(57)【要約】【課題】  スパークプラグを製造する際、加熱工程で絶縁碍子を保持するために用いられるパレットの軽量化を実現し、耐久性、均熱性を確保する。【解決手段】  少なくとも窒化ケイ素を５０ｗｔ％以上含んだセラミックスとしてパレット４００を構成する。また、絶縁碍子２０がパレット４００の複数の装着孔４１０にそれぞれ装着されたとき、絶縁碍子２０のうち絶縁碍子２０に組み付けられた中心電極側の端部がパレット４００の裏面４３０から突出すると共に、絶縁碍子２０のうち絶縁碍子２０に組み付けられたステム側の端部が表面４２０から突出するようなパレット４００の厚さとする。そして、加熱される温度が８００℃であるとき６００ＭＰａ以上の曲げ強度を有するパレット４００を用いる。さらに、少なくとも３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するパレット４００を用いる。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板形状の表面（４２０）と裏面（４３０）とを貫通してなる複数の装着孔（４１０）を有しており、中心電極（３０）および端子部（７１）を備えたステム（７０）が組み付けられると共に、前記中心電極と前記ステムとの間に粉末状の抵抗材が充填された絶縁碍子（２０）が前記複数の装着孔にそれぞれ装着される保持板（４００）を備え、この保持板の前記複数の装着孔にそれぞれ装着された前記絶縁碍子を電気炉（２００）内で加熱するスパークプラグ製造装置であって、
前記保持板は、主成分として窒化ケイ素を５０ｗｔ％以上含むセラミックスで構成されていることを特徴とするスパークプラグ製造装置。
【請求項２】
前記保持板は、前記絶縁碍子が前記複数の装着孔にそれぞれ装着されたとき、前記絶縁碍子のうち前記絶縁碍子に組み付けられた前記中心電極側の端部（２０ａ）が前記保持板の裏面から突出すると共に、前記絶縁碍子のうち前記絶縁碍子に組み付けられた前記ステム側の端部（２０ｂ）が前記表面から突出する厚さで、かつ、加熱される温度が８００℃であるとき６００ＭＰａ以上の曲げ強度を有し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製造装置。
【請求項３】
前記保持板は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有してい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製造装置。
【請求項４】
前記保持板に設けられた前記複数の装着孔は千鳥配置になっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスパークプラグ製造装置。
【請求項５】
円柱状の中心電極（３０）と、接地電極（４０）との間に火花を発生させると共に、端子部（７１）が設けられたステム（７０）と前記中心電極との間に電気抵抗部（５１、５２、６０）が備えられたスパークプラグの製造方法であって、
中空筒状の絶縁碍子（２０）を用意する工程と、
前記絶縁碍子の中空部分に前記中心電極および前記ステムを組み付けると共に、前記中心電極と前記ステムとの間に粉末状の抵抗材を充填する工程と、
板形状であって、前記板の表面（４２０）と裏面（４３０）とが貫通した複数の装着孔（４１０）を有する保持板（４００）に、前記粉末状の抵抗材が充填された絶縁碍子をそれぞれ装着すると共に、この保持板を電気炉（２００）に搬入して前記絶縁碍子を加熱する加熱工程と、を有し、
前記加熱工程では、前記保持板として、主成分として窒化ケイ素を５０ｗｔ％以上含むセラミックスで構成されたものを用いることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
【請求項６】
前記加熱工程では、前記保持板として、前記絶縁碍子が前記複数の装着孔にそれぞれ装着されたとき、前記絶縁碍子のうち前記絶縁碍子に組み付けられた前記中心電極側の端部（２０ａ）が前記裏面から突出すると共に、前記絶縁碍子のうち前記絶縁碍子に組み付けられた前記ステム側の端部（２０ｂ）が前記表面から突出する厚さで、かつ、加熱される温度が８００℃であるとき６００ＭＰａ以上の曲げ強度を有するものを用いることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
【請求項７】
前記加熱工程では、前記保持板として、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものを用いることを特徴とする請求項５または６に記載のスパークプラグ製造方法。
【請求項８】
前記加熱工程では、前記保持板として、前記複数の装着孔が千鳥配置とされたものを用いることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載のスパークプラグ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパークプラグを製造する際、加熱工程で絶縁碍子を保持するために用いられる保持板（パレット）を備えたスパークプラグ製造装置およびその保持板を用いたスパークプラグの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関用のスパークプラグは、エンジン等に取り付けるための取付用ネジ部が設けられた筒状の取付金具と、一端部が取付金具の一端部から突出するように取付金具内に固定された絶縁碍子と、一端部が絶縁碍子の一端部から突出するように絶縁碍子の軸孔内に固定された中心電極と、取付金具に固定されて中心電極の一端部との間に火花放電ギャップを介して対向する接地電極とを備えて構成されている。
【０００３】
また、絶縁碍子の軸孔内には、気密を持たせるための導電性のガラスシール層、抵抗体であるレジスタガラスが内蔵されている。具体的には、中心電極の他端部側は、第１ガラスシール層を介してレジスタガラスが電気的に接続されている。このレジスタガラスよりも絶縁碍子の他端部側における軸孔内では、第２ガラスシール層を介してレジスタガラスとステムとが電気的に接続されている。そして、ステムの他端部には、絶縁碍子の他端部から突出して露出した端子部が接続されている。この端子部には、点火コイルのブーツ部が装着されるようになっている。
【０００４】
次に、上記スパークプラグに内蔵される第１、第２ガラスシール層およびレジストガラスの形成について説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
まず、中心電極組み付け工程にて、中空筒状の絶縁碍子を用意すると共に、絶縁碍子の中空部分に中心電極を組み付ける。その後、第１ガラス材充填工程にて、第１ガラスシール層を形成するために導電性ガラスとなる粉末材を充填し、加圧する。
【０００６】
次に、抵抗体充填工程にて、絶縁碍子内のうち、第１ガラス材充填工程にて充填した導電性ガラスの粉末材の上にレジスタガラスとなる抵抗材を充填して加圧する。その後、第２ガラス材充填工程にて、第２ガラスシール層を形成するために導電性ガラスの粉末材を絶縁碍子に充填し、ステムにて加圧する。
【０００７】
この後、抵抗材が充填された複数本の絶縁碍子をパレットに装着する。このパレットは、金属材料である耐熱綱で形成されたものであり、加熱および急冷を繰り返し行う工程で受ける熱衝撃に強いという特性を持つ。このようなパレットには生産性を向上させるため複数のスパークプラグを同時に加熱保持するための複数の装着孔が設けられており、上記第２ガラス材充填工程を終えた絶縁碍子が各装着孔にそれぞれ設置される。
【０００８】
続いて、加熱工程にて、このパレットを電気炉内に搬入し、パレットに装着された絶縁碍子を例えば９００℃で所定時間加熱する。図１０は、パレットに装着された絶縁碍子を電気炉内で加熱する様子を示したものである。この図に示されるように、パレット５００は炉床６００の上に置かれると共に、炉床６００の上を滑りながら移動してゆく。そして、パレット５００が炉床６００上を移動する際に、パレット５００の上面側および裏面側に配置された電気ヒータ７１０、７２０によって加熱される。これにより、絶縁碍子が加熱されると共に、絶縁碍子２０内の第１、第２ガラスシール層およびレジスタガラスが溶融した状態となる。
【０００９】
そして、加熱工程を終えた複数本の絶縁碍子２０をパレット５００ごと電気炉から出して、押し込み工程にて、プレスによって端子部７１を絶縁碍子２０（すなわちパレット５００側）に加圧し、端子部７１が絶縁碍子２０に接触するまで端子部７１を絶縁碍子２０に押し込む。この後、絶縁碍子２０を急冷させることで、絶縁碍子２０内の第１、第２ガラスシール層およびレジスタガラスを凝固させる。このようにして、絶縁碍子２０内に第１、第２ガラスシール層およびレジスタガラスが形成される。
【特許文献１】特開２００４−３１９３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の技術において、加熱工程にて用いられるパレット５００には、以下の問題が生じることが本発明者らによって明らかとなった。
【００１１】
まず、加熱工程での生産性を上げるためには複数のワーク（絶縁碍子２０）を同時加工するのが望ましいが、パレット５００として耐熱綱を用いているため、そのもの自体が重い。このため、ワークを９００℃に加熱するためにまずパレット５００を加熱しなければならない。しかしながら、耐熱綱は例えば４ｋｇ以上／５０個というように重いため、この耐熱綱を加熱する加熱時間が長くなってしまうと共に、加熱のためのエネルギーを浪費してしまうといった矛盾が発生する。
【００１２】
また、上記加熱工程を行うに際し、パレット５００を繰り返し加熱および急冷して使用するため、耐熱綱が酸化すると共に膨張劣化を起こして変形してしまう。これにより、パレット５００の寿命が例えば１年半〜２年になってしまう。さらに、絶縁碍子２０に設置された端子部７１を押さえつける際、耐熱綱が膨張劣化を起こして変形してしまうことで端子部７１が絶縁碍子２０の軸から外れて押し込まれてしまい、端子部７１の芯ズレが起こってしまう。端子部７１の芯ズレが大きい場合、絶縁碍子２０が破壊されてしまう可能性もある。
【００１３】
また、パレット５００である耐熱綱は低熱伝導率であり、耐熱綱全体が均一の温度になるまでに時間がかかる上、特に複数同時に加熱する場合には場所によって温度差が生じてしまう。これに伴い、パレット５００の外縁部と中心部とにそれぞれ装着された絶縁碍子２０の昇温時の内部温度の温度差は、例えば８０℃以上／５０個になってしまうことが本発明者らの実験により明らかになっている。各絶縁碍子２０に生じるこのような温度差によって、同じパレット５００に設置された絶縁碍子２０であっても、装着される場所によって、絶縁碍子２０の内部に形成されるレジスタガラスの抵抗値にばらつきが生じてしまう。
【００１４】
本発明は、上記点に鑑み、加熱工程に用いられる絶縁碍子を保持するためのパレットを備えたスパークプラグ製造装置およびパレットを用いたスパークプラグ製造方法において、パレットの軽量化を実現することを第１の目的とし、パレットの耐久性を確保することを第２の目的とし、パレットの均熱性を確保することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、スパークプラグ製造装置に備えられた保持板は、主成分として窒化ケイ素を５０ｗｔ％以上含むセラミックスで構成されていることを特徴としている。
【００１６】
このように、絶縁碍子を保持する保持板は窒化ケイ素を５０ｗｔ％以上含んだセラミックスで構成する。したがって、保持板に窒化ケイ素を用いることで保持板の比重を低減でき、ひいては保持板を軽量化することができる。また、保持板がセラミックスとして構成されるため、高温に対する強度および耐久性を確保することができる。したがって、熱に対する変形がほとんどなく、半永久的に使用し続けることができる。つまり、保持板を壊さない限り、保持板の寿命を半永久的に確保することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明では、保持板は、絶縁碍子が複数の装着孔にそれぞれ装着されたとき、絶縁碍子に組み付けられた中心電極側の端部（２０ａ）が保持板の裏面から突出すると共に、絶縁碍子に組み付けられたステム側の端部（２０ｂ）が表面から突出する厚さで、かつ、加熱される温度が８００℃であるとき６００ＭＰａ以上の曲げ強度を有していることを特徴としている。
【００１８】
このように、保持板の厚さを、絶縁碍子の先端部および他端部が保持板の表面および裏面から突出する厚さとする。このような保持板の厚みとすることで、保持板の体積を低減させることができ、保持板を加熱するエネルギーを削減することができる。また、保持板に装着された絶縁碍子の先端部および他端部がそれぞれ保持板の表面および裏面から突出しているので、絶縁碍子を加熱する加熱効率を向上させることができる。これに伴い、加熱時間も短縮することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、保持板は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有していることを特徴としている。
【００２０】
このように、保持板の熱伝導率を規定する。これにより、保持板全体に素早く熱を行き渡らせることができ、ひいては保持板の均熱性を確保することができる。このように均熱性を確保できることで、保持板の場所による温度差を低減させることができ、各絶縁碍子内部の電気抵抗部の抵抗のばらつきを低減させることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、保持板に設けられた複数の装着孔は千鳥配置になっていることを特徴としている。
【００２２】
このように、保持板に設けた複数の装着孔を千鳥配置とする。これにより、保持板の表面の不要な面積を低減させることができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明では、加熱工程では、保持板として、主成分として窒化ケイ素を５０ｗｔ％以上含むセラミックスで構成されたものを用いることを特徴としている。
【００２４】
このように、保持板として窒化ケイ素を５０ｗｔ％以上含んだセラミックスとして構成する。これにより、保持板の比重を低減できるので、保持板を軽量化することができる。また、保持板がセラミックスであることから、高温に対する強度および耐久性を確保することができる。さらに、加熱工程において酸化や変形を起こすことがないため、半永久的に使用し続けることができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明では、加熱工程では、保持板として、絶縁碍子が複数の装着孔にそれぞれ装着されたとき、絶縁碍子のうち絶縁碍子に組み付けられた中心電極側の端部（２０ａ）が裏面から突出すると共に、絶縁碍子のうち絶縁碍子に組み付けられたステム側の端部（２０ｂ）が表面から突出する厚さで、かつ、加熱される温度が８００℃であるとき６００ＭＰａ以上の曲げ強度を有するものを用いることを特徴としている。
【００２６】
このように、保持板の厚さを、絶縁碍子の両端部が保持板の表面および裏面からそれぞれ突出する厚さとしている。これにより、保持板の体積を低減できるため、保持板ひいては絶縁碍子を加熱するためのエネルギーを削減できる。また、絶縁碍子の端部を保持板の裏面から突出させているため、絶縁碍子を絶縁碍子の両端側から加熱することができ、絶縁碍子を加熱する加熱効率を向上させることができる。この加熱効率に伴い、加熱エネルギーを削減できると共に、加熱時間を短縮することができる。また、保持板の厚みを薄くしているが、曲げ強度を規定しているので、保持板が壊れてしまうことを防止することができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明では、加熱工程では、保持板として、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものを用いることを特徴としている。
【００２８】
このように、加熱工程で用いる保持板の熱伝導率を規定する。これにより、保持板全体に素早く熱を行き渡らせることができる。したがって、保持板の場所による温度差を低減でき、ひいては保持板の均熱性を確保することができる。このように保持板の均熱性を確保できることから、保持板にそれぞれ装着された絶縁碍子内部に形成される電気抵抗部の抵抗のばらつきを低減させることができる。
【００２９】
請求項８に記載の発明では、加熱工程では、保持板として、複数の装着孔が千鳥配置とされたものを用いることを特徴としている。
【００３０】
このように、保持板に設けた複数の装着孔を千鳥配置とする。これにより、保持板の表面の不要な面積を低減させることができる。
【００３１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。なお、以下で示される図では、図１０に示される構成要素と同一のものには同一符号を記してある。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態に係るスパークプラグの半断面図である。このスパークプラグ１００は、自動車用エンジンの点火栓等に適用されるものであり、該エンジンの燃焼室を区画形成するエンジンヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に挿入されて固定されるようになっている。
【００３４】
図１に示されるように、スパークプラグ１００は、導電性の鉄鋼材料（例えば低炭素鋼等）等よりなる筒形状のハウジング１０を有しており、このハウジング１０の外周面には、図示しないエンジンブロックに固定するための取付用ネジ部１１が設けられている。
【００３５】
ハウジング１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ２Ｏ３）等の電気絶縁体からなる絶縁碍子２０が収納されて固定されており、この絶縁碍子２０の一端部２０ａは、ハウジング１０の一端部１０ａから突出している。また、絶縁碍子２０の他端部２０ｂは、ハウジング１０の他端部１０ｂから突出した状態となっている。絶縁碍子２０の軸孔２０ｃには中心電極３０が固定されており、絶縁碍子２０によって中心電極３０はハウジング１０に対して絶縁保持されている。
【００３６】
さらに、絶縁碍子２０には、図１に示されるように、絶縁碍子２０におけるハウジング１０内に位置する部分のうち、周方向の最大径を有する部位が、胴部２１として形成されている。つまり、胴部２１は、ハウジング１０内に位置する絶縁碍子２０のうち最大直径を有する部位として構成されている。
【００３７】
中心電極３０は、内材が例えばＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料により構成され、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成された円柱体からなる。この中心電極３０の一端部３０ａには、レーザ溶接や抵抗溶接等によって火花放電部材としての円柱状の貴金属チップ３０ｂが接合されている。
【００３８】
また、ハウジング１０の一端部１０ａには接地電極４０が接合されている。この接地電極４０はＮｉを主成分とするＮｉ基合金からなるもので、その一端部がハウジング１０に溶接された状態で略９０°曲げられて、他端部が中心電極３０の先端部と所定の空隙を有して離隔している。
【００３９】
さらに、絶縁碍子２０の軸孔２０ｃ内に固定された中心電極３０の他端側には、第１ガラスシール層５１、レジスタ６０、第２ガラスシール層５２、端子部７１が設けられた金属製のステム７０が配置されている。
【００４０】
レジスタ６０は、所定の電気抵抗値を有する抵抗体であり、炭素粉末を混合したガラスを主成分とする粉末状の抵抗材を焼き固めて（焼結して）形成されたものである。このレジスタ６０の長手方向両端側には、導電性ガラスからなる第１、第２ガラスシール層５１、５２が配置されることにより中心電極３０側（燃焼室内）と端子部７１側（燃焼室外）とが連通してしまうことを防止している。なお、第１、第２ガラスシール層５１、５２およびレジスタ６０は、本発明の電気抵抗部に相当し、これらが焼き固められる前の状態が粉末状の抵抗体に相当する。
【００４１】
また、第２ガラスシール層５２を介してレジスタ６０と円柱状のステム７０の一端部とが電気的に接続されている。そして、ステム７０の他端部に設けられた端子部７１は、絶縁碍子２０の他端部２０ｂから突出して露出している。この端子部７１には、図示しない点火コイルのブーツ部が装着されるようになっている。
【００４２】
そして、絶縁碍子２０はハウジング１０の他端部１０ｂに形成されたかしめ部１０ｃにおいてかしめ固定されている。このような構成を有するスパークプラグ１００で、中心電極３０と接地電極４０との間で電気火花（スパーク）を発生させることにより、ガス状の燃料を着火（爆発）させる。
【００４３】
以上が、本実施形態に係るスパークプラグ１００の構成である。
【００４４】
次に、上記スパークプラグ１００を製造するためのスパークプラグ製造装置について説明する。本実施形態では、スパークプラグ製造装置のうち、スパークプラグ１００において、第１、第２ガラスシール層５１、５２、およびレジスタ６０を溶着させるものについて詳しく説明する。
【００４５】
図２は、本実施形態で用いられるスパークプラグ製造装置を示したものである。この図に示されるように、スパークプラグ製造装置は、電気炉２００および熱間プレス機３００を備えて構成されている。
【００４６】
電気炉２００は、絶縁碍子２０（後述する図６（ｅ）参照）を複数保持した保持板（以下、パレットという）４００を加熱することで、絶縁碍子２０を加熱すると共に、絶縁碍子２０内に充填された第１、第２ガラスシール層５１、５２およびレジスタ６０となる各ガラス材を溶融させるものである。本実施形態では、電気炉２００は４つのゾーン２０１〜２０４が繋がった構造となっており、ゾーン２０１〜２０４ごとに炉内の温度が異なる。また、パレット４００が電気炉２００内に搬入されるゾーン２０１にはパレット搬入口２０５が設けられている。
【００４７】
図２に示されるように、電気炉２００は、通路２１０と、上部ヒータ２２０と、下部ヒータ２３０と、温度計２４０と、を備えて構成されている。なお、本実施形態では、電気炉２００を制御する電気回路等については周知のものを採用することとし、これら回路の説明を省略する。
【００４８】
通路２１０は、パレット搬入口２０５から搬入されたパレット４００が電気炉２００の中を移動する部分である。また、通路２１０には、パレット４００を支える支持部材が配置されている。図３に、パレット４００が支持部材に支えられている様子を示す。この図に示される支持部材２０６は、パレット４００の裏面の外縁部を支えると共に、パレット４００の電気炉２００内における進行方向に対して左右に配置される。したがって、パレット４００に装着された絶縁碍子２０は、図３に示されるように宙吊り状態にされると共に、パレット４００が支持部材２０６を滑ることで紙面垂直方向に移動していく。
【００４９】
上部および下部ヒータ２２０、２３０はいわゆる加熱器具であり、通路２１０の上部および下部に配置される。そして、上部および下部ヒータ２２０、２３０は、図示しない電気炉加熱回路から入力される電気信号に基づき、電気炉２００のゾーン２０１〜２０４ごとに異なる温度となるように電気炉２００を加熱する。このような上記および下部ヒータ２２０、２３０には、例えばＮｉ−Ｃｒヒータが採用される。
【００５０】
温度計２４０は、電気炉２００の各ゾーン２０１〜２０４の通路２１０の温度を計測するものであり、通路２１０の上部および下部にそれぞれ配置される。このような温度計２４０には、例えば熱電対が採用される。そして、温度計２４０で計測された炉内温度は、電気炉加熱回路によって上部および下部ヒータ２２０、２３０の加熱制御に用いられる。
【００５１】
また、熱間プレス機３００は、後述する図６（ｅ）の状態とされた絶縁碍子２０の端子部７１を押し込むものである。具体的に、熱間プレス機３００は、上記電気炉２００にて加熱された絶縁碍子２０を搬入して、この絶縁碍子２０に差し込まれた端子部７１を絶縁碍子２０側（すなわちパレット４００側）に押し込む。したがって、熱間プレス機３００は、端子部７１に対向する位置に突起部３２１を備えた加圧部３２０を有して構成されている（後述する図７参照）。このような熱間プレス機３００は、例えば端子部７１を３００Ｎ以上の力で押し込む。
【００５２】
次に、上記スパークプラグ製造装置に用いられるパレット４００について、図を参照して詳しく説明する。図４は、本実施形態で用いられるパレット４００の正面図であり、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。
【００５３】
パレット４００は例えば板形状（直方体形状）をなしており、図４に示されるように、紙面垂直方向に貫通する複数の装着孔４１０が設けられている。これら複数の装着孔４１０は、図４に示されるように、例えば千鳥配置とされており、各装着孔４１０が紙面左右方向に互い違いに配置された状態になっている。つまり、各装着孔４１０は、紙面左右方向に対して一直線状に配置され、紙面上下方向に対して斜線状に配置される。本実施形態では、１列に８個の装着孔４１０が設けられた列が６列設けられ、１つのパレット４００で４８個の絶縁碍子２０を保持できるようになっている。このように、複数の装着孔４１０を千鳥配置とすることで、パレット４００の表面における不要な面積を低減させることができる。また、千鳥配置によって複数の絶縁碍子２０を同時加熱することにより、生産性を向上させることができる。
【００５４】
図５に、この装着孔４１０の断面図を示す。図５に示されるように、装着孔４１０はパレット４００の表面４２０から裏面４３０に貫通するように設けられている。また、装着孔４１０は、径の異なる２つの穴で構成されている。具体的には、装着孔４１０は、第１孔４１１と、第１孔４１１よりも径が小さい第２孔４１２と、を有して構成されている。装着孔４１０の第１孔４１１は、絶縁碍子２０の胴部２１とほぼ同じ径になっている。一方、装着孔４１０の第２孔４１２は、絶縁碍子２０の胴部２１よりも先端部側が通り抜けられる径になっている。
【００５５】
そして、第１孔４１１および第２孔４１２がそれぞれ同軸上に配置され、第１孔４１１がパレット４００の表面４２０側、第２孔４１２がパレット４００の裏面４３０側に位置するように配置されて連結される。すなわち、第１孔４１１と第２孔４１２との連結部分には、各孔４１１、４１２の径の差によって段差４１３が設けられた状態になっている。この段差４１３は、後述する図６（ｅ）に示される絶縁碍子２０が装着孔４１０に装着された際、絶縁碍子２０の胴部２１が装着孔４１１の段差４１３に接し、引っ掛かることで、絶縁碍子２０がパレット４００に保持されるようになっている。
【００５６】
また、パレット４００は、絶縁碍子２０を装着孔４１０に装着したときに絶縁碍子２０の先端部２０ａがパレット４００の裏面４３０から突出する厚みになっており、加熱される温度が８００℃であるとき６００ＭＰａ以上の曲げ強度を有している。
【００５７】
このような形状を有するパレット４００には、主成分として窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）が少なくとも５０ｗｔ％含まれ、本実施形態では９５ｗｔ％以上含まれたセラミックスとして構成される。このようなパレット４００には、窒化ケイ素の他に、例えば、ＭｏＳｉ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＢＮ等の各成分が含まれている。
【００５８】
上記パレット４００は、窒化ケイ素を９５ｗｔ％以上含んだ母材を高温で焼き固めることにより形成される。このようなパレット４００の重さは例えば１つ当たり２ｋｇ以下／５０個であり、耐熱綱で形成されたパレット（４ｋｇ以上／５０個）と比較して半分以下の重さになっている。
【００５９】
次に、絶縁碍子２０内にガラス（第１、第２ガラスシール層５１、５２、レジスタ６０）を形成する方法を中心に、本実施形態に係るスパークプラグ１００の製造方法について説明する。図６は、絶縁碍子２０内にガラス５１、５２、６０を充填する方法の工程を示した図である。
【００６０】
まず、図６（ａ）に示す工程では、印刷および釉薬塗布がなされる。すなわち、中空筒状の絶縁碍子２０が用意されると共に、この絶縁碍子２０の所望の場所に印刷が施され、さらに表面に釉薬が塗布される。
【００６１】
図６（ｂ）に示す工程では、絶縁碍子２０に対する中心電極３０の組み付けがなされる。すなわち、絶縁碍子２０の中空部分である軸孔２０ｃ内に中心電極３０が差し込まれる。その後、図６（ｃ）に示す工程では、第１ガラスシール層５１となる導電性ガラスの粉末材が絶縁碍子２０の軸孔２０ｃに充填されると共に、加圧される。
【００６２】
続いて、図６（ｄ）に示す工程では、図６（ｃ）に示す工程で充填された導電性ガラスの粉末材の上にレジスタ６０となる抵抗材（導電性ガラス）が充填され、加圧される。その後、図６（ｅ）に示す工程では、図６（ｄ）で絶縁碍子２０内に充填された抵抗材の上に、第２ガラスシール層５２となる導電性ガラスの粉末材が充填される。そして、絶縁碍子２０の他端側２０ｂから端子部７１を備えたステム７０が差し込まれる。
【００６３】
そして、図６（ｅ）の工程を終えた絶縁碍子２０がパレット４００に装着され、このパレット４００ごと複数本の絶縁碍子２０が電気炉２００のパレット搬入口２０５から電気炉２００内に搬入され、この電気炉２００内の各ゾーン２０１〜２０４にて絶縁碍子２０が所望の温度で加熱される。
【００６４】
具体的には、図２に示されるように、パレット４００に複数の絶縁碍子２０が装着されると共に、パレット４００が電気炉２００のパレット搬入口２０５から次々と搬入される。そして、電気炉２００内のパレット４００は、電気炉２００のパレット搬入口２０５から次々と搬入されるパレット４００によって押されることで電気炉２００内を移動していく。本実施形態では、パレット４００は１つ当たり３０〜６５秒で電気炉２００内に搬入される。そして、パレット４００は、電気炉２００の４つのゾーン２０１〜２０４すべてを２０〜４０分で通過する。本実施形態では、電気炉２００を通過する時間、すなわちパレット４００の加熱時間は例えば３０分以下である。
【００６５】
また、上述のように、電気炉２００には４つのゾーン２０１〜２０４が設けられている。本実施形態では、パレット４００のパレット搬入口２０５側から段階的に上昇するように電気炉２００の各ゾーン２０１〜２０４が上部および下部ヒータ２２０、２３０にて加熱されるのである。このように加熱される電気炉２００内をパレット４００が移動することで、パレット４００に装着された絶縁碍子２０内に充填されたガラス材が溶融される。
【００６６】
電気炉２００を通過したパレット４００は、図２に示されるように、熱間プレス機３００に搬入される。この後、絶縁碍子２０に差し込まれた端子部７１が押し込まれる。図７は、熱間プレス機３００にて絶縁碍子２０に差し込まれた端子部７１を押し込む様子を示したものである。この図に示されるように、熱間プレス機３００は、パレット４００を支える支持部材３１０と、端子部７１を押さえつける加圧部３２０と、を備えて構成されている。
【００６７】
支持部材３１０は、図３に示される支持部材２０６と同様に、パレット４００の裏面４３０の外縁部を保持するものである。また、加圧部３２０は、パレット４００の装着孔４１０に対向する場所に突起部３２１を備えている。言い換えると、この突起部３２１は、パレット４００の装着孔４１０に装着された絶縁碍子２０の端子部７１に対向するように加圧部３２０にそれぞれ配置されている。
【００６８】
このような熱間プレス機３００では、加圧部３２０が図７の矢印の方向、すなわちパレット４００側に移動し、加圧部３２０の各突起部３２１にてパレット４００に装着された各絶縁碍子２０の端子部７１がパレット４００側に押し込まれる押し込み工程が行われる。
【００６９】
具体的には、まず、パレット４００が、加圧部３２０の下側に位置するようにパレット４００が熱間プレス機３００に搬入される。このとき、パレット４００に装着された絶縁碍子２０は、電気炉２００内で加熱されているので、絶縁碍子２０内に充填された導電性ガラスや抵抗材が溶融した状態になっている。そして、加圧部３２０がパレット４００側に移動する。これに伴い、加圧部３２０の突起部３２１にて絶縁碍子２０に設置された端子部７１がパレット４００側に加圧される。本実施形態では、端子部７１は３００Ｎ以上にて加圧される。
【００７０】
この後、加圧部３２０が引き上げられてパレット４００が熱間プレス機３００から搬出され、パレット４００に装着された絶縁碍子２０が冷やされる。これにより、絶縁碍子２０内の導電性ガラスや抵抗材が凝固し、第１、第２ガラスシール層５１、５２およびレジスタ６０が形成される。
【００７１】
こうして絶縁碍子２０内に第１、第２ガラスシール層５１、５２およびレジスタ６０が形成されると、この絶縁碍子２０にハウジング１０が装着される。そして、ハウジング１０の他端部１０ｂに形成されたかしめ部１０ｃが絶縁碍子２０にかしめ固定され、ハウジング１０の一端部１０ａに接地電極４０が接合される。こうして図１に示されるスパークプラグ１００が完成する。
【００７２】
上記のようにしてスパークプラグ１００を製造する際に用いられるパレット４００、すなわち絶縁碍子２０を保持するパレット４００は、窒化ケイ素を含んだ材料で形成されている。本発明者らは、上記窒化ケイ素の他に、耐熱綱、アルミナ、そして炭化ケイ素を主成分とするパレットをそれぞれ形成し、これら４種類のパレットについて比重（ｇ／ｃｍ３）、比熱×比重（Ｊ／ｃｍ３・Ｋ）、熱間曲げ強度（ＭＰａ）、熱衝撃温度（℃）、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）、そして寿命（年）についてそれぞれ検討した。図８は、その結果を表で示したものである。なお、図中の各値の右横に記された「◎」、「△」、「×」は、各値の善し悪しを示すものであり、「◎」は好ましい値、「×」は好ましくない値であることをそれぞれ示している。
【００７３】
まず、比重は、その値が大きいほど重量が大きいと言える。したがって、比重の値が小さいほど軽量であると言える。図８に示されるように、比重においては、窒化ケイ素、アルミナ、炭化ケイ素の各比重が、耐熱綱のそれと比較して小さい値になっている。このように、窒化ケイ素、アルミナ、炭化ケイ素の各比重の値は小さく、すなわち軽量である。
【００７４】
次に、比熱×比重は、その値の大きさがエネルギー消費量に依存する値である。したがって、比熱×比重の値が小さいほど、省エネルギーでパレットを加熱することができると言える。図８に示されるように、比熱×比重においては、窒化ケイ素および炭化ケイ素における値が耐熱綱やアルミナに対してそれぞれ小さい値になっている。したがって、炭化ケイ素や炭化ケイ素でパレットを形成することにより、省エネルギーでパレットを加熱できると言える。
【００７５】
続いて、熱間曲げ強度は、テストピースを所定温度で加熱すると共に、力を加えていったときに変形する物理量である。つまり、熱間曲げ強度が高いほど、高強度であると言える。本実施形態では、８００℃で各パレットを加熱した際に熱間曲げ強度を調べた。その結果、窒化ケイ素の熱間曲げ強度が、耐熱綱、アルミナ、炭化ケイ素よりも相当大きい値となった。つまり、窒化ケイ素で形成されたパレット４００は、高強度、高耐久性を有すると言える。図８において、熱間曲げ強度の値は８００ＭＰａとなっているが、図７に示されるパレット４００の厚さ（つまり、絶縁碍子２０の一端部２０ａと他端部２０ｂがパレット４００の表面４２０および裏面４３０からそれぞれ突出するパレット４００の厚さ）とした場合、少なくとも６００ＭＰａ以上の熱間曲げ強度を有することでパレット４００が破壊されないことが本発明者らの実験により明らかとなっている。
【００７６】
そして、熱衝撃温度は、対象物を加熱した後、急冷したときに破壊されるときの加熱温度である。したがって、この熱衝撃温度が高いほど、熱衝撃に対する耐性が高く、変形しにくいと言える。この熱衝撃温度については、図８に示されるように、耐熱綱および窒化ケイ素の値がアルミナや炭化ケイ素よりも十分高い。つまり、アルミナや炭化ケイ素でパレットを形成すると、加熱して急冷した場合、容易に壊れてしまうのである。したがって、耐熱綱および炭化ケイ素でパレットを形成することにより、急冷に対する耐性を確保することができる。
【００７７】
次に、熱伝導率は、熱の伝わりやすさを示す物性値である。つまり、熱伝導率の値が大きいほど、素早く熱が伝わる。すなわち、高い熱伝導率であるということは、場所によって温度差が生じないようにすることができ、均熱性を確保できる。この熱伝導率については、図８に示されるように、窒化ケイ素および炭化ケイ素の熱伝導率が、耐熱綱やアルミナのそれよりも大きい値になっている。したがって、窒化ケイ素や炭化ケイ素によって形成されたパレットは、場所によって温度差が小さく、均熱性が高いものであると言える。図８において、窒化ケイ素の熱伝導率の値は２５〜６５Ｗ／ｍ・Ｋとなっているが、パレット４００の熱伝導率の値を少なくとも３０Ｗ／ｋ・Ｋ以上とすることで、パレット４００の均熱性を向上できることが本発明者らによって明らかとなっている。
【００７８】
また、寿命は、実際にパレットとして使用したとき、どれくらい長く使用し続けられるかを示す値である。図８を見てみると、従来使用されていた耐熱綱は２年で使用できなくなる。また、アルミナおよび炭化ケイ素を用いて形成されたパレットの寿命は短く、パレットとして使用することができない結果となった。一方、窒化ケイ素を用いて形成されたパレット４００の寿命は１０年以上である。窒化ケイ素で形成されたパレット４００は、いわゆるセラミックスであるので、取扱いなどで壊れない限り半永久的に使用可能である。
【００７９】
以上の結果から、図８に示されるすべての物性値において、耐熱綱、アルミナ、炭化ケイ素よりも、窒化ケイ素がパレット形成に優れた物質であることがわかる。すなわち、比重が小さい値であることから軽量化を実現でき、比熱×比重が小さい値であることから加熱のためのエネルギー消費量を削減でき（つまり、加熱時間を短縮でき）、熱間曲げ強度の値が大きいことから高強度を実現できる。また、熱衝撃温度が高いことから高耐久性を実現でき、熱伝導率の値が大きいことから均熱性を確保することができる。そして、窒化ケイ素を用いてパレット４００を形成することから、形成されたパレット４００はセラミックスであるので、寿命が半永久的である。したがって、窒化ケイ素でパレット４００を形成することにより、上記効果を十分に得ることができる。
【００８０】
さらに、本発明者らは、パレット４００の均熱性を確かめるべく、パレット４００の中心部および外縁部にそれぞれ配置された絶縁碍子２０内の温度をそれぞれ計測し、その温度差を調べた。本実施形態では、絶縁碍子２０の内部に熱電対を設置して温度測定を行った。図９はその結果を示した図である。図９（ａ）は温度測定の対象となった絶縁碍子２０の場所を示したパレットの正面図であり、図９（ｂ）はパレット４００の中心部および外縁部にそれぞれ装着された絶縁碍子２０内の温度差を、従来の場合（耐熱綱を用いた場合）と本実施形態の場合とについてそれぞれ示した図である。
【００８１】
図９（ａ）に示されるように、パレット４００の外縁部に装着された絶縁碍子２０内の温度をＡとし、パレット４００の中心部に装着された絶縁碍子２０内の温度をＢとする。なお、耐熱綱を用いる従来の場合も、図９（ａ）に示される同様の場所にそれぞれ装着された絶縁碍子２０内の温度を測定した。
【００８２】
図９（ｂ）に示されるように、耐熱綱で形成されたパレットの場合、パレットの中心部と外縁部とに装着された各絶縁碍子２０に例えば８０℃以上／５０個の温度差が生じてしまう。このような大きな温度差は、絶縁碍子２０内に形成されるレジスタ６０の抵抗値に差を生じさせてしまうこととなる。一方、窒化ケイ素で形成されたパレット４００の場合、パレット４００の中心部と外縁部とに装着された各絶縁碍子２０の温度差は例えば５０℃以下／５０個になっており、耐熱綱で形成されたパレットの場合に比べて、場所による温度差が十分小さくなっている。
【００８３】
上記の結果から、窒化ケイ素でパレット４００を形成することにより、パレット４００の場所による温度差を低減させることができる。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態では、絶縁碍子２０を保持するパレット４００は窒化ケイ素を少なくとも５０ｗｔ％以上、好ましくは９５％以上含んでいるものを用いることを特徴としている。このように、窒化ケイ素でパレット４００を形成することで、パレット４００をセラミックスとして構成することができる。
【００８５】
このように、パレット４００をセラミックスのもので構成することで、耐熱綱を用いたパレットよりも比重を低減できる。つまり、パレット４００を軽量化することができる。また、パレット４００がセラミックスとして構成されるため、高温に対するパレット４００の強度および耐久性を確保することができる。さらに、セラミックスであるパレット４００は熱に対する変形がほとんどないので、半永久的に使用し続けることができる。
【００８６】
上記のようなパレット４００に対し、本実施形態では、絶縁碍子２０の先端部２０ａおよび他端部２０ｂがパレット４００の表面４２０および裏面４３０から突出するようなパレット４００の厚さとしている。これにより、パレット４００の体積を低減させて軽量化でき、ひいてはパレット４００を加熱するエネルギーを削減することができる。また、パレット４００に装着された絶縁碍子２０の先端部２０ａおよび他端部２０ｂがパレット４００の表面４２０および裏面４３０からそれぞれ突出しているので、絶縁碍子２０を加熱する加熱効率を向上させることができ、加熱時間も短縮することができる。
【００８７】
さらに、図３に示されるように、パレット４００を支持部材２０６で支えるようにしたため、図１０に示される炉床６００を無くすことができる。このように、従来用いられていた炉床６００を無くすことで、電気炉２００内の下部ヒータ２３０にてパレット４００の裏面４３０側を加熱する加熱効率を向上させることができる。従来のように炉床６００を用いてパレット４００を加熱した場合に比べ、例えば４５％も加熱効率を向上させることができることが本発明者らの実験により明らかとなっている。
【００８８】
また、パレット４００の熱伝導率を少なくとも３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上としている。これにより、パレット４００全体に短時間で熱を行き渡らせることができるため、パレット４００の場所による温度差を低減できる。つまり、高い熱伝導率を確保することでパレット４００の均熱性を確保することができる。このようにパレット４００の均熱性を確保することで、パレット４００にそれぞれ装着された絶縁碍子２０内部に形成されるレジスタ６０の抵抗のばらつきを低減させることができる。
【００８９】
そして、パレット４００の熱衝撃温度は例えば８５０℃というように高い（図８参照）。したがって、加熱工程によって加熱および冷却が繰り返しなされる環境に対して高い耐久性を保持することができる。
【００９０】
（他の実施形態）
上記第１実施形態で示されたスパークプラグ１００の構成は一例を示すものであって、スパークプラグ１００が図１に示される構成や構造に限定されるものではない。
【００９１】
また、第１実施形態で用いられたスパークプラグ製造装置の電気炉２００や熱間プレス機３００の構造や構成は一例を示すものであって、第１実施形態に限定されるものではない。
【００９２】
上記第１実施形態では、絶縁碍子２０を保持するパレット４００の厚みは、絶縁碍子２０の先端部２０ａがパレット４００の裏面４３０から露出するような厚さであったが、パレット４００の厚みは、装着孔４１０に装着された絶縁碍子２０の先端部２０ａがパレット４００の裏面４３０から露出しないような厚さであっても構わない。すなわち、パレット４００の厚みを図１０に示されるパレット５００と同等の厚さとしても良い。上述のように、パレット４００を窒化ケイ素で形成しているため、パレット４００の厚みを大きくしても、重量が増してしまうこともなく、さらに高強度、高耐久性をもったパレット４００とすることができる。
【００９３】
上記第１実施形態では、パレット４００に設けられる装着孔４１０は千鳥配置であったが、この配置方法は一例を示すものであって、他の配置方法であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の一実施形態に係るスパークプラグの半断面図である。
【図２】第１実施形態で用いられるスパークプラグ製造装置を示した図である。
【図３】図２に示される電気炉内でパレットが支持部材に支えられている様子を示した図である。
【図４】図２のスパークプラグ製造装置に用いられる保持板の正面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】スパークプラグの製造方法において、絶縁碍子内にガラスを充填する方法の工程を示した図である。
【図７】図２に示される熱間プレス機にて絶縁碍子に差し込まれた端子部を押し込む様子を示したものである。
【図８】窒化ケイ素、耐熱綱、アルミナ、炭化ケイ素でそれぞれパレットを形成したときの各物性値を表で示した図である。
【図９】本実施形態で用いられるパレットの均熱性の実験を説明するための図であり、（ａ）は温度測定の対象となった絶縁碍子の場所を示したパレットの正面図、（ｂ）はパレットの中心部および外縁部にそれぞれ装着された絶縁碍子内の温度差を、従来の場合と本実施形態の場合とについてそれぞれ示した図である。
【図１０】従来において、パレットに装着された絶縁碍子を加熱する様子を示した図である。
【符号の説明】
【００９５】
１００…スパークプラグ、１０…ハウジング、２０…絶縁碍子、２０ａ…一端部、
２０ｂ…他端部、３０…中心電極、４０…接地電極、５１…第１ガラスシール層、
５２…第２ガラスシール層、６０…レジスタ、７１…端子部、２００…電気炉、
２１０…通路、２２０…上部ヒータ、２３０…下部ヒータ、２４０…温度計、
３００…熱間プレス機、３１０…支持部材、３２０…加圧部、３２１…突起部、
４００…保持板（パレット）、４１０…装着孔、４２０…表面、４３０…裏面。
【図１】
2006310129.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006310129.tif 000008
【図７】
2006310129.tif 000009
【図８】
2006310129.tif 000010
【図９】
2006310129.tif 000011
【図１０】
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