JP6521897B2 - スパークプラグ - Google Patents
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Description
[1] 軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、アルミナ基焼結体からなる絶縁体と、前記軸孔の先端側にある中心電極と、前記絶縁体の外周にある主体金具と、前記主体金具の先端に固定された接地電極と、を備えたスパークプラグであって、
前記アルミナ基焼結体は、Al成分と希土類元素成分と前記アルミナ基焼結体の全質量に対して酸化物換算で5質量%以上含有する成分とをそれぞれ酸化物換算したときの合計を100モル%としたとき、酸化物換算で、Al成分のモル含有率が90.0モル%以上99.99モル%以下、及び希土類元素成分の合計モル含有率が0.01モル%以上10モル%以下であり、
前記アルミナ基焼結体の全質量を100質量%としたとき、酸化物換算で、Na成分の質量含有率が0.001質量%以上0.020質量%以下、第2族元素成分の合計質量含有率が0質量%以上0.1質量%以下、及びSi成分及びB成分の合計質量含有率が0質量%以上0.1質量%以下であることを特徴とするスパークプラグである。
[2] 前記アルミナ基焼結体に含まれるアルミナ粒子の長辺の長さが大きくとも10μmである。
[3] 前記[1]又は[2]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、相対密度が98%以上である。
[4] 前記[1]〜[3]のいずれが一つに記載のスパークプラグにおいて、前記希土類元素成分は、Y成分及びYb成分の少なくとも一方である。
[5] 前記[1]〜[4]のいずれが一つ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、酸化物換算で、Fe成分の質量含有率が0.005質量%以上0.1質量%以下である。
[6] 前記[1]〜[5]のいずれが一つ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、酸化物換算で、Cr成分の質量含有率が0.005質量%以上0.05質量%以下である。
分を含有しないか、又は所定の体積割合以下で含有するので、焼結時に液相が少なく大部分が固相焼結により形成される。固相焼結により形成されるこのアルミナ基焼結体は、液相焼結により形成されるアルミナ基焼結体に比べて粒界相の割合が小さい。発明者らが焼結後に粒界相を形成する、第2族元素成分、Si成分、及びB成分の割合を小さくしたアルミナ基焼結体について検討した結果、絶縁体の高温下での耐電圧性能を向上させるためには、粒界相の全体に対する体積割合を少なくするだけでなく、粒界相の高温下における耐電圧性能を向上させると共にアルミナ粒子の異常粒成長を抑制することが有効であると考え、さらに検討を行った。その結果、このようなアルミナ基焼結体を得るためには、アルミナ基焼結体におけるNa成分の含有割合及び希土類元素成分の含有割合を特定の範囲にすればよいことが分かった。以下において、絶縁体3を構成するアルミナ基焼結体についてより詳細に説明する。
Al2O3粉末と、Re2O3粉末(ReはYb、Y、又はLa)と、所望により2ACO3粉末(2AはMg、Ca、Sr、及びBaのうちの少なくとも1種)と、SiO2粉末及びB2O3粉末の少なくとも一方とを混合して原料粉末とした。この原料粉末に溶媒としてのイオン交換水と親水性結合剤とを添加し、高アルミナ製のボールミル及び玉石を使用してスラリーを調製した。
表1及び表3に示すアルミナ基焼結体では、未焼成成形体を大気雰囲気下において焼成温度1450〜1700℃の範囲内で焼成時間を1〜8時間の範囲内に設定して、高アルミナ製の内壁を有する焼成炉で焼成した。
表2に示すアルミナ基焼結体では、未焼成成形体を大気雰囲気下において焼成温度1350℃にて、高アルミナ製の内壁を有する焼成炉で焼成した。このようにして、縦50mm、横50mm、厚さ20mmのアルミナ基焼結体を得た。
作製したアルミナ基焼結体の組成については、まず、アルミナ基焼結体に含有される成分のうち、主要成分として希土類元素成分を蛍光X線分析にて定量した。酸化物換算で、Al成分と希土類元素成分との合計を100モル%とし、それぞれの含有率をモル%で求めた。すなわち、希土類元素成分以外の成分をAl成分として算出した。微量成分すなわち蛍光X線分析による含有率が酸化物換算で5質量%未満の成分については、ICP発光分光分析により定性分析後、定量分析を行った。微量成分は、アルミナ基焼結体の全質量を100質量%として、それぞれの含有率を質量%で求めた。これらの分析結果を表1〜表4に示した。
なお、表1及び表2において、「−」はその成分の含有率を測定していないことを示す。また、ICP発光分光分析により検出されない場合、例えば含有率が5ppm以下(0.0005質量%以下)の場合は、「0.000」で示した。
高温下における耐電圧性能は、900℃における耐電圧値で評価した。作製したアルミナ基焼結体を縦16mm、横16mm、厚さ0.65mmに加工した試験片41を用いて、図4に示す構成の装置により測定した。具体的には、以下の通りである。まず、試験片41をアルミナ製碍筒42aとアルミナ製碍筒42bとで挟んだ状態で、SiO2系の封着ガラス43を用いて1400℃に加熱溶融し、ガラス接合体47を作製する。加熱用ヒータ45を有する加熱用ボックス48中にガラス接合体47をセットした後、高電圧発生装置46に接続された電極44aと接地された電極44bとで試験片41を挟む。その後、加熱用ヒータ45で900℃まで加熱した状態で高電圧を印加し、絶縁破壊が発生したときの値を電圧値として計測する。耐電圧値を試験片41の厚さで除した値を、耐電圧値(kV/mm)として、以下の評価基準にしたがって評価した結果を表1〜3に示した。
9:耐電圧値155kV/mm以上160kV/mm未満
8:耐電圧値150kV/mm以上155kV/mm未満
7:耐電圧値145kV/mm以上150kV/mm未満
6:耐電圧値140kV/mm以上145kV/mm未満
5:耐電圧値135kV/mm以上140kV/mm未満
4:耐電圧値130kV/mm以上135kV/mm未満
3:耐電圧値125kV/mm以上130kV/mm未満
2:耐電圧値120kV/mm以上125kV/mm未満
1:耐電圧値120kV/mm未満
2 軸孔
3 絶縁体
4 中心電極
5 端子金具
6 接続部
7 主体金具
8 接地電極
11 後端側胴部
12 大径部
13 先端側胴部
14 脚長部
24 ネジ部
25 ガスシール部
26 工具係合部
27 加締め部
28 後端部
29 棒状部
31 アルミナ粒子
41 試験片
42a、42b アルミナ製碍筒
43 封着ガラス
44a、44b 電極
45 加熱用ヒータ
46 高電圧発生装置
47 ガラス接合体
48 加熱用ボックス
G 火花放電間隙
Claims (6)
- 軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、アルミナ基焼結体からなる絶縁体と、前記軸孔の先端側にある中心電極と、前記絶縁体の外周にある主体金具と、前記主体金具の先端に固定された接地電極と、を備えたスパークプラグであって、
前記アルミナ基焼結体は、Al成分と希土類元素成分と前記アルミナ基焼結体の全質量に対して酸化物換算で5質量%以上含有する成分とをそれぞれ酸化物換算したときの合計を100モル%としたとき、酸化物換算で、Al成分のモル含有率が90.0モル%以上99.99モル%以下、及び希土類元素成分の合計モル含有率が0.01モル%以上10モル%以下であり、
前記アルミナ基焼結体の全質量を100質量%としたとき、酸化物換算で、Na成分の質量含有率が0.001質量%以上0.020質量%以下、第2族元素成分の合計質量含有率が0質量%以上0.1質量%以下、及びSi成分及びB成分の合計質量含有率が0質量%以上0.1質量%以下であることを特徴とするスパークプラグ。 - 前記アルミナ基焼結体に含まれるアルミナ粒子の長辺の長さが大きくとも10μm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。
- 前記アルミナ基焼結体は、相対密度が98%以上であ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。
- 前記希土類元素成分は、Y成分及びYb成分の少なくとも一方であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
- 前記アルミナ基焼結体は、酸化物換算で、Fe成分の質量含有率が0.005質量%以上0.1質量%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
- 前記アルミナ基焼結体は、酸化物換算で、Cr成分の質量含有率が0.005質量%以上0.05質量%以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
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