JPS5845148B2 - 放電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導電性の被覆を施こされた酸化ベリリウム・
セラミック絶縁体ならびに被覆された酸化べＩＪ ＩＪ
ウム絶縁体を備えた点火プラグに関する。

〔従来技術〕

特にジェット機関型または内燃機関型の航空機エンジン
での使用に意図されている点火プラグのような放電装置
は、数多の環境極限条件によって制約を受ける。

その中でも恐らく温度に関する極限条件が、点火プラグ
およびその構成要素を制約する最も苛酷な因子であろう
。

プラグが高電圧型のものである場合には、はぼ約１５，
０００ないし２５．０００ボルトの電圧が火花ギャップ
に放電を生せしめるのに要求され、このような高電圧は
、プラグが受ける環境条件の厳しさをさらに由々しくす
る。

さらにまた、高圧系統を適切に絶縁することが困難であ
る為に、電気ケーブルおよび点火系自体内の隣接の要素
間におけるフラッジオーバがしばしは問題になる。

このような事情から、低電圧、特に約１，０００ボルト
から５，０００ボルトの点火装置が開発されており、こ
の種の点火装置では、コンデンサ放電装置から低電圧高
エネルギが供給される低電圧または分路ギャップ型の点
火プラグを使用する。

この分路ギャップ型プラグにおいては、中心電極と外殻
もしくは接地電極との間のギャップは、半導電性のセラ
ミック材料により橋絡されており、該半導電性材料は、
低電圧パルスを受けた場合に、点火プラグ先端を横切っ
てコンデンサからの蓄積エネルギを接地電極へと放電せ
しめるようになっている。

したがって、橋絡部材を有するセラミックの先端は、現
在のエンジン、特に航空機ジェット・エンジンに生ずる
環境条件において適正に動作するような成る種の物理的
および電気的性質を有していなければならない。

一般に、分路セラミック先端（チップ）には、２種類の
ものがあり、そのうちの１つは表面処理された絶縁体で
、他は、絶縁体全体が半導体から成る均質型のものであ
る。

前者の例は米国特許第２９５３７０４号明細書に開示さ
れており、この特許によれば、酸化アルミニウム・セラ
ミック絶縁体に酸化第一銅および酸化第二鉄の焼結され
た混合物が被覆されている。

また、後者の例は米国特許第３５５８９５９号に記述さ
れており、この例では、半導体セラミック部材はシリコ
ン・カーバイドの結合された粒子から形成されている。

熱、熱衝撃、火花侵触、そして一般的には現在のエンジ
ンにおける悪環境に対して抵抗性のある改良された材料
を求めての不断の研究の結果として、本質的にべ−ＩＪ
ＩＪウム酸化物から構成される絶縁体が、比較的一般
に使用されている禁札アルミニ１クム絶縁体よりも、熱
伝導および耐熱衝撃性双方に関して卓越していることが
判明した。

しかしながら酸化アルミニウム母材のセラミック用に開
発された半導電性被覆は、酸化べＩＪ ＩＪウム・セラ
ミックに用いた場合不満足であることが判った。

〔発明の目的および構成〕

よって、この発明の目的は、酸化べＩＪ ＩＪウムから
形成された絶縁体を有する分路キャップ型点火プラグの
ような放電装置での使用のための半導電性の被覆を提供
することに在る。

本発明によれば、酸化ベリリウム・セラミック絶縁体を
被覆するのに適した半導電性の組成物は酸化ランタンお
よび酸化銅の混合物を含む。

好ましい具体例においては、該組成物は、酸化ランタン
、酸化第一銅および酸化第二鉄の混合物を含む。

この組成物は酸化べＩＪ ＩＪウム絶縁体−Ｌに形成さ
れそれに結合されるように適応−されている。

以下図面を参照し本発明の実施例について説明する。

〔実施例〕

第１図を参照するに、低電圧点火プラグ１０は、一般に
ニッケルー鋼合金から造られる中空円筒形の殻体１１を
有しでいる。

殻体１１下端は半径方向内向きのフランジ１２として形
成されている。

フランジ１２の内縁表面１３は円筒形をしておって、殻
体１１と同心関係にある。

なお、フランジ１２の表面１３は接地電極を構成する。

中心電極１４は殻体１１内を長手方向に貫通し該殻体１
１と同心位置関係にある。

電極１４の放電先端１５は表面１３に対して離間した位
置関係で終端しており、このようにして環状の火花ギャ
ップ１６が形成される。

プラグ１０をエンジンに取付ける時には、フランジ部分
１２はエンジンの燃焼室と直接連通しそして殻体１１と
エンジン・ブロックとの間の接触によりエンジンに接地
される。

中心電極１４の上端は、殻１１内に配置された環状の絶
縁部材１７内に座着されており、該絶縁部材１７によっ
て中心電極１４は殻１１から絶縁されている。

絶縁部材１７は、磁器、ホウケイ酸ガラス、酸化アルミ
ニウム・セラミック、酸化ベリリウム・セラミック等の
ような任意適当な絶縁材料から形成することができる。

主成分として酸化ベリリウムから形成される別の絶縁部
材１８が中心電極１４の下端の周囲に環状に配置されて
おり、絶縁部材１７の下端からフランジ１２の半径方向
内向きの上側表向まで延在している。

絶縁部材１８の下側の周面および下面には半導体層１９
が被覆されており、この層１９は中心電極１４の下端な
らびに半径方向内向きのフランジ１２の上側表面と密に
接触しており、それにより低電圧の印加で半導体被覆１
９を横切って電流が流れることができ、斯くしてキャッ
プ１６を横切り中心電極１４の放電先端１５とフランジ
１２の表面１３間にエネルギ低電圧の火花放電が可能に
されている。

第２図を参照するに、低電圧点火プラグ２０は、この例
でも中空円筒形の殻体２１を有している。

殻体２１の下端は半径方向内向きのフランジ２２として
形成されており、その内側縁部表面２３は円筒形をして
おって、殻体２１と同心位置にあり、そして接地電極を
構成している。

殻体２１内には、それと同心関係で中心電極２４が長手
力向即ち縦軸方向に延在しており該電極２４の下端部は
環状で外向きのフランジ２５で終端している。

該フランジ２５は殻体２１の半径方向内向きのフランジ
２２の直径よりも小さい直径を有しており、これ等両フ
ランジは、それ等の間に環状の火花キャップ２６を制定
している。

中心電極２４の上端は、殻体２１内に配置された環状の
絶縁部材２７内に座着されている。

該絶縁部材２７は中心電極２４を殻体２１から絶縁する
。

絶縁部材２７は、磁器、ホウケイ酸カラス、酸化アルミ
ニウム・セラミック、酸化ベリリウム・セラミック等の
ような任意適当な絶縁材料から形成することができる。

主成分として酸化べＩＪ ＩＪウムから形成される別の
絶縁部材２８が中心電極２４の下端部の囲りに環状に配
置されており、絶縁部材２７の下端からフランジ２２の
上側表面ならびにフランジ２５の上側表面にまで延び、
フランジ２５とフランジ２２の表面２３間に形成された
火花ギャップ２６を横切る橋絡部を形成している。

絶縁部材２８の下面には半導体層２９が被覆されており
、この層２９はフランジ２２および２５の上側表面と密
に接触しており、それにより低電圧の印加で半導体被覆
２９に沿い電流が流れることができるようになっている
。

こσ電流で、火花ギャップ２６には電離が生じ、斯くし
てギャップ２６を横切り中心電極２４のフランジ２５と
フランジ２２の表面２３との間には低電圧高エネルギの
火花放電が可能となる。

上述したように、火花ギャップを分路する電気的に半導
電性の層（第１図では１９で示し、第２図では２９で示
されている）は、酸化べＩＪ ＩＪウム・セラミック絶
縁部材に形成された薄膜もしくはフィルム状被覆なる形
態にある。

この半導電層は酸化ランタン（Ｌａ２０３）および酸化
銅、好ましくは酸化第一銅（Ｃｕ２０ ）の焼成混合物
から構成される。

この混合物はまた酸化鉄、好ましくは酸化第二鉄を含む
ことができる。

これ等酸化物から成る混合物の焼成は、酸化物の少なく
とも１つが半融される、即ち初期融解点に加熱されるよ
うな温度および時間長で行なわれる。

酸化物を酸化べＩＪ ＩＪウム基材に施こすのに好まし
いとされる液相ビヒクル（搬体）は、駆送されもしくは
揮発され、そして得られる半導電性の層は、酸化べＩＪ
ＩＪウム基材にしっかりと結合した低抵抗で平滑な表
面の被覆層に成形されている。

低電圧点火プラグのような放電装置において満足な機能
を得るためには、このようなプラグの電極を分路する半
導電性の層はギャップに面し比較的平滑で傷のない外表
面を有さねばならない。

さらにまた、使用中遭遇する変動する温度およびその他
の使用条件下においてプラグの使用初期４間ならひに使
用前命中比較的低い固有抵抗−を有さねばならない。

そしてさらに耐火セラミック基材に対して良好に結合さ
れねばならない。

半導電性の層が比較的低い抵抗率、即ち約１．０．００
０ないし約５００，０００オーム、好ましくは約１０，
０００オームから約１００，０００オームの抵抗率を有
しない場合には、火花放電前に電極間のギャップが充分
に強く電離されなくなる。

また、層が基材に良く結合されていない場合には、長い
苛酷な使用条件下では層は剥げ落ちたり砕は落ちたりす
ることがある。

上述した望ましい性質を有し、そして酸化ベリリウムを
主たる基材（即ちＢｅＯ約７約７置し９９重量％）とす
るセラミック絶縁体を被覆するのに適した電気的に半導
電性の材料は、２５ないし９０重量φの酸化ランタン（
Ｌａ２０３）、５ないし７５重量斜の酸化第一銅（Ｃｕ
２０）およびＯないし２５重量饅の酸化第二鉄（Ｆｅ２
ｅ３）の焼結された混合物を含むことが判った。

好ましい半導電性の被覆は６５ないし９０重量斜の酸化
ランタン（Ｌａ２０３）、１０ないし３０重量饅の酸化
第一銅（Ｃｕ２０）およびＯないし５重量饅の酸化第二
鉄（Ｆｅ２０３ ）の焼結された混合物であることが判
った。

上述の酸化物の上記のような重量百分率（％）の範囲は
、後に詳述するように、０ないし１００重量係の酸化ラ
ンタン、０ないし１００重量係の酸化第一銅およびＯな
いし１００重量φの酸化第二鉄の範囲に亘り広く変動す
る組成の約２５０種類の酸化ランタン、酸化第−飼司お
よび酸化第二鉄の混合８物を調合し、これ等組成物を各
々個々の酸化ベリリウム・ディスク上に被覆することに
より決定されたものである。

被覆されたディスクは１１７７ないし１３４０℃の温度
で焼成し、そして焼成された被覆の抵抗値を測定した。

抵抗値は３元グラフとして描き、各抵抗値を生ずる各金
属酸化物組成と相関させた。

３元グラフの分析から上述した範囲内にある金属酸化物
の組成が、許容し得る低抵抗性質を有する被覆を形成し
、そして特にべＩＪ ＩＪウム酸化物セラミック基材と
良好に両立する即ちコンパチブルの良好な電気的に半導
電性の被覆を設けるのに適していることが判明した。

被覆は、梗概的に述べて、乾燥した酸化物を微粉末に粉
砕して、水、湿潤剤およびグリコールを含む液相媒体で
スラリ状にすることにより調合するのが好ましい。

次いで、酸化物スラリは、刷子塗布またはスプレィによ
り約０．１３ないし０．２６屡の厚さの間で酸化べ”Ｉ
Ｊ ＩＪウム基材上に塗布される。

次いで、被覆された基材は平滑な表面が観察されるまで
、液相ビヒクル（担体）を揮発しつつ約１１７７℃ない
し１３４０℃の温度で、焼成ガマ等内で焼成される。

酸化べＩＪ ＩＪウムは若干多孔質であるので、被覆は
成る程度孔胞内に浸透し、それにより基材に対する被覆
の接着性は高揚される。

次に、実施例を挙げて、本発明による、酸化べＩＪ Ｉ
Ｊウム・セラミック基板に対する一電気的に半導電性で
ある被覆の好ましい具体例の組成ならびに酸化べＩＪ
ＩＪウム・セラミック基板への半導電性被覆の好ましい
形成方法について説明するが、これ等実施例は単に例示
的な説明のためのものであって、本発明の範囲を制限的
に解釈する意図のものでは決つしてないことを予め述べ
ておく。

実施例 １ 表Ｉに示す重量百分率（％）を有する酸化ランタン（Ｌ
ａ２ ｏ３． Ｋｅｒｒ −ＭｃＧｅｅ 、 Ｃｏｄｅ
５２８ ）、酸化第一銅（Ｃｕ２０ 、 Ｆｉｓｈｅ
ｒＣ−４７７。

Ｌｏｔ７２３’２５１）および酸化第二鉄（Ｆｅ２０３
。

Ｃｏｌｕｍｂｉａ ３４７ Ｇｒａｄｅ ）の一連の１
グラム標本を用意する。

この場合、各標本の各成分は、メツラー（Ｍｅｔｔｌｅ
ｒ ） Ｈ１’ ５型分析用テンビンで、ミリグラム誤
差が最小値になるように計量する。

各標本を構成する乾燥した酸化物を乳バチおよび乳棒で
粉砕し合わせ、個々のプラスチック容器内に入れる。

各容器には、次のものを添加する。乾燥している酸化物
を液体添加物と完全に混合して液相キャリヤもしくはビ
ヒクル（担体）内の酸化物から成る均質な懸濁液もしく
はスラリを形成する。

各スラリ標本を酸化べ刃リウムの個々のディスクに別々
に塗布する。

ここで各ディス−りは約１３ｗ１の直径、１．８Ｍの厚
さを有し、約９９重量条のＢｅＯ含量を有しているもの
である。

各ディスク上への各標本の均質な塗布を保証するために
、次のような方法もしくは処理が用いられる。

感圧マスク用テープに６．３Ｍ直径の穴をパンチ成形し
、１つの穴を有するテープ部分に切断することにより感
圧マスクまたは版型を形成して、穴がディスクの中心に
なるよう位置決めしながら該テープ部分をディスクに圧
着する。

次に、テープ部分の穴に約０．１３屡の厚さまで各標本
を塗布する。

マスクを剥すと、６．３Ｍ直径の標本が各ディスク上に
心出しされた位置で被覆あれでいる。

次に、電気加熱抵抗素子型焼成ガマ（バレル社製、モデ
ル９０）内でディスクを表１に掲げた温度に焼成する。

約４２７℃の温度になるまで、標本を約り３℃／時間の
割合で加熱して、液相担体を蒸発し、しかる後に所望の
温度が達成されるまで、約り０５℃／時間の割合で加熱
を続ける。

この場合、熱出力および焼成の均質性を測定表示するの
にオルトン（０ｒｔｏｎ ）の円錐形高温測定器を使用
した。

焼成後、ディスクを冷却し、被覆の平滑度および均質性
について観察する。

焼結された被覆の抵抗値は、シンプソンの２６０型（Ｓ
ｉｍｐｓｏｎ ２６０ ）オーム計を用い２２℃で測定
した。

各焼成温度における一各標本の抵抗値は表１に、２ｘ１
ｏ’の単位で列挙されている。

表■に示すデータから明らかなように、本発明による半
導電性金属酸化物被覆組成物（標本ＡＩないしＡ２２）
は酸化べＩＪ ＩＪウム絶縁材料に被覆された場合、各
々満足すべき抵抗を有している。

一般的に述べて、被覆の抵抗は焼成温度の増大に伴なっ
て大きくなり、そして１３４０℃の焼成温度では、該温
度での多数の標本の焼成結果から例証されるように抵抗
は顕著に増大することが観察される。

この１３４０℃の温度は、被覆を焼成し、しかもなお満
足すべき半導電性を保有することができるほぼ上限温度
であると考えられる。

標本Ａ２５ないしＡ、２８は既述の米国特許第２９５３
７０４号明細書に開示されているような酸化第一銅およ
び酸化第二鉄の混合物から成る従来の半導電性被覆に関
するものであるが、これ等被接は酸化アルミニウム・セ
ラミックに施こした場合には満足のゆくものであるけれ
ども、本願の場合のように酸化ベリリウム・セラミツー
りに被覆した場合には、非導電性となってしまい、満足
なものでないことを例証している。

標本Ａ３０および３１は酸化ランタンおよび酸化第二鉄
の混合物の不適格性を示している。

これ等酸化物の混合物から造られた被覆もまた電気的に
非伝導性である。

標本Ａ２３，２４および２９は各々が酸化ランタン、酸
化第一銅または酸化第二鉄だけから成る被覆の不適格性
を示している。

満足な被覆が得られるのは、酸化ランタンおよび酸化第
一銅の混合物もしくはこれ等酸化物の混合物に酸化第二
鉄を添加した混合物を用いる場合だけである。

酸化第二鉄の存在により、高い酸化ランタン比で比較的
低い抵抗率が促進され、そして酸化べＩＪ ＩＪウム基
材への被覆の接着性が改良されるものと考えられる。

なお、本発明は特に分路ギャップ型点火プラグへの適用
を参照して説明したけれども、本発明の思想は、例えば
印刷回路パターン、高温抵抗器、種々な電気素子の接地
路等のような、半導体技術の種々な応用分野において用
いることが可能であることは銘記されるべきであり、こ
のような種々な応用は当業者にとって自明なところであ
ろう。

要するに、本発明の要旨は、酸化べ−ＩＪ ＩＪウム・
セラミック絶縁材料に施こすのに適した電気的に半伝導
性の被覆を提供することにある。

被覆の組成自体に関しては、混合物の１成分としての酸
化第二鉄の使用は任意選択事項であって満足な半導体被
覆の形成に不可決なものではなく、被覆の本質的成分は
酸化ランタンおよび酸化第一銅であることを理解される
べきである。

さらにまた、本発明による金属酸化物被覆は特に酸化べ
ＩＪ ＩＪウム・セラミック基材への使用に意図されて
いるものではある−けれども、この被覆はまた例えば酸
化アルミニウムから成る絶縁体にも用いることが可能で
ある。

〔効果〕

以上述べたように本発明による放電装置は、火花ギャッ
プを形成する金属外殻と中心電極との間に配置された絶
縁体表面に酸化ランタンおよび酸化第一銅の混合物を含
む半導体被覆を備えた酸化ベリリウム・セラミック絶縁
体を配置したため。

前記キャップに少ない混合材料で低電圧放電が適正に行
なわれる電気抵抗を得ることができる。

またこのようにして形成された少なくとも酸化ランタン
および酸化第一銅を含む半導体被覆は酸化ベリリウム・
セラミック基材に対してなじみが良く、このため平滑で
傷のない外表面を得ることができ、長い苛酷な使用条件
下でも剥げ落ちたり砕は落ちたりすることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具現した点火プラグの下側先端部分を
縦断面で細石する部分図、第２図は第１図に類似の図で
あって、本発明による点火プラグの別の下側先端部分の
構成を示す図である。 １０・・一点火プラグ、１１・・・殻、１２・・・フラ
ンジ、１３・・・縁表面（接地電極）、１４・・・中心
電極、１５・・・放電先端、１６・・・火花キャップ、
１７・・・絶縁部材、１８・・・酸化べＩＪ ＩＪウム
絶縁体、１９・・・半導電性の層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属外殻と、該外殻と一体の接地電極と、放電先端
   を有すると共に上記外殻内の絶縁体内に設けられかつ上
   記放電先端が上記接地電極と対向して火花キャ゛２／ブ
   を形成している中心電極と、上記火花ギャップに近接す
   ると共に上記両電極と電気的に接触している半導電性手
   段とから成る放電装置において、上記半導電性手段は前
   記中心電極の周囲に配置した酸化ベリリウムセラミック
   からなり、該セラミックはそれ自身の上に付着した半導
   電性被覆を有しており、該半導電性被覆は酸化ランタン
   と酸化第一銅との焼結混合物で形成されていると共に前
   記両電極と電気的に接触して前記火花ギャップを横切る
   橋絡部を形成していることを特徴とする放電装置。