JP2016146350A

JP2016146350A - スパークプラグ

Info

Publication number: JP2016146350A
Application number: JP2016038781A
Authority: JP
Inventors: ジュヨン，ジーン; Zheng Jing; ボーラー，ジェフリー; Boehler Jeffrey
Original assignee: Fram Group IP LLC
Current assignee: Fram Group IP LLC
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2016-08-12
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: JP2014515551A; WO2012166248A1; US20120306345A1; US9178336B2; JP5980915B2; US20140134912A1; DE112012002353T5; US8963406B2; JP6278991B2

Abstract

【課題】変動性および耐久性に優れた抵抗器を有する、スパークプラグの製造方法を提供する。【解決手段】炭素およびセラミック粉末を混合するステップ５２と、炭素スラリーをガラス混合物に加えるステップ５４であって、炭素スラリー−ガラス混合物が、１５〜３０重量％の無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラス、１０〜２５重量％のムライト、ならびに、セラミック粉末、炭素、ホウ酸塩ガラス、および有機バインダから構成される残りを備えるステップと、前記炭素スラリー−ガラス混合物を乾燥および炭素抵抗器ガラスを形成するステップ５６と、絶縁体−炭素抵抗器ガラス組立体を形成するために、炭素抵抗器ガラスをスパークプラグ絶縁体内に詰め込むステップ５８と、炭素抵抗器ガラスを半溶融状態に変換するために、絶縁体−炭素抵抗器ガラス組立体を加熱するステップ６０と、端子スタッドを絶縁体内に押し進めるステップ６２とを含む。【選択図】図５

Description

[0001]本明細書に開示される主題は、スパークプラグに関し、詳細には、高いガラス転移温度を有するガラス材料で作製された抵抗器を有するスパークプラグに関する。

[0002]スパークプラグは、内燃機関内で燃料を点火するために広く使用される。スパークプラグは、車両のエンジンの腐食性の高い環境で高熱に曝される。その結果、高い耐久性および耐用年数を有するスパークプラグが望ましい。さらに、燃料に点火することに加えて、いくつかの用途では、スパークプラグは、エンジンの動作を監視するために車両制御システムによって取得されるセンサ信号に影響を与えている。これらの用途は、典型的には、スパークプラグ自体と周囲の制御回路網の両方からの信号との干渉を低減するために、より厳しい電気的公差とより低い電磁干渉（ＥＭＩ）を必要とする。

[0003]したがって、既存のスパークプラグは、その意図された目的には適しているが、特にスパークプラグにより厳しい抵抗器公差を与えることの改善が依然として求められている。

[0004]本発明の一態様によれば、無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスおよびムライトの混合物から作製された抵抗器を有するスパークプラグが提供される。
[0005]本発明の別の態様によれば、内孔を有する絶縁体を有するスパークプラグが提供される。中心電極が、内孔の一方の端部から延在する。挿入物が、内孔の反対側から延在する。抵抗器が、中心電極と挿入物との間に配置され、抵抗器は、無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスおよびムライトの混合物から作製される。

[0006]本発明のさらに別の態様によれば、スパークプラグの製造方法が提供される。方法は、炭素スラリーを作製するために、炭素およびセラミック粉末を混合するステップを含む。炭素スラリーは、無アルカリホウ酸バリウムガラスおよびムライトを含むガラス混合物に加えられる。炭素抵抗器ガラスを形成するために、炭素スラリー−ガラス混合物は、乾燥され、その後、ふるい分けられる。炭素抵抗器ガラスは、スパークプラグ絶縁体内に詰め込まれる。炭素抵抗器ガラスを半溶融状態に変換するために、スパークプラグ絶縁体−炭素ガラス組立体は、加熱される。

[0007]これらおよび他の利点および特徴は、図面と併せて以下の説明からより明らかになるであろう。
[0008]本発明とみなされる主題は、本明細書の終わりの特許請求の範囲に具体的に指摘され、明確に特許請求される。本発明の前述のおよび他の特徴および利点は、添付図面と併せて以下の詳細な説明から明らかである。

[0009]本発明の一実施形態によるスパークプラグの側面断面図である。 [0010]制御された炉温度に基づくスパークプラグ抵抗試験の結果を示すグラフである。 [0011]加速試験の下でのスパークプラグ累積故障率の結果を示すグラフである。 [0012]製造炉温度に基づくスパークプラグ抵抗変化の結果を示すグラフである。 [0013]本発明の一実施形態によるスパークプラグの製造方法を示す流れ図である。

[0014]詳細な説明は、本発明の実施形態を、利点および特徴と共に、図面を参照して、例として説明する。
[0015]本発明の実施形態は、スパークプラグ用途での抵抗器に関する抵抗値の変動を低減する上で利点を提供する。抵抗器ガラス材料は、炉工程温度に敏感であることがわかっている。この温度感受性は、スパークプラグ組み立て工程中に抵抗の変動をもたらす。本発明の実施形態は、改善された耐久性と、より長い耐用年数を有し、抵抗の小さい変動を維持しながら、より広い範囲の処理温度で処理することができる抵抗器材料を提供する。本発明の実施形態は、さらに、スパークプラグのためのより小さい電磁干渉範囲を提供する。

[0016]図１を参照すると、本発明によるスパークプラグ２０が示されている。スパークプラグ２０は、内燃機関（図示せず）のシリンダヘッド内での螺合用の雄ねじ付き円筒状基部２４を有する金属ケーシングまたはシェル２２を含む。例えば従来のスパークプラグソケットなど適切な工具によるスパークプラグ２０の把持および回転を可能にするために、シェルは、その上に全体的に六角形のボス３０を含んでよい。バイメタル接地電極２６が、例えば溶接などによって、ねじ付き基部２４の下面２８に結合される。

[0017]スパークプラグ２０は、さらに、シェル２２内に同心状に配置されたセラミック絶縁体３２を含む。中心電極３４が、絶縁体３２内に同心状に配置される。中心電極３４は、例えば銅または銅合金など熱伝導性材料から作製された中心コア３６を含んでよい。電極先端３８が、中心電極３４の一方の端部に配置される。電極先端３８の反対側は、導電性挿入物またはロッド４０である。挿入物４０は、絶縁体３２の上端部に嵌合し、形を成す。

[0018]内部抵抗器４２が、挿入物３８と中心電極３２との間に配置される。本明細書でより詳細に論じられるように、抵抗器材料および組み立て工程は、内部抵抗器４２の抵抗値、スパークプラグ２０の耐久性、耐用年数、およびＥＭＩ放射に影響を与える。例示的な実施形態では、抵抗器４２は、無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラス、ムライト、炭素、セラミック粉末、および他の成分の混合物から形成される。ガラスは、２．０重量％のＭｇＯ−１１．３重量％のＡｌ_２Ｏ_３−５３．５重量％のＳｉＯ_２−１２．０重量％のＣａＯ−２０．５重量％のＢａＯの組成で構成される。一実施形態では、混合物は、１５〜３０重量％のガラスおよび１０〜２５％のムライトを有し、残りは、セラミック粉末、炭素、ホウ酸塩ガラス、および有機バインダである。

[0019]無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスを含むガラス抵抗器を形成するために、最初にすべての構成要素、ガラス、ムライト、および他の材料が秤量され、炭素およびセラミック粉末（ＺｒＯ２）を含む炭素スラリーが追加される。構成要素は、所定の時間混合される。例示的な実施形態では、構成要素は、７分間混合される。氷が構成要素に追加され、さらに、例えば１０分間などの所定の時間混合される。構成要素および氷が混合された後、混合物は、オーブン乾燥される。例示的な実施形態では、混合物は、５時間の間、１２０℃でオーブン乾燥される。乾燥後、混合物は、例えば＃２０メッシュなどにより、ふるい分けられる。ふるい分けにより処理された材料は、スパークプラグ用抵抗器を組み立てるために使用される準備ができている。

[0020]スパークプラグ用抵抗器を組み立てるために、上記の完成した粉末は、中心線およびスタッド端子を有するスパークプラグ絶縁体内に詰め込まれる。組立体全体は、その後、９２６．７℃（１７００°Ｆ）と９８２．２℃（１８００°Ｆ）の間のピーク温度を有する高温炉によって処理された。

[0021]図２は、種々の炉処理温度での抵抗器４２の低電圧抵抗を示す。線４４によって示される標準的なガラス組成物は、２００度の処理温度範囲にわたって５４％の抵抗の実質的な変動を示す。対照的に、線４６によって示される例示的な無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラス／ムライト抵抗器４２は、同じ温度範囲にわたって２％の変動だけがあった。抵抗の変動のこの低減により、製造歩留まりがより大きくなることを理解されたい。抵抗器４２から所望の抵抗値を達成するために、現在の製造工程は、９６８．３℃（１７７５°Ｆ）の目標炉温度を有し、温度は、±１０℃（５０°Ｆ）内に制御される。

[0022]図３は、１０３７．８℃（１９００°Ｆ）の高温で処理された場合の、例示的な無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラス／ムライト抵抗器４２、および標準的なスパークプラグ抵抗器（比較として）に関する加速寿命試験からの寿命曲線を示す。加速寿命試験は、加熱された圧力ボンベ内で、エンジンシリンダの圧力で行われた。標準的なスパークプラグ抵抗器は、６時間で最初の故障があった。例示的な無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラス／ムライト抵抗器４２は、対照的に、２４時間にわたって故障がなかった。これらの結果は、無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスおよびムライトを含む抵抗器材料が、改善された性能および／またはより長い耐用年数を有する製品を生み出すために、より広いプロセスウィンドウを有することを示唆する。

[0023]図４は、標準的な製造炉で処理された、別の実施形態の無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラス／ムライト抵抗器４２および標準的なスパークプラグ抵抗器（比較として）に関する抵抗変化曲線を示す。無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラス／ムライト抵抗器４２は、９８２．２℃（１８００°Ｆ）より低い温度範囲でより小さい抵抗器変動を示し、９５４．４℃（１７５０°Ｆ）〜９８２．２℃（１８００°Ｆ）の間で実質的に平坦な抵抗を有するプロセスウィンドウを有する。

[0024]ここで図５を参照すると、例えばスパークプラグ２０などスパークプラグを製造する方法５０が示されている。方法５０は、ブロック５２で開始し、炭素スラリーを作製するために、炭素およびセラミック粉末が混合される。ブロック５４で、炭素スラリーは、ガラス混合物およびムライトに加えられる。しかし、ガラス混合物は、限定はされないが、無アルカリホウ酸バリウムガラスを含む。無アルカリホウ酸バリウムガラスは、２．０重量％のＭｇＯ−１１．３重量％のＡｌ_２Ｏ_３−５３．５重量％のＳｉＯ_２−１２．０重量％のＣａＯ−２０．５重量％のＢａＯの組成で構成されてよい。一実施形態では、混合物は、１５〜３０重量％のガラスおよび１０〜２５％のムライトを有し、残りは、セラミック粉末、炭素、ホウ酸塩ガラス、および有機バインダである。混合物は、その後、炭素抵抗器ガラスを形成するために、ブロック５６で乾燥され、ふるい分けられる。

[0025]次に、ブロック５８で、所望の量の炭素抵抗器ガラスが、例えば絶縁体３２などスパークプラグ絶縁体内に詰め込まれる。次に、ブロック６０で、上記絶縁体ガラス組立体は、高温環境に曝される。一実施形態では、絶縁体−ガラス組立体は、８９８．９℃（１６５０°Ｆ）〜１０１０℃（１８５０°Ｆ）の温度で動作するオーブンを経てコンベア上で搬送される。ブロック６２で、焼成サイクルの終了時、（半溶融状態の）ガラス粉末が高密度状態に圧縮され得るように、例えば挿入物４０などプランジ（端子スタッド）が、絶縁体内に押し進められ、したがって、抵抗器が形成され、スパークプラグ内に封止される。

[0026]本発明を、限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明は、このような開示した実施形態のみに限定されないことを容易に理解すべきである。むしろ、本発明は、これまで説明していないが、本発明の要旨および範囲に相応する変形、変更、置換、または同等の構成をいくつでも組み込むように修正されてよい。加えて、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解すべきである。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。

[0026]本発明を、限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明は、このような開示した実施形態のみに限定されないことを容易に理解すべきである。むしろ、本発明は、これまで説明していないが、本発明の要旨および範囲に相応する変形、変更、置換、または同等の構成をいくつでも組み込むように修正されてよい。加えて、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解すべきである。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されるとみなされるべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。
［形態１］
無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスおよびムライトの混合物から作製された抵抗器を備える、スパークプラグ。
［形態２］
形態１に記載のスパークプラグにおいて、前記抵抗器は、１５〜３０重量％の無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスから作製される、スパークプラグ。
［形態３］
形態２に記載のスパークプラグにおいて、前記抵抗器は、１０〜２５重量％のムライトから作製される、スパークプラグ。
［形態４］
形態３に記載のスパークプラグにおいて、前記無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスは、２．０重量％のＭｇＯ−１１．３重量％のＡｌ２Ｏ３−５３．５重量％のＳｉＯ２−１２．０重量％のＣａＯ−２０．５重量％のＢａＯの組成で構成される、スパークプラグ。
［形態５］
形態４に記載のスパークプラグにおいて、無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスを含む前記抵抗器材料は、炉内で、８９８．９℃（１６５０°Ｆ）と１０１０℃（１８５０°Ｆ）の間の処理温度で処理される、スパークプラグ。
［形態６］
内孔を有する絶縁体と、
前記内孔の一方の端部から延在する中心電極と、
前記内孔の反対側から延在する挿入物と、
前記中心電極と前記挿入物の間に配置された抵抗器とを備え、前記抵抗器は、無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスおよびムライトの混合物から作製される、スパークプラグ。
［形態７］
形態６に記載のスパークプラグにおいて、前記抵抗器は、１５〜３０重量％の無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスから作製される、スパークプラグ。
［形態８］
形態７に記載のスパークプラグにおいて、前記抵抗器は、１０〜２５重量％のムライトから作製される、スパークプラグ。
［形態９］
形態８に記載のスパークプラグにおいて、前記無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスは、２．０重量％のＭｇＯ−１１．３重量％のＡｌ２Ｏ３−５３．５重量％のＳｉＯ２−１２．０重量％のＣａＯ−２０．５重量％のＢａＯの組成で構成される、スパークプラグ。
［形態１０］
形態９に記載のスパークプラグにおいて、前記無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスは、炉内で、８９８．９℃（１６５０°Ｆ）と１０１０℃（１８５０°Ｆ）の間の処理温度で処理される、スパークプラグ。
［形態１１］
スパークプラグの製造方法であって、
炭素スラリーを作製するために、炭素およびセラミック粉末を混合するステップと、
前記炭素スラリーを、無アルカリホウ酸バリウムガラスおよびムライトを含むガラス混合物に加えるステップと、
前記炭素スラリー−ガラス混合物を乾燥させるステップと、
炭素抵抗器ガラスを形成するステップと、
前記炭素抵抗器ガラスを、スパークプラグ絶縁体内に詰め込むステップと、
前記炭素抵抗器ガラスを半溶融状態に変換するために、前記スパークプラグ絶縁体−炭素ガラス組立体を加熱するステップとを含む方法。
［形態１２］
形態１１に記載の方法において、前記炭素スラリー−ガラス混合物を、乾燥後、ふるい分けるステップをさらに含む、方法。
［形態１３］
形態１２に記載の方法において、前記ふるい分けるステップは、＃２０メッシュを用いて行われる、方法。
［形態１４］
形態１１に記載の方法において、無アルカリホウ酸バリウムガラス、ムライト、および炭素スラリーを含むガラス混合物を、第１の所定の時間の間、混合するステップをさらに含む、方法。
［形態１５］
形態１４に記載の方法において、前記第１の所定の時間は、７分間である、方法。
［形態１６］
形態１４に記載の方法において、氷を、無アルカリホウ酸バリウムガラス、ムライト、および炭素スラリーを含む前記ガラス混合物と、第２の所定の時間の間、混合するステップをさらに含む、方法。
［形態１７］
形態１６に記載の方法において、前記第２の所定の時間は、１０分間である、方法。
［形態１８］
形態１１に記載の方法において、前記炭素抵抗器ガラスが半溶融状態のとき、端子スタッドを前記絶縁体−炭素ガラス組立体内に押し進めるステップをさらに含む、方法。
［形態１９］
形態１８に記載の方法において、前記無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスは、２．０重量％のＭｇＯ−１１．３重量％のＡｌ２Ｏ３−５３．５重量％のＳｉＯ２−１２．０重量％のＣａＯ−２０．５重量％のＢａＯの組成で構成される、方法。
［形態２０］
形態１９に記載の方法において、前記炭素抵抗器ガラスは、１５〜３０重量％の無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスから作製される、方法。
［形態２１］
形態２０に記載の方法において、前記炭素抵抗器ガラスは、１０〜２５重量％のムライトから作製される、方法。
［形態２２］
形態２１に記載の方法において、前記スパークプラグ絶縁体−炭素ガラス組立体の前記加熱するステップは、炉内で、８９８．９℃（１６５０°Ｆ）と１０１０℃（１８５０°Ｆ）の間の処理温度で行われる、方法。

Claims

無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスおよびムライトの混合物から作製された抵抗器を備える、スパークプラグ。
請求項１に記載のスパークプラグにおいて、前記抵抗器は、１５〜３０重量％の無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスから作製される、スパークプラグ。
請求項２に記載のスパークプラグにおいて、前記抵抗器は、１０〜２５重量％のムライトから作製される、スパークプラグ。
請求項３に記載のスパークプラグにおいて、前記無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスは、２．０重量％のＭｇＯ−１１．３重量％のＡｌ_２Ｏ_３−５３．５重量％のＳｉＯ_２−１２．０重量％のＣａＯ−２０．５重量％のＢａＯの組成で構成される、スパークプラグ。
請求項４に記載のスパークプラグにおいて、無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスを含む前記抵抗器材料は、炉内で、８９８．９℃（１６５０°Ｆ）と１０１０℃（１８５０°Ｆ）の間の処理温度で処理される、スパークプラグ。
内孔を有する絶縁体と、
前記内孔の一方の端部から延在する中心電極と、
前記内孔の反対側から延在する挿入物と、
前記中心電極と前記挿入物の間に配置された抵抗器とを備え、前記抵抗器は、無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスおよびムライトの混合物から作製される、スパークプラグ。
請求項６に記載のスパークプラグにおいて、前記抵抗器は、１５〜３０重量％の無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスから作製される、スパークプラグ。
請求項７に記載のスパークプラグにおいて、前記抵抗器は、１０〜２５重量％のムライトから作製される、スパークプラグ。
請求項８に記載のスパークプラグにおいて、前記無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスは、２．０重量％のＭｇＯ−１１．３重量％のＡｌ_２Ｏ_３−５３．５重量％のＳｉＯ_２−１２．０重量％のＣａＯ−２０．５重量％のＢａＯの組成で構成される、スパークプラグ。
請求項９に記載のスパークプラグにおいて、前記無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスは、炉内で、８９８．９℃（１６５０°Ｆ）と１０１０℃（１８５０°Ｆ）の間の処理温度で処理される、スパークプラグ。
スパークプラグの製造方法であって、
炭素スラリーを作製するために、炭素およびセラミック粉末を混合するステップと、
前記炭素スラリーを、無アルカリホウ酸バリウムガラスおよびムライトを含むガラス混合物に加えるステップと、
前記炭素スラリー−ガラス混合物を乾燥させるステップと、
炭素抵抗器ガラスを形成するステップと、
前記炭素抵抗器ガラスを、スパークプラグ絶縁体内に詰め込むステップと、
前記炭素抵抗器ガラスを半溶融状態に変換するために、前記スパークプラグ絶縁体−炭
素ガラス組立体を加熱するステップとを含む方法。
請求項１１に記載の方法において、前記炭素スラリー−ガラス混合物を、乾燥後、ふるい分けるステップをさらに含む、方法。
請求項１２に記載の方法において、前記ふるい分けるステップは、＃２０メッシュを用いて行われる、方法。
請求項１１に記載の方法において、無アルカリホウ酸バリウムガラス、ムライト、および炭素スラリーを含むガラス混合物を、第１の所定の時間の間、混合するステップをさらに含む、方法。
請求項１４に記載の方法において、前記第１の所定の時間は、７分間である、方法。
請求項１４に記載の方法において、氷を、無アルカリホウ酸バリウムガラス、ムライト、および炭素スラリーを含む前記ガラス混合物と、第２の所定の時間の間、混合するステップをさらに含む、方法。
請求項１６に記載の方法において、前記第２の所定の時間は、１０分間である、方法。
請求項１１に記載の方法において、前記炭素抵抗器ガラスが半溶融状態のとき、端子スタッドを前記絶縁体−炭素ガラス組立体内に押し進めるステップをさらに含む、方法。
請求項１８に記載の方法において、前記無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスは、２．０重量％のＭｇＯ−１１．３重量％のＡｌ_２Ｏ_３−５３．５重量％のＳｉＯ_２−１２．０重量％のＣａＯ−２０．５重量％のＢａＯの組成で構成される、方法。
請求項１９に記載の方法において、前記炭素抵抗器ガラスは、１５〜３０重量％の無アルカリアルミノケイ酸バリウムガラスから作製される、方法。
請求項２０に記載の方法において、前記炭素抵抗器ガラスは、１０〜２５重量％のムライトから作製される、方法。
請求項２１に記載の方法において、前記スパークプラグ絶縁体−炭素ガラス組立体の前記加熱するステップは、炉内で、８９８．９℃（１６５０°Ｆ）と１０１０℃（１８５０°Ｆ）の間の処理温度で行われる、方法。