JP2010251281A - スパークプラグ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中心電極2と絶縁体3と接地電極6とを備えたスパークプラグ1であって、前記絶縁体3は、Si成分と第2族元素(2A)成分と希土類元素(RE)成分とを含有するアルミナ基焼結体で構成され、このアルミナ基焼結体はRE−β−アルミナ結晶相を有し、このRE−β−アルミナ結晶相の平均結晶粒径DA(RE)とアルミナの平均結晶粒径DA(Al)とが下記条件(1)を満足することを特徴とするスパークプラグ1。
条件(1):0.2≦DA(RE)/DA(Al)≦3.0
【選択図】 図1
Description
(1) 中心電極と、前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、一端が前記中心電極と火花放電間隙を介して対向するように配置された接地電極とを備えたスパークプラグであって、
前記絶縁体は、Si成分と、IUPAC1990年勧告に基づく周期表の第2族元素成分(以下において、2A成分と称することがある。)と、希土類元素成分(以下において、RE成分と称することがある。)とを含有するアルミナ基焼結体で構成され、
前記アルミナ基焼結体は、前記RE成分を少なくとも含むRE−β−アルミナ結晶相を有し、このRE−β−アルミナ結晶相の平均結晶粒径DA(RE)とアルミナの平均結晶粒径DA(Al)とが下記条件(1)を満足することを特徴とするスパークプラグである。
条件(1):0.2≦DA(RE)/DA(Al)≦3.0
(2) 前記(1)のスパークプラグにおいて、前記RE−β−アルミナ結晶相のうち、その結晶粒径DE(RE)とアルミナの前記平均結晶粒径DA(Al)とが下記条件(2)を満足するRE−β−アルミナ結晶相が3個以下であるスパークプラグであり、
条件(2):DE(RE)/DA(Al)≧2
(3) 前記(1)又は(2)に記載のスパークプラグにおいて、前記RE−β−アルミナ結晶相は、組成式: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。)で示される組成を有しているスパークプラグであり、
(4) 前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載のスパークプラグにおいて、前記RE−β−アルミナ結晶相は、透過型電子顕微鏡で観察したときに、直径0.3nmの円形のスポットのうち、前記ヘキサアルミネート結晶の存在が確認されたスポットにおけるアルカリ金属成分を酸化物換算で0.01〜8質量%含有するスパークプラグであり、
(5) 前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載のスパークプラグにおいて、前記アルミナ基焼結体は、アルミナ原料と、前記Si成分、前記Mg成分及び前記第2族元素成分、並びに前記RE成分から成る副原料とをスラリー中で混合して造粒した後に成形及び焼成して成り、前記スラリー中の前記アルミナ原料の平均粒径と前記副原料の平均粒径との粒径比(Dアルミナ原料/D副原料)が1.3≦Dアルミナ原料/D副原料≦4を満たすスパークプラグであり、
(6) 前記(1)〜(5)のいずれか一項に記載のスパークプラグにおいて、前記2A成分は、IUPAC1990年勧告に基づく周期表の第2族元素のうちMg及びBaを必須とするとともにMg及びBaを除く少なくとも他の一元素を含有する成分であり、前記RE成分は、La成分、Pr成分及びNd成分からなる群より選択される少なくとも一種の成分であるスパークプラグであり、
(7) 前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載のスパークプラグにおいて、前記絶縁体は主体金具に保持されてなり、当該主体金具の外周面に形成されたネジ部の呼び径が10mm以下であるスパークプラグである。
<測定条件等>
(1)加速電圧:200kV
(2)照射モード:HR(スポットサイズ:約0.3nm)
(3)エネルギー分散型X線分析装置(EDX)の測定結果は酸化物換算質量%で算出する。なお、2A成分、RE成分及びAl成分以外の酸化物で、酸化物換算質量%が1質量%以下のものは不純物とする。そして、RE成分のモル数を1としたときの、2A成分の合計モル数をx、Al成分のモル数をy、酸素欠陥がない場合の理論的な酸素成分のモル数をzとする。
条件(1):0.2≦DA(RE)/DA(Al)≦3.0
条件(2):DE(RE)/DA(Al)≧2
(1)前記処理面を撮影して得られた画像(横1280ピクセル×縦1024ピクセル)のうち二次電子像及び反射電子像を確認し、反射電子像に、二以上の「薄色領域」が集合又は隣接してなる「薄色集合領域」が存在する場合には、各「薄色領域」における境界(各結晶の粒界に相当する。)にラインを引き、各「薄色領域」の境界を明確にする。
(2)前記反射電子像の画像を改善するため、前記「薄色領域」のエッジを保ちながら反射電子像の画像を滑らかにする。
(3)反射電子像の画像から「薄色領域」のみを抽出するための二値化処理における「しきい値」を設定する。より具体的には、反射電子像の画像から横軸に明るさ、縦軸に頻度をとったグラフを作成する。得られるグラフは二山状のグラフになるため、二山の中間点を「しきい値」に設定する。
(4)前記「薄色領域」の抽出は、前記反射電子像のうち任意の領域(横40μm×縦30μm)を選択し、この領域の画像内に存在する前記「薄色領域」を抽出して、行う。
(5)選択した前記領域、すなわち、抽出した前記「薄色領域」の画像品質を改善するため、選択した前記領域の画像に表れている穴を埋める処理を行う。
(6)選択した前記領域の画像において、直径が10ピクセル以下の前記「薄色領域」を除去する。
(7)このようにして各「薄色領域」を抽出する。
実施例並びに比較例2及び3における前記アルミナ基焼結体の製造と同様にして、直径18mm、厚み0.6mmの円板状試験片をそれぞれ作製して、図2に示される耐電圧測定装置20を用いて、700℃及び800℃それぞれにおける耐電圧値を測定した。この耐電圧測定装置20は、図2に示されるように、加熱用ボックス22内において、前記円板状試験片21の軸線方向から、前記円板状試験片21を、高電圧発生装置(CDI電源)27に接続された電極23a及び接地された電極23bで、前記軸線方向に挟持する。また、前記円板状試験片21の軸線方向から、前記円板状試験片21を、電極23a及び電極23bを囲繞するようにアルミナ製碍筒24a及び24bで、前記軸線方向に挟持する。さらに、前記円板状試験片21の表裏面とアルミナ製碍筒24a及び24bとの接触部を碍筒24a及び24bの全周にわたってSiO2系の封着ガラス25により固定する。なお、前記電極23a及び電極23bにおいて、円板状試験片21に接する先端部は、先端部に向かって徐々に径が縮小するテーパ状になっており、円板状試験片21との接触面積は約0.75mm2であった。また、電極23a及び23bはそれぞれ、加熱用ボックス22との間で放電が発生するのを防止するために、その外周面がアルミナ製碍筒28a及び28bで覆われている。この耐電圧測定装置20を用いて、電熱ヒータ26で700℃又は800℃に調整された加熱用ボックス22内で、数十kV程度の高電圧を円板状試験片21に印加することのできる高電圧発生装置27で円板状試験片21に一定の高電圧を印加して、前記円板状試験片21に絶縁破壊が発生したときの電圧値を円板状試験片21の「耐電圧値」として測定した。700℃及び800℃での「耐電圧値」から、700℃での「耐電圧値」に対する800℃での「耐電圧値」の比(第2表において「耐電圧値の低下率」と表記する。)を算出した。700℃及び800℃での「耐電圧値」並びに「耐電圧値の低下率」を第2表に示す。
実施例並びに比較例2及び3における前記アルミナ基焼結体の製造と同様にして、48mm×4mm×3mmの試験片をそれぞれ作製して、JIS R1604に規定された測定方法に準拠して、常温(約25℃)及び950℃における3点曲げ強度(スパン30mm)を測定した。なお、950℃における3点曲げ強度を「高温強度」と称する。常温での強度に対する950℃での「高温強度」の比(第2表において「強度の低下率」と表記する。)を算出した。常温での強度及び950℃での高温強度並びに「強度の低下率」を第2表に示す。
まず、Ni基合金を用いて定法に従い、接地電極6として断面寸法1.6mm×2.7mmの線材を作製した。銅からなる円柱状の内材8と、前記Ni基合金でカップ状に形成した外材7とをそれぞれ作製した。そして、作製した内材8を外材7に挿入し、押し出し加工等の塑性加工にて、内材8と外材7とからなる直径4mmの中心電極2を作製した。次いで、所定の形状及び寸法(特にネジ部の呼び径は10mm)に塑性加工及び転造加工によって形成した主体金具4の端面に、接地電極6の一端部を電機抵抗溶接で接合した。次いで、実施例1〜7と同様にしてアルミナ基焼結体で構成された絶縁体3を作製した。なお、絶縁体3は、原料粉末を造粒し、その造粒した粉末を静水圧プレスにて成形体に成形後、焼成前に研削されて自身の形状が整えられる研削整形工程を経て焼成されて作製される。次いで、中心電極2を絶縁体3に組み付け、さらに、接地電極6が接合された主体金具4にこの絶縁体3を組み付けた。次いで、接地電極6の先端部を中心電極2側に折り曲げて、接地電極6の一端が中心電極2の先端部と対向するようにして、スパークプラグ1を製造した。このようにして製造したスパークプラグ1は、第1表及び第2表と同様の結果が得られた。このように、前記アルミナ基焼結体は、小型で薄肉化された絶縁体3を備えたスパークプラグに用いられる絶縁体、及び、高出力化された内燃機関用のスパークプラグ等に用いられる絶縁体として特に好適である。そして、このアルミナ基焼結体で形成した絶縁体3を備えたスパークプラグは、絶縁体の厚さが薄くされていても、また、高出力化された内燃機関に用いられても、例えば700℃を超える高温下において十分な耐電圧特性及び機械的強度を発揮した。特に、実施例1〜7と同様にして作製した絶縁体3を備えた各スパークプラグは、前記特性に加えてさらに高い耐電圧値及び機械的強度を発揮した。
2 中心電極
3 絶縁体
4 主体金具
6 接地電極
7 外材
8 内材
9 ネジ部
G 火花放電間隙
20 耐電圧測定装置
21 円板状試験片
22 加熱用ボックス
23a、23b 電極
24a、24b、28a、28b アルミナ製碍筒
25 封着ガラス
26 電熱ヒータ
27 高電圧発生装置(CDI電源)
Claims (7)
- 中心電極と、前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、一端が前記中心電極と火花放電間隙を介して対向するように配置された接地電極とを備えたスパークプラグであって、
前記絶縁体は、Si成分と、IUPAC1990年勧告に基づく周期表の第2族元素成分(以下、2A成分と称する。)と、希土類元素成分(以下、RE成分と称する。)とを含有するアルミナ基焼結体で構成され、
前記アルミナ基焼結体は、前記RE成分を少なくとも含むRE−β−アルミナ結晶相を有し、このRE−β−アルミナ結晶相の平均結晶粒径DA(RE)とアルミナの平均結晶粒径DA(Al)とが下記条件(1)を満足することを特徴とするスパークプラグ。
条件(1):0.2≦DA(RE)/DA(Al)≦3.0 - 前記RE−β−アルミナ結晶相のうち、その結晶粒径DE(RE)とアルミナの前記平均結晶粒径DA(Al)とが下記条件(2)を満足するRE−β−アルミナ結晶相が3個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。
条件(2):DE(RE)/DA(Al)≧2 - 前記RE−β−アルミナ結晶相は、組成式: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。)で示される組成を有してい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。
- 前記RE−β−アルミナ結晶相は、透過型電子顕微鏡で観察したときに、直径0.3nmの円形のスポットのうち、前記ヘキサアルミネート結晶の存在が確認されたスポットにおいて、アルカリ金属成分を酸化物換算で0.01〜8質量%含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスパークプラグ。
- 前記アルミナ基焼結体は、アルミナ原料と、前記Si成分、前記Mg成分及び前記第2族元素成分、並びに前記RE成分から成る副原料とをスラリー中で混合して造粒した後に成形及び焼成して成り、前記スラリー中の前記アルミナ原料の平均粒径と前記副原料の平均粒径との粒径比(Dアルミナ原料/D副原料)が1.3≦Dアルミナ原料/D副原料≦4を満たすことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のスパークプラグ。
- 前記2A成分は、IUPAC1990年勧告に基づく周期表の第2族元素のうちMg及びBaを必須とするとともにMg及びBaを除く少なくとも他の一元素を含有する成分であり、
前記RE成分は、La成分、Pr成分及びNd成分からなる群より選択される少なくとも一種の成分であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のスパークプラグ。 - 前記絶縁体は主体金具に保持されてなり、当該主体金具の外周面に形成されたネジ部の呼び径が10mm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のスパークプラグ。
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