(57)【要約】  コロナ点火器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が提供される。ガラスシールは、ガラスフリットと、結合剤と、膨張剤と、導電性金属粒子とを混合することによって形成される。ガラスフリットは、シリカ（ＳｉＯ２）と、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを含み得る。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、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、およびデキストリンを含み得る。膨張剤は炭酸リチウムを含み得る。導電性粒子は銅を含み得る。完成されたガラスシールは、ガラスシールの総重量に基づいて、５０．０〜９０．０重量（重量％）の総量のガラスと、１０．０〜５０．０重量％の量の導電性金属粒子とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ点火器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５０．０〜９０．０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１０．０〜５０．０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。
【請求項２】
前記ガラスは、シリカ（ＳｉＯ２）と、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを含み、
前記導電性粒子は銅を含む、請求項１に記載の導電性ガラスシール。
【請求項３】
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（ＳｉＯ２）と、２０．０〜２８．０重量％の量の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と、１０．０〜１５．０重量％の量の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、１０．０〜１５．０重量％の量の酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）と、３．０〜５．０重量％の量の酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを含む、請求項１に記載の導電性ガラスシール。
【請求項４】
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３に記載の導電性ガラスシール。
【請求項５】
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に記載の導電性ガラスシール。
【請求項６】
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に記載の導電性ガラスシール。
【請求項７】
前記導電性金属粒子は銅を含む、請求項１に記載の導電性ガラスシール。
【請求項８】
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７に記載の導電性ガラスシール。
【請求項９】
前記ガラスシールは、９×１０６Ｓ／ｍ〜６５×１０６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する、請求項１に記載の導電性ガラスシール。
【請求項１０】
前記ガラスシールは、３０×１０６Ｓ／ｍを上回る導電率を有する、請求項９に記載の導電性ガラスシール。
【請求項１１】
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、コロナ点火器であって、
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、５０．０〜９０．０重量％の総量の少なくとも１つのガラスと、１０．０〜５０．０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、コロナ点火器。
【請求項１２】
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１１に記載のコロナ点火器。
【請求項１３】
前記ガラスシールは、９×１０６Ｓ／ｍ〜６５×１０６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する、請求項１１に記載のコロナ点火器。
【請求項１４】
前記導電性部品は、前記絶縁体によって包囲された中央電極と、前記中央電極の端の発火チップとを含み、前記発火チップは、中心軸から径方向外側に各々延在する複数の分岐を含む、請求項１１に記載のコロナ点火器。
【請求項１５】
コロナ点火器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、４８．８〜９０．０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、
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。
【請求項１６】
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、前記導電性粒子および前記ガラスによって互いから間隔をあけられる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
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１５に記載の方法。
【請求項１８】
コロナ点火器を製造する方法であって、
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、前記混合物は、前記混合物の総重量に基づいて、４８．８〜９０．０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。
【請求項１９】
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し、
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、前記導電性粒子および前記ガラスによって互いから間隔をあけられ、
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１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記導電性部品の周囲に前記絶縁体を配置するステップを含み、
前記導電性部品は、前記絶縁体によって包囲された中央電極と、前記中央電極の端に位置する発火チップとを含み、前記発火チップは、中心軸から径方向外側に各々延在する複数の分岐を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
コロナ点火器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１０．０〜２５．０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。
【請求項２２】
前記導電性金属粒子は銅の薄片を含む、請求項２１に記載の導電性ガラスシール。
【請求項２３】
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（ＳｉＯ２）と、１７．０〜２５．０重量％の量の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と、４．０〜１０．０重量％の量の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）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２１に記載の導電性ガラスシール。
【請求項２４】
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、コロナ点火器であって、
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、１０．０〜２５．０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、コロナ点火器。
【請求項２５】
コロナ点火器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、７２．０〜９０．０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、１０．０〜２５．０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。
【請求項２６】
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２５に記載の方法。
【請求項２７】
コロナ点火器を製造する方法であって、
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、前記混合物は、前記混合物の総重量に基づいて、７２．０〜９０．０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、１０．０〜２５．０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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本願は、２０１６年８月１日に出願された米国特許出願第１５／２２５，３４１号の利益を主張する。その内容全体がここに引用により援用される。
【０００２】
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コロナ点火器、およびそれを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
ガラスシールは、点火装置、たとえばコロナ点火器の、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。コロナ点火器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、完成されたコロナ点火器のガラスシール内に残る。このため、コロナ点火器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、周囲の固体の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 failure）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、コロナ点火器の故障をもたらす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明の概要
この発明の一局面は、コロナ点火器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、９×１０６Ｓ／ｍ〜６５×１０６Ｓ／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、５０．０〜９０．０重量パーセント（重量％）の総量の少なくとも１つのガラスと、１０．０〜５０．０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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、コロナ点火器を提供する。導電性ガラスシールは、ガラスシールの総重量に基づいて、５０．０〜９０．０重量％の総量の少なくとも１つのガラスと、１０．０〜５０．０重量％の量の導電性金属粒子とを含む。ガラスシールは、９×１０６Ｓ／ｍ〜６５×１０６Ｓ／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％の量の気体充填孔を含む。
【０００６】
この発明のさらに別の局面は、コロナ点火器用のガラスシールを製造する方法を提供する。この方法は、混合物の総重量に基づいて、４８．８〜９０．０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、９×１０６Ｓ／ｍ〜６５×１０６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する。
【０００７】
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コロナ点火器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、４８．８〜９０．０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、９×１０６Ｓ／ｍ〜６５×１０６Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する。
【０００８】
導電性粒子は、ガラスシールの焼成中に形成されたあらゆる気体充填孔を包囲する。導電性粒子は、コロナ点火器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、コロナ点火器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。
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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コロナ点火器の断面図である。
【図２】焼成するステップの後の、線Ａ−Ａ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２Ａ】図２の一部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施可能な実施形態の説明
この発明の一局面は、図１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を含むコロナ点火器２０を提供する。ガラスシール２２の組成は、コロナ点火器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高い無線周波数の電界を受ける場合に、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。
【００１２】
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、ガラスフリットとの混合物を含む、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１０．０〜５０．０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１４．８〜５０．０重量％の量の導電性粒子を含む。
【００１３】
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、９×１０６Ｓ／ｍ〜６５×１０６Ｓ／ｍの範囲の、または９×１０６Ｓ／ｍを上回る、好ましくは３０×１０６Ｓ／ｍを上回る導電率を有する。
【００１４】
上述のように、非導電性ガラスシールを含む比較用コロナ点火器では、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をコロナ点火器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、高い無線周波数電圧がコロナ点火器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。
【００１５】
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。結合剤は、ガラスシール２２が絶縁体２６の穴に導入されたときにガラスシール２２の成分同士を接着させるのに役立つ。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。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。
【００１６】
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（Veegum（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
導電性ガラスシール２２の残りは典型的には、ガラスから形成される。ガラスシール２２を形成するために使用される粉末は、微粒子状のガラスであるガラスフリットを複数含む。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５０．０〜９０．０重量％、または５０．０〜８６．０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４８．８〜９０．０重量％、または５０．０〜８４．８重量％、または５０．０〜８６．０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。
【００２０】
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。ガラスシール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、複数のガラスフリットが使用される。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３５〜４０重量％、好ましくは３８．６重量％の量のシリカ（ＳｉＯ２）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、２０〜２８重量％、好ましくは２６．９重量％の量の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と、１０〜１５重量％、好ましくは１１．７重量％の量の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）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（Ｂｉ２Ｏ３）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。ガラスシール２２全体を形成するために使用されるガラスフリットおよび／または粉末はまた、少量の他の成分および／または不純物を含み得る。
【００２１】
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３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。
【００２２】
【表１】
2019528224.tif 000003
【００２３】
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。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
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。
【００２６】
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７２．０〜９０．０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、７２．０〜９０．０重量％の量のガラスフリットと、１０．０〜２５．０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。
【００２７】
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。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
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。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
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（Ｎａ２Ｏ）と、３．４〜４．４重量％の量の酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）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。
【００３２】
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。
【００３３】
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の周囲、および必要に応じて他の導電性部品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。
【００３４】
導電性材料、典型的には粉末がいったん絶縁体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、導電性粉末の成分が溶けて膨張し、中央電極２４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。各々の場合、焼成温度は、コロナ点火器２０の動作中のガラスシール２２の最高温度よりも高い。
【００３５】
さらに、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。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、コロナ点火器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。
【００３６】
図２および図２Ａ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。
【００３７】
図１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を包囲し、端子３０の一部も包囲する。しかしながら、図示されていないものの、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。
【００３８】
この発明の導電性ガラスシール２２を含むコロナ点火器２０は、図１に示す設計を含むもののそれに限定されない、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の下に配置され、端子３０は、中央電極２４の端子端２８に係合する。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Ｌを有しており、中央電極２４の長さＬ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の減少した直径によって、予め定められた軸方向位置で支持され維持される。また、例示的な実施形態では、中央電極２４は、発火端３２に発火チップ３４を含む。発火チップ３４は、内燃機関におけるコロナ点火器２０の使用中に電界を放出してコロナ放電を提供するための、中心軸Ａから径方向外側に各々延在する複数の分岐を有する。
【００３９】
図１の絶縁体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、絶縁材料、典型的にはアルミナなどのセラミックから形成される。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。中央電極２４の発火チップ３４は、絶縁体突端４０を長手方向に越えて配置される。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。
【００４０】
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。
【００４１】
コロナ点火器２０はまた、典型的には、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。
【００４２】
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。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【国際調査報告】
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