(57)【要約】【課題】耐電圧特性に優れたアルミナ複合焼結体及びその製造方法、並びにこのようなアルミナ複合焼結体を用いたスパークプラグを提供すること。【解決手段】アルミナを主成分とするアルミナ複合焼結体であって、アルミナと、ムライトと、ジルコンと、ジルコニアと、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、アクチノイドを除く３族元素から少なくとも１つ以上を選択する元素の酸化物である特定金属酸化物とからなり、ムライトとジルコンとジルコニアの合計が０.５〜１０重量部、上記特定金属酸化物が合計０.５〜１０重量部、残部が実質的にアルミナであり、全体の合計が１００重量部である。内燃機関用のスパークプラグ１は、このアルミナ複合焼結体を絶縁碍子２として用いている。【選択図】図１
2008127263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナを主成分とするアルミナ複合焼結体であって、
アルミナと、ムライトと、ジルコンと、ジルコニアと、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、アクチノイドを除く３族元素から少なくとも１つ以上を選択する元素の酸化物である特定金属酸化物とからなり、
ムライトとジルコンとジルコニアの合計が０.５〜１０重量部、上記特定金属酸化物が合計０.５〜１０重量部、残部が実質的にアルミナであり、全体の合計が１００重量部であることを特徴とするアルミナ複合焼結体。
【請求項２】
請求項１において、上記特定金属酸化物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｐｒ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｍ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｔｂ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも１つ以上であることを特徴とするアルミナ複合焼結体。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記アルミナ複合焼結体にはアルミナ結晶粒子、ムライト結晶粒子、ジルコン結晶粒子、ジルコニア結晶粒子及び上記特定金属酸化物の結晶粒子が分散されており、上記アルミナ複合焼結体の断面における任意の１００μｍ×１００μｍの領域を分析面とし、互いに隣接する少なくとも２０箇所の上記分析面について、各分析面中に含まれる上記特定金属酸化物の結晶粒子の断面積を測定すると共に平均の断面積を算出し、該平均の断面積を同面積の円に換算したときの当該円の直径である円相当直径が０．２μｍ〜４μｍであることを特徴とするアルミナ複合焼結体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の上記アルミナ複合焼結体を絶縁材料として用いたことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
【請求項５】
外周に取付用ネジ部が設けられた取付金具と、該取付金具内に固定された絶縁碍子と、先端部が上記絶縁碍子から突出するように上記絶縁碍子内に固定された中心電極と、上記取付金具に固定されて上記中心電極の上記先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るスパークプラグにおいて、
上記取付用ネジ部の呼び径は、Ｍ１０以下であり、
上記絶縁碍子として、請求項１〜３のいずれか一項に記載の上記アルミナ複合焼結体が用いられていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグ。
【請求項６】
アルミナを主成分とするアルミナ複合焼結体であって、主成分のアルミナ原料とジルコン原料とＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、アクチノイドを除く３族元素から少なくとも１つ以上を選択する元素の酸化物である特定金属酸化物の原料を、分散媒中に分散・混合させて原料混合物スラリーを調製し、該原料混合物スラリーを造粒、成形し、１３００℃以上１６００℃以下で焼成し、アルミナと、ムライトと、ジルコンと、ジルコニアと、上記特定金属酸化物とからなるアルミナ複合焼結体を得ることを特徴とするアルミナ複合焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミナを主成分とするアルミナ複合焼結体、及びこれを用いた内燃機関用のスパークプラグ、並びにアルミナ複合焼結体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナを主成分とするアルミナ焼結体は、絶縁性及び耐電圧性に優れる。そのため、上記アルミナ絶縁体は、例えば自動車の内燃機関用のスパークプラグ、エンジン部品、及びＩＣ基板等の絶縁材料として用いられていた。
【０００３】
従来、このようなアルミナ焼結体としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分としたＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＣａＯ系のアルミナ焼結体が知られている（特許文献１参照）。
このアルミナ焼結体は、熱的及び化学的に極めて安定で、機械的強度が優れるため、内燃機関用のスパークプラグ等の電気絶縁材料として広く実用化されている。
【０００４】
しかしながら、このようなアルミナ焼結体には、焼結性の向上のため、その作製時に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）等の焼結助剤が添加されており、この焼結助剤は、焼結時に低融点の液相を形成し、焼結後にアルミナ粒界に耐電圧の低いガラス相を形成するおそれがあった。そのため、かかるアルミナ焼結体は、高耐電圧化に限界があった。
【０００５】
特に、近年、自動車などに使用される内燃機関は、高出力化やエンジンの小型化に伴い、燃焼室内における吸気及び排気バルブの専有面積が増大している。そのため、混合気に点火するためのスパークプラグ自身もその小型化（細径化）が要求されている。さらにそれに伴って、スパークプラグにおいて中心電極と取付金具との間に介在する絶縁碍子の厚みを小さくすることが要求されており、より耐電圧特性に優れたアルミナ焼結体の開発が求められている。
【０００６】
【特許文献１】特許第２５６４８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、耐電圧特性に優れたアルミナ複合焼結体及びその製造方法、並びにこのようなアルミナ複合焼結体を用いたスパークプラグを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、アルミナを主成分とするアルミナ複合焼結体であって、
アルミナと、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）と、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）と、ジルコニア（ＺｒＯ2）と、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、アクチノイドを除く３族元素から少なくとも１つ以上を選択する元素の酸化物である特定金属酸化物とからなり、
ムライトとジルコンとジルコニアの合計が０.５〜１０重量部、上記特定金属酸化物が合計０.５〜１０重量部、残部が実質的にアルミナであり、全体の合計が１００重量部であることを特徴とするアルミナ複合焼結体にある（請求項１）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記アルミナ複合焼結体は、上記特定金属酸化物を含有しており、ムライトとジルコンとジルコニアの合計と、上記特定金属酸化物とが、それぞれ上記の含有量となっていることにより、優れた耐電圧特性を得ることができる。
【００１０】
上記のごとく優れた耐電圧特性を得ることができる理由は定かではないが、例えば以下のように考えることができる。
上記アルミナ複合焼結体においては、焼結過程において、アルミナとジルコンとが反応して生成するムライト中に上記特定金属酸化物が均一分散し、隣合うアルミナ結晶粒の間の粒界相が結晶化し、ムライト、ジルコン、及び上記特定金属酸化物の結晶が形成される。これらの粒界相における結晶は、耐電圧の高い結晶相を形成する。また、上記特定金属酸化物は、ジルコンとの反応により、正方晶ジルコニアを形成する。これにより、焼結時の相変体に伴うクラックの発生を防ぎ、緻密なアルミナ複合焼結体を得ることができる。
その結果、内部構造に欠陥を生じることを防ぎ、アルミナ複合焼結体の高耐電圧を確保することができる。
【００１１】
また、ムライトとジルコンとジルコニアの合計、及び上記特定金属酸化物の含有量が、それぞれ、アルミナ複合焼結体１００重量部に対して０．５〜１０重量部であることにより、ムライト、ジルコン、ジルコニア、上記特定金属酸化物が、それぞれ独立した凝集結晶を形成することを防ぎ、これらの結晶粒を分散配置することができる。その結果、アルミナ複合焼結体に導電経路が形成されることを防ぎ、高耐電圧を確保することができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、耐電圧特性に優れたアルミナ複合焼結体を提供することができる。
【００１３】
第２の発明は、上記第１の発明にかかるアルミナ複合焼結体を絶縁材料として用いたことを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある（請求項５）。
上記第２の発明によれば、耐電圧特性に優れた絶縁材料を備えたスパークプラグを提供することができる。それ故、絶縁材料の薄肉化、小型化が容易となり、スパークプラグの小型化を容易とすることができる。
【００１４】
第３の発明は、外周に取付用ネジ部が設けられた取付金具と、該取付金具内に固定された絶縁碍子と、先端部が上記絶縁碍子から突出するように上記絶縁碍子内に固定された中心電極と、上記取付金具に固定されて上記中心電極の上記先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るスパークプラグにおいて、
上記取付用ネジ部の呼び径は、Ｍ１０以下であり、
上記絶縁碍子として、上記第１の発明にかかるアルミナ複合焼結体が用いられていることを特徴とする内燃機関用のスパークプラグにある（請求項５）。
【００１５】
上記スパークプラグは、上記絶縁碍子として、耐電圧特性に優れる上記アルミナ複合焼結体を用いている。そのため、絶縁碍子を薄くしても、充分な耐電圧特性を得ることが可能となる。そのため、絶縁碍子の小型化が容易となり、スパークプラグの小型化が容易となる。
そして、上記取付用ネジ部の呼び径がＭ１０以下であるが、このような細径、小型のスパークプラグとしても、充分に耐電圧特性を確保して、小型化を図ることができる。
【００１６】
以上のごとく、第３の発明によれば、耐電圧特性に優れた小型のスパークプラグを提供することができる。
【００１７】
第４の発明は、アルミナを主成分とするアルミナ複合焼結体であって、主成分のアルミナ原料とジルコン原料とＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、アクチノイドを除く３族元素から少なくとも１つ以上を選択する元素の酸化物である特定金属酸化物の原料を、分散媒中に分散・混合させて原料混合物スラリーを調製し、該原料混合物スラリーを造粒、成形し、１３００℃以上１６００℃以下で焼成し、アルミナと、ムライトと、ジルコンと、ジルコニアと、上記特定金属酸化物とからなるアルミナ複合焼結体を得ることを特徴とするアルミナ複合焼結体の製造方法にある（請求項７）。
【００１８】
上記第４の発明によれば、耐電圧特性に優れたアルミナ複合焼結体を容易に製造することができる。
上記製造方法により得られるアルミナ複合焼結体が優れた耐電圧特性を有する理由は定かではないが、例えば以下のように考えることができる。
上記アルミナ複合焼結体の製造方法においては、焼結過程において、アルミナとジルコンとが反応して生成するムライト中に上記特定金属酸化物が均一分散し、隣合うアルミナ結晶粒の間の粒界相が結晶化し、ムライト、ジルコン、及び上記特定金属酸化物の結晶が形成される。これらの粒界相における結晶は、耐電圧の高い結晶相を形成する。また、上記特定金属酸化物は、ジルコンとの反応により、正方晶ジルコニアを形成する。これにより、焼結時の相変体に伴うクラックの発生を防ぎ、緻密なアルミナ複合焼結体を製造することができる。
その結果、内部構造に欠陥を生じることを防ぎ、アルミナ複合焼結体の高耐電圧を確保することができる。
【００１９】
特に、焼成温度を１３００〜１６００℃としたことにより、ムライト、ジルコン、ジルコニア、上記特定金属酸化物が、それぞれ独立した凝集結晶を形成することを防ぎ、これらの結晶粒を分散配置することができる。その結果、アルミナ複合焼結体に導電経路が形成されることを防ぎ、高耐電圧を確保することができる。
【００２０】
以上のごとく、本発明によれば、耐電圧特性に優れたアルミナ複合焼結体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本明細書において、上記「特定金属酸化物」とは、便宜的に、上述のごとく、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、アクチノイドを除く３族元素から少なくとも１つ以上を選択する元素の酸化物のことをいうものとする。
【００２２】
請求項１の発明（請求項１）において、ムライトとジルコンとジルコニアの合計が０.５重量部未満の場合には、これらを添加することによる効果が充分に得られず、耐電圧特性を充分に向上させることが困難となるおそれがある。一方、ムライトとジルコンとジルコニアの合計が１０重量部を超える場合には、これらが独立した凝集結晶を形成しやすくなるおそれがあり、耐電圧特性が低下するおそれがある。
【００２３】
また、上記特定金属酸化物が合計０.５重量部未満の場合には、これらを添加することによる効果が充分に得られず、耐電圧特性を充分に向上させることが困難となるおそれがある。一方、上記特定金属酸化物が合計１０重量部を超える場合には、特定金属酸化物が独立した凝集結晶を形成しやすくなるおそれがあり、耐電圧特性が低下するおそれがある。
【００２４】
また、上記特定金属酸化物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｐｒ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｍ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｔｂ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも１つ以上とすることができる（請求項２）。
この場合にも、耐電圧特性に優れたアルミナ複合焼結体を得ることができる。
【００２５】
また、上記アルミナ複合焼結体にはアルミナ結晶粒子、ムライト結晶粒子、ジルコン結晶粒子、ジルコニア結晶粒子及び上記特定金属酸化物の結晶粒子が分散されており、上記アルミナ複合焼結体の断面における任意の１００μｍ×１００μｍの領域を分析面とし、互いに隣接する少なくとも２０箇所の上記分析面について、各分析面中に含まれる上記特定金属酸化物の結晶粒子の断面積を測定すると共に平均の断面積を算出し、該平均の断面積を同面積の円に換算したときの当該円の直径である円相当直径が０．２μｍ〜４μｍであることが好ましい（請求項３）。
【００２６】
この場合には、より一層確実に、耐電圧特性に優れたアルミナ複合焼結体を得ることができる。
即ち、上記特定金属酸化物の上記円相当直径が０．２〜４μｍであることにより、充分な分散状態でアルミナ焼結体中に上記特定金属酸化物が分散されていることとなる。これにより、上記特定金属酸化物を添加したことによる上述の効果が充分に得られ、アルミナ複合焼結体の耐電圧特性を効果的に向上させることができる。
【００２７】
上記特定金属酸化物の上記円相当直径が０．２μｍ未満の場合には、上記特定金属酸化物を添加したことによる効果を充分に得ることが困難となり、アルミナ複合焼結体の耐電圧特性を効果的に向上させることが困難となるおそれがある。一方、上記特定金属酸化物の上記円相当直径が４μｍを超える場合には、特定金属酸化物が独立した凝集結晶を形成しやすくなるおそれがあり、耐電圧特性が低下するおそれがある。
【００２８】
なお、上記円相当直径は、例えば、透過型電子顕微鏡（Transmission  Electron  Microscopy；ＴＥＭ）を用いて観察した例えば任意の１００個の微粒子について、粒径を測定し、その平均値を算出することにより得ることができる。上記特定金属酸化物の結晶粒子の粒径は、その微粒子が球状の場合にはその直径である。上記微粒子が球状以外の場合には、画像処理により上記結晶粒子の投影面積を計測し、上記投影面積を有する円の直径を算出することにより、円相当直径を得ることができる。
【００２９】
上記分析面中における上記結晶粒子の断面積の測定は、上記分析面について、電解放射走査型透過電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型Ｘ線分光法によるマッピング分析を行って上記分析面中に含まれる上記結晶粒子の面積をマッピングドット画像として検出し、該マッピングドット画像中のドットの面積を測定することにより行うことができる。
【００３０】
また、上記分析面中における上記結晶粒子の断面積の測定は、上記分析面について、エネルギーフィルター透過電子顕微鏡を用いた電子エネルギー損失分光法によるマッピング分析を行って上記分析面中に含まれる上記結晶粒子の面積をマッピングドット画像として検出し、該マッピングドット画像中のドットの面積を測定することにより行うこともできる。
【００３１】
また、上記分析面中における上記結晶粒子の断面積の測定は、上記分析面について、電解放射走査型透過電子顕微鏡を用いた高角度散乱暗視野法によるマッピング分析を行って上記分析面中に含まれる上記微粒子の面積をマッピングドット画像として検出し、該マッピングドット画像中のドットの面積を測定することにより行うこともできる。
【００３２】
上記のごとく、電解放射走査型透過電子顕微鏡（Field  Effect-Scanning  Transmissi
on  Electron  Microscopy；FE-STEM）を用いたエネルギー分散型Ｘ線分光法（Energy  Dispersion  Spectroscopy；EDS）、エネルギーフィルター透過電子顕微鏡（Energy  Filter  Transmission  Electron  Microscopy；EFTEM）を用いた電子エネルギー損失分光法（Electron  Energy  Loss  Spectroscopy；EELS）、又は電解放射走査型透過電子顕微鏡（Field  Effect-Scanning  Transmission  Electron  Microscopy；FE-STEM）を用いた高角度散乱暗視野法（High  Angle  Annular  Dark  Field）によれば、上記分析面における上記結晶粒子を構成する金属元素等の元素を検出することができる。したがって、上記マッピング分析を行うと、上記微粒子の分散状態を上記マッピングドット画像における例えば色付きのドット等として検出することができる。したがって、上記分析面中における上記結晶粒子の断面積を正確かつ簡単に測定することができる。
【００３３】
上記第４の発明（請求項７）において、上記原料混合物スラリーを造粒、成形したものを１３００℃未満で焼成した場合には、原料粒子同士の焼結が不十分であるために空孔等の欠陥部がアルミナ複合焼結体中に残存し、上記欠陥部の存在により耐電圧を下げるおそれがある。一方、１６００℃を超える温度で焼成した場合には、ムライト、ジルコン、ジルコニア、上記特定金属酸化物が、それぞれ独立した凝集結晶を形成するおそれがあり、これらの結晶粒を分散配置することが困難となるおそれがある。その結果、アルミナ複合焼結体に導電経路が形成され、高耐電圧を確保することが困難となるおそれがある。
【実施例】
【００３４】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるアルミナ複合焼結体及びこれを絶縁材料として用いた内燃機関用のスパークプラグにつき、図１を用いて説明する。
まず、本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、図１に示すごとく、外周に取付用ネジ部４２が設けられた取付金具５と、該取付金具５内に固定された絶縁碍子２と、先端部が絶縁碍子２から突出するように絶縁碍子２内に固定された中心電極３と、取付金具５に固定されて中心電極３の先端部３１との間に火花放電ギャップ１０を介して対向する接地電極４とを備えている。
取付用ネジ部５２の呼び径は、Ｍ１０以下である。
そして、絶縁碍子２として、本発明のアルミナ複合焼結体が用いられている。
【００３５】
スパークプラグ１は、自動車用エンジンの点火栓など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（図示略）に設けられたねじ穴に挿入されて固定されるようになっている。
スパークプラグ１は、導電性の例えば低炭素鋼等の鉄鋼材料等からなる円筒形状の取付金具５を有している。この取付金具５の外周面には、エンジンブロック（図示略）に固定するための取付用ネジ部５２が設けられている。本例において、取付用ネジ部５２の呼び径は１０ｍｍ以下であり、ＪＩＳ（日本工業規格）でいうＭ１０以下のものである。
【００３６】
取付金具５の内部には、上記アルミナ複合焼結体からなる絶縁碍子２が収納されて固定されている。この絶縁碍子２の先端部２１は、取付金具５の先端部５１から突出している。
絶縁碍子２の軸孔２５には中心電極３が固定されており、それによって、中心電極３は取付金具５に対して絶縁保持されている。
中心電極３は、例えば内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性及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。
【００３７】
図１に示されるように、中心電極３は、その先端部３１が絶縁碍子２の先端部２１から突出するように設けられている。このようにして、中心電極３は、その先端部３１が突出した状態で、取付金具５に収納されている。
【００３８】
一方、接地電極４は、例えばＮｉを主成分とするＮｉ基合金からなる柱形状をなすものである。本例では、接地電極４は、角柱形状をなしており、一端側が取付金具５の先端部５１に溶接などにより固定され、中間部が略Ｌ字に曲げられて、他端側の側面４１において中心電極３の先端部３１と火花放電ギャップ１０を介して対向している。
【００３９】
ここで、中心電極３の先端部３１には、貴金属チップ３１１が当該先端部３１から突出して設けられている。また、接地電極４の側面４１には、貴金属チップ４１１が当該側面４１から突出して設けられている。
これら貴金属チップ３１１、４１１は、Ｉｒ（イリジウム）合金やＰｔ（白金）合金等からなり、電極母材にレーザ溶接や抵抗溶接等にて接合されている。
そして、火花放電ギャップ１０は、両貴金属チップ３１１、４１１の先端面間の空隙である。この火花放電ギャップ１０の大きさは、たとえば１ｍｍ程度にすることができる。
【００４０】
また、絶縁碍子２の先端部２１とは反対側の基端側において、絶縁碍子２の軸孔２５には中心電極３の取り出し用のステム１７が設けられている。このステム１７は、導電性を有し、棒状であり、絶縁碍子２の軸孔２５内部において、中心電極３と導電性のガラスシール１８を介して電気的に接続されている。
【００４１】
上述のごとく、絶縁碍子２は、本発明のアルミナ複合焼結体からなる。
該アルミナ複合焼結体は、アルミナを主成分とし、アルミナと、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）と、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）と、ジルコニア（ＺｒＯ2）と、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、アクチノイドを除く３族元素から少なくとも１つ以上を選択する元素の酸化物である特定金属酸化物とからなる。
そして、ムライトとジルコンとジルコニアの合計が０.５〜１０重量部、上記特定金属酸化物が合計０.５〜１０重量部、残部が実質的にアルミナであり、全体の合計が１００重量部である。
【００４２】
上記特定金属酸化物は、具体的には、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｐｒ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｍ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｔｂ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも１つ以上とすることができる。
【００４３】
また、上記アルミナ複合焼結体にはアルミナ結晶粒子、ムライト結晶粒子、ジルコン結晶粒子、ジルコニア結晶粒子及び上記特定金属酸化物の結晶粒子が分散されている。そして、上記アルミナ複合焼結体の断面における任意の１００μｍ×１００μｍの領域を分析面とし、互いに隣接する少なくとも２０箇所の上記分析面について、各分析面中に含まれる上記特定金属酸化物の結晶粒子の断面積を測定すると共に平均の断面積を算出し、該平均の断面積を同面積の円に換算したときの円相当直径が０．２μｍ〜４μｍである。
【００４４】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記アルミナ複合焼結体は、上記特定金属酸化物を含有しており、ムライトとジルコンとジルコニアの合計と、上記特定金属酸化物とが、それぞれ上記の含有量となっていることにより、優れた耐電圧特性を得ることができる。
【００４５】
上記のごとく優れた耐電圧特性を得ることができる理由は定かではないが、例えば以下のように考えることができる。
上記アルミナ複合焼結体においては、焼結過程において、アルミナとジルコンとが反応して生成するムライト中に上記特定金属酸化物が均一分散し、隣合うアルミナ結晶粒の間の粒界相が結晶化し、ムライト、ジルコン、及び上記特定金属酸化物の結晶が形成される。これらの粒界相における結晶は、耐電圧の高い結晶相を形成する。また、上記特定金属酸化物は、ジルコンとの反応により、正方晶ジルコニアを形成する。これにより、焼結時の相変体に伴うクラックの発生を防ぎ、緻密なアルミナ複合焼結体を得ることができる。
その結果、内部構造に欠陥を生じることを防ぎ、アルミナ複合焼結体の高耐電圧を確保することができる。
【００４６】
また、上記特定金属酸化物の含有量が、アルミナ複合焼結体１００重量部に対して０．５〜１０重量部であることにより、ムライト、ジルコン、ジルコニア、上記特定金属酸化物が、それぞれ独立した凝集結晶を形成することを防ぎ、これらの結晶粒を分散配置することができる。その結果、アルミナ複合焼結体に導電経路が形成されることを防ぎ、高耐電圧を確保することができる。
【００４７】
また、上記特定金属酸化物の上記円相当直径が０．２〜４μｍであることにより、充分な分散状態でアルミナ焼結体中に上記特定金属酸化物が分散されていることとなる。これにより、上記特定金属酸化物を添加したことによる上述の効果が充分に得られ、アルミナ複合焼結体の耐電圧特性を効果的に向上させることができる。
【００４８】
また、本例の内燃機関用のスパークプラグ１は、アルミナ複合焼結体を絶縁材料として用いているため、耐電圧特性に優れた絶縁材料を備えたスパークプラグとすることができる。それ故、絶縁材料の薄肉化、小型化が容易となり、スパークプラグ１の小型化を容易とすることができる。
【００４９】
また、スパークプラグ１は、絶縁碍子２として、耐電圧特性に優れる上記アルミナ複合焼結体を用いているため、絶縁碍子２を薄くしても、充分な耐電圧特性を得ることが可能となる。そのため、絶縁碍子２の小型化が容易となり、スパークプラグ１の小型化が容易となる。
そして、取付用ネジ部５２の呼び径がＭ１０以下であるが、このような細径、小型のスパークプラグ１としても、充分に耐電圧特性を確保して、小型化を図ることができる。
【００５０】
以上のごとく、本例によれば、耐電圧特性に優れたアルミナ複合焼結体、及び耐電圧特性に優れた小型のスパークプラグを提供することができる。
【００５１】
（実施例２）
本例においては、アルミナ複合焼結体を作製し、その耐電圧特性の評価を行う。
まず、アルミナ、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、及び特定金属酸化物からなるアルミナ複合焼結体を作製する。
そして、該アルミナ複合焼結体は、ムライトとジルコンとジルコニアを合計０.５〜１０重量部含有し、特定金属酸化物も合計０.５〜１０重量部含有するように作製する。
【００５２】
具体的には、後述する表１に示す試料番号１７のアルミナ複合焼結体を例にとって説明する。
まず、純度９９．９％以上のアルミナからなり、平均粒径０.４〜１.０μｍのアルミナ粒子の粉末、純度９９．８％以上のジルコンからなり、平均粒径０.４〜１.０μｍのジルコン粒子の粉末を準備した。さらに、平均粒径１００ｎｍのＭｇＯ原料粉末を準備した。
ＭｇＯ原料粉末の平均粒径は、透過型電子顕微鏡ＴＥＭ（Transmission  Electron  Microscopy）で観察した１００個の粒子について算術平均した平均粒子径である。
【００５３】
次いで、アルミナ粒子の粉末９３重量部と、ジルコン粒子の５重量部と、ＭｇＯ粒子の粉末２重量部とを水に分散させて、原料混合物スラリーを作製した。
具体的には、まず、攪拌翼を備える混合タンクに純水１００重量部を添加し、さらに上記ジルコン粒子の５重量部と、ＭｇＯ粒子の粉末２重量部とを添加し、撹拌翼により混合し分散させた。このとき分散液のｐＨ値（水素イオン濃度）を８〜１０に調整した。これにより、ジルコン粒子とＭｇＯ粒子の粒子同士が互いに反発して凝集しないように、粒子の表面電位（ゼータ電位）を制御することができる。なお、表面電位は、分散液のｐＨ値を選択することで任意に選定できる。
また、混合タンクは超音波振動手段を備えている。この超音波振動手段は、分散液中のジルコン粒子とＭｇＯ粒子とが凝集しないように防衛する手段として機能する。
【００５４】
次に、混合タンク内の分散液に、アルミナ粒子の粉末９３重量部と適量のバインダーとを添加し、３０分以上攪拌混合して原料混合物スラリーを調製した。バインダーとしては、例えばポリビニルアルコール、アクリル等の樹脂材料を用いることができる。さらに、この原料混合物スラリーを高速ロータミキサで混合し、分散させた。
この高速ロータミキサは、混合室と、この混合室内に周速２０ｍ／秒以上で高速旋回する複数のロータとを備える。上記原料混合物スラリーを各ロータが高速回転する混合室に導入すると、原料混合物スラリーの高速旋回流が形成される。そして、各ロータに形成された１ｍｍ程度の間隙を原料混合物スラリーが通過する際に衝撃波が発生し、この衝撃波により、原料混合物スラリー中の焼結助剤と微粒子との凝集が抑制される。その結果、アルミナ粒子、ジルコン粒子及びＭｇＯ粒子が均一に分散された混合原料物スラリーが得られる。
なお、高速ロータミキサでの操作は３パスで行った。１パスとは原料混合物スラリーの全量が高速ロータミキサの混合室を１回通過することであり、３パスとは３回通過させることである。
【００５５】
このようにして得られた原料混合物スラリーは、例えば媒体撹拌ミル等のように、ジルコニアビーズ等の固体メディアによる従来の混合・分散方法で得られるスラリーよりも、各粒子が均一に分散されている。従来の混合・分散方法では、アルミナ粒子に粉砕力を与えるとアルミナ表面の表面電位（ゼータ電位）が変化し、また、粒子表面に活性面が生じるためジルコン粒子とＭｇＯ粒子とがアルミナ粒子の表面に、メカノケミカル等の吸引力で吸着し、凝集体を形成し易くなる。
【００５６】
次に、上記のようにして得られた原料混合物スラリーを造粒スプレー乾燥により乾燥させて、造粒粉を得た。この造粒粉を碍子形状に成形し、成形体を得た。次いで、成形体を焼成し、碍子形状のアルミナ複合焼結体（絶縁碍子２）を得た。
他の試料についても、上記の方法に準じて作製し、ＭｇＯの配合量を変化させたり、ＭｇＯに代えて、ＭｇＯ以外の上記特定金属酸化物を配合し、また、焼成時における焼成条件（温度及び時間）を、焼成温度１３００〜１６００℃、焼成時間１〜３時間という範囲で変化させ、１６９種類のアルミナ複合焼結体（表１〜表６に記載）を作製した。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
【表２】
2008127263.tif 000004
【００５９】
【表３】
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【００６０】
【表４】
2008127263.tif 000006
【００６１】
【表５】
2008127263.tif 000007
【００６２】
【表６】
2008127263.tif 000008
【００６３】
本例においては、ムライトとジルコンとジルコニアの合計、及び特定金属酸化物の合計のそれぞれの含有量は基本的には本発明の範囲内で種々変化させた試料を作製したが、比較用として、ムライトとジルコンとジルコニアの合計が０．５〜１０重量部の範囲外となるアルミナ複合焼結体をも作製した。この比較用のアルミナ複合焼結体は、ムライトとジルコンとジルコニアの合計以外については、他の試料と同様にして作製した。
比較例としてのアルミナ焼結複合体は、表１〜表３における「本案の範囲外」と記した試料であって、試料７、８、１４、１５、２１、２２、２８、２９、３５、３６、４２、４３、４９、５０、５６、５７、６３、６４、７０、７１、７７、７８、８４、８５、９１、９２、９８、９９、１０５である。
【００６４】
次に、上記試料１〜試料１６９のアルミナ複合焼結体について、耐電圧測定装置を用いて耐電圧を測定した。
具体的には、碍子形状のアルミナ複合焼結体に、耐電圧測定装置の内部電極を挿入した。また、円形リング状の外部電極をアルミナ複合焼結体の外周に嵌め込み、測定点が常にアルミナ焼結体の厚さ１．０±０．０５ｍｍとなるように両電極を配置した。
次いで、内部電極と外部電極との間に、定電圧電源から発振器とコイルとにより発生させた高電圧を印加した。このとき、オシロスコープでモニターしながら、３０サイクル／秒の周波数で１ｋＶ／秒ずつ電圧を上昇させた。そして、アルミナ複合焼結体が絶縁破壊したときの電圧を測定し、これを耐電圧とした。その結果を表１〜表６に示す。
【００６５】
表１〜表６から分かるように、本発明に含まれるアルミナ複合焼結体については、耐電圧が３５ｋＶ／ｍｍ以上を確保していることが分かる。これに対し、ムライトとジルコンとジルコニアの合計が０．５〜１０重量部の範囲外となり、本発明に含まれないアルミナ複合焼結体については、耐電圧が３４ｋＶ／ｍｍ以下となり、耐電圧が低下していることが分かる。
【００６６】
（実施例３）
本例においては、アルミナ複合焼結体の断面における任意の１００μｍ×１００μｍの領域を分析面とし、互いに隣接する少なくとも２０箇所の上記分析面について、各分析面中に含まれる特定金属酸化物の各微粒子の断面積を測定すると共に平均の断面積を算出し、その平均の断面積を同面積の円に換算したときの円の直径（微粒子の円相当直径）が異なる複数のアルミナ複合焼結体を作製する。
本例においては、まず、ＭｇＯ等の特定金属酸化物からなる結晶を含有し、表７〜表１３に示すような、上記微粒子の円相当直径が異なるアルミナ複合焼結体（試料１７０〜試料２８６）を作製する。
【００６７】
そして、各試料（試料１７０〜試料２８６）について、特定金属酸化物、即ち、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、アクチノイドを除く３族元素から少なくとも１つ以上を選択する元素の酸化物の円相当直径を測定した。
【００６８】
円相当直径を測定するに当っては、各試料の断面における任意の１００μｍ×１００μｍの領域を分析面とし、互いに隣接する少なくとも２０箇所の上記分析面について、各分析面中に含まれる各微粒子の断面積を、電解放射走査型透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＴＥＭ）を用いたエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）によるマッピング分析を行って測定した。これにより、上記微粒子の断面積をマッピングドット画像（カラードット画像）として検出した。そして、各分析面２０箇所における微粒子の単体粒子（一次粒子）又は集合体粒子（二次粒子）をマッピングドット画像（カラードット画像）として観察した。マッピングドット画像における微粒子の単体粒子又は集合体粒子を多角形として判別し、その面積を求めた。面積は、画像処理・画像計測・データ処理を統合したソフトウェア（例えば三谷商事製の「ウィンルーフ」等）を用いて計測することができる。得られた面積を、これと同面積の円に換算し、その円の直径を求め、これを微粒子の円相当直径とした。この円相当直径は、観察された全ての特定金属酸化物の微粒子についての平均として求めた。
そして、これらの試料について、実施例２と同様に耐電圧を測定した。
その測定結果を表７〜表１３に示す。
【００６９】
【表７】
2008127263.tif 000009
【００７０】
【表８】
2008127263.tif 000010
【００７１】
【表９】
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【００７２】
【表１０】
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【００７３】
【表１１】
2008127263.tif 000013
【００７４】
【表１２】
2008127263.tif 000014
【００７５】
【表１３】
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【００７６】
表７〜表１３より知られるごとく、上記Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、アクチノイドを除く３族元素から少なくとも１つ以上を選択する元素の酸化物の円相当直径が０．２〜４μｍである各試料（試料１７１〜試料１７５、試料１８０〜試料１８４、試料１８９〜試料１９３、試料１９８〜試料２０２、試料２０７〜試料２１１、試料２１６〜試料２２０、試料２２５〜試料２２９、試料２３４〜試料２３８、試料２４３〜試料２４７、試料２５２〜試料２５６、試料２６１〜試料２６５、試料２７０〜試料２７４、試料２７９〜試料２８３）については、３５ｋＶ以上という高い耐電圧を示した。より好ましくは、上記微粒子の円相当直径は０．３μ〜２μｍがよく、この場合には、３７ｋＶ以上というより高い耐電圧を示すことができる。このような高い耐電圧を示すアルミナ複合焼結体は、スパークプラグの絶縁碍子に好適であり、スパークプラグの小型化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施例１における、内燃機関用のスパークプラグの説明図。
【符号の説明】
【００７８】
１  スパークプラグ
２  絶縁碍子
３  中心電極
４  接地電極
５  取付金具
【図１】
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