JP2002158077A - 溶接もしくは鑞接された中心電極を備えた点火プラグおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属電極が絶縁体エレメント内で簡単に固定
可能であるコンパクトな点火プラグを提供する。 【解決手段部】 絶縁体エレメント１２ｃと中心電極２
０ｃとが、少なくとも１つの金属製の鑞接結合部および
／または１つの金属製の溶接結合部によって結合されて
いるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点火プラグであっ
て、孔を備えた、部分的に円筒状の絶縁体エレメント
と、該絶縁体エレメントの基部部分に設けられた開口内
に配置された中心電極とが設けられている形式のものに
関する。

【０００２】さらに、本発明は、前記点火プラグを製造
する方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】公知の点火プラグにおいては中心電極は
例えばガラス溶融物によって、および／またはコンタク
トパナート（Ｐａｎａｔ：パナートとはガラス粉末と銅
粉末との混合物であって、一方の粉末が他方の粉末で被
覆されているものを指す）によって絶縁エレメント内に
に鋳込まれている。ガラス溶融物は同時に、点火プラグ
の運転の際の火花放電の緩衝のための緩衝抵抗として役
立つ。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、金属
電極が絶縁体エレメント内で簡単に固定可能であるコン
パクトな点火プラグおよび相応の製造方法を提供するこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段部】この課題を解決するた
めに本発明の構成では、絶縁体エレメントと中心電極と
が、少なくとも１つの金属製の鑞接結合部および／また
は１つの金属製の溶接結合部によって結合されているよ
うにした。

【０００６】さらに、この課題を解決するために本発明
の方法では、中心電極または絶縁体エレメントの内部に
金属製の鑞接材料または金属製の溶接材料を提供し、中
心電極を絶縁体エレメント内に差し込み、金属製の鑞接
材料または金属製の溶接材料を溶融させるようにした。

【０００７】

【発明の効果】本発明の根底をなす認識は、ガラス溶融
物および／または接着剤もしくはコンタクトパナート
は、中心電極を絶縁エレメントに固定するためには、限
定されてしか適していないということである。したがっ
て本発明による点火プラグにおいては、絶縁エレメント
と中心電極とは、少なくとも１つの金属の鑞接結合部ま
たは金属の溶接結合部によって結合される。鑞接結合部
は有利には硬ろう結合あるいは能動鑞接結合によって、
換言すれば４５０℃を越える温度で行われる。溶接結合
部は溶融溶接によって、摩擦溶接によって、あるいは誘
導加熱溶接によって、生ぜしめることができる。

【０００８】１実施形態では、結合部は中心電極の基部
から離れた端部のところに配置されている。中心電極の
外径は結合部の領域において絶縁エレメントの、基部の
自由端部への間隔が同じところの内径よりもわずかに小
さい。結合部は中心電極の円周に沿って延びていて、中
心電極と絶縁エレメントとの間のギャップを閉じてい
る。これによって結合部は二重の機能を有しており、結
合と気密のシールとを行う。

【０００９】代替の実施形態では、絶縁エレメントの内
径は、絶縁エレメントによって取り囲まれていない中心
電極の、基部の自由端部への間隔が同じところに置ける
外径よりもわずかに小さい。結合された状態において、
中心電極はそれを取り囲む絶縁エレメントによって圧縮
される。熱膨張率が異なることに基づいて、極めて強固
な結合が生ぜしめられる。

【００１０】摩擦力結合を生ぜしめるために、金属の中
心電極は例えば冷却されて、収縮した状態で絶縁エレメ
ント内に挿入される。加熱の際に中心電極は膨張して、
絶縁エレメントの内壁に圧着せしめられる。

【００１１】点火プラグの別の実施形態では、中心電極
上に軸方向で、ばね作用エレメントによって、殊にコン
タクトピンによって、力が作用せしめられる。コンタク
トピンによって作用せしめられる力は点火プラグの運転
の際に燃焼室内に生じて、中心電極に伝達される力とは
逆方向に作用する。中心電極と絶縁エレメントとの間の
結合部は、コンタクトピンを使用することによって、コ
ンタクトピンがない場合に比して、わずかに負荷され
る。これによって、中心電極と絶縁エレメントとの間の
結合部は小さく構成することができ、もしくは同じ大き
さの場合により大きな負荷に耐えることができる。

【００１２】次の実施形態では、コンタクトピンは少な
くとも１つの箇所で折り曲げられている。コンタクトピ
ンを折り曲げることによって、ばね作用を増大させるこ
とができる。接続ボルトをねじ込む際に、コンタクトピ
ンが特定の応力を越えた場合に折れ曲がると、絶縁エレ
メント内の機械的な過応力が回避される。

【００１３】点火プラグの別の実施形態では、絶縁エレ
メントはセラミックスを有している。セラミックスの表
面は結合部の領域において処理されていて、結合部の負
荷耐性が増大せしめられている。適当なのは、表面を粗
面化すること、あるいはかつ金属の被覆を設けることで
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。

【００１５】図１Ａはコンパクトな点火プラグ１０を部
分的に断面して示す。点火プラグ１０は円筒形の絶縁体
１２を有しており、この絶縁体はその一方の端部におい
て絶縁体基部１４に先細にされている。絶縁体１２はそ
の長手方向軸線１６に沿って貫通孔１８により貫通され
ており、この貫通孔の直径は中心電極２０の領域におい
て、絶縁体１２のその他の領域におけるよりも幾分か小
さい。絶縁体基部１４を有している絶縁体１２の半部は
ほとんど完全にケーシング２２により取り囲まれてい
る。ケーシング２２は絶縁体基部１４から見て、順次
に、アース電極２４、例えばＭ１４の雄ねじ山２８を有
するねじ山付きスリーブ２６、円すいシール座内でシー
ルするシールリングのための環状溝３０、中央部分３２
ならびに複六角ねじ込みナット３４を有している。ケー
シング２２は自動車のエンジンブロック内にねじ込ま
れ、アース電極と接続されている。セラミックスから成
る絶縁体１２はケーシング２２および中心電極２０なら
びに貫通孔１８内に配置されている電圧供給のための別
のエレメントを絶縁している。

【００１６】貫通孔１８内には中心電極２０から絶縁体
１２にねじ込まれた点火ケーブルの接続のための接続ボ
ルト３６に向かって、導電性のコンタクトパナート３
８、緩衝抵抗を形成するガラス溶融物４０、導電性のコ
ンタクトパナート４２ならびに電極４４がある。電極４
４は絶縁体基部１４に向かって先細になっており、電極
４４の主部分よりも幾分か小さな直径の区分４６を形成
している。

【００１７】ケーシング２２は絶縁体１２と溶接結合部
４８によって結合されている。溶接結合部４８はケーシ
ング２２の基部から離れた端部からねじ山付きスリーブ
２６に向かって縦方向に延びている。これに対して横の
円周方向では、溶接結合部４８は環状である。ねじ込み
ナット３４と絶縁体１２との間にあるギャップは溶接結
合部４８によって完全に閉じられている。ねじ山付きス
リーブ２６の基部から離れた端部と絶縁体１２との間に
形成されているギャップはやはり溶接結合部４８によっ
て完全に閉じられる。

【００１８】図１Ｂは結合部４８ｂを示し、この結合部
においてはケーシング２２のように構成された点火プラ
グ１０ｂのケーシング２２ｂは絶縁体１２ｂと領域５０
においてのみ溶接されており、この領域はねじ山付きス
リーブ２６ｂの基部から離れた半部に沿って延びてい
る。領域５０は縦方向で、換言すれば絶縁体１２ｂの長
手方向軸線１６ｂの方向で例えばｌ０＝１０ｍｍの延び
を有している。溶接結合部４８ｂは絶縁体１３ｂの外周
面に沿って領域５０内を延びている。

【００１９】ねじ込みナット３４のように構成されてい
るねじ込みナット３４ｂの領域内で、絶縁体１２ｂとね
じ込みナット３４ｂとの間にギャップ５２が残されてい
る。その他の点では、点火プラグ１０ｂは点火プラグ１
０のように構成されている。

【００２０】溶接結合部４８もしくは４８ｂに基づい
て、点火プラグ１０は極めてコンパクトに製造すること
ができる。絶縁体１２の最大の直径Ｄは例えば１０．４
ｍｍである。この直径Ｄは絶縁体１２の主部分内ではコ
ンスタントであり、したがって大体において点火プラグ
１０を取り付けるために必要な構造スペースを決定す
る。ねじ込みナット３４は、例えばスパナ幅１４のため
の複六角ナットとして構成されている。このことは、絶
縁体１２がねじ込みナット３４の領域内で突起を有して
いないことによってのみ、可能である。

【００２１】別の実施例では、溶接結合部４８もしくは
４８ｂの代わりに、中間層が挿入され、この中間層は絶
縁体１２もしくは１２ｂおよびケーシング２２もしくは
２２ｂに溶接または鑞接される。中間層と絶縁体１２と
の間ならびに中間層とケーシング２２との間の溶接結合
部もしくは鑞接結合部は中央部分３２およびねじ山付き
スリーブ２６の領域ならびにねじ込みナット３４の領域
内に位置している。代替的に、中間層と絶縁体１２ｂと
の間の結合部はねじ山付きスリーブ２６ｂの領域ならび
にねじ込みナット３４ｂの領域にある。この代替構成で
は、中間層とケーシング２２ｂとの間の結合部は、ねじ
山付きスリーブ２６ｂの領域内にだけある。ねじ込みナ
ット３４ｂの領域内では、中間層とねじ込みナット３４
ｂとの間にギャップが残されている。

【００２２】図２Ａは緩衝抵抗を有していないコンパク
トな点火プラグ１０ｃを部分的に断面して示す。図２Ａ
に示されている機能エレメントで、図１Ａによって説明
した機能エレメントとほぼ同じに構成されているもの
は、図２Ａにおいては同じ符号にｃを付けて示してあ
る。このことは特に符号１２ｃ〜３６ｃについて当ては
まる。中心電極２０ｃはその主部分において、中心電極
２０の直径よりも小さい直径を有している。このこと
は、貫通孔１８ｃの直径および絶縁体１２ｃの外径Ｄｃ
を減少させることを可能にする。中心電極２０ｃは硬ろ
うペーストを塗られ、次いで貫通孔１８ｃを通して絶縁
体１２ｃ内に差し込まれる。次いで例えば黄銅合金から
成るコンタクトピン１００が貫通孔１８ｃ内に挿入され
る。接続ボルト３６ｃをねじ込む際に、コンタクトピン
１００は圧縮され、複数の折り曲げ箇所において、折れ
曲げられる。コンタクトピン１００によって中心電極２
０ｃは固定される。次いで絶縁体１２ｃは高真空炉を通
して、６００℃と９００℃との間の温度、例えば８００
℃の温度で搬送される。硬ろうペーストは溶融し、中心
電極２０ｃを絶縁体１２ｃと固くかつ耐久的に結合す
る。この結合は更に気密である。硬ろうペーストは例え
ば貫通孔１８ｃの内径が減少せしめられる段部部１０２
の領域に取り付けられる。代替的に中心電極２０ｃはほ
とんど完全に硬ろうペーストを塗ることができ、これに
より中心電極２０ｃおよび絶縁体１２ｃは絶縁体基部１
４ｃの領域においても結合されている。

【００２３】絶縁体１２ｃには中間層１０４があり、こ
の中間層は例えば１ｍｍよりも小さい厚さを有してい
る。中間層１０４は例えばほぼｌ１＝１２ｍｍの長さの
絶縁体１２ｃの段部１０６の領域において絶縁体と例え
ば硬ろう結合部を介して結合されている。段部１０６の
基部から離れた端部において、中間層１０４は拡大する
絶縁体１２ｃの形状に従っている。しかしながら区分１
０８において中間層１０４は絶縁体１２ｃの外径Ｄｃよ
りも大きな内径を有する管形の区分を形成している。こ
れにより中間層１０４と絶縁体１２ｃとの間には区分１
０８の領域においてギャップ１１０がある。区分１０８
において中間層１０４はその外面をねじ込みナット３４
ｃの内面と、例えば鑞接結合部または溶接結合部によっ
て、結合されている。段部１０６の領域においては、中
間層１０４はその外面をケーシング２２ｃと結合されて
おらず、したがってこの領域においては中間層１０４と
ケーシング２２ｃとの間にギャップ１１１がある。

【００２４】中間層１０４の構成および固定形式によっ
て、点火プラグ１０ｃのねじ込みの際にケーシング２２
ｃ内に生ずる力が絶縁体１２ｃに直接に伝達されること
はない。すなわち中間層１０４はこれらの力を段部１０
６と区分１０８との間の移行領域において受け止める。

【００２５】図２Ｂは点火プラグ１０ｃと類似して構成
された点火プラグ１０ｄを示す。相違点は中間層１０４
の代わりに挿入される中間層１０４ｄの領域だけであ
る。中間層１０４ｄは段部１０６ｄの領域において絶縁
体１２ｄと結合されている。移行領域１１２において、
中間層１０４ｄは絶縁体１２ｄの形状に相応して円すい
状に拡大している。移行領域１１２ならびにこれに続く
区分１１４において、中間層１０４ｄの内面はやはり、
例えば鑞接結合部あるいは溶接結合部によって、絶縁体
１２ｄと結合されている。

【００２６】段部１０６ｄの領域において中間層１０４
ｄの外面は露出しており、これにより中間層１０４ｄと
ケーシング２２ｄとの間にギャップ１１０ｄが形成され
る。区分１１４の領域では中間層１０４ｄの外面は、例
えばえば鑞接結合あるいは溶接結合によって、ケーシン
グ２２ｄと結合されている。この結合部は長手方向軸線
１６ｄに沿って例えばほぼｌ２＝８ｍｍの長さを有して
いる。

【００２７】点火プラグ１０ｄをねじ込む際に溝３０ｄ
の領域内に生ずる機械的な応力は、ギャップ１１０ｄに
基づいて直接に絶縁体１２ｄに伝達されることはない。
力線はまずケーシング２２ｄ内を延び、区分１１４にお
いて初めて絶縁体心部１２ｄに移行する。しかしながら
力はその場合既に溝３０ｄの領域におけるよりも小さく
なっている。

【００２８】溝３０ｄの領域において図示していないシ
ールリングが配置され、このシールリングはエンジンブ
ロックと中央部分３２ｄとの間で平面シール座のシール
を形成する。その他の点では点火プラグ１０ｄは点火プ
ラグ１０ｃと同じように構成されている。

【００２９】図３Ａは点火プラグ１０ｃ（図２Ａを見
よ）と同じように構成されているコンパクトな点火プラ
グ１０ｅを部分的に断面して示す。符号１２ｅ〜３６ｅ
で示したエレメントはその構造および機能が図２Ａによ
り説明したエレメント１２ｃ〜３６ｃに相応している。

【００３０】貫通孔１８ｅ内にはやはりまず中心電極２
０ｅが差し込まれる。次いで交換可能な緩衝抵抗１２０
が挿入され、これは公知の安全ヒューズに類似した形状
を有している。次いで初めてコンタクトピン１２２が挿
入され、これは接続ボルト３６ｅをねじ込む際に複数の
折り曲げ箇所において折れ曲がる。このようにして構成
された絶縁体１２ｅはやはりほぼ８００℃に加熱され、
その際中心電極２０ｅに取り付けられたろうペーストが
溶融して、中心電極２０ｅを絶縁体１２ｅと結合する。

【００３１】中間層１２４はその機能およびその絶縁体
１２ｅおよびケーシング２２ｅにおける固定形式におい
て中間層１０４（図２Ａを見よ）に相応している。

【００３２】図３Ｂは点火プラグ１０ｅ（図３Ａを見
よ）のように構成されている点火プラグ１０ｆの一部を
示す。中間層１２６ｆは区分１３０において点火プラグ
１０ｆの絶縁体１２ｆに鑞接されている。区分１３０は
ねじ山付きスリーブ２６ｆの内部に位置している。移行
区分１３２の内部において、中間層１２６ｆの内径およ
び絶縁体１２ｆの直径は同じように増大している。ねじ
込みナット３４ｆの内部に位置している区分１３４内で
中間層１２６ｆによって形成されているスリーブの内径
はコンスタントに留まっている。同様に、区分１３４内
で絶縁体１２の直径はコンスタントに留まっている。区
分１３４内では中間層１２６ｆは絶縁体１２ｆならびに
ケーシング２２ｆに鑞接されている。これに対し、区分
１３０の領域および移行区分１３２の領域においてはケ
ーシング２２ｆと絶縁体１２ｆとの間にギャップ１３６
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】凝固したガラス溶融物から成る緩衝抵抗を有
しているコンパクトな点火プラグを示す。

【図１Ｂ】凝固したガラス溶融物から成る緩衝抵抗を有
しているコンパクトな点火プラグを示す。

【図２Ａ】緩衝抵抗を有していないコンパクトな点火プ
ラグを示す。

【図２Ｂ】緩衝抵抗を有していないコンパクトな点火プ
ラグを示す。

【図３Ａ】破損しないで交換可能な緩衝抵抗を有するコ
ンパクトな点火プラグを示す。

【図３Ｂ】破損しないで交換可能な緩衝抵抗を有するコ
ンパクトな点火プラグを示す。

【符号の説明】

１０ 点火プラグ、 １０ｂ 点火プラグ、 １０ｃ
点火プラグ、 １０ｄ点火プラグ、 １０ｅ 点火プラ
グ、 １０ｆ 点火プラグ、 １２ 絶縁体、 １２ｂ
絶縁体、 １２ｃ 絶縁体、 １２ｄ 絶縁体、 １
２ｅ 絶縁体、 １２ｆ 絶縁体、 １４ 絶縁体基
部、 １４ｃ 絶縁体基部、 １４ｅ絶縁体基部、 １
６ 長手方向軸線、 １６ｂ 長手方向軸線、 １６ｃ
長手方向軸線、 １６ｄ 長手方向軸線、 １６ｅ
長手方向軸線、 １８ 貫通孔、 １８ｃ 貫通孔、
１８ｅ 貫通孔、 ２０ 中心電極、 ２０ｃ 中心電
極、 ２０ｅ 中心電極、 ２２ ケーシング、 ２２
ｂ ケーシング、 ２２ｃ ケーシング、 ２２ｄ ケ
ーシング、 ２２ｅ ケーシング、 ２２ｆ ケーシン
グ、 ２４ アース電極、 ２４ｃ アース電極、 ２
４ｅ アース電極、 ２６ ねじ山付きスリーブ、 ２
６ｂ ねじ山付きスリーブ、 ２６ｃ ねじ山付きスリ
ーブ、 ２６ｅ ねじ山付きスリーブ、 ２６ｆ ねじ
山付きスリーブ、 ２８ 雄ねじ山、 ２８ｃ 雄ねじ
山、 ２８ｅ 雄ねじ山、 ３０環状溝、 ３０ｃ 環
状溝、 ３０ｄ 溝、 ３０ｅ 溝、 ３２ 中央部
分、３２ｃ 中央部分、 ３２ｄ 中央部分、 ３２ｅ
中央部分、 ３４ 複六角ねじ込みナット、 ３４ｂ
ねじ込みナット、 ３４ｃ ねじ込みナット、３４ｅ
ねじ込みナット、 ３４ｆ ねじ込みナット、 ３６
接続ボルト、３６ｃ 接続ボルト、 ３６ｅ 接続ボ
ルト、 ３８ コンタクトパナート、４０ ガラス溶融
物、 ４２ コンタクトパナート、 ４４ 電極、 ４
６ 区分、 ４８ 溶接結合部、 ４８ｂ 結合部、
５０ 領域、 ５２ ギャップ、 １００ コンタクト
ピン、 １０２ 段部、 １０４ 中間層、 １０４ｄ
中間層、 １０６ 段部、 １０６ｄ 段部、 １０８
区分、 １１０ ギャップ、 １１０ｄ ギャップ、
１１１ ギャップ、 １１２ 移行領域、１１４ 区
分、 １２０ 緩衝抵抗、 １２２ コンタクトピン、
１２４ 中間層、 １２６ｆ 中間層、 １３０ 区
分、 １３２ 移行区分、 １３４区分、 １３６ ギ
ャップ、 Ｄ 直径、 Ｄｃ 外径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジーモン シュミッティンガー ドイツ連邦共和国 レニンゲン ヴィルヘ ルムシュトラーセ 13 (72)発明者 ディートリッヒ トラハテ ドイツ連邦共和国 レオンベルク ホフマ ンシュトラーセ 58 (72)発明者 ヴァルター ベネディクト ドイツ連邦共和国 コルンヴェストハイム ルートヴィッヒ−ヘル−シュトラーセ 71 Ｆターム(参考） 5G059 AA10 CC01 DD23

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点火プラグ（１０ｃ）であって、孔を備
   えた、部分的に円筒状の絶縁体エレメント（１２ｃ）
   と、該絶縁体エレメント（１２ｃ）の基部部分（１４
   ｃ）に設けられた開口内に配置された中心電極（２０
   ｃ）とが設けられている形式のものにおいて、 絶縁体エレメント（１２ｃ）と中心電極（２０ｃ）と
   が、少なくとも１つの金属製の鑞接結合部および／また
   は１つの金属製の溶接結合部によって結合されているこ
   とを特徴とする、点火プラグ。
2. 【請求項２】 前記結合部が、有利には、中心電極（２
   ０ｃ）の、基部部分から離れた方の端部に配置されてお
   り、前記結合部の領域における中心電極（２０ｃ）の外
   径が、絶縁体エレメント（１２ｃ）の、基部部分（１４
   ｃ）の自由端部に向かって均一の間隔を置いて位置する
   内径よりも僅かに小さく寸法設定されており、前記結合
   部が、ほぼ中心電極（２０ｃ）の周面に沿って該中心電
   極（２０ｃ）と絶縁体エレメント（１２ｃ）との間のギ
   ャップを閉鎖している、請求項１記載の点火プラグ。
3. 【請求項３】 絶縁体エレメントの内径が、絶縁体コア
   によって取り囲まれていない中心電極の、基部部分の自
   由端部に向かって均一の間隔を置いて位置する外径より
   も僅かに小さく寸法設定されている、請求項１記載の点
   火プラグ。
4. 【請求項４】 摩擦接続的な結合部が、組付けの時点で
   中心電極よりも高い温度を備えた絶縁体エレメントへの
   中心電極の組付けによって製造されるようになってい
   る、請求項３記載の点火プラグ。
5. 【請求項５】 中心電極（２０）に軸方向でばね弾性的
   なエレメント、有利にはコンタクトピン（１００）によ
   って力が加えられるようになっている、請求項１から４
   までのいずれか１項記載の点火プラグ。
6. 【請求項６】 コンタクトピン（１００）が、少なくと
   も１回折り曲げられている、請求項５記載の点火プラ
   グ。
7. 【請求項７】 絶縁体エレメント（１２）が、セラミッ
   クスを有しており、該セラミックスの表面が、前記結合
   部の領域で処理されており、これによって、前記結合部
   の負荷耐性が高められている、請求項１から６までのい
   ずれか１項記載の点火プラグ。
8. 【請求項８】 請求項１記載の点火プラグを製造する方
   法において、当該方法が、以下のステップ：中心電極
   （２０ｃ）または絶縁体エレメント（１２ｃ）の内部に
   金属製の鑞接材料または金属製の溶接材料を提供し、 中心電極（２０ｃ）を絶縁体エレメント（１２ｃ）内に
   差し込み、 金属製の鑞接材料または金属製の溶接材料を溶融させる
   を有していることを特徴とする、点火プラグを製造する
   方法。
9. 【請求項９】 金属製の鑞接材料または金属製の溶接材
   料を、結合部がほぼ中心電極（２０ｃ）の周面に沿って
   該中心電極（２０ｃ）と絶縁体エレメント（１２ｃ）と
   の間のギャップを閉鎖するように提供する、請求項８記
   載の方法。
10. 【請求項１０】 摩擦接続的な結合部を、組付けの時点
    で中心電極よりも高い温度を備えた絶縁体エレメントへ
    の中心電極の組付けによって製造する、請求項８または
    ９記載の方法。
11. 【請求項１１】 絶縁エレメント（１２）が、セラミッ
    クスを有しており、該セラミックスの表面を結合部の領
    域で処理し、該結合部の負荷耐性を高める、請求項８か
    ら１０までのいずれか１項記載の方法。