JP2009545856A - 一体型のシェルの高位置にねじ部を有するスパークプラグ - Google Patents

Abstract

内燃機関内のガスに点火するためのスパークプラグが開示される。スパークプラグは、中心電極と、絶縁体と、一体成型されたシェルと、端子とを有する。中心電極は、エネルギ源と連通している。絶縁体は、中心電極を包囲している。一体成型されたシェルは、シェル内に絶縁体を固定するために絶縁体を包囲しかつ絶縁体と接触しており、シェルは、第１の端部付近の複数のねじ山と、シェルに取り付けられかつ第２の端部で中心電極の先端と位置合わせされてスパークギャップを画成する接地電極と、を有する。さらに、座部が、エンジンに対してシェルを封止するために、シェル内の複数のねじ山と接地電極との間に形成されている。端子は、中心電極と連通している第１の端部と、エネルギ源に接続するためのコネクタ部を有する第２の端部と、を有する。

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、２００６年８月３日に出願され、その全体が引用により本願明細書に援用される、米国仮特許出願第６０／８２１３４３号に関し、その優先権を主張する。

発明の背景
発明の分野
本発明は、一般にスパークプラグに関し、より詳しくは、延長したシェルと絶縁体と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の混合気に点火するための手段を提供するために長年使用されてきた。スパークプラグは、特定のエンジン設計や環境に適合するように多くの形をとってきた。一般に、スパークプラグは、絶縁体によって包囲された中心電極を有し、この絶縁体は、金属ハウジングすなわちシェル内に配置されかつこれによって捕捉されている。シェルは、通常、エンジンブロック内の孔部ねじ山に合致した複数のねじ山を有する。これらのねじ山により、従来の道具を使用して、スパークプラグを孔部に螺合させることができる。さらに、シェルは、中心電極に近接したシェルの端部から延びる接地電極を含む。接地電極は、中心電極と共にスパークギャップを画成している。シェルはまた、スパークギャップからエンジンブロックへの電気的な接地経路を提供する接地シールドとしても機能する。

スパークプラグは、エンジンシリンダヘッドに対して着座しまたはこれを封止して、燃焼室を封止し、燃焼ガスがシリンダヘッド内のスパークプラグ穴部を通って漏れるのを防ぐ。一般に、座部は、ねじ山の上方に位置づけられており、スパークプラグの取り付けの間ガスケットを保持するために、ねじ山に対して締り嵌めするシーリングガスケットと結合されている。

多数の弁、燃料噴射点、プラグ点火システムのコイル、燃焼に関連したセンサおよび他の特色を採用しているエンジン設計では、ますます、燃焼室に直近のシリンダヘッド内の空間、特に燃焼室より上の空間、に対する要求事項が増え、これにより、今度は、特に、スパークプラグが燃焼室および燃焼ガスにさらされているスパークギャップに近接したスパークプラグの下部においては、スパークプラグのために必要とされる空間エンベロープを最小にすることが望ましくなっている。

空間が制限されている用途においては、スパークプラグがスパーク端部に利用できる空間エンベロープが制限されることに加え、より高いエンジン動作温度が好まれる傾向もある。この傾向のため、この制限された空間エンベロープ内で動作しているスパークプラグがさらされる温度が上昇するため、スパークプラグの動作や関連する燃焼プロセスから生じる熱を除去するスパークプラグの能力を、改善することが望ましい（すなわちより低温のスパークプラグが必要とされる）。

スパークプラグのための更なる一般的な要求事項は、スパークプラグが、長期間にわたるエンジンおよび車両の動作の間、例えば５０，０００あるいは１００，０００マイルの動作の間でさえ、交換なしで動作できるということである。

これらの空間の制限があるために、必要な空間エンベロープおよび熱除去特性を達成するのに、より小さな（例えば、１２ｍｍ、１０ｍｍ、および更に小さな）直径を有するスパークプラグが使用されるようになった。しかし、より小さな直径のスパークプラグの製造には、例えば絶縁体や電極材料などの様々なスパークプラグ構成部品の性能および製造に伴う他の課題がある。

更なる手法は、スパークプラグシェルを延長させて、より大きい上方部（例えば、１６ｍｍ）を維持するというものであった。なぜならば、制限された空間エンベロープに対する要求事項を満たすために直径を低減しかつ燃焼室までシェルを延長させる一方で、燃焼室から離れたところにあるヘッド内には、しばしば、より大きい直径を収容するのに利用できる空間が依然としてあるからである。このようなスパークプラグの１つの構成が、Ｂｅｌｏｗに対する米国特許第５９１８５７１号に説明されており、これは、シェルが、絶縁体のための保持器と接地シールドとでできた２片構造になっている、延長したシェルのスパークプラグを説明している。Ｂｅｌｏｗは、絶縁体およびその包含された中心電極が円筒シェル形接地シールド内へ軸方向に通されていることを教示することによって、上記構造を説明している。接地シールドの末広がりの切頭円錐形フランジが絶縁体の肩と係合し、次いで、円筒状シェル保持器が反対端から絶縁体の上を通され、円筒状シェル保持器の内部切頭円錐形棚が絶縁体の第２の肩と係合する。次いで、保持器の一部がフランジの周りで径方向に潰されて、接地シールドと保持器とをそれらの間に捕捉された絶縁体と共に固定する。この形成された部分もまた、スパークプラグのための座部として機能する。Ｂｅｌｏｗは、上記構造の材料に関しては特定していないが、Ｂｅｌｏｗの構成および構造を有する商品が、スチール製の保持器や接地シールド用のより高温に耐える合金（例えばインコネル６００（Ｉｎｃｏｎｅｌ６００）など）を利用していることが確認されている。この２片構造は、スパークプラグ内に更なる機械的圧縮接続部（これは、関連する破損の可能性を有する）があることに関連してＦａｉｌｕｒｅ Ｍｏｄｅｓ Ｅｆｆｅｃｔｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＦＭＥＡ）などの標準信頼性解析を使用した場合、付随する信頼性懸念に関連する懸念を有する。さらに、２つの部分に関連した製造上の差異を受けやすい成形部品上に、スパークプラグ座部を配置することにより、それに伴って座部にばらつきがでることがあり得、これは、座部およびスパークプラグの性能ならびにスパークプラグが据付けられるエンジンの性能に影響を及ぼす可能性を有する、と考えられる。

一方、延長したシェルと絶縁体とを有するこのような従来技術のスパークプラグ設計は、それらの意図された目的を達成してきた。したがって、過剰な熱を効果的に放散させつつ、内燃機関の過酷な環境に耐えるのに十分耐久性のある、空間エンベロープの諸制限を満たすように構成されたスパークプラグに対する必要性が存在する。

内燃機関内のガスに点火するためのスパークプラグが提供される。該スパークプラグは、エネルギ源と連通している中心電極と、中心電極を包囲している絶縁体と、一体型のシェルであって、該シェル内に絶縁体を固定するために絶縁体を包囲しかつ絶縁体と接触しているシェルと、を有し、該シェルは、中間部分付近の複数のねじ山と、シェルに取り付けられかつ第２の端部で中心電極の先端と位置合わせされてスパークギャップを画成する接地電極と、を有する。座部が、エンジンに対してシェルを封止するために、シェル内の上記複数のねじ山と上記接地電極との間に形成されている。さらに、端子は、中心電極と連通している第１の端部と、エネルギ源に接続するためのコネクタ部を有する第２の端部と、を有する。

本発明の一態様では、スパークプラグは、一端における端子と反対端におけるスパーク面を有する中心電極とを備える中心電極アセンブリと；中心電極アセンブリを包囲してい
る全体として管状の絶縁体と；一体型の延長したシェルであって、絶縁体を包囲しており、かつ延長したシェルの長さに沿って、第１の端部上の形成された肩と、取付部分と、ねじ部と、形成された肩から離れた方の端部にテーパ付き座部を有する本体部分と、バレル延長部と、該バレル延長部に取り付けられておりかつスパークギャップを形成するためにスパーク面から間隔を置かれている第２の端部の接地電極であって、該接地電極が熱伝導性コアを有する、接地電極と、を有する、延長したシェルと；を含み、スパークプラグは約２００を超えるＩＭＥＰヒートレーティングを有する。本発明の別の態様では、絶縁体は、スパークギャップに近接した第１の端部付近に円錐状表面を有する。

本発明の更に別の態様では、絶縁体は、それぞれが異なる直径を有する、複数の区分を有する。

本発明の更に別の態様では、座部と中心電極の先端との間に配置された絶縁体の区分は、該絶縁体の区分のほぼ全長にわたってシェルと接触している。

本発明の更に別の態様では、ギャップが、中心電極の先端に近接して絶縁体とシェルとの間に画成される。

本発明の更に別の態様では、座部は切頭円錐形（ｆｒｕｓｔａｃｏｎｉｃａｌ）の形状を有する。

本発明の更に別の態様では、シェルは、道具と係合するために第１の端部に形成された六角形のヘッドを有する。

本発明の更に別の態様では、シェル内の環状溝が幅の狭い壁を画成し、該環状溝は座部と複数のねじ山との間に配置されている。

本発明の更に別の態様では、絶縁体の一区分がシェルの外に配置されている。
本発明の更に別の態様では、コネクタが、シェルの外に配置された絶縁体の区分の高さの１／３以下の高さを有する。

本発明の更に別の態様では、高温のロックシールが、上記本体部分から形成され、かつ本体部分と絶縁体との間に位置づけられる。

本発明の更に別の態様では、絶縁体は、上記シェルの巻き込まれた肩と上記端子との間に少なくとも０．９０インチの距離を有する。

本発明の更に別の態様では、接地電極はＮｉ合金を含み、熱伝導性コアはＣｕ合金を含む。

本発明の更に別の態様では、中心電極は熱伝導性コアを含む。
本発明の更に別の態様では、中心電極はＮｉ合金を含み、熱伝導性コアはＣｕ合金を含む。

本発明の更に別の態様では、中心電極および接地電極は、スパーク先端を更に含む。
本発明の更に別の態様では、スパーク先端は、金、金合金、白金族金属、またはタングステン合金のうちの１つを含む。

本発明の更に別の態様では、白金族金属は、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウムおよびレニウムからなる群から選択された少なくとも１つの元素を含む。

本発明の更に別の態様では、白金族金属は、ニッケル、クロム、鉄、マンガン、銅、アルミニウム、コバルト、タングステン、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウム、ランタン、セリウムおよびネオジムからなる群から選択された少なくとも１つの元素を、更に含む。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面に関連して検討されると更に容易に理解されるであろう。

本発明の実施形態によるスパークプラグの断面図である。 本発明の実施形態による絶縁体の断面図である。 本発明の実施形態による、接地電極を取り付ける前のシェルの断面図である。 本発明の実施形態による、接地電極を取り付けた後のシェルの正面図である。 本発明の実施形態による端子の断面図である。 本発明の実施形態による中心電極の正面図である。 本発明の実施形態による、スパーク先端を中心電極のスパーク端部に取り付けた状態の中心電極の正面図である。 図７のスパーク先端の拡大図である。 本発明の実施形態によるシェルの接地電極およびバレル部分の部分断面図である。 本発明の実施形態による絶縁体および端子アセンブリの断面図である。

好ましい実施形態の詳細な説明
図（複数の図の全体にわたって、同様の数字は同様の部分または対応する部分を示す）を参照すると、主題発明によるスパークプラグが、図１において全体として１０で示されている。スパークプラグ１０は、全体として１２で示される絶縁体と、全体として２４で示される延長したシェルと、全体として１６で示される中心電極アセンブリと、を含む。延長したシェル２４は、好ましくはスチールの合金（すなわち１２１５ｓｔｅｅｌ）または類似の材料でできており、下記に詳述されるように、絶縁体１２と中心電極アセンブリ１６とを保持または捕捉するように、構成されている。絶縁体１２は、アルミナまたは類似の材料でできている、全体として円筒形の細長い部材である。シェル２４は、更に後述するように、シェル２４から延びる接地電極２６を含む区分を有する。図１は、ほとんど完全に組み立てられた状態であるが、本願明細書において説明されるようにシェルと絶縁体とを共に高温ロックする前の、スパークプラグ１０を図示している。本願明細書において説明されるように高温ロックした後の完全に組み立てられた状態で、シェル２４の座屈ゾーン３２は、この要素の上下のシェル２４の部分を圧迫して絶縁体１２と押圧係合させる圧縮力の印加と相俟って、この要素の加熱に応じて少なくとも部分的に潰れる。全般に、以下の諸要素の説明は、特に絶縁体１２とシェル２４の諸部分の係合に関しては、完全に組み立てられた状態で（すなわち、高温ロックが行われたものとして）行う。

図１および図２を参照すると、スパークプラグ１０は、指定の絶縁耐力と、高い機械的強さと、高熱伝導性と、熱衝撃に対する優れた抵抗力と、を有する、好ましくはアルミナまたは他の適切な材料からできている、管状のセラミック絶縁体（全体として１２で示される）を含む。絶縁体１２は、周知のプロセスを使用して極圧下で乾燥成形され、次いで、高温で焼結させられてもよい。絶縁体１２は、部分的に露出した上部マスト部分１４を含み得る外面を有し、この上部マスト部分１４を、エラストマースパークプラグブーツ（
図示せず）が包囲および把持して、点火システムとの動作電気接続を維持する。図１に示すように、露出したマスト部分１４は、スパークまたは二次的な電圧「フラッシュオーバ」に対する更なる保護を提供するために、およびエラストマースパークプラグブーツとのグリップを改善するために、一連のリブ（図示せず）を含むことができる。絶縁体１２は、全体として管状または環状の構造であり、端子端部２０に近接した上部１９とコアノーズ端部２２に近接した下部２１との間に長手方向に延在する中央通路１８を含む。中央通路１８は、一般に端子端部２０においてまたは端子端部２０に隣接したところで最も大きく、コアノーズ端部２２においてまたはコアノーズ端部２２に隣接したところで最も小さい、異なる断面積を有する。再度図１および図２を参照すると、全体として管状の絶縁体１２は、後述する中心電極アセンブリ１６を包囲している。絶縁体１２は、全体として、異なる直径を有する連続した一連の管状区分６０を含む。これらの区分は、端子スタッド４０のスタッド部４１を包囲する、第１の絶縁体区分６２を含む。この第１の絶縁体区分６２は、第１の絶縁体の肩６３へと移行し、この第１の絶縁体の肩６３は、本願明細書において説明されるシェル２４の形成された肩３０と押圧係合し、今度は、第２の絶縁体区分６４へと移行する。第２の絶縁体区分６４は、第１の絶縁体区分６２の直径より大きい直径を有し、本願明細書において説明されるように、第１のシェル区分７２内に収容される。第２の絶縁体の肩６５は、第１のシェル肩７３と押圧係合し、第３の絶縁体区分６６へと移行する。第３の絶縁体区分６６は、第２の絶縁体区分６４の直径未満の、好ましくは第１の絶縁体区分６２の直径未満の、直径を有し、第２のシェル区分７４内に収容される。第３の絶縁体の肩６７は、第２のシェル肩２８と押圧係合し、第４の絶縁体区分６８へと移行する。第４の絶縁体区分６８は、第３の絶縁体区分の直径未満である直径を有する。第４の絶縁体区分６８は、第３のシェル区分７６内に収容され、かつテーパ付きコアノーズ区分６９を含む。第４の絶縁体区分６８およびこれのコアノーズ区分６９は、中心電極４８の大部分を収容する。電極が、シェル２４のバレル延長部３５から延び、スパークギャップ５４に近接している。第４の絶縁体区分６８およびバレル延長部は、スパークプラグから熱を除去する際に重要な役割を果たし、これらの構成部品の熱伝達特性は、本願明細書において説明するように、スパークプラグの動作温度およびスパークプラグのＩＭＥＰレーティングを確立する際に、重大な役割を果たす。第４の絶縁体区分６８および第３のシェル区分７６は、十分に近接して配置され、本願明細書において説明するように、第４の絶縁体区分から第３のシェル区分を介して熱を除去する効果をもたらす。絶縁体１２はまた、本願明細書において説明するように、絶縁体１２およびシェル４８が高温ロックされた際に座屈ゾーン３２の一部を収容するようになっている、ポケット８０を含むことが好ましい。

全体として図１、図３および図４に表されるように、導電性の、好ましくは金属製の、延長したシェルが、全体として２４で示されている。延長された１６ｍｍのスパークプラグの例によって、シェル２４は、約１．２インチ以上程度の全長を有し得ることになる。延長したシェル２４は、１２１５スチールなどの様々なコーティングされたおよびコーティングされてない合金鋼を含む、任意の適切な金属からできていてよい。シェル２４は、めっきによってコーティングされてもよく、または、他の方法でＮｉもしくはＮｉ合金などの保護用コーティングを有してもよい。延長したシェル２４は、本願明細書において説明するように、絶縁体１２の外部面を包囲しかつ絶縁体１２の外部面に押圧およびシール係合するようになっている、全体として環状の内部面すなわち孔部７０を有し、かつ少なくとも１つの取り付けられた接地電極２６を含む。シェル２４は、絶縁体１２の第２の絶縁体区分６４と、第３の絶縁体区分６６と、第４の絶縁体区分６８と、を含む、下部区分を包囲し、かつ少なくとも１つの接地電極２６を含む。接地電極２６は、図４において曲げる前の様子が、図１において従来の単一のＬ字形の様式が表されているが、所望の接地電極構成およびスパークプラグ１０のための意図された用途に従って、Ｌ字形の、まっすぐな、または曲がった構成の複数の接地電極に置換され得ることを理解されたい。

延長したシェル２４は、これの本体区分内に全体として管状または環状の孔部７０を有し、かつ絶縁体１２の第３の絶縁体の肩６７に圧接して支承されるようになっている内側下部圧縮フランジすなわち第２の肩２８を含む。延長したシェル２４は、絶縁体１２の第１の絶縁体の肩６３に圧接して支承されるように組立作業の間に圧着または形成された、上部圧縮フランジすなわち形成された肩３０を更に含む。これは、形成された肩３０を生成するために変形する前の状態で図３および図４に示されている、肩部分２９から形成される。延長したシェルは、また、変形可能ゾーン３２を含むことができる。この変形可能ゾーン３２は、形成された肩３０を変形する間またはその変形に続いて変形可能ゾーン３２が加熱され、それに伴って圧倒的な軸圧縮力が印加されると、それに応じて軸方向および径方向内側に潰れるように設計および適合されており、その結果、絶縁体１２に関して固定された軸方向位置に延長したシェル２４を保持し、絶縁体１２と延長したシェル２４との間に気密のラジアルシールを形成するようになっている。ガスケット、セメントまたは他のシーリング材が、絶縁体１２とシェル２４との間に挿置され得、組み立てられたスパークプラグ１０の気密シールを完成しかつ構造上の完全性を改善することができる。

シェル２４には、燃焼室開口部内にスパークプラグを着脱するための道具を受け入れる六角形体３４または他の特徴的形状などの、取付部分３４が設けられている。この特徴的形状の寸法は、関連用途のためのこのタイプの業界標準道具寸法に適合することが好ましい。六角形の寸法は、関連用途のための業界標準に従う。もちろん、いくつかの用途は、標準スパナレンチを受け入れるスロットなど、道具を受け入れる六角形以外の、インターフェース、またはレース用スパークプラグや他の用途ならびに他の環境において公知であるような他の特徴を必要としてもよい。ねじ部３６が、取付部分３４の下方に形成されて、エンジンのシリンダヘッド内のねじ穴と係合するために使用される。ねじ部３６の直下には、本体部分３７がある。本体部分３７は、形成された肩３０から離れたところに位置する端部に、シール座部３８を有する。座部３８は、適切なインターフェースを提供するガスケット（図示せず）と対になった角のある肩であってよく、このインターフェースに当たることで、スパークプラグ１０がシリンダヘッド内に着座し、かつシェル２４の外面と燃焼室開口部（図示せず）内のねじ穴との間の空間の高温ガスシールを提供する。あるいはまた好ましくは、シール座部３８は、シェル２４の本体部分３７の下端部に沿って位置づけられたテーパ付き座部を有するように設計されることができ、シリンダヘッド（これもまた、通常、この様式のスパークプラグのためのつがいになるテーパを有して設計される）内に精密公差および自己密封式の据え付けを提供することができる。シール座部３８の下方には、バレル延長部３５が配置されている。バレル延長部３５は、概して約０．４０インチ未満の外径と約０．０６０インチの壁厚とを有し、長さ０．８５インチ程度であることができ、そのために、スパークプラグ１０が、燃焼室に近接したところの低減された空間エンベロープ要求事項を満たすことができるようになり、その一方で、スパークプラグ１０の他の構成部品との必要なインターフェースもまた提供することができる。バレル延長部３５の自由端には、接地電極２６が取り付けられている。

図３および図４にて図示したように、延長したシェル２４は、形成された肩３０からバレル延長部３５の自由端へと次第に低減される異なる直径の区分を有する、環状の孔部７０を有する。これらの区分は、形成された肩３０と取付部分３４とに関連した第１のシェル区分７２を含む。第１のシェル区分７２から延びているのは、第１のシェル肩７３であり、この第１のシェル肩７３は、第２の絶縁体の肩６５と押圧係合するようになっており、今度は第２のシェル区分７４へと移行する。第２のシェル区分７４は、ねじ部３６と形成された肩３０の方に位置する上記本体部分３７の端部とに関連している。第２のシェル区分７４から延びているのは、第２のシェル肩２８であり、この第２のシェル肩２８は、第３の絶縁体の肩６７と押圧係合するようになっている。第２のシェル肩２８は、第３のシェル区分７６へと移行し、この第３のシェル区分７６は、形成された肩３０から離れた方の上記本体部分３７の上記端部とバレル延長部３５とに関連している。

図１に示すように、導電性端子スタッド４０が、絶縁体１２の中央通路１８内に部分的に配置されており、露出した頂部柱３９から中央通路１８の下方の途中まで埋設された底端部４１へと、長手方向に延びている。頂部柱３９は、約０．３５インチの低減された高さを有する小型の柱であってよく、または、より従来通りの高さを有してもよい。頂部柱３９は、点火ワイヤ端子（図示せず）に接続するようになっており、スパークギャップ５４内にスパークを発生させることによってスパークプラグ１０を点火または動作させるために必要な、高電圧電気のタイミングを合わせた放電を受け入れる。

端子スタッド４０の底端部４１は、導電ガラスシール４２内に埋設され、複合３層抑制器シールパックの最上層を形成している。導電ガラスシール４２は、端子スタッド４０の底端部４１を封止しかつ該底端部４１を抵抗体層４４に電気的に接続するように、機能する。３層抑制器シールパック４３の中心層を備えるこの抵抗体層４４は、任意の適切な組成からできていてよい。このような抵抗体層４４は、使用される点火システムの推奨される据え付けやタイプに従って、より従来通りの抵抗体抑制器として、あるいは低抵抗体として、機能するように設計され得る。抵抗体層４４の直下において、更なる導電ガラスシール４６が、抑制器シールパック４３の底層すなわち下部層を成し、端子スタッド４０と抑制器シールパック４３とを中心電極４８に電気的に接続する。最上層４２および底層４６は、同一の導電材料または異なる導電材料からできていてよい。ガラスおよび他のシールならびにＥＭＩ抑制器の多くの他の構成が周知であり、また、本発明に従って使用されることもできる。したがって、点火システムからの電気は、端子スタッド４０の底端部４１を通って導電ガラスシール４２の頂部へ行き、抵抗体層４４を通って、下部の導電ガラスシール層４６へと移動する。

図１に示すように、導電性中心電極４８は、中央通路１８内に部分的に配置されており、下部ガラスシール層４６内に収容された中心電極４８のヘッドから、接地電極２６に近接している中心電極４８の露出したスパーク端部５０へと、長手方向に延びている。抑制器シールパック４３は、端子スタッド４０と中心電極４８とを電気的に相互接続し、その一方で同時に、中央通路１８を燃焼ガス漏れから封止し、更にスパークプラグ１０からの無線周波ノイズの放出を抑制する。示されているように、中心電極４８は、これ自体のヘッドとこれ自体のスパーク端部５０との間に連続的かつ途切れずに延びる、一体型の一体構造であることが好ましい。導電性中心電極４８は、高熱伝導性および高温強度と耐食性とを兼ね備えた導電性材料から形成されることが好ましい。導電性中心電極４８のための適切な材料としては、様々なＮｉベースの合金があり、これには、様々なニッケル−クロム−鉄合金（例えば、一般にＵＮＳ Ｎ０６６００によって指定され、登録商標Ｉｎｃｏｎｅｌ６００（登録商標）、Ｎｉｃｒｏｆｅｒ７６１５（登録商標）およびＦｅｒｒｏｃｈｒｏｎｉｎ６００（登録商標）の下で販売されているもの）、ならびに、様々な低濃度ニッケル合金（少なくとも９２重量パーセントのニッケルと；アルミニウム、シリコン、クロム、チタンおよびマンガンからなる群からの少なくとも１つの元素とを備えるもの）が含まれる。これらの合金は、また、合金の特定の高温特性を改善するために、例えばイットリウム、ハフニウム、ランタン、セリウムおよびネオジムからなる群から選択された少なくとも１つの希土類元素などの、希土類合金添加物を含んでよい。これらの合金は、また、更にこれらの合金の高温特性を高めるためにジルコニウムおよびホウ素の少量を組み入れることができる。このことは、２００７年６月１８日に出願され、本発明の譲受人に譲渡された、同時係属中の米国特許出願第１１／７６４５１７号および同第１１／７６４５２８号（それぞれ、代理人整理番号７１０２４０−２６８６および７１０２４０−２７６３）において説明されており、これらの全体がこの参照により本明細書に組み込まれる。

接地電極２６および中心電極４８のうちのどちらか一方または両方に、熱伝導性コアを
設けることもできる。このコア２７は、接地電極２６の場合には、図１および図９に示されている。中心電極４８の場合、このコアは、図７および図８のコア４９として示されている。熱伝導性コアは、例えば銅もしくは銀またはこれらのうちどちらかの様々な合金などの、高熱伝導性（例えば、≧２５０Ｗ／Ｍ＊°Ｋ）の材料からできている。高熱伝導性コアは、ヒートシンクとして機能し、スパークプラグ１０の動作中および関連する燃焼プロセスの間、スパークギャップ５４領域から熱を抜き取るのを助け、それによって、この領域内の電極の動作温度を低下させ、本願明細書において説明される電極の性能および劣化プロセスに対する耐性を更に改善する。

図１、図７および図８に示すように、点火先端部５２が、任意選択で、中心電極４８のスパーク端部５０に位置づけられ得る。点火先端部５２は、スパークギャップ５４を横切って電子を放出するためのスパーク面５３を提供する。中心電極４８のための点火先端部５２は、任意の公知の技術に従って作られることができる。この公知の技術には、金、金合金、白金族金属またはタングステン合金を含むがこれに限定されない、任意の公知の貴金属または高性能合金から作られたパッド状、ワイヤ状、またはリベット状の部材を、抵抗溶接、レーザ溶接またはこれらの組み合せを様々に組み合わせることによってルースピース形成し、その後、取り付けることが含まれる。金合金には、例えばＡｕ−４０Ｐｄ（重量パーセント）合金などのＡｕ−Ｐｄ合金が含まれる。白金族金属には、以下のものが含まれる：白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウムおよびレニウム、ならびにこれらの様々な合金を任意に組み合わせたもの。この用途では、特定の白金族金属の高融点および他の高温特性と類似したレニウムの高融点および他の高温特性に基づき、レニウムもまた、白金族金属の定義に含まれるものとする。点火先端部５２はまた、Ｗ−Ｎｉ、Ｗ−ＣｕおよびＷ−Ｎｉ−Ｃｕ合金を含む、様々なタングステン合金から作られ得る。点火先端部５２で使用するための更なる合金元素には、これらに限られないが、ニッケル、クロム、鉄、マンガン、銅、アルミニウム、コバルト、タングステン、ジルコニウムならびにイットリウム、ランタン、セリウムおよびネオジムを含む希土類元素が含まれ得る。実際、燃焼環境において良好な侵食および腐食性能を提供するいかなる材料も、点火先端部５２の材料組成に使用するのに適切であり得る。さらに、点火先端部５２は、上述したような貴金属または高性能合金であるスパーク面５３を含む、中心電極４８から離れて位置する自由端部と、一方のベース端で中心電極４８に取り付けられかつ他端で自由端部に取り付けられた、ベース端部と、を有する複合点火先端部５２であってもよい。ベース端部は、例えば本願明細書において説明するＮｉベースの電極材料などの、自由端部への取り付けに適した任意の材料であってよい。自由端部およびベース端部は、例えば様々な形の溶接などの任意の適切な結合方法で、共に結合され得る。自由端部およびベース端部として使用するために選択される材料と、採用される結合方法とに従って、複合スパーク先端５２はまた、自由端部とベース端部との間に接続部を有する。この接続部は、自由端部およびベース端部のために選択された材料と、上記接続部を形成するのに使用される方法とに従って、自由端部のために使用される材料の熱膨脹率（ＣＴＥ）とベース端部のために使用される材料のＣＴＥとの間の、またはこの範囲外の、ＣＴＥを有することができる。この複合または多層スパーク先端構造は、ワイヤまたは頭付きリベットとして形成され得る。上記先端構造および上記先端構造を製作し使用する方法は、さらに、２００６年１１月２０日に出願され、本発明の譲受人に譲渡された、同時係属中の米国特許出願第１１／６０２０２８号；同第１１／６０２１４６号；および同第１１／６０２１６９号（それぞれ、代理人整理番号ＩＧ−４０４７２−１（７１０２４０−２９９９）、ＩＧ−４０４７２−２（７１０２４０−３０００）およびＩＧ−４０４７２−３（７１０２４０−３０４０））において説明されており、これらの全体がこの引用により本願明細書に組み込まれる。これらのスパーク先端は、全ての貴金属または高性能合金先端と比較して低減された材料コストを含む、数多くの利点を有する。これらのスパーク先端は、また、中心電極または接地電極により容易に溶接される。これは、ベース端が、例えば様々なニッケル基合金などの、上記電極を作製するために使用した同一のまたは類似の合金から形成さ
れ得るからである。これらのスパーク先端が電極自体と同一のまたは類似の合金から作製され得るため、上記スパーク先端ではまた、ＣＴＥのミスマッチが著しく低減され、これによって、スパーク先端のベース部と電極との間のインターフェースの、熱応力や熱サイクル由来のクラッキングや破損に対する耐性が改善される。

おそらく図１に最も良く示されるように、接地電極２６は、シェル２４に隣接する係止された端部５６からスパークギャップ５４に隣接する遠位端５８まで延びている。接地電極２６は、銅または他の熱伝導性材料コアを包囲する（図１および図９を参照）ニッケル基合金ジャケットを含む、典型的な矩形の断面を有することができる。

スパークプラグ１０は、約２１２の業界標準ＩＭＥＰレーティングを示している。この構造のスパークプラグは、特に上述のタイプの、コアを有する中心電極および接地電極を組み込むことによって、ごく普通に２００以上のＩＭＥＰレーティングを達成すると考えられている。スパークプラグ１０はまた、２片シェル構造と、シェルの一部に高温合金を使用しなければならないことを含む、本願明細書において説明される２片シェル構造に関連した潜在的制限事項とを回避する。これらは、著しい信頼性とコスト上の利点を提供すると考えられる。

一般に、端子アセンブリ１６の諸要素は、本願明細書において説明されるように、絶縁体内において組み立てられて、絶縁体および端子アセンブリ１７を形成する。絶縁体および端子アセンブリ１７は、本願明細書において説明されるように、シェル２４の端部の形成可能区分２９に挿入され、上記端部において捕捉される。これには、２片シェルが採用される場合（この場合、スパークプラグシェルを形成するためには、個別のシェル部分が絶縁体の両端部から挿入され、共に結合されなければならない）に使用される組立方法とは対照的に、単一の端部から挿入し組み立てを行うという効果がある。

以上の本発明は、関連する法定標準に従って説明した。したがって、この説明は、本質的に制限するものではなくむしろ例示的なものである。開示した実施形態に対する変形および修正が当業者に明らかとなり得、かつ本発明の範囲内に入り得る。したがって、本発明に与えられる法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を研究することによってのみ決定され得る。

Claims (23)

1. スパークプラグであって、
   一端における端子と反対端におけるスパーク面を有する中心電極とを備える中心電極アセンブリと；
   前記中心電極アセンブリを包囲している全体として管状の絶縁体と；
   一体型の延長したシェルであって、前記絶縁体を包囲しており、かつその長さに沿って、第１の端部上に形成された肩と、取付部分と、ねじ部と、その形成された肩から離れた方の端部にテーパ付き座部を有する本体部分と、バレル延長部と、前記バレル延長部に取り付けられておりかつスパークギャップを形成するために前記スパーク面から間隔を置かれている第２の端部における熱伝導性コアを有する接地電極と、を有する、延長したシェルと；
   を備え、
   前記スパークプラグは約２００を超えるＩＭＥＰヒートレーティングを有する、
   スパークプラグ。
2. 前記取付部分が六角形のヘッドを備える、請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記本体部分から形成されかつ前記本体部分と前記絶縁体との間に位置づけられた、高温ロックシールを更に備える、請求項１記載のスパークプラグ。
4. 前記絶縁体は、前記シェルの巻き込まれた前記肩と前記端子との間に少なくとも０．９インチの距離を有する、請求項１記載のスパークプラグ。
5. 前記接地電極がＮｉ合金を備え、前記熱伝導性コアがＣｕ合金を備える、請求項１記載のスパークプラグ。
6. 前記中心電極が熱伝導性コアを備える、請求項１記載のスパークプラグ。
7. 前記中心電極がＮｉ合金を備え、前記熱伝導性コアがＣｕ合金を備える、請求項７記載のスパークプラグ。
8. 前記中心電極および前記接地電極のうちの少なくとも１つがスパーク先端を更に備える、請求項１記載のスパークプラグ。
9. 前記スパーク先端が金、金合金、白金族金属またはタングステン合金のうちの１つを備える、請求項８記載のスパークプラグ。
10. 前記白金族金属が、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウムおよびレニウムからなる群から選択された少なくとも１つの元素を備える、請求項９記載のスパークプラグ。
11. 前記白金族金属が、ニッケル、クロム、鉄、マンガン、銅、アルミニウム、コバルト、タングステン、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウム、ランタン、セリウムおよびネオジムからなる群から選択された少なくとも１つの元素を更に備える、請求項１０記載のスパークプラグ。
12. スパークプラグであって、
    一端における端子と反対端におけるスパーク面を有する中心電極とを備える中心電極アセンブリと；
    一体型の延長したシェルであって、この長さに沿って、第１の端部上に形成された肩と、取付部分と、ねじ部と、その形成された肩から離れた方の端部にテーパ付き座部を有する本体部分と、バレル延長部と、前記バレル延長部に取り付けられておりかつスパークギャップを形成するために前記スパーク面から間隔を置かれている、第２の端部における接地電極と、を有し、前記シェルが、前記形成された肩から前記第２端部へと次第に低減される異なる直径の区分を有する環状の孔部を有し、これらの区分が、前記形成された肩と前記取付部分とに関連する第１のシェル区分と、前記ねじ部と前記形成された肩に向かう方の前記本体部分の端部とに関連する第２のシェル区分へと移行する第１のシェル肩と、前記形成された肩から離れた方の前記本体部分の前記端部と前記バレル延長部とに関連する第３のシェル区分へと移行する第２のシェル肩と、を備え、前記接地電極が熱伝導性コアを有している、延長したシェルと；
    前記中心電極アセンブリを包囲している全体として管状の絶縁体であって、前記絶縁体が異なる直径の管状区分を有し、これらの異なる直径の管状区分が、前記端子を包囲する第１の絶縁体区分と、第１の絶縁体の肩であって、前記形成された肩と押圧係合しており、かつ第２の絶縁体区分であって前記第１の絶縁体区分の直径より大きい直径を有しかつ前記第１のシェル区分内に収容されている第２の絶縁体区分へと移行する、第１の絶縁体の肩と、第２の絶縁体の肩であって、前記第１のシェル肩と押圧係合しており、かつ第３の絶縁体区分であって前記第２の絶縁体区分の直径未満の直径を有しかつ前記第２のシェル区分内に収容されている第３の絶縁体区分へと移行する、第２の絶縁体の肩と、第３の絶縁体の肩であって、前記第２のシェル肩と押圧係合しており、かつ第４の絶縁体区分であって前記第３の絶縁体区分の直径未満の直径を有しかつ前記第３のシェル区分内に収容されている第４の絶縁体区分へと移行する、第３の絶縁体の肩と、前記バレル延長部から延びかつスパークギャップに近接している前記電極を収容しているテーパ付きコアノーズ区分と、を備え、前記第４の絶縁体区分および前記第３のシェル区分は、十分に近接して配置され、かつ前記第４の絶縁体区分から前記第３のシェル区分を介して熱を除去する効果をもたらす、全体として管状の絶縁体と；
    を備える、スパークプラグ。
13. 前記第４の絶縁体区分が、これ自体の長さに沿って、制御された最大直径方向真直度偏差を有する、請求項１２記載のスパークプラグ。
14. 前記最大直径方向直線度偏差が０．００８インチである、請求項１２記載のスパークプラグ。
15. 前記スパークプラグが少なくとも２００のＩＭＥＰヒートレーティングを有する、請求項１２記載のスパークプラグ。
16. 前記取付部分が六角形のヘッドを備える、請求項１２記載のスパークプラグ。
17. 前記本体部分から形成されかつ前記本体部分と前記第３の絶縁体との間に位置づけられている、高温ロックシールを更に備える、請求項１２記載のスパークプラグ。
18. 前記第１の絶縁体区分が前記シェルの巻き込まれた前記肩と前記端子との間に少なくとも０．９インチのフラッシオーバ距離を有する、請求項１２記載のスパークプラグ。
19. 前記接地電極がＮｉ合金を備え、前記熱伝導性コアがＣｕ合金を備える、請求項１２記載のスパークプラグ。
20. 前記中心電極および前記接地電極のうちの少なくとも１つがスパーク先端を更に備える、請求項１２記載のスパークプラグ。
21. 前記スパーク先端が金、金合金、白金族金属またはタングステン合金のうちの１つを備える、請求項２０記載のスパークプラグ。
22. 前記白金族金属が、白金、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウムおよびレニウムからなる群から選択された少なくとも１つの元素を備える、請求項２１記載のスパークプラグ。
23. 前記白金族金属が、ニッケル、クロム、鉄、マンガン、銅、アルミニウム、コバルト、タングステン、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウム、ランタン、セリウムおよびネオジムからなる群から選択された少なくとも１つの元素を更に備える、請求項２２記載のスパークプラグ。

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