JP5438689B2 - 誘電性の向上した部分的にねじ山の付いたスパークプラグ - Google Patents

Description

本発明の例示の実施形態は、スパークプラグに関し、より詳細には、改善された絶縁碍子を有する小径のスパークプラグに関する。

一般に、スパークプラグは、中央軸方向ボアを有し、そこを貫通して中心電極が延長する絶縁性スリーブを含む。絶縁スリーブは、内燃機関への装着プラットフォーム／インターフェースとして機能する金属シェル内に配置され、かつ固定される。金属スリーブは、スパークギャップを画成するように、中心電極に対して一定の間隔を置いた関係で配置される接地電極も支持する。スパークプラグは、一般に、エンジンシリンダーヘッドに取り付けられ、関連するエンジンシリンダー内の混合気を点火するスパークを供給するために、選択的に作動される。

特に小型の自動車に使用される小型エンジンは、エンジン構成要素に対して利用可能な空間が最小限でしかない。シリンダーの空間、すなわち隣接するシリンダーの間の空間も、エンジンサイズを最適にするために最小限に抑えられる。その結果、小型エンジン用のスパークプラグは、一般に、たとえば１２ｍｍの範囲の小さな直径を有する。あいにく、小径のプラグは絶縁碍子（ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）などの内部構成要素に利用可能な体積がより少ない。その結果、絶縁碍子の厚さを縮小しなければならない。

本発明の１つの例示の実施形態によれば、改善されたスパークプラグが提供される。改善されたスパークプラグは、熱耐性が向上している。スパークプラグは、主要本体部分を有する金属シェルを含む。主要本体部分は、内側キャビティを集合的に画成する第１の端部、第２の端部、および中間区域を含む。中間区域は、第１の直径部分を画成する第１のねじ山を付けられない領域、および第２の直径部分を画成する、第１のねじ山を付けられない領域に隣接する第２のねじ山を付けられない部分を含む中間区域であって、第１の直径部分が、第２の直径部分の内周縁よりも大きい内周縁を有し、金属シェルは、第２のねじ山を付けられない部分に隣接する第３のねじ山を付けられた領域、および第３のねじ山を付けられた領域に隣接する第４のねじ山を付けられない領域をさらに備え、第３のねじ山を付けられた領域が、第２の直径部分の内周縁よりも小さい内周縁を有する第３の直径部分を画成し、第４のねじ山を付けられない領域が内周縁を有する第４の直径部分を画成し、第４の直径部分の内周縁が、第３の直径部分の内周縁よりも小さくなっており、内側キャビティが、第１、第２、第３、および第４の直径部分の内周縁によって画成される段の付いた構成を有する中間区域と、金属シェルに配置された絶縁碍子であって、金属シェルの第１の端部部分から延出する第１の端部部分、金属シェルの第２の端部に設けられた第２の端部部分、および内側キャビティの段の付いた構成内に窪んでいるように構成された中間部分を有し、中間部分が、第１の端部部分と第２の端部部分の間に延出し、第１の直径部分内に入れ子式に収容された第１の直径区域、第２の直径部分内に入れ子式に収容された第２の直径区域、および第３の直径部分に入れ子式に収容された第３の直径区域を有し、第１の直径区域が第２の直径区域の材料厚さよりも大きな材料厚さを有する絶縁碍子と、絶縁碍子の第１の端部部分から第２の端部部分に絶縁碍子を貫通して延出する中央ボア内に配置された中心ワイヤであって、絶縁碍子の第２の直径区域内に配置されたヘッド部分を有する中心ワイヤと、絶縁碍子の中央ボア内に配置された抵抗器であって、ヘッド部分を介して中心ワイヤと電気的に接続し、絶縁碍子の第１の直径区域と第２の直径区域の中に配置され、少なくとも２．０ｍｍの最小限の厚さの絶縁碍子が、抵抗器と金属シェルの中間区域の第１の直径区域および第２の直径区域の間に配置され、第３のねじ山を付けられた領域の外径が１２ｍｍ以下である抵抗器とを含む。

上記に説明した小径のスパークプラグの構成は、有利なことに、絶縁碍子部材に対して追加の体積をもたらすことが判明している。すなわち、１つの実施形態では、中間部分のねじ山の全体数を７以下に制限することによって、絶縁碍子材料の追加の体積が、第１の中間部分での内側キャビティにおいて達成することができる。この追加の体積は、現在のところは小径を有する絶縁碍子部材の部分が、より大きな直径を有し、したがってより大きな材料厚さを有することを可能にする。絶縁碍子の中間部分の直径がより大きなことは、誘電特性の改善をもたらし、高燃焼チャンバ温度からスパークプラグの内部構成要素を保護し、同時にエンジンヘッドへの堅牢な装着をもたらす。本発明のさらなる目的、特徴、および利点が、いくつかの図において同様の参照番号が対応する部品を指す図面と共に読めば、以下の詳細な説明からより容易に明らかになる。

小径のスパークプラグの例示の実施形態の正面図である。 図１の線２−２に沿った断面図である。 図１のスパークプラグの端面図である。 内燃機関に装着されたスパークプラグの例示の実施形態の断面図である。 非限定的な例示の寸法を有する図１〜３の図を示す。

図１〜３を最初に参照すると、本発明の例示の実施形態にしたがって構成された小径のスパークプラグが全体的に２で示される。スパークプラグ２は、第１の端部部分６、第２の端部部分７、および中間部分８を有する、電気的に絶縁するスリーブまたは絶縁碍子４を含む。絶縁碍子４は、第１の端部部分６と第２の端部部分７の間に延出する軸方向ボア１５を含む。

図２に示されるように、スパークプラグ２は、軸方向ボア１５の上方部分（別々には標識を付けられない）に配置された第１の電極１７を含む。第１の電極１７は、絶縁碍子４の第１の端部部分６、および第２の端部区域１９を越えて延出する第１の端部または先端区域１８を含む。第１の端部区域１８および第２の端部区域１９は、中間区域２０によって互いに連結されている。スパークプラグ２は、軸方向ボア１５の下方部分（別々には標識を付けられない）に配置された第２の電極または中心ワイヤ２４も含む。第２の電極２４は、中間区域２８を介して第２の端部区域２７に延出する第１の端部区域またはヘッド部分２６を含む。第２の電極２４は、第２の端部区域２７に設けられた先端部３０を含む。第１の電極１７および第２の電極２４は、抵抗器３２によって電気的に接続されている。１つの実施形態では、電極１７および２４は、伝導性ガラス３３またはそれと等価なものによって抵抗器３２に電気的に接続されている。図示されるように、軸方向ボアの上方部分は、大径の抵抗器がその中に挿入できるように、抵抗器を収容するための大きな直径を有する。言い換えれば、抵抗器の直径は、中心ワイヤの直径よりも大きくなっている。しかし、本明細書に論じられるように、絶縁碍子は、抵抗器の周囲に十分な厚さを有する。１つの非限定的な例示の実施形態では、抵抗器の直径は、図５に示すように、およそ４．０ｍｍ、または３から４．５ｍｍで定められる範囲内にあり、抵抗器を囲む絶縁碍子の厚さは、少なくとも２．０ｍｍである。当然ではあるが、その他の範囲が本発明の例示の実施形態の範囲内にあることが企図される。

絶縁碍子４は、少なくとも部分的には、金属スリーブまたはシェル３９内に延出する。金属シェル３９は、内側または中央キャビティ４７を集合的に画成する第１の端部４２、第２の端部４３、および中間区域４４を有する主要本体４０を含む。金属シェル３９は、接地電極５０も含む。接地電極５０は、主要本体４０の第２の端部４３から延出する第１のセグメント５１、第２のまたは湾曲したセグメント５２、および第３のセグメント５３を含む。第３のセグメント５３は、スパークギャップ「Ｇ」を画成するように先端部３０から間隔を置いて、先端部３０に全体に垂直に延出する。

金属シェル３９は、スパークプラグ２をエンジンシリンダーヘッド５５に固定するための堅牢な装着構成を提供する。図４に示されるように、シリンダーヘッド５５は、第１の端部部分５８、中間部分５９（その一部分はねじ山を付けられている）、および第２の端部部分６０を有するスパークプラグ受け部分５７を含む。第２の端部部分６０は、燃焼室の上部を画成する窪んだ領域６１へ開いている。

本発明の１つの例示の実施形態によれば、金属シェル３９の中間区域４４は、第１の直径部分７１を画成する第１のねじ山を付けられない領域７０、第２の直径部分７５を画成する第２のねじ山を付けられない領域７４、第３の直径部分７９を画定する数を減らされたねじ山（たとえばおよそ７以下の）を有する第３のねじ山を付けられた領域７８、および第４の直径部分８３を画定する第４のねじ山を付けられない領域８２を含む。図示されるように、第２の直径部分７５の内周縁は、第１の直径部分７１よりも小さくなっている。第３の直径部分７９の内周縁は、第２の直径部分７５よりも小さくなっている。第４の直径部分８３の内周縁は、第３の直径部分７９よりも小さくなっている。この構成によって、中央キャビティ４７は、第１の領域７０から第４の領域８２に延出する次第に低下する内周縁直径の段の付いた形状を有する。

本発明の１つの例示の実施形態によれば、絶縁碍子４の中間部分８が、中央キャビティ４７の段の付いた形状に対応する一連のステップによって形成される。より具体的には、中間部分８は、第１の段の付いたセグメント９３を有する第１の直径区域９０を含み、第１の段の付いたセグメント９３は第２の直径区域９４を確立する。第２の直径区域９４は、第３の直径区域９８を確立する第２の段の付いたセグメント９７を含む。第３の直径区域９８は、絶縁碍子４の第４の直径または先端区域１０２を確立する第３の段の付いたセグメント１０１を含む。図示されるように、第２の直径区域９４の外周縁は、第１の直径区域９０よりも小さい。第３の直径区域９８の外周縁は、第２の直径区域９４よりも小さい。第４の直径区域１０２の外周縁は、第３の直径区域９８よりも小さい。この構成によって、金属シェル３０の段の付いた形状と同様の段の付いた形状が形成される。

１つの例示の実施形態では、絶縁碍子４の第１、第２、および第３の区域の外周縁が、それぞれ金属シェル３９の第１、第２、および第３の部分の内周縁に実質的に等しい。その目的に向けて、第１の直径区域９０は、第１の直径部分７１内に入れ子式に収容され、第２の直径区域９４は、第２の直径部分７５内に入れ子式に収容され、第３の直径区域９８は、第３の直径部分７９内に入れ子式に収容される。第４の直径区域１０２は、金属シェル３９の第２の端部４３で窪みまたはカップ１０４を形成するように、実際には第４の直径部分８３から間隔を置いて配置される。最終的に、ガスケット１０５が、第３の段の付いたセグメント１０１に設けられる。ガスケット１０５は、燃焼の生成物がスパークプラグ２の内部を損傷するのを防止するために中央キャビティ４７を密封する。

標準的なねじ部分を有する典型的な１２ｍｍのスパークプラグが、ねじ山を付けられた領域（たとえば第３の直径区域９８）での内径に関する所与の測定の範囲を有する。ねじ山を付けられた領域を、およそ７から１１（７〜１１）に、または５〜１５のねじ山以下の非限定的範囲に制限することによって、第２の直径部分７５は、増加した直径を有することになる。１２ｍｍのスパークプラグに関しては、第２の直径部分７５の直径は、一般的な測定範囲を超えて増加する可能性がある。多くともおよそ７ねじ、少なくともおよそ５ねじほどで、振動による緩みを防止しながらスパークプラグ２をシリンダーヘッド５５に固定するのに十分であることが判明している。したがって、中間区域４４のねじの全体数を制限することによって、第２の領域７４の外径を増加させることができ、それによって第２の直径部分７５での中央キャビティ４７において体積が対応して増加する。たとえば、第２の領域７４の外径は、少なくとも図５に示される１２．０７ｍｍに増加させることができる。当然ではあるが、その他の寸法および範囲が、本発明の例示の実施形態の範囲内にあると見なされる。

増加した体積、すなわち第２の直径部分７５の直径は、対応する体積、すなわち絶縁碍子４の第２の直径区域９４の直径の増加を可能にする。すなわち、第２の直径区域９４は、第２の直径部分７５の範囲と同様の範囲での直径を有する。この様式で、本発明の例示の実施形態は、１２ｍｍ径のスパークプラグ用の絶縁碍子４が、より大きなスパークプラグ、たとえば１４ｍｍ径以上のスパークプラグの誘電率に匹敵する誘電率を有することを可能にする。したがって、第２の直径区域９４のサイズを増加させることによって、絶縁碍子４の誘電率が、３０％もの増加を生じ、それによって抵抗器３２にさらなる保護をもたらす。たとえば、典型的な１２ｍｍプラグにおける絶縁碍子の誘電値（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖａｌｕｅ）は３１ｋＶであり、１４ｍｍプラグの誘電値は３８ｋＶである。しかし、図１〜５に示された例示の実施形態は、典型的な１２ｍｍプラグの誘電値からおよそ３０％増加した誘電値を有する絶縁碍子を提供する。さらに、第２の直径区域９４の直径を増加させることにより、第１の電極１７および第２の電極２４は、多様な熱範囲（ｈｅａｔ ｒａｎｇｅｓ）に対応しながら製造および在庫費用を節約するために、より広い範囲のスパークプラグのサイズに対して共通にすることができる。

さらに、図示されるように、本発明の例示の実施形態は、複数の段の付いた深さの構成を有するスパークプラグを対象とし、スパークプラグは、１２ｍｍの開口に対してねじ山を付けられ、スパークプラグの抵抗器の周りに、２．１６ｍｍの最小限の厚さが提供される。さらに、１つの例示の実施形態では、ねじ部分のねじ数が７に制限される。

この点で、上記に説明したスパークプラグ構成が、絶縁碍子に対して追加の体積を有利にもたらすことが判明していることを理解すべきである。すなわち、中間部分のねじ山の全体数をおよそ７以下に制限することによって、追加の体積が中央キャビティにおいて得られる。この追加の体積は、現在のところは小径を有する絶縁碍子の対応する部分が、より大きな直径をすることを可能にする。絶縁碍子部材の中間部分の直径がより大きなことは、誘電特性の改善をもたらし、高燃焼チャンバ温度からスパークプラグの内部構成要素を保護し、同時にエンジンヘッドへの堅牢な装着をもたらす。

１組の非限定的な寸法の例示のスパークプラグ構成（たとえば１２ｍｍ）が、図５に示され、寸法がｍｍで示されている。

本発明の図示された例示の実施形態を参照して説明したが、本発明にその趣旨から逸脱せずに様々な変更および／または修正を行なうことができることを容易に理解すべきである。たとえば、小径のスパークプラグは７ねじを有するものとして示されたが、ねじ区域は、およそ４〜８ねじ、５〜７ねじ、５〜６ねじ、または他の様式を含むことができる。最終的に、限定されることなく、少なくとも５ねじほどで、同様にエンジンヘッドに適切なインターフェースがもたらされる。さらに、スパークプラグは、複数の内部電極を有するように示されるが、スパークプラグの一区間に延びる単一の電極を使用することもできる。さらに、上記に説明した範囲が、例示の実施形態のみと関連付けられることを理解すべきであり、本発明の範囲から逸脱せずに変えることができる。最終的に、１２ｍｍの小径のプラグに関連して説明したが、本発明は、１４ｍｍ径のスパークプラグ、またはその他の様式で使用することもできる。一般に、本発明は、別紙の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。

Claims (15)

1. 内側キャビティを集合的に画成する第１の端部、第２の端部、および中間区域を含む主要本体部分を有する金属シェルであって、前記中間区域が、第１の直径部分を画成する第１のねじ山を付けられない領域、および第２の直径部分を画成する、前記第１のねじ山を付けられない領域に隣接する第２のねじ山を付けられない領域を含み、前記第１の直径部分が、前記第２の直径部分の内周縁よりも大きい内周縁を有し、前記金属シェルが、前記第２のねじ山を付けられない領域に隣接する第３のねじ山を付けられた領域、および前記第３のねじ山を付けられた領域に隣接する第４のねじ山を付けられない領域をさらに備え、前記第３のねじ山を付けられた領域が、前記第２の直径部分の前記内周縁よりも小さい内周縁を有する第３の直径部分を画成し、前記第４のねじ山を付けられない領域が内周縁を有する第４の直径部分を画成し、前記第４の直径部分の前記内周縁が、前記第３の直径部分の前記内周縁よりも小さくなっており、前記内側キャビティが、前記第１、第２、第３、および第４の直径部分の前記内周縁によって画成される段の付いた構成を有する金属シェルと、
   前記金属シェルに配置された絶縁碍子であって、前記金属シェルの第１の端部部分から延出する第１の端部部分、前記金属シェルの前記第２の端部に設けられた第２の端部部分、および前記内側キャビティの前記段の付いた構成内に窪んでいるように構成された中間部分を有し、前記中間部分が、前記第１の端部部分と第２の端部部分の間に延出し、前記第１の直径部分内に入れ子式に収納された第１の直径区域、前記第２の直径部分内に入れ子式に収納された第２の直径区域、および前記第３の直径部分に入れ子式に収納された第３の直径区域を有し、前記第１の直径区域が前記第２の直径区域の材料厚さよりも大きな材料厚さを有する絶縁碍子と、
   前記絶縁碍子の前記第１の端部部分から前記第２の端部部分に前記絶縁碍子を貫通して延出する中央ボア内に配置された中心ワイヤであって、前記絶縁碍子の前記第２の直径区域内に配置されたヘッド部分を有する中心ワイヤと、
   前記絶縁碍子の前記中央ボア内に配置された抵抗器であって、前記ヘッド部分を介して前記中心ワイヤと電気的に接続し、前記絶縁碍子の前記第１の直径区域と前記第２の直径区域の中に配置された抵抗器と、を備え、
   少なくとも２．０ｍｍの最小限の厚さの前記絶縁碍子が、前記抵抗器と前記金属シェルの前記中間区域の前記第１の直径区域および前記第２の直径区域の間に配置され、
   前記第３のねじ山を付けられた領域の外径が１２ｍｍ以下である、小径のスパークプラグ。
2. 請求項１に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記第１の直径区域が、前記第２の直径区域の外周縁よりも大きな外周縁を含む小径のスパークプラグ。
3. 請求項１に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記中央ボアが、上方部分および下方部分を有し、前記上方部分が、前記下方部分よりも大きくなっており、前記抵抗器が、前記中央ボアの前記上方部分に配置されている小径のスパークプラグ。
4. 請求項１に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、４から８のねじを含む小径のスパークプラグ。
5. 請求項１に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、５から７のねじを含む小径のスパークプラグ。
6. 請求項１に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、５から６のねじを含む小径のスパークプラグ。
7. 請求項１に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、７ねじを含む小径のスパークプラグ。
8. 請求項１に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、５〜１５のねじを含む小径のスパークプラグ。
9. 請求項１に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記抵抗器の直径が、少なくとも４．０ｍｍである小径のスパークプラグ。
10. 請求項９に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、７以下のねじを含む小径のスパークプラグ。
11. 請求項１０に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記中央ボアが、上方部分および下方部分を有し、前記上方部分が、前記下方部分よりも大きくなっており、前記抵抗器が、前記中央ボアの前記上方部分に配置されている小径のスパークプラグ。
12. 内側キャビティを集合的に画成する第１の端部、第２の端部、および中間区域を含む主要本体部分を有する金属シェルであって、前記中間区域が、第１の直径部分を画成する第１のねじ山を付けられない領域、および第２の直径部分を画成する、前記第１のねじ山を付けられない領域に隣接する第２のねじ山を付けられない領域を含み、前記第１の直径部分が、前記第２の直径部分の内周縁よりも大きい内周縁を有し、前記金属シェルが、前記第２のねじ山を付けられない領域に隣接する第３のねじ山を付けられた領域、および前記第３のねじ山を付けられた領域に隣接する第４のねじ山を付けられない領域をさらに備え、前記第３のねじ山を付けられた領域が、前記第２の直径部分の内周縁よりも小さい内周縁を有する第３の直径部分を画成し、前記第４のねじ山を付けられない領域が内周縁を有する第４の直径部分を画成し、前記第４の直径部分の前記内周縁が、前記第３の直径部分の内周縁よりも小さくなっており、前記内側キャビティが、前記第１、第２、第３、および第４の直径部分の前記内周縁によって画成される段の付いた構成を有する金属シェルと、
    前記金属シェルに配置された絶縁碍子であって、前記金属シェルの第１の端部部分から延出する第１の端部部分、前記金属シェルの前記第２の端部から延出する第２の端部部分、および前記内側キャビティの前記段の付いた構成内に窪んでいるように構成された中間部分を有し、前記中間部分が、前記第１の端部部分と第２の端部部分の間に延出し、前記第１の直径部分内に入れ子式に収納された第１の直径区域、前記第２の直径部分内に入れ子式に収納された第２の直径区域、および前記第３の直径部分に入れ子式に収納された第３の直径区域を有し、前記第１の直径区域が前記第２の直径区域の材料厚さよりも大きな材料厚さを有する絶縁碍子と、
    前記絶縁碍子の前記第１の端部部分から前記第２の端部部分に前記絶縁碍子を貫通して延出する中央ボア内に配置された中心ワイヤであって、前記絶縁碍子の前記第２の直径区域内に配置されたヘッド部分を有する中心ワイヤと、
    前記絶縁碍子の前記中央ボア内に配置された抵抗器であって、前記ヘッド部分を介して前記中心ワイヤと電気的に接続し、前記絶縁碍子の前記第１の直径区域と前記第２の直径区域の中に配置された抵抗器と、を備え、
    少なくとも２．０ｍｍの最小限の厚さの前記絶縁碍子が、前記抵抗器と前記金属シェルの前記中間区域の前記第１の直径区域および前記第２の直径区域との間に配置され、
    前記第３のねじ山を付けられた領域の外径が１２ｍｍ以下である、小径のスパークプラグ。
13. 請求項１２に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記抵抗器の直径が、少なくとも４．０ｍｍである小径のスパークプラグ。
14. 請求項１３に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、７以下のねじを含む小径のスパークプラグ。
15. 請求項１４に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記中央ボアが、上方部分および下方部分を有し、前記上方部分が、前記下方部分よりも大きくなっており、前記抵抗器が、前記中央ボアの前記上方部分に配置されている小径のスパークプラグ。

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