JP2004505419A - 内燃機関のための点火プラグ及び該点火プラグの製作法 - Google Patents

Abstract

ケーシング（１２）と、該ケーシング内に配置されており且つ焼結されたセラミック材料から成る絶縁体（１６）と、互いに導電接続しており且つ絶縁体内に配置された中心電極（１８）と接続ボルト（２２）とが設けられた内燃機関のための点火プラグにおいて、絶縁体と中心電極との間のシールを改善したい。この目的のために、中心電極にサーメット（２８）が続いており、該サーメットのセラミック相は絶縁体と同じ又は類似の材料から成っており且つサーメットの金属相は良好な導電性を有する材料から成っている。前記サーメットは絶縁体と類似の材料特性、特に同じ熱膨張を有しているので、サーメットと絶縁体との間で特に良好なシールが得られる。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、内燃機関のための点火プラグであって、ケーシングと、該ケーシング内に配置されており且つ焼結されたセラミック材料から成る絶縁体と、互いに導電接続しており且つ絶縁体内に配置された焼結された中心電極と接続ボルトとが設けられている形式のものに関する。更に本発明は、前記点火プラグの製作法に関する。
【０００２】
焼結された白金製の中心電極を備えた点火プラグは、白金とセラミック材料の異なる熱膨張に基づきセラミックと中心電極との間に、空気若しくは燃焼ガスの侵入を可能にする小さな空隙を有している。この理由から、点火プラグ内部の構成部材は前記の気体に対して強くなければいけない。従って、例えば点火プラグの燃焼室側の前部域において燃焼抵抗を炭素ベースに組み込むことは不可能である。それというのも、炭素は高い温度において侵入する空気酸素によって酸化される恐れがあるからである。更に、コンタクトピンには侵入ガスに強い材料しか使用できない。即ち、高い熱伝導率を有する例えば銅製のコンタクトピンを使用することは不可能である。
【０００３】
国際公開第９７／４９１５３号パンフレットに基づき公知の点火プラグでは、コンタクトピンを導電性のセラミック−金属混合物に替えることが提案されており、これにより、同じ熱膨張率に基づき機械的な応力を防止する。
【０００４】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の点火プラグを改良して、廉価に製作することのできる気密で確実なシールが保証されている点火プラグを提供することである。更に本発明の別の課題は、このような点火プラグの製作法を提供することである。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の構成を有する点火プラグは、絶縁体に関してもシールを保証するサーメットに関しても同じ又は類似の材料特性を有している。同じ材料特性に基づき、製作においても運転においても利点が得られる。即ち、絶縁体とサーメットとは問題なく互いに焼結される。なぜならば、これらは同じ収縮過程を有しているからである。絶縁体とサーメットとは同じ熱膨張も有しており、異なる熱膨張に基づく空隙は全く生じない。得られた良好なシールに基づき、点火プラグの前部域では運転時に生じる高い温度において空気又は燃焼ガスに対して十分な耐性を有さない材料、例えば炭素を有する抵抗を導電相として使用するか、又は熱伝導の良好な銅製のコンタクトピンを使用することができる。サーメットの金属相のためには比較的少量の金属しか必要でなく、このことは点火プラグのコスト低下をもたらす。
【０００６】
本発明の別の有利な構成では、サーメットのセラミック相がＡｌ_２Ｏ_３から成っており、金属相が白金又は白金合金から成っている。前記サーメットは絶縁体と一緒に問題なく焼結することができる。それというのも、このサーメットは絶縁体と同じ焼結特性を有しているからである。
【０００７】
本発明の更に別の有利な構成では、サーメットを製作するためにセラミック粒状材料が使用される。このセラミック粒状材料の粒子には良好な導電性を有する材料から成る表面コーティングが設けられている。有利には９０μｍ〜１５０μｍの範囲の直径を有する粒状材料の粒子と、粒子が１０μｍ未満のオーダの寸法を有する粉末状金属との間の大きさの差に基づき、焼結後に例えば白金から成る細い金属導体路の網状組織を有するセラミック構造が生ぜしめられ、このセラミック構造は金属使用量が少ない場合に十分な導電性を保証する。例えば、サーメットの金属相が１０〜１５Ｖｏｌ％の割合を占めていると十分であり、これにより、有利には使用される貴金属が節約される。
【０００８】
本発明の方法により得られる利点に関しては上記説明を参照されたい。
【０００９】
前記方法の有利な実施形態では、セラミック粒状材料の粒子に導電性の良好な材料を、薄められた懸濁液内で攪拌することによってコーティングする。このようにして廉価な形式で前記粒子に例えば白金等の導電性材料をコーティングすることができるので、粒状材料の焼結後にはサーメット内部に導電性の網状組織が生ぜしめられる。択一的に、導電性の良好な材料を、例えば有機的な結合剤を使用して粒状材料の粒子に付与するか、或いは蒸着又はスパッタリングによって付与することができる。
【００１０】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１１】
図１では金属製でねじ込ねじ山１４の設けられたケーシング１２を有する点火プラグ１０が見られ、この点火プラグ１０は前記ねじ込ねじ山１４を介して内燃機関のシリンダヘッドに設けられた孔にねじ込むことができる。ケーシング１２の内部には例えばＡｌ_２Ｏ_３等の焼結されたセラミック材料から成る絶縁体１６が収容されている。この絶縁体の内部には、互いに導電接続された中心電極１８と接続ボルト２２とが収容されている。これにより、接続ボルト２２にねじ被せられた接続ナット２４とケーシング１２との間に公知の形式で所定の電圧を印加することにより、中心電極１８と、ケーシング１２に取り付けられたアース電極２６との間で点火火花を発生させることができる。
【００１２】
接続ボルト２２と中心電極１８との間のシール及び導電接続は以下の方法で実施される。即ち、中心電極１８にサーメット２８を接続し、このサーメット２８に（場合によっては間に位置するコンタクトパケットを有する）燃焼抵抗３０を続け、この燃焼抵抗３０の上にもやはりコンタクトパケット３２を続け、このコンタクトパケット３２には接続ボルト２２を侵入させる。
【００１３】
以下に、図２〜図４に基づき気密なシールを詳しく説明する。
【００１４】
絶縁体１６は内部に段付けされた孔を有しており、この孔の前端部３６が中心電極を収容している。有利には微粒子の安定された白金又は微粒子の安定された白金合金から成る中心電極は、大きい方の孔直径に面した段部に載着されたニードルヘッド３８を有している。中心電極は絶縁体に挿入されて焼結されており（ｅｉｎｇｅｓｉｎｔｅｒｔ）且つサーメット２８によりニードルヘッド３８を介してシールされ、付加的に位置固定される。前記サーメット２８はセラミック材料と金属相とから成っている。セラミック相には絶縁体と同じ材料、つまりＳｉＯ_２，ＣａＯ，ＭｇＯ等の焼結補助剤の公知の添加物を有するＡｌ_２Ｏ_３が使用される。金属相には白金又は白金合金が使用される。
【００１５】
サーメットは、９０μｍ〜１５０μｍの粒径を有する絶縁体の材料から成る粒状材料が用意されることによって製作される。次いでセラミック粒状材料の粒子を、例えばミキサ内で薄められた白金懸濁液と混ぜてから乾燥することにより、導電体として役立つ白金又は白金合金でコーティングする。白金又は白金合金は懸濁液中で粉末状で存在しており、個々の粒子は１０μｍ未満のオーダの寸法を有している。このようにして、少量の白金又は白金合金でコーティングされた粒状材料粒子が得られる。後で必要な導電性を得るためには、白金又は白金合金の割合がサーメットの１０〜１５Ｖｏｌ％であると十分だと判った。
【００１６】
このようにしてコーティングされたセラミック粒状材料は、慣例の方法で製作された、場合によっては強度を高めるために１０００℃の温度で予め焼きなましされた絶縁体に充填されるので、収容孔３６に挿入された中心電極１８のニードルヘッド３８の上位に位置している。この場合、粒状材料はプランジャによって約１００〜１５０Ｎの力で圧縮される。最後に絶縁体は粒状材料と一緒に、慣例通りに約１６００℃で焼結される。この場合、絶縁体とサーメットとの間には極めて良好な結合が生ぜしめられる。それというのも、サーメット用の基本材料として絶縁体用の材料と同じ材料が使用されるからである。並びに白金又は白金合金に基づきサーメットの良好な導電性が得られる。それというのも、焼結時に細い導体路を有する白金又は白金合金から成る網状組織が生じるからである。このことは、図３及び図４に示した断面図において認識される。サーメット２８に存在する白金又は白金合金から成る導体路とだけ区別される、絶縁体１６とサーメット２８とから成るほぼ一様な構造が生ぜしめられている。
【００１７】
サーメットのセラミック相には絶縁体用の材料と同じ材料が使用されるので、中心電極１８の後ろ側において特に良好なシールが生ぜしめられる。このシールは長時間の運転にわたっても維持される。それというのも、サーメットと絶縁体とは同じ熱膨張を有しているので、熱応力及びこの熱応力に基づき結果的に生じる亀裂又は空隙が発生する恐れはない。これにより、燃焼抵抗３０には運転温度において空気又は燃焼ガスに対する十分な耐性を有さない材料であるにもかかわらず、導電性材料として例えば炭素を使用することができる。前記シールは、炭素が空気又は燃焼ガスと接触することのない確実なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による点火プラグの部分断面図である。
【図２】
図１を部分的に拡大した図である。
【図３】
焼結された中心電極を有する本発明による点火プラグの絶縁体の一部の拡大顕微鏡写真である。
【図４】
図３の顕微鏡写真の部分拡大図である。
【符号の説明】
１０　点火プラグ、　１２　ケーシング、　１４　ねじ込ねじ山、　１６　絶縁体、　１８　中心電極、　２２　接続ボルト、　２４　接続ナット、　２６　アース電極、　２８　サーメット、　３０　燃焼抵抗、　３２　コンタクトパケット、　３６　収容孔、　３８　ニードルヘッド

Claims (22)

1. 内燃機関のための点火プラグであって、ケーシング（１２）と、該ケーシング内に配置されており且つ焼結されたセラミック材料から成る絶縁体（１６）と、互いに導電接続しており且つ絶縁体内に配置された焼結された中心電極（１８）と接続ボルト（２２）とが設けられている形式のものにおいて、
   中心電極にサーメット（２８）が続いており、該サーメットのセラミック相が絶縁体と同じ又は類似の材料から成っており且つ当該サーメットの金属相が良好な導電性を有する材料から成っていることを特徴とする、内燃機関のための点火プラグ。
2. 前記セラミック相がＡｌ_２Ｏ_３から成っている、請求項１記載の点火プラグ。
3. セラミック相が焼結補助剤を有している、請求項２記載の点火プラグ。
4. 金属相が焼結温度に耐える白金群の金属から成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の点火プラグ。
5. 金属相が白金又は白金合金から成っている、請求項４記載の点火プラグ。
6. サーメット（２８）を製作するために、粒子に良好な導電性を有する材料から成る表面コーティングの施されたセラミック粒状材料が用いられる、請求項１から５までのいずれか１項記載の点火プラグ。
7. 前記粒状材料が、９０μｍ〜１５０μｍの範囲の粒径を有している、請求項６記載の点火プラグ。
8. 前記の良好な導電性を有する材料が粉末状であり且つ個々の粒子が１０μｍ未満の大きさを有している、請求項６又は７記載の点火プラグ。
9. サーメットの金属相が１０〜１５Ｖｏｌ％の割合を占めている、請求項１から８までのいずれか１項記載の点火プラグ。
10. 中心電極（１８）が０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの直径を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の点火プラグ。
11. 絶縁体内部に、導電相が炭素から成る燃焼抵抗（３０）が配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の点火プラグ。
12. 以下のステップ、即ち：
    イ）中心電極用の収容孔（３６）が設けられた絶縁体（１６）を形成するためにセラミック材料をプレスし、
    ロ）前記収容孔に中心電極（１８）を挿入し、
    ハ）粒子に導電性の良好な材料から成るコーティングが施されたセラミック粒状材料を絶縁体に充填して圧縮し、
    ニ）絶縁体を焼結するというステップを用いた点火プラグの製作法。
13. セラミック材料としてＡｌ_２Ｏ_３を使用する、請求項１２記載の方法。
14. 焼結補助剤を使用する、請求項１３記載の方法。
15. 絶縁体用の材料としてＡｌ_２Ｏ_３を使用する、請求項１３又は１４記載の方法。
16. 導電性の良好な材料として、焼結温度において耐久性を有する白金群の金属を使用する、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. 導電性の良好な材料として白金又は白金合金を使用する、請求項１６記載の方法。
18. セラミック粒状材料の粒子に導電性の良好な材料を、薄められた懸濁液内で攪拌することによってコーティングする、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の方法。
19. 導電性の良好な材料を、結合剤を使用して粒状材料の粒子に付与する、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の方法。
20. 結合剤が有機結合剤である、請求項１９記載の方法。
21. 導電性の良好な材料を粒状材料の粒子に蒸着する、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の方法。
22. 導電性の良好な材料を粒状材料の粒子にスパッタリングによって付与する、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の方法。