(57)【要約】  細長いセラミック絶縁体（１２）を有するスパークプラグ（１０）は、さまざまな戦略的位置で多数の設計的特微を含む。少なくとも接地電極（２６）には、不良電気アーク放電（６２）を制御し、接地電極（２６）との増大した接触表面によって取付け技術を促進する、リムのある半球形の金属スパークチップ（５６）が適合される。スパークプラグ（１０）のさまざまな機構は互いに協働し、その結果、機械的強度または性能を犠牲にすることなく、より新しいエンジンの現代的需要を満たすために、スパークプラグ（１０）の物理的寸法を減じることができる。
2009541944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパーク点火される燃焼事象のためのスパークプラグであって、前記スパークプラグは、
上部末端部、下部ノーズ端部、および前記末端部とノーズ端部との間に長手方向に延在する中央通路を有する細長いセラミック絶縁体とを含み、
前記絶縁体は、前記末端部に近接した概して円形の大きいショルダ部と前記ノーズ端部に近接した概して円形の小さいショルダ部とを示す外表面を含み、前記大きいショルダ部の直径は前記小さいショルダ部の直径よりも大きく、さらに、丸められた遷移部と、遷移長さだけそこから間隔を置かれた隅肉遷移部とを含み、前記丸められた遷移部および前記隅肉遷移部の両方は、前記大小のショルダ部の異なる直径間に長手方向に位置し、
前記絶縁体の少なくとも一部を囲む導電シェルを含み、前記シェルは少なくとも１つの接地電極を含み、
前記中央通路に配置され、前記接地電極に近接した露出したスパークチップを有する導電中心電極を含み、
前記丸められた遷移部は大径Ｄ２を有し、前記隅肉遷移部は小径Ｄｌを有し、空間的関係は以下の公式によって築かれる、スパークプラグ。
【数１】
2009541944.tif 000009
【請求項２】
前記空間的関係はさらに以下の公式によって規定される、請求項１に記載のスパークプラグ。
【数２】
2009541944.tif 000010
【請求項３】
前記空間的関係はさらに以下の公式によって規定される、請求項１に記載のスパークプラグ。
【数３】
2009541944.tif 000011
【請求項４】
前記シェルは、前記大小のショルダ部間に前記絶縁体を圧縮して配置するために、前記絶縁体の前記大小のショルダ部のそれぞれと押圧接触して位置する上部および下部圧縮フランジを含む、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記中心電極はヘッドを含み、前記中央通路は前記中心電極に前記ヘッドを据えるための内部突起部を含む、請求項４に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記突起部は前記小さいショルダ部と前記隅肉遷移部との間に長手方向に配置される、請求項５に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記シェルの前記下部圧縮フランジは内部周辺リップを含み、前記リップは絶縁体の前
記下部ノーズ端部から間隔を置かれ、燃焼ガスがその空間を占領してそこで誘電特性を増強することができるようになる、請求項４に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記ノーズ端部は、前記小さいショルダ部に隣接して測定される最大外径ｄ（ベース）と、前記中心電極の前記スパークチップ隣接して測定される最小外径ｄ（チップ）とを有する、請求項７に記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記シェルは、前記絶縁体のノーズ端部を囲む内部穴径ＩＤ（シェル）を含み、空間的関係は以下の公式によって築かれる、請求項８に記載のスパークプラグ。
【数４】
2009541944.tif 000012
【請求項１０】
前記シェルは、前記絶縁体のノーズ端部を囲む内部穴径ＩＤ（シェル）を含み、空間的関係は以下の公式によって築かれる、請求項８に記載のスパークプラグ。
【数５】
2009541944.tif 000013
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
この出願は、連続番号第６０／８１４，８１８号として２００６年６月１９日に出願された、「１２ｍｍの超ロングリーチスパークプラグ（12 mm X-Long Reach Spark Plug）」と題された米国仮出願の優先権を主張する。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
この発明は、内燃機関、炉などのためのスパークプラグ、より特定的には、機械的強度および誘電強度を向上させたスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術
スパークプラグは、内燃機関、炉などの燃焼室に延在して、空気と燃料との混合物に点火するためのスパークを生成する装置である。エンジン技術は、最近はエンジン排気量をより小さくする方向に向かって進展している。同時に、吸気弁および排気弁が拡大されて効率を上げている。これらの変化によってスパークプラグのために確保される物理的空間が浸食されている。燃焼効率もまた、点火システム用の電圧要件の増加を決定付けている。これらや他の要因により、スパークプラグの物理的な寸法がますますサイズ縮小するよう推進される一方で、スパークプラグにより優れた性能が要求される。現在の産業では、１０−１２ｍｍの範囲において高性能なスパークプラグを要求しており、そのサイズはさらに今後縮小するであろうと期待されている。
【０００４】
スパークプラグの小型化を試みる際、断面の薄いセラミック絶縁体の誘電容量が減少することから、特定の考慮が生じる。誘電強度は一般に、破壊または電気的パンクを引起こすことなく材料に適用することができる最大電界として規定される。したがって、セラミック絶縁物のこの薄い断面により、結果として、帯電した中心電極と接地されたシェルとの間に誘電性パンクを生じかねない。
【０００５】
スパークプラグの小型化を試みる際の別の関心事は、特にセラミック絶縁体の部分において、断面がより薄いことに起因する機械的強度の低下である。機械的強度の低下が問題となり得る１つの領域は、構成要素に大きな軸方向荷重および機械的応力を与える、スパークプラグ製造工程において明らかである。たとえば、絶縁体の内部に発射抑制シールを据えるとき、および絶縁体の外部にシェルを圧着するとき、セラミック材料は大きな応力および圧縮荷重下に置かれる。こういった使用前作業、および高トルクのスパークプラグをシリンダヘッドに設置するステップを含む他の使用前作業によって、近代的なスパークプラグに及ぼされる機械的応力は降伏限界にまで達する。スパークプラグはさらに、エンジン用途での使用中、エンジン振動、燃焼力および熱勾配を通じて機械的応力に晒される。これらの理由により、スパークプラグの計画的縮小は、その構成要素の応力支持限界を故障点まで押し進めかねない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、小型化が推進されている現在のレギュラー、ロング、超ロングリーチのスパークプラグ設計に見られる機械的な限界および誘電強度の限界の両方に対処することができる、向上したスパークプラグの需要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
スパーク点火される内燃機関にスパークプラグが与えられる。スパークプラグは、上部末端部、下部ノーズ端部、および末端部とノーズ端部との間に長手方向に延在する中央通路を有する、細長いセラミック絶縁体を含む。絶縁体は、末端部に隣接した概して円形の大きいショルダ部とノーズ端部に隣接した概して円形の小さいショルダ部とを示す外表面を含む。大きいショルダ部の直径は小さいショルダ部の直径よりも大きい。絶縁体はさらに、丸められた遷移部および遷移長さだけそこから間隔を置かれた隅肉遷移部を含む。丸められた遷移部および隅肉遷移部の両方は、大小のショルダ部の異なる直径間に長手方向に位置する。導電シェルは絶縁体の少なくとも一部を囲む。シェルは少なくとも１つの接地電極を含む。導電中心電極は中央通路に配置され、接地電極に近接した露出したスパークチップを有する。丸められた遷移部は大径ｄ２を有し、隅肉遷移部は小径ｄｌを有する。大径ｄ２および小径ｄｌの、および遷移長さ１（遷移）との空間的な関係は以下の公式によって築かれる：
【０００８】
【数１】
2009541944.tif 000003
【０００９】
述べられた幾何学的な関係は、大きなバルブおよび小さな穴径を有する近代のエンジンで使用するのに適した高機能スパークプラグの探究において、特に有利な機構を説明している。これらの特定の幾何学的な関係は、電気的性能を犠牲にすることなく、組立て中および動作中に与えられる応力に耐えるよう適切な機械的強度でスパークプラグが構築されることを可能にする。
【００１０】
この発明のこれらの、および他の機構ならびに利点は、以下の詳細な説明および添付された図面と関連して考慮されると、より容易に認識されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】主題の発明によるスパークプラグの断面図である。
【図２】接地電極に取付けられた、リムのある半球形の金属スパークチップを示すスパークギャップ領域の拡大分解図である。
【図３】図２と同様であるが、中心電極に凸面ドーム型の第２の金属スパークチップが同様に与えられている、代替実施例を示す図である。
【図４Ａ】貴金属スパークチップ設計を備えない、接地電極および中心電極機構を含む先行技術スパークギャップ構成を示す図である。
【図４Ｂ】貴金属スパークチップ設計を備えた、接地電極および中心電極機構を含む先行技術スパークギャップ構成を示す図である。
【図４Ｃ】貴金属スパークチップ設計を備えた、接地電極および中心電極機構を含む先行技術スパークギャップ構成を示す図である。
【図４Ｄ】貴金属スパークチップ設計を備えた、接地電極および中心電極機構を含む先行技術スパークギャップ構成を示す図である。
【図５】図２と同様であるが、中心電極の貴金属チップから接地電極のリムのある半球形の金属スパークチップまで延在する円錐形スパークゾーンを示す図である。
【図６】図３と同様であるが、中心電極および接地電極のリムのある半球形の対向するスパークチップの間に延在する、概して線形の円柱型スパークゾーンを示す図である。
【図７】図２の７−７ラインに概して沿って得られた現実の拡大断面図を、影で例示的に示された任意のレーザ溶接機械と共に示す。
【図８】この発明によるリムのある半球形の金属スパークチップを含む接地電極の分解斜視図である。
【図９】主題の発明によるスパークプラグのセラミック絶縁体を通って長手方向に得られる、主題の発明のいくつかの局面にとって重要なさまざまな寸法関係を特定する断面図である。
【図９Ａ】丸められた遷移部と隅肉遷移部との間で遷移長さＬ（遷移）が測定される場合の基準点を強調した、絶縁体遷移表面の拡大分解図である。
【図１０】セラミック絶縁体の下半分の分解断面図であって、主題の発明のいくつかの局面にとって重要なさらなる寸法関係を特定する図である。
【図１１】図１０の１１−１１ラインに概して沿って得られた断面図である。
【図１２】スパークプラグの下部スパーク端部の拡大分解断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
好ましい実施例の詳細な説明
図を参照して、いくつかの図面全体にわたって同じ番号は同じか対応する部分を示し、主題の発明によるスパークプラグは図１で１０として一般に示される。スパークプラグ１０は、１２として一般に表示される管状セラミック絶縁体を含み、これは、特定の誘電強度、高い機械的強度、高い熱伝導性、および熱ショックに対する優れた抵抗性を有する、酸化アルミニウムまたは他の適切な材料から好ましくは作られる。絶縁体１２は極端な圧力下で乾燥成型されてもよく、その後高温でガラス化されるよう炉で焼かれる。絶縁体１２は、部分的に露出した上部マスト部分１４を含み得る外表面を有し、点火システムとの接続を維持するためにゴム製のスパークプラグブート（示されない）がそこを囲み、掴む。露出したマスト部分１４は一連のリブ１６を含んでもよく、または図９におけるように滑らかでもよいが、これらのリブはスパークまたは二次電圧フラッシュオーバーからの付加的な保護を与え、かつゴム製のスパークプラグブートとの掴みを向上させる。絶縁体１２は概して管状の構造であって、上部末端部２０および下部ノーズ端部２２の間に長手方向に延在する中央通路１８を含む。中央通路１８はさまざまな断面積を有し、末端部２０またはその近隣で概して最大となり、ノーズ端部２２またはその近隣で概して最小となる。
【００１３】
電気的に伝導性で好ましくは金属のシェルは、２４として一般に表示される。シェル２４は絶縁体１２の下部領域を囲み、少なくとも１つの接地電極２６を含む。接地電極２６は従来の単一のＬ形様式で示されているが、スパークプラグ１０の意図される用途に依存して、直線または曲った構成の複数の接地電極で代用できることが認識される。
【００１４】
シェル２４は、その胴部管において概して管状で、絶縁体１２の小さな下部ショルダ部６８に対して押圧接触して位置するよう適合された内部下部圧縮フランジ２８を含む。シェル２４はさらに、絶縁体１２の大きい上部ショルダ部６６に対して押圧接触して位置するよう組立作業中に圧着されたり形成されたりする上部圧縮フランジ３０を含む。バックルゾーン３２は、絶縁体１２に対してシェル２４を固定位置に保持するための上部圧縮フランジ３０の変形中またはその後に続いて、圧倒的な圧縮力の影響下に折畳まれる。ガスケット、セメントまたは他のシール用コンパウンドを絶縁体１２とシェル２４との間に配置することができ、気体気密性のシールを完成し、かつ組立てられたスパークプラグ１０の構造統合性を向上させる。
【００１５】
シェル２４には、除去目的および設置目的のツール受取り六角部３４が与えられている。六角部のサイズは、関連用途についての業界標準に従う。もちろん、いくつかの用途は、レース用スパークプラグ用途および他の環境において知られるように、六角部以外のツール受取り界面を要するかもしれない。弁座３８のすぐ下、金属シェル２４の下部部分においてねじ切り部分３６が形成される。弁座３８は、スパークプラグ１０がシリンダヘッ
ドに据えられる際に適切な界面となるように、ガスケット３９と一対になってもよい。代替的には、弁座３８は、この様式のスパークプラグのために設計されたシリンダヘッドにおいてセルフシール式設置をもたらすために、テーパを備えて設計されてもよい。
【００１６】
電気的に伝導性の末端植込ボルト４０が絶縁体１２の中央通路１８に部分的に配置され、露出した上部ポストから中央通路１８を下って下端部の埋込部分まで長手方向に延在する。上部ポストは点火ワイヤ（示されない）に接続し、スパークプラグ１０を発火するのに必要な高圧電気の指定時刻の放電を受取る。
【００１７】
図１に例示された例において、末端植込ボルト４０の下端部は導電ガラスシール４２内に埋込まれ、複合抑制器シールパックの最上層を形成する。導電ガラスシール４２は末端植込ボルト４０の下端部を抵抗器層４４に封止するよう機能する。３層抑制器シールパックの中央層を含むこの抵抗器層４４は、電磁干渉（「ＥＭＩ」）を減じるいかなる公知の適切な複合物からも作ることができる。推奨される設置方式および用いられる点火システムの種類によって、そのような抵抗器層４４は、より従来型の抵抗器抑制器として、または代替的に誘導抑制器として機能するよう設計されてもよい。抵抗器層４４のすぐ下では、別の導電ガラスシール４６が抑制器シールパックの底部層または下部層を確立する。従って、点火システムからの電気は、端末の植込ボルト４０の下端部から抵抗器層４４を通して最上層導電ガラスシール４２に、また下部導電ガラスシール層４６にまで進む。
【００１８】
導電中心電極４８は中央通路１８に部分的に配置され、下部ガラスシール層４６に包まれたそのヘッド部から、接地電極２６に近接するその露出されたスパーク端部５０まで、長手方向に延在する。ヘッド部は、中央通路１８の下にくびれた部分に据えられる。抑制器シールパックは末端植込ボルト４０と中心電極４８とを電気的に相互連結させる一方、同時に中央通路１８を燃焼ガス漏れから封止し、さらにスパークプラグ１０からの無線周波数ノイズ放出を抑制する。しかしながら、抑制器封止パックは、意図される用途の要件に依存して、他の受動的または能動的な機構と置き換えられてもよい。示されるように、中心電極４８は、そのヘッド部とスパーク端部５０との間において中断されない、連続的に延在する一片の構造であるのが好ましい。しかしながら、他の設計構成が用いられてもよい。
【００１９】
第２の金属スパークチップ５２は中心電極４８のスパーク端部５０に位置する（いかなる混乱も回避するために、「第１の」金属スパークチップが導入され、その後は接地電極２６に関連して記載されることに注意される）。第２の金属スパークチップ５２は、スパークギャップ５４にわたる電子放出のためのスパーク表面を与える。中心電極４８のための第２の金属スパークチップ５２は公知の技術のいずれによっても作ることができ、公知技術とは、プラチナ、タングステン、ロジウム、イットリウム、イリジウムおよびその合金を含むがこれらに限られない公知の貴金属または高機能合金のいずれからでも作られる、ワイヤ状、リベット状の構造の緩い一片形成およびその後の分離を含む。付加的な合金元素として、ニッケル、クロム、鉄、炭素、マンガン、シリコン、銅、アルミニウム、コバルト、レニウムなどを含み得るがこれらに限られない。実際、燃焼環境で優れた浸食および腐食性能をもたらすいかなる材料でも、第２の金属スパークチップ５２の材料複合物に使用するのに好適であり得る。
【００２０】
接地電極２６はシェル２４に隣接する固定端部からスパークギャップ５４に隣接する遠位端まで延在する。接地電極２６は、銅のコアを囲む鉄ベースの合金ジャケットを含み、典型的には長方形の断面を有し得る。
【００２１】
図２におそらく最も良く示されるように、５６として一般に表示される（第１の）金属スパークチップは、中心電極４８のスパーク端部５０と対向する接地電極２６の遠位端に
取付けられる。すなわち、金属スパークチップ５６は、スパークギャップ５４のちょうど向かい側に位置する。金属スパークチップ５６は、リム６０に囲まれた凸面ドーム５８を示すように、リムのある半球形の構成で意図的に形成される。図２などのプロファイルに見られるように、金属スパークチップ５６の形状は、凸面ドーム部分５８が類似する卵の黄味、リム部分６０が卵白を表すように、目玉焼きにたとえることができる。好ましくはリム６０は概して環状の構成を有するが、非環状の構成もまた可能である。理想的には、これも必然的ではないが、凸面ドーム部分５８およびリム６０は、スパークギャップ５４の中間部と交差する想像上の重心軸に沿って、互いに概して位置合わせされる。
【００２２】
第２の金属スパークチップ５２と同様に、接地電極２６のための（第１の）金属スパークチップ５６は公知の技術のうちのいずれによっても作ることができ、公知技術とは、プラチナ、タングステン、ロジウム、イットリウム、イリジウムおよびそれらの合金を含むがこれらに限られない公知の貴金属または高機能合金のいずれからでも作られる、ボタン状の構造への緩い一片形成を含む。付加的な合金元素は、ニッケル、クロム、鉄、炭素、マンガン、シリコン、銅、アルミニウム、コバルト、レニウムなどを含み得るがこれらに限られない。実際、燃焼環境で優れた浸食および腐食性能をもたらすいかなる材料でも、金属スパークチップ５６の材料複合物に使用するのに好適であり得る。
【００２３】
図３はこの発明の代替実施例を表し、そこでは、接地電極２６に取付けられた（第１の）金属スパークチップ５６の構成と実質的に類似する、リムのある半球形の構成を有する第２の金属スパークチップ５２´が、中心電極４８に取付けられる。
【００２４】
図４Ａ−図４Ｄは、接地電極と中心電極との間のスパークギャップ５４のさまざまな先行技術の構成を示す。先行技術の各例において、接地電極は文字「ＧＥ」によって表されるが、中心電極は文字「ＣＥ」によって表される。図４Ａは典型的なスパークギャップ５４構成を示し、そこでは中心電極ＣＥにも接地電極ＧＥにも金属スパークチップは取付けられない。この構成では、中心電極ＣＥを通して運ばれた電気的な電位は、典型的には熱伝達目的でしばしば銅のコアを有する耐久性のあるニッケルベースの合金を含む接地電極の母材まで、スパークギャップ５４の「ゾーン」を通ってアーク放電する。換言すれば、中心電極ＣＥから接地電極ＧＥまでの電気的なアーク放電のすべてがスパークギャップ５４で生じる。
【００２５】
図４Ｂ−図４Ｄは、広い、または狭い相対的構造を有する金属スパークチップが接地電極ＧＥに取付けられるさまざまな先行技術の構成を表す。中心電極ＣＥ上の対向する金属スパークチップは、接地電極ＧＥ上の金属スパークチップに対して、その寸法属性について一致してもしなくてもよい。これらの状況のすべてにおいて、電気的なアーク放電がスパークチップの貴金属パッドを飛び越えて接地電極ＧＥの母材に直接起こることが一般的である。これは不良電気アーク６２によって例示される。不良アーク６２は燃焼においては一般的であり、結果として測定可能な燃焼効率低下を伴う一貫しない燃焼を生じる。点火事象におけるこのようなサイクルごとの変動の結果、自動車の運転者はエンジン動作が雑である、および／または、その性能が一貫しないと感じるであろう。このように、不良アーク６２は極めて望ましくない。
【００２６】
図５および図６は、接地電極２６に適合される、リムのある半球形の金属スパークチップ５６を示す。第２の金属スパークチップ５２が従来型か修正された設計（５２´）かにかかわらず、これらの図面では、凸面ドーム型の形状の結果、ギャップ５４における正常なスパークアーク放電のゾーンがサイクルごとに一貫した位置で生じることが、半球形の形状によっていかに促進されるかを示す。より一貫したアーク位置は、結果としてより一貫した燃焼を生じるので、もちろん望ましい。点火事象においてサイクルごとの変動が少ないと、エンジン平滑性および性能一貫性を向上させる。不良アーク６２は、平らになっ
たフランジ状のリム機構６０を通して著しく制御される。リム６０の拡張された外周によって表されるコーナ部のプロファイルにより、不良アーク６２は金属スパークチップ５６の貴金属に対してより容易に引寄せられ、貴金属パッドを飛び越える傾向がほとんどない。これによっても、結果としてサイクルごとのベースでより一貫した燃焼を生じる。
【００２７】
図７は、金属スパークチップ５６および接地電極２６を直接通る、図２の７−７ラインに沿って得られた実質的な拡大断面図である。この断面図は、リム機構６０の別の利点をさらに示す。特に、リム６０は、接地電極２６と直接接触にある付加的な表面積を作りだす。その結果、金属スパークチップ５６のよりよい取付、すなわち固定を達成することができる。当業者は、接地電極２６に金属スパークチップ５６を取付ける異なる方法の構想を容易に描くであろう。図７では、金属スパークチップ５６の底部と接地電極２６の上面との間のクレータ状の界面が、抵抗溶接型の動作を暗示する。抵抗溶接は、金属スパークチップ５６と接地電極２６との間の表面同士の接触面積が増大したことで改善される多くの可能な技術のうちの１つである。レーザ溶接装置６４が影で示される。リム６０機構は金属スパークチップ５６の外周面積を増加させるという利益を付加し、それによって、レーザのキャッピング動作が実行されるような状況では、より大きな溶接界面となる。同様の利点は、高温接着剤、機械的な締付技術などの使用を通じて実現される。
【００２８】
図８は金属スパークチップ５６を斜視図で示す。金属スパークチップ５６の独特の形状は多くの方法で形成することができ、ここでは可能な方法のうちいくつかのみを述べる。一例として、１片の貴金属ワイヤがスプールから切離され、加熱されて、次いで特徴的な目玉焼き形状に加熱成形されることができる。代替的には、溶融された貴金属を、圧延、鋳造動作において、または他の十分な方法で形成することができる。
【００２９】
絶縁体１２の多数の構造的、幾何学的構成は、結果として生じるスパークプラグ設計の機械的、誘電的特性を増強するために、本願明細書に記載される組合せにおいて、または互いに独立して用いられ得る。絶縁体１２の幾何学的設計および形状の変化に加えて、特に絶縁体１２の下部ノーズ領域におけるシェル２４の形状の設計変更が、主題の発明のさらなる改善の一因となる。たとえば、絶縁体１２の大きい上部ショルダ部６６のすぐ下に与えられる比較的浅い遷移テーパ角度により、特別な利点を特定することができる。この比較的浅い角度によって圧縮応力が減じられ、曲げモーメント負荷が低下する。
【００３０】
図９および図９Ａは絶縁体１２の特に有利な幾何学的構成を示し、この構成により、従来の絶縁体材料（たとえばセラミック）が、小さく、比較的脆弱なサイズであって、なお組立中および動作中に絶縁体に与えられる応力に耐えるように製造され得る。より具体的には、絶縁体１２の外表面が、概して円形の大きい上部ショルダ部６６を末端部２０に近接して表わし、概して円形の小さいショルダ部６８をノーズ端部２２に近接して表わすように、絶縁体１２が示される。シェル２４における組立て中に、小さいショルダ部６８は下部圧縮フランジ２８に対して配置されるが、大きいショルダ部６６はシェル２４の上部圧縮フランジ３０によって押圧される。このように、絶縁体１２の大きいショルダ部６６と小さいショルダ部６８との間の領域で非常に大きな圧縮力が絶縁体１２に課される。機械的には、小さなボアまたは窮屈なエンジン空間に適合するためにスパークプラグ１０のサイズが減じられると、絶縁体１２をシェル２４の内部に固定することが非常に困難になる。たとえば、１０−１２ミリメートルおよびそれ以下の範囲のスパークプラグでは、材料のコラム強さがシェル２４内で気体気密性シールを確立し維持するために必要な圧縮負荷を支持できなくなる限界にまで、絶縁体１２の物理的な寸法が縮小していることを必要とする。
【００３１】
出願人は、セラミックなどの標準的な絶縁体材料の機械的強度を超過することなくスパークプラグ１０のサイズを縮小することができる、特に有利な幾何学的関係を発見した。
これは、絶縁体１２の外表面の、大きいショルダ部６６から小さいショルダ部６８までの絶縁体の物理的な外寸が減じられる部分として規定された遷移領域の操作によって達成される。再び図９を参照して、絶縁体１２の外表面は丸められた遷移部７４を含んで示され、遷移長さＬ（遷移）だけそこから間隔を置いて隅肉遷移部７６がある。用語「丸められた」「隅肉」とは、製図技術における周知の用語「隅肉」「丸み付け」から借りており、すなわちそれぞれ内隅および外隅である。プロファイルに見られるように、丸められた遷移部７４および隅肉遷移部７６は、絶縁体１２の外表面の直径を有効に減じるのに必要なオジープロファイル（ogee profile）と同種のものを形成する。図９に示されるように、丸められた遷移部７４は、大きいショルダ部６６に隣接する絶縁体１２の最大外径を表す大径Ｄ２によって規定される。他方、隅肉遷移部７６は、小さいショルダ部６８に続く絶縁体１２外部の部分を表す小径Ｄｌによって規定される。遷移長さＬ（遷移）は丸められた遷移部７４と隅肉遷移部７６との間の長手方向の距離の測定値である。
【００３２】
図９Ａは遷移長さＬ（遷移）の拡大図を与え、そこで開始測定値は遷移表面間の理論的な交差によって位置決めされる。丸められた遷移部７４と隅肉遷移部７６との間に錐台状に傾斜した遷移表面７８が延在する。遷移表面７８については錐台状にテーパ状の形状が好まれるが、他の緩やかに曲がるプロファイルもこの発明の重要な特徴を犠牲にすることなく許容され得る。
【００３３】
組立て中および動作中、また絶縁体１２の形成および発火ステップ中の絶縁体１２のハンドリングにおいてスパークプラグ１０に与えられる圧縮応力に耐えるために、主題の絶縁体１２に著しく頑丈な機械的強度を与える、特に有利な空間的関係が特定されている。特に、この関係は、Ｄｌ、Ｄ２および遷移長さＬ（遷移）の間に築かれる。好ましくはこの関係は以下の公式によって表現される：
【００３４】
【数２】
2009541944.tif 000004
【００３５】
この幾何学的な関係の範囲内で作られた製品によって受け入れ可能な結果を得ることができるが、出願人はこの範囲を以下の公式へと狭めることによりさらにより好ましい結果を得られることを発見した：
【００３６】
【数３】
2009541944.tif 000005
【００３７】
乗り物のエンジン用途に従って製造されるスパークプラグについては、出願人は以下にさらに最も好ましい空間的関係を規定した：
【００３８】
【数４】
2009541944.tif 000006
【００３９】
絶縁体１２のノーズ部分とシェル２４との間の空隙を増大させるためにノーズ部分の厚さを減少させることによって、別の改善が達成される。この空隙の増大によって、スパーク事象中および燃焼開始中にこの領域の大気が高圧であることに起因して、動作中のスパークプラグ１０の誘電容量、すなわち誘電強度が増強される。さらに、ノーズ部分の厚さを減じることによって、スパークトラッキングおよび第２のスパーク位置が生成される傾向の低下または除去が実現される。
【００４０】
さらなる好ましい空間的関係は、図１０−１２を参照して得ることができる。ここでは、絶縁体１２のノーズ部分が小さいショルダ部６８のすぐ下で測定されるベース直径ｄ（ベース）を有することが示される。ノーズ部分の対向する端部または遠位端は、より小さな外径ｄ（チップ）を有する。絶縁体１２の壁厚は、ノーズ部分の長手方向の長さにわたって、より大きなｄ（ベース）測定値からより小さなｄ（チップ）測定値までテーパ状となっている。この絶縁体ノーズ領域の外径の寸法関係を、接地されたシェルＩＤ（シェル）の内径に相対して注意深く制御することによって、スパークトラッキング（すなわち絶縁体ノーズを上に進む表面電荷）が減じられること、また小径スパークプラグにおけるアーク放電傾向を制限する高誘電性燃焼ガスのために作り出される空間が増大することにおいて、利点を達成できることが知られている。より具体的には、出願人は、極めて有益なスパークプラグ性能を与えるとして、以下の空間的関係を特定した：
【００４１】
【数５】
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【００４２】
乗り物のエンジン用途に従って製造されたスパークプラグについては、出願人はさらに以下の最も好ましい空間的関係を規定した：
【００４３】
【数６】
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【００４４】
さらに別の特に有利な関係は、シールｔ（シール）パックの領域において絶縁体厚さをできるだけ大きくなるよう制御することにより達成することができる。これは、この領域でより大きい誘電容量を与えるために内径ＩＤ（シール）空間を減じることを必要とし得る。
【００４５】
図１２では、シェル２４の下部圧縮フランジ２８の領域が、絶縁体１２の小さいショルダ部６８に対して当接して示される。ここでは、下部圧縮フランジ２８は内部周辺リップ８０を有する。このリップ８０は絶縁体１２から十分に間隔を置かれ、その結果、燃焼ガスがその間の空間を占め、それによってスパークプラグ１０の誘電特性を増強する。より具体的には、高度に圧縮された燃焼ガスが、セラミック絶縁体１２の誘電容量よりも大きい誘電容量を示し得ることが発見された。このように、接地されたシェル２４がスパークギャップ５４以外で最も電荷中心電極４８に接近しているスパークプラグ１０のこの領域を、燃焼ガスが占めることができるようにすることによって、誘電容量が付加されることが極めて望ましい。
【００４６】
機械的統合性およびスパーク性能を犠牲にすることなくスパークプラグ１０をより幾何
学的に小さい割合で製造できるようにするために、本願明細書に説明されるすべての機構が重要であり、集団的に寄与する。
【００４７】
添付図面に示され、上述される主題の発明は、先行技術のスパークプラグ設計で見られる機械的制限および誘電強度制限に対処し、より新しいエンジン設計がスパークプラグに求める要件について生じる問題に取り組むものである。主題のスパークプラグは、設計の全体にわたって鋭利な隅をなくすべく、機械的応力集中部を減じ、フラッシュオーバー距離を増加させ、電気応力場を減じる。明らかに、この発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能である。したがって、この発明は具体的な記載とは異なるようにも実行できることが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月10日(2009.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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