(57)【要約】  この発明は、絶縁破壊を起こしにくく、より一層高い耐電圧特性を発揮する絶縁体を備えたスパークプラグを提供することを目的とする。この発明は、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、希土類元素成分とＳｉ成分と少なくとも二種の第２族元素成分とを含有し、希土類元素成分が下記条件を満たすように分散してなる、９５．０％以上の理論密度比を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スパークプラグ１に関する。＜条件＞前記アルミナ基焼結体において７箇所の測定ライン（測定長１８０μｍ）を選択し、選択された各測定ライン内に存在する希土類元素（ＲＥ）をエネルギー分散法によって分析したときに、前記希土類元素（ＲＥ）に由来するピーク数が８本以上観測された測定ラインの合計数が７箇所中４箇所以上であること。
2009119097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、希土類元素（ＲＥ）成分と、Ｓｉ成分と、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第２族元素（２Ａ）成分とを含有し、前記希土類元素（ＲＥ）成分が下記条件を満たすように分散してなる、９５．０％以上の理論密度比を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スパークプラグ。
＜条件＞  前記アルミナ基焼結体において７箇所の測定ライン（測定長１８０μｍ）を選択し、選択された各測定ライン内に存在する希土類元素（ＲＥ）をエネルギー分散法によって分析したときに、前記希土類元素（ＲＥ）に由来するピーク数が８本以上観測された測定ラインの合計数が７箇所中４箇所以上であること
【請求項２】
前記アルミナ基焼結体の全質量を１００質量％としたときに、
前記希土類元素（ＲＥ）成分は０．２質量％以上４．０質量％以下の含有率で含有され、
前記Ｂａ成分は０．１質量％以上１．０質量％以下の含有率で含有されていることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記希土類元素（ＲＥ）成分は、Ｌａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ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り、
前記アルミナ基焼結体は、これらの希土類元素（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請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
条件（１）：０．２≦ＤＡ（ＲＥ）／ＤＡ（Ａｌ）≦３．０
【請求項４】
前記希土類元素（ＲＥ）成分は、Ｌａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ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り、
前記アルミナ基焼結体は、これらの希土類元素（ＲＥ）成分を少なくとも含むＲＥ−β−アルミナ結晶相を有し、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１〜３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
条件（２）：ＤＥ（ＲＥ）／ＤＡ（Ａｌ）≧２
【請求項５】
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３又は４に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スパークプラグに関し、さらに詳しくは、絶縁破壊を起こしにくく、より一層高い耐電圧特性を発揮する絶縁体を備えたスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
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は、従来、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）系の材料を焼成したアルミナ基焼結体により形成されたスパークプラグ用絶縁体（以下、単に「絶縁体」ともいう）を備えている。絶縁体がアルミナ基焼結体で形成される理由としては、アルミナ基焼結体が耐熱性及び機械的強度、さらには耐電圧特性に優れていることが挙げられる。アルミナ基焼結体の焼結には、焼成温度の低減及び焼結性の向上を目的として、一般に、酸化珪素（ＳｉＯ２）−酸化カルシウム（ＣａＯ）−酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる三成分系の焼結助剤等が使用されている。【０００３】
絶縁体は、内燃機関の燃焼室内における火花放電で生じる高温の燃焼ガス（約２０００〜３０００℃）の影響により、５００〜７００℃程度の熱間に曝される。そのために、絶縁体にあっては、室温から前記高温にわたる範囲内で耐電圧特性に優れることが重要となる。とりわけ、近年では、内燃機関の高出力化に伴い、燃焼室内における吸気及び排気バルブの占有面積の大型化や４バルブ化が検討されてきており、スパークプラグ自体が小型化（小径化）される傾向にある。そのために、絶縁体についても肉厚を薄肉化することが要求されており、絶縁体としては５００〜７００℃程度の熱間に曝されたときにも、耐電圧特性により一層優れるものが要求されるようになってきている。【０００４】
しかし、前記三成分系の焼結助剤を用いてアルミナ基焼結体を形成した場合には、この三成分系の焼結助剤（主にＳｉ成分）が、焼結後にアルミナ結晶粒子の粒界に低融点ガラス相として存在するために、アルミナ基焼結体で形成された絶縁体が７００℃程度の熱間に曝されると、その温度の影響により低融点ガラス相が軟化して、絶縁体の耐電圧特性が低下してしまう。一方、焼結助剤の添加量を低減してアルミナ基焼結体中の低融点ガラス相を減少させることもできるが、この場合には、絶縁体が緻密化せず、又は、一見緻密化してもアルミナ結晶粒子により構成される粒界に多数の気孔が残留して、やはり、絶縁体の耐電圧特性が低下してしまう。【０００５】
さらに、従来のアルミナ基焼結体は、粒界に低融点ガラス相又は気孔（残留気孔）が存在し、このようなアルミナ基焼結体でスパークプラグの絶縁体を形成した場合に、７００℃程度の高温環境下においてスパークプラグに火花放電を発生させるための高電圧が印加されると、低融点ガラス相が軟化し、又は、残留気孔に電界が集中して絶縁体が絶縁破壊（火花貫通）されることがある。【０００６】
このような耐電圧特性の低下及び／又は絶縁破壊の防止を目的として、希土類元素等を含有するアルミナ基焼結体又はこのアルミナ基焼結体で形成された絶縁体等が提案されている。例えば、特許文献１には、「希土類元素（以下、ＲＥと表す）成分を少なくとも含むアルミナ基焼結体であって、該アルミナ基焼結体の理論密度比が９５％以上であることを特徴とする高耐電圧特性アルミナ基焼結体」が記載されている。【０００７】
特許文献２には、「アルミナを主成分とするアルミナ質磁器組成物であって、前記主成分であるアルミナと、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇおよび希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素の組成物との複合焼結体からなり、前記主成分であるアルミナを１００重量部としたとき、前記Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇおよび希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素の組成物は、５重量部以下であることを特徴とするアルミナ質磁器組成物」が記載されている。【０００８】
特許文献３には、「焼結後の組織において、平均粒径１μｍ以下のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、粒界相に形成されたイットリア（Ｙ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）および酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）のうちの少なくとも１つとＡｌ２Ｏ３との化合物および混合物の少なくとも１つと、からなり、空孔率が６体積％以下である焼結体から構成されていることを特徴とするアルミナ磁器」が記載されている。【０００９】
ところが、内燃機関はこれまで以上に高出力化されていること等の理由で、絶縁体にはより一層高い耐電圧特性と絶縁破壊の防止とが要求されるようになっている。【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２４６４号公報
【特許文献２】国際公開第０５／０３３０４１号パンフレット
【特許文献３】特公平７−１２９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明は、絶縁破壊を起こしにくく、より一層高い耐電圧特性を発揮する絶縁体を備えたスパークプラグを提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
Ｓｉ成分と、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素（２Ａ）成分とを含有する緻密なアルミナ基焼結体において、前記第２族元素（２Ａ）成分として、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させると共に、下記条件を満足するように希土類元素（ＲＥ）成分を含有・分散させると、希土類元素等を含有する従来のアルミナ基焼結体で形成した絶縁体が発揮する耐電圧特性をより一層高い水準にまで向上させることができること、そして、このアルミナ基焼結体で形成した絶縁体をたとえ薄肉化してもまた高出力化された内燃機関用として用いても絶縁破壊を高度に起こしにくく、この絶縁体は５００〜７００℃の高温下においてもより一層高い耐電圧特性を発揮することを、発明者は見出して、この発明を完成した。【００１３】
前記課題を解決するための手段としてのこの発明は、
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、希土類元素（ＲＥ）成分と、Ｓｉ成分と、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第２族元素（２Ａ）成分とを含有し、前記希土類元素（ＲＥ）成分が下記条件を満たすように分散してなる、９５．０％以上の理論密度比を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。
＜条件＞  前記アルミナ基焼結体において７箇所の測定ライン（測定長１８０μｍ）を選択し、選択された各測定ライン内に存在する希土類元素（ＲＥ）をエネルギー分散法によって分析したときに、前記希土類元素（ＲＥ）に由来するピーク数が８本以上観測された測定ラインの合計数が７箇所中４箇所以上であること
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るスパークプラグの絶縁体を形成するアルミナ基焼結体は、希土類元素（ＲＥ）成分と、Ｓｉ成分と、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第２族元素（２Ａ）成分とを含有し、希土類元素（ＲＥ）成分が前記条件を満たすように分散してなる、９５．０％以上の理論密度比を有するアルミナ基焼結体であるから、希土類元素（ＲＥ）成分が均一に分散し、Ｓｉ成分及び第２族元素（２Ａ）成分と協働して、粒界への低融点ガラス相の形成及び粒界での気孔の残留を効果的に防止することができる。そして、このアルミナ基焼結体で形成された絶縁体は、たとえ薄肉化されてもまた高出力化された内燃機関用として用いられても絶縁破壊を高度に起こしにくく、５００〜７００℃の高温下においてもより一層高い耐電圧特性を発揮することができる。したがって、この発明によれば、絶縁破壊を起こしにくく、より一層高い耐電圧特性を発揮する絶縁体を備えたスパークプラグを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、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を説明する説明図であり、図１（ａ）は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の一部断面全体説明図であり、図１（ｂ）は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の主要部分を示す断面説明図である。
【図２】図２は、実施例１のアルミナ基焼結体におけるある測定ラインをエネルギー分散法によって分析して得られた測定チャートを示す図である。
【図３】図３は、実施例１のアルミナ基焼結体における別の測定ラインをエネルギー分散法によって分析して得られた測定チャートを示す図である。
【図４】図４は、Ｌａ−β−アルミナ構造（ＬａＡｌ１１Ｏ１８）の結晶を有するアルミナ基焼結体（実施例６）のＸ線回折チャートである。
【図５】図５は、耐電圧測定装置の概略を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  スパークプラグ
２  中心電極
３  絶縁体
４  主体金具
５  貴金属チップ
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）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明に係るスパークプラグは、中心電極と、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。【００１８】
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を図１に示す。図１（ａ）は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１の一部断面全体説明図であり、図１（ｂ）は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１の主要部分を示す断面説明図である。なお、図１（ａ）では紙面下方を軸線ＡＸの先端方向、紙面上方を軸線ＡＸの後端方向として、図１（ｂ）では紙面上方を軸線ＡＸの先端方向、紙面下方を軸線ＡＸの後端方向として説明する。【００１９】
このスパークプラグ１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、略棒状の中心電極２と、中心電極２の外周に設けられた略円筒状の絶縁体３と、絶縁体３を保持する円筒状の主体金具４と、一端が中心電極２の先端面と火花放電間隙Ｇを介して対向するように配置されると共に他端が主体金具４の端面に接合された接地電極６とを備えている。【００２０】
前記主体金具４は、円筒形状を有しており、絶縁体３を内装することにより絶縁体３を保持するように形成されている。主体金具４における先端方向の外周面にはネジ部９が形成されており、このネジ部９を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドにスパークプラグ１が装着される。近年の高出力化された内燃機関にスパークプラグ１が装着される場合には、前記ネジ部９の呼び径は、例えば１０ｍｍ以下に調整される。主体金具４は、導電性の鉄鋼材料、例えば、低炭素鋼により形成されることができる。【００２１】
中心電極２は、外材７と、外材７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内材８とにより形成されている。中心電極２は、その先端部が絶縁体３の先端面から突出した状態で絶縁体３の軸孔に固定されており、主体金具４に対して絶縁保持されている。中心電極２の外材７は耐熱性及び耐食性に優れたＮｉ基合金で形成され、中心電極２の内材８は銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）等の熱伝導性に優れた金属材料で形成されることができる。【００２２】
前記接地電極６は、例えば、角柱体に形成されてなり、一端が主体金具４の端面に接合され、途中で略Ｌ字に曲げられて、その先端部が中心電極２の軸線ＡＸ方向に位置するように、その形状及び構造が設計されている。接地電極６がこのように設計されることによって、接地電極６の一端が中心電極２と火花放電間隙Ｇを介して対向するように配置されている。火花放電間隙Ｇは、中心電極２の先端面と接地電極６の表面との間の間隙であり、この火花放電間隙Ｇは、通常、０．３〜１．５ｍｍに設定される。接地電極６は中心電極２よりも高温に曝されるため、中心電極２を形成するＮｉ基合金よりも耐熱性及び耐食性等により一層優れたＮｉ基合金等で形成されるのがよい。【００２３】
前記絶縁体３は、主体金具４の内周部に滑石（タルク）及び／又はパッキン等（図示せず。）を介して保持されており、絶縁体３の軸線ＡＸ方向に沿って中心電極２を保持する軸孔を有している。絶縁体３は、絶縁体３における先端方向の端部が主体金具４の先端面から突出した状態で、主体金具４に固着されている。主体金具４におけるネジ部９の呼び径が１０ｍｍ以下に調整される場合には、主体金具４の先端面における絶縁体３は例えば０．７〜１．０ｍｍの肉厚に設定される。【００２４】
スパークプラグ１において、絶縁体３は下記アルミナ基焼結体で形成されている。この絶縁体３を形成するアルミナ基焼結体は、希土類元素（ＲＥ）成分と、Ｓｉ成分と、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第２族元素（２Ａ）成分とを含有し、希土類元素（ＲＥ）成分が下記条件を満たすように分散してなる、９５．０％以上の理論密度比を有するアルミナ基焼結体である。すなわち、スパークプラグ１の絶縁体３は、希土類元素（ＲＥ）成分と、Ｓｉ成分と、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第２族元素（２Ａ）成分とを含有し、希土類元素（ＲＥ）成分が下記条件を満たすように分散してなり、９５．０％以上の理論密度比を有している。
＜条件＞前記アルミナ基焼結体において７箇所の測定ライン（測定長１８０μｍ）を選択し、選択された各測定ライン内に存在する希土類元素（ＲＥ）をエネルギー分散法によって分析したときに、前記希土類元素（ＲＥ）に由来するピーク数が８本以上観測された測定ラインの合計数が７箇所中４箇所以上であること【００２５】
このアルミナ基焼結体は、Ａｌ成分、主にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分として含有する。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。【００２６】
アルミナ基焼結体におけるＡｌ成分の含有率は、アルミナ基焼結体の全質量を１００質量％としたときに、９２．５質量％以上９７．０質量％以下であるのが好ましく、９３．０質量％以上９５．５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、アルミナ基焼結体を形成する焼結前の原料粉末中における焼結助剤の含有率が適切な割合になっているから、この焼結前の原料粉末を焼結してなるアルミナ基焼結体は緻密になる。その結果、Ａｌ成分の含有率が前記範囲内にあると、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絶縁破壊を起こしにくく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。【００２７】
前記アルミナ基焼結体においては、前記Ａｌ成分として存在するアルミナの結晶粒子は、例えば、１．５〜４．５μｍの平均結晶粒径ＤＡ（Ａｌ）を有している。アルミナ基焼結体におけるアルミナの結晶粒子は、後述するように、画像解析写真において「濃色領域」として表される。アルミナ基焼結体における前記結晶粒子の平均結晶粒径ＤＡ（Ａｌ）は後述するＲＥ−β−アルミナ結晶相の結晶粒径ＤＥ（ＲＥ）と同様にして走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）での観察により求めることができる。具体的には、次のようにして算出される。アルミナ基焼結体の表面又は任意の断面を鏡面研磨し、この研磨面をアルミナ基焼結体の焼成温度よりも１００℃低い温度で１０分にわたってサーマルエッチング処理をしてなる処理面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して、後述するように「二値化処理」して表わされる「濃色領域」の粒子径をインターセプト法にて計測し、これらを算術平均して求めることができる。【００２８】
アルミナ基焼結体は、焼結助剤に由来する成分、すなわち、希土類元素（ＲＥ）成分と、Ｓｉ成分と、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第２族元素（２Ａ）成分とを含有する。アルミナ基焼結体におけるこれらの各成分の合計含有率は、アルミナ基焼結体の全質量を１００質量％としたときに、３．０質量％以上７．５質量％以下であるのが好ましく、４．５質量％以上７．０質量％以下であるのが特に好ましい。これらの合計含有率が前記範囲内にあると、このアルミナ基焼結体で形成した絶縁体は絶縁破壊を起こしにくく高い耐電圧特性を発揮する。【００２９】
アルミナ基焼結体は、焼結助剤由来の希土類元素（ＲＥ）成分、例えば、希土類元素の酸化物、希土類元素のイオン等を含有する。この希土類元素（ＲＥ）成分は、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。希土類元素（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、絶縁体３としたときの耐電圧特性を向上させると共に、高温環境下における機械的強度も向上させる。特に、アルミナ基焼結体は、前記条件を満足するように希土類元素（ＲＥ）成分を含有・分散してなるから、希土類元素（ＲＥ）成分が均一に分散し、Ｓｉ成分及び前記第２族元素（２Ａ）成分と協働して、粒界への低融点ガラス相の形成及び粒界での気孔の残留を効果的に防止することができ、その結果、アルミナ基焼結体は５００〜７００℃の高温下においてより一層高い耐電圧特性を発揮する。【００３０】
希土類元素（ＲＥ）成分は、前記した各成分であればよいが、Ｌａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ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のが好ましい。Ｌａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ成分は、それらに含まれる各元素Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ及びＳｍ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成分及び場合によっては第２族元素（２Ａ）成分とも相俟って２０００℃程度の非常に高い融点を有するＲＥ−β−アルミナ構造の結晶相（以下、単に「ＲＥ−β−アルミナ結晶相」と称することがある。）を容易に形成すると考えられる。したがって、希土類元素（ＲＥ）成分として、Ｌａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ成分からなる群より選択される少なくとも一種の成分を含有すると、ＲＥ−β−アルミナ結晶相が形成されることで、絶縁体３としたときの耐電圧特性及び高温環境下における機械的強度をより一層向上させることができる。【００３１】
したがって、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のが好ましく、特に、希土類元素（ＲＥ）成分としてＬａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ成分からなる群より選択される少なくとも一種の成分を少なくとも含んでいる場合には前記組成式で示される組成を有しているのが好ましい。前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相がこの組成式で示される組成を有していると、絶縁体３としたときの耐電圧特性及び高温環境下における機械的強度をさらに向上させることができる。したがって、この発明において、前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相が前記組成式で示される組成を有していると、絶縁破壊を起こしにくく、より一層高い耐電圧特性及び高温環境下における機械的強度を発揮する絶縁体を備えたスパークプラグを提供するという目的を達成することができる。前記組成式におけるｘ、ｙ及びｚは、前記各範囲内の整数及び少数をとることができる。前記ｘ、ｙ及びｚは、好ましくは、ｘは０〜１．５の範囲、ｙは１１〜１４の範囲、ｚは１８〜２４の範囲から選択される。ＲＥ−β−アルミナ結晶相の組成を示す前記組成式としては、例えば、ＲＥ（２Ａ）Ａｌ１３Ｏ１９、ＲＥＡｌ１１Ｏ１８等が挙げられる。【００３２】
前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相が前記組成式を満たす組成を有しているか否かは、アルミナ基焼結体中に存在する前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相を、例えば透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）（ＨＩＴＡＣＨＩ製、「ＨＤ−２０００」）付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）（ＥＤＡＸ製、ＥＤＸ：「Ｇｅｎｅｓｉｓ４０００」、検出器：ＳＵＴＷ３．３ＲＴＥＭ）を用いて下記測定条件等で元素分析を行うことによって、確認することができる。
＜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、第２族元素（２Ａ）成分、希土類元素（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、希土類元素（ＲＥ）成分のモル数を１としたときの、第２族元素（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。【００３３】
前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相は、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は限定されず、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。【００３４】
ＲＥ−β−アルミナ結晶相の存在は、例えば、ＪＣＰＤＳカードを用いて、Ｘ線回折により同定することができる。なお、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ成分に関しては、ＲＥ−β−アルミナのＪＣＰＤＳカードが存在しないため、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＋、Ｎｄ３＋及びＳｍ３＋イオン半径がＬａ３＋のイオン半径とほぼ同等であるため、Ｌａ−β−アルミナのＪＣＰＤＳカード（Ｎｏ．３３−６９９）と類似したＸ線回折スペクトルを示すことから、Ｌａ−β−アルミナのＪＣＰＤＳカードと対比して、Ｐｒ−β−アルミナ、Ｎｄ−β−アルミナ及びＳｍ−β−アルミナの存在を確認することができる。【００３５】
前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相は、アルミナ基焼結体中に存在しているＲＥ−β−アルミナ結晶相を粒子状の結晶粒と考えたときにその粒径があまりにも大きすぎると高温環境下における機械的強度を低下させる可能性があるので、絶縁体３としたときに高い高温環境下における機械的強度を発揮させるためにはＲＥ−β−アルミナ結晶相の粒径を適宜に調整するのがよい。【００３６】
例えば、この発明において、前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相の平均結晶粒径ＤＡ（ＲＥ）とアルミナの前記平均結晶粒径ＤＡ（Ａｌ）とが下記条件（１）を満足するのが好ましく、特に、前記希土類元素（ＲＥ）成分がＬａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ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場合に下記条件（１）を満足するのが好ましい。下記条件（１）を満足すると、アルミナ基焼結は耐電圧特性を低下させることなくより一層高い高温環境下における機械的強度を発揮することができる。したがって、この発明において、前記アルミナ基焼結体が下記条件（１）を満足していると、絶縁破壊を起こしにくく、より一層高い耐電圧特性及び高温環境下における機械的強度を発揮する絶縁体を備えたスパークプラグを提供するという目的を達成することができる。下記条件（１）において、ＤＡ（ＲＥ）／ＤＡ（Ａｌ）は、０．２〜２であるのがより好ましく、０．２〜１．５であるのが特に好ましい。
条件（１）：０．２≦ＤＡ（ＲＥ）／ＤＡ（Ａｌ）≦３．０【００３７】
また、この発明において、アルミナ基焼結に含有される前記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個以下であるのが好ましく、特に、前記希土類元素（ＲＥ）成分がＬａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ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場合に下記条件（２）を満足するＲＥ−β−アルミナ結晶相が３個以下であるのが好ましい。下記条件（２）を満足するＲＥ−β−アルミナ結晶相が３個以下であると、アルミナ基焼結は耐電圧特性を低下させることなくより一層高い高温環境下における機械的強度を発揮することができる。したがって、この発明において、前記アルミナ基焼結体が下記条件（２）を満足していると、絶縁破壊を起こしにくく、より一層高い耐電圧特性及び高温環境下における機械的強度を発揮する絶縁体を備えたスパークプラグを提供するという目的を達成することができる。下記条件（２）を満足するＲＥ−β−アルミナ結晶相は２個以下であるのがより好ましく、１個以下であるのが特に好ましい。
条件（２）：ＤＥ（ＲＥ）／ＤＡ（Ａｌ）≧２【００３８】
前記結晶粒径ＤＥ（ＲＥ）及び平均結晶粒径ＤＡ（ＲＥ）は次のようにして求めることができる。例えば、アルミナ基焼結体の表面又は任意の断面を鏡面研磨し、この研磨面をアルミナ基焼結体の焼成温度よりも１００℃低い温度で１０分にわたってサーマルエッチング処理する。この処理面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、倍率２０００倍で観察領域を写真撮影する。得られた画像を例えば画像解析ソフトウェア「ＷｉｎＲＯＯＦ」（三谷商事株式会社製）を用いて下記「二値化処理方法及び条件」で「二値化処理（二階調化処理とも称する。）」すると、前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相は「薄色領域」として、アルミナは「濃色領域」として表わされる。前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相の結晶粒径ＤＥ（ＲＥ）は、前記二値化処理して抽出された「薄色領域」を１つのＲＥ−β−アルミナ結晶相の結晶粒子と仮定した場合に、前記各「薄色領域」の表面積を算出し、この表面積から前記各「薄色領域」の円相当直径を算出した値とする。前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相の平均結晶粒径ＤＡ（ＲＥ）は、このようにして算出した前記結晶粒径ＤＥ（ＲＥ）の算術平均値とする。【００３９】
＜二値化処理方法及び条件＞
（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。【００４０】
前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相の平均結晶粒径ＤＡ（ＲＥ）は、前記条件（１）を満足し、又は、前記条件（２）を満足するＲＥ−β−アルミナ結晶相が３個以下となるのであれば、その範囲は特に限定されないが、好ましくは０．５〜４．５μｍ、特に好ましくは０．７〜４．０μｍである。ＲＥ−β−アルミナ結晶相が前記範囲の平均結晶粒径ＤＡ（ＲＥ）を有していると、絶縁体３としたときに耐電圧特性と高温環境下における機械的強度とを高い水準で両立することができる。【００４１】
このＲＥ−β−アルミナ結晶相は、ＲＥ−β−アルミナそのものを原料粉末として用いることもできるが、焼成時にＲＥ−β−アルミナ粒成長の異方成長が著しいため、アルミナ基焼結体の緻密化が阻害されるおそれがある。したがって、ＲＥ−β−アルミナ結晶相は焼成過程において析出生成させることが好ましい。例えば、前記希土類元素（ＲＥ）成分の存在下、前記Ｓｉ成分及び前記第２族元素（２Ａ）成分それぞれを前記含有率で含有する原料粉末を焼結することにより、ＲＥ−β−アルミナ結晶相を析出生成させることができる。【００４２】
前記条件（１）を満足する前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相及び／又は前記条件（２）を満足する３個以下の前記ＲＥ−β−アルミナ結晶相を析出させるには、例えば、希土類元素（ＲＥ）成分の含有率を調整する方法、より具体的には、希土類元素（ＲＥ）成分の含有率を小さくすると、前記条件（１）の「ＤＡ（ＲＥ）／ＤＡ（Ａｌ）」及び前記条件（２）の「ＤＥ（ＲＥ）／Ｄ（ＡＡｌ）≧２となるＲＥ−β−アルミナ結晶相の数」は共に小さく又は少なくなる。【００４３】
アルミナ基焼結体における希土類元素（ＲＥ）成分の含有率は、前記焼結助剤の合計含有率を超えない範囲で調整され、希土類元素（ＲＥ）成分が例えばＬａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分又はＳｍ成分である場合にはＲＥ−β−アルミナ結晶相を形成することのできる程度の含有率に調整されればよい。具体的には、希土類元素（ＲＥ）成分の含有率は、Ｌａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ成分であるか否かに関わらず、例えば、アルミナ基焼結体の全質量を１００質量％としたときに、０．２〜４．０質量％であるのが好ましく、０．５質量％以上２．５質量％以下であるのが特に好ましい。希土類元素（ＲＥ）成分の含有率が前記範囲内にあると、希土類元素（ＲＥ）成分を均一に分散させて、絶縁体３としたときの耐電圧特性を大幅に向上させることができる。【００４４】
なお、この発明において、アルミナ基焼結体における希土類元素（ＲＥ）成分の含有率Ｒ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、Ｐｒ成分は「Ｐｒ６Ｏ１１」に換算したときの酸化物換算質量％とし、Ｐｒ成分以外の希土類元素（ＲＥ）成分は「ＲＥ２Ｏ３」に換算したときの酸化物換算質量％とする。希土類元素（ＲＥ）成分を複数含有するときは、含有率は各成分の含有率の合計含有率とする。【００４５】
アルミナ基焼結体は、焼結助剤由来のＳｉ成分、例えば、Ｓｉ酸化物、Ｓｉイオン等を含有する。Ｓｉ成分は、通常、焼結時には溶融して液相を生じ焼結体の緻密化を促進する焼結助剤として機能し、焼結後はアルミナ結晶粒子の粒界に低融点ガラス相等を形成する。しかし、前記アルミナ基焼結体は、Ｓｉ成分に加えて他の特定成分を含有しているから、特に前記条件を満足するように希土類元素（ＲＥ）成分を含有・分散しているから、Ｓｉ成分は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する。したがって、この発明において、Ｓｉ成分は、他の特定成分と共に高融点ガラス相等を形成し、前記低融点ガラス相を実質的に形成しないような含有率でアルミナ基焼結体中に含有される。【００４６】
アルミナ基焼結体におけるＳｉ成分の含有率は、前記焼結助剤の合計含有率を超えない範囲で調整され、例えば、アルミナ基焼結体の全質量を１００質量％としたときに、２．０質量％以上４．０質量％以下であるのが好ましく、２．３質量％以上３．５質量％以下であるのが特に好ましい。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。【００４７】
アルミナ基焼結体は、焼結助剤由来の第２族元素（２Ａ）成分、例えば、第２族元素の酸化物、第２族元素イオン等を含有する。この第２族元素（２Ａ）成分は、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表における第２族に属する元素を含有する成分であり、例えば、Ｍｇ成分、Ｃａ成分及びＢａ成分からなる群より選択される少なくとも二種である。この発明において、前記第２族元素（２Ａ）成分は、ＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素（２Ａ）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ることが重要である。前記第２族元素（２Ａ）としては、低毒性等の観点から、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａが好ましく挙げられる。この発明における第２族元素（２Ａ）成分は、Ｍｇ成分とＢａ成分とＭｇ成分及びＢａ成分を除く少なくとも他の一元素の成分を含有する成分、すなわち、Ｃａ成分及びＳｒ成分からなる群から選択される少なくとも一元素の成分とを含有するのが好ましく、より具体的には、Ｍｇ成分とＢａ成分とＣａ成分とを含有する第２族元素（２Ａ）成分、Ｍｇ成分とＢａ成分とＳｒ成分とを含有する第２族元素（２Ａ）成分、及び、Ｍｇ成分とＢａ成分とＣａ成分とＳｒ成分とを含有する第２族元素（２Ａ）成分であるのが好ましい。この発明における第２族元素（２Ａ）成分は、Ｍｇ成分とＢａ成分とＣａ成分とを含有する第２族元素（２Ａ）成分が特に好ましい。【００４８】
Ｍｇ成分は焼結前のＳｉ成分と同様に焼結助剤として機能し、Ｂａ成分、Ｃａ成分及びＳｒ成分は焼結前の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環境下における機械的強度を向上させる機能を有する。そして、これらの成分を少なくとも二種含有すると、好ましくは、Ｍｇ成分と、Ｂａ成分と、前記Ｍｇ成分及び前記Ｂａ成分を除く少なくとも他の一元素の成分すなわち前記Ｃａ成分及び／又は前記Ｓｒ成分とを含有すると、特に好ましくは、Ｍｇ成分とＢａ成分とＣａ成分とを含有すると、前記機能が相乗的に発揮され、耐電圧特性をさらに向上させることができる。したがって、絶縁体３としたときの耐電圧特性を向上させるのであれば、Ｍｇ成分、Ｃａ成分及びＢａ成分からなる群より選択される二種の成分における組合せは特に限定されず、すべての組合せが可能であるが、特に耐電圧特性に優れる点で、前記に例示した第２族元素（２Ａ）成分が好ましい。【００４９】
絶縁体３としたときの耐電圧特性に加えて高温環境下における機械的強度をも改善することを目的とするのであれば、Ｍｇ成分、Ｃａ成分及びＢａ成分からなる群より選択される二種のうちＢａ成分を必須成分とするのが好ましく、具体的には、第２族元素（２Ａ）成分として、Ｂａ成分とＭｇ成分及びＣａ成分の少なくとも一方とを含有するのが好ましく、Ｍｇ成分とＢａ成分とＭｇ成分及びＢａ成分を除く少なくとも他の一元素の成分を含有する成分とを含有するのがより好ましく、Ｂａ成分とＭｇ成分とＣａ成分とを含有するのが特に好ましい。【００５０】
アルミナ基焼結体における第２族元素（２Ａ）成分の含有率は、前記焼結助剤の合計含有率を超えない範囲で調整され、例えば、アルミナ基焼結体の全質量を１００質量％としたときに、０．５質量％以上２．５質量％以下であるのが好ましく、０．８質量％以上２．２質量％以下であるのが特に好ましい。Ｍｇ成分の含有率、Ｃａ成分の含有率、Ｂａ成分の含有率及びＳｒ成分の含有率等はそれぞれ、前記第２族元素（２Ａ）成分の含有率を超えない範囲で適宜調整され、各成分の含有率比は特に限定されない。例えば、アルミナ基焼結体の全質量を１００質量％とすると、好ましくは、Ｍｇ成分の含有率は０質量％以上０．５質量％以下の範囲、特に０．１質量％以上０．５質量％以下の範囲から選択され、Ｃａ成分の含有率は０質量％以上１．４質量％以下の範囲から選択され、Ｂａ成分の含有率は０質量％以上１．０質量％以下の範囲、特に０．１質量％以上１．０質量％以下の範囲から選択され、Ｓｒ成分等の他の成分の含有率は０質量％以上０．９質量％以下の範囲、特に０．２質量％以上０．９質量％以下の範囲から選択される（ただし、２以上の成分の含有率が同時に０質量％となることはない。）。なお、この発明において、第２族元素（２Ａ）成分の各含有率はその酸化物「（２Ａ）Ｏ」に換算したときの酸化物換算質量％とし、具体的には、Ｍｇ成分の含有率はＭｇ成分の酸化物である「ＭｇＯ」に換算したときの酸化物換算質量％とし、Ｃａ成分の含有率はＣａ成分の酸化物である「ＣａＯ」に換算したときの酸化物換算質量％とし、Ｂａ成分の含有率はＢａ成分の酸化物である「ＢａＯ」に換算したときの酸化物換算質量％とし、Ｓｒ成分の含有率はＳｒ成分の酸化物である「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（２Ａ）成分の含有率は、第２族元素（２Ａ）成分の各含有率の合計含有率であり、具体的には、Ｍｇ成分の含有率、Ｂａ成分の含有率、Ｃａ成分の含有率、Ｓｒ成分の含有率等の合計含有率とする。【００５１】
アルミナ基焼結体は、Ａｌ成分と、希土類元素（ＲＥ）成分と、Ｓｉ成分と、前記第２族元素（２Ａ）成分とを含有し、前記Ａｌ成分、前記希土類元素（ＲＥ）成分、前記Ｓｉ成分及び前記第２族元素（２Ａ）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。ところが、アルミナ基焼結体の各成分には微量の不可避的な各種不純物を含有していることがある。これらの不純物は極力除去するのが好ましいが、現実的には、完全に除去することはできない。したがって、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、前記各成分に加えて、不可避不純物を含有していてもよい。このようなアルミナ基焼結体に含有してもよい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（２Ａ）成分及び希土類元素（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。【００５２】
このように、アルミナ基焼結体は、前記成分から実質的に成るが、前記不可避不純物の他に、前記Ａｌ成分、希土類元素（ＲＥ）成分、Ｓｉ成分及び第２族元素（２Ａ）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。【００５３】
Ａｌ成分、希土類元素（ＲＥ）成分、Ｓｉ成分及び第２族元素（２Ａ）成分を含有するアルミナ基焼結体は９５．０％以上の理論密度比を有している。理論密度比が９５．０％以上であると、アルミナ基焼結体が高度に緻密化されており、破壊起点となりうる気孔の存在等が極めて少なく、絶縁体３としたときの絶縁破壊を起こしにくく、耐電圧特性にも優れる。さらに優れた効果を奏する点で、アルミナ基焼結体は９５．５％以上の理論密度比を有しているのが特に好ましい。なお、「理論密度」はアルミナ基焼結体に含有される各成分の含有率を酸化物に換算し、換算された各酸化物の含有率から混合則によって計算される密度であり、「理論密度比」はアルキメデス法によって測定されたアルミナ基焼結体密度の前記理論密度に対する割合を百分率で示したものである。したがって、アルミナ基焼結体における理論密度比の上限は１００％である。理論密度比の数値が大きい程、アルミナ基焼結体がより緻密であることを示す。【００５４】
Ａｌ成分、希土類元素（ＲＥ）成分、Ｓｉ成分及び第２族元素（２Ａ）成分を含有するアルミナ基焼結体は、後述するように、希土類元素（ＲＥ）成分が前記条件を満たすように分散してなる。これに対して、希土類元素（ＲＥ）成分を含有する従来のアルミナ基焼結体はこの成分を単に含有しているにすぎない。そして、このような従来のアルミナ基焼結体で形成した絶縁体は、これまでの内燃機関に用いられるスパークプラグの絶縁体として要求される耐電圧特性と絶縁破壊の防止とを満足することができることがあった。【００５５】
ところが、これまで以上に高出力化された内燃機関に用いられるスパークプラグの絶縁体として要求される耐電圧特性と絶縁破壊の防止とを十分に満足させるためには、アルミナ基焼結体中に、Ｓｉ成分と、Ｍｇ成分、Ｃａ成分及びＢａ成分からなる群より選択される少なくとも二種の第２族元素（２Ａ）成分、特に、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第２族元素（２Ａ）成分を含有させ、かつ、前記条件を満たすように希土類元素（ＲＥ）成分を分散させることが、特に重要であることを、本願発明者らは見出した。このように、アルミナ基焼結体中に希土類元素（ＲＥ）成分が前記条件を満たすように分散していると、希土類元素（ＲＥ）成分が均一に分散し、Ｓｉ成分及び前記第２族元素（２Ａ）成分と協働して、粒界への低融点ガラス相の形成及び粒界での気孔の残留をより一層効果的に防止することができる。その結果、この条件を満足するように希土類元素（ＲＥ）成分が分散してなるアルミナ基焼結体は、絶縁体３としたときに、より一層高い水準の耐電圧特性を発揮することができると共に絶縁体３の絶縁破壊を効果的に防止することができる。したがって、このアルミナ基焼結体で形成した絶縁体３は、その厚さがたとえ薄肉化されても、また高出力された内燃機関に用いられるスパークプラグに用いられても、絶縁破壊をほとんど起こすことなく、５００〜７００℃の高温下においてより一層高い耐電圧特性を発揮することができる。【００５６】
さらに、アルミナ基焼結体中に希土類元素（ＲＥ）成分が前記条件を満たすように分散していると、このアルミナ基焼結体はその表面及び内部にわたってほぼ均一な特性を有し、切削加工等によって絶縁体３とするときに、形成される絶縁体３の特性もまた均一になる。したがって、この発明によれば、全体にわたって同程度に、絶縁破壊を起こしにくく、より一層高い耐電圧特性を発揮する絶縁体を備えたスパークプラグを提供するという目的を達成することができる。【００５７】
このアルミナ基焼結体における前記条件は、「アルミナ基焼結体において７箇所の測定ライン（測定長１８０μｍ）を選択し、選択された各測定ライン内に存在する希土類元素（ＲＥ）をエネルギー分散法によって分析したときに、希土類元素（ＲＥ）に由来するピーク数が８本以上観測された測定ラインの合計数が７箇所中４箇所以上であること」である。ここで、測定長１８０μｍの測定ラインにおいて希土類元素由来ピークの数が８本以上あると、また、希土類元素（ＲＥ）に由来するピーク数が８本以上観測された測定ラインの合計数が７箇所中４箇所以上であると、希土類元素（ＲＥ）成分がアルミナ基焼結体中にほぼ均一に分散しているとする理由は、多数の実験的事実に基づくものであり、後述する実施例及び比較例からも明らかなように、１つの測定ラインに希土類元素由来ピークの数が８本以上あり、かつ、希土類元素（ＲＥ）に由来するピーク数が８本以上観測された測定ラインの合計数が７箇所中４箇所以上であれば、アルミナ基焼結体の耐電圧特性がより一層高い値を示すことを確認している。【００５８】
この条件を以下に詳細に説明する。この条件においては、まず、アルミナ基焼結体を電子顕微鏡で観察する。観察するアルミナ基焼結体は、その外表面であってもよく、特定の面で切断してなる断面であってもよく、分析精度を向上させるため、外表面又は断面を鏡面研磨して顕微鏡観察に適した面（以下、観察面と称することがある。）とするのが好ましい。アルミナ基焼結体の観察面は、例えば、低真空分析走査電子顕微鏡（一例を挙げると、日本電子株式会社製「ＪＳＭ−６４６０ＬＡ」（商品名））を用いて、拡大率７００倍程度で観察される。観察条件は、特に限定されず、例えば、室温下で行われる。【００５９】
次いで、拡大観察された観察面において、エネルギー分散法で分析される分析対象域として、１８０μｍの測定長を有する測定ラインを７箇所選択する。ここで選択される測定ラインは、観察面において、無作為に選択されてもよく、また、特定の規則、例えば、観察面の長手方向等に等間隔となるように選択されてもよい。希土類元素（ＲＥ）成分の分散状態をより正確に分析するのであれば、測定ラインは特定の規則に従って選択されるのが好ましい。【００６０】
このようにして選択された７箇所の測定ラインそれぞれについて、その測定長方向に沿って存在する希土類元素（ＲＥ）をエネルギー分散法によって分析する。この分析は、前記低真空分析走査電子顕微鏡に備えられているエネルギー分散分光装置で実施してもよく、また、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（例えば、日本電子株式会社製「ＥＸ−２３０００ＢＵ」（商品名））で実施してもよい。分析は、ＳＥＩ（二次電子像）モードにおいて、Ｘ線としてＫα線とし、加速電圧２０ｋＶ、積算回数１００回の条件で、実施される。【００６１】
このようにして各測定ラインを分析すると、各測定ラインにおける測定チャート７種が得られる。これらの測定チャートには、例えば、図２及び図３に示されるように、希土類元素（ＲＥ）に由来するピーク（以下、希土類元素由来ピークと称することがある。）及び希土類元素由来ピーク以外のピークが現れる。【００６２】
前記条件においては、得られた測定チャート毎に、現れた希土類元素由来ピークの数を計数する。ここで、各測定チャートにおける希土類元素由来ピークの同定及び計数は以下の基準に基づいて行う。図２及び図３には、以下の基準に基づいて同定した希土類元素由来ピーク（の上部）に「黒丸」を付してある。【００６３】
（１）１つの測定チャートにおいて、ピーク強度は、測定チャートに示された強度の最も弱い位置である「ベース位置」（図２及び図３に矢印で示してある。）から各ピークの先端までのピーク長さとする。
（２）１つの測定チャートにおいて、希土類元素由来ピークは、この測定チャートにおける最強のピーク強度を持つ最強ピークの半分以上のピーク強度を持つピークすべてとする。
（３）１つの測定チャートにおいて、隣接する２つの希土類元素由来ピークが、その間に、それらに隣接する２つの希土類元素由来ピークのうち弱い方のピーク強度に対して最強ピークの１０％以上のピーク強度に相当するピーク強度が低下したピーク強度谷部を有していない場合には、隣接する２つの希土類元素由来ピークを１本として計数する。例えば、図３において、距離約０．０８６付近の希土類元素由来ピーク（Ｘ軸方向の矢印を付してある。）は、距離約０．０８５付近に小さなピーク（Ｙ軸方向の矢印を付してある。）が確認されるが、これら２本のピークの間にはほんのわずかに強度が低下したピーク強度谷部しか有していないから、これら２本のピークを併せて１本の希土類元素由来ピークとする。【００６４】
この基準に従って７種すべての測定チャートにおける希土類元素由来ピークの数を計数し、次いで、各測定チャートにおいて、この基準に従って計測された希土類元素由来ピークの数が８本以上ある測定チャート数（すなわち測定ライン数）を計測し、これらの合計測定チャート数（すなわち合計測定ライン数）を求める。そして、すべての測定ラインから得られる全測定チャート数（全測定ライン数）７に対する前記合計測定チャート数（前記合計測定ライン数）によって判断する。すなわち、前記条件は、前記合計測定チャート数（前記合計測定ライン数）が、前記測定チャート数（前記全測定ライン数）７のうち４以上であれば満たされ、一方、前記測定チャート数（前記全測定ライン数）７のうち３以下であれば満たされないと、判断される。【００６５】
前記基準に基づいて同定された希土類元素由来ピークにおいて、隣接する２本の希土類元素由来ピークは、それらの間隔（距離）が８０μｍ以下であるのが好ましく、６０μｍ以下であるのが特に好ましい。隣接する２本の希土類元素由来ピークが前記範囲内の間隔を隔てて存在すると、測定ライン内における希土類元素（ＲＥ）成分がより一層均一に存在し、すなわち、アルミナ基焼結体における希土類元素（ＲＥ）成分がより一層均一に分散し、その結果、このアルミナ基焼結体で形成された絶縁体３は、絶縁破壊を高度に起こしにくく、きわめて高い耐電圧特性を発揮することができる。【００６６】
アルミナ基焼結体は、前記のように、希土類元素（ＲＥ）成分と、Ｓｉ成分と、Ｍｇ成分、Ｃａ成分及びＢａ成分からなる群より選択される少なくとも二種の第２族元素成分、好ましくは、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第２族元素（２Ａ）成分とを含有し、希土類元素（ＲＥ）成分が前記条件を満たすように分散してなる、９５．０％以上の理論密度比を有するアルミナ基焼結体であるから、希土類元素（ＲＥ）成分がアルミナ基焼結体中に均一に分散し、Ｓｉ成分及び前記第２族元素（２Ａ）成分と協働して、粒界への低融点ガラス相の形成及び粒界での気孔の残留を効果的に防止することができる。そして、このアルミナ基焼結体で形成された絶縁体３は、たとえ薄肉化されてもまた高出力化された内燃機関用として用いられても、絶縁破壊を起こしにくく、５００〜７００℃の高温下においてより一層高い耐電圧特性を発揮することができる。このような優れた特性を発揮する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、及び、高出力化された内燃機関用のスパークプラグに使用される絶縁体３の材料として特に好適である。【００６７】
したがって、前記アルミナ基焼結体で形成された絶縁体３は、絶縁破壊を起こしにくく、５００〜７００℃の高温下においてもより一層高い耐電圧特性を発揮することができる。このように、この発明によれば、絶縁破壊を起こしにくく、より一層高い耐電圧特性を発揮する絶縁体３を備えたスパークプラグ１を提供するという目的を達成することができる。【００６８】
このアルミナ基焼結体は、前記組成を満たす原料粉末を焼結してなる。例えば、アルミナ基焼結体は、Ａｌ化合物粉末、通常、アルミナ粉末と、希土類元素（ＲＥ）化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末、Ｃａ化合物粉末及びＢａ化合物粉末からなる群より選択される少なくとも二種の第２族元素（２Ａ）化合物粉末、好ましくは、Ｍｇ化合物粉末、Ｂａ化合物粉末及びこれら以外の第２族元素（２Ａ）化合物粉末とを混合して原料粉末を調整する工程と、前記原料粉末を所定の形状を有する成形体に成形する工程と、前記成形体を１５３０〜１７００℃の温度範囲にて１〜８時間保持して焼成する工程とにより製造することができる。【００６９】
より具体的には、まず、原料粉末として、Ａｌ化合物粉末、通常、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末と、希土類元素（ＲＥ）化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末、Ｃａ化合物粉末及びＢａ化合物粉末からなる群より選択される少なくとも二種の第２族元素（２Ａ）化合物粉末、好ましくは、Ｍｇ化合物粉末、Ｂａ化合物粉末及びこれら以外の第２族元素（２Ａ）化合物粉末とを、得られるアルミナ基焼結体におけるこれら化合物粉末から転化する各成分の各含有率とほぼ同一の含有率（原料粉末の全質量を１００質量％とする。）となる割合で混合し、これに親水性結合剤と溶媒とを添加、混合してスラリーを調製する。【００７０】
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０．１μｍ以上５．０μｍ以下の粉末を使用するのがよい。ここで、平均粒径は、レーザー回折法（ＨＯＲＩＢＡ製、「ＬＡ−７５０」）により測定した値である。【００７１】
希土類元素（ＲＥ）化合物粉末は、焼成により希土類元素（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（ＲＥ）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。なお、希土類元素（ＲＥ）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（ＲＥ）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。【００７２】
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化合物粉末の純度及び平均粒径はＡｌ化合物粉末と基本的に同様である。【００７３】
第２族元素（２Ａ）化合物粉末は、焼成により前記第２族元素（２Ａ）成分、すなわち、Ｍｇ成分、Ｃａ成分及びＢａ成分からなる群より選択される少なくとも二種の第２族元素成分、好ましくは、Ｍｇ成分、Ｂａ成分及びこれら除く少なくとも他の一元素を含有する成分を含有する第２族元素（２Ａ）成分、より好ましくは、Ｍｇ成分とＢａ成分とＣａ成分及びＳｒ成分からなる群から選択される少なくとも一元素の成分、特に好ましくは、Ｍｇ成分とＢａ成分とＣａ成分とに転化する化合物の粉末であれば特に制限はない。第２族元素（２Ａ）化合物粉末としては、例えば、第２族元素（２Ａ）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、Ｍｇ化合物粉末としてＭｇＯ粉末、ＭｇＣＯ３粉末、Ｃａ化合物粉末としてＣａＯ粉末、ＣａＣＯ３粉末、Ｂａ化合物粉末としてＢａＯ粉末、ＢａＣＯ３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（２Ａ）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、得られるアルミナ基焼結体中における前記含有率を満足するように、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（２Ａ）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。【００７４】
第２族元素（２Ａ）化合物粉末は、Ｍｇ化合物粉末、Ｃａ化合物粉末及びＢａ化合物粉末からなる群より選択される二種のうちＢａ化合物粉末を必須成分とし、具体的には、Ｂａ化合物粉末とＭｇ化合物粉末及びＣａ化合物粉末の少なくとも一方を必須成分とする。この発明において、前記第２族元素（２Ａ）化合物粉末は、Ｍｇ化合物粉末と、Ｂａ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を除く少なくとも他の一元素の化合物粉末、すなわち、Ｃａ化合物粉末及びＳｒ化合物粉末からなる群から選択される少なくとも一元素の化合物粉末とであることが好ましく、Ｍｇ化合物粉末とＢａ化合物粉末とＣａ化合物粉末とを含有する第２族元素（２Ａ）化合物粉末が特に好ましい。【００７５】
これらの原料粉末は、通常、８時間以上にわたって混合されるのがよい。原料粉末の混合時間が８時間未満であると、原料粉末の混合状態が高度に均一にならず、Ａｌ化合物粉末と、希土類元素（ＲＥ）化合物粉末と、Ｓｉ化合物粉末と、Ｍｇ化合物粉末及びＢａ化合物粉末を必須とするとともにこれらを除く少なくとも他の一元素を含有する第２族元素（２Ａ）化合物粉末とを含有する原料粉末を焼結しても、希土類元素（ＲＥ）成分が前記条件を満足するように分散しにくくなる。【００７６】
前記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、前記溶媒としては、例えば、水、アルコール等を挙げることができる。これらの親水性結合剤及び溶媒は一種単独でも二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質量部（好ましくは０．５〜３質量部）とすることができ、また、溶媒として水を使用するのであれば４０〜１２０質量部（好ましくは５０〜１００質量部）とすることができる。【００７７】
このようにして得られたスラリーは、そのｐＨが７．５〜９．５であるのが好ましく、８〜９．５であるのが特に好ましい。スラリーのｐＨが前記範囲内にあると、希土類元素（ＲＥ）化合物粉末がスラリー中に均一に分散されることによって、前記希土類元素（ＲＥ）成分が前記条件を満たすように分散したアルミナ基焼結体を作製することができる。スラリーのｐＨは、前記スラリーを水分量３５％となるように調整したときの値であり、例えば公知のｐＨ計を用いて測定することができる。【００７８】
前記スラリーは、例えば、平均粒径１．４μｍ以上５μｍ以下に調整されることができる。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５０μｍ以上２００μｍ以下（好ましくは７０μｍ以上１５０μｍ以下）に造粒する。前記平均粒径はいずれも、レーザー回折法（ＨＯＲＩＢＡ製、「ＬＡ−７５０」）により測定した値である。この造粒物を成形して成形体を得る。得られた成形体を必要に応じて切削、研磨等により所望の形状に加工し、その後、大気雰囲気で１５３０〜１７００℃（より好ましくは１５５０〜１６５０℃）、１〜８時間（より好ましくは１〜２時間）焼成してアルミナ基焼結体を得る。前記組成を有する原料粉末を前記のように焼結すると、前記条件を持たし、９５．０％以上の理論密度比を有するアルミナ基焼結体を得ることができる。【００７９】
焼成温度が１５３０℃未満であると、又は、焼成時間が１時間未満であると、得られるアルミナ基焼結体を十分に緻密化させることができず、アルミナ基焼結体の理論密度比を９５．０％以上にすることができなくなることがある。焼成温度が１７００℃を超えると、又は、焼成時間が８時間を超えると、アルミナ基焼結体中にアルミナ粒子が異常粒成長しやすく、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が共に低下する傾向にある。なお、得られるアルミナ基焼結体の理論密度比は、前記組成及び焼結条件等に加えて、例えば、原料粉末の平均粒径、焼結温度等により調整することができる。例えば、原料粉末の平均粒径を大きくすれば理論密度比が大きくなる傾向にあり、焼結温度を低くすれば理論密度比が大きくなる傾向がある。【００８０】
このようにして焼成されたアルミナ基焼結体は、前記したように前記特定成分を含有すると共に、希土類元素（ＲＥ）成分が前記条件を満たすように分散し、９５．０％以上の理論密度比を有するから、絶縁破壊を高度に起こしにくく、５００〜７００℃の高温下においても高い耐電圧特性を発揮することができる。また、得られるアルミナ基焼結体は、前記条件（１）及び条件（２）の少なくとも一方を満足する、又は、前記組成式で示される組成を有するＲＥ−β−アルミナ結晶相を有しており、特に、前記希土類元素（ＲＥ）成分が前記Ｌａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ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場合にこのようなＲＥ−β−アルミナ結晶相を有しているから、より一層高い耐電圧特性及び高温環境下における機械的強度を発揮することができる。したがって、得られた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、及び、高出力化された内燃機関用のスパークプラグに使用される絶縁体３の材料として特に好適である。このアルミナ基焼結体は、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１用の絶縁体３を作製することができる。【００８１】
前記スパークプラグ１は例えば次のようにして製造される。すなわち、Ｎｉ基合金等の電極材料を所定の形状に加工して中心電極２及び／又は接地電極６を作製する。電極材料の調整及び加工を連続して行うこともできる。例えば、真空溶解炉を用いて、所望の組成を有するＮｉ基合金等の溶湯を調製し、真空鋳造にて各溶湯から鋳塊を調製した後、この鋳塊を、熱間加工、線引き加工等して、所定の形状及び所定の寸法に適宜調整して、中心電極２及び／又は接地電極６を作製することができる。なお、内材８をカップ状に形成した外材７に挿入し、押し出し加工等の塑性加工にて中心電極２を形成することもできる。【００８２】
次いで、所定の形状に塑性加工等によって形成した主体金具４の端面に、接地電極６の一端部を電気抵抗溶接等によって接合し、所望により１０％程度の塩酸及び水等により洗浄する。次いで、前記のようにして、前記原料粉末を焼成して、所定の形状及び寸法を有する絶縁体３を作製し、中心電極２を絶縁体３に公知の手法により組み付け、接地電極６が接合された主体金具４にこの絶縁体３を組み付ける。そして、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が製造される。【００８３】
本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ネジ部９が螺合されて、所定の位置に固定される。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、絶縁体３を形成するアルミナ基焼結体は、絶縁破壊を起こしにくく、耐電圧特性に優れるから、この発明に係るスパークプラグ１は、高出力化された内燃機関等に好適に使用されることができる。【００８４】
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１は、中心電極２の先端面と接地電極６における一端の表面とが、中心電極の軸線ＡＸ方向で、火花放電間隙Ｇを介して対向するように配置されているが、この発明において、中心電極の側面と接地電極における一端の先端面が、中心電極の半径方向で、火花放電間隙を介して対向するように配置されていてもよい。この場合に、中心電極の側面に対向する接地電極は単数が設けられても複数が設けられてもよい。【００８５】
また、前記スパークプラグ１は、中心電極２及び接地電極６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】
【００８６】
平均粒径２．１μｍ、純度９９．５％以上のアルミナ粉末（不可避不純物としてＮａを微量含有）と、平均粒径２．８μｍ、純度９９．５％以上のＳｉＯ２粉末と、平均粒径６．０μｍ、純度９９．５％以上のＭｇＣＯ３粉末と、平均粒径２．０μｍ、純度９９．５％以上のＣａＣＯ３粉末と、平均粒径５．０μｍ、純度９９．５％以上のＢａＣＯ３粉末と、平均粒径９．０μｍ、純度９９．５％以上のＬａ２Ｏ３粉末と、平均粒径４．０μｍ、純度９９．５％以上のＮｄ２Ｏ３粉末と、平均粒径３．０μｍ、純度９９．５％以上のＳｍ２Ｏ３粉末と、純度９９．５％以上のＥｒ２Ｏ３粉末と、平均粒径１．３μｍ、純度９９．５％以上のＹｂ２Ｏ３粉末と、平均粒径１．０μｍ、純度９９．５％以上のＹ２Ｏ３粉末とを、第１表に示す酸化物換算質量（質量％）となる割合（炭酸化合物であるＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３及びＢａＣＯ３はそれぞれ酸化物としたときの質量に換算）で、秤量し混合して、第１表に示される原料粉末組成を有する原料粉末とした。【００８７】
この原料粉末それぞれを樹脂製のポット（容量２．４Ｌ）に投入し、直径１０ｍｍのアルミナ玉石を用いて第２表に示す混合時間で混合粉砕した後、親水性結合剤（混合粉砕した原料粉末１００質量部に対して２質量部）を添加混合してスラリーとした。得られたスラリーそれぞれを水分量３５％となるように調整し、ｐＨ計（商品名「Ｎａｖｉ」、ＨＯＲＩＢＡ製）を用いて、そのｐＨを測定した。測定結果を第２表に示す。次いで、各スラリーをスプレードライ法により噴霧乾燥して、レーザー回折法による平均粒径が約１００μｍの粉末に造粒した。【００８８】
造粒した粉末を１００ＭＰａの静水圧プレスで直径２３ｍｍの成形体に成形し、次いで、大気雰囲気下において第２表に示す焼成温度で第２表に示す焼成時間にわたって焼成して、アルミナ基焼結体を製造した。なお、第１表における原料粉末における混合比（原料粉末組成）と、アルミナ基焼結体を蛍光Ｘ線分析又は化学分析して算出した各成分の含有率（酸化物換算質量％）とはほぼ一致していた。【００８９】
【表１】
2009119097.tif 000003
【００９０】
このようにして得られた各アルミナ基焼結体において、ＪＩＳ  Ｒ１６３４（１９９８）に規定された「見かけ密度」の測定方法に準拠して、アルキメデス法によって測定された各アルミナ基焼結体の密度を測定し、前記混合則によって計算された密度に対する比率（理論密度比）を算出した。その結果を第２表に示す。【００９１】
また、各アルミナ基焼結体の表面をＸ線回折して、Ｌａ−β−アルミナのＪＣＰＤＳカードＮｏ．３３−６９９に相当するスペクトルが存在するか否かにより、Ｌａ−β−アルミナ構造の結晶相の有無を判断し、また、このＪＣＰＤＳカードと対比して、Ｐｒ−β−アルミナの結晶相の有無、Ｎｄ−β−アルミナの結晶相の有無、Ｓｍ−β−アルミナの結晶相の有無、Ｅｒ−β−アルミナの結晶相の有無、Ｙｂ−β−アルミナの結晶相の有無及びＹ−β−アルミナの結晶相の有無を判断し、その結果を第２表に示した。なお、図４に、Ｌａ−β−アルミナ構造（ＬａＡｌ１１Ｏ１８）の結晶を有するアルミナ基焼結体（実施例６）のＸ線回折チャートを示した。【００９２】
さらに、低真空分析走査電子顕微鏡（日本電子株式会社製、「ＪＳＭ−６４６０ＬＡ」（商品名））を用いて、各アルミナ基焼結体が前記条件を満たすか否かを前記方法に基づいて確認した。すなわち、各アルミナ基焼結体の外表面における測定ラインを無作為に７箇所選択し、選択された各測定ラインを、ＳＥＩモードにおいて、Ｘ線としてＫα線とし、加速電圧２０ｋＶ、積算回数１００回の条件で、エネルギー分散法によって分析して、７種の測定チャートを得た。各測定チャートに現れた希土類元素由来ピークの数を前記基準に従って計数し、希土類元素由来ピークの数が８本以上ある測定チャートの合計測定チャート数の全測定チャート数７に対する割合（第２表において「合致割合」と表記する。）を求めた。また、各アルミナ基焼結体において、７種の測定チャートにおける隣接する２本の希土類元素由来ピークの間隔のうち最大間隔（μｍ）を求めた。これらの結果を第２表に示す。【００９３】
なお、図２に、実施例１のアルミナ基焼結体におけるある測定ラインをエネルギー分散法によって分析して得られた、希土類元素由来ピークの数が１１本現れた測定チャートを示し、図３に、実施例１のアルミナ基焼結体における別の測定ラインをエネルギー分散法によって分析して得られた、希土類元素由来ピークの数が６本現れた測定チャートを示した。【００９４】
また、実施例５〜７、１２並びに比較例１及び２で得られた各アルミナ基焼結体の表面を鏡面研磨し、研磨面を第２表に示した各焼成温度よりも１００℃低い温度で１０分にわたってサーマルエッチング処理をした。この処理を施した表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、前記したようにインターセプト法にてアルミナ結晶の平均結晶粒径ＤＡ（Ａｌ）を計測した。また、実施例５〜７、１２並びに比較例１及び２の各アルミナ基焼結体の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して、抽出した「薄色領域」の円相当直径を前記のようにして算出してＲＥ−β−アルミナ結晶相の結晶粒径ＤＥ（ＲＥ）とし、さらに、この結晶粒径ＤＥ（ＲＥ）の算術平均値をＲＥ−β−アルミナ結晶相の平均結晶粒径ＤＡ（ＲＥ）とした。このようにして算出されたアルミナ結晶の平均結晶粒径ＤＡ（Ａｌ）と、ＲＥ−β−アルミナ結晶相の結晶粒径ＤＥ（ＲＥ）及び平均結晶粒径ＤＡ（ＲＥ）とから、ＤＡ（ＲＥ）／ＤＡ（Ａｌ）を求め、また、ＤＥ（ＲＥ）／ＤＡ（Ａｌ）≧２となるＲＥ−β−アルミナ結晶相の数を計数した。これらの結果を第３表に示した。【００９５】
さらに、実施例５〜７、１２並びに比較例１及び２で得られた各アルミナ基焼結体に存在するＲＥ−β−アルミナ結晶相を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて前記測定条件で元素分析して、ＲＥ−β−アルミナ結晶相の組成：ＲＥ（２Ａ）ｘ（Ａｌ）ｙＯｚを確認した。その結果を第３表に示す。【００９６】
（耐電圧特性）
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、図５に示される耐電圧測定装置２０を用いて、７００℃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５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により固定してなる。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との接触面積が０．３０ｍｍ２以下であることを確認して測定を行った。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℃に調整された加熱用ボックス２２内において、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、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。その結果を第２表に示す。【００９７】
（強度）
実施例５〜７、１２並びに比較例１及び２における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、７００℃における３点曲げ強度（スパン３０ｍｍを測定した。なお、７００℃における３点曲げ強度を「高温強度」と称する。その結果を第３表に示す。【００９８】
【表２】
2009119097.tif 000004
【００９９】
第２表に示されるように、希土類元素（ＲＥ）成分と、Ｓｉ成分と、Ｍｇ成分、Ｃａ成分及びＢａ成分からなる群より選択される少なくとも二種の第２族元素（２Ａ）成分、すなわち、Ｍｇ成分と、Ｂａ成分と、これら以外の他の成分具体的にはＣａ成分とからなる第２族元素（２Ａ）成分とを含有し、希土類元素（ＲＥ）成分が前記条件を満たすように分散してなる、９５．０％以上の理論密度比を有するアルミナ基焼結体（実施例１〜１８）は、絶縁破壊を起こしにくく、７００℃において７１ｋＶ／ｍｍ以上の高い耐電圧値を有し耐電圧特性に優れていた。【０１００】
また、Ｂａ成分の含有率が０．１質量％以上１．０質量％以下であって、希土類元素（ＲＥ）成分の含有率が０．２質量％以上４．０質量％以下である原料粉末組成１〜６、８、９、１１〜１５からなるアルミナ基焼結体（実施例１〜１７）は、７００℃において７６ｋＶ／ｍｍ以上のより一層高い耐電圧値を有しており、耐電圧特性にさらに優れていた。【０１０１】
さらに、希土類元素（ＲＥ）成分がＬａ成分、Ｎｄ成分及びＳｍ成分であり、ＲＥ−β−アルミナ構造の結晶相を有するアルミナ基焼結体（実施例１〜１２）は、７００℃において８０ｋＶ／ｍｍ以上のより一層高い耐電圧値を有しており、耐電圧特性にさらに優れていた。【０１０２】
これに対して、希土類元素（ＲＥ）成分を含有していても希土類元素（ＲＥ）成分が前記条件を満たしていないアルミナ基焼結体（比較例１及び２）、理論密度比が９５．０％未満のアルミナ基焼結体（比較例３）、及び、希土類元素（ＲＥ）成分を含有していないアルミナ基焼結体（比較例４）はいずれも耐電圧値が小さかった。また、第２族元素（２Ａ）成分を含有していないアルミナ基焼結体（比較例５）及び第２族元素（２Ａ）成分を一種しか含有していないアルミナ基焼結体（比較例６）はいずれも、理論密度比が９５．０％未満となり、耐電圧値はわずか４５ｋＶ／ｍｍ程度であった。【０１０３】
【表３】
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【０１０４】
第３表に示されるように、第２族元素（２Ａ）成分としてＭｇ成分、Ｂａ成分及びこれら以外の他の一元素の成分を含有している実施例１〜１８のアルミナ基焼結体において、Ｌａ成分を希土類元素（ＲＥ）成分とするＲＥ−β−アルミナ結晶相が存在すると共にこのＲＥ−β−アルミナ結晶相が前記条件（１）及び（２）の少なくともいずれか一方を満足している実施例５〜７及び１２の各アルミナ基焼結体は、高い高温強度を有していた。【０１０５】
これに対して、Ｌａ成分を希土類元素（ＲＥ）成分とするＲＥ−β−アルミナ結晶相が存在していても、このＲＥ−β−アルミナ結晶相が前記条件（１）及び（２）を満足していない比較例１及び２の各アルミナ基焼結体はそれぞれ２３８Ｍｐａ、１９７ＭＰａ程度の低い高温強度であった。【０１０６】
＜スパークプラグ１の製造＞
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の一端部を電気抵抗溶接で接合した。次いで、実施例１〜１８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２表及び第３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、及び、高出力化された内燃機関用のスパークプラグに使用される絶縁体３の材料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用として用いられても、５００〜７００℃程度の高温下において、絶縁破壊を起こしにくく、より一層高い耐電圧特性を発揮した。特に、実施例５〜７及び１２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高温強度を発揮した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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