(57)【要約】      （修正有）【課題】中心電極と絶縁体との間の空隙で空隙内の空気がイオン化されて電界を発生してエネルギー損失が大きくなることがない点火器を提供する。【解決手段】点火器２０は、導電性芯材２６に対して気密封止される、外側セラミック材から形成される外側絶縁体２４を含む。導電性芯材２６は、セラミック芯材、およびセラミック芯材に加えられる導電性要素またはセラミック芯材に埋め込まれる金属粒子もしくは線材などの導電性要素から形成される。導電性芯材２６は、典型的に、焼結され、グリーン外側絶縁体２４内に配置される。そして、これらの要素は、外側絶縁体２４が導電性芯材２６に対して収縮してこれらの間に気密封止を形成するように合わせて焼結される。導電性芯材２６は、外側絶縁体２４を満たし、導電性芯材２６が外側絶縁体２４の絶縁体ノーズ端に配置され、導電性芯材２６から放電２２させる。【選択図】図１
2018081931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火器であって、
外側セラミック材から形成される外側絶縁体を備え、
前記外側絶縁体は、中心軸を囲うとともに絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を含み、点火器はさらに、
前記絶縁体穴内に配置された導電性芯材を備え、
前記導電性芯材は、セラミック芯材および導電性要素から形成され、
前記導電性芯材は、前記絶縁体内表面に対して気密封止される、点火器。
【請求項２】
前記外側絶縁体と前記導電性芯材とが締まり嵌めされる、請求項１に記載の点火器。
【請求項３】
前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面の反対側に面した絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の締まり嵌めは、前記絶縁体外径の０．５％から１０％である、請求項２に記載の点火器。
【請求項４】
前記導電性芯材は、前記絶縁体内表面から前記中心軸へ連続的に延在し、前記導電性芯材の前記導電性要素は空気に露出される、請求項１に記載の点火器。
【請求項５】
前記外側絶縁体は、絶縁体上端から絶縁体ノーズ端へ中心軸に沿って長手方向に延在し、前記絶縁体上端と前記絶縁体ノーズ端との間に長さを呈し、前記導電性芯材は長さの大部分に沿って延在し、前記導電性芯材は前記絶縁体ノーズ端と位置合わせされる、請求項１に記載の点火器。
【請求項６】
前記外側絶縁体および前記導電性芯材の各々は収縮率を有し、前記導電性芯材の収縮率は前記外側絶縁体の収縮率以下である、請求項１に記載の点火器。
【請求項７】
前記導電性芯材の収縮率は、前記外側絶縁体の収縮率よりも小さい、請求項６に記載の点火器。
【請求項８】
前記セラミック芯材はアルミナであり、前記導電性要素はプラチナおよびパラジウムのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の点火器。
【請求項９】
前記導電性要素は、前記セラミック芯材に加えられる金属コーティング、前記セラミック芯材の全体にわたって配置される金属粒子、および前記セラミック芯材に埋め込まれる金属線材のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の点火器。
【請求項１０】
前記外側絶縁体は、絶縁体上端から絶縁体ノーズ端へ長手方向に延在し、点火器は、前記外側絶縁体周りに配置される金属シェルと、前記金属シェルの一部と前記絶縁体上端に隣接する前記外側絶縁体の一部との間に配置された第１のプラスチックハウジングと、前記絶縁体上端に隣接する前記導電性芯材に結合された導電性材料から形成されるピンと、前記ピンを囲う第２のプラスチックハウジングとを含む、請求項１に記載の点火器。
【請求項１１】
前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面とは反対側に向けられた絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記絶縁体内表面は絶縁体内径を呈し、前記外側絶縁体は、絶縁体上端から前記絶縁体ノーズ端に向けて延在する本体領域と、前記絶縁体本体領域から前記絶縁体ノーズ端へ延在するノーズ領域とを含み、前記絶縁体ノーズ領域の少なくとも一部に沿った前記絶縁体外径は、前記本体領域に沿った前記絶縁体外径よりも大きく、前記絶縁体ノーズ領域に沿った前記絶縁体外径は、前記絶縁体ノーズ端に向けて先細り、前記絶縁体ノーズ端における前記絶縁体本体領域に沿った前記絶縁体外径よりも小さく、前記絶縁体
内径は、前記絶縁体上端から前記絶縁体ノーズ端にわたって一定である、請求項１０に記載の点火器。
【請求項１２】
前記点火器は、コロナ放電をもたらすためのコロナ点火器である、請求項１に記載の点火器。
【請求項１３】
点火器を形成する方法であって、
外側セラミック材から形成され、絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を有する外側絶縁体を設けるステップを備え、前記外側絶縁体はグリーンであり、方法はさらに、セラミック芯材および導電性要素から形成される導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置するステップと、
前記導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置した後に前記導電性芯材および前記グリーン外側絶縁体を焼結させるステップとを備え、
前記焼結させるステップは、前記絶縁体内表面を前記導電性芯材に対して気密封止するステップを含む、方法。
【請求項１４】
前記外側絶縁体および前記導電性芯材の各々は、前記焼結させるステップの前において寸法を有し、前記焼結させるステップは、前記外側絶縁体の寸法を９．６％から２９．６％の量だけ収縮させるステップと、前記導電性芯材の寸法を前記外側絶縁体の量よりも小さい量だけ収縮させるステップとを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面の反対側に向けられた絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記焼結させるステップは、前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の締まり嵌めが前記絶縁体外径の０．５％から１０％となるまで導電性芯材を圧縮させるとともに外側絶縁体を引張させるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記焼結させるステップの前において、前記絶縁体穴は絶縁体内径を有し、前記導電性芯材は前記絶縁体内径の７５％から１００％に等しい芯径を有し、前記外側絶縁体および前記導電性芯材の各々は収縮率を有し、前記導電性芯材の前記収縮率は前記外側絶縁体の前記収縮率以下であり、前記焼結させるステップの後において、前記絶縁体内径および前記芯径はほぼ等しい、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記焼結させるステップの前において、前記セラミック芯材はグリーンである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記導電性要素は、前記導電性芯材を前記絶縁体穴に挿入する前において、前記導電性芯材の前記グリーンセラミック芯材内に埋め込まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記絶縁体穴内に前記導電性芯材を挿入する前に前記導電性芯材の前記セラミック芯材を焼結させるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記絶縁体穴内に前記導電性芯材を配置する前に前記導電性要素を前記焼結されたセラミック芯材に加えるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
焼き嵌めセラミック中心電極であって、
外側セラミック材から形成される外側絶縁体を備え、
前記外側絶縁体は、中心軸を囲むとともに絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を含み、焼き嵌めセラミック中心電極はさらに、
前記絶縁体穴内に配置される導電性芯材を備え、 
前記導電性芯材はセラミック芯材および導電性要素から形成され、
前記導電性芯材は前記絶縁体内表面に対して気密封止される、焼き嵌めセラミック中心
電極。
【請求項２２】
焼き嵌めセラミック中心電極を形成する方法であって、
外側セラミック材から形成されるとともに、絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を有する外側絶縁体を設けるステップを備え、前記外側絶縁体はグリーンであり、方法はさらに、
セラミック芯材および導電性要素から形成される導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置するステップと、
前記導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置した後に前記導電性芯材および前記グリーン外側絶縁体を焼結させるステップとを備え、
前記焼結させるステップは、前記絶縁体内表面を前記導電性芯材に対して気密封止するステップを含む、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
本件出願は、２０１２年５月７日付で提出された米国仮特許出願第６１／６４３，４８０号の利益を主張するものであり、その全体が引用によりここに援用される。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、概して、コロナ点火器および点火プラグなど、放電によって混合気に点火するための点火器、およびこれを形成する方法に関する。
【０００３】
２．関連技術
コロナ放電点火システムおよび従来の火花放電点火システムの点火器は、典型的にセラミック絶縁体によって囲われた導電性材料から形成される中心電極を含む。中心電極は、典型的には燃焼室内に延在し、コロナ放電または火花放電などの放電を行う。コロナ点火システムにおいては、交流電圧および電流が付与され、高電位電極および低電位電極を急速に連続して逆転させ、コロナ放電の形成を向上させる。コロナ点火器の中心電極は、高い無線周波数の電圧電位に帯電し、強い無線周波電界を燃焼室内に作り上げる。電界により、燃焼室内の燃料と空気との混合気の一部がイオン化され、絶縁破壊が始まり、混合気の燃焼が促される。電界は、混合気が誘電特性を維持し、非熱プラズマともいわれるコロナ放電が起こるように制御されるのが好ましい。混合気のイオン化した部分が火炎前面を形成し、この火炎前面が自立して混合気の残りの部分を燃焼させる。電界は、電極と接地シリンダ壁、ピストン、または点火器の他の部分との間に熱プラズマまたはアークを作り出す誘電特性が混合気から全て失われないように制御されるのが好ましい。コロナ放電点火システムの例は、Freenの米国特許第６，８８３，５０７号に開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コロナ点火器および点火プラグは、中心電極と絶縁体との間の隙間が空隙となるように組み立てられる場合が多い。点火器の動作時における周囲の製造環境または燃焼室からの空気または気体は、空隙を満たす。動作時において、中心電極にエネルギーが供給されると、空隙内の空気がイオン化され、電界が作り出され、エネルギーが大きく損失する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
本発明の一局面は、放電するための点火器を提供する。点火器は、外側絶縁体と導電性芯材とを含む。外側絶縁体は外側セラミック材から形成され、導電性芯材はセラミック芯材および導電要素から形成される。外側絶縁体は、中心軸を囲うとともに絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を含み、導電性芯材は、絶縁体穴内に配置される。導電性芯材は、絶縁体内表面に対して気密封止される。
【０００６】
本発明の他の局面は、点火器を形成する方法を提供する。方法は、外側セラミック材から形成され、絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を有する外側絶縁体を設けることを含み、外側絶縁体はグリーンであり、方法はさらに、セラミック芯材および導電性要素から形成される導電性芯材を絶縁体穴に配置することと、導電性芯材を絶縁体穴内に配置した後に導電性芯材およびグリーン外側絶縁体を焼結させることとを含む。焼結させることは、絶縁体内表面を導電性芯材に対して気密封止することを含む。
【０００７】
本発明のさらに他の局面は、外側絶縁体と導電性芯材とを含む焼き嵌めセラミック中心電極、およびこれを形成する方法である。
【０００８】
気密封止された外側絶縁体および導電性芯材は、先行技術の点火器における別個の絶縁体および中心電極の代わりに使用される。気密封止により、点火器の部品間の空隙、および付随して空隙内に形成されて望ましくないエネルギーの損失を引き起こす電界が無くなる。さらに、導電性芯材および外側絶縁体により、従来の中心電極、上端子、および上端子と点火コイルとの間の導電性ガラスシールを設ける必要が無くなり、費用および製造時間が減少する。また、星形のコロナ発火先端または従来の火花先端などの発火先端も設ける必要が無くなる。なぜなら、導電性芯材は放電することができるためである。また、コロナ点火器の導電性芯材は、先行技術の点火器の中心電極よりも直径の大きな電界を放出し得て、動作時のエネルギー効率が向上し得る。
【０００９】
本発明の他の利点は、以下の詳細な記載を参照し、添付の図面と関連付けて考慮することで、より良好に利点が理解されることから、容易に認められる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る、燃焼室内に配置されたコロナ点火器を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る、外側絶縁体を焼結させる前の外側絶縁体内に配置された導電性芯材を示す断面図である。
【図２Ａ】図２の導電性芯材および外側絶縁体の一部を示す拡大図である。
【図３】焼結後の図３の導電性芯材および外側絶縁体を示す断面図である。
【図３Ａ】図３の導電性芯材および外側絶縁体の一部を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明
本発明の一局面は、コロナ放電点火システムのコロナ点火器または従来の火花点火システムの点火プラグなど、放電２２をもたらす点火器２０を含む。点火器２０は、先行技術の点火器などにおける別個の絶縁体および中心電極の代わりに、導電性芯材２６に対して気密封止された外側絶縁体２４を含むことにより、製造を向上させるとともに、動作時のエネルギー効率を向上させる。気密封止された導電性芯材２６および外側絶縁体２４は、焼き嵌めセラミック中心電極と言われ得る。焼き嵌めセラミック中心電極により、従来の中心電極、上端子、および上端子と点火コイルとの間の導電性ガラスシールを設ける必要が無くなる。また、星形コロナ発火先端または従来の火花先端などの発火先端も設ける必要が無い。なぜなら、導電性芯材２６は電界を放出することができるためである。また、コロナ点火器２０の導電性芯材２６は、先行技術の中心電極により放出される電界よりも直径の大きい電界を放出し得る。より大きな電界により、より大きな放電２２がもたらされ得て、動作時のエネルギー効率の向上につながる。また、気密封止により、点火器２０の部品間の空隙、および典型的に付随して空隙内に形成され、望ましくないエネルギー損失を引き起こす電界が無くなる。図１は、高い無線周波電圧のエネルギーを受け、無線周波電界を放出することによって燃焼可能な混合気の一部をイオン化してコロナ放電２２をもたらすコロナ点火器２０の例を示す。
【００１２】
外側絶縁体２４は、アルミナまたは他の電気絶縁セラミック材などの外側セラミック材から形成される。外側セラミック材は、最初はグリーン材として付与される。そして、グリーン材が導電性芯材２６に対して焼結または焼成され、これらの間に焼き嵌めとも言われる気密封止がもたらされる。導電性芯材２６は、典型的には外側絶縁体２４内に配置される前に焼結される。焼結させるステップにおいて、外側絶縁体２４は導電性芯材２６に
対して収縮し、気密封止がもたらされる。代替的に、導電性芯材２６のセラミック芯材は、外側絶縁体２４内に配置される時はグリーンであるが、外側絶縁体２４の収縮率以下の収縮率を有する。外側絶縁体２４の外側セラミック材および導電性芯材２６のセラミック芯材は、両方とも収縮率を有する。材料の収縮率は、たとえば焼結処理などのセラミック高密度化処理時において起こる寸法割合の変化である。セラミック高密度化処理は、所定期間にわたって所定温度に加熱することを含む。
【００１３】
外側絶縁体２４の寸法は、焼結させるステップにおいて典型的には９．６％から２９．６％の量が減少し、より典型的には１９．６％の量が減少する。導電性芯材２６の寸法は、外側絶縁体２４の量よりも小さい量だけ収縮する。図２および図２Ａは、焼結前の外側絶縁体２４内に配置される導電性芯材２６の一例を示し、図３および図３Ａは、焼結後の同じ導電性芯材２６および外側絶縁体２４を示す。
【００１４】
外側絶縁体２４は、中心軸Ａに沿って絶縁体上端３２から絶縁体ノーズ端３４まで長手方向に延在する。外側絶縁体２４は、絶縁体上端３２と絶縁体ノーズ端３４との間の長さを呈する。外側絶縁体２４は、絶縁体外表面３６と、反対側に向けられた絶縁体内表面３８とを有し、各々が環状の形状を呈する。絶縁体内表面３８は、中心軸Ａを囲う絶縁体穴４０を呈する。絶縁体外表面３６は、絶縁体外径ＤＯを呈し、絶縁体内表面３８は、絶縁体内径Ｄｉを呈する。
【００１５】
図１から図３の実施形態において、外側絶縁体２４は、絶縁体上端３２から絶縁体ノーズ端３４へ延在する本体領域４２を含む。外側絶縁体２４は、絶縁体本体領域４２から絶縁体ノーズ端３４へ延在するノーズ領域４４を含む。この実施形態において、ノーズ領域４４の一部に沿った絶縁体外径ＤＯは、絶縁体本体領域４２に沿った絶縁体外径ＤＯよりも大きく、外側絶縁体２４は、本体領域４２とノーズ領域４４との間に隆起部を含む。そして、絶縁体ノーズ領域４４は、絶縁体ノーズ端３４に向けて先細り、絶縁体ノーズ端３４における絶縁体外径ＤＯは、本体領域４２の絶縁体外径ＤＯよりも小さくなる。絶縁体内径Ｄｉは、典型的に中心軸Ａに沿って絶縁体上端３２から絶縁体ノーズ端３４に至るまで一定であり、ノーズ領域４４に沿った絶縁体内径Ｄｉは絶縁体本体領域４２に沿った絶縁体内径Ｄｉに等しい。しかしながら、外側絶縁体２４は他の設計を含むことができる。
【００１６】
導電性芯材２６は、絶縁体穴４０内に配置され、絶縁体内表面３８に対して気密封止される芯外表面４６を呈する。導電性芯材２６は、セラミック芯材および導電性要素から形成される。セラミック芯材は、典型的にはアルミナであるが、他のセラミック材料とすることができる。導電性要素は、典型的には、貴金属または貴金属合金などの導電性金属材料であり、セラミック芯材に加えられるコーティング、またはセラミック芯材に埋め込まれる粒子もしくは線材など、様々な形態を呈し得る。他の実施形態において、導電性芯材２６は、セラミック芯材および導電性要素の両方を含む導電性セラミック材から全体が形成される。
【００１７】
導電性芯材２６が外側絶縁体２４内に配置され、外側絶縁体２４が焼結される時、導電性芯材２６は、外側絶縁体２４の収縮率以下の収縮率を有する。図２および図３に示されるように、外側絶縁体が焼結される間、導電性浸剤２６の寸法はほぼ一定を維持している。この焼結させるステップで実現される気密封止は、締まり嵌めとも言う。外側絶縁体２４は、導電性芯材２６が圧縮され、外側絶縁体２４が引張されるような寸法で収縮する。外側絶縁体は、９．６％から２９．６％収縮し、より典型的には１９．６％収縮する。
【００１８】
一実施形態において、導電性芯材２６は、外側絶縁体２４の絶縁体穴４０に配置される前に焼結され、外側絶縁体２４はグリーン材として付与される。導電性芯材２６が外側絶縁体２４の絶縁体穴４０内に配置されたままとなった状態で、外側絶縁体２４が焼結され
る。焼結させるステップにおいて、導電性芯材２６は、収縮率がゼロであって全く収縮しない。一方、外側絶縁体２４は正の収縮率を有し、導電性芯材２６に対して収縮し、気密封止をもたらす。
【００１９】
第２の実施形態においては、外側絶縁体２４が焼結される時に導電性芯材２６および外側絶縁体２４の両方が収縮する。導電性芯材２６のセラミック芯材および外側絶縁体２４は、両方がグリーン材として付与されて合わせて焼結されるが、外側絶縁体２４は導電性芯材２６よりも大きい収縮率を有し、気密封止をもたらす。
【００２０】
２つの要素が互いに押し合う場合、または外側絶縁体２４が導電性芯材２６を圧縮する場合には、外側絶縁体２４と導電性芯材２６との間で干渉が起こる。干渉は、典型的には直径方向に沿った干渉であり、絶縁体外径ＤＯのパーセントで表すことができる。干渉は、典型的には外側絶縁体２４が導電性芯材２６に対して収縮し、外側絶縁体２４が引張して導電性芯材２６が圧縮された場合に、焼結させるステップで起こる。たとえば、外側絶縁体２４が合計で１００ミリメートル（ｍｍ）収縮し、干渉が１０％から２０％である場合、干渉の合計は１０ｍｍから２０ｍｍとなる。外側絶縁体２４が１００ｍｍ収縮しても、最後の３０ｍｍの収縮時のみにおいて導電性芯材２６が圧縮された場合、干渉は３０％である。外側絶縁体２４が所定量収縮し、収縮の全時間にわたって導電性芯材２６を圧縮する場合、干渉は１００％である。焼結させるステップの後に外側絶縁体２４と導電性芯材２６とが接触するが、圧縮または引張状態にない場合、締まり嵌めが起こっていることから、干渉のパーセントは０％である。
【００２１】
干渉は、外側絶縁体２４の収縮の全量におけるパーセントで表わされ得て、以下の式で判定され得る。
【００２２】
【数１】
2018081931.tif 000003
【００２３】
Ｄｃ＝グリーンの芯または焼結された芯の外径
Ｓｃ＝芯の収縮率（焼結された場合は０を使用）
Ｄｉ＝グリーン絶縁体穴の直径
Ｓｉ＝絶縁体の収縮率
干渉の合計は、ミリメートルまたはインチなどの距離で表わしてもよく、以下の式で判定され得る。
【００２４】
【数２】
2018081931.tif 000004
【００２５】
Ｄｃ＝グリーンの芯または焼結された芯の外径
Ｓｃ＝芯の収縮率（焼結された場合は０を使用）
Ｄｉ＝グリーン絶縁体穴の直径
Ｓｉ＝絶縁体の収縮率
外側絶縁体２４と導電性芯材２６との間の直径方向の干渉は、絶縁体外径ＤＯの０．５％から１０％に等しくなるのが好ましい。
【００２６】
導電性芯材２６は、絶縁体上端３２と絶縁体ノーズ端３４との間の外側絶縁体２４の長さの大部分に沿って延在し、完成した点火器２０において絶縁体穴４０を満たすのが好ましい。導電性芯材２６は、絶縁体上端３２に隣接する芯上端５０から絶縁体ノーズ端３４に隣接する芯発火端５２へ連続的に延在し得る。また、導電性芯材２６は、絶縁体内表面３８から中心軸Ａへ連続的に延在する。芯外表面４６は、絶縁体内表面３８に面し、芯径Ｄｃを呈する。導電性芯材２６および外側絶縁体２４を合わせて焼結させる前において、絶縁体内径Ｄｉは、図２Ａに示されるように、典型的に芯径Ｄｃよりも大きい。図３Ａに示されるように、焼結後は、絶縁体内径Ｄｉは芯径Ｄｃに等しい。
【００２７】
導電性芯材２６は、芯発火端５２に沿って導電性要素が配置されるように絶縁体穴４０を満たすのが好ましい。導電性要素が放電をもたらして別個の発火先端を設ける必要が無くなるように、導電性要素を空気に露出させるのが望ましい。一実施形態において、図１および図３に示されるように、芯発火端５２は、絶縁体ノーズ端３４と水平方向に位置合わせされる。一実施形態において、気密封止された外側絶縁体２４および導電性芯材２６は、導電性芯材２６を焼結させ、焼結された導電性芯材２６を絶縁体穴４０内に配置し、導電性芯材２６が外側絶縁体２４内に配置された後で外側絶縁体２４を焼結させることによって形成される。
【００２８】
導電性芯材２６の導電性要素は、プラチナ、パラジウム、または他の貴金属もしくは貴金属合金など、少なくとも１つの導電性材料を含み、セラミック芯材に結合される。一実施形態において、図２Ａおよび図３Ａに示されるように、導電性芯材２６は、セラミック芯材から形成されたロッドを含み、導電性要素は、ロッドに加えられた導電性金属から形成されるコーティングである。コーティングは、箔または塗料であり得て、ロッドを焼結させる前または後にロッドに対して加えられる、もしくは塗布される。導電性芯材２６のセラミック芯材および外側絶縁体２４の両方がグリーン材として付与され、合わせて焼結される場合、コーティングは焼結前にグリーンロッドに対して加えられる。導電性芯材２６が絶縁体穴４０内に配置される前に焼結される場合、コーティングは、ロッドの焼結後かつ絶縁体穴４０内への配置前にロッドに加えられる。図１から図３の実施形態において、コーティングは、芯外表面４６をもたらす。
【００２９】
他の実施形態において、導電性芯材２６は、セラミック芯材から形成されるロッドを含み、導電性要素は、ロッドに埋め込まれた導電性金属材料を含む。たとえば、導電性材料は、セラミック芯材の全体にわたって配置される複数の金属粒子、またはセラミック芯材内に埋め込まれる複数の金属線材であり得る。さらに他の実施形態において、導電性芯材２６は、セラミック芯材から形成されるロッドを含み、セラミック芯材は、導電性セラミック材であって、導電性要素がセラミック芯材と一体となる。
【００３０】
導電性芯材２６のセラミック芯材および外側絶縁体２４の外側セラミック材は、多くの場合に芯外表面４６および絶縁体内表面３８に沿って混ざり合う。一実施形態において、導電性芯材２６のセラミック芯材および外側絶縁体２４の外側セラミック材は、芯外表面４６および絶縁体内表面３８に沿って互いに編み込まれる。セラミック材料の各々は結晶構造を含み、結晶構造は、芯外表面４６および絶縁体内表面３８に沿って接着され得る。
【００３１】
図１に示されるように、点火器２０は、外側絶縁体２４の周りに配置される導電性材料から形成される金属シェル６０も含む。金属シェル６０は、シェル上端６４からシェル下端６６へ延在するシェル内表面６２を含み、気密封止された外側絶縁体２４および導電性芯材２６を受けるシェル穴を呈する。図１の実施形態において、シェル下端６６は、外側絶縁体２４の隆起部に置かれる。電気的絶縁をもたらす第１のプラスチックハウジング５４が、金属シェル６０の一部と外側絶縁体２４の一部との間、たとえばシェル上端６４と
外側絶縁体２４との間に配置される。点火器２０がコロナ点火システムにおいて使用される場合、真鍮などの導電性材料から形成されるピン７０が芯上端５０に結合される。ピン７０は、電気的絶縁をもたらす第２のプラスチックハウジング５６によって囲われ得る。そして、ピン７０は、最終的にエネルギー供給源（図示せず）に電気的に接続される点火コイル（図示せず）に結合される。点火器２０が従来の火花点火システムにおいて使用される場合、接地電極（図示せず）は、シェル下端６６に結合され、接地電極と芯発火端５２との間に火花間隙を形成し得る。本点火器２０には、端子またはガラスシールは不要であり、これによって製造時間および費用の減少に寄与する。
【００３２】
本発明の他の局面によれば、点火器２０を形成する方法が提供される。方法は、セラミック芯材および導電性要素から形成される導電性芯材２６を設けることを含む。一実施形態において、導電性芯材２６を設けるステップは、セラミック芯材のロッドを形成することを含み、セラミック芯材はグリーンであり、方法はさらに、ロッドを焼結させることと、焼結されたロッドに導電性要素を加えることとを含む。導電性要素は、導電性金属のコーティングであり得る。このため、方法は、導電性要素をロッドに塗布すること、または箔をロッドに加えることを含む。
【００３３】
他の実施形態において、導電性芯材２６を設けるステップは、導電性要素が埋め込まれたセラミック芯材から形成されるロッドを設けることと、その後にロッドを焼結させることとを含む。方法は、ロッドを焼結させる前にセラミック芯材に複数の金属粒子を埋め込むこと、または金属線材をセラミック芯材に埋め込むことを含み得る。さらに他の実施形態において、セラミック芯材および導電性要素は、互いに一体であり、導電性セラミック材として設けられる。この実施形態において、導電性芯材２６を設けるステップは、導電性セラミック材から形成されるロッドを設けることと、ロッドを焼結させることとを含む。導電性芯材２６を焼結させるステップは、典型的には１０００℃から１８００℃、好ましくは１６００℃の温度に加熱することを含む。導電性芯材２６のセラミック芯材は、セラミック芯材の収縮率が外側セラミック材の収縮率以下であれば、グリーンの状態、または焼結されていない状態で設けられ得る。
【００３４】
また、方法は、外側セラミック材から形成される外側絶縁体２４を設けることを含む。外側セラミック材は、グリーンの焼結されていない材料として設けられる。方法は、典型的に、焼結された、または焼結されていない導電性芯材２６を絶縁体穴４０内に配置し、導電性芯材２６を外側絶縁体２４に対して気密封止することを含む。気密封止ステップは、典型的に、外側絶縁体２４内に配置された導電性芯材２６を１０００℃から１８００℃、好ましくは１６００℃の温度で焼結させる、または焼成するステップを含む。
【００３５】
焼結させるステップは、導電性芯材２６の芯発火端５２が絶縁体ノーズ端３４に隣接して配置されるまで外側絶縁体２４を収縮させるステップを含むことが好ましい。収縮は、図３に示されるように芯発火端５２が絶縁体ノーズ端３４に配置されて水平方向に位置合わせされるまで起こることが好ましい。焼結させるステップの前においては、芯径Ｄｃは、絶縁体内径Ｄｉよりも小さい、または絶縁体内径Ｄｉにほぼ等しいが、典型的には絶縁体内径Ｄｉよりも小さい。芯径Ｄｃは、焼結させるステップの前においては、典型的には絶縁体内径Ｄｉの７５％から１００％に等しい。例示的な一実施形態において、芯径Ｄｃは、焼結させるステップの前において、絶縁体内径Ｄｉよりも１７．５％小さい。しかしながら、焼結させるステップの後は、芯径Ｄｃおよび絶縁体内径Ｄｉはほぼ等しい。また、焼結させるステップは、外側絶縁体と導電性芯材との間の干渉が絶縁体外径ＤＯの０．５％から１０％となるまで導電性芯材２６を圧縮して外側絶縁体２４を引張させるステップを含む。一実施形態において、方法は、焼結させるステップにおいて芯外表面４６に沿ってセラミック芯材と外側セラミック材とを混ぜ合わせるステップを含む。
【００３６】
ひとたび導電性芯材２６および外側絶縁体２４が焼結および気密封止されると、方法は、気密封止された要素をシェル穴に内に配置することを含む。点火器２０がコロナ点火器である場合、方法は、ピン７０を芯上端５０に取り付けることと、ピン７０を点火コイル（図示せず）に取り付けることとを含む。また、方法は、第２のプラスチックハウジング５６をピン７０の周りに配置することと、第１のプラスチックハウジング５４をシェル上端６４と外側絶縁体２４との間に配置することとを含み得る。シェル６０、外側絶縁体２４、導電性芯材２６、およびハウジング５４，５６は、図１にも示されるように、典型的に内燃機関のシリンダーヘッド７２内に合わせて配置される。点火器２０の絶縁体ノーズ領域４４は、燃料と空気との混合気を含む燃焼室内に延在する。燃焼室は、シリンダーブロック７４とピストン７６との間に設けられる。導電性芯材２６の芯発火端５２は、電界を放出し、コロナ放電または火花放電のいずれかの放電２２をもたらし、燃焼室内で混合気に点火する。
【００３７】
明らかに、本発明を変更および変化させることは、上記の教示に鑑みて可能であり、詳細に記載されたもの以外でも添付の請求項の範囲内において実施され得る。
【図１】
2018081931.tif 000005
【図２】
2018081931.tif 000006
【図２Ａ】
2018081931.tif 000007
【図３】
2018081931.tif 000008
【図３Ａ】
2018081931.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月26日(2018.1.26)
【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】
点火器であって、
外側セラミック材から形成される外側絶縁体を備え、
前記外側絶縁体は、中心軸を囲うとともに絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を含み、点火器はさらに、
前記絶縁体穴内に配置された導電性芯材を備え、
前記導電性芯材は、セラミック芯材および導電性要素から形成され、
前記導電性芯材は、前記外側絶縁体の前記絶縁体内表面に対して気密封止され、
前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面の反対側に面した絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記外側絶縁体と前記導電性芯材とが締まり嵌めされ、前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の前記締まり嵌めは、前記絶縁体外径の０．５％から１０％であり、
前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の干渉は以下の式によって定義される、
【数１】
2018081931.tif 000010
Ｄｃ＝グリーンの芯または焼結された芯の外径
Ｓｃ＝芯の収縮率（焼結された場合は０を使用）
Ｄｉ＝グリーン絶縁体穴の直径
Ｓｉ＝絶縁体の収縮率
点火器。
【請求項２】
点火器であって、
外側セラミック材から形成される外側絶縁体を備え、
前記外側絶縁体は、中心軸を囲うとともに絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を含み、点火器はさらに、
前記絶縁体穴内に配置された導電性芯材を備え、
前記導電性芯材は、セラミック芯材および導電性要素から形成され、
前記導電性芯材は、前記絶縁体内表面に対して気密封止され、
前記外側絶縁体は、絶縁体上端から絶縁体ノーズ端へ長手方向に延在し、点火器は、前記外側絶縁体周りに配置される金属シェルと、前記金属シェルの一部と前記絶縁体上端に隣接する前記外側絶縁体の一部との間に配置された第１のプラスチックハウジングと、前記絶縁体上端に隣接する前記導電性芯材に結合された導電性材料から形成されるピンと、前記ピンを囲う第２のプラスチックハウジングとを含む、点火器。
【請求項３】
点火器であって、
外側セラミック材から形成される外側絶縁体を備え、
前記外側絶縁体は、中心軸を囲うとともに絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を含み、点火器はさらに、
前記絶縁体穴内に配置された導電性芯材を備え、
前記導電性芯材は、セラミック芯材および導電性要素から形成され、
前記導電性芯材は、前記絶縁体内表面に対して気密封止され、
前記外側絶縁体は、絶縁体上端から絶縁体ノーズ端へ長手方向に延在し、点火器は、前記外側絶縁体周りに配置される金属シェルと、前記金属シェルの一部と前記絶縁体上端に隣接する前記外側絶縁体の一部との間に配置された第１のプラスチックハウジングと、前記絶縁体上端に隣接する前記導電性芯材に結合された導電性材料から形成されるピンと、前記ピンを囲う第２のプラスチックハウジングとを含み、
前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面とは反対側に向けられた絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記絶縁体内表面は絶縁体内径を呈し、前記外側絶縁体は、絶縁体上端から前記絶縁体ノーズ端に向けて延在する本体領域と、前記絶縁体本体領域から前記絶縁体ノーズ端へ延在するノーズ領域とを含み、前記絶縁体ノーズ領域の少なくとも一部に沿った前記絶縁体外径は、前記本体領域に沿った前記絶縁体外径よりも大きく、前記絶縁体ノーズ領域に沿った前記絶縁体外径は、前記絶縁体ノーズ端に向けて先細り、前記絶縁体ノーズ端における前記絶縁体本体領域に沿った前記絶縁体外径よりも小さく、前記絶縁体内径は、前記絶縁体上端から前記絶縁体ノーズ端にわたって一定である、点火器。
【請求項４】
点火器を形成する方法であって、
外側セラミック材から形成され、絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を有する外側絶縁体を設けるステップを備え、前記外側絶縁体はグリーンであり、方法はさらに、セラミック芯材および導電性要素から形成される導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置するステップと、
前記導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置した後に前記導電性芯材および前記グリーン外側絶縁体を焼結させるステップとを備え、
前記焼結させるステップは、前記絶縁体内表面を前記導電性芯材に対して気密封止するステップを含み、
前記外側絶縁体および前記導電性芯材の各々は、前記焼結させるステップの前において寸法を有し、前記焼結させるステップは、前記外側絶縁体の寸法を９．６％から２９．６％の量だけ収縮させるステップと、前記導電性芯材の寸法を前記外側絶縁体の量よりも小さい量だけ収縮させるステップとを含み、
前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面の反対側に向けられた絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記焼結させるステップは、前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の締まり嵌めが前記絶縁体外径の０．５％から１０％となるまで導電性芯材を圧縮させるとともに外側絶縁体を引張させるステップを含み、
前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の干渉は以下の式によって定義される、
【数２】
2018081931.tif 000011
Ｄｃ＝グリーンの芯または焼結された芯の外径
Ｓｃ＝芯の収縮率（焼結された場合は０を使用）
Ｄｉ＝グリーン絶縁体穴の直径
Ｓｉ＝絶縁体の収縮率
点火器。
【請求項５】
点火器を形成する方法であって、
外側セラミック材から形成され、絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を有する外側絶縁体を設けるステップを備え、前記外側絶縁体はグリーンであり、方法はさらに、セラミック芯材および導電性要素から形成される導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置するステップと、
前記導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置した後に前記導電性芯材および前記グリーン外側絶縁体を焼結させるステップとを備え、
前記焼結させるステップは、前記絶縁体内表面を前記導電性芯材に対して気密封止するステップを含み、
前記絶縁体穴内に前記導電性芯材を挿入する前に前記導電性芯材の前記セラミック芯材を焼結させるステップを含み、
前記絶縁体穴内に前記導電性芯材を配置する前に前記導電性要素を前記焼結されたセラミック芯材に加えるステップを含む、方法。
【請求項６】
焼き嵌めセラミック中心電極を形成する方法であって、
外側セラミック材から形成されるとともに、絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を有する外側絶縁体を設けるステップを備え、前記外側絶縁体はグリーンであり、方法はさらに、
セラミック芯材および導電性要素から形成される導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置するステップと、
前記導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置した後に前記導電性芯材および前記グリーン外側絶縁体を焼結させるステップとを備え、
前記焼結させるステップは、前記絶縁体内表面を前記導電性芯材に対して気密封止するステップを含み、
前記外側絶縁体および前記導電性芯材の各々は、前記焼結させるステップの前において寸法を有し、前記焼結させるステップは、前記外側絶縁体の寸法を９．６％から２９．６％の量だけ収縮させるステップと、前記導電性芯材の寸法を前記外側絶縁体の量よりも小さい量だけ収縮させるステップとを含み、
前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面の反対側に向けられた絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記焼結させるステップは、前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の締まり嵌めが前記絶縁体外径の０．５％から１０％となるまで導電性芯材を圧縮させるとともに外側絶縁体を引張させるステップを含み、
前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の干渉は以下の式によって定義される、
【数３】
2018081931.tif 000012
Ｄｃ＝グリーンの芯または焼結された芯の外径
Ｓｃ＝芯の収縮率（焼結された場合は０を使用）
Ｄｉ＝グリーン絶縁体穴の直径
Ｓｉ＝絶縁体の収縮率
方法。
【請求項７】
点火器を形成する方法であって、
外側セラミック材から形成され、絶縁体穴を呈する絶縁体内表面を有する外側絶縁体を設けるステップを備え、前記外側絶縁体はグリーンであり、方法はさらに、セラミック芯材および導電性要素から形成される導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置するステップと、
前記導電性芯材を前記絶縁体穴内に挿入する前に前記導電性芯材を焼結させるステップと、
前記導電性芯材を前記絶縁体穴内に配置した後に前記導電性芯材および前記グリーン外側絶縁体を合わせて焼結させるステップとを備え、
前記導電性芯材および前記グリーン外側絶縁体を合わせて焼結させるステップは、前記絶縁体内表面を前記導電性芯材に対して気密封止するステップを含み、
前記外側絶縁体は、前記絶縁体内表面の反対側に向けられた絶縁体外径を呈する絶縁体外表面を含み、前記焼結させるステップは、前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の締まり嵌めが前記絶縁体外径の０．５％から１０％となるまで導電性芯材を圧縮させるとともに外側絶縁体を引張させるステップを含み、
前記外側絶縁体と前記導電性芯材との間の干渉は以下の式によって定義される、
【数４】
2018081931.tif 000013
Ｄｃ＝グリーンの芯または焼結された芯の外径
Ｓｃ＝芯の収縮率（焼結された場合は０を使用）
Ｄｉ＝グリーン絶縁体穴の直径
Ｓｉ＝絶縁体の収縮率
方法。
【外国語明細書】
2018081931000001.pdf