JP2009541916A - テーパ付き内部焼成抑制器シールを有するスパークプラグ - Google Patents

Abstract

スパーク点火式内燃機関用のスパークプラグ（１０）は、上方の端子スタッド（４６）と下方の中心電極（６０）との間に介在された抑制器シールパック（５４）を含む。抑制器シールパック（５４）は、端子スタッド（４６）の底端（５０）を包囲する導電性ガラスの上層（５２）と、中心電極（６０）のヘッド（６２）を包囲する下方ガラスシール層（５８）とを含む。抵抗器層（５６）は導電性ガラス層（５２、５８）間の空間を充填する。抵抗器層（５６）は、その上端にある大きい方の第１の断面積（７６）と、その下端にある小さい方の第２の断面積（７８）とを有する。減少テーパ（８０）は、大きい方および小さい方の断面積（７６、７８）間の漸進的な移行を確立する。減少テーパ（８０）は、面取りされた移行部（２６）での理論的基準点（７０）と上方座面（１７）での理論的基準点（６８）との間の長手方向寸法として定義される大肩部領域（ＬＳ）に配置される。抑制器シールパック（５４）は内部焼成がさまざまで、各層（５４、５６、５８）は粒状材料として別々に充填され、端子スタッド（４６）を用いて突き固められ、次に低温プレスされる。アセンブリは次に炉で加熱されてから取り出され、端子スタッド（４６）を用いて抑制器シールパック（５４）を高温プレスし、最終的な動作状態にすることができる。抑制器シールパック（５４）は、中心電極ヘッド（６２）の座面と下方座面（１９）の理論的場所（７２）との間の長手方向距離として定義される正の寸法「Ａ」（＋Ａ）の使用によって最大にされた長さ（ＳＬ）を有する。

Description

発明の背景
発明の分野
この発明はスパーク点火式内燃機関用のスパークプラグに関し、より特定的には、上方の端子スタッドと下方の中心電極との間に内部焼成（fired-in）抑制器シールパックを有するスパークプラグに関する。

関連技術
スパークプラグは、内燃機関の燃焼室内に延びて、空気と燃料との混合物に点火するためのスパークを生成する装置である。動作時、最大で約４０，０００ボルトの電荷がスパークプラグの中心電極を通して印加され、それによりスパークは、中心電極と対向する接地電極との間のギャップを飛び越えるようになる。

無線周波数干渉（ＲＦＩ）としても公知の電磁干渉（ＥＭＩ）が、放電時、スパークギャップ間に生じる。これは、ギャップの最初の絶縁破壊時の、再発火点での非常に短期間の高周波数、高電流の発振によって生じる。このＥＭＩまたはＲＦＩは、娯楽用無線、双方向無線、テレビ、デジタルデータ伝送、または任意のタイプの電子通信に干渉する場合がある。たとえば無線では、ＥＭＩまたはＲＦＩは通常、スパークプラグが発火するたびに生じる、音声における「弾けるような」ノイズとして認識される。点火ＥＭＩは常に厄介であり、極端な場合には、性能および安全に関連する誤動作を引起こすおそれがある。

スパーク点火式エンジンによって放射されるＥＭＩのレベルは、さまざまな方法によって制御または抑制され得る。通常、点火システム自体のＥＭＩ抑制は、二次高電圧点火回路における抵抗性スパークプラグ、抵抗性点火リード線、および誘導性素子の使用によって達成される。ＥＭＩの抑制に使用される通常タイプの抵抗器／抑制器スパークプラグは、上方の端子スタッドと下方の中心電極との間のセラミック絶縁体内に配置された内部抵抗器素子を含む。内部抵抗器／抑制器スパークプラグの設計は周知であるものの、実際の検討事項は、たとえば小型エンジンなどに使用されるもののような小型スパークプラグに抵抗器を一体化する能力を妨げてきた。自動車用途におけるコンパクトなエンジンへの現在の傾向は、さらに高まった性能特性を有するさらに小さいスパークプラグを求めることによって、この問題をさらに複雑にしている。特に、絶縁体内部の抵抗器に要するかなり大きい断面積は、組立および設置中に高い応力がかかることが多い絶縁体の領域に薄い壁の区間を精密に作製することによって、セラミック材料の構造的完全性を弱くしている。この低下した構造的完全性も、ばらばらの粒状の抵抗器材料を絶縁体内へと低温プレスし、後に高温プレスしていわゆる「内部焼成抑制器シール」パックを生成する際の検討事項である。すなわち、薄い壁の区間は、特に低温プレス動作中に破裂しやすい。

このタイプのスパークプラグの小型化を試みる際のさらに別の検討事項は、薄い区間における絶縁体の誘電容量の減少から生じる。具体的には、セラミック絶縁体材料は誘電体である。誘電強度は一般に、材料の絶縁破壊または電気的パンクをもたらすことなく材料に印加可能な最大電界として定義される。セラミック絶縁体の薄い断面はしたがって、帯電した中心電極と接地されたシェルとの間の誘電体パンクをもたらし得る。

先行技術はこの問題を認識しており、２００２年４月３０日発行のポルナー（Pollner
）への米国特許第６，３８０，６６４号に反映されているような解決策を提案している。この先行技術の構造の表示を、この出願の図４に示す。特に、ポルナーは、そのスパークプラグの抵抗器部分を、その断面積が中心電極に向かって減少するようにテーパを付けて形成している。そのような構造は何らかの長所を有するものの、それは利用可能性の点で制限されたままである。たとえばポルナーは、二部品構成の中心電極アセンブリ、すなわち、貴金属製の予め整えられた下方部分が上方の接触ピンと、端同士が当接して接触したまま保たれることを求めている。この端と端とが接する構成は、当接接触点での振動障害に対して特に敏感である。また、ポルナーの接触ピンの脆い設計は、高圧プレス組立動作中に反りやすい。さらに、絶縁体のコアノーズから中心電極の端が突出する距離は、シール内の中心電極の載置位置によって定められる。ポルナーの例では、突出距離は、下方の中心電極を、抵抗器パックのシール部分内にではなく、コアノーズの段上に載置することによって調節される。これはしたがって、シールおよび中心電極の載置についての完全性の問題をもたらし得る。それはまた、セラミック絶縁体を通って長手方向に延びる中央通路の形状複雑性を高める。この設計では製造複雑性も高まる。さらに、ポルナーは、絶縁体のノーズ部分における貴金属の中心電極と金属製の接触ピンのより大きい直径のヘッドとの間の、接触ピンの長さの一部に沿ったシールの望ましさを教示している。先行技術のポルナーの引用から、接触ピンの長さの一部に沿ったこのシールは、気密接合を達成するためのホウ素化、アルミ化、ニトロ化、またはシリコン化による特殊コーティングによって達成されることがわかる。絶縁体内での貴金属の中心電極の同様の現場焼結も考えられる。容易に理解されるように、接触ピンおよび／または中心電極に施されるこの特殊コーティングプロセスは、多くの労働力を要し、かつコスト付加的である。ポルナーでは、そのスパークプラグの問題の多い構造に起因して、適切なガス圧シーリングを達成することが要求される。

したがって、セラミック絶縁体の構造的完全性および誘電強度があらゆる用途において、特に小型エンジンなどのためにスパークプラグ形状の小型化が要求される用途において維持され得る、スパークプラグの絶縁体部分の内部、すなわち上方の端子スタッドと下方の中心電極との間に、抵抗器およびシールパックを一体化する改良された方法に対する要望がある。

発明の概要
この発明は、スパーク点火式内燃機関用のスパークプラグを提供することにより、先行技術の欠点および短所を克服する。このスパークプラグは、上方の端子端部、下方のノーズ端部、および端子端部とノーズ端部との間で長手方向に延びる中央通路を有する細長いセラミック絶縁体を備える。この絶縁体は、端子端部に近接する略円形の大肩部と、ノーズ端部に近接する略円形の小肩部とを呈する外面を含む。大肩部は小肩部の直径よりも大きい直径を有する。大肩部および小肩部の異なる直径間に、面取りされた移行部が、絶縁体の外面上の構成として設けられる。導電性のシェルが絶縁体の少なくとも一部を包囲している。このシェルは少なくとも１つの接地電極を含む。導電性の端子スタッドが中央通路に部分的に配置され、上部ポストから中央通路内に埋込まれた底端まで長手方向に延びている。導電性の中心電極が中央通路に部分的に配置され、中央通路内に収容されたヘッドと接地電極に近接する露出したスパーキングチップとの間で長手方向に延びている。中心電極のヘッドは中央通路内で、端子スタッドの底端から長手方向に間隔を置かれている。抑制器シールパックが中央通路に配置され、端子スタッドの底端を中心電極のヘッドと電気的に接続してそれらの間に電気を通しつつ、中央通路を密封してスパークプラグからの無線周波数ノイズ放射を抑制する。この抑制器シールパックは、端子スタッドの底端にある第１の断面積と、中心電極のヘッドにある第２の断面積とを有する。第１の断面積は第２の断面積よりも大きい。さらに、抑制器シールパックは、大きい方の第１の断面積から小さい方の第２の断面積へと漸進的に移行するための減少テーパを含む。この減少テー
パは、その最高限度が端子スタッドの底端によって限られ、その最低限度が面取りされた移行部によって限られた中央通路の領域内に長手方向に配置されている。

端子スタッドの底端と面取りされた移行部との間の領域に減少テーパを配置することにより、この発明は、セラミック絶縁体の構造的完全性と、最大誘電強度とを確実にする。これは、抑制器シールパックの大きい方の第１の断面積を、最大断面厚さを有する絶縁体の領域に制限することによって達成される。絶縁体の面取りされた移行部は、絶縁体の壁厚が著しく締付けられている場所を視覚的に示しているため、この発明は、抑制器シールパックの大きい方の第１の断面積を、面取りされた移行部の上方に制限することによる利点を利用している。加えて、出願人は、抑制器シールパックの抵抗性部分にテーパを配置することにより、向上したＥＭＩ抑制が達成され得ることを発見している。実際、テーパにより達成される断面積の減少は、材料特性の変更を必要とすることなく、パックの実効抵抗を増加させる。したがって、類似する先行技術のスパークプラグに見られる短所および欠点が克服される。

この発明のこれらのおよび他の特徴ならびに利点は、以下の詳細な説明および添付図面に関連して検討されると、より容易に理解されるであろう。

好ましい実施例の詳細な説明
いくつかの図全体を通して同じ番号が同じまたは対応する部分を示している図面を参照すると、この発明に従ったスパークプラグは、図１に概して１０で示されている。スパークプラグ１０は、概して１２で示された管状のセラミック絶縁体を含んでおり、それは好ましくは、ある特定の誘電強度、高い機械的強度、および熱衝撃に対する優れた耐性を有する酸化アルミニウムセラミックまたは他の好適な材料から作られる。絶縁体１２は極度の圧力下で乾式成形され、次に釜で高温で焼成されてガラス化されてもよい。しかしながら、絶縁体１２を形成するために乾式プレスおよび焼成以外の方法が使用されてもよいことは、当業者にはわかるであろう。絶縁体１２は外面を有し、それは好ましくは、１９９７年１０月１４日に発行され、この出願の譲受人に譲渡されたナップ（Knapp）への米国特許第５，６７７，２５０号に開示されたもののような無鉛材料を用いて、その露出部分の周りに釉薬がかけられている。絶縁体１２は、部分的に露出した上方マスト部１４を含んでいてもよく、それをゴムのスパークカバー（図示せず）が包囲して把持し、点火システムとの接続を確立する。露出した部分１４はほぼ滑らかな表面として図１に示されているが、スパークまたは二次電圧「フラッシュオーバー」に対する付加された保護を提供するために、また、ゴムのスパークプラグカバーとの把持をより良く改良するために、より伝統的なリブを含んでいてもよい。マスト部１４のすぐ下には大肩部１６があり、そこから絶縁体１２の断面直径がその最大幅まで広がっている。大肩部１６は、略環状の上方座面１７の下方に生じている。絶縁体１２のさらに下方では、小肩部１８が絶縁体の外径をテーパ付きノーズ区間２０まで減少させている。小肩部１８は、略環状の下方座面１９で終わっている。ノーズ端部２２は絶縁体１２の最底部を定め、一方、端子端部２４は、マスト部１４の頂部に形成された絶縁体１２の全く反対の最上端を定めている。面取りされた移行部２６は、大肩部１６と小肩部１８との間に形成された、絶縁体１２の外面構成である。面取りされた移行部２６は、大肩部１６でのより大きい絶縁体直径から小肩部１８でのより小さい直径への滑らかな変化を提供する。

絶縁体１２は略管状の構造をしており、上方の端子端部２４と下方のノーズ端部２２との間で長手方向に延びる中央通路２８を含む。中央通路２８は断面積が変化しており、通常、端子端部２４またはその近傍で最大であり、ノーズ端部２２またはその近傍で最小である。

導電性の、好ましくは金属製のシェルは、概して３０で示されている。シェル３０は絶縁体１２の下方領域を包囲しており、少なくとも１つの接地電極３２を含む。接地電極３２は伝統的な単一のＪ字型形式で示されているが、スパークプラグ１０についての意図された用途に依存して、多数の接地電極、または１つの環状接地電極、もしくは任意の他の公知の構成が置換可能であることが理解されるであろう。

シェル３０はその本体部が略管状であり、絶縁体１２の下方座面１９に押圧接触するようにされた内部下方圧縮フランジ３４を含む。シェル３０はさらに、絶縁体１２の上方座面１７に押圧接触するよう、組立動作中に曲げられまたは変形された上方圧縮フランジ３６を含む。上方圧縮フランジ３６の変形中または変形後の圧倒的な圧縮力の影響を受けて、座屈帯３８が陥没し、シェル３０を絶縁体１２に対して固定された位置に保つ。ガスケット、セメントまたは他の封止材が、絶縁体１２とシェル３０との間の係合点で挟まれて、気密シールを完全にし、組立てられたスパークプラグ１０の構造的完全性を高める。したがって、組立後、シェル３０は上方圧縮フランジ３６と下方圧縮フランジ３４との間で引張られた状態で保たれ、一方、絶縁体１２は上方座面１７と下方座面１９との間で圧縮された状態で保たれる。これは、絶縁体１２とシェル３０との間に、安全な気密の永続的固定をもたらす。図１に説明し示されたタイプのシールはいわゆる「ホットロック」タイプであるが、当業者であれば、代替的なシルメント（sillment）タイプのシールを或る用途に有効に使用できることを理解するであろう。

シェル３０はさらに、除去および設置用のツール受け六角形４０を含む。六角形のサイズは、関連する用途についての業界基準に準拠している。金属製のシェル３０の下方部分の、座面４４のすぐ下に、ねじ切り区間４２が形成される。座面４４は、この形式のスパークプラグ用に指定されたシリンダヘッドへの精密公差設置を提供するためにテーパが付けられてもよく、またはスパークプラグがシリンダヘッドに載置する際に当たる好適な界面を提供するためにガスケット（図示せず）が設けられてもよい。

導電性の端子スタッド４６は、絶縁体１２の中央通路２８に部分的に配置されており、露出した上部ポスト４８から、中央通路２８を途中まで降りたところで埋込まれた底端５８へと長手方向に延びている。上部ポスト４８は点火ワイヤ（図示せず）に繋がっており、スパークプラグ１０を発火させるために必要とされる高電圧電気の、タイミングが取れた放電を受取る。

端子スタッド４６の底端５０は、概して５４で示される複合抑制器シールパックまたはアセンブリの上層を形成する導電性ガラスシール５２内に埋込まれている。高温プレス中のガラス流にとって適切な隙間を確実にするために、絶縁体の壁の周りには約０．００５″の半径方向隙間が設けられている。導電性ガラスシール５２は、端子スタッド４６から抵抗器層５６に電気を通しつつ、中央通路２８内で端子スタッド４６の底端５０を密封するよう機能する。３層の抑制器シールパック５４の中心層を構成するこの抵抗器層５６は、電磁干渉（ＥＭＩ）を減少させることが知られている任意の好適な組成物から作ることができる。抑制器ガラスシールは、ガラス、充填材、および炭素／炭質材料を、プレス時の適切な耐性を確実にし、かつ予想サービス寿命にわたって安定した耐性を提供するような比率で含む。推奨される設置および使用される点火システムのタイプに依存して、そのような抵抗器層５６は、より伝統的な抵抗器抑制器として、またはそれに代わって誘導性抑制器として機能するよう設計されてもよい。抵抗器層５６のすぐ下で、別の導電性ガラスシール５８が、抑制器シールパック５４の底または下層を定めている。この導電性ガラスは、業界で周知であるような、ガラスと銅の金属粉とを約１：１の質量比で混ぜた混合物から作ることができる。したがって、電気は端子スタッド４６の底端５０から、上層の導電性ガラスシール５２、抵抗器層５６を通り、下方の導電性ガラスシール層５８へと進む。

導電性の中心電極６０は、中央通路２８に部分的に配置されており、下方のガラスシール層５８に収容されたヘッド６２と、接地電極３２に近接する露出したスパーキングチップ６４との間で長手方向に延びている。このため、中心電極６０のヘッド６２は、中央通路２８内で、端子スタッド４６の底端５０から長手方向に間隔を置かれている。抑制器シールパック５４は、端子スタッド４６と中心電極６０とを電気的に相互接続しつつ、同時に、中央通路２８を燃焼ガス漏れから密封し、また、スパークプラグ１０からの無線周波数ノイズ放射を抑制する。図示されているように、中心電極６０は好ましくは、ガラスシール５８に埋込まれたそのヘッド６２と、中心電極に対向するそのスパーキングチップとの間で途切れずに連続的に延びる一体型の単一構造である。スパーキングチップ６４には、サービス寿命を高めることが公知の貴金属の端部が装着されてもされなくてもよい。この発明の一利点は、類似する先行技術の設計で要求されるように中心電極６０全体を均質な貴金属で作る必要がない、ということである。

ここで図２Ａ〜Ｄを参照すると、中央通路２８内に抑制器シールパック５４を設置するための好ましい一方法が概略的に示されている。この発明の好ましい実施例によれば、抑制器シールパック５４は、層５２、５６、５８の各々が図２Ａに示すような充填動作で別々に敷設される内部焼成タイプのものである。具体的には、図２Ａに示すように、焼結された絶縁体１２に中心電極６０が装填される。次に、下方の導電性ガラスシール層５８を形成する測定された量の粒状材料が、中央通路２８内の、中心電極６０のヘッド６２の直上に注がれる。このばらばらに充填された下方ガラスシール層５８は次に、プランジャ６６により、好ましくは２０ｋｐｓｉよりも大きい圧縮圧力まで突き固められる。突き固められたガラスシール層５８に、抵抗器層５６を構成する測定された量の粒状材料が続き、それも均一な密度を達成するためにぎっしり詰まるまで突き固められる。抵抗器層５６を２回に分けて供給し、各充填後に突き固めることが望ましいかもしれない。最後に、測定された量の粒状の導電性ガラスシール材料が抵抗器層５６の上に装填され、上層導電性ガラスシール５２を構成する。上層５２は、図２Ｂに示すように、特定された密度まで突き固められる。

これらの粒状材料が中央通路２８内に一旦装填されると、図２Ｃに示すように、端子スタッド４６が中央通路２８に押込まれて粒状材料を低温圧縮する。半完成状態のアセンブリは次に、図２Ｄに示すような高温プレス動作に移される。ここで、絶縁体１２は、低温圧縮された抑制器シールパック５４とともに、粒状材料５２、５６、５８が軟化して溶融する温度まで加熱される。加熱されたアセンブリは炉から取出され、端子スタッド４６は、その上部ポスト４８が中央通路２８への開口部を閉鎖する、十分に載置された位置へと押込まれる。この動作で、下方導電性ガラスシール層５８の軟化した材料が中心電極６０のヘッド６２の周りを流れ、ヘッド６２の領域で中央通路２８を密封する。同様に、端子スタッド４６の底端５０は上層導電性ガラスシール５２内に十分に埋込まれるようになり、それにより、それを所定の位置に固定しつつ、同時に、中央通路２８を燃焼ガス漏れから密封する。この方法により、抑制器シールパック５４は、無線周波数ノイズ放射を抑制し、中央通路２８を燃焼ガス漏れから密封するという点で頑強で、経済的で、かつ効果的な内部焼成タイプで形成され得る。

ここで図３を参照すると、この発明に関連するさまざまな寸法関係および形状関係を含む、スパークプラグ１０の下方部分の拡大図が示されている。これらの寸法関係は、端子スタッド４６の底端５０と中心電極６０のヘッド６２との間の長手方向の距離として定義され得る有効抑制器シールパック長さＳＬを含む。例示的な一実施例では、シール長さＳＬは約０．５０インチであってもよいが、他の長さを使用してもよい。ヘッド厚さＨＴは、中心電極ヘッド６２の円筒形の外壁部分の長手方向の寸法として定義されてもよい。好ましくは、ヘッド厚さＨＴは、抑制器シールパック５４についてのより大きい長さ、ひい
てはより高い有効性を可能にするよう、最小限に抑えられる。好ましい実施例のヘッド厚さＨＴは、典型的には、０．０４０〜０．０７０インチの範囲内にあってもよい。ヘッド厚さＨＴがたとえば０．０２５″というように薄すぎる場合、それは密封不良および耐性の望ましくない経時変化をもたらし得る。

ヘッド隙間ＨＣは、ヘッド６２の円筒形の外壁と中央通路２８の包囲部分との間の半径方向隙間空間として定義され得る。典型的には、ヘッド隙間ＨＣは、図２Ｃに示すような高温プレス動作中の下方ガラスシール層５８の良好な流れおよび充填を促進するよう寸法決めされるであろう。好ましい実施例では、ヘッド隙間ＨＣは少なくとも０．００５インチである。

他の重要な寸法が、絶縁体１２の外部構成に合わせられてもよい。たとえば、大肩部１６は、マスト部１４と上限を形成する上部座面１７の傾斜面との理論的交差点６８、およびその下限を形成する面取りされた移行部２６によって、長手方向に配置されてもよい。具体的には、面取りされた移行部２６は、大肩部１６から内側にテーパが付けられた外面と、小肩部１８を形成する外面のほぼ真っ直ぐな軸状部分との理論的交差点７０で規定される。小肩部１８はこのため、面取りされた移行部の基準点７０と、下方座面１９のテーパ付き部分とノーズ区間２０との理論的交差点７２との間に配置される。このため、（大肩部１６の長さを表わす）大肩部区間ＬＳは基準点６８と７０との間の長手方向領域として定義され、一方、（小肩部１８の長さを表わす）小肩部区間ＳＳは基準点７０と７２との間の長手方向領域である。

中心電極ヘッド６２はその底縁で、中央通路２８の内部棚部７４上に載置される。内部棚部７４は、中心電極６０の真っ直ぐな円筒形長さに適度な隙間を足したものとほぼ等しい、より小さい断面直径への移行を確立する。この内部棚部７４はまた、抑制器シールパック５４の最下範囲、または基底と一致する。内部棚部７４は、凸状またはアール付きのプロファイルを有するよう形作られて、ヘッド６２の対応する形状の下面と係合し、それにより、低温プレス動作（図２Ｃ）中に絶縁体１２の材料に過度の応力を引き入れることなく、しっかりした密封載置を完全にすることができる。

寸法「Ａ」は、小肩部基準点７２と、中心電極ヘッド６２の底が載置する内部棚部７４との間の長手方向寸法として定義される。正の寸法「Ａ」（＋Ａ）は、中心電極ヘッド６２が小肩部基準点７２と面取りされた移行部の基準点７０との間に長手方向に配置されている場合に生じる。負の寸法「Ａ」（−Ａ）は、内部棚部７４が小肩部基準点７２と絶縁体１２のノーズ端部２２との間に位置している場合に生じる。図１および図３に示すように、この発明のスパークプラグ１０は正の寸法「Ａ」（＋Ａ）を含むよう設計されている。これは、寸法「Ａ」が負（−Ａ）である、図４に例示されたような先行技術の設計とは対照的である。その結果、先行技術の絶縁体は実質的により弱く、低温プレス動作中に、その中央通路とそのノーズ区間との間の壁厚の減少によってより壊れやすくなっている。

この発明の抑制器シールパック５４にはさまざまなテーパが付いており、図３に最良に示すように、端子スタッド４６の底端５０での第１の断面積７６と、中心電極６０のヘッド６２近傍での第２の断面積７８とを含む。第１の断面積７６の直径は、端子スタッド４６の直径よりも若干大きい。同様に、第２の断面積７８の直径は、中心電極ヘッド６２の直径よりも若干大きい。図示されているように、第１の断面積７６は第２の断面積７８よりも大きく、それにより、絶縁体１２の厚さが大肩部区間ＬＳから小肩部区間ＳＳにかけて減少するにつれて、抑制器シールパック５４の直径が減少すること、および中央通路２８の直径が対応して減少することを可能にする。減少テーパ８０は、大きい方の第１の断面積７６から小さい方の第２の断面積７８へと漸進的に移行するために設けられる。減少テーパ８０は、低温プレス動作中にそのような構成に加わる付加的応力を吸収するのに最
適な絶縁体１２の領域に存在するよう、長手方向に位置付けられる。減少テーパ８０の正確な場所は、ある特定の用途要件に適合するよう調節され得るが、好ましくは、その最高限度または範囲が端子スタッドの底端５０によって限られ、その最低限度または範囲が面取りされた移行部２６の場所７０によって限られた領域に限定される。このため、減少テーパ８０は大肩部区間ＬＳ内に丸ごと配置される。この方策により、大きい方の第１の断面積７６は、小肩部区間ＳＳに関連付けられた絶縁体１２の直径がより小さい領域へ移動しないようにされる。その結果、絶縁体１２の壁厚は、構造的完全性を維持し、かつその最も脆弱な領域、すなわちヘッド厚さＨＴの区域における絶縁体１２の誘電特性を最大にするよう、保たれる。

減少テーパ８０はさまざまな形状構成を取ってもよいが、好ましい実施例では、真っ直ぐな円錐形の側壁を有して示されている。低温プレス動作（図２Ｃ）中に中央通路２８にかかる拡張力に留意して、減少テーパ８０にはかなり急勾配のテーパ角度ＴＡが与えられ、それは図３に示すように円錐形の側壁と垂直な基準線との間の角度寸法として定義される。この急勾配のテーパ角度は、充填動作（図２Ａ）中に良好な粉末流を提供するために、かつ低温および高温プレス動作（図２Ｃおよび図２Ｄ）中の圧縮を容易にするために、意図的に６０°以上に設定される。この急勾配のテーパ角度は充電動作中の「質量流」を促進し、それにより充填および圧縮を促進する。これはまた、より大きな穴用に設計された装置が粉末を正確に供給できるようにすることにより、製造を簡略化する。先行技術の小さい穴の欠点は、粉末がすべて穴に供給されることを確実にするために粉末供給装置および関連機器を修正しなければならないという点に見られる。この発明の設計は、これらの厄介な問題を未然に防ぐ。この急勾配のテーパ角度はまた、低温プレス中にプランジャ６６および端子スタッド４６を誘導するのに役立つ。

絶縁体１２の強度および誘電特性を最大にすることに加え、テーパ付き抑制器シールパック５４は、中心電極ヘッド６２の周りに設けられたシールの気密品質も高める。より具体的には、図２Ｄに示すような高温プレス動作中、溶かされた層５２、５６、５８にかかる力は、ヘッド隙間ＨＣの減少区域内に集中する。これは、ヘッド隙間ＨＣの間隙空間に溶けた下方ガラスシール層５８を高圧力で押込んで、ヘッド６２の下側が載置する内部棚部７４に密着させることをもたらす。その結果、動作時、中央通路２８は燃焼ガス漏れに対して永続的に密封される。

この発明のテーパ付き抑制器シールパック５４の別の利点は、それが、直径がより大きく、ひいてはより頑強な端子スタッド４６の使用を可能にすることから生じる。小型エンジン用途を含む多数の用途では、重い点火コイルがスパークプラグ１０上で直接支持された、いわゆる「コイル・オン・プラグ」設計の使用への傾向がある。これらの重い設計は著しくより大きい捩じり応力を端子スタッド４６に加えるが、直径がより大きい材料の使用によって、その応力により良好に耐えることが可能である。芝生や庭用の動力工具に使用されるような小型エンジン用途は、高周波数振動を生成することで悪名高いが、それはより頑強な端子スタッド４６によってより良好に阻止され得る。この発明のテーパ付き抑制器シールパック５４は、より脆弱な小肩部区間ＳＳおよびノーズ区間２０における絶縁体１２の構造的完全性および誘電特性について妥協することなく、そのような直径がより大きい端子スタッド４６の使用を可能にする。直径がより大きい端子スタッド４６はまた、高圧プレス動作中に座屈しにくい。対照的に、先行技術の形式の直径が小さい端子スタッドは、高温プレス中に軟化して座屈する傾向があり、このためガラスパックへの荷重全般を減少させ、絶縁体に応力を与える。

上述の教示に鑑みてこの発明の多くの修正および変更が可能であることは明らかである。したがって、添付された特許請求の範囲内で、この発明が具体的な記載以外のやり方で実践され得ることが理解されるはずである。

この発明に従った、面取りされた移行部の上方の領域に配置された減少テーパを有する、上方の端子スタッドと下方の中心電極との間の抑制器シールパックを取入れたスパークプラグアセンブリの断面図である。 下方の中心電極と上方の端子スタッドとの間に内部焼成抑制器シールパックを形成するための一連の方法を簡略化した形で示す図であり、層状の抑制器シールパック用の好適な粒状材料で中央通路を充填するステップを示す図である。 下方の中心電極と上方の端子スタッドとの間に内部焼成抑制器シールパックを形成するための一連の方法を簡略化した形で示す図であり、各層を突き固めるステップを示す図である。 下方の中心電極と上方の端子スタッドとの間に内部焼成抑制器シールパックを形成するための一連の方法を簡略化した形で示す図であり、端子スタッドを所定の位置へと低温プレスするステップを示す図である。 下方の中心電極と上方の端子スタッドとの間に内部焼成抑制器シールパックを形成するための一連の方法を簡略化した形で示す図であり、最後に端子スタッドを用いて層状パックを高温プレスするステップを示す図である。 さまざまな重要な寸法関係を示す、この発明に従ったスパークプラグの下方部分の断面図である。 図３との比較用にさまざまな寸法関係を識別する、先行技術に従ったスパークプラグの下方部分の断面図である。

Claims (10)

1. スパーク点火式内燃機関用のスパークプラグであって、前記スパークプラグは、
   上方の端子端部、下方のノーズ端部、および前記端子端部とノーズ端部との間で長手方向に延びる中央通路を有する細長いセラミック絶縁体を備え、
   前記絶縁体は、前記端子端部に近接する略円形の大肩部と、前記ノーズ端部に近接する略円形の小肩部とを呈する外面を含み、前記大肩部は前記小肩部の直径よりも大きい直径を有しており、前記絶縁体はさらに、前記大肩部および小肩部の異なる直径間に面取りされた移行部を含み、前記スパークプラグはさらに、
   前記絶縁体の少なくとも一部を包囲する導電性のシェルを備え、前記シェルは少なくとも１つの接地電極を含んでおり、前記スパークプラグはさらに、
   前記中央通路に部分的に配置され、露出した上部ポストから前記中央通路内に埋込まれた底端まで長手方向に延びる導電性の端子スタッドと、
   前記中央通路に部分的に配置され、前記中央通路内に収容されたヘッドと前記接地電極に近接する露出したスパーキングチップとの間で長手方向に延びる導電性の中心電極とを備え、前記ヘッドは前記中央通路内で前記端子スタッドの前記底端から長手方向に間隔を置かれており、前記スパークプラグはさらに、
   前記中央通路に配置され、前記端子スタッドの前記底端を前記中心電極の前記ヘッドと電気的に接続してそれらの間に電気を通しつつ、前記中央通路を密封して前記スパークプラグからの無線周波数ノイズ放射を抑制する抑制器シールパックを備え、前記抑制器シールパックは、前記端子スタッドの前記底端にある第１の断面積と、前記中心電極の前記ヘッドにある第２の断面積とを有しており、前記第１の断面積は前記第２の断面積よりも大きく、
   前記抑制器シールパックは、大きい方の前記第１の断面積から小さい方の前記第２の断面積へと漸進的に移行するための減少テーパを含み、前記減少テーパは、その最高限度が前記端子スタッドの前記底端によって限られ、その最低限度が前記面取りされた移行部によって限られた領域内に長手方向に配置されている、スパークプラグ。
2. 前記シェルは、前記絶縁体を前記大肩部と前記小肩部との間で圧縮された状態で配置するために、前記絶縁体の前記大肩部および小肩部とそれぞれ押圧接触する上方圧縮フランジおよび下方圧縮フランジを含む、請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記減少テーパは、垂直な基準線に対して６０°以上傾斜した略円錐形の側壁を有する、請求項１に記載のスパークプラグ。
4. 前記減少テーパは、前記大肩部と前記面取りされた移行部との間に長手方向に配置されている、請求項３に記載のスパークプラグ。
5. 前記抑制器シールは、前記端子の前記底端および前記中心電極の前記ヘッドとそれぞれ接触する上方導電性ガラス端部および下方導電性ガラス端部を含む、請求項１に記載のスパークプラグ。
6. 前記抑制器シールは、前記面取りされた移行部と前記小肩部との間に長手方向に配置される基底を有する、請求項１に記載のスパークプラグ。
7. 前記中央通路は、前記中心電極の前記ヘッドを載置するための内部棚部を含む、請求項１に記載のスパークプラグ。
8. 前記棚部は、前記小肩部と前記面取りされた移行部との間に長手方向に配置されている、請求項７に記載のスパークプラグ。
9. 前記中心電極の前記ヘッドは、０．０４０″〜０．０７０″の範囲の長手方向ヘッド厚さを規定する略円筒形の外壁を有する、請求項１に記載のスパークプラグ。
10. 前記中心電極は、その前記ヘッドと前記スパーキングチップとの間に延びる一体型の単一構造を備える、請求項１に記載のスパークプラグ。

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