JP5048084B2 - １４ｍｍエクステンションスパークプラグ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００７年３月７日に出願された米国仮特許出願番号第６０／８９３，３９２号の利益を主張するものであり、その内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。

発明の分野
本出願は内燃機関の燃焼室内で燃焼ガスを点火するためのスパークプラグに関し、より特定的には発電機、揚水機などの定置エンジンアプリケーションに主として用いられるエクステンションタイプのスパークプラグに向けられている。
発明の背景
エクステンションタイプのスパークプラグは、シリンダーヘッドにおけるスパークプラグの穴の深さが著しく長いスパークプラグの使用が要求されるアプリケーションにおいて、使用されている。これらのアプリケーションのために特別なスパークプラグが設計され得るが、これらの目的のために通常の長寿命のスパークプラグをエクステンションに適応させることが好まれる場合がある。

必要なエクステンションを提供するための１つのアプローチとして、シェルエクステンションの種々の組み合わせ、上部ターミナルエクステンション、および上部ターミナルエクステンションからシェルエクステンションを絶縁するためのエラストマー絶縁体の種々の組み合わせを付加することにより、現場で通常の長寿命のスパークプラグを適応させるキットを提供してきた。作業の複雑さによって、必要なアセンブリを行なうために熟練労働者を雇う必要がある。たとえば、シェルエクステンションのシェルへの取り付けは、現場でバラバラになりがちな圧入接続を用いる場合がある。シェルエクステンションをシェルへ取り付けるために用いられる金属の結合は、スパークプラグを取り付けまたは取り外す際に、結果的に失敗になり得る比較的弱い機械的な接合となるはんだ付けあるいは低い温度でのろう付けのように、相対的に低い温度でのプロセスを利用することが、現場でのアセンブリでは必要である。さらに、現場でのアセンブリおよび取り付けに関しては耐久性を要するので、エクステンションキットには、エラストマーとプラスティックの絶縁材料との組み合わせがしばしば用いられる。しかし、このような材料は、必ずしも所望の電気的遮蔽特性を提供するとは限らない。現場で取り付けられたエクステンションは一般的には非密閉であるので、水分および他の汚染物質が絶縁材料に入りやすく、それによって電気的遮蔽能力を低減する。このような材料はまた、用いられるプラスティック材料の軟化点あるいはガラス転移点のような材料固有の特性に基づいてエクステンションスパークプラグの最大作動温度を制限する。

工場で組み立てられたエクステンションスパークプラグはほとんど知られていない。一般的に知られているスパークプラグは、同様の部品の多くを用い、上記の方法で製造され、全体として同じ制限が課されている。

したがって、信頼性を向上し、かつ作動温度範囲を増加するとともに、熱および電気特性と、環境の悪化に対する耐久性とを高めるエクステンションスパークプラグを製造することが望まれている。

発明の概要
添付した図面に示されるタイプの管状／樽状エクステンションを有するスパークプラグは、上部セラミック絶縁体、下部セラミック絶縁体（通常の構造のスパークプラグと関連がある）、上部および下部セラミック絶縁体の間で、かつ管状／樽状エクステンション内に配置された外側エラストマー絶縁体部材とを備え、さらに上部セラミック絶縁体および外側弾性絶縁体の中心穴内に位置する中心電極エクステンションの周囲に配置された内側エラストマー絶縁体を有する。

本発明のさらに好ましい特徴は、シリコンベースあるいはエラストマーを含むシリコンから製造される外側および内側エラストマー絶縁体を含む。さらに、本発明は、うまく固定されたシェル上にエクステンションの下部を位置決めし、シェルにエクステンションを溶接することを含む。

以下の詳細な説明および図面と併せて考慮すると、本発明のこれらおよび他の特徴および利点がより良く理解されるであろう。

主題の発明にしたがったエクステンションスパークプラグ中の実物大の断面図である。 図１に示されるようなエクステンションスパークプラグアセンブリの上端部の拡大部分断面図である。 図１に示されるようなエクステンションスパークプラグアセンブリの下部の拡大部分断面図である。 図３における４−４線に沿ったエクステンションスパークプラグの底面図である。 図３における囲まれた領域５により参照されるスパークギャップ領域の拡大図である。 図３において６で特定される矩形領域の拡大図である。

好ましい実施形態の詳細な説明
図１〜図６中、同様の参照符号は同様のあるいは対応する箇所を示す。図１〜図６を参照して、本発明の実施の形態にしたがったエクステンション−タイプのスパークプラグは、全体として１０で示される。エクステンションスパークプラグ１０は、１つの例であるがＭ１４のような、メンテナンスおよび交換のためにスパークプラグ１０へのアクセスがひどく制限されている工業用エンジンおよび他の特殊化されたアプリケーションに用いられるタイプおよび大きさである。スパークプラグアセンブリ１０は、好ましくはステンレス鋼やその合金などの耐食性および耐酸化性の金属材料からなる被覆エクステンション管１２を含む。管１２は、実質的にはその長さに沿ったシリンダー形状であり、全体として上端１４と下端１６との間に延びる薄い壁部を有する。典型的な実施の形態では、管１２は８−１２インチの長さと、０．８−１．０インチの外径と、約０．０６インチの壁厚さとを有する。

ブッシング１８は、管１２の上端１４に嵌入され、溶接、ろう付け、圧接、かしめ、または他の取り付け方法あるいは手段によってそこに取り付けられる。ブッシング１８の露出した最上端は、点火リード線（図示せず）のねじ止めされた被覆に接続するためのねじ部２０であってもよい。六角セグメント２２は、スパークプラグの取り付けおよび取り外しのための工業規格のソケットレンチ工具に適合する形状のねじ部２０の直下に設けられる。六角形状は最も一般的でこの実施の形態で示している。しかし、構造を受け入れる他
の形状および道具は、種々のタイプのスパナやボックスレンチに準拠した形状のように、スパークプラグアセンブリ１０の意図されたアプリケーションにより決まるが、同様に有効に用いられる。小フランジ２４は、管１２の取り付けのための下部の張出部および肩部を形成し、ブッシング１８のニップル部２６は、管１２の開口した上端１４内にぴったり位置している。その上、管１２の上端１４の位置にブッシング１８を固定および締めることは、しっかり固定した一体化構造を供給する。このように、取り付けおよび取り外し中に、六角セグメント２２を通じてトルクが加えられ、管１２全体はブッシング１８とともに回転する。典型的な実施の形態では、ブッシング１８は約１．２５−２．０インチの長さを有する。

スパークプラグ部品２８はこのアセンブリ（１０）において使用され、いかなる適切な構造および構成を有してもよい。スパークプラグ部品２８は管状のセラミック絶縁体３０を含んでいてもよく、セラミック絶縁体は、特定の誘電体強度、高い機械的強度、高い熱伝導度、および優れた熱ショック耐性を有する酸化アルミニウムあるいは他の適切なセラミック絶縁体材料を含むことが好ましい。電気的に導電性のある好ましい金属シェル３２は、絶縁体３０の下部領域を取り囲み、かつ少なくとも１つの接地電極３４を含む。ここでは従来の単一Ｌ形状スタイルを描いている。しかし、スパークプラグアセンブリ１０の対象とする用途により決まるが、接地電極３４はまっすぐまたは曲がった態様の複合要素を選択的に備えていてもよいと認識される。絶縁体３０はシェル３２内に、好ましくは、使用中に燃焼ガスがリークしないように気密に絶縁体３０を保持するための構造上健全なアセンブリを達成する、うまく固定する圧接作業を通して、保持される。ねじ部３６は、シェル３２の下部で、シート３８の直下に形成される。シート３８は、シリンダヘッドとの適切な接合部分を提供するために、示されるようにガスケット４１と対になっていてもよい。あるいは、シート３８はシリンダヘッドのガスケットのない取り付けを提供するためにテーパ状（図示せず）に設計してもよい。

電気的導電性ターミナルスタッド４０は、絶縁体３０の中央通路に部分的に配置され、ねじが形成された最上部から、絶縁体３０の中央通路内に組み込まれた下端まで長手方向に延びていてもよい。ねじが形成された最上部は、後で詳細に説明するねじが形成された蓋４２を受ける。ターミナルスタッド４０の下端は、複合のサプレッサ／シールパックを形成する形式の導電性グラスシール４３内に組み込まれる。このようなグラスシールパックは多数の形態をとってもよく、典型的には、ターミナルスタッド４０および中心電極とそれぞれ結合し、作動中電磁気インターフェースを低減するために共働する、上部および下部の導電層のような複数の異なる層で構成される。

導電性中心電極４４は、グラスシールパックで包むヘッドから、接地電極３４近傍の露出したスパーク端４６まで長手方向に延びる。イリジウムベースあるいはプラチナベースの合金からなるような貴金属発火チップは、図６でもっともよく示されるように、中心電極４４のスパーク端４６に位置してもよい。同様に、接地電極３４は、同様の態様の貴金属発火チップを備えていてもよく、それによって燃焼環境において良好な放電加工および耐食性能を備える。

管１２の下端１６は、通常のあるいはほんのわずかに変更された産業上長寿命のスパークプラグ部品の金属シェル３２上の相補的部分で嵌合される。管１２の下端１６は、金属シェル３２の外部表面のいかなる適切な部分に取り付けられてもよい。たとえば下端１６は六角部３３と接する態様で終端処理をしてもよい。しかし、図に示されるような他のアプローチは、六角部３３の下にシェル３２のシリンダー状樽部３５を形成することを含む。樽部３５は固定用肩部３９を含む。六角部３３下にシリンダー状部３５を形成することは、固定用肩部３９に当接することにより下端１６を位置付ける手段のみならず、管１２の下端１６に接合するシリンダー状の界面を形成できるという利点を有する。下端１６は
溶接、ろう付け、圧接、または他の取り付け方法あるいは手段によってシェル３２に取り付けられてもよい。さらに、下端１６は、この配置において六角部３３の外表面上に接合されるシリンダー断面でなく六角形状の断面を有するように構成してもよい。あるいは、下端１６は上述の方法および手段によってシェル３２の他の領域に固定してもよい。この手法は、シェル３２の六角部３３の変更を伴わないという利点を有する。選ばれた取り付け方法にもよるが、スパークプラグ２８の六角部３３にかみ合わせるためには六角形状の断面を作り出すことが管１２の下端１６の形成に必要かもしれない。

管１２の長い特性のために、中心電極エクステンション４８が設けられる。中心電極エクステンション４８は、長い棒状の部材であり、好ましくは種々の鋼種のような金属から形成され、上端および下端にねじ部が形成され、下端がスタッド４０上の蓋４２でねじ止めされて受け入れられる。蓋４２へのねじ止めによる取り付けは、中心電極エクステンション４８とスパークプラグ部品２８のスタッド４０との確実で、信頼性のある電気的および機械的接続を提供する。中心電極エクステンション４８の最上部も、平板状の接続端子５０を受けるためにねじ止めされている。ブッシング１８のねじが形成された端部２０に固定された点火リード（図示せず）は、管１２の上端１４まで延び、かつ接続端子５０を介して中心電極エクステンション４８と電気的に接する。この配置を通じて、設定した時間の電気エネルギーの爆発は、スパークプラグ部品２８を通じてスパークプラグまで点火システム（図示せず）から運ばれる。

接地された管１２と高いエネルギーが与えられた中心電極エクステンション４８との間のアーク放電を防止するために、積層され、かつ繰り込まれた一連の誘電体バッファは、戦略的に間に介装される。より具体的には、上部セラミック絶縁体５２は全体として管状であり、ブッシング１８の下部内に配置された上部首部５４、および管１２の上端１４に装填され下方に延びた本体とを有する。上部セラミック絶縁体５２は、接続端子５０をぴったり受ける中心穴５６を有する。このように、上部セラミック絶縁体５２は、高チャージの接続端子５０（設定した時間の放電中）と接地された外管１２との間に電気的な障壁を確立する。

外側エラストマー絶縁体５８は、好ましくはシリコンベースあるいはエラストマーを含むシリコンから製造され、上部セラミック絶縁体５２の下端と隣接し、スパークプラグ部品２８のシェル３２まで下方に延びる。外側エラストマー絶縁体５８は、スパークプラグ部品２８のセラミック絶縁体３０を包むので、電気的に絶縁され、かつ構造的に、すなわち磨耗や振動から保護される。このように取り付けられたアセンブリの状態では、外側エラストマー絶縁体５８は圧縮下にあるかもしれないが、運転可能な状況で部品を確実に保持できる。外側エラストマー絶縁体５８は中心電極エクステンション４８、蓋４２、およびスタッド４０の外部のチャージされた部材と、接地された管１２の外部のチャージされた部材との間で絶縁性のバリアを提供する。外側エラストマー絶縁体５８は、上部セラミック絶縁体５２により規定された中心穴５６とともに全体として同延となる中心穴６０を含む。

内側エラストマー絶縁体６２は、中心電極エクステンション４８を実質的に長さ方向に取り囲み、かつ上部セラミックおよび外側エラストマー絶縁体５２、５８の位置合わせされた中心穴５６、６０に装填される。内側エラストマー絶縁体６２は、外側エラストマー絶縁体５８と同様に、シリコンベースあるいは種々のシリコーンエラストマーが用いられる材料を含むシリコンからなることが好ましい。

主題のスパークプラグアセンブリ１０は、一例として１４ｍｍの取り付け穴を要求するエンジンに取り付けられるために好適に製造される。そのように設計されたアセンブリ１０は、小径や深い穴に適合し得る１３／１６インチの外径を有する。主題の発明は、多く
の点で有利であり、従来技術のアセンブリに見い出された補助的なエクステンションアダプターの必要性を削除することができ、それによってメンテナンスおよび事業遂行のための努力に要求される時間を低減し、訓練のための努力を低減し、修理所要時間にかかるコストを低減できることを含む。

主題のスパークプラグアセンブリ１０は、被覆エクステンション管を備えたタイプの管１２内で、適合させるために変更した通常の産業用の長寿命のスパークプラグ部品２８の使用を可能にする。アセンブリ１０は、内部電気損失を防止するために適正な内部電気絶縁性を有する。アセンブリ１０の上部でブッシング１８と接続することで、電気エネルギーは外部から与えられる。電気絶縁性は上部セラミック絶縁体５２により提供される。点火リード線（図示せず）からのエネルギーは、電気接続端子５０を通り、中心電極エクステンション４８を通り、最終的に長寿命の抑制されたスパークプラグ部品２８まで進む。スパークプラグ部品２９では、プラグのギャップは、エンジン環境内で外部から与えられた電気エネルギーを消散し、それによって要求される各々の燃料チャージを点火する。

上述の発明は関連する法的基準に従って述べられており、このためこの説明は本質的に限定的というよりもむしろ例示的である。開示された実施例に対する変更および修正は当業者には明らかであり、本発明の範囲に属する。したがって、この発明に与えられる法的保護の範囲は、特許請求の範囲を検討することによってのみ決定され得る。

Claims (20)

1. 深い井戸状部分への適用のためのスパークプラグアセンブリであって、前記アセンブリは、
   上端および下端を有する細長いチューブ状の管と、
   前記管の前記上端近傍内に配置された上部セラミック絶縁体とを備え、前記上部セラミック絶縁体は中心穴を有し、
   前記上部セラミック絶縁体と間隔をあけた下部セラミック絶縁体をさらに備え、前記下部セラミック絶縁体は前記管の前記下端近傍内に少なくとも一部が配置され、
   前記上部および下部セラミック絶縁体の間でかつ分離するように前記管内に配置された外側エラストマー絶縁体をさらに備え、前記外側エラストマー絶縁体は、連続した通路を形成するように、全体として前記上部セラミック絶縁体の前記中心穴と位置合わせされた中心穴を含み、
   位置合わせされた前記中心穴により形成された前記連続した通路内に配置された細長い導電性の中心電極エクステンションと、
   前記中心電極エクステンションの少なくとも一部を囲み、かつ前記それぞれの上部セラミックおよび外側エラストマー絶縁体内の前記位置合わせされた中心穴を同時に架橋する内側エラストマー絶縁体とをさらに備えた、アセンブリ。
2. 前記外側エラストマー絶縁体および前記内側エラストマー絶縁体は、シリコーンベースあるいはエラストマーを含むシリコーンから製造された、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記下部セラミック絶縁体と前記管との間に配置された金属シェルをさらに含み、前記管の前記下端が前記シェルに固定される、請求項１に記載のアセンブリ。
4. 前記管の前記下端は前記シェルに溶接される、請求項３に記載のアセンブリ。
5. 前記中心電極エクステンションは、前記上部セラミック絶縁体の前記中心穴内に摺動自在に配置される接続端子を含む、請求項３に記載のアセンブリ。
6. 前記中心電極エクステンションの一端とねじ止めされた蓋をさらに含む、請求項３に記載のアセンブリ。
7. 前記蓋は、スパーク端で終端する中心電極に電気的に接続されている、請求項６に記載のアセンブリ。
8. 前記シェルは、前記中心電極の前記スパーク端から間隔をあけて配置された接地電極を含み、それらの間の空間内にスパークギャップを形成する、請求項７に記載のアセンブリ。
9. 前記管の前記上端に固定して接続され、かつ前記上部セラミック絶縁体と直接接するブッシングをさらに含む、請求項３に記載のアセンブリ。
10. 前記ブッシングは、点火リード線と接続するためのねじ形状を含む、請求項９に記載のアセンブリ。
11. 深い井戸状部分への適用のためのスパークプラグアセンブリであって、前記アセンブリは、
    上端および下端を有する細長いチューブ状の管と、
    前記管の前記上端近傍内に配置された上部セラミック絶縁体とを備え、前記上部セラミック絶縁体は中心穴を有し、
    前記上部セラミック絶縁体と間隔をあけた下部セラミック絶縁体をさらに備え、前記下部セラミック絶縁体は前記管の前記下端近傍内に少なくとも一部が配置され、
    前記上部および下部セラミック絶縁体の間でかつ分離するように前記管内に配置された外側エラストマー絶縁体をさらに備え、前記外側エラストマー絶縁体は、連続した通路を形成するように、全体として前記上部セラミック絶縁体の前記中心穴と位置合わせされた中心穴を含み、
    位置合わせされた前記中心穴により形成された前記連続した通路内に配置された細長い導電性の中心電極エクステンションと、
    前記中心電極エクステンションの少なくとも一部を囲み、かつ前記それぞれの上部セラミックおよび外側エラストマー絶縁体内の前記位置合わせされた中心穴を同時に架橋する内側エラストマー絶縁体と、
    下部セラミック絶縁体と前記管との間に配置された金属シェルとをさらに備え、前記シェルはシリンダー状の樽部を含み、前記管の前記下端は前記シェルの前記樽部に接合される、アセンブリ。
12. 前記管の前記下端は前記シェルの前記樽部に溶接される、請求項１１に記載のアセンブリ。
13. 前記シェルは六角部を含む、請求項１１に記載のアセンブリ。
14. 前記管は、前記六角部をはめ合わすように取り囲むために前記シェルの前記六角部の領域で変形されている、請求項１３に記載のアセンブリ。
15. 前記外側エラストマー絶縁体は前記シェルに直接接する、請求項１１に記載のアセンブリ。
16. 前記中心電極エクステンションは、前記上部セラミック絶縁体の前記中心穴内に摺動自在に配置される接続端子を含む、請求項１１に記載のアセンブリ。
17. 前記中心電極エクステンションの一端とねじ止めされた蓋をさらに含み、前記蓋はスパーク端で終端する中心電極に電気的に接続されている、請求項１１に記載のアセンブリ。
18. 前記シェルは、前記中心電極の前記スパーク端から間隔をあけて配置された接地電極を含み、それらの間の空間内にスパークギャップを形成する、請求項１７に記載のアセンブリ。
19. 前記管の前記上端に固定して接続され、かつ前記上部セラミック絶縁体と直接接するブッシングをさらに含む、請求項１１に記載のアセンブリ。
20. 前記ブッシングは、点火リード線と接続するためのねじ形状を含む、請求項１９に記載のアセンブリ。

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