JP2012501521A - セラミック電極、それを有する点火装置、およびそれらの構成方法 - Google Patents

Abstract

スパークプラグ、そのための中心電極、および構成方法が提供される。スパークプラグは、端子端部とノーズ端部との間を延在する略環状のセラミック絶縁体を有する。導電性シェルがセラミック絶縁体の少なくとも一部を包囲し、接地電極スパーキング表面を有する接地電極がシェルに作動的に取付けられている。細長い中心電極は、対向する端部間を延在する本体を有しており、本体は、導電性または半導電性のセラミック材料を圧縮し、焼結して構成されている。電極の端部のうちの一方は中心電極スパーキング表面を提供して、中心電極スパーキング表面と接地電極スパーキング表面との間にスパークギャップを提供する。

Description

発明の背景
１．発明の分野
この発明は一般に、内燃機関用点火装置に関し、より特定的には、そのための電極に関する。

２．関連技術
スパークプラグとは、内燃機関の燃焼室内に延在し、スパークを生成して空気と燃料との混合物に点火する、スパーク点火装置である。スパークプラグは通常、外側のセラミック絶縁体を有しており、それは、絶縁体を部分的に通って発火先端部へと延在する中心電極、および外側の金属シェルから延在する接地電極といったスパークプラグの他の部品とは別個に作製され、焼成される。絶縁体内の電極の発火端部とは逆の端部に、別個の抵抗器部品が一般に結合されている。この抵抗器は無線周波数（ＲＦ）電磁放射を抑制するよう作用するが、ＲＦ電磁放射は、抑え損なうと、無線信号への干渉を含め、他の電気信号の送信に影響を及ぼすおそれがある。通常、中心電極および接地電極の間隔をおいた発火端部間の発火ギャップに、抵抗器が接近して配置されるほど、良好である。なぜなら、ここはスパークが生成されるところであり、したがってＲＦ電磁放射の生成にとって主要な場所であるためである。

エンジン技術における最近の進展は、エンジン効率および性能の改良を達成するために、より高いエンジン動作温度をもたらしている。これらのより高い動作温度は、スパークプラグに対し、それらの有用寿命を短くすることによって悪影響を与えている。特に、より高い温度は、スパークプラグ電極をそれらの材料能力の極限へと、場合によっては極限を超えて追いやっており、それにより電極の不良をもたらしている。現在、ＵＮＳ Ｎ０６６００の下に定義されているニッケル−クロム−鉄合金を含むＮｉ系合金、たとえばインコネル（Inconel）６００（登録商標）、ニクロフェル（Nicrofer）７６１５（登録商標）、およびフェロクロニン（Ferrochronin）６００（登録商標）という商品名で販売されているものなどは、スパークプラグ電極材料として幅広く使用されている。これらの電極は通常、約３０，０００マイル走行するまで持つことが見込まれており、その後一般に交換される必要がある。

周知のように、これらのＮｉ系ニッケル−クロム−鉄合金の耐高温酸化性は、それらの動作温度の増加に従って減少する。燃焼環境は酸化力が強いため、高温酸化及び硫化によって生じる変形および破壊を含む腐食磨耗が生じるおそれがあり、特に最高動作温度で悪化する。動作温度の上限（たとえば１４００°Ｆ以上）では、引張強度、クリープ破断強度、および疲労強度も著しく低下することが観察されており、それは電極の変形、亀裂、および破壊をもたらすおそれがある。電極の設計、特定の動作条件、および他の要因に依存して、これらの高温現象は、スパークプラグギャップの望ましくない増大に個々におよび集合的に寄与する場合があり、それは、点火をもたらすために必要な電圧を増加させ、点火装置および関連するエンジンの性能を低下させる。極端な場合、これらの高温現象から生じる電極の変形および破壊から、電極、点火装置、および関連するエンジンの故障が生じるおそれがある。

高性能エンジンにおいて上昇する温度にさらされることから生じる電極の不良と格闘するためのいくつかの公知の試みは、プラチナまたはイリジウムといった貴金属から電極を作製することを含む。これらの電極の耐用寿命は、電極の有用寿命を概して約８０，０００〜１００，０００マイルまで増やすことができるが、それらは通常、依然として車両の寿命内で交換される必要がある。さらに、これらの電極は、作るのが非常に高くつく場合がある。

したがって、高温エンジン環境において有用寿命の増加を呈する電極を有し、高温酸化、硫化、ならびに関連する腐食および侵食磨耗メカニズムに対する耐性を有し、ＲＦ電磁放射を抑制し、高温での十分な引張強度、クリープ破断強度、および疲労強度を有し、現在および将来の高温／高性能スパーク点火装置での使用にとって十分に亀裂および破壊に耐え、かつ製造が経済的なスパークプラグに対する要望がある。

発明の概要
スパーク点火装置用の中心電極は、導電性または半導電性のセラミック材料で構成された細長い本体を有する。

この発明の別の局面によれば、スパークプラグは、端子端部とノーズ端部との間を長手方向軸に沿って延在する略環状のセラミック絶縁体を有する。導電性シェルがセラミック絶縁体の少なくとも一部を包囲し、接地電極がシェルに作動的に取付けられている。接地電極は、接地電極スパーキング表面を有する。中心電極は、対向する端部間を長手方向軸に沿って延在する細長い本体を有する。電極の端部のうちの一方は、中心電極スパーキング表面を提供する。中心電極スパーキング表面と接地電極スパーキング表面とは、スパークギャップを提供する。中心電極の本体は、導電性または半導電性のセラミック材料で構成されている。

この発明の別の局面によれば、スパークプラグを構成する方法が提供される。この方法は、端子端部とノーズ端部との間に延在する中央通路を有する略環状のセラミック絶縁体を形成するために、セラミック材料を圧縮するステップと、セラミック絶縁体の少なくとも一部を包囲するよう構成された導電性シェルを形成するステップと、接地電極を形成するステップと、シェルに取付けられた接地電極を提供するステップと、細長い中心電極を形成するためにセラミック材料を圧縮するステップと、絶縁体および中心電極の圧縮されたセラミック材料を焼結するステップと、絶縁体および中心電極をシェルに配置するステップとを含む。

この発明に従って構成されたセラミック電極およびスパークプラグの、これらのならびに他の局面、特徴、および利点は、以下の現在好ましい実施例および最良の形態の詳細な説明、添付された請求項、ならびに添付図面と関連して検討すると、より容易に理解されるであろう。

この発明の現在好ましい一局面に従って構成されたスパークプラグの断面図である。 この発明の現在好ましい別の局面に従って構成されたスパークプラグの断面図である。 この発明の現在好ましいさらに別の局面に従って構成されたスパークプラグの断面図である。

現在好ましい実施例の詳細な説明
図面をより詳細に参照すると、図１は、内燃機関（図示せず）内で燃料／空気混合物に点火するために使用される、概して１０で示されるスパーク点火装置（以下、スパークプラグと称する）を示している。スパークプラグ１０は、この発明に従って導電性または半導電性のセラミック材料で構成された中心電極１２を有する。中心電極１２に使用されるセラミック材料は、スパークプラグ１０が経験する最も極限の温度、圧力、化学的腐食、および物理的侵食の状態に耐えることができる。これらの状態は、燃焼生成物におけるカルシウムおよびリンによって起こるものといった、酸化、硫化、および他の高温腐食のプロセスを一般に促進する燃料プロセスに関連する多数の種類の高温化学反応体にさらされること、ならびに、電極１２のスパーク表面の侵食を促進するスパーク中心および炎前面と関連するプラズマの反応を含む。絶縁体１４といったスパークプラグ１０の関連部品もセラミック材料で構成されていると仮定すると、中心電極１２は、一般的な金属合金電極材料と絶縁体１４との熱膨張係数の不整合に通常関連する熱機械応力を実質的に回避する。したがって、電極１２は、電極の不良を通常もたらす、高温でのクリープ変形、亀裂、および破壊現象を回避する。加えて、中心電極１２が前述の状態に耐えるかまたはそれらを回避することができる状態で、中心電極１２と接地電極１８との間の予め設定されたスパークギャップ１６が車両の寿命にわたって実質的に維持され得る。そのため、スパークギャップ１６を横切って生成されるスパークの形成、場所、形状、持続期間、および他の特性が、スパークプラグ１０の有用寿命にわたって最適化され得る。その結果、燃料／空気混合物の燃焼特性と、スパークプラグ１０を取り入れているエンジンの性能特性とが最適化され得る。

スパークプラグ１０は略環状のセラミック絶縁体１４を含み、それは、特定された誘電強度、高い機械的強度、高い熱伝導率、および優れた耐熱衝撃性を有する酸化アルミニウムまたは他の好適な電気的絶縁材料を含んでいてもよい。絶縁体１４は、未焼成のセラミックパウダーからプレス成型され、次に、セラミックパウダーを緻密化し、焼結するのに十分な高温で焼結されてもよい。絶縁体１２は外面を有しており、それは、小さい下方肩部２１と大きい上方肩部２３とを有する下部１９を含んでいてもよく、部分的に露出した上方マスト部２０が上方肩部２３から上向きに延在しており、それをゴムまたは他の絶縁スパークプラグブーツ（図示せず）が包囲して把持し、点火ワイヤおよびシステム（図示せず）との電気的接続を電気的に絶縁する。露出したマスト部１０は、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的保護を提供し、スパークプラグブーツとのマスト部２０の把持作用を向上させるために、一連のリブ２２もしくは他の表面光沢または構成を含んでいてもよい。絶縁体１４は、上方の端子端部２６と下方のコアノーズ端部２８との間を長手方向に延在する中央通路２４を含む、略管状または環状の構成である。図１の実施例については、中央通路２４は変化する断面積を有しており、一般に、端子端部２６またはその近傍で最大であり、コアノーズ端部２８またはその近傍で最小であり、その間に遷移肩部２７を有しているが、他の通路構成も可能であり、この発明の範囲内にあると考えられる。

スパークプラグは、導電性の金属シェル３０を含む。金属シェル３０は、コーティングされた、およびコーティングされていないさまざまなスチール合金を含む、任意の好適な金属から作られてもよい。シェル３０は、絶縁体１４の下部１９の外面を包囲し、それと密封係合するようになっている略環状の内面３２を有しており、また、接地電位に保たれた接地電極１８がそれに取付けられている。接地電極１８は、一般に使用されている単一のＬ字型形式で示されているが、スパークプラグ１０用の意図された用途に依存して、２つ、３つ、および４つの接地電極の構成を含む、まっすぐな構成、曲がった構成、環状構成、トロコイド型構成、および他の構成の多数の接地電極が代用可能であること、ならびに、特定のスパーキング表面構成を達成するために、環状リングまたは他の構造によって電極同士が接合されたものが使用可能であることが理解されるであろう。接地電極１８は、接地電極１８と中心電極１２との間に位置するスパークギャップ１６の近傍にあり、スパークギャップ１６と部分的に隣接するスパーキング端部３６上に、１つ以上の接地電極発火またはスパーキング表面３４を有しており、中心電極１２も、関連する中心電極スパーキング表面３８を有している。スパークギャップ１６は、電極ならびにそれらのそれぞれのスパーキング端部およびスパーキング表面の相対的配向に依存して、端部ギャップ、側部ギャップ、または表面ギャップ、もしくはそれらの組合せを構成してもよい。接地電極スパーキング表面３４および中心電極スパーキング表面３８は各々、円形、矩形、正方形、および他の形状を含む任意の好適な断面形状を有していてもよく、これらのスパーキング表面の形状は異なっていてもよい。

シェル３０はその本体部が略管状または環状であり、嵌合する絶縁体１４の小さい下方肩部２１に押圧接触して載置するよう構成された内部の下方圧縮フランジ４０と、中間梱包材４４を介して絶縁体１４の大きい上方肩部２３上に載置するよう、組立動作中に圧着または形成される上方圧縮フランジ４２とを含んでいる。シェル３０はまた、環状の変形可能領域４６も含んでいてもよく、それは、シェル３０を絶縁体１４に対して固定された軸方向位置に保持し、絶縁体１４とシェル３０との間に半径方向の気密を形成するために、上方圧縮フランジ４２の変形中または変形後の変形可能ゾーン４６の加熱および関連する圧倒的な軸方向圧縮力の印加に応じて、軸方向におよび半径方向外側につぶれるよう設計され、構成されている。気密を完全にし、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ために、ガスケット、セメント、もしくは他の梱包材または封止材も、絶縁体１４とシェル３０との間に挟むことができる。

シェル３０には、燃焼室開口部におけるスパークプラグの取外しおよび設置用の外部ツール受け六角形４８または他の構成が設けられてもよい。この構成のサイズは、好ましくは、関連する用途についてのこの種の業界基準ツールサイズに準拠するであろう。もちろん、用途によっては、レース用スパークプラグおよび他の用途において公知であるようなスパナレンチまたは他の構成を受けるために、スロットのような六角形以外のツール受け界面が必要とされてもよい。シェル３０の下部の、密封台座５２のすぐ下に、ねじ切り区間５０が形成される。密封台座５２はガスケット５４と対になって、スパークプラグ１０が載置してシェル３０の外面と燃焼室開口部のねじ切り穴との間の空間に高温気密を提供する好適な界面を提供してもよい。また、これに代えて、密封台座５２は、シェル３０の下部に沿って位置するテーパ付き台座として構成されて、この形式のスパークプラグ台座用の嵌合テーパを有して同様に設計されたシリンダヘッドにおいて精密公差および自己密封設置を提供してもよい。

導電性の端子スタッド５６が、絶縁体１４の中央通路２４の端子端部２６に部分的に配置されており、露出された上部ポスト５８から、中央通路２４を途中まで下りたところに埋込まれた底端部６０へと長手方向に延在している。上部ポスト５８は点火ワイヤ（図示せず）との接続用に構成されており、点火ワイヤは通常、ここに述べたような電気的絶縁ブーツに受けられて、スパークギャップ５４を横切るスパークを生成することによりスパークプラグ１０を発火させるために必要な高電圧電気のタイミングがとれた放電を受取る。

端子スタッド５６の底端部６０は、好ましくは直径が中央通路２４よりも小さく、導電性のガラスシール６２内に埋込まれている。導電性ガラスシール６２は、端子スタッド４０の底端部６０および中央通路２４を燃焼ガス漏れから密封し、端子スタッド５６と中心電極１２との間に電気的接続を電気的に確立するよう機能する。ガラスおよび他のシールの多くの他の構成が周知であり、この発明に従って使用されてもよい。加えて、必要であるとは考えられていないものの、中心電極１２の構成の代わりに、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られた公知の抵抗器層（図示せず）を、端子スタッド５６の底端部６０と中心電極１２の上端部またはヘッド６４との間に配置することが可能である。したがって、点火システムからの電荷は、端子スタッド５６の底端部６０を通り、ガラスシール６２を通り、中心電極１２を通って進む。

中心電極１２は、絶縁体１４の中央通路２４に部分的に配置されており、細長い円筒の本体６３を有している。本体６３は、その拡大され、半径方向外側に広がったヘッド６４から、そのスパーキング端部３９へと、長手方向軸６６に沿って延在している。ヘッド６４はヘッド付きピン構成において公知であり、ヘッド６４はガラスシール６２に収容され、通常、遷移肩部２７と当接している。スパーキング端部３９は、絶縁体１４のノーズ端部２８から外側に、接地電極１８のスパーキング表面３４近傍まで、しかしながらそれと間隔をおいて、突出している。中心電極１２の本体６３は、そのヘッド６４とそのスパーキング端部３９との間を連続して途切れずに延在する、中実で単体、一体型の導電性または半導電性のセラミック構造として構成されている。本体６３のセラミック構造はさまざまなグレードの材料で構成されてもよく、それにより、ＲＦ電磁放射の抑制のための所望の電気抵抗といった所望の特性および用途に依存して、所望のレベルの電気抵抗を本体６３に与える。本体６３は、さまざまなセラミック材料、たとえば、限定されない単なる例示として、遷移金属の酸化物（ＴｉＯ、ＶＯ、ＮｂＯ、ＴａＯ、ＭｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、およびＺｎＯといった一酸化物、Ｖ₂Ｏ₃、ＣｒＯ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＲｈＯ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｔｈ₂Ｏ₃、およびＧａ₂Ｏ₃といった三二酸化物、さらにＴｉＯ₂、ＶＯ₂、ＣｒＯ₂、ＭｏＯ₂、ＷＯ₂、ＲｕＯ₂、ＲｅＯ₂、ＯｓＯ₂、ＲｈＯ₂、ＩｒＯ₂、ＰｂＯ₂、ＮｂＯ₂、ＭｂＯ₂、ＭｎＯ₂、ＰｔＯ₂、ＧｅＯ₂、およびＳｎＯ₂といった二酸化物を含む）；少なくとも１つの遷移金属を含む２つ以上の金属の酸化物、たとえば、一般式Ａ_xＢ_1-xＯ₃を有するペロブスカイト構造（式中、ＢはＳｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、ＡはＬａ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、またはＧｄ）、数例として（ＬａＣｒＯ₃、ＬａＭｎＯ₃、ＬａＦｅＯ₃、ＬａＧａＯ₃、およびＬａＣｏ₃）；、式Ｍ_xＢ_yを有する化学組成物を例として含むホウ化物（式中、Ｍは金属元素、Ｘは１であることが多く、Ｙは１、２、または６であることが多い）：ホウ化物は１０^-5〜１０^-4オーム−ｃｍの範囲の電気抵抗と摂氏１６００〜３２００度の範囲の融点とを有し、数例として、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ₂、ＺｒＢ、およびＺｒＢ₁₂）、ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ₂）、ホウ化チタン（ＴｉＢ₂、ＴｉＢ）、ホウ化バナジウム（ＶＢ₂、ＶＢ）、ホウ化タングステン（Ｗ₂Ｂ₅）、ホウ化クロム（ＣｒＢ₂、ＣｒＢ）、ホウ化モリブデン ベータ−ＭｏＢ、アルファ−ＭｏＢ、Ｍｏ₂Ｂ₅、Ｍｏ₂Ｂ、ホウ化ニオビウム（ＮｂＢ₂、ＮｂＢ）、ホウ化タンタル（ＴａＢ₂、ＴａＢ）、六ホウ化ランタン（ＬａＢ₆）、六ホウ化バリウム（ＢａＢ₆）、六ホウ化カルシウム（ＣａＢ₆）、六ホウ化セリウム（ＣｅＢ₆）を含む；式Ｍ_xＮ_yを有する化学組成物を例として含む窒化物（式中、Ｍは金属元素、Ｎは窒化物、ＸおよびＹは通常１である）：窒化物は１０^-5〜１０^-4オーム−ｃｍの範囲の電気抵抗と摂氏１４００〜３３００度の範囲の融点とを有し、数例として、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化ニオビウム（ＮｂＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）を含む；式Ｍ_xＣ_yを有する化学組成物を例として含む炭化物（式中、Ｍは金属元素、Ｃは炭素、ＸおよびＹは通常１である）：炭化物は通常、１０^-5〜１０^-4オーム−ｃｍの範囲の電気抵抗と摂氏１９００〜４０００度の範囲の融点または昇華点とを有し、数例として、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）、炭化モリブデン（ＭｏＣ、Ｍｏ_２Ｃ）、炭化タングステン（ＷＣ、Ｗ_２Ｃ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ニオビウム（ＮｂＣ）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化ベリリウム（Ｂｅ_２Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）を含む；式Ｍ_xＳｉ_yを有する化学組成物を例として含むケイ化物（式中、Ｍは金属元素、Ｓｉはケイ素、Ｘは通常１、Ｙは通常２である）：ケイ化物は通常、１０^-5〜１０^-4オーム−ｃｍの範囲の電気抵抗と摂氏１５００〜２５００度の範囲の融点とを有し、数例として、ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）、ケイ化ニオビウム（ＮｂＳｉ_２）、ケイ化チタン（ＴｉＳｉ_２）、ケイ化タングステン（ＷＳｉ_２、Ｗ_５Ｓｉ_２）、ケイ化クロム（ＣｒＳｉ_２、Ｃｒ_３Ｓｉ）、炭化タンタル（ＴａＳｉ_２）を含む；のうちの１つで構成されてもよい。他の化合物は、たとえばモリブデンシリサイドカーバイド（Ｍｏ_５Ｓｉ_２Ｃ）またはチタンカーボナイトライド（ＴｉＣＮ）といった三元系のケイ化物、窒化物、および炭化物を含んでいてもよい。

したがって、電極１２の所望の抵抗のレベル、および電極１２がさらされる温度に依存して、電極１２の構成において適切なセラミック材料を所望通り使用することができる。さらに、セラミック材料は、中心電極１２の構造全体にわたって均質な材料として提供可能である。

図１では、中心電極１２は、広がった上端部またはヘッド６４によるヘッド付きピン構成を有して示されているが、この発明は、電極の反対の端部（つまり、スパーキング端部３９の近傍）にヘッドを有するヘッド付き構成のあらゆる態様も包含している。加えて、上述と同様の構成を識別するために１００だけずらした参照番号が使用されている図２に示すように、スパークプラグ１１０の電極１１２はまっすぐな円筒構成として構成可能であるため、押出工程で形成されるのによく適しており、また、概して７２で表わす焼結接着剤を介して電極１１２を絶縁体セラミック材料に永続的に接着するために絶縁体１１４と共に焼成または焼結されるのによく適している。したがって、絶縁体１１４および電極１１２は、製造が経済的な一体型のサブアセンブリとして構成可能である。加えて、上述と同様の構成を識別するために２００だけずらした参照番号が使用されている図３に示すように、スパークプラグ２１０の電極２１２は、スパークプラグの絶縁体２１４内の中央通路２２４の全長を通って延在するのに十分な長さにわたって延在する、直径が一定のまたは実質的に一定の外面を有するまっすぐな円筒構成として構成可能である。したがって、絶縁体２１４の中央通路２２４を、直径が一定のまたは実質的に一定の円筒貫通路として形成し、電極２１２の圧接受け用に寸法決めすることが可能であり、ここで、電極２１２の対向する端部２６４、２３９は、絶縁体２１４の対向する端子端部２２６およびノーズ端部２２８と同一平面上または実質的に同一平面上にある。したがって、スパークプラグ２１０は、従来の中央の抵抗器層およびガラスシーリングを有していない。なぜなら、電極２１２は通路２２４を完全に通って延在しており、電極２１２を構成するために使用されるセラミック材料に依存して所望の電気抵抗を行なうためである。さらに、電極１１２と同様に、電極２１２は、概して２７２で表わされる焼結接着剤を介して電極２１２を絶縁体セラミック材料に永続的に接着するために、絶縁体２１４とともに焼成または焼結され得る。したがって、絶縁体２１４および電極２１２は、製造が経済的な一体型のサブアセンブリとして構成可能である。例示されたそれらの実現化例と同様に、電極の直径は、その長さに沿って、段階的な態様、テーパが付いた態様、または他の態様で所望通りに変化するよう構成可能である、ということが認識されるべきである。中心電極１２、１１２、２１２は、円形、正方形、矩形、またはその他を含む任意の好適な断面サイズまたは形状を有していてもよい。さらに、スパーキング端部３９、１３９、２３９は、任意の好適な形状を有していてもよい。それは減少した断面サイズを有していてもよく、また、中心電極の他の部分とは異なる断面形状を有していてもよい。スパーキング表面３８、１３８、２３８は、平坦形状、湾曲形状、テーパ付き形状、先の尖った形状、切子面のある形状、またはその他を含む任意の好適な形状であってもよい。

この発明の中心電極１２は、射出成形および焼結、または加圧および焼結を含む、説明した種類のセラミック商品を作るための任意の好適な方法を用いて作られてもよい。

明らかに、上述の教示に鑑みて、この発明の多くの修正および変形が可能である。したがって、添付された特許請求の範囲において、この発明が具体的な記載以外の態様で実現されてもよいことが理解されるべきである。

Claims (25)

1. スパーク点火装置用の中心電極であって、前記中心電極は、セラミック材料で構成された細長い本体を含む、中心電極。
2. 前記セラミック材料は、酸化物、ホウ化物、窒化物、炭化物、およびケイ化物からなる群のうちの少なくとも１つから提供される、請求項１に記載の中心電極。
3. 前記酸化物は、ＴｉＯ、ＶＯ、ＮｂＯ、ＴａＯ、ＭｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｖ₂Ｏ₃、ＣｒＯ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＲｈＯ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｔｈ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＶＯ₂、ＣｒＯ₂、ＭｏＯ₂、ＷＯ₂、ＲｕＯ₂、ＲｅＯ₂、ＯｓＯ₂、ＲｈＯ₂、ＩｒＯ₂、ＰｂＯ₂、ＮｂＯ₂、ＭｂＯ₂、ＭｎＯ₂、ＰｔＯ₂、ＧｅＯ₂、ＳｎＯ₂、および一般式Ａ_xＢ_1-xＯ₃を有するペロブスカイト構造（式中、ＢはＳｃ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉのうちの１つ、ＡはＬａ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄのうちの１つ）からなる群から選択される、請求項２に記載の中心電極。
4. 前記ホウ化物は、式Ｍ_xＢ_y（式中、Ｍは金属元素、Ｘは１、Ｙは１、２、または６である）の化学組成物を有する、請求項２に記載の中心電極。
5. 前記ホウ化物は、ＺｒＢ₂、ＺｒＢ、ＺｒＢ₁₂、ＨｆＢ₂、ＴｉＢ₂、ＴｉＢ、ＶＢ₂、ＶＢ、Ｗ₂Ｂ₅、ＣｒＢ₂、ＣｒＢ、ベータ−ＭｏＢ、アルファ−ＭｏＢ、Ｍｏ₂Ｂ₅、Ｍｏ₂Ｂ、ＮｂＢ₂、ＮｂＢ、ＴａＢ₂、ＴａＢ、ＬａＢ₆、ＢａＢ₆、ＣａＢ₆、およびＣｅＢ₆からなる群から選択される、請求項４に記載の中心電極。
6. 前記窒化物は、式Ｍ_xＮ_y（式中、Ｍは金属元素、Ｎは窒化物、ＸおよびＹは１である）の化学組成物を有する、請求項２に記載の中心電極。
7. 前記窒化物は、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＶＮ、およびＨｆＮからなる群から選択される、請求項６に記載の中心電極。
8. 前記炭化物は、式Ｍ_xＣ_y（式中、Ｍは金属元素、Ｃは炭素、ＸおよびＹは１である）の化学組成物を有する、請求項２に記載の中心電極。
9. 前記炭化物は、ＴａＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２、ＭｏＣ、Ｍｏ_２Ｃ、ＷＣ、Ｗ_２Ｃ、ＺｒＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、Ｂｅ_２Ｃ、ＳｉＣ、およびＢ_４Ｃからなる群から選択される、請求項８に記載の中心電極。
10. 前記ケイ化物は、式Ｍ_xＳｉ_y（式中、Ｍは金属元素、Ｓｉはケイ素、Ｘは１、Ｙは２である）の化学組成物を有する、請求項２に記載の中心電極。
11. 前記ケイ化物は、（ＭｏＳｉ_２）、ＮｂＳｉ_２、ＴｉＳｉ_２、ＷＳｉ_２、Ｗ_５Ｓｉ_２、ＣｒＳｉ_２、Ｃｒ_３Ｓｉ、およびＴａＳｉ_２からなる群から選択される、請求項１０に記載の中心電極。
12. 前記ケイ化物、窒化物、および炭化物は、Ｍｏ₅Ｓｉ₃ＣおよびＴｉＣＮからなる群から選択される、請求項２に記載の中心電極。
13. スパークプラグであって、
    端子端部とノーズ端部との間を長手方向軸に沿って延在する略環状のセラミック絶縁体と、
    前記セラミック絶縁体の少なくとも一部を包囲する導電性シェルと、
    前記シェルに作動的に取付けられた接地電極とを含み、前記接地電極は接地電極スパーキング表面を有しており、前記スパークプラグはさらに、
    対向する端部間を長手方向軸に沿って延在する細長い本体を有する中心電極を含み、前記端部のうちの一方は中心電極スパーキング表面を有しており、前記中心電極スパーキング表面と前記接地電極スパーキング表面とはスパークギャップを提供し、前記本体はセラミック材料で構成されている、スパークプラグ。
14. 前記セラミック材料は、前記本体全体を通して均質である、請求項１３に記載のスパークプラグ。
15. 前記本体は、前記セラミック材料の一体型部品である、請求項１４に記載のスパークプラグ。
16. 前記中心電極を前記絶縁体に接続する焼結接着剤をさらに含む、請求項１３に記載のスパークプラグ。
17. 前記中心電極は、直径が実質的に一定の円筒形の外面を有する、請求項１６に記載のスパークプラグ。
18. 前記中心電極の前記対向する端部のうちの一方は、前記絶縁体の前記端子端部と実質的に同一平面上にあり、前記中心電極の前記端部のうちの他方は、前記絶縁体の前記ノーズ端部と実質的に同一平面上にある、請求項１３に記載のスパークプラグ。
19. 前記中心電極は、直径が実質的に一定の円筒形の外面を有する、請求項１８に記載のスパークプラグ。
20. 前記セラミック材料は、酸化物、ホウ化物、窒化物、炭化物、およびケイ化物からなる群のうちの少なくとも１つから提供される、請求項１３に記載のスパークプラグ。
21. スパークプラグを構成する方法であって、
    端子端部とノーズ端部との間に延在する中央通路を有する略環状のセラミック絶縁体を形成するために、セラミック材料を圧縮するステップと、
    セラミック絶縁体の少なくとも一部を包囲するよう構成された導電性シェルを形成するステップと、
    接地電極を形成するステップと、
    接地電極をシェルに作動的に取付けるステップと、
    細長い中心電極を形成するためにセラミック材料を圧縮するステップと、
    絶縁体および中心電極の圧縮されたセラミック材料を焼結するステップと、
    絶縁体および中心電極をシェルに配置するステップとを含む、方法。
22. 絶縁体および中心電極をシェルに配置するステップの前に、圧縮された中心電極を絶縁体の中央通路内に配置し、中心電極と絶縁体とを共に焼結するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 焼結するステップにおいて、中心電極と絶縁体との間に焼結接着剤を形成するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 直径が実質的に一定の円筒形の外面を有する中心電極を形成するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
25. 中心電極を絶縁体の中央通路内に配置する際、対向する端部間を延在する長さを有する中心電極を、中心電極の対向する端部のうちの一方が絶縁体の端子端部と実質的に同一平面上にあり、中心電極の端部のうちの他方が絶縁体のノーズ端部と実質的に同一平面上にあるように、形成するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。

Images