JP2015518639A - 焼き嵌めセラミック中心電極 - Google Patents
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Abstract
Description
本件出願は、2012年5月7日付で提出された米国仮特許出願第61/643,480号の利益を主張するものであり、その全体が引用によりここに援用される。
1.発明の分野
本発明は、概して、コロナ点火器および点火プラグなど、放電によって混合気に点火するための点火器、およびこれを形成する方法に関する。
コロナ放電点火システムおよび従来の火花放電点火システムの点火器は、典型的にセラミック絶縁体によって囲われた導電性材料から形成される中心電極を含む。中心電極は、典型的には燃焼室内に延在し、コロナ放電または火花放電などの放電を行う。コロナ点火システムにおいては、交流電圧および電流が付与され、高電位電極および低電位電極を急速に連続して逆転させ、コロナ放電の形成を向上させる。コロナ点火器の中心電極は、高い無線周波数の電圧電位に帯電し、強い無線周波電界を燃焼室内に作り上げる。電界により、燃焼室内の燃料と空気との混合気の一部がイオン化され、絶縁破壊が始まり、混合気の燃焼が促される。電界は、混合気が誘電特性を維持し、非熱プラズマともいわれるコロナ放電が起こるように制御されるのが好ましい。混合気のイオン化した部分が火炎前面を形成し、この火炎前面が自立して混合気の残りの部分を燃焼させる。電界は、電極と接地シリンダ壁、ピストン、または点火器の他の部分との間に熱プラズマまたはアークを作り出す誘電特性が混合気から全て失われないように制御されるのが好ましい。コロナ放電点火システムの例は、Freenの米国特許第6,883,507号に開示されている。
本発明の一局面は、放電するための点火器を提供する。点火器は、外側絶縁体と導電性芯材とを含む。外側絶縁体は外側セラミック材から形成され、導電性芯材はセラミック芯材および導電要素から形成される。外側絶縁体は、中心軸を囲うとともに絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を含み、導電性芯材は、絶縁体穴内に配置される。導電性芯材は、絶縁体内表面に対して気密封止される。
本発明の一局面は、コロナ放電点火システムのコロナ点火器または従来の火花点火システムの点火プラグなど、放電22をもたらす点火器20を含む。点火器20は、先行技術の点火器などにおける別個の絶縁体および中心電極の代わりに、導電性芯材26に対して気密封止された外側絶縁体24を含むことにより、製造を向上させるとともに、動作時のエネルギー効率を向上させる。気密封止された導電性芯材26および外側絶縁体24は、焼き嵌めセラミック中心電極と言われ得る。焼き嵌めセラミック中心電極により、従来の中心電極、上端子、および上端子と点火コイルとの間の導電性ガラスシールを設ける必要が無くなる。また、星形コロナ発火先端または従来の火花先端などの発火先端も設ける必要が無い。なぜなら、導電性芯材26は電界を放出することができるためである。また、コロナ点火器20の導電性芯材26は、先行技術の中心電極により放出される電界よりも直径の大きい電界を放出し得る。より大きな電界により、より大きな放電22がもたらされ得て、動作時のエネルギー効率の向上につながる。また、気密封止により、点火器20の部品間の空隙、および典型的に付随して空隙内に形成され、望ましくないエネルギー損失を引き起こす電界が無くなる。図1は、高い無線周波電圧のエネルギーを受け、無線周波電界を放出することによって燃焼可能な混合気の一部をイオン化してコロナ放電22をもたらすコロナ点火器20の例を示す。
Sc=芯の収縮率(焼結された場合は0を使用)
Di=グリーン絶縁体穴の直径
Si=絶縁体の収縮率
干渉の合計は、ミリメートルまたはインチなどの距離で表わしてもよく、以下の式で判定され得る。
Sc=芯の収縮率(焼結された場合は0を使用)
Di=グリーン絶縁体穴の直径
Si=絶縁体の収縮率
外側絶縁体24と導電性芯材26との間の直径方向の干渉は、絶縁体外径DOの0.5%から10%に等しくなるのが好ましい。
Claims (22)
- 点火器であって、
外側セラミック材から形成される外側絶縁体を備え、
前記外側絶縁体は、中心軸を囲うとともに絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を含み、点火器はさらに、
前記絶縁体穴内に配置された導電性芯材を備え、
前記導電性芯材は、セラミック芯材および導電性要素から形成され、
前記導電性芯材は、前記絶縁体内表面に対して気密封止される、点火器。 - 前記外側絶縁体と前記導電性芯材とが締まり嵌めされる、請求項1に記載の点火器。
- 前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面の反対側に面した絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の締まり嵌めは、前記絶縁体外径の0.5%から10%である、請求項2に記載の点火器。
- 前記導電性芯材は、前記絶縁体内表面から前記中心軸へ連続的に延在し、前記導電性芯材の前記導電性要素は空気に露出される、請求項1に記載の点火器。
- 前記外側絶縁体は、絶縁体上端から絶縁体ノーズ端へ中心軸に沿って長手方向に延在し、前記絶縁体上端と前記絶縁体ノーズ端との間に長さを呈し、前記導電性芯材は長さの大部分に沿って延在し、前記導電性芯材は前記絶縁体ノーズ端と位置合わせされる、請求項1に記載の点火器。
- 前記外側絶縁体および前記導電性芯材の各々は収縮率を有し、前記導電性芯材の収縮率は前記外側絶縁体の収縮率以下である、請求項1に記載の点火器。
- 前記導電性芯材の収縮率は、前記外側絶縁体の収縮率よりも小さい、請求項6に記載の点火器。
- 前記セラミック芯材はアルミナであり、前記導電性要素はプラチナおよびパラジウムのうち少なくとも1つを含む、請求項1に記載の点火器。
- 前記導電性要素は、前記セラミック芯材に加えられる金属コーティング、前記セラミック芯材の全体にわたって配置される金属粒子、および前記セラミック芯材に埋め込まれる金属線材のうち少なくとも1つを含む、請求項1に記載の点火器。
- 前記外側絶縁体は、絶縁体上端から絶縁体ノーズ端へ長手方向に延在し、点火器は、前記外側絶縁体周りに配置される金属シェルと、前記金属シェルの一部と前記絶縁体上端に隣接する前記外側絶縁体の一部との間に配置された第1のプラスチックハウジングと、前記絶縁体上端に隣接する前記導電性芯材に結合された導電性材料から形成されるピンと、前記ピンを囲う第2のプラスチックハウジングとを含む、請求項1に記載の点火器。
- 前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面とは反対側に向けられた絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記絶縁体内表面は絶縁体内径を呈し、前記外側絶縁体は、絶縁体上端から前記絶縁体ノーズ端に向けて延在する本体領域と、前記絶縁体本体領域から前記絶縁体ノーズ端へ延在するノーズ領域とを含み、前記絶縁体ノーズ領域の少なくとも一部に沿った前記絶縁体外径は、前記本体領域に沿った前記絶縁体外径よりも大きく、前記絶縁体ノーズ領域に沿った前記絶縁体外径は、前記絶縁体ノーズ端に向けて先細り、前記絶縁体ノーズ端における前記絶縁体本体領域に沿った前記絶縁体外径よりも小さく、前記絶縁体内径は、前記絶縁体上端から前記絶縁体ノーズ端にわたって一定である、請求項10に記載の点火器。
- 前記点火器は、コロナ放電をもたらすためのコロナ点火器である、請求項1に記載の点火器。
- 点火器を形成する方法であって、
外側セラミック材から形成され、絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を有する外側絶縁体を設けるステップを備え、前記外側絶縁体はグリーンであり、方法はさらに、セラミック芯材および導電性要素から形成される導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置するステップと、
前記導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置した後に前記導電性芯材および前記グリーン外側絶縁体を焼結させるステップとを備え、
前記焼結させるステップは、前記絶縁体内表面を前記導電性芯材に対して気密封止するステップを含む、方法。 - 前記外側絶縁体および前記導電性芯材の各々は、前記焼結させるステップの前において寸法を有し、前記焼結させるステップは、前記外側絶縁体の寸法を9.6%から29.6%の量だけ収縮させるステップと、前記導電性芯材の寸法を前記外側絶縁体の量よりも小さい量だけ収縮させるステップとを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面の反対側に向けられた絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記焼結させるステップは、前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の締まり嵌めが前記絶縁体外径の0.5%から10%となるまで導電性芯材を圧縮させるとともに外側絶縁体を引張させるステップを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記焼結させるステップの前において、前記絶縁体穴は絶縁体内径を有し、前記導電性芯材は前記絶縁体内径の75%から100%に等しい芯径を有し、前記外側絶縁体および前記導電性芯材の各々は収縮率を有し、前記導電性芯材の前記収縮率は前記外側絶縁体の前記収縮率以下であり、前記焼結させるステップの後において、前記絶縁体内径および前記芯径はほぼ等しい、請求項13に記載の方法。
- 前記焼結させるステップの前において、前記セラミック芯材はグリーンである、請求項13に記載の方法。
- 前記導電性要素は、前記導電性芯材を前記絶縁体穴に挿入する前において、前記導電性芯材の前記グリーンセラミック芯材内に埋め込まれる、請求項13に記載の方法。
- 前記絶縁体穴内に前記導電性芯材を挿入する前に前記導電性芯材の前記セラミック芯材を焼結させるステップを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記絶縁体穴内に前記導電性芯材を配置する前に前記導電性要素を前記焼結されたセラミック芯材に加えるステップを含む、請求項19に記載の方法。
- 焼き嵌めセラミック中心電極であって、
外側セラミック材から形成される外側絶縁体を備え、
前記外側絶縁体は、中心軸を囲むとともに絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を含み、焼き嵌めセラミック中心電極はさらに、
前記絶縁体穴内に配置される導電性芯材を備え、
前記導電性芯材はセラミック芯材および導電性要素から形成され、
前記導電性芯材は前記絶縁体内表面に対して気密封止される、焼き嵌めセラミック中心電極。 - 焼き嵌めセラミック中心電極を形成する方法であって、
外側セラミック材から形成されるとともに、絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を有する外側絶縁体を設けるステップを備え、前記外側絶縁体はグリーンであり、方法はさらに、
セラミック芯材および導電性要素から形成される導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置するステップと、
前記導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置した後に前記導電性芯材および前記グリーン外側絶縁体を焼結させるステップとを備え、
前記焼結させるステップは、前記絶縁体内表面を前記導電性芯材に対して気密封止するステップを含む、方法。
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