(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ基焼結体で管状に作製された絶縁体と、前記絶縁体の軸孔内に配置された中心電極と、前記軸孔内に配置され、前記中心電極を前記絶縁体の前記軸孔内に固定するシール材とを備えたスパークプラグであって、
前記絶縁体及び前記シール材は、下記条件（１）〜（３）を満たし、
前記絶縁体は、前記シール材と接する表面に０．５〜２．０μｍの高低差で隣接する凹凸を１００μｍ当たり少なくとも８組有し、
前記絶縁体及び前記シール材との界面を径方向にライン分析したときに前記絶縁体のＡｌ成分及び前記シール材のガラス相のＳｉ成分の合計含有率に対する前記Ａｌ成分及び前記Ｓｉ成分それぞれの含有割合が共に９０質量％未満となる中間相を２０〜５０μｍの厚さで有するスパークプラグ。
（１）前記シール材の前記ガラス相に含有されるＳｉ成分の酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］が５０〜７０質量％
（２）前記絶縁体に含有されるＳｉ成分の酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（絶縁体）］に対する前記［ＳｉＯ２（シール材）］の比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［ＳｉＯ２（絶縁体）］］が１５〜６６．７
（３）前記シール材の前記ガラス相に含有されるＢ成分の酸化物換算平均含有率［Ｂ２Ｏ３］に対する前記［ＳｉＯ２（シール材）］の比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［Ｂ２Ｏ３］］が１．４５〜２．５０
【請求項２】
前記シール材に含まれている前記ガラス相の転移点が４５０℃以上７７０℃以下である請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記シール材は、Ｎａ成分及びＫ成分の少なくとも一方をＮａ成分の酸化物換算平均含有率及びＫ成分の酸化物換算平均含有率の合計含有率が前記ガラス相に対して２．５〜６．５質量％の範囲内で含有し、かつ、前記ガラス相とフィラーとを前記シール材の任意の観察面における前記ガラス相の合計面積に対するフィラーの合計面積の面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］が０．６〜１．４となる割合で含有している請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記シール材は、その任意の観察面に存在する気孔の気孔率が５％以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記シール材が配置されている部位における前記軸孔の直径が２．９ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記アルミナ基焼結体は、第２族成分及び希土類成分を含有している請求項１〜５のいずれか１項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、混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着されても高い気密性能を保持するスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、絶縁体の軸方向に形成された貫通孔に対し、その一方の端部側に端子金具を挿入し、同じく他方の端部側に中心電極を挿入して、該貫通孔内において端子金具と中心電極とを導電性のシール材（導電性シール材とも称する。）にて封止、固着した構造を有するスパークプラグが広く用いられている。
【０００３】
このようなスパークプラグにおいて、端子金具と中心電極とは絶縁体貫通孔内においてシール材により直結されるか、又は、各々のシール材の間に抵抗体を配置する形で結合される。シール材は、一般には金属粒子とベースガラス相との混合物からなるものであり、金属粒子がガラスマトリックス中にてネットワーク状に接触した形で分散することで、絶縁性のガラス相に対し導電性を付与したものである。
【０００４】
このようなスパークプラグがいくつか提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
【０００５】
ところで、スパークプラグが適用される内燃機関は高出力化され、高出力化された内燃機関の混合気は高い圧縮比に設定されるから、このような内燃機関に装着されるスパークプラグには気密性能の高いシール材によって高い気密性を有していることが求められている。このような高出力化された内燃機関に装着されるスパークプラグとして、例えば、特許文献３及び特許文献４に記載された「スパークプラグ」が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４９７００９号公報
【特許文献２】特開平１０−１４４４４８号公報
【特許文献３】特開２００３−２２８８６号公報
【特許文献４】特開２００５−３４０１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、内燃機関はさらなる高出力化に向けて開発・実用化されており、それに伴ってスパークプラグに要求される気密性も一段と高くなっている。
【０００８】
したがって、この発明は、混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着されても高い気密性を保持するスパークプラグを提供することを、課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段としてのこの発明に係るスパークプラグは、アルミナ基焼結体で管状に作製された絶縁体と、絶縁体の軸孔内に配置された中心電極と、軸孔内に配置され、中心電極を絶縁体の軸孔内に固定するシール材とを備え、絶縁体及びシール材が下記条件（１）〜（３）を満たすことを特徴とする。
条件（１）：シール材のガラス相に含有されるＳｉ成分の酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］が５０〜７０質量％
条件（２）：絶縁体に含有されるＳｉ成分の酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（絶縁体）］に対する前記［ＳｉＯ２（シール材）］の比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［ＳｉＯ２（絶縁体）］］が１５〜６６．７
条件（３）：シール材のガラス相に含有されるＢ成分の酸化物換算平均含有率［Ｂ２Ｏ３］に対する前記［ＳｉＯ２（シール材）］の比率［［ＳｉＯ２（シール材］／［Ｂ２Ｏ３］］が１．４５〜２．５０
【００１０】
また、この発明に係るスパークプラグは、絶縁体がシール材と接する表面に０．５〜２．０μｍの高低差で隣接する凹凸を１００μｍ当たり少なくとも８組有していることを特徴とする。
【００１１】
さらに、この発明に係るスパークプラグは、絶縁体及びシール材との界面を径方向にライン分析したときに絶縁体のＡｌ成分及びシール材のガラス相のＳｉ成分の合計含有率に対するＡｌ成分及びＳｉ成分それぞれの含有割合が共に９０質量％未満となる中間相を２０〜５０μｍの厚さで有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係るスパークプラグは、前記特徴を有しているから、通常の内燃機関はもちろん、混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着されたとしても、絶縁体とシール材とが強固に固着されて高い気密性を保持する。したがって、この発明によれば、混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着されても高い気密性を保持するスパークプラグを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、この発明に係るスパークプラグの一例であるスパークプラグを説明する断面図である。
【図２】図２は、この発明に係るスパークプラグの一例であるスパークプラグのシール材近傍を示す一部拡大断面図である。
【図３】図３は、この発明に係るスパークプラグの気密性を評価する評価装置を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明に係るスパークプラグは、絶縁体と中心電極と中心電極を絶縁体に固定するシール材とを備えていればよく、例えば、アルミナ基焼結体で管状に作製された絶縁体と、この絶縁体の軸孔内に配置された中心電極と、この軸孔内に配置され、中心電極を絶縁体の軸孔内に固定するシール材とを備え、通常、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を備えている。この発明に係るスパークプラグは絶縁体と中心電極とこれらを固定するシール材とを備えた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。
【００１５】
以下、この発明に係るスパークプラグを、図１及び図２を参酌して、説明する。まず、この発明に係るスパークプラグの一例であるスパークプラグ１００の基本的な構造について、次いでこのスパークプラグ１００の特徴について、説明する。
【００１６】
この発明に係るスパークプラグの一例であるスパークプラグ１００は、図１及び図２に示されるように、筒状の主体金具１、先端部２ａが突出するようにその主体金具１の内側に嵌め込まれた絶縁体２、先端に形成された発火部３ａを突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極３及び主体金具１に一端が溶接等により結合されると共に他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の先端部と対向するように配置された接地電極４等を備えている。また、接地電極４には発火部３ａに対向する発火部４ａが形成されており、それら発火部３ａと対向する発火部４ａとの間の隙間が火花放電ギャップｇとされている。
【００１７】
主体金具１は、低炭素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとともに、その外周面には、スパークプラグ１００を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部１ａが形成されている。なお、１ｂは、主体金具１をエンジンブロックに取り付ける際にスパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部であり、六角状の軸断面形状を有している。
【００１８】
絶縁体２は、内部に自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔５すなわち軸孔５を有する管状に成形されている。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２ｂが例えばフランジ状に形成されている。そして、該突出部２ｂよりも後端側がこれよりも細径に形成された本体部２ｃとされている。一方、突出部２ｂの先端側にはこれよりも細径の第一軸部２ｄと、その第一軸部２ｄよりもさらに細径の第二軸部２ｅがこの順序で形成されている。なお、本体部２ｃの外周面後端部にはコルゲーション部２ｆが形成され、その外周面には釉薬層２ｇが形成されている。また、第一軸部２ｄの外周面は略円筒状とされ、第二軸部２ｅの外周面は先端に向かうほど縮径する略円錐面状とされている。
【００１９】
絶縁体２の貫通孔５は、中心電極３を挿通させる略円筒状の第一部分５ａと、その第一部分５ａの後端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５ｂとを有する。端子金具１０と抵抗体１１とは第二部分５ｂ内に収容され、中心電極３は第一部分５ａ内に挿通される。
【００２０】
中心電極３は、棒状をなし、その後端部には、その外周面から外向き、かつ環状に突出する電極固定用凸部３ｂが形成されている。中心電極３の本体部の内部には、放熱促進のためにＣｕ又はＣｕ合金等で構成された芯材３ｃが埋設されている。
【００２１】
絶縁体２において、貫通孔５の第一部分５ａと第二部分５ｂとは第一軸部２ｄ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の電極固定用凸部３ｂを受けるための凸部受け面５ｃがテーパ面又はアール面状に形成されている。また、第一軸部２ｄと第二軸部２ｅとの外周面における接続部２ｈは段付面とされ、これが主体金具１の内面に形成された主体金具側係合部としての凸条部１ｃとリング状の板パッキン２０を介して係合することにより、軸方向の抜止めがなされている。
【００２２】
他方、主体金具１の後端側開口部内面と、絶縁体２の外面との間には、フランジ状の突出部２ｂの後方側周縁と係合するリング状の線パッキン３０が配置され、そのさらに後方側にはタルク等の充填層３１を介してリング状の線パッキン３２が配置されている。そして、絶縁体２を主体金具１に向けて先端側に押し込み、その状態で主体金具１の開口縁をリング状の線パッキン３２に向けて内側に加締めることにより加締め部１ｄが形成され、主体金具１が絶縁体２に対して固定されている。
【００２３】
絶縁体２の貫通孔５の後端側には端子金具１０が挿入・固定され、同じく先端側には中心電極３が挿入・固定されている。また、貫通孔５内において端子金具１０と中心電極３との間に抵抗体１１が配置されている。この抵抗体１１の両端部は、第１シール材１２、第２シール材１３を介して中心電極３と端子金具１０とにそれぞれ電気的に接続されている。この第１シール材１２がこの発明に係るスパークプラグの「シール材」に相当する。したがって、以下、この発明に係るスパークプラグの「シール材」を「第１シール材１２」と称することがある。
【００２４】
抵抗体１１は、ガラス粉末と導電材料粉末と必要に応じてガラス以外のセラミック粉末との混合粉末を原料とし、後述のガラスシール工程においてこれを加熱・プレスすることにより得られる抵抗体組成物で構成される。なお、抵抗体１１を省略して一層のシール材により端子金具１０と中心電極３とを一体化した構成としてもよく、この一層のシール材がこの発明に係るスパークプラグの「シール材」に相当する。
【００２５】
端子金具１０は低炭素鋼等で構成され、表面に防食のためのＮｉメッキ層が例えば５μｍの層厚で形成されている。そして、該端子金具１０は、貫通孔５内に配置される先端部としてのシール部１０ａと、絶縁体２の後端縁より突出する端子部１０ｃと、端子部１０ｃとシール部１０ａとを接続する棒状部１０ｂとを有する棒状に成形されている。シール部１０ａは軸方向に長い円筒状に形成され、その外周面にはねじ状又はリブ状等の形態の凸部を有すると共に、第２シール材１３中に没入する形で配置され、貫通孔５の内面との間を第２シール材１３によりシールされる。
【００２６】
接地電極４及び中心電極３の本体部はＮｉ合金やＦｅ合金等で構成されている。なお、接地電極４においても芯材が埋設されていてもよい。一方、上記発火部３ａ及び対向する発火部４ａは、Ｉｒ、Ｐｔ及びＲｈの１種又は２種以上を主成分とする貴金属合金を主体に構成される。なお、発火部３ａ及び対向する発火部４ａは一方又は双方を省略することもできる。
【００２７】
スパークプラグ１００は、このように、主体金具１、絶縁体２、中心電極３、接地電極４、端子金具１０、抵抗体１１、第１シール材１２及び第２シール材１３等で構成されている。
【００２８】
スパークプラグ１００の絶縁体２は、その全体がアルミナ基焼結体で作製されている。このアルミナ基焼結体は、主成分としてのＡｌ成分と後述する条件（２）を満たす含有量でＳｉ成分とを必須成分として含有し、好ましくは、これらに加えてＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族成分及び希土類成分を含有している。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。
【００２９】
Ｓｉ成分、第２族成分及び希土類成分は焼結助剤由来の成分であり、これらを含有するアルミナ基焼結体は高い耐電圧特性及び機械的強度を発揮することがある。ここで、第２族成分はＩＵＰＡＣ１９９０年勧告に基づく周期表の第２族元素の少なくとも一元素を含んでいればよく、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。希土類成分は、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド元素の少なくとも一元素を含んでいればよく、例えば、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成分が挙げられる。希土類成分は、これらの中でも、Ｙ成分、Ｌａ成分、Ｐｒ成分、Ｎｄ成分及びＹｂ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。
【００３０】
この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構成成分のうち最も高ければ特に限定されない。
【００３１】
このアルミナ基焼結体すなわち絶縁体２は、アルミナ基焼結体の構成成分を酸化物に換算したときの全質量１００質量％としたときに、Ｓｉ成分をその酸化物「ＳｉＯ２」に換算したときの酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（絶縁体）］が後述する条件（２）を満たす含有率で、Ｓｉ成分を含有しているのが好ましい。Ｓｉ成分の酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（絶縁体）］は、具体的には、条件（２）を満たすように、好ましくは０．７〜４．７質量％の範囲内、特に好ましくは１．０〜２．５質量％の範囲内にある。この酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（絶縁体）］が条件（２）を満たすとアルミナ基焼結体と第１シール材１２とが反応しやすく絶縁体２と第１シール材１２とが強固に密着してスパークプラグ１００が高い気密性を発揮する。
【００３２】
アルミナ基焼結体における第２族成分及び希土類成分の含有率は、第２族成分及び希土類成分それぞれの含有率を含めて特に限定されない。
【００３３】
この発明において、アルミナ基焼結体が含有するＡｌ成分、Ｓｉ成分、第２族成分及び希土類成分の各酸化物換算平均含有率は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）でアルミナ基焼結体における２０視野（視野サイズ１８０μｍ×１２０μｍ）をそれぞれ加速電圧２０ｋＶで定量分析したときの算術平均値として算出した値である。なお、このようにして算出された酸化物換算平均含有率とアルミナ基焼結体の製造に用いる原料粉末の混合比とはほぼ一致する。したがって、各成分の酸化物換算平均含有率は原料粉末における各粉末の混合比で調整できる。
【００３４】
絶縁体２は、その貫通孔５の内表面のうち第１シール材１２と接する表面に０．５〜２．０μｍの高低差で隣接する凹凸を１００μｍ当たり少なくとも８組有している。絶縁体２がこのような凹凸を１００μｍ当たり少なくとも８組有していると、絶縁体２と第１シール材１２との密着面積が増大し、またアンカー効果による絶縁体２と第１シール材１２との密着が強固になってスパークプラグ１００が高い気密性を発揮する。より一層高い気密性をスパークプラグ１００が発揮できる点で前記凹凸は１００μｍ当たり１０組存在しているのが好ましい。この凹凸の存在組数は多ければ多いほど絶縁体２と第１シール材１２との密着は強固になるが、あまりにも多すぎると破壊の起点になることもある。したがって、この発明において、破壊の起点を回避すること及び生産性の観点から、凹凸の存在組数は現実的には３０組を上限とするのがよい。
【００３５】
この発明において、凹凸の組数を計数する基準長さ「１００μｍ」は第１シール材１２と密着する表面に存在すればいずれの方向に向かっていてもよく、例えば、絶縁体２の軸線方向、周方向、ランダムな方向に向かっていてもよい。また、隣接する凹凸の高低差は、凸部の最高点からこの凸部に隣接する凹部の最低点までの高度差であり、絶縁体２と第１シール材１２との密着状態を評価する一評価基準として「０．５〜２．０μｍ」に設定されている。したがって、この発明において、高低差は必ずしも「０．５〜２．０μｍ」に限定されるわけではなく、絶縁体２と第１シール材１２との密着面積が増大するように高低差を適宜に設定できる。
【００３６】
この発明において、凹凸の高度差は、例えば、絶縁体２の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、隣接する凹凸の最高点から最低点までの高度差を測定すること等によって求めることができ、その組数も同様にして計数できる。
【００３７】
このような高度差を有する凹凸は、例えば、絶縁体２を成形するときに貫通孔５を形成するプレスピンの外表面の表面粗さで調整でき、例えば、プレスピンンの算術平均粗さＲａを０．２〜０．５μｍにすると前記高度差を有する凹凸を貫通孔５内に形成できる。
【００３８】
この発明において、貫通孔５の第１シール材１２と接する部分の内径は、電極固定用凸部３ｂの後端側に配置された電極固定用凸部３ｂよりも小径の後端部すなわち終端部が対面する絶縁体２の内表面の内径であり、スパークプラグ１００においては第二部分５ｂの内径である。この内径は特に限定されないが、従来の内燃機関に装着されるスパークプラグであれば４．０ｍｍ以上に設定され、高出力化及び／又は小型化された内燃機関に装着されるスパークプラグであれば３．０ｍｍ以上に設定され、特に近年又は将来のさらなる高出力化及び／又は小型化されるであろう内燃機関に装着されるスパークプラグであれば２．９ｍｍ以下に設定されるのがよい。
【００３９】
第１シール材１２は、ガラス相（ベースガラス相とも称する。）とフィラーとからなり、フィラーとして導電性フィラーを含有し、絶縁性フィラーを１０質量％以下、好ましくは０質量％の含有率で含有している。すなわち、第１シール材１２は好ましくはガラス相と導電性フィラーとのみを含有している。これにより、第１シール材１２のガラス相の軟化時の硬度を低減することができる。その結果、ガラスシールを行う際の端子ウキが発生することを抑制できる。また、封着加重を単純に大きくする必要がなく、ガラスシールを行なう際に、絶縁体２を破損してしまうことも抑制できる。
【００４０】
ガラス相は、従来の導電性シール材と同様に例えばホウケイ酸塩系ガラス等の酸化物を主体にしたガラスで形成されている。導電性フィラーは、例えばＣｕ及びＦｅ等の金属成分の１種又は２種以上を主体とする金属粉末であるのが好ましい。絶縁性フィラーは、β−ユークリプタイト、β−スポジュメン、キータイト、シリカ、ムライト、コージェライト、ジルコン及びチタン酸アルミニウム等から選ばれる１種又は２種以上の酸化物系無機材料が挙げられ、これらはガラス相との親和性が高く、強度及び気密性に優れたシール構造を実現する上で有利である。
【００４１】
第１シール材１２のガラス相は、第１シール材１２中のフィラー以外の成分からなり、具体的には、Ｓｉ成分と、Ｂ成分と、Ｃａ成分と、Ａｌ成分と、Ｎａ成分及び／又はＫ成分とを、後述する条件（１）〜（３）を満足するように、含有している。
【００４２】
Ｓｉ成分は、その酸化物「ＳｉＯ２」に換算したときの酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］が条件（１）を満たすように、すなわち５０〜７０質量％の範囲内で、ガラス相に含有されている。この酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］が５０質量％未満であると、絶縁体２とシール材１２とが充分な界面強度で密着せず、又は後述する中間層が形成されにくく、高い気密性を発揮できないことがある。一方、酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］が７０質量％を超えると、中間層が低融点化し過ぎてしまい、耐電圧特性が低下して破壊を起こしやすくなり、結果、高い気密性を発揮できないことがある。このように酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］が条件（１）を満たすと絶縁体２と第１シール材１２との界面強度が強固になると共に後述する中間層が形成されやすくなって高い気密性を発揮する。より一層高い気密性を発揮できる点での酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］は５４〜６４質量％であるのが好ましい。
【００４３】
また、Ｓｉ成分は条件（２）を満たすようにガラス相に含有されている。すなわち、Ｓｉ成分は、絶縁体２に含有される酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（絶縁体）］に対する比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［ＳｉＯ２（絶縁体）］］が１５〜６６．７の範囲内でガラス相に含有されている。このように酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］は前記含有率の範囲内からこの比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［ＳｉＯ２（絶縁体）］］が１５〜６６．７となるように選択される。この比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［ＳｉＯ２（絶縁体）］］が１５未満であると、たとえ条件（１）及び後述する条件（３）を満たしていても、絶縁体２を構成するアルミナ基焼結体と第１シール材１２との反応性が低下して、絶縁体２と第１シール材１２とが充分な界面強度で密着せず、又は後述する中間層が形成されにくく、高い気密性を発揮できないことがある。また、比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［ＳｉＯ２（絶縁体）］］が６６．７を超えると、同様に、絶縁体２を構成するアルミナ基焼結体と第１シール材１２との反応性が低下することがある。絶縁体２を構成するアルミナ基焼結体と第１シール材１２との反応性が高く、より一層高い気密性を発揮できる点で、比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［ＳｉＯ２（絶縁体）］］は２２〜５７であるのが好ましい。この比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［ＳｉＯ２（絶縁体）］］はアルミナ基焼結体の酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（絶縁体）］とガラス相中のＳｉ成分の酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］とを変更することで調整される。
【００４４】
さらに、Ｓｉ成分は条件（３）を満たすようにガラス相に含有されている。すなわち、Ｓｉ成分は、第１シール材１２のガラス相に含有されるＢ成分の酸化物換算平均含有率［Ｂ２Ｏ３］に対する酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］の比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［Ｂ２Ｏ３］］が１．４５〜２．５０の範囲内でガラス相に含有されている。このように酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］は前記含有率の範囲内から前記比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［ＳｉＯ２（絶縁体）］］に加えて比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［Ｂ２Ｏ３］］が１．４５〜２．５０となるように選択される。この比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［Ｂ２Ｏ３］］が１．４５未満であると第１シール材１２の転移点が低下しすぎて、一方、比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［Ｂ２Ｏ３］］が２．５０を超えると第１シール材１２の転移点が高くなりすぎて、たとえ条件（１）及び条件（２）を満たしていても第１シール材１２はアルミナ基焼結体との反応性が低下することがある。絶縁体２を構成するアルミナ基焼結体と第１シール材１２との反応性が高く、より一層高い気密性を発揮できる点で、比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［Ｂ２Ｏ３］］は１．８〜２．３５であるのが好ましい。この比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［Ｂ２Ｏ３］］はガラス相中のＳｉ成分の酸化物換算平均含有率［ＳｉＯ２（シール材）］及び同Ｂ成分の酸化物換算平均含有率［Ｂ２Ｏ３］を変更することで調整される。
【００４５】
ガラス相中のＢ成分は、条件（３）を満たしていればその含有率は特に限定されず、例えば、Ｂ成分をその酸化物「Ｂ２Ｏ３」に換算したときの酸化物換算平均含有率［Ｂ２Ｏ３］は２２〜３５質量％の範囲内にあるのが好ましい。すなわち、Ｂ成分の含有率は前記範囲内であって条件（３）を満たすように選択される。酸化物換算平均含有率［Ｂ２Ｏ３］が２２〜３５質量％の範囲内にあると、高い気密性を保持できるうえ、ガラスシールを行う際の端子ウキと、第１シール材１２及び絶縁体３の間に発生しやすい剥離やクラックとを抑えることができる。
【００４６】
ガラス相は、ガラス相の転移点を低下させるために加えられる成分であって、Ｎａ成分及びＫ成分の少なくとも一方をＮａ成分の酸化物換算平均含有率［Ｎａ２Ｏ］及びＫ成分の酸化物換算平均含有率［Ｋ２Ｏ］の合計含有率［（１Ａ）Ｏ］（１ＡはＮａ又はＫを示す。）が２．５〜６．５質量％の範囲内で含有しているのが好ましい。この合計含有率［（１Ａ）Ｏ］が２．５〜６．５質量％の範囲内にあると、第１シール材１２のガラス相がほぼ均一に軟化してアルミナ基焼結体との反応性が格段に向上して絶縁体２とのより一層高い気密性を確保できる。また、合計含有率［（１Ａ）Ｏ］が２．５〜６．５質量％の範囲内にあると、ガラスシールを行う際の端子ウキと、第１シール材１２及び絶縁体３の間に発生しやすい剥離やクラックとを抑えることができる。この効果により一層優れる点で合計含有率［（１Ａ）Ｏ］は３．０〜５．５質量％の範囲内にあるのが好ましい。酸化物換算平均含有率［Ｎａ２Ｏ］及び酸化物換算平均含有率［Ｋ２Ｏ］は、これらの合計含有率［（１Ａ）Ｏ］が前記範囲内にあれば特に限定されず、適宜に設定され、Ｎａ成分及びＫ成分のいずれか一方を含有していればよい。
【００４７】
ガラス相における各成分の含有率は、いずれも、第１シール材１２を絶縁体２と同様にして電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）で２０視野（視野サイズ１８０μｍ×１２０μｍ）を定量分析したときに、各成分をその酸化物に換算したときの酸化物換算含有率の算術平均値として算出した値である。なお、このようにして算出された酸化物換算平均含有率とガラス相の製造に用いる原料粉末の混合比とはほぼ一致する。したがって、各成分の酸化物換算平均含有率は原料粉末における各粉末の混合比で調整できる。
【００４８】
このように、ガラス相は、Ｓｉ成分とＢ成分とＣａ成分とＡｌ成分とＮａ成分及び／又はＫ成分とを条件（１）〜（３）等を満足するように含有しているが、必要に応じて、またこの発明の趣旨に反しない範囲において、他の成分、例えばＺｒ成分、Ｔｉ成分、ＭｇＯ成分等を含有していてもよい。この場合、他の成分の含有率は酸化物成分に換算してガラス相全体に対して１０質量％以下とすることが好ましい。
【００４９】
このように、Ｓｉ成分とＢ成分とＣａ成分とＡｌ成分とＮａ成分及び／又はＫ成分とを条件（１）〜（３）等を満足するように含有しているガラス相は、その転移点が４５０℃以上７７０℃以下であるのが好ましく、４８０℃以上７４０℃以下であるのが特に好ましい。ガラス相の転移点が前記範囲内にあると、高い気密性に加えてたとえ振動下であっても、また高温に曝されても高い気密性を保持できる。なお、ガラス相の転移点が７７０℃を超えると、絶縁体２の内表面が変質しやすく気密性が損なわれるうえ、第１シール材１２自体の流動性が低下するから第１シール材１２を封着する時に高温が必要となってコスト上昇を招くことがある。ガラス相の転移点はＪＩＳ  Ｒ３１０３−３「熱膨張法による転移温度測定方法」に準拠して測定できる。ガラス相の転移点は、例えば、ガラス相を構成する成分の粒径で調整でき、具体的には、粒径が大きいと反応性が高くなって転移点が高くなる傾向がある。
【００５０】
ところで、内燃機関に装着されたスパークプラグは内燃機関の稼働中は常に振動の影響を受けている。また内燃機関の高出力化に伴って混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着されたスパークプラグが曝される温度も高くなっている。したがって、このような内燃機関に装着されるスパークプラグには内燃機関の振動等及び高温環境にも耐えうる耐久気密性能も要求される。通常、このような内燃機関の振動等、又は、例えば７００℃以上の高温環境に曝されるとスパークプラグの気密性能は徐々に低下してくることがある。しかし、前記のようにガラス相の転移点が前記範囲内にあると、混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着され、たとえ高温にさらされてもまた振動を受けても高い気密性能を保持できる。したがって、この発明によれば、混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着され、たとえ高温にさらされてもまた振動を受けても高い気密性能を保持するスパークプラグを提供するという目的を達成できる。
【００５１】
このような特定成分を特性の含有率で含有するガラス相を含有する第１シール材１２は熱膨張係数が絶縁体２の熱膨張係数よりも低く、第１シール材１２に生じ得るクラックの進展や剥離等を抑制することもできる。
【００５２】
第１シール材１２は、前記組成に関する条件（１）〜（３）を満たすことに加えて、ガラス相とフィラーとを、第１シール材１２の任意の観察面におけるガラス相の合計面積に対するフィラーの合計面積の面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］が０．６〜１．４となる割合で、含有しているのが好ましい。第１シール材１２が前記範囲の面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］を満たすようにガラス相とフィラーとを含有していると中心電極３と第１シール材１２とが強固に密着して高い気密性を発揮し、加えて第１シール材１２の導通性も安定する。より一層高い気密性をスパークプラグ１００が発揮できる点で、第１シール材１２における面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］は０．８〜１．１であるのが好ましい。
【００５３】
この面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］は、前記の通り中心電極３と第１シール材１２との気密性に貢献するから、絶縁体２と第１シール材１２との気密性に貢献する２．５〜６．５質量％の範囲内にある合計含有率［（１Ａ）Ｏ］と共にスパークプラグ１００の気密性をより一層向上させる。したがって、この発明において、第１シール材１２は面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］が０．６〜１．４となる割合でガラス相とフィラーとを含有し、かつ合計含有率［（１Ａ）Ｏ］が２．５〜６．５質量％の範囲内でＮａ成分及びＫ成分の少なくとも一方を含有していると、中心電極３と第１シール材１２との気密性及び絶縁体２と第１シール材１２との気密性が向上し、より一層高い気密性を発揮する。このように面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］及び合計含有率［（１Ａ）Ｏ］が前記範囲内にある第１シール材１２を備えたスパークプラグ１００は混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着され、たとえ高温にさらされてもまた振動を受けても高い気密性能を保持できる。したがって、この発明によれば、混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着され、たとえ高温にさらされてもまた振動を受けても高い気密性能を保持するスパークプラグを提供するという目的を達成できる。
【００５４】
この面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］は、スパークプラグ１００から取り出した第１シール材１２を任意に切断した切断面を鏡面研磨して得られた研磨面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察（例えば、加速電圧２０ｋV、スポットサイズ５０、ＣＯＭＰＯ像、組成像）して研磨面全体が写された画像を撮影し、この画像においてガラス相の合計面積に対するフィラーの合計面積比を測定することにより求めることができる。この面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］は、画像解析ソフト、例えば、Ｓｏｆｔ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ＧｍｂＨ社製のＡｎａｌｙｓｉｓ  Ｆｉｖｅを用いて測定できる。この画像解析ソフトを用いる場合には研磨面でフィラー部分が選択されるように以下のように閾値を設定する。この閾値の設定においてガラス相が「濃色領域」、フィラー部分が「薄色領域」となるように二値化処理される。ここで、後述する中間相６もこの面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］を満たし、フィラーの合計面積は導電性フィーと認識された各フィラー部分の面積の合計であり、ガラス相に絶縁性フィラーが含有されている場合には各絶縁性フィラーの面積も合算してフィラーの合計面積を算出する。なお、この面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］は第１シール材１２の原料粉末におけるガラス及びフィラーの配合割合で調整できる。
（１）前記研磨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「濃色領域」が集合又は隣接してなる「濃色集合領域」が存在する場合には、各「濃色領域」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「濃色領域」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「濃色領域」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「濃色領域」のみを抽出するための二値化処理における「閾値」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「閾値」に設定する。
【００５５】
この第１シール材１２は、スパークプラグ１００の軸線を含む平面で第１シール材１２を切断したときの断面に存在する気孔の気孔率が５％以下であるのが好ましい。第１シール材１２の気孔率が５％以下であると第１シール材１２中に空隙部分が気密性能に影響を与えるほど存在しないからスパークプラグ１００の高い気密性を損なうことなく発揮できる。スパークプラグ１００が高い気密性を高度に保持できる点で気孔率は少ないのが好ましく、具体的には２％以下であるのがよい。気孔率の下限値は理想的には０％であるが、現実的には０．０１％程度である。
【００５６】
この気孔率は、第１シール材１２を絶縁体２の貫通孔５に密に充填しにくい小径のスパークプラグに効果的であり、特に例えば前記内径が２．９ｍｍ以下のスパークプラグが前記範囲の気孔率を満たしていると高い気密性能を十分に発揮できる。したがって、この気孔率はスパークプラグ、特に小径のスパークプラグの気密性能を評価する基準にもなり得る。
【００５７】
この気孔率は、スパークプラグ１００の軸線を含む平面で第１シール材１２を切断したときの断面を鏡面研磨して得られた研磨面をＳＥＭ観察（例えば、加速電圧２０ｋV、スポットサイズ５０、ＣＯＭＰＯ像、組成像）して研磨面全体が写された画像を取得し、この画像から気孔部分の合計面積を求めることにより算出できる。気孔部分の合計面積は、画像解析ソフト、例えば、Ｓｏｆｔ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ＧｍｂＨ社製のＡｎａｌｙｓｉｓ  Ｆｉｖｅを用いて求めることができる。この画像解析ソフトを用いる場合には、研磨面の全体画像で気孔部分が選択されるように、閾値を設定する。設定される閾値は、面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］の測定と基本的に同様にして研磨面全体が写され、気孔部分が「濃色領域」となるように二値化処理された画像において前記（１）〜（３）に基づいて「二山の中間点」とされる。なお、気孔率の基準となる基準面積は観察面全面の面積であり、気孔率は観察面全面の面積で気孔部分の合計面積を除して算出される。この気孔率は第１シール材１２の原料粉末における粒度分布、原料粉末を絶縁体２の貫通孔５に充填する際のプレス圧等で調整できる。
【００５８】
スパークプラグ１００は、図２に示されるように、絶縁体２と第１シール材１２との間に厚さｄが２０〜５０μｍの中間相６が介在しているのが好ましい。この中間相６は絶縁体２のアルミナ基焼結体及び第１シール材１２が溶融混合又は反応等して形成されたものである。このようにスパークプラグ１００が特定厚さｄの中間相６を有していると、絶縁体２と第１シール材１２とが充分な強度で密着して条件（１）〜（３）を持たすのみでは発揮しえない高い水準の気密性を発揮する。すなわち、中間相６が存在していてもその厚さｄが２０μｍ未満であると絶縁体２と第１シール材１２との密着強度が劣る場合があり、一方、５０μｍを超えると第１シール材１２の割合が相対的に減少するから絶縁体２と第１シール材１２との密着強度は高くても第１シール材１２自体のシール性能が低下する場合がある。なお、図２において、中間相６と第１シール材１２との界面を破線で表し、中間相６の厚さを「ｄ」で表し、後述するライン分析でのラインの一例Ｌ１を一点鎖線で表す。
【００５９】
中間相６は、絶縁体２及び第１シール材１２との界面、すなわちスパークプラグ１００の第一軸部２ｄのうち絶縁体２と第１シール材１２とが存在する部分（例えば図２の一点鎖線Ｌ１）を、スパークプラグ１００の径方向に以下のようにしてライン分析したときに、絶縁体２のＡｌ成分及び第１シール材１２のガラス相のＳｉ成分の合計含有率に対して、測定されたＡｌ成分の含有割合が９０質量％未満で、かつ測定されたＳｉ成分の含有割合が９０質量％未満となる領域とする。
【００６０】
＜ライン分析方法＞
このライン分析は、測定領域の任意の線上を操作して元素強度を元素濃度のヒストグラムとして得る方法で、例えば電子線マイクロアナライザ（Ｘ線ラインスキャン分析）とも称される。このライン分析は、まず、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）及び電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて、絶縁体２及び第１シール材１２との界面における任意のライン上に位置する照射ステップ（間隔）０．００５μｍごとの観測点のＡｌ元素及びＳｉ元素の強度を測定する。この測定結果のうちＡｌ元素の強度及びＳｉ元素の強度が共に９０％未満となる領域の測定値を抽出して、抽出された測定値に基づいて、分析距離と、Ａｌ元素及びＳｉ元素の合計強度に対するＡｌ元素及びＳｉ元素の強度比との近似線を求める。次いで、この近似線において、Ａｌ元素とＳｉ元素との合計強度１００％に対してＳｉ元素の強度が９０％未満でＡｌ元素の強度が９０％まで低下した分析距離Ｌ１と、合計強度１００％に対してＡｌ元素の強度が９０％未満でＳｉ元素の強度が９０％まで増加した分析距離Ｌ２とを求め、Ｌ１及びＬ２の距離を中間層６の厚さｄとする。この操作を異なる任意のライン１０本で実施し、その平均値をアルミナ基焼結体に含有される中間相６の厚さｄとする。測定条件は加速電圧２０ｋＶ、スポットサイズ径６５μｍとする。なお、このライン分析において、Ａｌ元素及びＳｉ元素の合計強度はアルミナ基焼結体における合計含有率に相当し、Ａｌ元素及びＳｉ元素の強度比はアルミナ基焼結体における含有割合に相当する。
【００６１】
このような中間相６は、前記条件（１）及び（３）を満たす絶縁体２及び第１シール材１２、好ましくは前記組成を有する第１シール材１２を、絶縁体２又は主体金具１の外側から加熱器等で加熱することで、形成できる。このときの加熱温度及び加熱時間の一例として、例えば、第１シール材１２のガラス相の転移点よりも３５〜７０℃高い加熱温度、例えば転移点よりも５０℃高い加熱温度で５〜８分の加熱時間を挙げることができる。この加熱温度及び加熱時間は絶縁体２又は主体金具１の厚さ、これらと加熱器との距離等を考慮して決定される。
【００６２】
第２シール材１３は、ガラス相及びフィラーからなり、抵抗体１１と端子金具１０とをシールする。この第２シール材１３は第１シール材１２ほどの高い気密性は要求されないから、従来公知の導電性シール材を用いることができ、第１シール材１２と異なるシール材であってもよく、第１シール材１２と同じシール材であってもよい。このスパークプラグ１００においては、第２シール材１３は第１シール材１２と同じシール材が採用されている。
【００６３】
この発明に係るスパークプラグの製造方法を、スパークプラグ１００を例に挙げて、説明する。このスパークプラグ１００は、貫通孔５内で端子金具１０と中心電極３とを導電性のシール材にて封止、固着した構造を有する従来のスパークプラグと基本的に同様にして、製造される。
【００６４】
すなわち、絶縁体２を作製する。この絶縁体２は、例えば原料粉末としてＡｌ化合物粉末とＳｉ化合物粉末と第２族化合物粉末と希土類元素化合物を前記条件（１）〜（３）を満たす配合割合で配合した原料粉末に所定量の結合剤（例えばＰＶＡ）と水とを添加・混合して成形用素地スラリーを調製する。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。Ｓｉ化合物粉末は、焼成によりＳｉ成分に転化する化合物、例えば、Ｓｉの酸化物、具体的にはＳｉＯ２粉末等が用いられ、第２族化合物粉末は、焼成により第２族成分に転化する化合物、例えば、第２族元素の酸化物（複合酸化物を含む。）、具体的には、ＭｇＯ粉末、ＢａＯ粉末、ＣａＯ粉末及びＳｒＯ粉末等が用いられる。希土類化合物粉末は、焼成により希土類成分に転化する化合物、具体的には、希土類元素の酸化物及びその複合酸化物等の粉末が用いられる。
【００６５】
調製された成形用素地スラリーは、スプレードライ法等により噴霧乾燥されて成形用素地造粒物とされる。そして、成形用素地造粒物をラバープレス成形することにより、絶縁体の原形となるプレス成形体を作る。ここでは、内部に軸方向に貫通するキャビティを有するゴム型が使用され、そのキャビティの下側開口部に下パンチが嵌め込まれる。また、下パンチのパンチ面には、キャビティ内においてその軸方向に延びるとともに、絶縁体２の貫通孔５の形状を規定するプレスピンが一体的に凸設されている。このプレスピンは、その表面のうち少なくとも前記高度差の凹凸が存在すべき貫通孔５を形成する表面に、例えば算術平均粗さＲａが０．２〜０．５μｍの粗さを有している。
【００６６】
この状態でキャビティ内に、所定量の成形用素地造粒物を充填し、キャビティの上側開口部を上パンチで塞いで密封する。この状態でゴム型の外周面に液圧を印加し、キャビティの造粒物を、該ゴム型を介して圧縮することによりプレス成形体を得る。なお、成形用素地造粒物は、プレス時における造粒物の粉末粒子への解砕が促進されるよう、該成形用素地造粒物の質量を１００質量部として、０．７〜１．３質量部の水分が添加された後、プレス成形が行われる。成形体は、外面側がグラインダ切削等により加工されて、絶縁体２に対応した外形形状に仕上げられ、次いで大気中で温度１４００〜１６００℃とし、１〜８時間焼成されて絶縁体２となる。
【００６７】
このように、算術平均粗さＲａが０．２〜０．５μｍの粗さを有するプレスピンを用いて成形用素地造粒物をラバープレス成形した後に焼成すると、第１シール材１２と接する表面に０．５〜２．０μｍの高低差で隣接する凹凸を１００μｍ当たり少なくとも８組有する絶縁体２を作製できる。
【００６８】
一方、第１シール材１２を形成する原料粉末となる導電性シール材粉末の調製は以下のようにして行う。すなわち、上述したような各成分を所定の組成で含むガラス粉末及び導電性フィラー粉末を条件（１）〜（３）を満たす配合割合で配合して配合原料となし、水系溶媒及び混合用メディア（例えばアルミナ等のセラミック製のもの）と共に混合用のポット中に投入し、このポットを回転させて上記原料を均一に混合・分散させて、導電性シール材粉末を調製する。このとき、ガラス粉末及び導電性フィラー粉末は、条件（１）〜（３）に加えて、それらの面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］が前記範囲内となるように調整されている。
【００６９】
次いで、絶縁体２への中心電極３及び端子金具１０の組付け、並びに、抵抗体１１、第シール材１２及び第２シール材１３の形成は以下に説明するガラスシール工程により行われる。
【００７０】
まず、釉薬スラリーを噴霧ノズルから絶縁体２の必要な表面に噴霧・塗布することにより、釉薬層２ｇとなるべき釉薬スラリー塗布層を形成し、これを乾燥する。この絶縁体２の貫通孔５に対して、その第一部分５ａに中心電極３を挿入した後、導電性シール材粉末を充填する。そして、貫通孔５内に押さえ棒等で充填した導電性シール材粉末を予備圧縮する。次いで、抵抗体組成物の原料粉末を絶縁体２の後端側から貫通孔５内に充填して同様に予備圧縮し、さらに導電性シール材粉末を充填して予備圧縮する。このようにして、中心電極３側から貫通孔５内には、第１シール材１２を形成する導電性シール材粉末層、抵抗体１１を形成する抵抗体組成物の粉末層及び第２シール材１３を形成する導電性シール材粉末層が積層された状態になる。
【００７１】
次いで、貫通孔５に端子金具１０を後端側から配置して加熱炉等で所定温度に加熱し、その後、端子金具１０を貫通孔５内へ中心電極３と反対側から軸方向に圧入して３層に積層された前記粉末層を軸方向にプレスする。このときの加熱温度は、通常、７００〜９５０℃の範囲内に設定され、前記厚さｄの中間層６を形成できる点で第１シール材１２のガラス相すなわち前記ガラス粉末の転移点よりも３５〜７０℃高い温度、例えば転移点よりも５０℃高い加熱温度に設定される。また、加熱時間は、特に限定されず、加熱温度がガラス粉末の転移点よりも３５〜７０℃高い温度に設定される場合には例えば５〜８分とすることができる。これにより、各層は圧縮・焼結されてそれぞれ第１シール材１２、抵抗体１１及び第２シール材１３となると共に絶縁体２のアルミナ基焼結体と第１シール材１２とが溶融混合又は反応等して中間相６が形成される。このようにしてガラスシール工程が終了する。なお、このガラスシール工程時に塗布した釉薬スラリー塗布層の釉焼も同時に行なわれ、釉薬層２ｇが形成される。
【００７２】
このようにしてガラスシール工程が完了した後に、主体金具１及び接地電極４等が組み付けられてスパークプラグ１００が製造される。
【００７３】
このスパークプラグ１００は、そのねじ部１ａでエンジンブロックに取り付けられ、燃焼室に供給される混合気への着火源として、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等に使用される。このスパークプラグ１００は、前記特徴を有しているから、通常の内燃機関はもちろん、混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着されたとしても、絶縁体２と中心電極３とが第１シール材１２を介して強固にシールされて高い気密性を保持する。また、このスパークプラグ１００は、混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着され、たとえ高温にさらされてもまた振動を受けても高い気密性能を保持できるから、従来の内燃機関はもちろん、高出力化及び／又は小型化された内燃機関にも、また、近年又は将来のさらなる高出力化及び／又は小型化されるであろう内燃機関に装着されるスパークプラグとして好適である。
【００７４】
この発明に係るスパークプラグは、前記した一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。
【００７５】
例えば、スパークプラグ１００は、中心電極３と端子金具１０とが絶縁体２の貫通孔５内で第１シール材１２、抵抗体１１及び第２シール材１３によって電気的に接続されているが、この発明において、中心電極と端子金具とは絶縁体の貫通孔内で一層のシール材のみによって電気的に接続されていてもよい。
【００７６】
また、スパークプラグ１００は中心電極３と接地電極４とが中心電極３の軸線方向で火花放電ギャップｇを形成しているが、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、火花放電ギャップを形成していてもよい。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。
【００７７】
スパークプラグ１００において、中心電極３及び接地電極４はいずれも発火部３ａ及び発火部４ａを有しているが、この発明において、中心電極及び接地電極は発火部を有せず、その表面が発火部として機能してもよい。
【実施例】
【００７８】
（実施例１〜１４及び比較例１〜８）
アルミナ粉末とＳｉ化合物粉末と所望により第２族元素化合物粉末と所望により希土類化合物粉末とを混合して原料粉末（混合した各粉末の種類を第１表に示す。）とした。この原料粉末にポリビニルアルコールと水とを添加してスラリーを調製した。
【００７９】
次いで、これら組成の異なるスラリーをそれぞれスプレードライ法により乾燥して球状の成形用素地造粒物を調製した。なお、造粒物は、ふるいにより粒径５０〜１００μｍに整粒した。そして、この造粒物を既に説明したラバープレス法により５０ＭＰａ以上１６０ＭＰａ以下の圧力で成形し、その成形体の外周面にグラインダ研削を施して所定の絶縁体形状に加工すると共に、１４５０〜１６００℃の温度範囲内の最高温度を２時間以上で８時間以下保持して焼成した後、所定部位に釉薬をかけて仕上げ焼成することにより絶縁体２を得た。なお、造粒物をラバープレスしたときのプレスピンは第二部分５ｂを形成する部分の外径が１．８〜２．９ｍｍで０．２〜０．５μｍの算術平均粗さＲａを有していた。
【００８０】
次に、質量比にて１：１に配合されたＣｕ粉末とＦｅ粉末（いずれも平均粒径３０μｍ）とからなる金属粉末とＴｉＯ２からなる絶縁粉末とホウケイ酸塩系のガラス粉末（平均粒径１５０μｍ）とを混合して、導電性シール材粉末を調製した。このガラス粉末の転移点を前記方法に従って測定した値を第２表に示す。
【００８１】
一方、抵抗体原料粉末は以下のようにして調製した。まず、微粒ガラス粉末（平均粒径８０μｍ）を３０質量％、セラミック粉末としてのＺｒＯ２（平均粒径３μｍ）を６６質量％、カーボンブラックを１質量％及び有機バインダとしてのデキストリンを３質量％配合し、水を溶媒としてボールミルにより湿式混合し、その後これを乾燥した予備素材を調製した。そして、これに粗粒ガラス粉末（平均粒径２５０μｍ）を、上記予備素材２０質量部に対して８０質量部配合し、抵抗体原料粉末を得た。なお、ガラス粉末の材質は、５０質量％のＳｉＯ２、２９質量％のＢ２Ｏ５、４質量％のＬｉ２Ｏ及び１７質量％のＢａＯをそれぞれ配合・溶解して得られるホウケイ酸リチウムガラスであり、その転移点は５８５℃であった。
【００８２】
次いで、導電性シール材粉末及び抵抗体組成物粉末を用いて前記したスパークプラグ１００の製造方法と基本的に同様にして、第二部分５ｂの内径が１．８〜２．９ｍｍの図１に示されるスパークプラグ１００を製造した。なお、第１シール材１２を形成する導電性シール粉末の充填量は０．１５ｇ、抵抗体原料粉末の充填量は０．４０ｇ、第２シール材１３を形成する導電性シール粉末の充填量は０．１５ｇとした。また、ホットプレス処理の加圧力は１００ｋｇ／ｃｍ２とし、加熱温度は導電性シール材粉末中のガラス粉末の転移点よりも約５０℃高い温度を５〜８分間維持した。
【００８３】
（絶縁体の組成分析）
前記のようにして作製した各絶縁体２の組成すなわち各成分の含有率を２０視野（１視野の領域は１８０μｍ×２５０μｍ）についてＥＰＭＡで定量分析した。視野毎に得られた各成分の含有率を算術平均して各成分の含有率とした。なお、各成分の含有率は検出された各成分の含有率の合計を１００質量％としたときの質量割合（％）として算出した。その結果を「組成（酸化物換算質量％）」として第１表に示す。
【００８４】
【表１】
0005728416.tif 000002
【００８５】
（第１シール材の組成分析）
前記のようにして形成された第１シール材１２のガラス相の組成を２０視野（１視野の領域は１８０μｍ×２５０μｍ）についてＥＰＭＡで定量分析した。視野毎に得られた各成分の含有率を算術平均して各成分の含有率とした。なお、各成分の含有率は検出された各成分の含有率の合計を１００質量％としたときの質量割合（％）として算出した。定量分析結果、この第１シール材１２のガラス相はＳｉ成分とＢ成分とＣａ成分とＡｌ成分とＮａ成分及びＫ成分とを含有していることが分かった。得られた各成分の含有率のうち、条件（１）〜（３）に関係する含有率を、条件（２）の比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［ＳｉＯ２（絶縁体）］］及び条件（３）の比率［［ＳｉＯ２（シール材）］／［Ｂ２Ｏ３］］の計算結果と共に第２表に示す。
【００８６】
（凹凸の組数）
前記のようにして作製した各絶縁体２における貫通孔５の内表面のうち第１シール材１２と接する表面における高度差が０．５〜２．０μｍの凹凸の組数を、前記方法に基づいて走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより、軸線方向に沿う基準長さ１００μｍ当たり、計数した。その結果を第２表に示す。
【００８７】
（中間相の厚さｄ）
前記のようにして製造した各スパークプラグ１００の第一軸部２ｄのうち絶縁体２と第１シール材１２とが存在する部分を、前記方法に基づいてＥＰＭＡによるライン分析によって、元素濃度のヒストグラムを得た。このヒストグラムを用いて絶縁体２のＡｌ成分及びガラス相のＳｉ成分の合計含有率に対するＡｌ成分及びＳｉ成分それぞれの含有割合を分析長さに対してそれぞれプロットして、これらの含有割合が共に９０質量％未満となる領域の長さを中間層の厚さｄとして求めた。その結果を第２表に示す。
【００８８】
（面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］）
前記のようにして製造した各スパークプラグ１００の第１シール材１２を、前記方法に基づいて画像解析して、ガラス相の合計面積及びフィラーの合計面積を求め、面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］を算出した。その結果を第２表に示す。
【００８９】
（気孔率）
前記のようにして製造した各スパークプラグ１００の第１シール材１２を前記方法に基づいて画像解析して、求めた気孔部分の合計面積を観察面全面の面積で除した値を気孔率とした。その結果を第２表に示す。
【００９０】
【表２】
0005728416.tif 000003
【００９１】
（気密性の評価）
１．  標準試験及び加圧試験
前記のようにして各実施例及び各比較例のスパークプラグ１００を１５本ずつ製造して加圧条件下での気密性を評価した。具体的には、各スパークプラグ１００のねじ部１ａを、図３に示すように、加圧試験台５０に形成された加圧キャビティの雌ねじ部５１に取り付け、該加圧キャビティ内の圧縮空気を１．５ＭＰａ（標準試験）及び２．５ＭＰａ（加圧試験）の２水準にて導入し、端子金具１０側からの圧縮空気の漏洩量を測定した。その結果、加圧キャビティ内の圧縮空気が１．５ＭＰａ（標準試験）の場合はいずれのスパークプラグについても空気の漏洩へ認められなかった。一方、加圧キャビティ内の圧縮空気が２．５ＭＰａ（加圧試験）の場合の結果を、１５本のスパークプラグにおける漏洩量の平均値（平均漏洩量）とこれに基づく判定結果として、第３表に示す。判定基準は、圧縮空気の漏洩がなく漏洩量が０ｍｌ／ｍｉｎであった場合を「☆」、圧縮空気の漏洩量が０ｍｌ／ｍｉｎを超え０．０２ｍｌ／ｍｉｎ以下であった場合を「◎」、圧縮空気の漏洩量が０．０２ｍｌ／ｍｉｎを超え０．０３ｍｌ／ｍｉｎ以下であった場合を「○」とした。なお、加圧試験における評価が「○」であれば通常の内燃機関に装着されたときに十分な気密性を発揮する。
【００９２】
２．  加熱試験
前記のようにして各実施例及び各比較例のスパークプラグ１００を１５本ずつ製造した。これらを７００℃で１時間加熱した後に常温まで放冷し、前記「１．  標準試験及び加圧試験」と基本的に同様にして圧縮空気の漏洩量を測定した。その結果、加圧キャビティ内の圧縮空気が１．５ＭＰａ（標準試験）の場合はいずれのスパークプラグについても空気の漏洩へ認められなかった。一方、加圧キャビティ内の圧縮空気が２．５ＭＰａ（加圧試験）の場合の結果を第３表に示す。加熱試験における評価が「○」であればスパークプラグが高温に曝される内燃機関に装着されても気密性を発揮し、「☆」であればこのような内燃機関に装着されても顕著な気密性を発揮する。
【００９３】
３．  振動試験
前記のようにして各実施例及び各比較例のスパークプラグ１００を１５本ずつ製造した。ＪＩＳ  Ｂ８０３１の７．４項の「耐衝撃性試験」に従って製造したスパークプラグに振動振幅２２ｍｍ、毎分４００回の割合で１０分間衝撃を加えた後に、前記「１．  標準試験及び加圧試験」と基本的に同様にして圧縮空気の漏洩量を測定した。その結果、加圧キャビティ内の圧縮空気が１．５ＭＰａ（標準試験）の場合はいずれのスパークプラグについても空気の漏洩へ認められなかった。一方、加圧キャビティ内の圧縮空気が２．５ＭＰａ（加圧試験）の場合の結果を第３表に示す。振動試験における評価が「○」であればスパークプラグが大きく振動されるような内燃機関に装着されても気密性を発揮し、「☆」であればこのような内燃機関に装着されても顕著な気密性を発揮する。
【００９４】
４．  加熱・振動試験
前記のようにして各実施例及び各比較例のスパークプラグ１００を１５本ずつ製造した。これらを７００℃で１時間加熱した後に常温まで放冷し、次いで、ＪＩＳ  Ｂ８０３１の７．４項の「耐衝撃性試験」に従って振動振幅２２ｍｍ、毎分４００回の割合で１０分間衝撃を加えた。このようにして加熱・振動された各スパークプラグについて前記「１．  標準試験及び加圧試験」と基本的に同様にして圧縮空気の漏洩量を測定した。その結果、加圧キャビティ内の圧縮空気が１．５ＭＰａ（標準試験）の場合はいずれのスパークプラグについても空気の漏洩へ認められなかった。一方、加圧キャビティ内の圧縮空気が２．５ＭＰａ（加圧試験）の場合の結果を第３表に示す。加熱・振動試験における評価が「○」であればスパークプラグが高温に曝され、かつ大きく振動される内燃機関に装着されても気密性を発揮し、「☆」であればこのような内燃機関に装着されても顕著な気密性を発揮する。
【００９５】
【表３】
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【００９６】
第１表〜第３表に示されているように、条件（１）〜（３）を満たし、かつ、絶縁体が０．５〜２．０μｍの高低差で隣接する凹凸を１００μｍ当たり少なくとも８組有し、２０〜５０μｍの厚さｄを有する中間相を備えた実施例１〜１４のスパークプラグは、いずれも、「１．  標準試験及び加圧試験」における標準試験及び加圧試験において圧縮空気の漏洩がなく、比較例１〜８のスパークプラグ等の従来のスパークプラグに比して高い気密性を保持していることが分かった。
【００９７】
特に、ガラス相の転移点が４５０℃以上７７０℃以下である実施例５〜１４のスパークプラグ、転移点に加えてＮａ成分及びＫ成分の合計含有率及び面積比［フィラー合計面積／ガラス相合計面積］を満たす実施例８〜１４のスパークプラグ、さらに気孔率をも満たす実施例１２〜１４のスパークプラグは、高温環境にも耐えうる高温気密性及び振動にも耐え得る振動気密性が格段に向上しており、混合気の圧縮比が高く設定された内燃機関に装着され、たとえ高温にさらされてもまた振動を受けても高い気密性を保持できることが分かった。このように、この発明に係るスパークプラグは実使用環境に応じた試験であっても高い気密性を保持していることが分かった。なお、実施例１２〜１４の「４．  加熱・振動試験」の結果が実施例８〜１１よりも優れるのは気孔率が５％以下で第１シール材１２が緻密であるため加熱しながらの振動に十分な耐性を有していることにあると推測される。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
この発明に係るスパークプラグは、高い気密性を保持しているから、混合気の圧縮比が高く設定され、高い気密性が要求される内燃機関に好適に使用される。また、この発明に係るスパークプラグは、高温環境にも耐えうる高温気密性及び振動にも耐え得る振動気密性が格段に向上しているから、混合気の圧縮比が高く設定され、スパークプラグが７００℃程度の高温にさらされる内燃機関、混合気の圧縮比が高く設定され、スパークプラグに振動が伝達される内燃機関、さらには近年又は将来のさらなる高出力化及び／又は小型化されるであろう内燃機関にも、好適に使用される。
【符号の説明】
【００９９】
１００  スパークプラグ
１  主体金具
２  絶縁体
２ｄ  第一軸部
３  中心電極
３ｂ  電極固定用凸部
４  接地電極
５  貫通孔（軸孔）
５ｂ  第二部分
６  中間相
１０  端子金具
１２  第１シール材
１３  第２シール材
【図１】
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【図２】
0005728416.tif 000006
【図３】
0005728416.tif 000007