準で両立することができる。
前記条件（２）は、換言すると、前記脚長基部２９の最大厚さが１．６５ｍｍ以下である。前記条件（２）を満足すると、スパークプラグ１００を十分に小型化することができる。前記（ｄＯＵＴ－ｄＩＮ）／２は、脚長基部２９の強度を確保するため、１．０ｍｍ以上であるのが好ましい。前記脚長基部２９の最大厚さは、図３に示されるように、仮想平面Ｐ１（図３参照。）における脚長基部２９の断面外形線の外径と内径との差である。
スパークプラグ１００は、前記絶縁体２の誘電率をε（Ｆ／ｍ）としたときに、下記条件（３）を満足する。特に、この発明においては、絶縁体２のうち、特に前記脚長部３０及び前記脚長基部２９が下記条件（３）を満足するのが好ましい。条件（３）：ε≧９．４（Ｆ／ｍ）
このように、絶縁体２、脚長部３０及び脚長基部２９（以下、これらを含めて絶縁体２等と称することがある。）が前記範囲の誘電率εを有していると、前記のように基部間隙Ｓを狭くすることによって絶縁体２等に印加される電圧が高くなっても、また前記のように絶縁体２等が薄肉化されても、絶縁体２等が絶縁破壊することなく十分な耐電圧特性を発揮する。さらに、絶縁体２等が前記範囲の誘電率εを有していると、絶縁体２等に高い電圧が印加された状態が長期間にわたって継続しても、絶縁体２等が絶縁破壊しにくく、スパークプラグ１００が高い耐汚損性を損ねることなく十分な耐電圧特性を発揮する。絶縁体２の誘電率εは１０．５（Ｆ／ｍ）以下であるのが好ましい。前記誘電率εが１０．５（Ｆ／ｍ）以下であると、絶縁体２の内部に点在する気孔に電界が集中しにくくなり、前記気孔を起点とする絶縁体２の内部破壊を効果的に抑制できる。したがって、絶縁体２の誘電率εが９．４～１０．５（Ｆ／ｍ）の範囲内にあると絶縁破壊の発生をより一層効果的に抑制できる。誘電率εはＪＩＳ Ｒ１６４１に準拠して測定することができる。
このように前記条件（１）～（３）のいずれをも満足するスパークプラグ１００は、小型化を図ることができると共に、その小型化によって薄肉化された絶縁体２等に高い電圧がかかった状態がたとえ長期間に及んでも高い耐汚損性を損ねることなく十分な耐電圧特性を発揮する。
この発明において、スパークプラグ１００の絶縁体２は、その鏡面研磨面における２５０μｍ×１９０μｍの領域を倍率５００倍で複数箇所例えば９個所観察したときに、観察領域の面積Ｓに対する、観察領域内に存在する気孔の合計面積ＳＡの面積割合（ＳＡ／Ｓ）が２．０～４．０％であるのが好ましい。特に、脚長部３０又は脚長基部２９が２．０～４．０％の前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）を有しているのが好ましい。前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）が小さくなると、通常、絶縁体２の内部に点在する気孔に電界が集中しにくくなって前記気孔を起点とする絶縁体２の内部破壊を抑制できるが、あまりにも小さくなりすぎると、かえって気孔に電界が集中するようになり、絶縁体２の内部破壊が生じやすくなる。このように、この発明において、点在する気孔に電界が集中しないように前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）が２．０％以上に設定されている。したがって、この発明において、絶縁体２が２．０～４．０％の前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）を有していると、絶縁破壊の起点となりうる気孔に電界が集中しにくく、耐電圧特性の向上を目的として絶縁体２等の誘電率εを高くしても絶縁体２等に絶縁破壊が発生しにくくなる。
前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）は次のようにして算出する。まず絶縁体２等を鏡面状態にまで研磨してなる面、すなわち、鏡面研磨面を調製する。前記鏡面研磨面は、絶縁体２等の任意の表面又は任意の切断面を４５μｍのダイヤモンド砥石を用いて平面に加工し、９μｍ、３μｍ、０．２５μｍのダイヤモンドペーストを順次用いてその表面粗さＲａが０．０１μｍ程度になるまで鏡面研磨加工して、調製する。次いで、このようにして調製された鏡面研磨面に導電性付与のためのカーボン蒸着を行い、電子顕微鏡を用いて前記鏡面研磨面における２５０μｍ×１９０μｍの領域を倍率５００倍で複数箇所例えば９個所観察し、各観察領域を写真撮影する。撮影した各ＳＥＭ反射電子像写真を画像解析ソフト（Ｓｏｆｔ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ”Ｆｉｖｅ”、Ｏｌｙｍｐｕｓ社製）で二値化することにより、気孔に相当する空隙部を識別する。各ＳＥＭ反射電子像写真において、前記空隙部の総面積ＳＡ及びこの総面積ＳＡを観察領域の面積Ｓで除して前記面積割合を求める。このようにして求めた前記面積割合を算術平均して、焼結体２等の前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）を算出する。
この発明において、スパークプラグ１００の絶縁体２は、前記鏡面研磨面における２５０μｍ×１９０μｍの領域を倍率５００倍で複数箇所例えば９個所観察したときに、観察領域の面積Ｓに対する、観察領域内に存在する円相当直径が２０μｍ以上の気孔の合計面積Ｓ２０の面積割合（Ｓ２０／Ｓ）が０．３％以下であるのが好ましい。特に、脚長部３０又は脚長基部２９が０．３％以下の前記面積割合（Ｓ２０／Ｓ）を有しているのが好ましい。前記絶縁体２等が０．３％以下の前記面積割合（Ｓ２０／Ｓ）を有している場合には、円相当直径が２０μｍ以上の比較的大きな気孔がほとんど存在しないから、スパークプラグ１００の小型化によって薄肉化された絶縁体２等が緻密で本来の耐電圧特性を維持できる。前記面積割合（Ｓ２０／Ｓ）は、前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）と同様にして撮影した各ＳＥＭ反射電子像写真において、円相当直径に換算した直径が２０μｍを超える空隙部の総面積Ｓ２０及びこの総面積Ｓ２０を観察領域の面積Ｓで除して前記面積割合を求める。このようにして求めた前記面積割合を算術平均して、焼結体２等の前記面積割合（Ｓ２０／Ｓ）を算出する。
この発明において、スパークプラグ１００の絶縁体２等は、その誘電率εが９．４～１０．５（Ｆ／ｍ）のときに、前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）が２．０～４．０％であり、かつ前記面積割合（Ｓ２０／Ｓ）が０．３％以下であると、誘電率εと面積割合（ＳＡ／Ｓ）と面積割合（Ｓ２０／Ｓ）とが相俟って相乗効果を奏し、前記のように、気孔に電界が過度に集中することもなく、また、そもそも絶縁破壊の起点となる気孔が少なく、スパークプラグ１００が優れた耐電圧特性を発揮することができる。
スパークプラグ１００の絶縁体２において、前記誘電率ε、前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）及び前記面積割合（Ｓ２０／Ｓ）を前記範囲内に調整するには、前記範囲の前記誘電率ε、前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）及び前記面積割合（Ｓ２０／Ｓ）を有するアルミナ基焼結体で絶縁体２を形成すればよい。
スパークプラグ１００において、脚長部３０を含む絶縁体２はアルミナ基焼結体で形成されている。このアルミナ基焼結体は、その好適な一例を挙げると、主成分としてのＡｌ成分と、Ｓｉ成分と、Ｍｇ成分及びＢａ成分を含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の成分（以下、第２族元素成分と称することがある。）と、０．５～４．０質量％の希土類元素成分とを、これらの含有率の合計（以下、合計含有率と称することがある。）が１００質量％となるように、含有している。絶縁体２等がこのようなアルミナ基焼結体で形成されていると、スパークプラグ１００の小型化を図るために肉厚が薄くされても耐汚損性を損ねることなく耐電圧特性を発揮できる。
特に、前記アルミナ基焼結体が、９．４～１０．５（Ｆ／ｍ）の誘電率εを有し、かつ、鏡面研磨面を観察したときに、観察領域の面積Ｓに対する、観察領域内に存在する気孔の合計面積ＳＡの面積割合（ＳＡ／Ｓ）が２．０～４．０％であり、前記観察領域内に存在する円相当直径が２０μｍ以上の気孔の合計面積Ｓ２０の面積割合（Ｓ２０／Ｓ）が０．３％以下であると、このアルミナ基焼結体で形成した絶縁体２等を備えたスパークプラグ１００の耐電圧特性はより一層向上する。
前記Ａｌ成分は、通常、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）であり、アルミナ基焼結体中に主成分として存在する。この発明において「主成分」とは含有率が最も高い成分をいう。Ａｌ成分を主成分として含有すると、焼結体の耐電圧特性、耐熱性及び機械的特性等に優れる。アルミナ基焼結体中におけるＡｌ成分の含有率は、前記合計含有率を１００質量％としたときに、９２．０質量％以上９７．０質量％以下であるのが好ましく、９２．５質量％以上９６．５質量％以下であるのが特に好ましい。Ａｌ成分の含有率が前記範囲内にあると緻密なアルミナ基焼結体になる。その結果、アルミナ基焼結体の粒界に低融点ガラス相の形成及び気孔の残留が少なく、このアルミナ基焼結体で形成した絶縁体は高い耐電圧特性を発揮する。なお、この発明において、Ａｌ成分の含有率はＡｌ成分の酸化物である「アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）」に換算したときの酸化物換算質量％とする。
前記Ｓｉ成分は、焼結助剤由来の成分であり、酸化物、イオン等として、アルミナ基焼結体中に存在する。前記Ｓｉ成分は、焼結時には溶融して通常液相を生じるので、焼結体の緻密化を促進する焼結助剤として機能する。更に、Ｓｉ成分は、焼結後はアルミナ結晶粒子の粒界相に低融点ガラス等を形成することが多い。しかし、前記アルミナ基焼結体がＳｉ成分に加えて後述する他の特定成分を有していると、低融点ガラス相よりも他の成分と共に高融点ガラス相等を優先的に形成しやすい。よって、前記アルミナ基焼結体は低温において融解し難いので、絶縁破壊の原因と成り得るマイグレーション等が生じ難くなる。Ｓｉ成分の含有率は前記合計含有率を１００質量％としたときに、１．０～４．０質量％であるのが好ましい。なお、この発明において、Ｓｉ成分の含有率はＳｉ成分の酸化物である「ＳｉＯ２」に換算したときの酸化物換算質量％とする。
前記第２族元素成分は、焼結助剤由来の成分であり、この発明においてＭｇ成分及びＢａ成分は必須の成分である。この第２族元素成分は、Ｍｇ成分及びＢａ成分を含んでいればよく、Ｍｇ成分及びＢａ成分に加えてＭｇ成分及びＢａ成分以外の第２族元素成分を１種以上含んでいるのが好ましい。ここで、Ｍｇ成分及びＢａ成分以外の第２族元素成分としては、低毒性等の観点から、Ｃａ成分及びＳｒ成分が挙げられる。好ましい第２族元素成分は、具体的には、Ｍｇ成分
とＢａ成分とＣａ成分との３種、Ｍｇ成分とＢａ成分とＳｒ成分との３種、及び、Ｍｇ成分とＢａ成分とＣａ成分とＳｒ成分との４種が挙げられる。この発明において、特に好ましい第２族元素成分は前記３種である。
とＢａ成分とＣａ成分との３種、Ｍｇ成分とＢａ成分とＳｒ成分との３種、及び、Ｍｇ成分とＢａ成分とＣａ成分とＳｒ成分との４種が挙げられる。この発明において、特に好ましい第２族元素成分は前記３種である。
前記Ｍｇ成分は、焼結助剤由来の成分であり、酸化物、イオン等として、アルミナ基焼結体中に存在し、焼結前のＳｉ成分と同様に焼結助剤として機能する。前記Ｂａ成分、前記Ｃａ成分及び前記Ｓｒ成分は、焼結助剤由来の成分であり、酸化物、イオン等として、アルミナ基焼結体中に存在し、焼結前のＭｇ成分と同様に焼結助剤として機能すると共に、得られるアルミナ基焼結体の高温強度を向上させる機能を有する。したがって、アルミナ基焼結体に前記第２族元素成分が含有していると、その耐電圧特性及び高温強度が向上するとともに焼成時の焼結温度が低下する。
前記第２族元素成分の含有率は、比較的大きな粒径を有する原料粉末を用いても緻密となり、絶縁体としたときの耐電圧特性及び高温強度に優れるアルミナ基焼結体となる点で、前記合計含有率を１００質量％としたときに、０．１～２．５質量％であるのが好ましく、０．５～２．０質量％であるのが特に好ましい。
Ｍｇ成分、Ｂａ成分、Ｃａ成分及びＳｒ成分の各含有率は、これらの合計が前記範囲内にあればよく、これらの成分が前記アルミナ基焼結体に含有されている場合には、例えば、前記合計含有率を１００質量％としたときに、Ｍｇ成分の含有率Ｍは０．０１～０．４０質量％であるのが好ましく、Ｂａ成分の含有率Ｂは０．１～１．６質量％であるのが好ましく、０．１８～１．６質量％であるのが特に好ましく、Ｃａ成分の含有率Ｃは０．２～０．９質量％であるのが好ましく、Ｓｒ成分の含有率Ｓは０．２～０．９質量％であるのが好ましい。この発明において、前記アルミナ基焼結体がＣａ成分及びＳｒ成分のいずれか一方を含有していない場合は、当然に、その含有率Ｃ又は含有率Ｓは０質量％となる。なお、この発明において、第２族元素成分の各含有率はその酸化物、例えば、「ＭｇＯ」、「ＢａＯ」、「ＣａＯ」又は「ＳｒＯ」に換算したときの酸化物換算質量％とする。また、第２族元素成分の含有率は第２族元素成分の各含有率の合計含有率である。
前記希土類元素成分（ＲＥ成分ともいう。）は、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素を含有する成分であり、具体的には、Ｓｃ成分、Ｙ成分、Ｌａ成分、Ｃｅ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分、Ｐｍ成分、Ｓｍ成分、Ｅｕ成分、Ｇｄ成分、Ｔｂ成分、Ｄｙ成分、Ｈｏ成分、Ｅｒ成分、Ｔｍ成分、Ｙｂ成分及びＬｕ成分である。ＲＥ成分は、酸化物、イオン等として、アルミナ基焼結体中に存在する。このＲＥ成分は、焼結時に含有されていることにより、焼結時におけるアルミナの粒成長が過度に生じないように抑制すると共に、Ｓｉ成分と共にＲＥ－Ｓｉ系ガラス（希土類ガラス）を粒界に形成して粒界ガラス相の融点を高めることができ、アルミナ基焼結体の耐電圧特性及び高温強度を向上させることができる。
ＲＥ成分は、前記した各成分であればよいが、Ｌａ成分、Ｎｄ成分、Ｐｒ成分及びＹ成分等が好ましい。Ｌａ成分、Ｎｄ成分、Ｐｒ成分及びＹ成分は、それらに含まれる各元素Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ及びＹのイオン半径が大きく、Ｓｉ成分と相俟って高融点の結晶相を形成すると共に、Ａｌ成分と共に２０００℃程度の高融点を有するヘキサアルミネート結晶を容易に形成すると考えられる。このヘキサアルミネート結晶は、β－アルミナ構造を有し、組成式としては、ＲＥ（２Ａ）ｘ（Ａｌ）ｙＯｚ（前記ｘ、ｙ及びｚはそれぞれ、ｘ＝０～２．５、ｙ＝１１～１６及びｚ＝１８～２８である。なお、「２Ａ」はＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素を表す。）で示される組成を有しており、例えば、化学式：ＲＥＡｌ１１Ｏ１８等で表される結晶相である。よって、前記アルミナ基焼結体が、ＲＥ成分として、Ｌａ成分、Ｎｄ成分、Ｐｒ成分及びＹ成分からなる群より選択される少なくとも１種の成分を含有すると、融点の高いヘキサアルミネート結晶が形成されているので、前記アルミナ基焼結体で形成された絶縁体２は耐電圧特性及び高温強度を発揮する。前記ヘキサアルミネート結晶は、アルミナ基焼結体中に存在すればよく、その存在箇所は特に限定されないが、アルミナ基焼結体の内部にまで存在するのが好ましく、アルミナ結晶粒の二粒子粒界及び／又は三重点に存在するのが特に好ましい。
前記ヘキサアルミネート結晶の存在は、例えば、ＪＣＰＤＳカードを用いて、Ｘ線回折で同定することができる。なお、Ｐｒ成分及びＮｄ成分に関しては、ＪＣＰＤＳカードが存在しないので、Ｘ線回折による同定は直接的には不可能である。しかし、Ｐｒ３＋及びＮｄ３＋のイオン半径がＬａ３＋のイオン半径とほぼ同等であるので、Ｐｒ成分又はＮｄ成分が含まれるヘキサアルミネート結晶は、Ｌａ成分を含むヘキサアルミネート結晶のＪＣＰＤＳカード（Ｎｏ．３３－６９９）と類似したＸ線回折スペクトルを示す。したがって、Ｌａ成分を含むヘキサアルミネート結晶のＪＣＰＤＳカードと対比して、Ｐｒ成分又はＮｄ成分を含むヘキサアルミネート結晶の存在を確認することができる。前記ヘキサアルミネート結晶は焼成過程において析出生成させると、焼成時の粒子が異方成長し難いので好ましい。
ＲＥ成分は、その含有率が高くなるとアルミナ基焼結体の誘電率εが高くなる傾向がある反面、焼結温度を高くしないと緻密なアルミナ基焼結体にならないことがある。したがって、アルミナ基焼結体におけるＲＥ成分の含有率は、ヘキサアルミネート結晶の形成とアルミナ基焼結体の誘電率εとその焼結性とを考慮して適宜に調整される。例えば、ＲＥ成分の含有率は、前記合計含有率を１００質量％としたときに、０．５～４．０質量％であるのが好ましい。なお、この発明において、アルミナ基焼結体におけるＲＥ成分の含有率は、各成分の酸化物に換算したときの酸化物換算質量％とする。具体的には、ＲＥ成分がＬａ成分、Ｎｄ成分及びＹ成分である場合にはこれらの酸化物である「ＲＥ２Ｏ３」に換算したときの酸化物換算質量％とし、Ｐｒ成分である場合にはこの酸化物である「Ｐｒ６Ｏ１１」に換算したときの酸化物換算質量％とする。前記アルミナ基焼結体が複数種のＲＥ成分を含有するとき、ＲＥ成分の含有量は各ＲＥ成分の含有量の合計である。
この発明において、アルミナ基焼結体が含有するＡｌ成分、Ｓｉ成分、第２族元素成分及びＲＥ成分の各含有率は、例えば、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、エネルギー分散型マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ／ＥＤＳ）を用いた定量分析、蛍光Ｘ線分析又は化学分析により酸化物換算質量％として測定することができる。なお、この発明において、アルミナ基焼結体を前記定量分析、蛍光Ｘ線分析又は化学分析することにより算出した結果とアルミナ基焼結体の製造に用いる原料粉末の混合比とはほぼ一致する。
したがって、前記アルミナ基焼結体は、例えば、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて定量分析すると、主成分としてのＡｌ２Ｏ３と、ＳｉＯ２と、ＭｇＯ及びＢａＯを含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の酸化物と、０．５～４．０質量％の希土類元素の酸化物とを、これらの含有率の合計が１００質量％となるように、含有している。
アルミナ基焼結体は、Ａｌ成分、Ｓｉ成分、第２族元素成分及びＲＥ成分から実質的になる。ここで、「実質的に」とは、前記成分以外の成分を添加等により積極的に含有させないことを意味する。したがって、前記アルミナ基焼結体は、この発明の目的を損なわない範囲で不可避不純物を含有していてもよい。このような不可避不純物としては、例えば、Ｎａ、Ｓ、Ｎ等が挙げられる。これらの不可避不純物の含有量は少ない方がよく、例えば、Ａｌ成分、Ｓｉ成分、第２族元素成分及びＲＥ成分の合計質量を１００質量部としたときに１．０質量部以下であるのがよい。さらに、前記アルミナ基焼結体は、前記不可避不純物の他に、前記Ａｌ成分、Ｓｉ成分、第２族元素成分及びＲＥ成分に加えて、他の成分、例えば、Ｂ成分、Ｔｉ成分、Ｍｎ成分、Ｎｉ成分等を少量含有していてもよい。
スパークプラグ１００において、絶縁体２はアルミナ基焼結体で形成されているから、絶縁体２及びアルミナ基焼結体は同様の前記組成及び前記特性を有している。したがって、この発明によれば、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備えるスパークプラグを提供することができる。さらに、この発明によれば、高出力化された内燃機関等に装着されても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグを提供することができる。
この発明に係るスパークプラグの製造方法は、主成分としてのＡｌ化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の化合物粉末（以下、第２族元素化合物粉末と称することがある。）と、０．５～４．０質量％の希土類化合物粉末とをこれらの酸化物換算含有率の合計が１００質量％となるように含有する原料粉末を、加圧成形後に焼結して、絶縁体を製造する工程を含んでいる。以下、この発明に係るスパークプラグの製造方法について具体的に説明する。
この発明に係るスパークプラグの製造方法においては、まず、原料粉末、すなわち、Ａｌ化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を含む２種類以上の第２族元素化合物粉末と、希土類化合物粉末とをスラリー中で混合する。また場合によっては、前記Ａｌ成分と同じ物質、前記Ｓｉ成分と同じ物質、前記第２族元素成分と同じ物質、前記ＲＥ成分と同じ物質の各粉末（なお、これらの粉末も原料粉末と称することができる。）をスラリー中で混合する。ここで、各粉末の混合割合は例えば前記各成分の含有率と同一に設定することができる。この混合は、原料粉末の混合状態を均一にし、かつ得られる焼結体を高度に緻密化することができるように、８時間以上にわたって混合されるのが好ましい。
Ａｌ化合物粉末は、焼成によりＡｌ成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、通常、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末が用いられる。Ａｌ化合物粉末は、現実的に不可避不純物、例えばＮａ等を含有していることがあるので、高純度のものを用いるのが好ましく、例えば、Ａｌ化合物粉末おける純度は９９．５％以上であるのが好ましい。Ａｌ化合物粉末は、緻密なアルミナ基焼結体を得るには、通常、その平均粒径が０．１～５．０μｍの粉末を使用するのがよい。ここで、平均粒径は日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布測定装置（ＭＴ－３０００）によりレーザー回折法で測定した値である。
Ｓｉ化合物粉末は、焼成によりＳｉ成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、例えば、Ｓｉの酸化物（複合酸化物を含む。）、水酸化物、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩等、リン酸塩等の各種無機系粉末を挙げることができる。具体的にはＳｉＯ２粉末等を挙げることができる。なお、Ｓｉ化合物粉末として酸化物以外の粉末を使用する場合には、その使用量は酸化物に換算したときの酸化物換算質量％で把握する。Ｓｉ化合物粉末の純度はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。Ｓｉ化合物粉末の平均粒径Ｄ５０が０．５～３．０μｍであるのが好ましい。Ｓｉ化合物粉末が前記範囲の平均粒径Ｄ５０を有していると、Ｓｉ化合物粉末の粉砕時間を比較的短くでき生産性に優れるうえ、特に円相当直径が２０μｍ以上の気孔の発生を防止できる。具体的には、前記平均粒径Ｄ５０を大きくすると円相当直径が２０μｍ以上の気孔が発生しやすく前記面積割合（Ｓ２０／Ｓ）が大きくなる傾向にある。前記平均粒径Ｄ５０は粒度分布にける積算
値５０％の粒度をいい、日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布測定装置（ＭＴ－３０００）によりレーザー回折法で測定した値である。
値５０％の粒度をいい、日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布測定装置（ＭＴ－３０００）によりレーザー回折法で測定した値である。
前記第２族元素化合物粉末は、焼成により第２族元素成分、すなわち、Ｍｇ成分及びＢａ成分を含む２種類以上の第２族元素成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、例えば、アルカリ土類元素の酸化物（複合酸化物を含む。）、水酸化物、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、硝酸塩等、リン酸塩等の各種無機系粉末を挙げることができる。第２族元素化合物粉末は、Ｍｇ化合物粉末と、Ｂａ化合物粉末と、Ｃａ化合物粉末及び／又はＳｒ化合物粉末とであるのが好ましい。具体的には、Ｍｇ化合物粉末としてＭｇＯ粉末、ＭｇＣＯ３粉末、Ｂａ化合物粉末としてＢａＯ粉末、ＢａＣＯ３粉末、Ｃａ化合物粉末としてＣａＯ粉末、ＣａＣＯ３粉末、Ｓｒ化合物粉末としてＳｒＯ粉末、ＳｒＣＯ３粉末等が挙げられる。なお、第２族元素化合物粉末として酸化物以外の粉末を使用する場合には、その使用量は酸化物に換算したときの酸化物換算質量％で把握する。第２族元素化合物粉末の純度はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。第２族元素化合物粉末の平均粒径Ｄ５０はＳｉ化合物粉末と同様の理由により０．５～３．０μｍであるのが好ましい。
希土類元素化合物粉末は、焼成によりＲＥ成分に転化する化合物であれば特に制限はなく、例えば、希土類元素の酸化物及びその複合酸化物等の粉末を挙げることができる。原料粉末における希土類元素化合物粉末の混合割合を調整すると、得られるアルミナ基焼結体の誘電率εを調整することができる。具体的には、希土類元素化合物粉末の混合割合を多くすると前記誘電率εは大きくなる傾向がある。なお、希土類元素化合物粉末として酸化物以外の粉末を使用する場合には、その使用量は酸化物に換算したときの酸化物換算質量％で把握する。希土類元素化合物粉末の純度及び平均粒径はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。
前記原料粉末は、前記原料粉末における前記希土類化合物粉末の酸化物換算含有率が０．５～４．０質量％となるように、前記各粉末が混合されている。この発明に係るスパークプラグの製造方法において、Ａｌ化合物粉末、Ｓｉ化合物粉末、第２族元素化合物粉末及び希土類化合物粉末等の各酸化物換算含有率は基本的には前記アルミナ基焼結体における各含有率と同様である。
なお、前記原料粉末にバインダーとして、例えば親水性結合剤を配合することもできる。この親水性結合剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、水溶性アクリル樹脂、アラビアゴム、デキストリン等を挙げることができる。また、原料粉末を分散させる溶媒としては、例えば、水、アルコール等を用いることができる。これらの親水性結合剤及び溶媒は１種単独でも２種以上を併用することもできる。親水性結合剤及び溶媒の使用割合は、原料粉末を１００質量部としたときに、親水性結合剤は０．１～５．０質量部、好ましくは０．５～３．０質量部であり、溶媒として使用するときの水は４０～１２０質量部、好ましくは５０～１００質量部である。
このようにして得られたスラリーは、例えば、平均粒径１．４～５μｍに調製することができる。次いで、このようにして得られたスラリーをスプレードライ法等により噴霧乾燥して平均粒径５０～２００μｍ、好ましくは７０～１５０μｍに造粒する。前記平均粒径はいずれもレーザー回折法（日機装株式会社製、マイクロトラック粒度分布測定装置（ＭＴ－３０００））により測定した値である。
この造粒物を加圧成形して好ましくは前記絶縁体２の形状及び寸法を有する未焼成成形体を得る。この加圧成形は５０～７０ＭＰａの加圧下で行われる。前記圧力が前記範囲内にあると、得られるアルミナ基焼結体における前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）を２．０～４．０％に調整することができる。具体的には、加圧圧力を小さくすると前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）が大きくなり、逆に加圧圧力を大きくすると前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）が小さくなる。得られた未焼成成形体は研削されて自身の形状が整えられる。この未焼成成形体は比較的大きな平均粒径を有する造粒物で形成されているから加工性に優れ、工業的に安価な前記方法によって、所望の形状に容易にかつ高い生産性で整形されることができる。
このようにして所望の形状に研削整形された未焼成成形体を大気雰囲気で１５００～１７００℃、好ましくは１５５０～１６５０℃で、１～８時間、好ましくは３～７時間にわたって焼成して、アルミナ基焼結体を得る。焼成温度が１５００～１７００℃であると、焼結体が十分に緻密化し易く、アルミナ成分の異常粒成長が生じ難いので、得られるアルミナ基焼結体の耐電圧特性及び機械的強度を確保することができる。また、焼成時間が１～８時間であると、焼結体が十分に緻密化し易く、アルミナ成分の異常粒成長が生じ難いので、得られるアルミナ基焼結体の耐電圧特性及び機械的強度を確保することができる。
このようにして前記組成を有する未焼成成形体を焼結すると、主成分としてのＡｌ成分とＳｉ成分とＭｇ成分及びＢａ成分を含む２種類以上の第２族元素成分と０．５～４．０質量％の希土類元素成分とを含有するアルミナ基焼結体が得られる。このアルミナ基焼結体はその誘電率εが９．４～１０．５（Ｆ／ｍ）の範囲内にある。さらに、得られるアルミナ基焼結体は、その鏡面研磨面における２５０μｍ×１９０μｍの領域を倍率５００倍で複数箇所例えば９個所観察したときに、観察領域の面積Ｓに対する、観察領域内に存在する気孔の合計面積ＳＡの面積割合（ＳＡ／Ｓ）が２．０～４．０％であり、観察領域内に存在する円相当直径が２０μｍ以上の気孔の合計面積Ｓ２０の面積割合（Ｓ２０／Ｓ）が０．３％以下になっている。したがって、このアルミナ基焼結体は、小型のスパークプラグの絶縁体とされたときに高い耐汚損性と長期にわたる高い耐電圧特性とを発揮する。故に、このアルミナ基焼結体は、小型のスパークプラグ又は高出力化された内燃機関用のスパークプラグが備える絶縁体を形成する材料として、特に、高い耐汚損性と長期にわたる高い耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグが備える絶縁体を形成する材料として、好適である。
このアルミナ基焼結体は、絶縁体２の形状及び寸法に適合するように、所望により、再度、その形状等を整形されてもよい。このようにして、アルミナ基焼結体及びこのアルミナ基焼結体で構成されたスパークプラグ１００用の絶縁体２を作製することができる。
次いで、得られた絶縁体２はその貫通孔６に中心電極３が挿設される。中心電極３が挿設された絶縁体２を前記主体金具１に挿入して、第１主体金具段部５５と第１絶縁体段部２７とを係合させることによって、主体金具１に絶縁体２を取り付ける。なお、主体金具１は前記形状及び寸法に調整されている。接地電極４は絶縁体２を取り付ける前又は後に主体金具１の端部近傍に電気抵抗溶接等によって接合される。このようにして、前記条件（１）～（３）を満たすスパークプラグ１００を製造することができる。この発明に係るスパークプラグの製造方法において、中心電極と、絶縁体と、主体金具との組み付ける態様としては、例えば図１～図３に示すところの、この発明に係るスパークプラグの一実施例を挙げることができる。
この発明に係るスパークプラグは、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の点火栓として使用され、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に前記取付ネジ部７が螺合されて所定の位置に固定される。
このように、前記組成及び前記特性を有するアルミナ基焼結体で絶縁体２が作製されているから、この発明によれば、小型であっても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備えるスパークプラグを製造することのできるスパークプラグの製造方法を提供することができる。さらに、この発明によれば、高出力化された内燃機関等に装着されても耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグの製造方法を提供することができる。
この発明に係るスパークプラグは、前記した実施例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、前記スパークプラグ１００は、脚長部３０が略円錐台形をなしているが、この発明において、前記脚長部は、略均一な外径を有する円筒形を有する脚長基部と、この脚長基部から段差部を経て脚長基部よりも小径の略円錐台形の脚長先端部とを備えていてもよい。
また、前記スパークプラグ１００は、中心電極３及び接地電極４を備えているが、この発明においては、中心電極の先端部、及び／又は、接地電極の表面に、貴金属チップを備えていてもよい。中心電極の先端部及び接地電極の表面に形成される貴金属チップは、通常、円柱形状を有し、適宜の寸法に調整され、適宜の溶接手法例えばレーザー溶接又は電気抵抗溶接により中心電極の先端部、接地電極の表面に溶融固着される。中心電極の先端部に形成された貴金属チップの表面と接地電極の表面に形成された貴金属チップの表面とで前記火花放電間隙が形成される。この貴金属チップを形成する材料は、例えば、Ｐｔ、Ｐｔ合金、Ｉｒ、Ｉｒ合金等の貴金属が挙げられる。
（実施例１～１５及び比較例１～５） アルミナ粉末とＳｉ化合物粉末と第２族元素化合物粉末としてＭｇ化合物粉末、Ｂａ化合物粉末、Ｃａ化合物粉末及び／又はＳｒ化合物粉末と希土類化合物粉末との原料粉末（混合した各粉末の種類を第１表に示す。）に親水性結合剤を添加してスラリーを調製した。なお、前記Ｓｉ化合物粉末及び前記第２族元素化合物粉末の平均粒径Ｄ５０を「焼結助剤の平均粒径Ｄ（μｍ）」５０として第１表に示す。
得られたスラリーをスプレードライ法等により噴霧乾燥して平均粒径が約１００μｍの粉末を造粒した。この粉末を第１表に示す「成形圧力」でラバープレス成形して未焼成成形体を得た。この未焼成成形体を大気雰囲気下において焼成温度１５００～１７００℃の範囲内で焼成時間を１～８時間に設定して焼成し、その後、釉薬をかけて仕上げ焼成することにより、各アルミナ基焼結体を得た。前記焼成条件は前記範囲内ですべて同一の条件に設定した。
得られたアルミナ基焼結体それぞれの組成すなわち各成分の含有率を、エネルギー分散型マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ／ＥＤＳ）を用いた定量分析によって、Ａｌ成分とＳｉ成分と第２族元素成分と希土類元素成分との含有率（酸化物換算）の合計を１００質量％としたときの質量割合（％）として算出した。エネルギー分散型マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ／ＥＤＳ）の分析条件は、フィールドエミッション電子プローブマイクロアナライザ（ＪＸＡ－８５００Ｆ、日本電子株式会社製）を用いてスポット径φ２００、加速電圧２０ｋＶに設定し、１０個所測定したときの算出平均値とした。その結果を第１表に示す。第１表において空欄はその成分が検出されなかったことを意味する。なお、第１表に示される各成分の含有率は前記原料粉末における混合割合とほぼ一致していた。また、得られたアルミナ基焼結体それぞれの誘電率ε（Ｆ／ｍ）、面積割合（ＳＡ／Ｓ）及び面積割合（Ｓ２０／Ｓ）を前記方法により測定又は算出した結果を、第２表に示す。
（耐汚損性） 各アルミナ基焼結体を用いて、図１～図３に示されるスパークプラグ
１００を製造した。実施例１～１５及び比較例１～５のスパークプラグにおいて、取付ネジ部７の呼び径を第１表に示される「プラグタイプ」に適合する値に、火花放電間隙ｇを１．１ｍｍに、また、前記係合凸部５６の内径ＤＩＮ（ｍｍ）、前記脚長基部の最大外径ｄＯＵＴ（ｍｍ）及びその内径ｄＩＮ（ｍｍ）を第１表に示す値にそれぞれ調整した。このようにして準備した各スパークプラグを用いてプレデリバリ耐久試験を行った。すなわち、各スパークプラグを、接地電極４側を正、中心電極２側を負とする電圧印加極性で試験用自動車（排気量：１５００ｃｃ、直列４気筒）に取り付け、ＪＩＳ：Ｄ１６０６に例示されている走行パターン（テスト室温：－１０℃）を１サイクルとして、スパークプラグの絶縁抵抗が１０ＭΩ以下に低下するまでこれを繰り返した。スパークプラグの耐汚損性は、前記サイクル数により評価し、そのサイクル数が１０サイクル以上であった場合を「○」、６サイクル以下であった場合を「×」とした。その結果を第２表に示す。
１００を製造した。実施例１～１５及び比較例１～５のスパークプラグにおいて、取付ネジ部７の呼び径を第１表に示される「プラグタイプ」に適合する値に、火花放電間隙ｇを１．１ｍｍに、また、前記係合凸部５６の内径ＤＩＮ（ｍｍ）、前記脚長基部の最大外径ｄＯＵＴ（ｍｍ）及びその内径ｄＩＮ（ｍｍ）を第１表に示す値にそれぞれ調整した。このようにして準備した各スパークプラグを用いてプレデリバリ耐久試験を行った。すなわち、各スパークプラグを、接地電極４側を正、中心電極２側を負とする電圧印加極性で試験用自動車（排気量：１５００ｃｃ、直列４気筒）に取り付け、ＪＩＳ：Ｄ１６０６に例示されている走行パターン（テスト室温：－１０℃）を１サイクルとして、スパークプラグの絶縁抵抗が１０ＭΩ以下に低下するまでこれを繰り返した。スパークプラグの耐汚損性は、前記サイクル数により評価し、そのサイクル数が１０サイクル以上であった場合を「○」、６サイクル以下であった場合を「×」とした。その結果を第２表に示す。
（耐電圧特性：印加電圧３３ｋＶ） 耐汚損性と同様にして実施例１～１５及び比較例１～５の各スパークプラグをそれぞれ複数本準備した。周辺圧力が１０ＭＰａの環境下で準備したスパークプラグの主体金具１と中心電極３との間に３３ｋＶの電圧を２００時間にわたって連続して印加した。この試験を各スパークプラグそれぞれについて行い、各スパークプラグの試験総数に対する絶縁破壊が発生したスパークプラグ数の破壊割合（％）を算出して、スパークプラグの耐電圧特性を評価した。耐電圧特性は、前記破壊割合（％）が０％であった場合を「◎」、前記破壊割合（％）が０％を超え２０％未満であった場合を「○」、前記破壊割合（％）が２０％以上であった場合を「×」とした。その結果を「耐電圧特性 印加電圧３３ｋＶ」として第２表に示す。なお、主体金具１と中心電極３とに３３ｋＶの電圧を印加した耐電圧特性において、前記破壊割合（％）が２０％未満であれば実用上許容でき、前記破壊割合（％）が０％であれば実用上十分な耐電圧特性を長期にわたって発揮する。
（耐電圧特性：印加電圧３８ｋＶ） 主体金具１と中心電極３との間に連続して印加する電圧を３８ｋＶに設定したこと以外は、前記耐電圧特性１と基本的に同様にして、各スパークプラグにおける高電圧が印加されたときの耐電圧特性を評価した。その結果を「耐電圧特性 印加電圧３８ｋＶ」として第２表に示す。なお、主体金具１と中心電極３とに３８ｋＶの高電圧を印加した耐電圧特性において、前記破壊割合（％）が２０％未満であれば実用上許容でき、前記破壊割合（％）が０％であれば実用上十分な耐電圧特性を長期にわたって発揮する。
なお、各スパークプラグの絶縁体における誘電率ε（Ｆ／ｍ）、前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）及び前記面積割合（Ｓ２０／Ｓ）は第２表に示されたアルミナ基焼結体のそれらと同一であった。
第２表に示されるように、前記条件（１）～（３）をすべて満足する実施例１～１５は、取付ネジ部７の呼び径がＭ１２となるように小型化されたスパークプラグであるにもかかわらず、３３ｋＶの電圧を２００時間の長期にわたって連続印加された場合だけでなく、３８ｋＶもの高電圧を２００時間の長期にわたって連続印加された場合であっても、耐汚損性を損なうことなく、絶縁破壊が発生しにくく高い耐電圧特性を発揮した。同様に、アルミナ基焼結体が主成分としてのＡｌ２Ｏ３とＳｉＯ２とＭｇＯ及びＢａＯを含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の酸化物と０．５～４．０質量％の希土類元素の酸化物とを、これらの含有率の合計が１００質量％となるように、含有していると、小型化されたスパークプラグであっても耐汚損性を損なうことなく高い耐電圧特性を発揮した。
さらに、誘電率εが９．４～１０．５で、前記面積割合（ＳＡ／Ｓ）が２．０～４．０％、かつ前記面積割合（Ｓ２０／Ｓ）が０．３％以下である実施例、及び、原料粉末の平均粒径Ｄ５０が０．５～３．０μｍで成形圧力が５０～７０ＭＰａでアルミナ基焼結体を製造した実施例はいずれも長期間にわたって優れた耐電圧特性を発揮した。特に、これらをすべて満たす実施例５、７～９はいずれも、３３ｋＶの電圧、及び、３８ｋＶもの高電圧が２００時間の長期にわたって連続印加されても１本も絶縁破壊が発生せず、長期間にわたって極めて優れた耐電圧特性を発揮した。
一方、比較例１及び２は、条件（２）を満足せず脚長基部が２．１ｍｍ以上と非常に厚いから、耐電圧特性に優れる反面、十分に小型化することができない。比較例３～５は、条件（２）を満足しているが条件（３）を満たしていないから、絶縁破壊しやすく、３８ｋＶの高電圧が印加されたときの耐電圧特性は実用上の許容範囲まで到達しなかった。なお、比較例１及び３は、条件（１）を満たさず、基部間隙Ｓが広いから耐汚損性に劣っていた。
この発明に係るスパークプラグは、如何なる内燃機関にも使用することができるが、薄肉化された絶縁体が要求される小型のスパークプラグ、例えば、高出力化された内燃機関等に用いられるスパークプラグとして好適であり、特に、耐汚損性と長期にわたる耐電圧特性とを兼ね備える小型のスパークプラグが要求される内燃機関に用いられるスパークプラグとして好適である。
１００ スパークプラグ１ 主体金具２ 絶縁体３ 中心電極４ 接地電極６ 貫通孔７ 取付ネジ部２９ 脚長基部３０ 脚長部（絶縁体縮径部）５６ 係合凸部（主体金具基部）ｇ 火花放電間隙Ｓ 基部間隙
Claims (5)
- 先端側に小径の脚長部を有する略筒状に形成され、軸線方向に貫通する貫通孔を有する絶縁体と、前記貫通孔の前記先端側に挿設された中心電極と、径方向内側に突出する係合凸部を有する略筒状に形成され、内挿された前記絶縁体を前記係合凸部で保持する主体金具とを備えて成るスパークプラグであって、 前記係合凸部の内径をＤＩＮ（ｍｍ）、前記脚長部のうち前記係合凸部の内周面に対面している部分の最大外径をｄＯＵＴ（ｍｍ）及びその内径をｄＩＮ（ｍｍ）、並びに、前記絶縁体の誘電率をε（Ｆ／ｍ）としたときに、下記条件（１）～（３）を満足することを特徴とするスパークプラグ。 条件（１）：（ＤＩＮ－ｄＯＵＴ）／２≦０．４０（ｍｍ） 条件（２）：（ｄＯＵＴ－ｄＩＮ）／２≦１．６５（ｍｍ） 条件（３）：ε≧９．４（Ｆ／ｍ）
- 前記誘電率εは１０．５（Ｆ／ｍ）以下であり、かつ、 前記絶縁体は、その鏡面研磨面における２５０μｍ×１９０μｍの領域を倍率５００倍で観察したときに、観察領域の面積Ｓに対する、前記観察領域内に存在する気孔の合計面積ＳＡの面積割合（ＳＡ／Ｓ）が２．０～４．０％であり、前記観察領域内に存在する円相当直径が２０μｍ以上の気孔の合計面積Ｓ２０の面積割合（Ｓ２０／Ｓ）が０．３％以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
- 前記絶縁体は、主成分としてのＡｌ２Ｏ３と、ＳｉＯ２と、ＭｇＯ及びＢａＯを含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の酸化物と、０．５～４．０質量％の希土類元素の酸化物とを、これらの含有率の合計が１００質量％となるように、含有するアルミナ基焼結体で形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
- 請求項１～３のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法であって、 主成分としてのＡｌ化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を含む２種類以上の、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素化合物粉末と、０．５～４．０質量％の希土類化合物粉末とをこれらの酸化物換算含有率の合計が１００質量％となるように含有する原料粉末を、加圧成形後に焼結して、前記絶縁体を製造する工程を含むことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
- 前記Ｓｉ化合物粉末及び前記第２族元素化合物粉末はそれらの平均粒径Ｄ５０が０．５～３．０μｍであり、前記加圧成形は５０～７０ＭＰａの加圧下で行われることを特徴とする請求項４に記載のスパークプラグの製造方法。
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| JP6340453B2 (ja) * | 2016-06-27 | 2018-06-06 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| JP6546624B2 (ja) * | 2017-06-27 | 2019-07-17 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| JP6623200B2 (ja) * | 2017-10-13 | 2019-12-18 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| US11870221B2 (en) | 2021-09-30 | 2024-01-09 | Federal-Mogul Ignition Llc | Spark plug and methods of manufacturing same |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11233234A (ja) * | 1998-02-12 | 1999-08-27 | Denso Corp | イオン電流検出用スパークプラグおよびイオン電流検出装置 |
| JP2000247729A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-09-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | アルミナ基焼結体 |
| JP2001335360A (ja) * | 2000-05-24 | 2001-12-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ用絶縁体及びスパークプラグ |
| JP2002260817A (ja) | 2000-12-27 | 2002-09-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| JP2005183177A (ja) | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| JP2006196474A (ja) * | 2000-06-30 | 2006-07-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| JP2009146636A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Denso Corp | 点火装置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3432102B2 (ja) * | 1996-02-15 | 2003-08-04 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| BR0103399A (pt) | 2000-06-30 | 2002-02-13 | Ngk Spark Plug Co | Vela de ignição |
| US6653768B2 (en) * | 2000-12-27 | 2003-11-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug |
| JP3795374B2 (ja) * | 2001-10-31 | 2006-07-12 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
| JP4690230B2 (ja) * | 2006-03-16 | 2011-06-01 | 日本特殊陶業株式会社 | 内燃機関用スパークプラグ及びその製造方法 |
| CN101479900A (zh) | 2006-05-12 | 2009-07-08 | 能量脉冲科技有限公司 | 复合火花塞 |
| US8629605B2 (en) * | 2009-05-07 | 2014-01-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug having shaped insulator |
| WO2011125306A1 (ja) * | 2010-04-02 | 2011-10-13 | 日本特殊陶業株式会社 | スパークプラグ |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11233234A (ja) * | 1998-02-12 | 1999-08-27 | Denso Corp | イオン電流検出用スパークプラグおよびイオン電流検出装置 |
| JP2000247729A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-09-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | アルミナ基焼結体 |
| JP2001335360A (ja) * | 2000-05-24 | 2001-12-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ用絶縁体及びスパークプラグ |
| JP2006196474A (ja) * | 2000-06-30 | 2006-07-27 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| JP2002260817A (ja) | 2000-12-27 | 2002-09-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| JP2005183177A (ja) | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | スパークプラグ |
| JP2009146636A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Denso Corp | 点火装置 |
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