(57)【要約】  金属製のスパークプラグ本体（５）と、中心電極（１）と、この中心電極（１）と本体（５）との間に配された酸化アルミニウムベースのセラミックス製碍子（４）と、少なくとも１つの接地電極（６）とを備えたオットーサイクルエンジン用のスパークプラグが記載されている。本発明によれば、この碍子（４）は０．０１重量％〜１重量％の酸化マグネシウムと、最大０．３重量％の天然のおよび／またはプロセスにより生じた不純物と、残りとして酸化アルミニウムとを含有し固相焼結により形成されており、その結果ほぼガラス相が含有されていない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のスパークプラグ本体（５）と、中心電極（１）と、前記中心電極（１）と前記本体（５）との間に配された酸化アルミニウムベースのセラミックス製碍子（４）と、少なくとも１つの接地電極（６）とを備えたオットーサイクルエンジン用のスパークプラグにおいて、前記碍子（４）は、０．０１重量％〜１重量％の酸化マグネシウムと、最大０．３重量％の天然のおよび／またはプロセスにより生じた不純物と、残りとして酸化アルミニウムとを含有し、固相焼結により形成されており、その結果ほぼガラス相が含有されていないことを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
酸化マグネシウムの含有量は、０．０３重量％〜０．１５重量％であることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記碍子（４）は、９９．７重量％を上回る酸化アルミニウムを含有することを特徴とする請求項１または２記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記碍子（４）の密度は、少なくとも３．８５ｇｃｍ-3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。
【請求項５】
前記碍子（４）の密度は、３．９０±０．０２ｇｃｍ-3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。
【請求項６】
前記碍子（４）中には、晶子サイズ（平均径）が５μｍ未満である酸化アルミニウムが９０重量％存在することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記碍子（４）中には、晶子サイズが３μｍ未満である酸化アルミニウムが９０重量％存在することを特徴とする請求項６記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載された特徴を有するスパークプラグを起点とする。この種のスパークプラグは、欧州特許第０９５４０７４号明細書より公知である。
【背景技術】
【０００２】
進歩的なオットーサイクルエンジンは、シリンダーヘッド中に吸気バルブおよび排気バルブ用の空間をより大きく必要とし、それゆえに今日のスパークプラグは以前と比して直径をより小さくすることが要求される。スパークプラグがより細くなることにより、より細い碍子が必要となる。これによりスパークプラグ中にある通常酸化アルミニウムセラミックス製の碍子の機械的強度および電気絶縁性とりわけ絶縁耐力に、より高い要件が必要とされる。
【０００３】
特開昭６３−１９０７５３号公報は酸化アルミニウムセラミックス製の碍子を開示しているが、これは平均粒径０．１μｍ〜０．５μｍの酸化アルミニウム粉末９５重量％を酸化イットリウム、酸化マグネシウムおよび酸化ランタンと混合し、液相で加圧および焼結させることにより製造される。酸化イットリウムと酸化マグネシウムと酸化ランタンとを合わせると、混合物の５重量％を占め、これらは焼結時に酸化アルミニウムの融点よりはるかに低い融点を有する液相になることにより焼結助剤として機能する。この液相は酸化アルミニウム粒子の粒界において広がり、焼結時に酸化アルミニウム粒子の成長を妨げ、その結果、焼結された碍子は微粒子構造を有し続ける。この焼結助剤により保たれた微細構造は、特開昭６３−１９０７５３号公報の開示によれば、酸化アルミニウム粒子の粒界に沿って伸びる焼結助剤が蓄えられた経路であってかつこれを介して電圧絶縁破壊時に電荷が動く経路をより長くし、これにより碍子の絶縁耐力が高められる。しかし微小構造を有する焼結碍子中にとりわけ多く存在し、かつ碍子中の酸化アルミニウムの含有量が増えるにつれその数が増える微細孔により絶縁耐力に対して逆の影響が生じる。なぜならば、これにより同時に液相を形成することにより微細孔を閉じうる焼結助剤の割合が減少するからである。
【０００４】
この問題を回避するために、欧州特許第０９５４０７４号明細書で開示されたスパークプラグが有する碍子は、特開昭６３−１９０７５３号公報により公知の碍子よりも酸化アルミニウム含有量が高い、すなわち９５重量％〜９９．７重量％の酸化アルミニウムを有し、微細孔の数を減らすために特開昭６３−１９０７５３号公報に記載の碍子の微小粒子原材料構造を回避し、代わりに少なくとも碍子の半分が最低２０μｍの粒径を有する酸化アルミニウム粒子から形成されるようにされている。平均粒径が１μｍ以下の酸化アルミニウム粉末を、０．３〜５重量％の焼結助剤と混合し、加圧し、液相にて１４５０℃〜１７００℃の温度で焼結させることによりこの碍子が製造される。この焼結助剤は、焼結時に酸化アルミニウム粉末粒子の成長が妨げられないように選択される。焼結は、酸化アルミニウムの少なくとも半分が２０μｍ以上の大きさの粒子に成長するまで行われる。焼結時に焼結助剤は液相を形成し、これが微細孔の体積を小さくするのに役立つ。
【０００５】
したがって欧州特許第０９５４０７４号明細書の開示によれば、例えば、３７ｋＶの絶縁耐力を有するスパークプラグ用の碍子が得られるが、これは一方では粒界の数（粒子の成長がこれに沿って電圧絶縁破壊が伝達されうる）を減らし、他方では粒界中の三重点（焼結助剤により形成されるガラス相が好ましくはプールされ、そして、好ましくは電圧絶縁破壊の起点になる）の数が減少するからである。
【０００６】
比較対象として欧州特許第０９５４０７４号明細書では、９９．９％の純度の酸化アルミニウム１００％からなる碍子を調べ、油でのテストにおいてこの碍子が、はるかに低い絶縁破壊電圧と最大数の微細孔と、はるかに低い絶縁抵抗とを有し、したがってこれが不適切とみなされると確認した。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、室温時およびとりわけ高温時、すなわちオットーサイクルエンジンが稼動中で温められた高温時にも、スパークプラグ中の碍子の絶縁耐力をさらに改善することを目的とする。
【０００８】
この目的は、請求項１中に記載された特徴を有するスパークプラグにより達成される。本発明のさらなるより有利な構成は、従属請求項の対象である。
【０００９】
本発明によるスパークプラグが有する碍子は、０．０１重量％〜１重量％の酸化マグネシウムと、最大０．３重量％の天然のおよび／または製造プロセスにより生じた不純物と、残りとして酸化アルミニウムとを含有し、固相焼結により形成されており、その結果ほぼガラス相が含有されていない。
【００１０】
驚くべきことに、このような碍子を有するスパークプラグは、従来技術に対して実質的な利点を有することがわかった。
・碍子の耐電圧は、従来技術の耐電圧よりも高い。室温では、５０ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁破壊電圧が測定された。これにより壁厚が０．８ｍｍのみであっても、４０ｋＶ以上の絶縁破壊電圧を有する碍子を有するスパークプラグを製造することができる。
・この高い耐電圧は、オットーサイクルエンジンが稼動中で温められた場合に生じる９００℃までの作動温度においても維持される。
・碍子の機械強度、とりわけ曲げ強度および曲げ疲労強度はより高いことが示される。
・この碍子は従来のスパークプラグ中の碍子に対して、熱伝導度が１５％までより高い。これにより、熱価を上げずにスパークプラグの碍子底部、すなわちオットーサイクルエンジンのシリンダー中に突出した碍子の部分をより長くすることが可能である。このようにして碍子の底部をより長くすることにより、スパークプラグの電気シャント抵抗を高め、それにより低音始動時および再始動時の点火能力を明らかに改善することができるという利点がある。
・本発明のスパークプラグの碍子は、より高い化学耐性を示し、したがってスパークプラグの寿命を延ばすことができる。
・耐電圧を高めることにより、より薄い碍子が可能になり、したがって、より細いスパークプラグが可能になる。スパークプラグをより細くすることにより、螺入ねじも、より小さくすることができ、例えばＭ１２およびＭ１０のサイズのねじが可能となり、これによりシリンダーヘッドにエンジンの吸気バルブおよび排気バルブ用に、より広い空間を作ることができる。
【００１１】
好ましくは、新しいスパークプラグの碍子は０．０３重量％〜０．１５重量％の酸化マグネシウムを含有する。酸化マグネシウムを付け加える量を少なくすることにより、すでに固相焼結時における酸化アルミニウムの結晶成長を低減する。含有量が０．０３重量％以上で、この効果は技術的に意義を有する。０．１５重量％を上回る酸化マグネシウムの含有量では、この効果はもはや有意に高まらない。
【００１２】
酸化アルミニウムおよび酸化マグネシウム以外には、碍子は天然のおよび／またはプロセスにより生じた不純物のみを含有する。とりわけ本発明は、酸化ナトリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化ケイ素、酸化バリウムおよび酸化ホウ素などのいかなる焼結助剤の添加を放棄している。これらの焼結助剤を添加すれば、酸化アルミニウムが固相焼結可能な温度において液相を形成し、この液相から凝固後にガラス相が生じるであろう。したがって、もしも本発明の碍子中に最小限のガラス相が検出されうるのであれば、それは酸化アルミニウム中に存在した天然のおよび／またはプロセスにより生じた不純物に由来するものでしかありえない。碍子はほぼガラス相が含有されていないはずであるとの請求項１の記載は、この意味合いで理解される。
【００１３】
好ましくは、本発明のスパークプラグの碍子は、９９．７重量％を上回る酸化アルミニウムを含有する。この場合、残っている不純物に起因するガラス相により、碍子の絶縁耐力が感じとれるほどに損なわれることはない。
【００１４】
本発明のスパークプラグの碍子の密度は、好ましくは最低でも３．８５ｇｃｍ-3である。このような高密度は、以下のような場合に得ることができる。すなわち非常に微小の酸化アルミニウム粉末、好ましくは平均粒径が１μｍ未満の酸化アルミニウム粉末を起点とする場合、とりわけ静水圧プレスにより碍子の原材料を焼結前に十分に圧縮した場合、および粒径５μｍ未満、より好ましくは３μｍ未満の酸化アルミニウムが９０重量％存在するような碍子が得られるように焼結温度と焼結時間とを互いに調整した場合に得ることができる。固相焼結温度としては、１６００℃〜１７００℃の範囲の温度、すなわち明らかに酸化アルミニウムの融点（これは２０００℃より高温である）より低い温度が適している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のスパークプラグの典型的な構成を示す側面図であり、部分的には断面を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明のスパークプラグの典型的な構成を示す側面図であり、部分的には断面を示す側面図である。この本発明のスパークプラグは、中心電極１と、その長手伸張方向に点火装置２とを有し、これらは距離を取って、連続して本発明の碍子４中で、すなわち長手方向に伸びる経路中に並んでおり、この中で中心電極１と点火装置２とは、導電性のガラス相３により互いに連結されている。碍子４は金属製の本体５中に差し込まれており、この中で碍子４は縁を曲げられ、かつ電気据え込み（Elektrostauchen）されることにより固定されている。本体５には接地電極６が設けられており、この接地電極６が中心電極１の方向へ曲げられ、所定の間隔の放電ギャップを作ることにより中心電極１と対峙している。
【００１７】
この碍子は、例えば９９．８重量％の酸化アルミニウムと、約０．１重量％の酸化マグネシウムと、残りは天然のおよび／またはプロセスにより生じた不純物とからなる。この碍子は固相焼結により形成され、Ｘ線写真で検出可能なガラスを含む第２次相を含有していない。
【００１８】
本発明の碍子は、公知の方法によりスパークプラグの本体５中に取り付けられることができ、碍子４ならびに中心電極１および点火装置２の取り付けのための既存の固定装置および方法が用いられうる。必要となるセラミックスと金属との連結は、導電性の複合ガラスを用いて行われる。導電性のガラス原料３は、中心電極１と点火装置２との間の電気接続を確実に行い、さらに、このガラス原料３は、圧力をかけてぴったりと中心電極１を碍子４中に入れるという目的も有する。
【符号の説明】
【００１９】
１  中心電極
２  点火装置
３  ガラス相
４  碍子
５  本体
６  接地電極
【図１】
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【国際調査報告】
2010514114.tif 000004
2010514114.tif 000005
2010514114.tif 000006
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