JP6665160B2 - 改良されたシールを有するスパークプラグ - Google Patents

Description

関連出願との相互参照
この米国特許出願は、２０１４年８月１０日に出願された米国仮特許出願連続番号第６２／０３５，４５３号、および２０１５年８月１０日に出願された米国通常特許出願連続番号第１４／８２２，１５９号の利益を主張する。それらの内容全体がここに引用により援用される。

発明の背景
１．発明の分野
この発明は一般に点火装置用のガラスシールに関し、より特定的には、ガラスシールを含むスパークプラグ、およびそれを形成する方法に関する。

２．関連技術
ガラスシールは、点火装置、たとえばスパークプラグの、中央電極などの導電性部品と絶縁体との間に密封結合を形成するためにしばしば使用される。スパークプラグのガラスシールは典型的には、絶縁体の穴にガラス粉末を配置し、次に、絶縁体、中央電極およびガラス粉末を炉内でともに焼成することによって形成される。熱はまた、ガラスシールのある成分を膨張させ、ひいては絶縁体と中央電極との間に密封結合を形成させる。しかしながら、中央電極と絶縁体との間のガラス粉末が溶けて膨張するにつれて、気泡または気孔が形成され、それらの泡または孔は、ガラスシールが室温まで冷えた後でも、完成されたスパークプラグのガラスシール内に残る。このため、スパークプラグが内燃機関で使用され、高電界にさらされる場合、その電界により、泡または孔に含まれる気体がイオン化されてコロナを形成するようになる。イオン化された気体は、周囲の固体絶縁体に熱を伝達する一連のイオン化電荷を生成する。熱的破壊メカニズムが起こり、それは誘電破壊（dielectric breakdown）を引き起こし得る。気体によって生じるこの誘電破壊の影響は、泡または孔が大きい場合に特に顕著であり、その場合、絶縁体の誘電故障（dielectric breakdown）が起こり得る。絶縁体を通じた、膨張したガラスシールへの絶縁破壊（dielectric puncture）は、スパークプラグの故障をもたらす可能性がある。

発明の概要
この発明の一局面は、スパークプラグの導電性部品と絶縁体との間に密封結合を提供するための、９×１０^６Ｓ／ｍ〜６５×１０^６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する導電性ガラスシールを提供する。ガラスシールは、ガラスシールの総重量に基づいて、５０．０〜８５．０重量％（重量％）の総量の少なくとも１つのガラスと、１５．０〜５０．０重量％の量の導電性金属粒子とを含む。ガラスシールはまた、ガラスシールの総体積に基づいて２５．０〜７５．０体積パーセント（体積％）の量の気体充填孔を含む。

この発明の別の局面は、導電性部品を包囲する絶縁体と、導電性部品と絶縁体との間に密封結合を提供する導電性ガラスシールとを含む、スパークプラグを提供する。ガラスシールは、ガラスシールの総重量に基づいて、５０．０〜８５．０重量％（重量％）の総量の少なくとも１つのガラスと、１５．０〜５０．０重量％の量の導電性金属粒子とを含む。導電性ガラスシールは、９×１０^６Ｓ／ｍ〜６５×１０^６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する。ガラスシールはまた、ガラスシールの総体積に基づいて２５．０〜７５．０体積パーセント（体積％）の量の気体充填孔を含む。

この発明のさらに別の局面は、スパークプラグの導電性部品と絶縁体との間に密封結合を提供するための導電性ガラスシールを製造する方法を含む。この方法は、混合物の総重量に基づいて、４８．８〜８５．０重量％の総量の少なくとも１つのガラスフリットと、０．１〜３．０重量％の量の結合剤と、０．１〜１．０重量％の量の膨張剤と、１４．８〜５０．０重量％の量の導電性金属粒子とを含む混合物を提供するステップと、ガラスシールを形成するために混合物を焼成するステップとを含み、ガラスシールは、９×１０^６Ｓ／ｍ〜６５×１０^６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する。

この発明の別の局面は、導電性部品と絶縁体との間に密封結合を提供する導電性ガラスシールを含むスパークプラグを製造する方法を提供する。この方法は、導電性部品と絶縁体との間に混合物を配置するステップを含み、混合物は、混合物の総重量に基づいて、４８．８〜８５．０重量％の総量の少なくとも１つのガラスフリットと、０．１〜３．０重量％の量の結合剤と、０．１〜１．０重量％の量の膨張剤と、１４．８〜５０．０重量％の量の導電性金属粒子とを含む。この方法はさらに、ガラスシールを形成するために混合物を焼成するステップを含み、ガラスシールは、９×１０^６Ｓ／ｍ〜６５×１０^６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する。

導電性粒子は、ガラスシールの焼成中に形成された気体充填孔を包囲する。導電性粒子は、スパークプラグが内燃機関で使用され、高電界にさらされるときに孔を横切る電界を排除する。このため、スパークプラグの絶縁体を通じた誘電破壊および絶縁破壊を起動し得る気体のイオン化が排除される。

図面の簡単な説明
この発明は、添付図面に関連して検討される以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるようになるため、この発明の他の利点は容易に理解されるであろう。

この発明の例示的な一実施形態に従った、導電性ガラスシールを含むスパークプラグの断面図である。 この発明の別の例示的な実施形態に従った、導電性ガラスシールを含むスパークプラグの断面図である。 焼成するステップの後の、線３−３に沿った、ガラスと導電性金属粒子と気体充填孔とを含む図１の導電性ガラスシールの図である。 図３のガラスシールの一部の拡大図である。

実施可能な実施形態の説明
この発明の一局面は、図１および図２に示すように、中央電極２４といった少なくとも１つの導電性部品と絶縁体２６との間に密封結合を提供する導電性ガラスシール２２を含むスパークプラグ２０を提供する。ガラスシール２２の組成は、スパークプラグ２０の中央電極２４または他の導電性部品が内燃機関での使用中にエネルギーを受ける場合に、絶縁体２６を通じた誘電破壊、ひいては絶縁破壊の可能性を減少させる。

導電性ガラスシール２２は、導電性粒子と、少なくとも１つの結合剤と、膨張剤と、ガラスフリットとを含む材料、典型的には粉末混合物から形成される。例示的な一実施形態では、ガラスシール２２は、ガラスシール２２の総重量に基づいて１５．０〜５０．０重量パーセント（重量％）、好ましくは２０．０重量％の量の導電性粒子を含む。ガラスシール２２を形成するために使用される粉末混合物は、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の総重量に基づいて１４．８〜５０．０重量％の量の導電性粒子を含む。導電性粒子は、単一の材料を含んでいてもよく、または異なる材料の混合物を含んでいてもよい。導電性粒子を形成するために任意の導電性金属を使用することができるが、例示的な実施形態では、導電性粒子は銅からなり、または基本的に銅からなる。また、導電性粒子はさまざまな形を含み得るが、例示的な実施形態では、それらは、３２５メッシュまたは４５ミクロン未満の粒径を有する銅薄片の形で提供される。導電性粒子は、ガラスシール２２を導電性にする。例示的な一実施形態では、ガラスシール２２は、９×１０^６Ｓ／ｍ〜６５×１０^６Ｓ／ｍの範囲の、または９×１０^６Ｓ／ｍを上回る、好ましくは３０×１０^６Ｓ／ｍを上回る導電率を有する。

上述のように、非導電性ガラスシールを含む比較用スパークプラグでは、気泡または気孔は、稼動中にイオン化されてコロナを形成し、それは絶縁体の誘電故障につながり得る。しかしながら、この発明の導電性ガラスシール２２をスパークプラグ２０で使用する場合、導電性粒子が気泡または気孔を包囲するため、エネルギーがスパークプラグ２０に印加されるときに泡または孔を横切る電界を排除する。コロナ放電が導電性ガラスシール２２の泡または孔に沿って形成されないため、絶縁体２６を通じたイオン化破壊および絶縁破壊のための起動メカニズムが排除される。

導電性ガラスシール２２を形成するために使用される粉末はまた、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の総重量に基づいて３．０重量％までの量の少なくとも１つの結合剤を含む。好ましくは、ガラスシール２２は、無機結合剤と合成または天然の有機結合剤との混合物を含む。結合剤は、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の成分同士を接着させるのに役立つ。焼成するステップ中に、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末がガラス溶融温度まで加熱されると、結合剤、典型的には有機結合剤の少なくとも一部が燃え尽き、このため、焼成されたガラスシール２２の組成内に存在しない。

例示的な実施形態では、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末は、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の総重量に基づいて２．０重量％までの、または０．１〜２．０重量％の、好ましくは１．０重量％の量の無機結合剤を含む。無機結合剤は、単一の材料を含んでいてもよく、または異なる材料の混合物を含んでいてもよい。ガラスシール２２では任意のタイプの無機結合剤材料を使用できるが、典型的には、無機結合剤は、天然のまたは加工された粘土を含む。例示的な実施形態では、無機結合剤は、ナトリウムベントナイトまたはケイ酸アルミニウムマグネシウム（VeegumR（登録商標）という名称で販売）からなり、または基本的にそれからなる。

例示的な実施形態のガラスシール２２を形成するために使用される粉末はまた、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の総重量に基づいて２．０重量％までの、または０．１〜２．０重量％の、好ましくは０．６５重量％の量の合成または天然の有機結合剤を含む。合成または天然の有機結合剤は、単一の材料を含んでいてもよく、または異なる材料の混合物を含んでいてもよい。ガラスシール２２では、任意のタイプの合成または天然の有機結合剤材料を使用できる。しかしながら、例示的な実施形態では、合成または天然の有機結合剤は、ポリエチレングリコール（polyethylene glycol：ＰＥＧ）と、マルトデキストリンまたはデキストリンとからなり、または基本的にそれらからなる。この実施形態では、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の総重量に基づいて、ＰＥＧは０．１５重量％の量で存在し、マルトデキストリンまたはデキストリンは０．５重量％の量で存在する。

導電性ガラスシール２２を形成するために使用される粉末はまた、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の総重量に基づいて１．０重量％までの、または０．１〜１．０重量％の、好ましくは０．５重量％の量の膨張剤を含む。膨張剤は、単一の材料を含んでいてもよく、または異なる材料の混合物を含んでいてもよい。ガラスシール２２では任意のタイプの膨張剤を使用できるが、例示的な実施形態では、膨張剤は炭酸リチウムからなり、または基本的に炭酸リチウムからなる。膨張剤の少なくとも一部は、焼成するステップ中にガラス溶融温度まで加熱されると固体から気体に変わり、このためガラスシール２２を膨張させる。

導電性ガラスシール２２はまた、微粒子状のガラスを含むガラスフリットから形成される。ガラスフリットは、焼成されたガラスシールが、ガラスシール２２の総重量に基づいて５０．０〜８５．０重量％、好ましくは８０．０重量％の量のガラスを含むようになる量で存在する。例示的な実施形態では、ガラスフリットは、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の総重量に基づいて、５０．０〜８４．８重量％、または４８．８〜８５．０重量％、好ましくは８０．０重量％の量で存在する。一実施形態では、ガラスシール２２を形成するために使用されるガラスフリットの量は、ガラスフリットと導電性粒子との比率が約４対１となるように選択される。

ガラスフリットは粉末ガラスを含み、単一の材料へと化学的に組合され融合された複数の化学元素を含んでいてもよい。当該技術分野において公知の任意のタイプのガラスフリットを使用することができる。ある場合には、１つのタイプのガラスのみが使用されるが、他の場合には、いくつかの異なるタイプのガラスが使用される。ガラスシール２２は単一のガラスフリットで構築されてもよく、または、異なる化学組成および異なる特性を有する複数のガラスフリットがともに混合されてもよい。例示的な実施形態では、ガラスフリットの全体組成は、ガラスフリットの総重量に基づいて３５．０〜４０．０重量％、好ましくは３８．６重量％の量のシリカ（ＳｉＯ_２）を含む。ガラスフリットはまた、ガラスフリットの総重量に基づいて、２０．０〜２８．０重量％、好ましくは２６．９重量％の量の酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）と、１０．０〜１５．０重量％、好ましくは１１．７重量％の量の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）と、１０．０〜１５．０重量％、好ましくは６．０〜８．０重量％、より好ましくは７．３重量％の量の酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）と、３．０〜５．０重量％、好ましくは４．８重量％の量の酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを含む。ガラスフリットはさらに、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、およびカリウム（Ｋ）の酸化物といったアルカリ金属酸化物を、ガラスフリットの総重量に基づいて２．０〜６．０重量％の総量で含む。例示的な実施形態では、ガラスフリットは、ガラスフリットの総重量に基づいて４．７重量％の総量のアルカリ金属酸化物を含み、このうち、１．５重量％は酸化リチウムであり、３．１重量％は酸化ナトリウムである。ガラスフリットはまた、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、およびバリウム（Ｂａ）の酸化物といったアルカリ土類金属酸化物を、ガラスフリットの総重量に基づいて３．０〜７．０重量％の総量で含む。例示的な実施形態では、ガラスフリットは５．９重量％の総量のアルカリ土類金属酸化物を含み、このうち、少なくとも２．９５重量％は酸化ストロンチウムであり、約１．９重量％は酸化マグネシウムである。しかしながら、他の量のアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物が使用され得ることに留意されたい。ガラスフリットおよびガラスシール２２全体はまた、少量の他の成分および／または不純物を含み得る。

表１は、この発明に従ったガラスシール２２を形成するために使用される１つの例示的な粉末組成を、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の総重量に基づいた重量パーセント（重量％）で提供する。

表２は、この発明に従った例示的なガラスフリット組成を、ガラスフリット組成の総重量に基づいた重量パーセント（重量％）で提供する。

表２の例示的な組成では、アルカリ金属酸化物は、酸化リチウム、酸化ナトリウム、および酸化カリウムを含む群のうちの１つ以上を含む。一例では、アルカリ金属酸化物のおよそ３分の１は酸化リチウムであり、およそ３分の２は酸化ナトリウムである。しかしながら、任意の比率のアルカリ金属酸化物が使用されてもよい。例示的な組成のアルカリ土類金属酸化物は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、および酸化バリウムを含む群のうちの１つ以上を含む。一例では、アルカリ土類金属酸化物の２分の１以上は酸化ストロンチウムであり、およそ３分の１は酸化マグネシウムである。しかしながら、任意の比率のアルカリ土類金属酸化物が使用されてもよい。しかしながら、当業者であれば、列挙されたものに加えて、または列挙されたものの代わりに、他のタイプのアルカリ金属およびアルカリ土類金属が使用できることを理解する。

別の例示的な実施形態によれば、ガラスシール２２は、ガラスフリットと、導電性粒子と、膨張剤と、無機結合剤とを含むものの、有機結合剤を含まない、混合物から形成される。この組成は、自動車用スパークプラグよりも高温で動作する、工業用スパークプラグなどのあるタイプのスパークプラグでの使用にとって好適である。より高い動作温度のため、ガラスフリットは、より高い軟化温度を有する。加えて、膨張剤は、それがガラスフリットに適合するように高温で排気する。

この例示的な実施形態によれば、ガラスフリットは、焼成されたガラスシール２２が、ガラスシール２２の総重量に基づいて７２．０〜８２．０重量％の量のガラスを含むようになる量で存在する。ガラスシール２２を形成するために使用される粉末は典型的には、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の総重量に基づいて、７２．０〜８２．０重量％の量のガラスフリットと、１５．０〜２５．０重量％の量の導電性粒子と、１．０〜５．０重量％の量の無機結合剤と、０．１０〜０．５０重量％の量の膨張剤とを含む。好ましくは、導電性粒子は銅薄片であり、無機結合剤はベントナイトであり、膨張剤は炭酸カルシウムである。

表３は、代替的な実施形態に従ったガラスシール２２を形成するために使用される例示的な粉体組成を、ガラスシール２２を形成するために使用される粉末の総重量に基づいた重量パーセント（重量％）で提供する。

表４は、好ましくは表３の粉体組成で使用される他の例示的なガラスフリット組成を、ガラスフリット組成の総重量に基づいた重量パーセント（重量％）で提供する。表４に列挙された他の酸化物は、任意のタイプの酸化物を含み得る。

表４の例示的な組成では、アルカリ金属酸化物は、酸化リチウム、酸化ナトリウム、および酸化カリウムを含む群のうちの１つ以上を含む。例示的な組成のアルカリ土類金属酸化物は、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、および酸化バリウムを含む群のうちの１つ以上を含む。例示的な一実施形態では、ガラスフリットは、ガラスフリットの総重量に基づいて、３．３〜４．３重量％の量の酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）と、３．４〜４．４重量％の量の酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）と、０．２〜０．４重量％の量の酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムの組合せ（ＭｇＯ＋ＣａＯ）と、０．０〜０．１重量％の総量の他の酸化物とを含む。しかしながら、当業者であれば、列挙されたものに加えて、または列挙されたものの代わりに、他の量および他のタイプのアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物が使用できることを理解する。

導電性ガラスシール２２を形成するために使用される導電性粉末は、当該技術分野において公知の任意の方法を含む、さまざまな異なる方法を使用して準備することができる。典型的には、方法は、導電性粒子、結合剤、膨張剤、およびガラスフリットを得るステップと、それらの成分をともに混合するステップとを含む。成分がいったんともに混合されると、導電性材料が絶縁体２６の穴に配置され得る。

一実施形態では、導電性材料を絶縁体２６に配置する前に、材料を乾式混合によってともに混合する。これに代えて、材料を湿式粉砕し、または水と混合してスラリーを形成し、次に噴霧乾燥させて複数の粒状粒子または粉末を形成してもよい。噴霧乾燥させるステップは、加熱された噴霧乾燥機にスラリーを配置することを含み、スラリーは、加熱された噴霧乾燥機から噴出する水を用いて液滴を形成し、小さな球状の粒状粒子を残す。しかしながら、粒子または粉末形状の導電性材料を提供するために、他の方法を使用することができる。たとえば、ミキサーまたはブレンダーで、乾燥粉末を、次に追加された少量の水と乾式混合することができ、それにより粉末混合物を粒状粒子へと凝集させ、それらを次に乾燥させ、または部分的に乾燥させてもよい。粒子または粉末は、取扱いが比較的簡単であり、ほこりをほとんどたてず、絶縁体２６の穴において中央電極２４および端子３０の周囲に容易に詰められ、または他のやり方で配置され得る。別の実施形態では、導電性材料は、中央電極２４の周囲にのみ配置される。粉末はまた、必要に応じて他の導電性部品の周囲に配置され得る。

導電性材料がいったん絶縁体２６の穴に配置されると、絶縁体２６、中央電極２４、および導電性材料は、当該技術分野において公知の任意の方法に従って、炉内でともに焼成される。焼成するステップ中、導電性材料の成分が溶けて膨張し、中央電極２４および端子３０の周囲で絶縁体２６の穴の少なくとも一部を充填し、こうして、中央電極２４と絶縁体２６との間に密封結合を提供する導電性ガラスシール２２を形成する。焼成温度は、導電性材料の組成、特にガラスフリットの組成に依存して変わるが、典型的には６００〜１０００℃の範囲である。たとえば、ガラスフリットが表２の第１の例の組成を含む場合、焼成温度は７５０〜８００℃の範囲であり、ガラスフリットが表２の第２の例の組成を含む場合、焼成温度は６５０〜７００℃の範囲である。ガラスフリットが表４の代替例の量を含む場合、焼成温度は８５０〜９００℃である。各々の場合、焼成温度は、スパークプラグ２０の動作中のガラスシール２２の最高温度よりも高い。

焼成するステップ中、ガラスフリットは溶けて粘着性の混合物になり、均質な材料を形成する。焼成するステップ中、膨張剤の少なくとも一部は固体から気体に変わって材料内に泡を生成し、それにより材料を膨張させる。膨張剤は、材料が泡状構造を有するようにする。材料の体積および導電性ガラスシール２２が占める穴の体積の増加は、変わり得る。気体充填泡は、焼成するステップの後に、およびガラスシール２２が室温まで冷えたときに、導電性ガラスシール２２内に残る気体充填孔をもたらす。気体充填孔はまた、スパークプラグ２０が内燃機関で使用される場合も、ガラスシール２２内に残る。典型的には、焼成されたガラスシール２２は、ガラスシールの総体積に基づいて２５．０〜７５．０体積％、好ましくは３５．０〜４５．０体積％の量の複数の気体充填孔を含む。導電性粒子は、気体充填孔によって引き起こされ得る故障の可能性を防止する。膨張剤および燃え尽きた結合剤の質量の変化以外、組成は焼成するステップ中に実質的に変化せず、焼成されたガラスシール２２は、開始粉末と実質的に同じ組成を有する。

図３および図３Ａは、焼成するステップの後の、ガラス２１と導電性金属粒子２３と気体充填孔２５とを含む図１の導電性ガラスシール２２を示す。孔２５はほぼ球形を有し、ガラス２１内に分散された金属粒子２３を含む母材２７によって互いから間隔をあけられている。金属粒子２３は、ガラスシール２２が導電性となるように、金属粒子間が電気的に十分接触した状態で分散される。孔２５は互いに接近しているが、それらは、それらの間で気体の移動がないように互いから分離されており、このため、ガラスシール２２を通る気体の移動はない。

図に示すように、導電性ガラスシール２２は典型的には、中央電極２４の端子端２８を包囲する。しかしながら、ガラスシール２２はまた、抵抗器またはばねといった、絶縁体２６の穴に配置された他の導電性部品を包囲してもよい。

この発明の導電性ガラスシール２２を含むスパークプラグ２０は、図１および図２に示す設計を含むもののそれらに限定されない、さまざまな異なる設計を有し得る。図１の例示的な実施形態では、中央電極２４は、絶縁体２６の穴において端子３０、ばね６２、抵抗器６４、およびワイヤ３６の下に配置される。中央電極２４は、ニッケルまたはニッケル合金などの導電性材料から形成される。中央電極２４は、中心軸Ａに沿って端子端２８から発火端３２まで延在する長さを有しており、中央電極２４の長さの大半は、絶縁体２６によって包囲されている。中央電極２４の端子端２８は、絶縁体２６の穴に沿った予め定められた軸方向位置で支持され維持される。スパークプラグ２０の中央電極２４はまた、発火端３２にスパークを提供するための中央発火面を含む。中央電極２４の発火面はまた、中央電極２４の他の部分を形成するために使用される材料と比べてより丈夫な材料から形成された中央発火チップ６８を含む。

スパークプラグ２０の端子３０は、複数のねじ山によって絶縁体２６に結合される。図１の実施形態では、ばね６２は端子３０を抵抗器６４に接続し、ワイヤ３６は、中央電極２４の端子端２８から抵抗器６４に向かって延在する。導電性ガラスシール２２は、中央電極２４の端子端２８およびワイヤ３６の周囲で絶縁体２６の穴の一部を充填する。この実施形態では、パッキング材料６６が、ワイヤ３６と抵抗器６４との間の空間を充填する。図２の実施形態では、抵抗器６４はばね６２と端子３０との間に配置され、ばね６２は抵抗器６４をワイヤ３６に接続する。導電性ガラスシール２２は、中央電極２４の端子端２８およびワイヤ３６の周囲で絶縁体２６の穴の一部を充填する。図示されていないものの、パッキング材料６６は、ワイヤ３６とばね６４との間の空間を充填してもよい。

スパークプラグ２０の絶縁体２６は、絶縁体材料、典型的にはセラミック材料、たとえばアルミナから形成される。例示的な実施形態では、絶縁体２６は、中心軸Ａに沿って絶縁体上端３８から絶縁体突端４０まで長手方向に延在する。絶縁体２６はまた、中央電極２４、端子３０、およびおそらくは他の導電性部品を受けるために絶縁体上端３８から絶縁体突端４０まで長手方向に延在する穴を包囲する絶縁体内面４２を提示する。絶縁体内面４２は、中心軸Ａを横切って延在し、かつ中心軸Ａに垂直である絶縁体内径Ｄｉを提示する。絶縁体内径Ｄｉは典型的には、中央電極２４の一部を支持して中央電極２４を予め定められた軸方向位置で維持するために、絶縁体２６の一部が絶縁体突端４０に向かって進むのに沿って減少する。

例示的な実施形態の絶縁体２６はまた、中心軸Ａを横切って延在し、かつ中心軸Ａに垂直である絶縁体外径Ｄｏを有する絶縁体外面４４を提示する。絶縁体外面４４は、絶縁体上端３８から絶縁体突端４０まで長手方向に延在する。例示的な実施形態では、絶縁体外径Ｄｏは、絶縁体突端４０に隣接する絶縁体２６の一部が絶縁体突端４０に向かって進むのに沿って減少し、絶縁体突出領域４６を提示する。絶縁体外径Ｄｏはまた、絶縁体突端４０に向かって進む方向において、絶縁体突出領域４６から間隔をあけた、絶縁体２６のほぼ中間の位置で減少し、絶縁体下方肩部４８を提示する。絶縁体外径Ｄｏはまた、絶縁体２６の一部が絶縁体上端３８に向かって進むのに沿って、絶縁体下方肩部４８から間隔をあけた位置で減少し、絶縁体上方肩部５０を提示する。

スパークプラグ２０はまた、金属から形成されて絶縁体２６の一部を包囲するシェル５２を含む。シェル５２は典型的には、内燃機関のシリンダーブロック（図示せず）に絶縁体２６を結合するために使用される。シェル５２は、中心軸Ａに沿ってシェル上端５４からシェル下端５６まで延在する。シェル上端５４は、絶縁体上方肩部５０と絶縁体上端３８との間に配置され、絶縁体２６に係合する。シェル下端５６は、絶縁体突出領域４６の少なくとも一部がシェル下端５６の軸方向外側に延在するように、絶縁体突出領域４６に隣接して配置される。

スパークプラグ２０はまた、導電性材料から形成された接地電極５８を含む。接地電極５８は、シェル下端５６から中央電極２４に向かって延在する。接地電極５８は、発火面間にスパークギャップを提供するために中央発火面に面する接地発火面を含む。図２の実施形態では、接地発火面は、接地電極５８の他の部分を形成するために使用される材料と比べてより丈夫な材料から形成された接地発火チップ７０を含む。

明らかに、この発明の多くの変更および変形が、上述の教示に鑑みて可能であり、請求の範囲内にある限り、具体的に記載されたもの以外の態様で実践されてもよい。

Claims (23)

1. 導電性部品と、
   前記導電性部品を包囲する絶縁体と、
   前記導電性部品と前記絶縁体との間に密封結合を提供する導電性ガラスシールとを含む、スパークプラグであって、
   前記導電性ガラスシールは、前記ガラスシールの総重量に基づいて、５０．０〜８５．０重量％の総量の少なくとも１つのガラスと、１５．０〜５０．０重量％の量の導電性金属粒子とを含み、
   前記ガラスシールは、前記ガラスシールの総体積に基づいて２５．０〜７５．０体積％の量の気体充填孔を含み、
   前記ガラスシールは導電性である、スパークプラグ。
2. 前記気体充填孔は、前記ガラスシールの総体積に基づいて３５．０〜４５．０体積％の量で存在し、前記気体充填孔は、前記ガラスおよび前記導電性金属粒子によって互いから間隔をあけられる、請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記導電性ガラスシールは、９×１０^６Ｓ／ｍ〜６５×１０^６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する、請求項１に記載のスパークプラグ。
4. 前記ガラスは、シリカ（ＳｉＯ_２）と、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）と、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）と、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを含み、
   前記導電性金属粒子は銅を含む、請求項１に記載のスパークプラグ。
5. 前記ガラスは、前記ガラスの総重量に基づいて、３５．０〜４０．０重量％の量のシリカ（ＳｉＯ_２）と、２０．０〜２８．０重量％の量の酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）と、１０．０〜１５．０重量％の量の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）と、１０．０〜１５．０重量％の量の酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）と、３．０〜５．０重量％の量の酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを含む、請求項１に記載のスパークプラグ。
6. 前記ガラスは、前記ガラスの総重量に基づいて、２．０〜６．０重量％の総量のアルカリ金属酸化物と、３．０〜７．０重量％の総量のアルカリ土類金属酸化物とをさらに含む、請求項５に記載のスパークプラグ。
7. 前記気体充填孔は、前記ガラスシールの総体積に基づいて３５．０〜４５．０体積％の量で存在する、請求項１に記載のスパークプラグ。
8. 前記気体充填孔は、前記ガラスおよび前記導電性金属粒子によって互いから間隔をあけられる、請求項１に記載のスパークプラグ。
9. 前記導電性金属粒子は銅を含む、請求項１に記載のスパークプラグ。
10. 前記導電性金属粒子は銅の薄片を含み、粒径が４５ミクロン未満である、請求項９に記載のスパークプラグ。
11. 前記ガラスシールは、９×１０^６Ｓ／ｍ〜６５×１０^６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する、請求項１に記載のスパークプラグ。
12. 前記ガラスシールは、３０×１０^６Ｓ／ｍを上回る導電率を有する、請求項１１に記載のスパークプラグ。
13. 導電性部品と、絶縁体と、前記導電性部品と前記絶縁体との間に配置されるガラスシールとを備えるスパークプラグを製造する方法であって、
    前記導電性部品と前記絶縁体との間に混合物を配置するステップを含み、前記混合物は、前記混合物の総重量に基づいて、４８．８〜８５．０重量％の総量の少なくとも１つのガラスフリットと、０．１〜３．０重量％の量の結合剤と、０．１〜１．０重量％の量の膨張剤と、１４．８〜５０．０重量％の量の導電性金属粒子とを含み、前記方法はさらに、
    前記ガラスシールを形成するために前記混合物を焼成するステップを含み、
    前記ガラスシールは導電性である、方法。
14. 前記ガラスシールは、前記焼成するステップの後に、前記導電性部品と前記絶縁体との間に密封結合を提供する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記膨張剤は、前記焼成するステップ中に気体に変わり、前記気体が充填された複数の孔を提供し、前記孔は、前記ガラスシールが室温まで冷やされた後に、前記ガラスシールに含まれるガラス内に分散された前記導電性金属粒子を含む母材によって互いから間隔をあけられる、請求項１３に記載の方法。
16. 前記混合物の前記結合剤は、前記混合物の総重量に基づいて、０．１〜２．０重量％の量の無機結合剤と、０．１〜１．０重量％の量の有機結合剤とを含み、
    前記結合剤の少なくとも一部は、前記焼成するステップ中に燃え尽きる、請求項１３に記載の方法。
17. スパークプラグ用の導電性ガラスシールであって、
    前記ガラスシールの総重量に基づいて７２．０〜８２．０重量％（重量％）の総量の少なくとも１つのガラスと、
    前記ガラスシールの総重量に基づいて１５．０〜２５．０重量％の量の導電性金属粒子とを含み、
    前記ガラスシールは、前記ガラスシールの総体積に基づいて２５．０〜７５．０体積パーセント（体積％）の量の気体充填孔を含み、
    前記ガラスシールは導電性である、導電性ガラスシール。
18. 前記導電性金属粒子は銅の薄片を含む、請求項１７に記載の導電性ガラスシール。
19. 前記ガラスは、前記ガラスの総重量に基づいて、６０．０〜７０．０重量％の量のシリカ（ＳｉＯ_２）と、１７．０〜２５．０重量％の量の酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）と、４．０〜１０．０重量％の量の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）と、３．０〜１０．０重量％の量のアルカリ金属酸化物と、０．０〜５．０重量％の量のアルカリ土類金属酸化物とを含む、請求項１７に記載の導電性ガラスシール。
20. 導電性部品と、
    前記導電性部品を包囲する絶縁体と、
    前記導電性部品と前記絶縁体との間に密封結合を提供する導電性ガラスシールとを含む、スパークプラグであって、
    前記導電性ガラスシールは、前記ガラスシールの総重量に基づいて、７２．０〜８２．０重量％の総量の少なくとも１つのガラスと、１５．０〜２５．０重量％の量の導電性金属粒子とを含み、
    前記ガラスシールは、前記ガラスシールの総体積に基づいて２５．０〜７５．０体積％の量の気体充填孔を含み、
    前記ガラスシールは導電性である、スパークプラグ。
21. スパークプラグ用のガラスシールを製造する方法であって、
    混合物の総重量に基づいて、７２．０〜８２．０重量％の総量の少なくとも１つのガラスフリットと、１．０〜５．０重量％の量の無機結合剤と、０．１〜０．５重量％の量の膨張剤と、１５．０〜２５．０重量％の量の導電性金属粒子とを含む混合物を提供するステップと、
    前記ガラスシールを形成するために前記混合物を焼成するステップとを含み、
    前記ガラスシールは導電性である、方法。
22. 前記無機結合剤はベントナイトを含み、前記膨張剤は炭酸カルシウムを含み、前記導電性金属粒子は銅の薄片を含む、請求項２１に記載の方法。
23. 導電性部品と、絶縁体と、前記導電性部品と前記絶縁体との間に配置されるガラスシールとを備えるスパークプラグを製造する方法であって、
    前記導電性部品と前記絶縁体との間に混合物を配置するステップを含み、前記混合物は、前記混合物の総重量に基づいて、７２．０〜８２．０重量％の総量の少なくとも１つのガラスフリットと、１．０〜５．０重量％の量の無機結合剤と、０．１〜０．５重量％の量の膨張剤と、１５．０〜２５．０重量％の量の導電性金属粒子とを含み、前記方法はさらに、
    前記ガラスシールを形成するために前記混合物を焼成するステップを含み、
    前記ガラスシールは導電性である、方法。