(57)【要約】  火花点火される内燃機関用の火花プラグは、概して筒状のセラミック絶縁体と、該絶縁体を囲繞する導電シェルと、該シェルに取り付けられる少なくとも１つの接地電極と、該絶縁体内に配置される中心電極とを備える。該接地電極は、該導電シェルに隣接する固定端から火花ギャップに隣接する遠位端まで延びる。該接地電極は、その遠位端に形成された突起を備え、該突起は、少なくとも１つのはめ込み平面状表面とはめ込み後壁とを有する。高性能金属製火花先端が、該接地電極の該遠位端に装着される。該火花先端の基端は、該突起の該はめ込み平面状表面と面接触した状態で配置される。該はめ込み平面状表面は該火花先端の該基端を完全に覆い、そこから外側に延びて、露出された周縁の界面をもたらす。
2009541946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火される内燃機関用の火花プラグであって、
略筒状のセラミック絶縁体と、
前記セラミック絶縁体の少なくとも一部を囲繞し、少なくとも１つの接地電極を含む導電シェルと、
上側端子端と、前記接地電極に対向する下側火花端とを有し、火花ギャップが前記下側火花端と前記接地電極との間の空間を画定している、前記セラミック絶縁体内に配置された中心電極と、を備え、
前記接地電極は、前記シェルに隣接する固定端から前記火花ギャップに隣接する遠位端まで延在し、前記接地電極は前記遠位端上に形成された突起を含み、前記突起は少なくとも１つのはめ込み平面状表面を有し、前記火花プラグは、
前記接地電極の前記遠位端上に位置し、前記突起の前記はめ込み平面状表面に基端が装着された火花先端を備え、
前記はめ込み平面状表面は、前記火花先端の前記基端を完全に覆い、そこから外側に延びて露出周縁界面をもたらす、火花プラグ。
【請求項２】
前記突起が、前記はめ込み平面状表面と交差するはめ込み後壁を含み、前記はめ込み後壁が、この後壁の長さに沿った輪郭線と、断面形状とを有する、請求項１に記載の火花プラグ。
【請求項３】
前記はめ込み後壁が前記はめ込み平面状表面と略直交する、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項４】
前記はめ込み後壁が、テーパ状の断面形状または曲線状の断面形状のうち少なくとも一方を有する、請求項３に記載の火花プラグ。
【請求項５】
前記はめ込み後壁が前記はめ込み平面状表面に直交しない、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項６】
前記はめ込み後壁が、テーパ状の断面形状または曲線状の断面形状のうち少なくとも一方を有する、請求項５に記載の火花プラグ。
【請求項７】
前記はめ込み後壁の輪郭線が、この後壁の長さに沿って概して平面状である、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項８】
前記はめ込み後壁の輪郭線が、この後壁の長さに沿って曲線状である、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項９】
前記はめ込み後壁の輪郭線が、この後壁の長さに沿って概して平面状の部分と曲線状の部分とを有する、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項１０】
前記火花先端を前記接地電極に冶金接合する少なくとも１つの溶接部をさらに含む、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの溶接部が、前記火花先端の前記基端と前記はめ込み平面状表面との間の抵抗溶接部を含む、請求項１０に記載の火花プラグ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの溶接部が、前記火花先端の前記基端と前記突起の前記はめ込み平面状表面との前記露出周縁界面上に配置された溶接部を含む、請求項１１に記載の火花プ
ラグ。
【請求項１３】
前記露出周縁界面上に配置された前記溶接部がレーザ溶接部を含む、請求項１２に記載の火花プラグ。
【請求項１４】
前記火花先端が前記はめ込み後壁に当接する、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの溶接部が、前記火花先端と前記はめ込み後壁との間の前記当接部分上に配置される、請求項１４に記載の火花プラグ。
【請求項１６】
前記接地電極が、前記固定端と前記遠位端との間に延びる少なくとも１つの露出された上面を含み、前記露出された面が前記火花先端に交差および当接し、前記少なくとも１つの溶接部が、前記露出された面と前記火花先端との間の交差部分に配置される溶接部を含む、請求項１４に記載の火花プラグ。
【請求項１７】
前記火花先端が、金、金合金、プラチナ族金属、またはタングステン合金のうちの１つを含む、請求項１に記載の火花プラグ。
【請求項１８】
前記プラチナ族金属が、プラチナ、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、およびレニウムからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含む、請求項１７に記載の火花プラグ。
【請求項１９】
前記プラチナ族金属が、ニッケル、クロム、鉄、マンガン、銅、アルミニウム、コバルト、タングステン、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウム、ランタン、セリウム、およびネオジムからなる群から選択される少なくとも１つの元素をさらに含む、請求項１８に記載の火花プラグ。
【請求項２０】
前記火花先端が、自由端部と基端部とを有する多層火花先端である、請求項１に記載の火花プラグ。
【請求項２１】
前記自由端部が、金、金合金、プラチナ族金属、またはタングステン合金のうち１つを含み、前記基端部が、ニッケルまたはニッケル系合金のうちの一方を含む、請求項２０に記載の火花プラグ。
【請求項２２】
前記プラチナ族金属が、プラチナ、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、およびレニウムからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含む、請求項２１に記載の火花プラグ。
【請求項２３】
前記プラチナ族金属が、ニッケル、クロム、鉄、マンガン、銅、アルミニウム、コバルト、タングステン、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウム、ランタン、セリウム、おおよびネオジムからなる群から選択される少なくとも１つの元素をさらに含む、請求項２２に記載の火花プラグ。
【請求項２４】
前記火花先端が、前記基端とその自由端との間に連続的に延びる規則的形状の断面を有する、請求項１に記載の火花プラグ。
【請求項２５】
前記火花先端が概して円筒状であり、前記基端および前記自由端が概して円形である、請求項２４に記載の火花プラグ。
【請求項２６】
前記接地電極が、前記火花先端近傍に位置する熱伝導性の心をも備える、請求項１に記
載の火花プラグ。
【請求項２７】
前記熱伝導性の心が、前記はめ込み平面状表面の下に少なくとも部分的に延びる、請求項２７に記載の火花プラグ。
【請求項２８】
前記熱伝導性の心が、前記火花先端の前記基端の下の全体に延びる、請求項２７に記載の火花プラグ。
【請求項２９】
前記熱伝導性の心が、前記はめ込み後壁の少なくとも一部にも近接して位置する、請求項２７に記載の火花プラグ。
【請求項３０】
前記中心電極の前記火花端に装着される点火先端をさらに備える、請求項１７に記載の火花プラグ。
【請求項３１】
前記火花先端が、金、金合金、プラチナ族金属、またはタングステン合金のうちの１つを含む、請求項３０に記載の火花プラグ。
【請求項３２】
前記プラチナ族金属が、プラチナ、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、およびレニウムからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含む、請求項３１に記載の火花プラグ。
【請求項３３】
前記中心電極の前記火花端に装着される点火先端をさらに備える、請求項２１に記載の火花プラグ。
【請求項３４】
前記火花先端が、金、金合金、プラチナ族金属、またはタングステン合金のうちの１つを含む、請求項３３に記載の火花プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
標記発明は、内燃機関や加熱炉等の火花プラグに関し、より詳細には、接地電極に高性能点火先端を有する火花プラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術
火花プラグの分野では、耐高温酸化性、耐侵食性の向上ならびに中心電極および接地電極での火花電圧低減へのニーズが継続的に存在する。この目的のために、貴金属電極、またはより一般的には、標準電極に取り付けられた貴金属点火先端を用いた様々な設計が提案されてきた。通常、点火先端は、純貴金属もしくは合金貴金属の組成物、または他の高性能材料の組成物からなるパッドまたは鋲またはワイヤとして形成され、該先端は、次いで中心電極、接地電極、またはその両方の端部または側部に溶接される。
【０００３】
プラチナ合金およびイリジウム合金は、最も一般的に火花プラグ点火先端に用いられる貴金属のうちの２つである。しかし、他の合金組成物も様々な用途において使用されてきており、たとえばプラチナ−タングステン合金、プラチナ−ロジウム合金などである。イットリウムなどの付加的な合金成分も貴金属合金と共に動作性能向上のために用いられてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらおよび他の様々な貴金属組成物および高性能金属組成物により、通常、許容可能レベルの火花プラグ性能が得られるが、特に火花性能の制御ならびに酸化および火花侵食の防止に関しては、貴金属先端を利用した現在の火花プラグには、貴金属部品を装着するのに用いられる方法に関連して、性能上の限界があることがよく知られている。かかる装着方法には、様々な形態の溶接が含まれる。したがって、低コストで向上した火花プラグ性能および信頼性を達成し、かつ公知の溶接技術を用いて容易に電極端部に固着可能な貴（または他の高性能）金属点火先端を有する火花プラグの開発が強く望まれている。また、これらの性能および信頼性の向上を達成する火花プラグを、最新の製造工場に見られるタイプの高速生産設備を用いて製造する方法の開発も強く望まれている。
【０００５】
ある注目領域に、高性能金属点火先端を接地電極の遠位端に装着する方法がある。様々な技術が提案されてきており、たとえば付与日２００５年２月８日のＨｏｒｉらによる米国特許第６，８５３，１１６号に示されるように、金属点火先端を接地電極の遠位端に形成された切り欠きまたはポケットに設置することなどである。発行日１９８７年１０月１３日のＹａｍａｇｕｃｈｉらの米国特許第４，７００，１０３号ならびに発行日１９９６年９月１７日のＫａｇａｗａの米国特許第５，５５６，３１５号に類似の技術が示されている。
【０００６】
高性能金属点火先端の使用に向けた最近の動きは、火花プラグの寿命を延ばすという目標が動機となっている。現在の期待値は、高性能金属点火先端が装着された火花プラグの寿命を、運転１００，０００マイルより多く設定している。これから分かるように、燃焼室に露出されている火花プラグの部分について厳しい要求が課されている。したがって、火花プラグが寿命の終わりに近づくほど、金属点火先端のベースの電極部品への装着方法が殊に重要となってくる。特に、金属点火先端と接地電極との間の溶接接合部の不良によ
り、高性能火花プラグの寿命に早すぎる終止符が打たれる可能性がある。中心電極および接地電極に火花先端を添設すると、これらの構成を用いる火花プラグに関連する組立製造プロセスに工程が加わる。さらに、火花先端上に位置する火花表面間の火花ギャップの精確な制御を維持する必要があり、この制御には、該表面間の距離のみならず相互に対する位置合わせの精確な制御の維持が含まれる。したがって、火花先端と中心電極および接地電極の表面との位置付けおよび位置合わせを含む組立プロセスを簡易化し、それによって、これらの間の必要な間隔および整列状態を維持しつつ高性能金属火花先端を備えた火花プラグを製造するコストを低減する、金属点火先端の構成および電極の構成も非常に重要である。
【０００７】
火花プラグの寿命を延ばすことは、中心電極および接地電極への高性能火花先端の装着に用いられる溶接接合部ならびにこれらを内設する火花プラグの動作性能を含めて、火花プラグの作動中の火花先端および電極からの熱を除去する能力により左右される。現在は、熱伝導性および火花先端からの熱除去能力の向上のために、銅心ニッケル合金の中心電極および接地電極を使用している。しかし、かかる電極の有効性は、火花先端に対する高熱伝導心材の近接の程度に直結している。熱伝導性心材を火花先端に近く設置できるほど、火花先端から除去できる熱が多くなる。したがって、火花先端と心材との間隔の制御を可能とする火花先端の構成を開発することが望ましい。
【０００８】
したがって、高性能金属点火先端を接地電極に装着する方法の改善が当該産業において非常に望まれており、そのような改善はこのタイプの火花プラグの性能を向上しその寿命を延ばすのに役立つ。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の概要
標記発明は、火花点火される内燃機関用の火花プラグを備える。該火花プラグは、略筒状のセラミック絶縁体を備える。導電シェルが、該セラミック絶縁体の少なくとも一部を囲繞し、少なくとも１つの接地電極を含む。中心電極が、該セラミック絶縁体内に配置される。該中心電極は、上側端子端と、該接地電極に対向する下側火花端とを有し、火花ギャップが該下側火花端と該接地電極との空間を画定している。該接地電極は、該シェルに隣接する固定端から該火花ギャップに隣接する遠位端まで延在する。該接地電極は遠位端上に形成された突起を含み、該突起は少なくとも１つのはめ込み平面状表面を有する。高性能金属火花先端が、該接地電極の該遠位端上に装着される。該火花先端は、該突起の該はめ込み平面状表面と面接触した状態で配置された基端を有する。本発明のある利点は、該火花先端の該基端を完全に覆い、かつそこから外側に延びて露出周縁界面をもたらす該はめ込み平面状表面によって達成され、これにより、所望であれば、該基端の該露出周縁の少なくとも一部の周りに任意の装着方法を適用し得る。
【００１０】
したがって、標記発明は、該接地電極の該遠位端に高性能金属火花先端を装着するための新しい改善された構造を形成する。この新規な構造は、一層強度があって確実な接合部をもたらし、溶接等を含み得る様々な装着メカニズムを容易とする。この特定の構造は、高速生産技術に役立つ。その結果、標記発明に従って製造された火花プラグは、寿命がより長く、向上した性能特性を呈し、最新の製造方法について実施可能である。
【００１１】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明と添付の図面との関連において検討されることでより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、標記発明による火花プラグの断面図である。
【図２】図２は、図１に区画される部分２の部分拡大図であり、火花ギャップの領域における接地電極および中心電極を示す。
【図３】図３は、図２に図示する部品の側面図である。
【図４】図４は、図２に図示する部品の底面図である。
【図５】図５は、接地電極の遠位端上の支持突起界面から離れた場所で発火される高性能点火先端を示す部分斜視図である。
【図６】図６は、図５に描出される部品の組立図であり、２つの部品を冶金接合する複数の溶接線を含む。
【図７】図７は、該突起を半円ポケットとして示す第１の代替実施形態の部分分解斜視図である。
【図８】図８は、図７と同様の図であるが、十分な考慮を経て設定された溶接線により組み立てられ冶金接合された部品を示す。
【図９】図９は、標記発明の第２の代替実施形態の部分斜視図である。
【図１０】図１０は、様々な交互はめ込み後壁の外形を示す接地電極の部分断面図である。
【図１１】図１１は、伝導心を位置付けする代替実施形態を図示する、接地電極の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
好ましい実施形態の詳細な説明
数種の図において同様の符号が同様または相当する部分を示している図を参照して、標記発明による火花プラグは、図１において概して１０で示す。火花プラグ１０は、概して１２で示す筒状のセラミック絶縁体を備え、該絶縁体は、好ましくは特定の絶縁耐力、高機械強度、高熱伝導性、および熱衝撃に対する優れた耐性を有する酸化アルミニウムまたは他の好適な材料から作られる。絶縁体１２は、非常に高い圧力で乾式成形してから周知のプロセスを用いて高温で焼結してよい。絶縁体１２の外面は、部分的に露出された上側マスト部１４を備えてよく、該マスト部は、点火システムとの電気的接続を維持するべく、エラストマからなる火花プラグのブーツ（不図示）により囲繞および把持される。露出されたマスト部１４は、図１に示すように、火花または副次的な「フラッシュオーバ」電圧に対してさらなる保護をもたらし、かつエラストマからなる火花プラグのブーツとのグリップを強める目的で、連設リブ１６を備えてよい。絶縁体１２は、全体的に筒状または環状の構造であり、中央通路１８を含み、上側端子端２０と下側心ノーズ端２２との間に長手方向に延びる。中央通路１８は、異なる断面積を有し、概して端子端２０の位置またはその近傍で最も大きくなり、心ノーズ端２２の位置またはその近傍で最も小さくなる。
【００１４】
導電性であり、好ましくは金属製のシェルは、概して２４で示す。金属シェル２４は、様々な被覆鋼合金または非被覆鋼合金を含む任意の好適な金属から作られてよい。シェル２４は、概して環状の内面を有し、該内面の周囲は、絶縁体１２の中央部および下部の外面と密閉係合するように構成されている。シェル２４は、少なくとも１つの装着された接地電極２６を備える。シェル２４は、絶縁体１２の下側領域を囲繞し、少なくとも１つの接地電極２６を備える。接地電極２６は伝統的な単一のＬ字型様式で描出されているが、所望の接地電極構成や火花プラグ１０の対象用途によっては、Ｌ字型、直線状、または湾曲した構成の複数の接地電極を代用できることが理解されよう。
【００１５】
シェル２４は、本体部分が全体的に筒状または環状であり、絶縁体１２の小さな下側肩部との圧接を支えるように構成される内部下側圧縮フランジ２８を備える。シェル２４は、組み立て作業の間に絶縁体１２の大きな上側肩部１３との圧接を支えるべく圧着または被覆形成される上側圧縮フランジ３０をさらに備える。またシェルは変形可能域３２も含んでよく、上側圧縮フランジ３０が変形する間またはそれに続いて、変形可能域３２を加熱しかつそれに伴って強力な軸方向の圧縮力を加えることにより、軸方向および径方向の内側につぶれるように該変形可能域を設計および構成して、シェル３４を絶縁体１２に対
して一定の軸方向の位置に保持し、絶縁体１２とシェル２４との間に径方向の気密シールを形成する。ガスケット、セメント、または他のシール複合体を絶縁体１２とシェル２４との間に介在させることで、気密シール状態を完成し、組み立て後の火花プラグ１０の構造的統合を改善することができる。
【００１６】
燃焼室開口部における火花プラグの着脱用に、ツール受容六角部３４または他の構成をシェル２４に設けてよい。該構成の大きさは、好ましくは関連の用途についてのこのタイプの工業標準ツール寸法に適合する。六角形の大きさは、関連の用途についての工業標準に適合する。もちろん、用途によっては、標準的なレンチを受容するスロット等の六角形以外のツール受容界面や、レース用火花プラグその他の用途や他の環境において公知であるような他の構成が求められるであろう。金属製シェル２４の下部上かつシール座部３８の直下に、ねじ切り区間３６が形成される。座部３８をガスケット（不図示）と対にすることにより、シリンダヘッド内で火花プラグ１０が着座するところの好適な界面を設けてよく、該座部は、シェル２４の外面と燃焼室開口部（不図示）内のねじ切りされた孔との間の空間に熱ガスシールをもたらす。あるいは、シール座部３８をシェル２４の下部に沿って位置するテーパ状の座部でもって設計して、シリンダヘッドにおいて精密な公差でセルフシール式に設置されるようにしてもよく、シリンダヘッドも通常、この様式の火花プラグ用の係合テーパを用いて設計されている。
【００１７】
導電性の端子スタッド４０は、絶縁体１２の中央通路１８内に部分的に配置され、露出された頂柱３９から、中央通路１８の途中まで下って埋設された下端４１まで、長手方向に延在する。頂柱３９は、点火ワイヤ（不図示）に接続し、火花ギャップ５４において火花を起こすことにより火花プラグ１０を点火または作動させるのに必要な高圧電気の定期的な放出を受ける。
【００１８】
端子スタッド４０の下端４１は、導電ガラスシール４２内に埋設されて、複合３層抑圧器シールパックの上層を形成する。導電ガラスシール４２は、端子スタッド４０の下端４１を密封するように機能し、下端４１を電気的に抵抗層４４に接続する。この抵抗層４４は、３層抑圧器シールパック４３の中央層を構成するものであり、電磁干渉（ＥＭＩ）を低減することが知られている任意の好適な組成物から作ることができる。使用される点火システムの推奨設置状況やタイプによって、かかる抵抗層４４を、より伝統的な抵抗抑圧器あるいは誘導抑圧器として機能するように設計してもよい。抵抗層４４の直下において、別の導電ガラスシール４６が抑圧器シールパック４３の底層または下層を構成し、端子スタッド４０および抑圧器シールパック４３を中心電極４８に電気的に接続する。上層４２および底層４６は、同じ導電材料から作られてもよいし、異なる導電材料から作られてもよい。ガラスおよび他のシールからなる他の多くの構成やＥＭＩ抑圧器が周知であり、本発明によって使用されてもよい。したがって、点火システムからの電気は端子スタッド４０の下端４１を介して導電ガラスシール４２の頂部に伝播し、抵抗層４４を通り、下側導電ガラスシール層４６内に流入する。
【００１９】
導電中心電極４８は、中央通路１８内に部分的に配置され、下側ガラスシール層４６内に収納される頭部から、接地電極２６に近接する露出された火花端５０まで、長手方向に延在する。抑圧器シールパック４３は、端子スタッド４０と中心電極４８とを電気的に相互接続すると同時に、中央通路１８を燃焼ガス漏れを防ぐように密閉し、かつ火花プラグ１０からの無線周波数ノイズの放出を抑える。図示のように、中心電極４８は、好ましくは頭部と火花端５０との間に連続的に延びて途切れない、１部材の単一構造である。導電中心電極４８は好ましくは、高い熱伝導性と高温強度および耐腐食性とを兼ね備えた導電性の材料から形成される。導電中心電極４８に好適な材料には様々なＮｉ系合金があり、たとえば概してＵＮＳ  Ｎ０６６００により特定されＩｎｃｏｎｅｌ  ６００（登録商標）、Ｎｉｃｒｏｆｅｒ  ７６１５（登録商標）、Ｆｅｒｒｏｃｈｒｏｎｉｎ  ６００（登
録商標）の商標名で販売されているもの等の様々なニッケル−クロム−鉄合金、ならびにニッケルが少なくとも９２重量パーセント含まれるもの等の様々な希釈ニッケル合金、そしてアルミニウム、イットリウム、ケイ素、クロム、チタン、およびマンガンからなる群のうち少なくとも１つの元素、を含む。これらの合金は、合金の特定の高温特性を向上するように、たとえばイットリウム、ハフニウム、ランタン、セリウム、およびネオジムからなる群から選択される少なくとも１つの希土元素などの希土類合金化添加物も含んでよい。前記合金は少量のジルコニウムおよびホウ素も包含してよく、これによりさらに高温特性が向上する。このことは、共通の譲受人に譲渡され共に係属中である、２００７年６月１８日出願の米国特許出願第１１／７６４，５１７号および第１１／７６４，５２８号（おのおの、代理人整理番号７１０２４０−２６８６および７１０２４０−２７６３）に記載されるとおりであり、これらの出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２０】
接地電極２６および中心電極４８のいずれか一方またはその両方には、熱伝導性の心をさらに設けることもできる。この心２７は、図１０の接地電極２６の場合に示されている。熱伝導性の心は、銅または銀またはこれらいずれかの様々な合金等の高い熱伝導性（たとえば、≧２５０Ｗ／Ｍ＊゜Ｋ）の材料から作られる。高い熱伝導性を有する心はヒートシンクとして働き、火花プラグ１０の作動中およびそれに伴う燃焼プロセスの間に火花ギャップ５４領域から熱を遠ざけるのに役立ち、これにより、この領域における電極の動作温度を下げて、本明細書に記載の劣化プロセスに対する性能および耐性をさらに改善する。
【００２１】
点火先端５２は、中心電極４８の火花端５０に位置し、おそらく図２において最も良く示されている。点火先端５２は火花表面５３を備え、火花ギャップ５４を横断して電子を放出する。中心電極４８の点火先端５２は、任意の公知技術により製造でき、該公知技術にはバラ形成（ｌｏｏｓｅ  ｐｉｅｃｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）および後続の装着が含まれ、金、金合金、プラチナ族金属またはタングステン合金を、これらに限定されることなく含む公知の貴金属または高性能合金のいずれかから作られる、パッド状、ワイヤ状、または鋲状の部材の抵抗溶接、レーザ溶接、またはそれらの組合せを様々に組み合わせて実施される。金合金は、Ａｕ−４０Ｐｄ（重量パーセント）合金等のＡｕ−Ｐｄ合金を含む。プラチナ族金属は、プラチナ、イリジウム、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、およびレニウム、ならびに任意の組合せによるこれらの様々な合金を含む。本用途のために、特定のプラチナ族金属の特性に似た高融点その他の高温特性に基づき、レニウムもプラチナ族金属の定義に含められる。点火先端５２は、Ｗ−Ｎｉ、Ｗ−Ｃｕ、およびＷ−Ｎｉ−Ｃｕ合金を含む様々なタングステン合金から作られてもよい。点火先端５２に使用される他の合金化元素は、ニッケル、クロム、鉄、マンガン、銅、アルミニウム、コバルト、タングステン、ジルコニウム、ならびに、イットリウム、ランタン、セリウム、およびネオジムを含む希土元素を含んでよいが、これらに限定されない。実際、燃焼環境において良好な侵食・腐食性能をもたらす任意の材料が、点火先端５２の材料組成における使用に好適であり得る。さらに、点火先端５２は複合点火先端５２であってよく、該先端は、中心電極４８から離れて位置し、上記のような貴金属または高性能合金の火花表面５３を備える自由端部と、中心電極４８の基端上および該自由端部側の他端上に取り付けられる基端部とを有する。基端部は、本明細書に記載のＮｉ系電極材料等の、自由端部への取り付けに好適な任意の材料であってよい。自由端部と基端部とは、様々な形態の溶接等の任意の好適な接合方法によって接合されてよい。自由端部および基端部としての使用に選択される材料ならびに採用される接合方法によっては、複合火花先端５２もこれらの間の接合部を有してよい。該接合部は、自由端部および基端部に使用される複数の材料の複数の熱膨張係数（ＣＴＥ）の間のＣＴＥを有してよく、あるいはこの範囲外であってもよく、これは自由端部および基端部に選択された材料と、該接合部の形成に使用された方法とに依存する。この複合または多層の火花先端構造は、ワイヤまたは頭付き鋲として形成されてよ
い。先端の構造およびこれらの製造・使用方法は、共通の譲受人に譲渡され共に係属中である、２００６年１１月２０日出願の米国特許出願第１１／６０２，０２８号、第１１／６０２，１４６号、および第１１／６０２，１６９号（おのおの、代理人整理番号ＩＧ−４０４７２−１（７１０２４０−２９９９）、ＩＧ−４０４７２−２（７１０２４０−３０００）、およびＩＧ−４０４７２−３（７１０２４０−３０４０））においてさらに説明されており、これらの出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。これらの火花先端は、あらゆる貴金属または高性能合金製の先端に比して材料コストが少ないなどの数多の利点を有する。さらにこれらの火花先端は、基端が同一または類似の電極製造用合金、たとえば様々なニッケル系合金、から形成され得ることから、中心電極または接地電極に容易に溶接される。これらの火花先端は、電極自体として同一または類似の合金から製造されてよいことから、ＣＴＥ不整合も大幅に低減され、取りも直さず熱応力や、サイクリングに起因する火花先端の基部と電極との界面のクラックおよび破砕に対する耐性が改善される。
【００２２】
おそらく図１〜４において最も良く示されているように、接地電極２６は、シェル２４に隣接する固定端５６から火花ギャップ５４に隣接する遠位端５８まで延びる。接地電極２６は、通常の矩形の断面であってよく、銅または他の熱伝導性材料の心（図１０および図１１参照）を囲繞するニッケル系合金ジャケットを含む。図５および図６に示すように、突起５９が接地電極２６の遠位端５８上に形成される。この突起５９は少なくとも１つのはめ込み平面状表面６０を有し、該表面には、概して６２で示す金属製接地電極点火先端が支持されることになる。はめ込み平面状表面６０は、火花ギャップ５４に向けて示されている。接地電極火花先端６２は、用途の要件に従って、中心電極点火先端５２と同一の材料または異なる材料から作製されてもよい。さらに、接地電極火花先端６２は、中心電極点火先端５２と類似または同一の幾何学構成またはその逆であってもよいが、これは要件ではない。
【００２３】
接地電極火花先端６２は、好ましくは基端６４と自由端６６との間に連続して延びる規則的形状の断面を有する。また、長さに沿って規則的な断面形状を有するように示されているが、接地電極火花先端６２は、その長さに沿って大きさが変動または変化する断面形状を有してもよい。図に示すように、この規則的形状の断面は円形であってよく、これにより接地電極火花先端６２が全体的に円筒状の構造を有することとなるが、正方形や長方形の断面形状や棒状または板状の形状の先端を含む他の断面形状も可能である。また火花先端６２は、半球状もしくは部分的に球状、または円錐状、または様々なピラミッド形状の形態であってもよい。さらに、断面形状は長さに沿って変動または遷移してよく、これはたとえば円筒状、半球状、円錐状、またはピラミッド状の端部を備える正方形の基部とそれに対応する火花表面６６（不図示）などである。上記のように、これらの断面および形状の構成は、点火先端５２に含めてもよい。接地電極火花先端６２の基端６４は、突起の構成により形成されるはめ込み平面状表面６０と完全に面接触した状態にある。本発明によれば、おそらく図６において最も良く示されているように、はめ込み平面状表面６０は、火花先端６２の基端６４を完全に覆い、そこから外側に延びて露出している周縁の界面をもたらす。この露出周縁界面は、溶接線６８により描出されるように、少なくとも基端６４の露出している周縁の一部の周囲において、溶接等のさらなる装着の方法を容易にする。この方法により、大きくサイズ取りされたはめ込み平面状表面６０は、火花先端６２に確実で安定した基盤を与え、溶接その他の方法による装着が実施可能な内側隅部の形態で有用な交差表面をもたらす。実際、溶接線６８をこの内側隅部の露出部分の大半に沿って形成することができる。
【００２４】
接地電極２６の遠位端５８上の突起構成は、接地電極火花先端６２が当接するはめ込み後壁７０によってさらに画定される。後壁７０が平面状表面６０に概して垂直であることで、火花先端６２が支持される直角の座部がもたらされる。本発明の好ましい実施形態に
おいて、図１〜６に示すように、はめ込み後壁７０は概して平面状であり、これにより、略正方形の切り欠きが形成されて接地電極２６の遠位端５８となる。火花先端６２の円筒状構造の一例では、その丸い側壁が突起のはめ込み後壁７０に当接して線接触をなし、該線接触部分を別の溶接線７２の対（このうち１つのみが図６で視認できる）により冶金接合できる。このように、溶接線７２の対がはめ込み後壁７０上に形成され、半円状の溶接線６８が平面状表面６０上に形成される。これにより、溶接線６８，７２が非平行で、好ましくは垂直な平面の状態で固定されるため、火花先端６２と接地電極２６とが非常に構造的に堅固なものとなる。この構造により、接地電極２６の上面７５と接触する、火花先端６２の周面７３の部分に沿って、付加的な周辺溶接ビーズ７６を任意で付加することが可能になる。これにより、周辺溶接ビーズ６８の平面から突出している火花先端２６の周縁の一部の周りに周辺溶接部を組み入れて、火花先端６２を接地電極２６にさらに強固に固定し、かつこれらの相互連結の構造的剛性にさらに働きかける能力を付与することができる。溶接部７２および７６を加えることにより、火花プラグ１０の作動中に火花先端６２から熱を取り出し得る付加的な熱経路もさらに与えられる。火花先端の断面および形状と、突起５９および少なくとも１つのはめ込み平面状表面６０の形状および向きとによって、多くの形態の当接と装着の組合せが可能である。たとえば、突起５９、はめ込み平面状表面６０、およびはめ込み後壁７０が図５および図６に示す形状を有する場合には、溶接線６８，７２および７６において接触可能な部分が長くなることから、正方形または長方形の断面の火花先端６２（不図示）も有益であろう。
【００２５】
ここで図７および図８を参照して、上記の実施形態と類似であるが「１」を前に付けた参照番号を用いて、標記発明の第１の代替実施形態が描出されている。本実施形態において、接地電極１２６には、遠位端１５８において独特に形成された突起が設けられている。ここで、突起は遠位端１５８において連続的な構成を形成せず、概してＵ字型の構成を有するはめ込み後壁１７０により特色付けられるポケットの形を取る。よって、後壁１７０は曲率により特徴付けることができ、略面係合の状態で火花先端１６２の丸い側壁を受容するように構成される。火花先端１６２の基端１６４は、前述のように、突起の大きくサイズ取りされたはめ込み平面状表面１６０と完全に面係合した状態であるので、図８に示すように、平面状表面１６０は火花先端１６２が定位置に固定された後でも部分的に露出している。所望であればここでも、基端１６４の露出している周縁の少なくとも一部の周りに溶接線１６８を適用することができる。さらに、鉛直方向の溶接線１７２の対（うち１つのみ視認可能）を、はめ込み後壁１７０と火花先端１６２の側壁との間に適用することもできる。
【００２６】
この配置のさらなる利点は、火花先端１６２の円筒状の側壁と接地電極１２６の露出上面１７４との間の交差が延びることから生ずる。本例においては、略半円状の交差部分がもたらされ、これに沿って、所望であれば、上述のように、かつ上記の目的で、任意の補完的周辺溶接線１７６を適用することができる。したがって、標記発明のこの第１の代替実施形態によれば、溶接線１６８，１７２，および１７６を、３つの個別の平面に適用することができ、これにより、接地電極１２６の遠位端１５８に火花先端１６２がしっかりと取り付けられることになる。これらの複数の溶接線は、突起における火花先端１６２のポケット接続とあいまって、火花プラグの寿命を実質的に延ばすことが可能な電極構造をもたらす。さらに、図示していないが、たとえば図５および図６に示すような突起１５９と図７および図８に示すようなポケット構成とを組み合わせることも、本発明の範囲内である。
【００２７】
ここで図９を参照して、標記発明の第２の代替実施形態を示す。この第２の代替実施形態において、上記で記述された部品に対応する同様の参照番号を、便宜上再び使用するが、区別しやすいように「２」を前に付す。ここで、火花先端２６２の向きは、上記好ましい実施形態の火花先端に対して９０度回転されている。しかし、ここでもはめ込み平面状
表面は火花ギャップ２５４の方向に向いた状態で示されている。向きの変更の結果、はめ込み平面状表面２６０とはめ込み後壁２７０とは逆になっている。それにもかかわらず、半円状の溶接線２６８をここでも火花先端２６２の基端の周囲に設けることができ、大きくサイズ取りされたはめ込み平面状表面２６０の張出し部分が十分な安定した表面をもたらして、火花先端２６２の接地電極２２６への冶金接合を達成する。同様に、他の実施形態に関する上述の目的で、溶接部２７２をはめ込み後壁２７０に沿って加えてもよい。さらに、この構造によっても、付加的な周辺溶接ビーズ２７６を、接地電極２２６の遠位端１５８の表面１５９と接触する火花先端２６２の周面２７３の部分に沿って任意で加えることが可能になる。
【００２８】
ここで図１０を参照して、図１〜９では全体的に平坦面状でありはめ込み平面状表面６０に直交するものとして示したが、はめ込み後壁７０は、はめ込み平面状表面６０に関して任意の向きおよび形状を有してよい。はめ込み平面状表面６０に対して鋭角または鈍角いずれかの断面形状を有する非直交の向きの平坦面状壁７０であってよく、このために、はめ込み後壁７０が先細りになって火花先端６２の内部に侵入するか、またはこれから遠ざかるようになっている。はめ込み後壁７０は、略曲線状の外形を有するように、図１０の細線で概略的に示すような略凸状、凹状、その他の曲線状の外形を含むあらゆる曲線状の断面形状を有してもよい。様々なテーパ状または曲線状の外形が、縁部７７，１７７，２７７をもたらすうえで有利であり、該縁部は、はめ込み平面状表面６０およびはめ込み後壁７０に対する火花先端６２，１６２，２６２の横方向７６および縦方向７８の位置合わせに使用可能である。はめ込み後壁７０に採り入れ得る様々な断面形状に加えて、はめ込み後壁７０は、その長さに沿って様々な輪郭線を含んでもよい。たとえば、図５および図６ははめ込み後壁７０の略平面状の形態を示し、対照的に図７および図８は曲率を採り入れたはめ込み後壁７０の曲線状の輪郭線を示す。図７および図８において、はめ込み後壁７０およびはめ込み平面状表面６２は、火花先端６２を受容するためのポケットを形成する。他の輪郭線、たとえば略曲線状の部分（図７および図８）と組み合わせた略平面状部分（図５および図６）とを有するもの（不図示）も可能であり、本発明の範囲に含まれる。これらの外形および壁の輪郭線も、周辺溶接部６８，１６８，２６８を延長するか、または周面７３，１７３，２７３の他の部分に沿って補完的な溶接部７６，１７６，２７６を位置付けるのに役立ち得る。上述のようなテーパ状または曲線状の外形を採り入れて、火花表面６６と火花先端６２と接地電極２６の上面７４との間に多少の空間をもたらすのにも利用し得る。これは、火花プラグ１０の作動中に、接地電極２６の上面７４に望ましくない火花が飛ぶ可能性を防止または低減し、特に、火花プラグの作動中に火花表面６６上または電極２６の上面７４上に発生し得る堆積物に関して望ましいであろう。また、図１０および図１１に示すように、これらの外形および輪郭線は、火花先端６２，１６２，２６２を、熱伝導性の心２７，１２７，２２７に一層近接して位置付けて、火花プラグ１０の作動中における火花先端６２，１６２，２６２からの熱の除去を促進するのに役立つであろう。これは、図１１に示すように、２つの点すなわち基端６４および周面６３において、火花先端６２近傍の熱伝導性の心２７と接触することにより、火花先端６２における該先端近傍の熱伝導性の心２７の部分が多くなるように、接地電極２６の遠位端５８内に突起５９を形成する工程を含む。この工程は、たとえば、心２７を従来行われていたよりも遠位端５８に近く位置付けて接地電極２６を製造し、次いで上述のように心２７が露出するように突起５９を加工する工程により行い得る。この構成において、めっきその他の公知の被覆方法によってコーティング８０を形成することで、はめ込み平面状表面６０およびはめ込み後壁表面７０を形成し、かつ心２７の露出部分をニッケル、ニッケル系合金、または他のコーティング８０で被覆して、高温酸化および腐食への耐性を維持しながら上述の熱的な利点をもたらすこともまた望ましいであろう。心２７を火花先端６２に一層近接して位置付け得る別の方法は図１１に示す構成の変形例であり、該例において、心２７が内部に位置した状態で接地電極２６を形成することにより、心２７の一部を除くことなく、かつ心２７がはめ込み平面状表面６０の下に位置して、火花先端６２の近傍で
少なくとも部分的に火花先端６２下部の基部の下に延びるように、より好ましくは火花先端６２の基端の下に完全に延びるように、突起５９およびはめ込み平面状表面６０を形成することが可能であるので、火花プラグ１０の作動中における火花先端６２からの熱の除去が促進かつ向上される。
【００２９】
火花先端６２の装着は、好ましくは本明細書に記載したような溶接によって行われる。火花先端６２の基端６４とはめ込み平面状表面６０との間に抵抗溶接を用いて火花先端６２をはめ込み平面状表面６０に装着することで、溶接物および関連の熱影響部がこれらの構成要素間の火花先端の下に位置するようにすることが好ましい。上記のように、溶接部を、これらの構成要素間の周縁界面の露出部分の周りにも形成してもよい。これらの溶接部がレーザ溶接により形成されるレーザ溶接部であることが好ましい。はめ込み後壁と火花先端６２の周面との当接部および上面７４に形成される溶接部も、本明細書に記載されるように形成してもよい。これらの溶接部もレーザ溶接であることが好ましい。
【００３０】
これらの様々な実施形態を通じて、接地電極の幾何学的構成を本質的に矩形であるとして描出し、火花先端の幾何学的構造を略円筒状として示してきたが、これらは限定事項ではない。そうではなくて、接地電極およびその火花先端は、任意の幾何学的構成または構造を取ることが可能である。
【００３１】
火花先端を接地電極に支持および装着するための開示された構造によって形成された火花プラグは、最新の製造設備で安価に生産できる堅固で効果的な設計をもたらすとともに、火花プラグの寿命を延ばすことになる。よって、より長い寿命にわたって、性能の向上が達成できる。
【００３２】
上記の教示内容に照らして本発明の多くの修正および変形が可能であることは明らかである。したがって、添付の請求項の範囲内で、特記された以外の方法で本発明を実施し得ることを理解すべきである。
【図１】
2009541946.tif 000003
【図２】
2009541946.tif 000004
【図３】
2009541946.tif 000005
【図４】
2009541946.tif 000006
【図５】
2009541946.tif 000007
【図６】
2009541946.tif 000008
【図７】
2009541946.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月20日(2009.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火される内燃機関用の火花プラグであって、
略筒状のセラミック絶縁体と、
前記セラミック絶縁体の少なくとも一部を囲繞し、少なくとも１つの接地電極を含む導電シェルと、
上側端子端と、前記接地電極に対向する下側火花端とを有し、火花ギャップが前記下側火花端と前記接地電極との間の空間を規定している、前記セラミック絶縁体内に配置された中心電極と、を備え、
前記接地電極は、前記シェルに隣接する固定端から前記火花ギャップに隣接する遠位端まで延在し、前記接地電極は前記遠位端上に形成された突起を含み、前記突起は少なくとも１つのはめ込み平面状表面を有し、前記火花プラグは、
前記接地電極の前記遠位端上に位置し、前記突起の前記はめ込み平面状表面に基端が装着された火花先端を備え、
前記はめ込み平面状表面は、前記火花先端の前記基端を完全に覆い、そこから外側に延びて露出周縁界面をもたらす、火花プラグ。
【請求項２】
前記突起が、前記はめ込み平面状表面と交差するはめ込み後壁を含み、前記はめ込み後壁が、この後壁の長さに沿った輪郭線と、断面形状とを有する、請求項１に記載の火花プラグ。
【請求項３】
前記はめ込み後壁が前記はめ込み平面状表面と略直交する、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項４】
前記はめ込み後壁が、テーパ状の断面形状または曲線状の断面形状のうち少なくとも一方を有する、請求項３に記載の火花プラグ。
【請求項５】
前記はめ込み後壁が、テーパ状の断面形状または曲線状の断面形状のうち少なくとも一方を有する、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項６】
前記はめ込み後壁の輪郭線が、この後壁の長さに沿って概して平面状である、請求項２
に記載の火花プラグ。
【請求項７】
前記はめ込み後壁の輪郭線が、この後壁の長さに沿って曲線状である、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項８】
前記火花先端を前記接地電極に冶金接合する少なくとも１つの溶接部をさらに含み、前記少なくとも１つの溶接部は、前記火花先端の前記基端と、前記はめ込み平面状表面との間の溶接部を含む、請求項２に記載の火花プラグ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの溶接部が、前記火花先端の前記基端と前記突起の前記はめ込み平面状表面との前記露出周縁界面上に配置された溶接部を含む、請求項８に記載の火花プラグ。
【請求項１０】
前記露出周縁界面上に配置された前記溶接部がレーザ溶接部を含む、請求項９に記載の火花プラグ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの溶接部が、前記火花先端と前記はめ込み後壁との間の溶接部をさらに含む、請求項８に記載の火花プラグ。
【請求項１２】
前記火花先端が、自由端部と基端部とを有する多層火花先端であり、前記自由端部が、金、金合金、プラチナ族金属、またはタングステン合金のうち１つを含み、前記基端部が、ニッケルまたはニッケル系合金のうちの一方を含む、請求項１に記載の火花プラグ。
【請求項１３】
前記接地電極が、前記火花先端近傍に位置する熱伝導性の心をも備え、前記熱伝導性の心が、前記はめ込み平面状表面の下に少なくとも部分的に延びる、請求項１に記載の火花プラグ。
【請求項１４】
前記熱伝導性の心が、前記火花先端の前記基端の下の全体に延びる、請求項１３に記載の火花プラグ。
【請求項１５】
前記熱伝導性の心が、前記はめ込み後壁の少なくとも一部にも近接して位置する、請求項１４に記載の火花プラグ。
【国際調査報告】
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