JP2001002465A - Insulator for spark plug, its production and spark plug provided with the insulator - Google Patents
Insulator for spark plug, its production and spark plug provided with the insulatorInfo
- Publication number
- JP2001002465A JP2001002465A JP11166044A JP16604499A JP2001002465A JP 2001002465 A JP2001002465 A JP 2001002465A JP 11166044 A JP11166044 A JP 11166044A JP 16604499 A JP16604499 A JP 16604499A JP 2001002465 A JP2001002465 A JP 2001002465A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulator
- spark plug
- alumina
- component
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012212 insulator Substances 0.000 title claims abstract description 121
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 91
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 87
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 29
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 24
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 23
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 20
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- -1 Ca O Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940043430 calcium compound Drugs 0.000 claims 1
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 14
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 3
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 17
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 16
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 11
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002585 base Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BYFGZMCJNACEKR-UHFFFAOYSA-N aluminium(i) oxide Chemical compound [Al]O[Al] BYFGZMCJNACEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000005394 sealing glass Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Insulators (AREA)
- Insulating Bodies (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Spark Plugs (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の点火に
使用されるスパークプラグと、それに使用される絶縁体
及びその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spark plug used for igniting an internal combustion engine, an insulator used for the same, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】自動車エンジン等の内燃機関に使用され
るスパークプラグのスパークプラグ用絶縁体(以下、単
に「絶縁体」ともいう)として、従来より、アルミナ
(Al2O3)系の絶縁材料からなるアルミナ基焼結体
が実用に供されている。その理由としては、アルミナが
耐熱性及び機械的特性、さらには耐電圧特性に優れてい
ることが挙げられる。特に、スパークプラグ用絶縁体
は、内燃機関の燃焼室内にて生じる火花放電による高温
の燃焼ガスから、約500〜700℃近傍といった熱間
に晒されるために、室温から前記高温にわたる範囲にお
いて耐電圧特性に優れることが重要となる。ここで、こ
のような絶縁体としては、従来より、例えばSiO2−
CaO−MgOからなる三成分系を焼結助剤として用い
たアルミナ基焼結体が使用されている。2. Description of the Related Art Alumina (Al 2 O 3 ) based insulating material has been conventionally used as an insulator for a spark plug (hereinafter simply referred to as “insulator”) of a spark plug used in an internal combustion engine such as an automobile engine. Alumina-based sintered bodies made of The reason is that alumina is excellent in heat resistance, mechanical properties, and withstand voltage properties. In particular, the insulator for a spark plug is exposed to heat of about 500 to 700 ° C. from a high-temperature combustion gas due to spark discharge generated in a combustion chamber of an internal combustion engine. It is important to have excellent characteristics. Here, as such an insulator, conventionally, for example, SiO 2 −
An alumina-based sintered body using a ternary system of CaO-MgO as a sintering aid is used.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ナ粉末に上述の三成分系の焼結助剤を配合した原料粉末
を用いて絶縁体を形成した場合には、この三成分系の焼
結助剤が、焼結後のアルミナ結晶粒界に低融点ガラス相
として存在してしまう。その結果、700℃近傍といっ
た高温下において、その低融点ガラス相が溶融し易いた
めに、絶縁体の機械的強度が損なわれるばかりか、スパ
ークプラグを火花放電させるべく高電圧印加時に、絶縁
体の絶縁破壊(火花貫通)が起こり易く、耐電圧特性に
優れるものとは言い難い。However, when an insulator is formed by using a raw material powder obtained by mixing the above-mentioned three-component sintering aid with alumina powder, the three-component sintering aid is used. However, they exist as a low-melting glass phase at the alumina crystal grain boundaries after sintering. As a result, at a high temperature such as around 700 ° C., the low melting point glass phase is easily melted, so that not only the mechanical strength of the insulator is impaired, but also when the high voltage is applied to spark-discharge the spark plug. Dielectric breakdown (spark penetration) easily occurs, and it is hard to say that the dielectric strength is excellent.
【0004】また、アルミナ結晶粒界における低融点ガ
ラス相を減少させるべく、上述の焼結助剤の添加量を単
に低減して絶縁体を形成することも考えられるが、焼結
助剤の不足により、絶縁体の緻密化が進行しなかった
り、あるいは一見緻密化が進行していてもアルミナ結晶
粒界に多数の気孔が残留してしまう。その結果、スパー
クプラグを火花放電させるべく高電圧印加時に、その気
孔(残留気孔)に電界が集中してしまい、絶縁体の絶縁
破壊(火花貫通)が起こり易く、上述と同様に耐電圧特
性に優れるものとは言い難い。In order to reduce the low-melting glass phase at the alumina crystal grain boundaries, it is conceivable to simply reduce the amount of the sintering additive to form an insulator. As a result, the densification of the insulator does not proceed, or many pores remain at the alumina crystal grain boundary even if the densification seems to be proceeding. As a result, when a high voltage is applied to cause spark discharge of the spark plug, an electric field concentrates on the pores (residual pores), and dielectric breakdown (spark penetration) of the insulator is likely to occur. It is hard to say that it is excellent.
【0005】そこで、絶縁体の耐電圧特性を向上させる
べく、例えば、特公昭63−1262号公報では、アル
ミナ基焼結体の焼結助剤として一般的に用いられ、焼結
後にアルミナ結晶粒界に低融点ガラス相として存在する
SiO2−CaO−MgOの三成分系の配合比を限定す
ることにより耐電圧特性の向上を図っている。また、絶
縁体の緻密化を目的として、特開昭62−100474
号公報では、アルミナ粉末と上述の三成分系の焼結助剤
からなる原料粉末を所定の粒径に造粒した原料組成物に
対して、その原料粉末の未造粒の原料組成物を配合して
焼結することにより、あるいは特開昭62−14386
6号公報では、粒径の異なる2種類のアルミナ粉末と上
述の三成分系の焼結助剤からなる原料粉末を焼結するこ
とにより、アルミナ基焼結体の存在する残留気孔を減少
させて、耐電圧特性の向上を図っている。Therefore, in order to improve the withstand voltage characteristics of the insulator, for example, Japanese Patent Publication No. 63-1262 discloses a method of generally using an alumina-based sintered body as a sintering aid. The withstand voltage characteristics are improved by limiting the blending ratio of the ternary system of SiO 2 —CaO—MgO present as a low-melting glass phase in the field. Further, for the purpose of densifying an insulator, Japanese Patent Application Laid-Open
In the publication, an ungranulated raw material composition of the raw material powder is blended with a raw material composition obtained by granulating a raw material powder composed of alumina powder and the above-mentioned ternary sintering aid to a predetermined particle size. And sintering, or as disclosed in JP-A-62-14386.
In Japanese Patent Publication No. 6 (1999), by sintering two kinds of alumina powders having different particle diameters and a raw material powder comprising the above-mentioned ternary sintering aid, the residual pores in the alumina-based sintered body are reduced. In addition, the withstand voltage characteristics are improved.
【0006】また、アルミナ結晶粒界に存在するガラス
相の耐熱性(融点)向上を目的として、例えば、特公平
7−17436号公報では、Y2O3、La2O3、及
びZrO2といった新規な焼結助剤を用いてアルミナ基
焼結体を形成することにより、残留気孔を減少させつ
つ、アルミナ結晶粒界に存在するガラス相の融点の向上
を図っている。さらに、特許第2564842号公報で
は、有機金属化合物及びアルミニウム化合物を主成分で
あるアルミナ粉末に添加して原料粉末を調製することに
より、均一なアルミナ結晶粒の三重点部分にY4Al2
O9結晶相を均一に分散させて、アルミナ基焼結体の耐
電圧特性の向上を図っている。For the purpose of improving the heat resistance (melting point) of the glass phase existing at the alumina crystal grain boundaries, for example, Japanese Patent Publication No. 7-17436 discloses Y 2 O 3 , La 2 O 3 , and ZrO 2. By forming an alumina-based sintered body using a novel sintering aid, the melting point of the glass phase existing at the alumina crystal grain boundaries is improved while reducing residual pores. Further, in Japanese Patent No. 2564842, an organic metal compound and an aluminum compound are added to alumina powder as a main component to prepare a raw material powder, so that Y 4 Al 2 is added to a triple point portion of uniform alumina crystal grains.
The O 9 crystal phase is uniformly dispersed to improve the withstand voltage characteristics of the alumina-based sintered body.
【0007】ところで、近年においては、内燃機関の高
出力化やエンジンの小型化に伴い、燃焼室内における吸
気及び排気バルブの占有面積が大型化してきており、ス
パークプラグは小型化される傾向にある。そのために、
スパークプラグを構成する絶縁体についてもその肉厚を
薄肉化することが要求され、より一層の耐電圧特性に優
れる絶縁体が要求されるようになってきている。しかし
ながら、このような要求の中にあっては、上述した各公
報技術のアルミナ基焼結体により絶縁体を構成したとし
ても、700℃近傍といった高温下において、十分なレ
ベルにまで耐電圧特性を満足しうるものとは言い難く、
そのために絶縁体の絶縁破壊が起こってしまうことがあ
る。In recent years, the area occupied by the intake and exhaust valves in the combustion chamber has increased with the increase in the output of the internal combustion engine and the miniaturization of the engine, and the spark plugs have tended to be miniaturized. . for that reason,
It is also required that the thickness of the insulator constituting the spark plug be reduced, and an insulator having even higher withstand voltage characteristics is required. However, in such a demand, even if the insulator is formed by the alumina-based sintered body of each of the above-mentioned publications, the withstand voltage characteristic can be increased to a sufficient level at a high temperature of around 700 ° C. It is hard to say that it is satisfactory,
Therefore, dielectric breakdown of the insulator may occur.
【0008】そこで、本発明は、絶縁体を構成するアル
ミナ基焼結体中のアルミナ結晶粒界に存在する残留気孔
や低融点ガラス相の影響による絶縁破壊の発生を抑制す
べく、室温から700℃近傍といった高温までの耐電圧
特性に一層優れかつ緻密化した絶縁体と、その絶縁体を
備えるスパークプラグとを提供することを目的とする。Accordingly, the present invention is intended to suppress the occurrence of dielectric breakdown due to the influence of residual pores and low-melting glass phase existing at the alumina crystal grain boundaries in the alumina-based sintered body constituting the insulator, and to reduce the temperature from room temperature to 700 ° C. It is an object of the present invention to provide a denser insulator that is more excellent in withstand voltage characteristics up to a high temperature such as around ° C. and a spark plug including the insulator.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段及び作用・効果】前記課題
を解決するための、本発明の請求項1に記載のスパーク
プラグ用絶縁体は、絶縁体を構成するアルミナ基焼結体
中に結晶相として少なくともムライト(Al6Si2O
13)結晶相を生成させることにより、700℃近傍と
いった高温下において優れた耐電圧特性を得ることがで
きる。即ち、本発明において注目すべき点は、スパーク
プラグ用絶縁体を構成するアルミナ基焼結体中に、19
00℃近傍といった非常に高い融点を有するムライト結
晶相を生成している点にある。なお、スパークプラグ用
絶縁体におけるムライト結晶相の存在箇所は特には限定
されるものではなく、スパークプラグ用絶縁体(アルミ
ナ基焼結体)の内部にまで存在することが好ましく、さ
らにはアルミナの二粒子粒界及び/又は三重点に存在す
ることがより好ましい。Means for Solving the Problems and Action / Effect To solve the above problems, the insulator for a spark plug according to the first aspect of the present invention comprises a crystal in an alumina-based sintered body constituting the insulator. At least mullite (Al 6 Si 2 O)
13 ) By generating a crystal phase, excellent withstand voltage characteristics can be obtained at high temperatures such as around 700 ° C. That is, a point to be noted in the present invention is that an alumina-based sintered body constituting an insulator for a spark plug contains 19
The point is that a mullite crystal phase having a very high melting point such as around 00 ° C. is generated. The location of the mullite crystal phase in the insulator for a spark plug is not particularly limited, and it is preferable that the mullite crystal phase exists even inside the insulator for a spark plug (alumina-based sintered body). More preferably, it exists at the grain boundary and / or triple point.
【0010】さらに、本発明によれば、絶縁体の相対密
度を95%以上としている。それにより、アルミナ結晶
粒界に存在する電界が集中し易い残留気孔が少ない、即
ち緻密化した絶縁体が構成されることから、耐電圧特性
に優れた絶縁体を提供することができる。なお、「相対
密度」とは、焼結体の理論密度に対する見掛け密度の比
率を百分率で表したものである。Further, according to the present invention, the relative density of the insulator is set to 95% or more. This makes it possible to provide an insulator having excellent withstand voltage characteristics because the insulator having a small number of residual pores in which the electric field existing in the alumina crystal grain boundaries tends to concentrate, that is, a dense insulator is formed. The “relative density” is a percentage of the apparent density to the theoretical density of the sintered body.
【0011】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載のアルミナ基焼結体に含まれるSi成分、Ca成
分、Mg成分をそれぞれ酸化物換算して、その三成分の
合計を100重量%とした場合に、その三成分(SiO
2,CaO,MgO)の組成比の好ましい範囲を三成分
組成図によって規定したものである。The invention described in claim 2 is the first invention.
When the Si component, the Ca component, and the Mg component contained in the alumina-based sintered body described in (1) are converted to oxides, and the total of the three components is 100% by weight, the three components (SiO 2
The preferred range of the composition ratio of ( 2 , CaO, MgO) is defined by a ternary composition diagram.
【0012】この組成比の範囲にあって、SiO2換算
量がこれより少ない場合には、ムライト結晶相がほとん
ど生成せず、700℃近傍といった高温下における耐電
圧特性は低いものとなる。逆に多い場合には、アルミナ
基焼結体自体の緻密化の進行が低下し易い傾向となる。
また、CaO及びMgO換算量がそれぞれ本発明の組成
比の範囲より多い場合には、SiO2換算量が減少して
しまうためにムライト結晶相がほとんど生成せず、70
0℃近傍といった高温下における耐電圧特性は低いもの
となる。一方、CaO換算量がこれより少ない場合に
は、結果として、700℃近傍といった高温下における
耐電圧特性は低いものとなる。この原因は明らかではな
いが、アルミナ結晶粒界に不可避的に低融点ガラス相が
残留するためであると考えられる。即ち、上記三成分の
組成比の範囲を図ることにより、アルミナ基焼結体中に
ムライト結晶相が生成され易く、かつ、緻密化したアル
ミナ基焼結体を構成することができる。When the amount of SiO 2 is less than the above range, the mullite crystal phase is hardly formed, and the withstand voltage characteristics at high temperatures such as around 700 ° C. are low. On the other hand, when the amount is large, the progress of densification of the alumina-based sintered body itself tends to decrease.
Further, when the CaO and MgO equivalent amount is larger than the range of the composition ratio of the present invention, respectively, hardly produce mullite crystalline phase in order to SiO 2 equivalent amount is decreased, 70
The withstand voltage characteristics at high temperatures such as around 0 ° C. are low. On the other hand, if the CaO conversion amount is smaller than this, the withstand voltage characteristics at high temperatures such as around 700 ° C. will be low. Although the cause is not clear, it is considered that the low melting point glass phase inevitably remains at the alumina crystal grain boundary. That is, by controlling the composition ratio of the above three components, a mullite crystal phase is easily generated in the alumina-based sintered body, and a dense alumina-based sintered body can be formed.
【0013】さらに、請求項3に記載の発明は、請求項
1または2に記載のアルミナ基焼結体に含まれるSi成
分、Ca成分、Mg成分をそれぞれ酸化物換算して、そ
の三成分の合計を100重量%とした場合に、その三成
分(SiO2,CaO,MgO)の好ましい組成範囲を
三成分組成図において規定したものである。この組成比
の範囲を図ることによって、アルミナ基焼結体中にムラ
イト結晶相がより効果的に生成され易く、かつ、緻密化
したアルミナ基焼結体を構成することができ、その結
果、絶縁体の耐電圧特性をさらに向上させることができ
る。[0013] Further, the invention according to claim 3 provides an alumina-based sintered body according to claim 1 or 2, wherein the Si component, the Ca component, and the Mg component are converted into oxides, respectively, and the three components are converted into oxides. When the total is 100% by weight, a preferable composition range of the three components (SiO 2 , CaO, MgO) is defined in the three-component composition diagram. By setting the range of the composition ratio, the mullite crystal phase is easily generated more effectively in the alumina-based sintered body, and a denser alumina-based sintered body can be formed. The withstand voltage characteristics of the body can be further improved.
【0014】請求項4に記載の発明は、請求項1ないし
3のいずれかに記載のアルミナ基焼結体の好ましい組織
を示したものである。ここで、スパークプラグ用絶縁体
にあっては、スパークプラグにおいて混合気を燃焼させ
るために火花放電がなされる際に中心電極に高電圧が印
加されるが、この時に絶縁体を構成するアルミナ基焼結
体中に粗大な気孔が存在していると、この気孔に電界が
局所的にかかり易く、高温下において絶縁破壊を起こし
易くなる。The invention according to claim 4 shows a preferable structure of the alumina-based sintered body according to any one of claims 1 to 3. Here, in the spark plug insulator, a high voltage is applied to the center electrode when spark discharge is performed to burn the air-fuel mixture in the spark plug. If coarse pores are present in the sintered body, an electric field is likely to be locally applied to the pores, and dielectric breakdown is likely to occur at high temperatures.
【0015】そこで、本発明のように、絶縁体中に存在
する気孔の長径を、断面組織において観察される寸法に
おいて10μm以下とすることにより、高温下での良好
な耐電圧特性を効果的に確保することができる。なお、
前記気孔の長径については、絶縁体の一部分の断面をと
り鏡面研磨した後、走査型電子顕微鏡にて倍率1000
倍の組織のSEM写真をとり、その写真をもって気孔を
観察すると共に寸法を算出し、その一部分の組織をもっ
てスパークプラグ用絶縁体を代表するものとする。ま
た、気孔の長径とは、図8に示すように、断面上で観察
される気孔の外形線に対し、その外形線と接しかつ気孔
内を横切らないように2本の平行線A、Bを、その気孔
との位置関係を変えながら各種引いたときの、前記平行
線A、B間の距離の最大寸法値dとして定義する。Therefore, as in the present invention, by setting the major axis of the pores present in the insulator to 10 μm or less in the dimension observed in the cross-sectional structure, good withstand voltage characteristics at high temperatures can be effectively improved. Can be secured. In addition,
Regarding the long diameter of the pores, a part of the insulator was sectioned, mirror-polished, and then subjected to a scanning electron microscope at a magnification of 1000.
A SEM photograph of the doubled structure is taken, pores are observed using the photograph, dimensions are calculated, and a part of the structure is assumed to represent the insulator for the spark plug. In addition, as shown in FIG. 8, the major axis of the pore refers to two parallel lines A and B that are in contact with the contour of the pore observed on the cross section and do not cross the pore. Is defined as the maximum dimension value d of the distance between the parallel lines A and B when various positions are drawn while changing the positional relationship with the pores.
【0016】ついで、請求項6に記載の発明は、請求項
1ないし4のいずれかに記載のスパークプラグ用絶縁体
の製造方法を示したものである。かかる製造方法によれ
ば、平均粒径が1μm以下といった粒度の小さいアルミ
ナ粉末に対して、平均粒径が1μm以下といった粒度の
小さいSi、Ca、Mg成分の各粉末を混合した原料粉
末により成形体を成形し、その成形体を請求項6に記載
の焼成条件により焼成することから、焼成中における各
粉末粒子相互の反応する(即ち、接触する)単位表面積
当りの割合が大きくなり、それにより粉末粒子相互の反
応が活性となる。その結果、スパークプラグ用絶縁体を
構成するアルミナ基焼結体中に、効果的にムライト結晶
相が生成されるのである。また、このように粉末粒子相
互の反応が活性となることから、粉末粒子間における空
孔が生じにくく焼成収縮を高めることが可能となり、相
対密度が95%以上といった緻密化したスパークプラグ
用絶縁体(アルミナ基焼結体)を構成することができる
のである。A sixth aspect of the present invention is directed to a method of manufacturing a spark plug insulator according to any one of the first to fourth aspects. According to such a production method, a compact is formed from a raw material powder obtained by mixing each powder of the Si, Ca, and Mg components having a small average particle size of 1 μm or less with respect to an alumina powder having a small average particle size of 1 μm or less. And baking the formed body under the baking conditions according to claim 6, the ratio of each of the powder particles reacting with each other (that is, contacting) per unit surface area during baking becomes large, whereby the powder The interaction between the particles becomes active. As a result, a mullite crystal phase is effectively generated in the alumina-based sintered body constituting the insulator for the spark plug. In addition, since the reaction between the powder particles becomes active, it is possible to suppress the occurrence of voids between the powder particles and to increase the firing shrinkage, and to provide a dense insulator for a spark plug having a relative density of 95% or more. (Alumina-based sintered body).
【0017】ところで、スパークプラグを構成する絶縁
体を形成するために使用されるアルミナ粉末は、バイヤ
ー(Bayer)法により製造されたものが一般的に使
用される。このバイヤー法では、アルミナ原鉱石である
ボーキサイトからアルミナ粉末を湿式抽出する方法であ
るが、抽出媒として比較的濃度の高い苛性ソーダ(Na
OH)水溶液が使用される。そのために、得られるアル
ミナ基焼結体には、アルカリ金属成分であるナトリウム
(Na)成分が不可避的に含有されることが多い。そし
て、このアルミナ基焼結体中に含有されるナトリウム成
分にあっては、高いイオン伝導性を示すために、その含
有量が過剰になると、特に500℃以上の高温下におけ
る耐電圧特性が低下したり、あるいは高温下における機
械的強度を損失するといった不具合を生ずるおそれがあ
る。The alumina powder used to form the insulator constituting the spark plug is generally manufactured by the Bayer method. In the Bayer method, alumina powder is wet-extracted from bauxite, which is a raw alumina ore, and a relatively high concentration of caustic soda (Na) is used as an extraction medium.
OH) aqueous solution is used. Therefore, the obtained alumina-based sintered body often inevitably contains a sodium (Na) component, which is an alkali metal component. The sodium component contained in the alumina-based sintered body has a high ionic conductivity, and when its content is excessive, the withstand voltage characteristics particularly at a high temperature of 500 ° C. or more are deteriorated. Or the mechanical strength may be lost at high temperatures.
【0018】そこで、請求項5に記載の発明のように、
請求項1ないし4のいずれかに記載のアルミナ基焼結体
に含まれるナトリウム成分の含有量を、アルミナ基焼結
体100重量%中において酸化物換算で0.05重量%
以下に設定することが望ましい。このように、ナトリウ
ム成分の含有量(即ち、ナトリウム成分を酸化物換算し
た含有量)を所定の範囲にすることにより、アルミナ基
焼結体からなる絶縁体は、700℃近傍といった高温下
において良好な耐電圧特性、さらには機械的特性を効果
的に確保することができる。Therefore, as in the invention according to claim 5,
The content of the sodium component contained in the alumina-based sintered body according to any one of claims 1 to 4 is 0.05% by weight in terms of oxide in 100% by weight of the alumina-based sintered body.
It is desirable to set the following. As described above, by setting the content of the sodium component (that is, the content of the sodium component in terms of oxide) within a predetermined range, the insulator formed of the alumina-based sintered body can be favorably formed at a high temperature of around 700 ° C. Withstand voltage characteristics and mechanical characteristics can be effectively secured.
【0019】さらに、請求項7に記載のように、原料粉
末として用いるアルミナ粉末100重量%に含有される
ナトリウム成分の含有量を酸化物換算で0.07重量%
以下の範囲にする設定するとよい。なお、アルミナ粉末
中のナトリウム成分の含有量を酸化物換算で0.07重
量%以下とするには、バイヤー法により製造されたアル
ミナ粉末が所定のナトリウム成分の含有量(ナトリウム
成分を酸化物換算した含有量)になるまで、脱ソーダ処
理を施すことで設定することが可能である。また、アル
ミナ粉末に含有されるナトリウム成分は理論的には0重
量%でもよいが、上述した範囲内で極少量のナトリウム
成分を存在させることにより、ムライト結晶相の生成速
度が増し、効果的にアルミナ基焼結体中にムライト結晶
相を生成させることが可能となる。Further, the content of the sodium component contained in 100% by weight of the alumina powder used as the raw material powder is 0.07% by weight in terms of oxide.
It is recommended to set the following range. In order to make the content of the sodium component in the alumina powder 0.07% by weight or less in terms of oxide, the alumina powder produced by the Bayer method must have a predetermined sodium content (the sodium component is calculated as oxide). The content can be set by performing a soda removal process until the content reaches the specified value. Although the sodium component contained in the alumina powder may theoretically be 0% by weight, the presence of a very small amount of the sodium component within the above-mentioned range increases the generation rate of the mullite crystal phase, and effectively increases the mullite crystal phase. A mullite crystal phase can be generated in the alumina-based sintered body.
【0020】また、請求項8に記載のように、軸状の中
心電極と、その中心電極の径方向周囲に配置される主体
金具と、その主体金具の一端に固着されて前記中心電極
と対向するように配置された接地電極と、中心電極と主
体金具との間において前記中心電極の径方向周囲を覆う
ように配置されると共に、請求項1ないし6のいずれか
に記載のスパークプラグ用絶縁体を備えることによっ
て、耐電圧特性に優れた絶縁体を有するスパークプラグ
を構成することができる。Further, as described in claim 8, an axial center electrode, a metal shell arranged radially around the center electrode, and fixed to one end of the metal shell to face the center electrode The spark plug insulation according to any one of claims 1 to 6, further comprising a ground electrode disposed between the center electrode and the metal shell so as to cover a radial periphery of the center electrode. By providing the body, a spark plug having an insulator having excellent withstand voltage characteristics can be formed.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の幾つかの実施の形
態を図面を用いて説明する。図1に示す本発明の一例た
るスパークプラグ100は、軸状に延びる中心電極3
と、この中心電極3の径方向周囲を覆うように配置され
た絶縁体2と、その絶縁体2を保持する主体金具4とを
有する。この主体金具4は炭素鋼(JIS−G350
7)により形成され、先端側4aの一端に接地電極5の
一端5aが溶接等により固着されている。そして、この
接地電極5の他端側は、先端側中心電極3aに向かって
延び、略L字状に曲げ返されて、中心電極3(先端側中
心電極3a)と所定の火花放電ギップgを形成してい
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The spark plug 100 as an example of the present invention shown in FIG.
And an insulator 2 arranged so as to cover the circumference of the center electrode 3 in the radial direction, and a metal shell 4 holding the insulator 2. The metal shell 4 is made of carbon steel (JIS-G350).
7), and one end 5a of the ground electrode 5 is fixed to one end of the tip side 4a by welding or the like. The other end of the ground electrode 5 extends toward the tip-side center electrode 3a and is bent back into a substantially L-shape to connect the center electrode 3 (the tip-side center electrode 3a) and a predetermined spark discharge gap g. Has formed.
【0022】本発明の主要部である絶縁体2は、中心部
には自身の中心軸線O方向に沿って中心電極3を嵌め込
むための貫通孔6を有しつつ縦長に形成されており、ま
た後述するようにアルミナ(Al2O3)を主成分とす
る絶縁材料により構成されている。そして、その一方の
端部側に端子電極7が挿入・固定され、同じく他方の端
部側に中心電極3が挿入・固定されている。また、この
貫通孔6内において端子電極7と中心電極3との間に抵
抗体8が配置されている。この抵抗体8の両端部は、導
電性ガラス層9、10を介して中心電極3と端子電極7
とにそれぞれ電気的に接続されている。なお、抵抗体8
は、ガラス粉末と導電材料粉末(及び必要に応じてガラ
ス粉末以外のセラミック粉末)とを混合して、ホットプ
レス等により焼結して得られる抵抗体組成物により形成
される。また、この抵抗体8を省略して、一層の導電性
ガラスシール層により中心電極3と端子電極7とを一体
化した構成としてもよい。The insulator 2, which is a main part of the present invention, is formed vertically long while having a through-hole 6 for fitting the center electrode 3 in the center along the direction of its own center axis O. In addition, as described later, it is made of an insulating material containing alumina (Al 2 O 3 ) as a main component. The terminal electrode 7 is inserted and fixed on one end side, and the center electrode 3 is inserted and fixed on the other end side. Further, a resistor 8 is arranged between the terminal electrode 7 and the center electrode 3 in the through hole 6. Both ends of the resistor 8 are connected to the center electrode 3 and the terminal electrode 7 via the conductive glass layers 9 and 10, respectively.
And are electrically connected to each other. Note that the resistor 8
Is formed of a resistor composition obtained by mixing a glass powder and a conductive material powder (and a ceramic powder other than a glass powder, if necessary) and sintering the mixture by hot pressing or the like. Alternatively, the resistor 8 may be omitted, and the center electrode 3 and the terminal electrode 7 may be integrated by a single conductive glass seal layer.
【0023】さらに、絶縁体2を詳細にみると、絶縁体
2の軸方向中間には、周方向外向きに突出する突出部2
eが例えばフランジ状に形成されている。そして、絶縁
体2には、中心電極3の先端に向かう側を前方側とし
て、その突出部2eよりも後方側がこれよりも細形に形
成された本体部2bとされている。一方、突出部2eの
前方側にはこれよりも細径の第一軸部2gと、その第一
軸部2gよりもさらに細径の第二軸部2iがこの順序で
形成されている。なお、本体部2bの外周面には釉薬2
dが施され、当該外周面の後端部にはコルゲーション2
cが形成されている。また、第一軸部2gの外周面は略
円筒状とされ、第二軸部2iの外周面は先端に向かうほ
ど縮径する略円錐状とされている。Further, when looking at the insulator 2 in detail, a protruding portion 2 which protrudes outward in the circumferential direction is provided in the middle of the insulator 2 in the axial direction.
e is formed in a flange shape, for example. The insulator 2 has a main body 2b formed so that the side facing the tip of the center electrode 3 is the front side and the rear side of the protrusion 2e is thinner than the front side. On the other hand, on the front side of the protrusion 2e, a first shaft 2g having a smaller diameter than the first shaft 2g and a second shaft 2i having a smaller diameter than the first shaft 2g are formed in this order. The glaze 2 is applied to the outer peripheral surface of the main body 2b.
d is given, and a corrugation 2 is provided at the rear end of the outer peripheral surface.
c is formed. The outer peripheral surface of the first shaft portion 2g has a substantially cylindrical shape, and the outer peripheral surface of the second shaft portion 2i has a substantially conical shape whose diameter decreases toward the tip.
【0024】ついで、絶縁体2の貫通孔6は、中心電極
3を挿通させる略円筒状の第一部分6aと、その第一部
分6aの後方側(図中上方側)においてこれよりも大径
に形成される略円筒状の第二部分6bとを有する。図1
に示すように、端子電極7と抵抗体8は第二部分6b内
に収容され、中心電極3は第一部分6a内に挿通され
る。中心電極3の後端部には、その外周面から外向きに
突出して電極固定用凸部3aが形成されている。そし
て、この貫通孔6の第一部分6aと第二部分6bとは、
第一軸部内において互いに接続しており、その接続位置
には、中心電極3の電極固定用凸状部3bを受けるため
の凸部受け面6cがテーパ面あるいはR面状に形成され
ている。Next, the through-hole 6 of the insulator 2 has a substantially cylindrical first portion 6a through which the center electrode 3 is inserted, and a larger diameter at the rear side (upper side in the figure) of the first portion 6a. And a substantially cylindrical second portion 6b. FIG.
As shown in (2), the terminal electrode 7 and the resistor 8 are accommodated in the second portion 6b, and the center electrode 3 is inserted into the first portion 6a. At the rear end of the center electrode 3, an electrode fixing projection 3a is formed to protrude outward from the outer peripheral surface thereof. The first portion 6a and the second portion 6b of the through hole 6
The first shaft portions are connected to each other, and a convex portion receiving surface 6c for receiving the electrode fixing convex portion 3b of the center electrode 3 is formed in a tapered surface or an R surface at the connection position.
【0025】また、第一軸部2gと第二軸部2iとの接
続部2hの外周面は段付部とされ、これが主体金具4の
内面に形成された主体金具側係合部としての凸状部4c
と環状の板パッキン11を介して係合することにより、
絶縁体2の軸方向の抜止めがなされている。他方、主体
金具4の後方側開口部内面と、絶縁体2の外面との間に
は、フランジ状の突出部2eの後方側周縁と係合する環
状の線パッキン12が配置され、そのさらに後方側には
粉末滑石13を介して環状の線パッキン14が配置され
ている。そして、絶縁体2を主体金具4に向けて前方側
に押し込み、その状態で主体金具4の開口縁を線パッキ
ン14に向けて内側にR状にカシメることにより、カシ
メ部4bが形成され、主体金具4が絶縁体2に対して固
定されることになる。The outer peripheral surface of the connecting portion 2h between the first shaft portion 2g and the second shaft portion 2i is a stepped portion, which is formed as a convex as a metal shell side engaging portion formed on the inner surface of the metal shell 4. Shape part 4c
And through the annular plate packing 11,
The insulator 2 is prevented from coming off in the axial direction. On the other hand, between the inner surface of the rear opening portion of the metal shell 4 and the outer surface of the insulator 2, an annular wire packing 12 that engages with the rear peripheral edge of the flange-shaped protrusion 2e is disposed. On the side, an annular wire packing 14 is arranged via a powder talc 13. Then, the insulator 2 is pushed forward toward the metal shell 4, and in this state, the opening edge of the metal shell 4 is crimped inward toward the wire packing 14 to form an R-shaped portion 4b. The metal shell 4 is fixed to the insulator 2.
【0026】図2(a)及び図2(b)は、絶縁体2の
幾つかの例を示すものである。その各部の寸法は、以下
に例示する。 全長L1:30〜75mm。 ・第一軸部2gの長さL2:0〜30mm(但し、突出
部2eとの接続部2fを含まず、第二軸部2iとの接続
部2hを含む)。 ・第二軸部2iの長さL3:2〜27mm。 ・本体部2bの外径D1:9〜13mm。 ・突出部2eの外径D2:11〜16mm。 ・第一軸部2gの外径D3:5〜11mm。 ・第二軸部2iの基端側外径D4:3〜8mm。 ・第二軸部2iの先端部外径D5(但し、先端面外周縁
にRないし面取りが施される場合は、中心軸線Oを含む
断面において、そのR部ないし面取り部の基端位置にお
ける外径を指す):2.5〜7mm。 ・貫通孔6の第二部分6bの内径D6:2〜5mm。 ・貫通孔6の第一部分6aの内径D7:1〜3.5m
m。 ・第一軸部2gの肉厚t1:0.5〜4.5mm。 ・第二軸部2iの基端部肉厚t2(中心軸線Oと直交す
る向きにおける値):0.3〜3.5mm。 ・第二軸部2iの先端部肉厚3t(中心軸線Oと直交す
る向きにおける値;但し、先端面外周縁にRないし面取
りが施される場合は、中心軸線Oを含む断面において、
該R部ないし面取り部の基端位置における肉厚を指
す):0.2〜3mm。 ・第二軸部2iの平均肉厚tA((t1+t2)/
2):0.25〜3.25mm。FIGS. 2A and 2B show some examples of the insulator 2. The dimensions of each part are exemplified below. Overall length L1: 30 to 75 mm. The length L2 of the first shaft portion 2g: 0 to 30 mm (however, not including the connection portion 2f with the protrusion 2e but including the connection portion 2h with the second shaft portion 2i). -The length L3 of the second shaft portion 2i: 2 to 27 mm. -The outer diameter D1 of the main body 2b is 9 to 13 mm. The outer diameter D2 of the protrusion 2e: 11 to 16 mm; -The outer diameter D3 of the first shaft portion 2g: 5 to 11 mm. -The proximal end outer diameter D4 of the second shaft portion 2i: 3 to 8 mm. -The outer diameter D5 at the distal end of the second shaft portion 2i (however, if the outer peripheral edge of the distal end surface is rounded or chamfered, the outer diameter at the base position of the R portion or chamfered portion in the cross section including the central axis O) Diameter): 2.5-7 mm. The inner diameter D6 of the second portion 6b of the through hole 6: 2 to 5 mm;・ Inner diameter D7 of first portion 6a of through hole 6: 1 to 3.5 m
m. -The thickness t1 of the first shaft portion 2g is 0.5 to 4.5 mm. -Base end wall thickness t2 of second shaft portion 2i (value in a direction orthogonal to central axis O): 0.3 to 3.5 mm. The thickness of the tip portion 3t of the second shaft portion 2i (a value in a direction orthogonal to the center axis O; however, when R or chamfering is performed on the outer peripheral edge of the tip surface, in a section including the center axis O,
The thickness at the base end position of the R portion or the chamfered portion): 0.2 to 3 mm. The average thickness tA of the second shaft portion 2i ((t1 + t2) /
2): 0.25 to 3.25 mm.
【0027】なお、図2(a)に示す絶縁体2における
前記各部の寸法は、例えば以下の通りである:L1=約
60mm、L2=約10mm、L3=約14mm、D1
=約11mm、D2=約13mm、D3=約7.3m
m、D4=5.3mm、D5=約4.3mm、D6=
3.9mm、D7=2.6mm、t1=1.7mm、t
2=1.3mm、t3=0.9mm、tA=1.5m
m。The dimensions of the respective parts of the insulator 2 shown in FIG. 2A are, for example, as follows: L1 = about 60 mm, L2 = about 10 mm, L3 = about 14 mm, D1
= About 11 mm, D2 = about 13 mm, D3 = about 7.3 m
m, D4 = 5.3 mm, D5 = about 4.3 mm, D6 =
3.9 mm, D7 = 2.6 mm, t1 = 1.7 mm, t
2 = 1.3 mm, t3 = 0.9 mm, tA = 1.5 m
m.
【0028】また、図2(b)に示す絶縁体2は、第一
軸部2g及び第二軸部2iがそれぞれ、図2(a)に示
すものと比較してやや大きい外径を有している。各部の
寸法としては、例えば以下の通りである:L1=約60
mm、L2=約10mm、L3=約14mm、D1=約
11mm、D2=約13mm、D3=約9.2mm、D
4=6.9mm、D5=約5.1mm、D6=3.9m
m、D7=2.7mm、t1=3.3mm、t2=2.
1mm、t3=1.2mm、tA=2.7mm。The insulator 2 shown in FIG. 2 (b) has a first shaft portion 2g and a second shaft portion 2i each having a slightly larger outer diameter than that shown in FIG. 2 (a). I have. The dimensions of each part are, for example, as follows: L1 = about 60
mm, L2 = about 10 mm, L3 = about 14 mm, D1 = about 11 mm, D2 = about 13 mm, D3 = about 9.2 mm, D
4 = 6.9 mm, D5 = about 5.1 mm, D6 = 3.9 m
m, D7 = 2.7 mm, t1 = 3.3 mm, t2 = 2.
1 mm, t3 = 1.2 mm, tA = 2.7 mm.
【0029】ついで、この絶縁体2の製造方法につい
て、その工程の一例を説明する。まず、バイヤー法によ
り得られた平均粒径が1μm以下のアルミナ(Al2O
3)粉末(なお、アルミナ粉末100重量%中に含有さ
れるナトリウム成分含有量が酸化物換算で0.07重量
%以下)に対し、ケイ素(Si)成分と、カルシウム
(Ca)成分及びマグネシウム(Mg)成分の少なくと
も一方をよりなる平均粒径が1μm以下の各化合物粉末
を添加し、原料粉末を調製する。なお、添加されるS
i、Ca、Mgの三成分は、焼結後に、各成分を酸化物
換算したその合計を100重量%とした場合に、三成分
系組成図における三成分(SiO2,CaO,MgO)
の組成比が、図3及び図4に示すように、重量標準%で
A(95,5,0)、B(75,25,0)、C(7
5,5,20)の3点を結ぶ線分で囲まれた範囲内に、
より好ましくはD(92,8,0)、E(78,22,
0)、F(78,8,14)の3点を結ぶ線分で囲まれ
た範囲内となるように所定の比率で添加されるように調
整する。なお、原料粉末を構成するアルミナ粉末は、調
製される原料粉末100重量%に対して、Al成分をA
l2O3に換算した重量にて91〜98重量%、特に9
4〜98重量%の範囲で含有していることが耐電圧特性
の向上を得る上で好ましい。Next, a method of manufacturing the insulator 2 will be described.
Then, an example of the process will be described. First, according to the buyer method
Alumina having an average particle size of 1 μm or less (Al2O
3) Powder (contained in 100% by weight of alumina powder)
The content of sodium component is 0.07 weight in oxide equivalent
% Or less), silicon (Si) component and calcium
At least the (Ca) component and the magnesium (Mg) component
Each compound powder having an average particle size of 1 μm or less
To prepare a raw material powder. The added S
After sintering, the three components i, Ca, and Mg
When the converted total is 100% by weight, three components
The three components (SiO2, CaO, MgO)
As shown in FIGS. 3 and 4, the composition ratio of
A (95, 5, 0), B (75, 25, 0), C (7
5,5,20) within the range surrounded by the line connecting the three points,
More preferably, D (92,8,0), E (78,22,
0), F (78, 8, 14)
So that it is added at a predetermined ratio so that
Adjust. The alumina powder constituting the raw material powder was prepared
100% by weight of the raw material powder to be produced
l2O391 to 98% by weight, especially 9
Contained in the range of 4 to 98% by weight requires withstand voltage characteristics
It is preferable from the viewpoint of obtaining an improvement.
【0030】また、本実施形態では、後述するように、
Si成分はSiO2粉末、Ca成分はCaCO3粉末、
Mg成分はMgO粉末の形で添加しているが、Si、C
a、Mgの各成分についてはそれら成分の酸化物(複合
酸化物でもよい)の他に、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原料粉末を
使用してもよい。但し、これら無機系原料粉末は、いず
れも大気中高温の焼成により酸化されて酸化物に転化で
きるものを使用する必要がある。また、これら無機系原
料粉末の平均粒径はいずれも1μm以下のものを使用す
る。In this embodiment, as described later,
Si component is SiO 2 powder, Ca component is CaCO 3 powder,
The Mg component is added in the form of MgO powder, but Si, C
For each component of a and Mg, in addition to oxides (or composite oxides) of those components, hydroxides, carbonates, chlorides,
Various inorganic raw material powders such as sulfates, nitrates and phosphates may be used. However, it is necessary to use any of these inorganic raw material powders that can be oxidized by firing at a high temperature in the atmosphere and converted into oxides. Further, the average particle diameter of each of these inorganic raw material powders is 1 μm or less.
【0031】そして、調製された原料粉末に、親水性結
合剤(例えば、ポリビニルアルコール)及び溶媒として
の水を添加し、アルミナ製ボールを用いてボールミルに
て湿式混合して、成形用スラリーを作製する。ついで、
この成形用スラリーをスプレードライ法等により噴霧乾
燥して球状の成形用造粒粉末に調製する。そして、得ら
れた成形用造粒粉末をラバープレスゴム型内に投入し、
貫通孔6形成用プレスピンを挿入しつつプレス成形を行
い、得られたプレス成形体の外側をレジノイド砥石にて
切削加工して、所定の絶縁体形状の成形体を形成する。
その後、大気雰囲気下において温度1450℃〜165
0℃の範囲内にて1時間から8時間保持して焼成し、そ
の後、釉薬をかけて仕上焼成されて、例えば図2に示す
ような絶縁体2が完成されることになる。Then, a hydrophilic binder (eg, polyvinyl alcohol) and water as a solvent are added to the prepared raw material powder, and the mixture is wet-mixed with a ball mill using alumina balls to form a molding slurry. I do. Then
This molding slurry is spray-dried by a spray drying method or the like to prepare a spherical granulated powder for molding. Then, the obtained granulated powder for molding is poured into a rubber press rubber mold,
Press molding is performed while inserting a press pin for forming the through hole 6, and the outside of the obtained press molded body is cut with a resinoid grindstone to form a molded body having a predetermined insulator shape.
Then, at a temperature of 1450 ° C. to 165
The firing is carried out for 1 hour to 8 hours while maintaining the temperature within the range of 0 ° C., followed by finish firing with glaze to complete the insulator 2 as shown in FIG. 2, for example.
【0032】このようにして形成された絶縁体2は、そ
の絶縁体2を構成するアルミナ基焼結体中に結晶相とし
て少なくともムライト(Al6Si2O13)結晶相が
生成され、これにより絶縁体2は700℃近傍といった
高温下において高い絶縁性(耐電圧特性)を有すること
になる。ここで、ムライト結晶相が生成する理由として
は、平均粒径が1μm以下といった粒度の小さいアルミ
ナ粉末に対して、平均粒径が1μm以下といった粒度の
小さいSi、Ca、Mg成分の各粉末を上述した組成範
囲で添加した上で原料粉末を調製し、焼成することによ
り、焼成中における各粉末粒子相互の反応する(即ち、
接触する)単位表面積当りの割合が大きくなり、粉末粒
子相互の反応が活性となるためと推測される。また、こ
のように粉末粒子相互の反応が活性となることから、粉
末粒子間における空孔が生じにくく、焼成収縮を高める
ことが可能となり、相対密度が95%以上といった緻密
化したスパークプラグ用絶縁体(アルミナ基焼結体)を
構成することができるのである。In the insulator 2 thus formed, at least a mullite (Al 6 Si 2 O 13 ) crystal phase is generated as a crystal phase in the alumina-based sintered body constituting the insulator 2. The insulator 2 has high insulation (withstand voltage characteristics) at a high temperature such as around 700 ° C. Here, the reason why the mullite crystal phase is formed is that, for alumina powder having a small average particle size of 1 μm or less, each powder of Si, Ca, and Mg components having a small particle size of 1 μm or less is used. The raw material powder is prepared after being added in the composition range described above, and is fired, whereby each powder particle reacts with each other during firing (ie,
This is presumed to be due to the fact that the ratio per unit surface area) increases, and the reaction between the powder particles becomes active. In addition, since the interaction between the powder particles becomes active in this manner, voids are less likely to be generated between the powder particles, and firing shrinkage can be increased, and the insulating density for the spark plug is reduced to a relative density of 95% or more. A body (alumina-based sintered body) can be formed.
【0033】なお、絶縁体2を構成するアルミナ基焼結
体中に生成されるムライト結晶相は、予め原料粉末にム
ライト粉末を添加して生成させることも可能である。こ
の場合には、原料粉末として添加するムライト粉末の平
均粒径を1μm以下とするのが、より好ましくは0.5
μm以下とするのが好ましい。但し、ムライト粉末を予
め原料粉末として添加した上で焼成する場合には、ムラ
イト結晶粒の周囲に気孔が生成する可能性があるため
に、得られる絶縁体2(アルミナ基焼結体)の耐電圧特
性が低下してしまう可能性がある。このことから、上述
したようにアルミナ粉末にSI成分、Ca成分、Mg成
分を含む三成分系の任意の二成分を添加し、焼結中にム
ライト結晶相を生成させる方が、絶縁体(アルミナ基焼
結体)の相対密度95%以上を達成する上で確実といえ
る。The mullite crystal phase generated in the alumina-based sintered body constituting the insulator 2 can be generated by adding mullite powder to raw material powder in advance. In this case, the average particle size of the mullite powder added as the raw material powder is preferably set to 1 μm or less, more preferably 0.5 μm.
It is preferably set to be not more than μm. However, when baking is performed after adding mullite powder as a raw material powder in advance, pores may be generated around mullite crystal grains. Voltage characteristics may be degraded. For this reason, as described above, it is better to add an arbitrary two-component ternary component including an SI component, a Ca component, and a Mg component to alumina powder to generate a mullite crystal phase during sintering. This can be said to be certain in achieving a relative density of 95% or more of the base sintered body).
【0034】前記成形体の焼成温度に関しては、その焼
結温度が1450℃よりも低い場合には、十分に緻密化
した絶縁体が得られないことがあり、一方、1650℃
より高い場合には、アルミナ結晶粒子が焼成中に異常粒
成長をしてしまうことがあり、絶縁体の機械的特性が低
下するばかりか、アルミナ結晶粒界に粗大な気孔が生じ
易くなり耐電圧特性の低下につながってしまう。Regarding the sintering temperature of the compact, if the sintering temperature is lower than 1450 ° C., a sufficiently densified insulator may not be obtained, while 1650 ° C.
If it is higher, the alumina crystal particles may grow abnormally during firing, which not only deteriorates the mechanical properties of the insulator, but also tends to generate coarse pores at the alumina crystal grain boundaries and withstand voltage. This leads to a decrease in characteristics.
【0035】さらに、前記温度範囲内にて保持される前
記成形体の焼成時間に関しては、1時間〜8時間保持さ
せることが望ましい。この焼成時間が、1時間より短い
場合には、十分に緻密化した絶縁体(アルミナ基焼結
体)が得られないのと同時に、ムライト結晶相が生成し
ない。一方、8時間よりも焼成時間が長い場合には、ア
ルミナ結晶粒子が焼成中に異常粒成長してしまうことが
あり、焼成温度が高過ぎる(1650℃以上)場合と同
様に、耐電圧特性の低下につながってしまう。Further, as for the firing time of the molded body kept within the above temperature range, it is desirable to keep it for 1 hour to 8 hours. If the firing time is shorter than 1 hour, a sufficiently dense insulator (alumina-based sintered body) cannot be obtained, and at the same time, no mullite crystal phase is generated. On the other hand, if the calcination time is longer than 8 hours, the alumina crystal particles may grow abnormally during calcination, and the breakdown voltage characteristics may be reduced as in the case where the calcination temperature is too high (1650 ° C. or higher). It leads to a decline.
【0036】即ち、成形体の好ましい焼成条件として
は、1450〜1650℃の焼成温度で1〜8時間保持
することである。なお、成形体を上述の温度範囲内にて
保持するにあたっては、上述の温度範囲内の任意の一点
の温度を一定に維持させながら所定時間行ってもよい
し、上述の温度範囲内において所定の加熱パターンに従
って温度を変動させつつ所定時間行ってもよい。That is, as a preferable firing condition of the molded body, it is maintained at a firing temperature of 1450 to 1650 ° C. for 1 to 8 hours. In holding the molded body within the above-mentioned temperature range, it may be performed for a predetermined time while maintaining the temperature of any one point in the above-mentioned temperature range constant, or may be performed for a predetermined time in the above-mentioned temperature range. It may be performed for a predetermined time while changing the temperature according to the heating pattern.
【0037】[0037]
【実施例】本発明の効果を確認するために、以下の実験
を行った。 (実施例1)まず、原料粉末として、平均粒径0.5μ
mのアルミナ(Al2O3)粉末(なお、アルミナ粉末
100重量%中に含有されるナトリウム成分含有量が酸
化物換算で0.029重量%であり、純度99.8%以
上)に、焼結助剤として平均粒径0.6μmのSiO2
粉末(純度99.9%)と、平均粒径0.8μmのCa
CO3粉末(純度99.9%)と、平均粒径0.3μm
のMgO粉末(純度99.9%)を表1に示す量比とな
るように秤量した上で配合する。そして、これらの配合
した原料粉末総量を100重量部として、親水性結合剤
としてポリビニルアルコール2重量部と、溶媒としての
水70重量部を添加して、アルミナ製ボールを用いたボ
ールミルにて湿式混合し、成形用スラリーを作製する。
ついで、この成形用スラリーをスプレードライ法により
噴霧乾燥して球状の成形用造粒粉末に調製し、ふるいに
より粒径10〜355μmに整粒する。そして、得られ
た成形用造粒粉末をラバープレスゴム型内に投入し、貫
通孔6形成用プレスピンを挿入しつつ約100MPaの
圧力でプレス成形を行い、得られたプレス成形体の外側
をレジノイド砥石にて切削加工して、所定の絶縁体形状
の成形体に成形する。その後、大気雰囲気下において表
1に示す焼成温度(最高焼成保持温度)と保持時間をも
って各成形体を焼成し、その後、釉薬をかけて仕上焼成
し、図2(a)に示すような絶縁体2をそれぞれ製造し
た。EXAMPLES The following experiments were performed to confirm the effects of the present invention. (Example 1) First, an average particle size of 0.5 μm was used as a raw material powder.
m of alumina (Al 2 O 3 ) powder (the content of sodium in 100% by weight of alumina powder is 0.029% by weight in terms of oxide, and the purity is 99.8% or more). SiO 2 with an average particle size of 0.6 μm as a binder
Powder (purity 99.9%) and Ca having an average particle size of 0.8 μm
CO 3 powder (purity 99.9%), average particle size 0.3 μm
MgO powder (purity: 99.9%) is weighed so as to have a quantitative ratio shown in Table 1, and then blended. Then, 2 parts by weight of polyvinyl alcohol as a hydrophilic binder and 70 parts by weight of water as a solvent were added to the total amount of the blended raw material powders as 100 parts by weight, and wet-mixed in a ball mill using alumina balls. Then, a molding slurry is prepared.
Next, this molding slurry is spray-dried by a spray-drying method to prepare a spherical granulated powder for molding, and sieved to a particle size of 10 to 355 μm. Then, the obtained granulated powder for molding is poured into a rubber press rubber mold, and press-molded at a pressure of about 100 MPa while inserting a press pin for forming a through hole 6, and the outside of the obtained press-molded body is formed. Cutting is performed with a resinoid grindstone to form a molded body having a predetermined insulator shape. Thereafter, each compact was fired in an air atmosphere at a firing temperature (maximum firing holding temperature) and a holding time shown in Table 1, and then finished and fired with a glaze to form an insulator as shown in FIG. 2 were each manufactured.
【0038】そして、以下の方法によって、得られた絶
縁体の相対密度、絶縁体中に含有されるAl、Si、C
a及びMgの各成分における成分量の酸化物換算値、気
孔の長径、ムライト結晶相の有無、700℃における耐
電圧値及び実機耐電圧テストの各試験並びに分析を行っ
た。それらの結果を表2に示す。Then, the relative density of the obtained insulator, Al, Si, and C contained in the insulator are obtained by the following method.
Each test and analysis of the oxide conversion value of the component amount in each component of a and Mg, the major axis of pores, the presence or absence of a mullite crystal phase, the withstand voltage value at 700 ° C., and the withstand voltage test of the actual machine were performed. Table 2 shows the results.
【0039】相対密度の測定:各絶縁体の相対密度
は、アルキメデス法により密度の測定を行い、混合則に
よる理論密度に対する比で表した。Measurement of relative density: The relative density of each insulator was measured by the Archimedes method, and expressed as a ratio to the theoretical density according to the mixing rule.
【0040】絶縁体中に含有されるAl、Si、Ca
及びMgの各成分における成分量の酸化物換算値:各絶
縁体(アルミナ基焼結体)を蛍光X線で分析して、検出
されたAl、Si、Ca及びMgの各成分における成分
量をそれぞれAl2O3、SiO2、CaO及びMgO
として酸化物換算した値を示した。Al, Si, Ca contained in the insulator
Oxide value of the component amount in each component of Mg and Mg: Analyzing each insulator (alumina-based sintered body) with X-ray fluorescence, and detecting the component amount in each component of Al, Si, Ca and Mg Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO and MgO respectively
The value in terms of oxide is shown.
【0041】気孔の長径の測定:各絶縁体の一部の断
面をとり鏡面研磨した後、走査型電子顕微鏡により10
00倍の組織のSEM写真を撮り、その写真をもって観
察及び算出した。なお、気孔の長径とは、図8を援用し
て示すように、断面上で観察される気孔の外形線に対
し、その外形線と接しかつ気孔内を横切らないように2
本の平行線A、Bを、その気孔との位置関係を変えなが
ら各種引いたときの、前記平行線A、B間の距離の最大
寸法値dとして定義する。ここで、本実施例である試料
No.3のSEM像を図6に、比較例である試料No.
12のSEM像を図7に示す。Measurement of long diameter of pores: After a part of the cross section of each insulator is taken and mirror-polished, it is measured with a scanning electron microscope.
A SEM photograph of the tissue at a magnification of 00 was taken and observed and calculated using the photograph. Note that, as shown in FIG. 8, the long diameter of the pore is such that the outline of the pore observed on the cross section is in contact with the outline and does not cross the pore.
The parallel lines A and B are defined as the maximum dimension value d of the distance between the parallel lines A and B when various lines are drawn while changing the positional relationship with the pores. Here, the sample No. of the present embodiment was used. 6 shows an SEM image of Sample No. 3 as a comparative example.
FIG. 7 shows 12 SEM images.
【0042】ムライト結晶相の有無:各絶縁体におけ
る軸方向直交断面をとり、その断面組織のX線回折分析
を行い、JCPDSカードNo.15−776に相当す
るスペクトルが存在するか否かにより判断した。なお、
X線回折チャートについては図5に示す。Presence or absence of mullite crystal phase: A cross section perpendicular to the axial direction of each insulator is taken, and the cross-sectional structure is subjected to X-ray diffraction analysis to determine whether or not a spectrum corresponding to JCPDS card No. 15-776 exists. did. In addition,
The X-ray diffraction chart is shown in FIG.
【0043】700℃における耐電圧値:本試験にあ
たっては、上述した同様の造粒粉末を用いて、耐電圧値
測定用のテストピースをそれぞれ作製した。詳細には、
金型プレス成形(加圧力100MPa)により造粒粉末
をプレス成形し、これを前記絶縁体と同条件にて焼成し
て、Φ25mm×t(厚さ)=0.65mmの円板状試
験片を得た。そして、この各試験片20を、図6に示す
ように、電極21a、21b間に挟み、さらにアルミナ
製碍筒22a、22b及び封着ガラス23により固定し
て、電熱ヒータ24にて加熱用ボックス25内を700
℃に加熱し、高電圧発生装置(CDI電源)26を用い
て、電圧を電極に印加することにより耐電圧値を測定し
た。Withstand voltage value at 700 ° C .: In this test, test pieces for withstand voltage value measurement were prepared using the same granulated powder as described above. For details,
The granulated powder is press-molded by die press molding (pressing force of 100 MPa), and the granulated powder is fired under the same conditions as the above-mentioned insulator to obtain a disc-shaped test piece of Φ25 mm × t (thickness) = 0.65 mm. Obtained. As shown in FIG. 6, each test piece 20 is sandwiched between electrodes 21a and 21b, and further fixed with alumina insulators 22a and 22b and sealing glass 23. 700 in 25
C., and a withstand voltage value was measured by applying a voltage to the electrodes using a high voltage generator (CDI power supply) 26.
【0044】実機耐電圧テスト:各絶縁体を用いて、
図1に示すスパークプラグをそれぞれ形成する。ここ
で、本実施例におけるスパークプラグの主体金具のねじ
径は12mmとした。そして、そのスパークプラグを4
気筒エンジン(排気量2000cc)に取付け、スロッ
トル全開状態、エンジン回転数6000rpmにて、放
電電圧を35kV及び38kVで制御しつつ、絶縁体の
先端温度を700℃近傍に設定した上で連続運転を行
い、50時間経過後に絶縁体に火花貫通が生じたか否か
を評価した。なお、50時間経過後に絶縁体に異常がみ
られなかったものを○印、逆に50時間未満にて絶縁体
に絶縁破壊(火花貫通)がみられたものを×印で表し
た。Actual machine withstand voltage test: Using each insulator,
Each of the spark plugs shown in FIG. 1 is formed. Here, the screw diameter of the metal shell of the spark plug in this embodiment was 12 mm. Then, insert the spark plug into 4
Attached to a cylinder engine (displacement: 2000 cc), with the throttle fully open, engine speed of 6000 rpm, discharge voltage controlled at 35 kV and 38 kV, continuous operation with the tip temperature of the insulator set at around 700 ° C After 50 hours, it was evaluated whether spark penetration occurred in the insulator. In addition, the case where no abnormality was observed in the insulator after 50 hours had elapsed was indicated by ○, and the case where the insulator had undergone dielectric breakdown (spark penetration) in less than 50 hours was indicated by x.
【0045】(実施例2)酸化物換算したナトリウム
(Na)成分を表3に示した範囲内にて含有する5種類
のアルミナ(Al2O3)粉末を使用し、さらにそれぞ
れのAl2O3粉末95重量部に、SiO2粉末4.0
重量部と、CaCO3粉末を0.893重量部と、Mg
O粉末0.5重量部を配合(実施例1における表1の試
料No.1に相当)して原料粉末を調製した。なお、各
粉末の平均粒径については、上述の実施例1と同様とし
た。そして上述の実施例1と同様の方法にて絶縁体を製
造した。なお、焼成温度(最高焼成保持温度)と保持時
間については、表3に示す条件により行った。得られた
それぞれの絶縁体については、700℃における耐電圧
値、並びに実機耐電圧テストの各試験を、上述の実施例
1と同様の方法により行った。その結果を表3に示し
た。。[0045] (Example 2) Sodium converted oxide (Na) component using the five alumina (Al 2 O 3) powder containing within the scope set forth in Table 3, further each of the Al 2 O 3 powder 95 parts by weight, SiO 2 powder 4.0
Parts by weight, 0.893 parts by weight of CaCO 3 powder, Mg
A raw material powder was prepared by blending 0.5 part by weight of O powder (corresponding to sample No. 1 in Table 1 in Example 1). The average particle size of each powder was the same as in Example 1 described above. Then, an insulator was manufactured in the same manner as in Example 1 described above. The firing temperature (maximum firing holding temperature) and the holding time were determined under the conditions shown in Table 3. With respect to each of the obtained insulators, a withstand voltage value at 700 ° C. and each test of an actual device withstand voltage test were performed in the same manner as in Example 1 described above. Table 3 shows the results. .
【0046】[0046]
【表1】 [Table 1]
【0047】[0047]
【表2】 [Table 2]
【0048】[0048]
【表3】 [Table 3]
【0049】表2によると、絶縁体(アルミナ基焼結
体)中にムライト結晶相が生成し、絶縁体中に含有され
るSi、Ca、Mgの各成分を酸化物換算したときの組
成比が、(SiO2、CaO、MgO)の三成分系組成
図において、重量標準%でA(95,5,0)、B(7
5,25,0)、C(75,5,20)の3点で結ぶ線
分で囲まれた範囲内(但し、線分を含む)にあり(図
3、図4参照)、さらに相対密度が95%以上で、かつ
絶縁体中に残留する気孔の長径が10μm以下である場
合において、700℃の高温下における耐電圧値が60
kV/mm以上の高い値を示すことがわかる。According to Table 2, a mullite crystal phase is formed in the insulator (alumina-based sintered body), and the composition ratio of each component of Si, Ca, and Mg contained in the insulator in terms of oxide. In the ternary composition diagram of (SiO 2 , CaO, MgO), A (95,5,0), B (7
5, 25, 0) and C (75, 5, 20) are within the range (including the line segment) surrounded by the line segment connecting the three points (see FIGS. 3 and 4), and further, the relative density Is 95% or more and the major axis of the pores remaining in the insulator is 10 μm or less, the withstand voltage value at a high temperature of 700 ° C. is 60%.
It turns out that it shows a high value of kV / mm or more.
【0050】このように、絶縁体を構成するアルミナ基
焼結体中にムライト結晶相が生成することにより、70
0℃近傍といった高温下において耐電圧特性が向上する
理由としては、ムライト結晶相の融点が1900℃近傍
と非常に高いために、アルミナ基焼結体の耐熱性が向上
するものと考えられる。さらに、アルミナ結晶粒界にお
ける残留気孔を減少させるべく、絶縁体(アルミナ基焼
結体)の相対密度が95%以上であり、絶縁体が緻密化
されていることにより、耐電圧特性が向上しているもの
と考えられる。As described above, the formation of the mullite crystal phase in the alumina-based sintered body constituting the insulator allows the formation of a mullite crystal phase.
It is considered that the reason why the withstand voltage characteristics are improved at a high temperature such as around 0 ° C. is that the heat resistance of the alumina-based sintered body is improved because the melting point of the mullite crystal phase is very high at around 1900 ° C. Further, the relative density of the insulator (alumina-based sintered body) is 95% or more in order to reduce the residual pores at the alumina grain boundaries, and the withstand voltage is improved due to the denser insulator. It is thought that it is.
【0051】なお、本実施例において、より好ましくは
絶縁体中に含有されるSi、Ca、Mgの各成分を酸化
物換算した時の組成比が、(SiO2,CaO,Mg
O)の三成分系組成図において、重量標準%でD(9
2,8,0)、E(78,22,0)、F(78,8,1
4)の3点で囲まれた範囲内(但し、線分を含む)にあ
ることである(図3,図4参照)。この範囲の組成比に
あっては、ムライト結晶相がアルミナ基焼結体中に効果
的に生成されることになり、その結果、耐電圧特性がさ
らに向上するものと考えられる。In the present embodiment, it is more preferable that the composition ratio of each component of Si, Ca and Mg contained in the insulator in terms of oxide is (SiO 2 , CaO, Mg)
In the ternary composition diagram of O), D (9
2,8,0), E (78,22,0), F (78,8,1)
This is within the range (including a line segment) surrounded by the three points 4) (see FIGS. 3 and 4). With the composition ratio in this range, the mullite crystal phase is effectively generated in the alumina-based sintered body, and as a result, it is considered that the withstand voltage characteristics are further improved.
【0052】これに対して、表2比較例のNo.12で
は、ムライト結晶相が生成しているものの、相対密度が
低くかつ気孔の長径が大きいために、34kV/mmと
低い耐電圧値であった。また、試料No.13〜No.
18ではムライト結晶相が生成せずに、アルミナ結晶粒
界に低融点ガラス相が存在しており、耐電圧値は低い値
となった。On the other hand, in Table 2 No. of the comparative example. In No. 12, although the mullite crystal phase was generated, the withstand voltage was as low as 34 kV / mm because the relative density was low and the long diameter of the pores was large. In addition, the sample No. 13-No.
In No. 18, the mullite crystal phase was not generated, and the low melting point glass phase was present at the alumina crystal grain boundaries, and the withstand voltage value was low.
【0053】また、試料番号No.19は、焼成温度が
1450℃以下の温度(1425℃)で焼成したため
に、相対密度が95%以下(89.3%)と低く、耐電
圧値が30kV/mmと低下している。さらに、試料番
号No.20は、焼成温度が1650℃以上の温度(1
675℃)で焼成したために、過焼結されてしまい、相
対密度が94.8%と低くなり、耐電圧値が45kV/
mmと低下している。The sample number No. In No. 19, since the firing temperature was 1450 ° C. or less (1425 ° C.), the relative density was as low as 95% or less (89.3%), and the withstand voltage value was reduced to 30 kV / mm. Further, the sample number No. 20 is a temperature (1) where the firing temperature is 1650 ° C. or higher.
675 ° C.), resulting in oversintering, resulting in a relative density as low as 94.8% and a withstand voltage of 45 kV /
mm.
【0054】即ち、表2において、本発明による試料N
o.1〜No.11の絶縁体は、比較例の試料No.1
2〜No.20の絶縁体と比較して耐電圧特性が高く、
700℃近傍といった高温下に晒されるスパークプラグ
用絶縁体に適していることがわかる。That is, in Table 2, the sample N according to the present invention was used.
o. 1 to No. The insulator of Sample No. 11 is a sample of Comparative Example. 1
2-No. 20 with higher withstand voltage characteristics compared to the insulator of 20,
It can be seen that it is suitable for a spark plug insulator exposed to a high temperature of around 700 ° C.
【0055】ついで、表3の結果より、絶縁体に含有さ
れる酸化物換算したナトリウム成分の含有量によって、
700℃における耐電圧値に若干の変動がみられること
がわかる。特に、本実施例における試料No.22で
は、最も高い耐電圧値が得られており、このことから絶
縁体に含有される酸化物換算したナトリウム成分の含有
量には最適値が存在するものと推測される。なお、本実
施例によりアルミナ粉末100重量%中に含有される酸
化物換算したナトリウム成分の含有量を0.07重量%
以下として、即ち得られる絶縁体(アルミナ基焼結体)
中に含有される酸化物換算したナトリウム成分の含有量
が0.05重量%以下とした場合に、耐電圧値の変動が
小さくなるものと推測される。Next, according to the results in Table 3, the content of the sodium component in terms of oxide contained in the insulator was determined as follows.
It can be seen that the withstand voltage at 700 ° C. has a slight variation. In particular, in the sample No. In No. 22, the highest withstand voltage value was obtained, and it is presumed from this that an optimum value exists for the content of the sodium component in terms of oxide contained in the insulator. In this example, the content of sodium component in terms of oxide contained in 100% by weight of alumina powder was 0.07% by weight.
The following, namely, the obtained insulator (alumina-based sintered body)
It is assumed that when the content of the sodium component in terms of oxide contained therein is 0.05% by weight or less, the fluctuation in the withstand voltage value becomes small.
【図1】本発明のスパークプラグの一例を示す全体正面
断面図である。FIG. 1 is an overall front sectional view showing an example of a spark plug of the present invention.
【図2】スパークプラグ用絶縁体の幾つかの実施形態を
示す縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing some embodiments of an insulator for a spark plug.
【図3】本発明における(SiO2,CaO,MgO)
の三成分系組成図である。FIG. 3 shows (SiO 2 , CaO, MgO) in the present invention.
FIG. 4 is a ternary composition diagram of
【図4】図3の要部の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a main part of FIG. 3;
【図5】アルミナ粒子結晶により構成される粒界相にム
ライト結晶相を有するスパークプラグ用絶縁体のX線回
折チャートである。FIG. 5 is an X-ray diffraction chart of a spark plug insulator having a mullite crystal phase in a grain boundary phase composed of alumina particle crystals.
【図6】本発明における実施例の試料(絶縁体)を鏡面
研磨した後、気孔の最大寸法を測定するために、走査型
電子顕微鏡により1000倍の組織のSEM写真を撮っ
たものである。FIG. 6 is a SEM photograph of a 1000-fold structure taken with a scanning electron microscope in order to measure the maximum dimension of pores after mirror-polishing a sample (insulator) of an example of the present invention.
【図7】比較例の試料(絶縁体)の一部分の断面とり鏡
面研磨した後、気孔の最大寸法を測定するために、走査
型電子顕微鏡により1000倍の組織のSEM写真を撮
ったものである。FIG. 7 is a SEM photograph of a micrograph at a magnification of 1000 times taken by a scanning electron microscope in order to measure the maximum size of pores after a section of a sample (insulator) of a comparative example is mirror-polished. .
【図8】図6における気孔の最大寸法の定義を説明する
図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the definition of the maximum size of pores in FIG. 6;
【図9】700℃における耐電圧値を測定するために用
いた装置を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing an apparatus used for measuring a withstand voltage value at 700 ° C.
100 スパークプラグ 2 スパークプラグ用絶縁体(絶縁体) 3 中心電極 4 主体金具 5 接地電極 REFERENCE SIGNS LIST 100 spark plug 2 spark plug insulator (insulator) 3 center electrode 4 metal shell 5 ground electrode
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01T 21/02 H01T 21/02 // H01B 17/00 H01B 17/00 Z (72)発明者 山元 禎広 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 松原 桂 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 田中 邦治 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 島森 融 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 伊藤 正也 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 Fターム(参考) 4G030 AA07 AA08 AA36 AA37 BA12 CA01 GA11 GA15 GA22 GA27 PA21 5G059 AA03 CC01 FF01 FF02 FF03 FF14 5G303 AA10 AB02 AB12 BA09 BA12 CA01 CB01 CB06 CB17 CB30 DA05 5G331 AA08 BA01 BB01 BC18 CA02 DA04 5G333 AA09 AA11 AB16 AB22 BA01 CB01 CB19 CC14 CC15 DA01 EA02 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H01T 21/02 H01T 21/02 // H01B 17/00 H01B 17/00 Z (72) Inventor Yoshihiro Yamamoto Mizuho Nagoya 14-18, Takatsuji-cho, Ward, Japan Special Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor Katsura Matsubara 14-18, Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya City Inside Japan Specialty Ceramics Co., Ltd. No. 18 Japan Special Ceramics Co., Ltd. (72) Inventor Atsushi Shimamori 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya City Inside Japan Special Ceramics Co., Ltd. (72) Masaya Ito 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi F-term (reference) in Japan Special Ceramics Co., Ltd. AA09 AA11 AB16 AB22 BA01 CB01 CB19 CC14 CC15 DA01 EA02
Claims (8)
ケイ素成分、カルシウム成分及びマグネシウム成分を含
む三成分系の少なくとも任意の二成分を含有するスパー
クプラグ用絶縁体であって、 結晶相としてムライト(Al6Si2O13)結晶相を
少なくとも有し、かつ、相対密度が95%以上であるア
ルミナ基焼結体からなることを特徴とするスパークプラ
グ用絶縁体。1. A method comprising alumina (Al 2 O 3 ) as a main component,
An insulator for a spark plug containing at least any two components of a ternary system containing a silicon component, a calcium component, and a magnesium component, having at least a mullite (Al 6 Si 2 O 13 ) crystal phase as a crystal phase, An insulator for a spark plug, comprising an alumina-based sintered body having a relative density of 95% or more.
成分、カルシウム成分及びマグネシウム成分をそれぞれ
酸化物換算して、酸化物換算した三成分の合計を100
重量%とした場合において、 三成分系組成図における前記三成分(SiO2,Ca
O,MgO)の組成比が、重量標準%で以下のA、B、
Cの3点を結ぶ線分で囲まれた範囲内にあることを特徴
とする請求項1に記載のスパークプラグ用絶縁体。但
し、A(95,5,0)、B(75,25,0)、C
(75,5,20)とする。2. The silicon component, the calcium component and the magnesium component contained in the alumina sintered body are each converted into an oxide, and the total of the three components in terms of oxide is calculated as 100.
% By weight, the three components (SiO 2 , Ca
O, MgO), the composition ratio of the following A, B,
The insulator for a spark plug according to claim 1, wherein the insulator is within a range surrounded by a line connecting three points C. Where A (95,5,0), B (75,25,0), C
(75, 5, 20).
成分、カルシウム成分及びマグネシウム成分をそれぞれ
酸化物換算して、酸化物換算した三成分の合計を100
重量%とした場合において、 三成分系組成図における前記三成分の組成比(Si
O2,CaO,MgO)が、重量標準%で以下のD、
E、Fの3点を結ぶ線分で囲まれた範囲内にあることを
特徴とする請求項1または2に記載のスパークプラグ用
絶縁体。但し、D(92,8,0)、E(78,22,
0)、F(78,8,14)とする。3. The silicon component, the calcium component and the magnesium component contained in the alumina sintered body are each converted into an oxide, and the total of the three components converted into oxides is 100.
%, The composition ratio of the three components in the three-component composition diagram (Si
O 2 , CaO, MgO) are represented by the following D
The insulator for a spark plug according to claim 1 or 2, wherein the insulator is within a range surrounded by a line connecting three points (E) and (F). However, D (92,8,0), E (78,22,
0) and F (78, 8, 14).
の長径が、断面組織において観察される寸法において1
0μm以下であることを特徴とする請求項1ないし3の
いずれかに記載のスパークプラグ用絶縁体。4. The major axis of the pores present in the alumina-based sintered body has a length of 1 in a dimension observed in a sectional structure.
The insulator for a spark plug according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness is 0 µm or less.
ークプラグ用絶縁体であって、 前記アルミナ基焼結体100重量%中に含有されるナト
リウム成分の含有量が酸化物換算で0.05重量%以下
であることを特徴とするスパークプラグ用絶縁体。5. The insulator for a spark plug according to claim 1, wherein a content of a sodium component in 100% by weight of the alumina-based sintered body is 0. An insulator for a spark plug, wherein the content is not more than 05% by weight.
パークプラグ用絶縁体の製造方法であって、 平均粒径が1μm以下のアルミナ粉末に対し、ケイ素化
合物粉末と、カルシウム化合物粉末とマグネシウム化合
物粉末の少なくとも一方よりなる平均粒径が1μm以下
の各粉末を混合して原料粉末を調製する工程と、 該原料粉末を用いて所定の絶縁体形状に成形する工程
と、 該成形体を1450〜1650℃の温度範囲にて1時間
から8時間保持して焼成することにより、得られるアル
ミナ基焼結体中にムライト(Al6Si2O1 3)結晶
相を生成させる工程と、からなることを特徴とするスパ
ークプラグ用絶縁体の製造方法。6. The method for producing an insulator for a spark plug according to claim 1, wherein the alumina compound powder has an average particle diameter of 1 μm or less, a silicon compound powder, a calcium compound powder and magnesium. Mixing a powder of at least one of the compound powders having an average particle size of 1 μm or less to prepare a raw material powder; forming the raw material powder into a predetermined insulator shape; by then retained and fired for 1 hour for 8 hours at a temperature range of to 1650 ° C., the step of generating a mullite (Al 6 Si 2 O 1 3 ) crystalline phase in the resulting alumina-based sintered body, consisting of A method for producing an insulator for a spark plug, comprising:
体の製造方法であって、 前記原料粉末として用いるアルミナ粉末100重量%中
に含有されるナトリウム成分の含有量が酸化物換算で
0.07重量%以下であることを特徴とするスパークプ
ラグ用絶縁体の製造方法。7. The method for producing an insulator for a spark plug according to claim 6, wherein the content of sodium component in 100% by weight of alumina powder used as the raw material powder is 0.1% in terms of oxide. A method for producing an insulator for a spark plug, wherein the content is not more than 07% by weight.
るように配置された接地電極と、 前記中心電極と前記主体金具との間において該中心電極
の径方向周囲を覆うように配置されると共に、請求項1
ないし5のいずれかに記載のスパークプラグ用絶縁体
と、を備えたことを特徴とするスパークプラグ。8. A shaft-shaped center electrode, a metal shell arranged radially around the center electrode, and a ground electrode fixed to one end of the metal shell and arranged to face the center electrode. And a cover disposed between the center electrode and the metal shell so as to cover a radial periphery of the center electrode.
A spark plug, comprising: the spark plug insulator according to any one of claims 1 to 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11166044A JP2001002465A (en) | 1998-08-06 | 1999-06-11 | Insulator for spark plug, its production and spark plug provided with the insulator |
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22345898 | 1998-08-06 | ||
JP625199 | 1999-01-13 | ||
JP11430399 | 1999-04-22 | ||
JP10-223458 | 1999-04-22 | ||
JP11-114303 | 1999-04-22 | ||
JP11-6251 | 1999-04-22 | ||
JP11166044A JP2001002465A (en) | 1998-08-06 | 1999-06-11 | Insulator for spark plug, its production and spark plug provided with the insulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001002465A true JP2001002465A (en) | 2001-01-09 |
Family
ID=27454448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11166044A Pending JP2001002465A (en) | 1998-08-06 | 1999-06-11 | Insulator for spark plug, its production and spark plug provided with the insulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001002465A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002246144A (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Insulator for spark plug and manufacturing method of the same |
JP2002246145A (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Insulator for spark plug and spark plug |
US8183754B2 (en) | 2008-10-30 | 2012-05-22 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Alumina-based sintered body for spark plug and method of manufacturing the same, and spark plug and method of manufacturing the same |
US9912126B2 (en) | 2014-09-12 | 2018-03-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug insulator containing mullite and spark plug including same |
JP2019075216A (en) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 日本特殊陶業株式会社 | Spark plug |
-
1999
- 1999-06-11 JP JP11166044A patent/JP2001002465A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002246144A (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Insulator for spark plug and manufacturing method of the same |
JP2002246145A (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Insulator for spark plug and spark plug |
US8183754B2 (en) | 2008-10-30 | 2012-05-22 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Alumina-based sintered body for spark plug and method of manufacturing the same, and spark plug and method of manufacturing the same |
US9912126B2 (en) | 2014-09-12 | 2018-03-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Spark plug insulator containing mullite and spark plug including same |
JP2019075216A (en) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 日本特殊陶業株式会社 | Spark plug |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4530380B2 (en) | Spark plug insulator and spark plug including the same | |
JP4620217B2 (en) | Spark plug insulator and spark plug | |
JP5172018B2 (en) | Spark plug and method of manufacturing spark plug | |
JP3859354B2 (en) | Spark plug, spark plug insulator and method of manufacturing the same | |
JP4651732B1 (en) | Spark plug | |
JP2010208901A (en) | Alumina sintered compact, method for producing the same, and spark plug obtained by using the same | |
EP3148021B1 (en) | Spark plug | |
JP4544597B2 (en) | Spark plug | |
JP5728416B2 (en) | Spark plug | |
JP2002305069A (en) | Manufacturing method of insulator for spark plug, and insulator for spark plug, and spark plug equipped with the insulator | |
JP2001002465A (en) | Insulator for spark plug, its production and spark plug provided with the insulator | |
JP4995863B2 (en) | Insulator for spark plug, method for manufacturing the same, and spark plug using the same | |
JP6440602B2 (en) | Spark plug | |
JP4508440B2 (en) | Spark plug | |
JP4859079B2 (en) | Spark plug insulator and spark plug using the same | |
JP2011154908A (en) | Spark plug, insulator for the same, and its manufacturing method | |
JP2000272958A (en) | Insulating material for spark plug, its production and spark plug using the same | |
JP2002246144A (en) | Insulator for spark plug and manufacturing method of the same | |
JP4508439B2 (en) | Spark plug | |
JP2001002466A (en) | High-voltage-withstanding aluminous sintered compact and its production | |
US12322930B2 (en) | Insulator and spark plug | |
JP2000095557A (en) | Alumina-base insulator for spark plug, its production and spark plug using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051031 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080422 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080617 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080818 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090120 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090609 |