(57)【要約】  改良された性能についての多数の寸法範囲を満たすある特定の点火端構成を有する点火プラグである。この点火プラグは一般にシェルと、絶縁体と、中心電極および接地電極とを含み、電極は各々、改良された熱伝導性のための銅コアと、改良された耐食性のための貴金属挿入物とを有する。中心電極用の貴金属挿入物は好ましくはＩｒベースの筒型先端の形をしており、それは中心電極に形成された相補形の窪み内に受けられる。接地電極用の貴金属挿入物は、接地電極の表面に取付けられたＰｔベースの平坦なパッドの形をしている。さまざまな寸法範囲が、点火プラグアセンブリのさまざまな構成要素について個々に、および他の寸法との組合せで提供される。
2007522617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンにおいて使用するための点火プラグであって、
軸方向ボアを有するシェルと、
軸方向ボアを有し、前記シェルの軸方向ボア内に少なくとも部分的に配置されている絶縁体と、
前記絶縁体の軸方向ボア内に少なくとも部分的に配置され、熱伝導性コアと、金属被覆と、直径（Ｈ）を有する主シャンク部と、直径（Ｊ）を有する半径方向に縮小された少なくとも１つの鍔部とを有する中心電極とを含み、前記鍔部は窪みを備える端面を有しており、前記点火プラグはさらに、
直径（Ｋ）と、軸方向長さ（Ｏ）と、スパーク面とを有する貴金属先端と、
前記シェルに取付けられた接地電極とを含み、
前記貴金属先端は、前記貴金属先端スパーク面が前記鍔部端面を距離（Ｌ）だけ越えて延びるよう、前記窪みに配置されており、
１．５ｍｍ≦Ｈ≦３．５ｍｍ、
０．７５ｍｍ≦Ｊ≦１．７５ｍｍ、
０．５ｍｍ≦Ｋ≦０．９ｍｍ、
０．５ｍｍ≦Ｏ≦４ｍｍ、および
０．１ｍｍ≦Ｌ≦０．９５ｍｍである、点火プラグ。
【請求項２】
前記貴金属先端はＩｒまたはＩｒ合金から構成される、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項３】
前記Ｉｒ合金は、Ｒｈを１〜２０％の量有するＩｒ−Ｒｈ合金である、請求項２に記載の点火プラグ。
【請求項４】
前記中心電極金属被覆は主としてＮｉ、ＣｒおよびＭｎから構成される、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項５】
前記中心電極主シャンク部は軸方向長さ（Ｆ）を有し、１０ｍｍ≦Ｆ≦２５ｍｍである、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項６】
前記熱伝導性コアは軸方向長さ（Ｇ）を有し、１０ｍｍ≦Ｇ≦２５ｍｍである、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項７】
前記貴金属先端は、前記スパーク面とは反対側の端を含み、前記反対側の端は、前記熱伝導性コアの端から距離（Ｎ）だけ間隔をおかれており、２ｍｍ≦Ｎ≦７ｍｍである、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項８】
前記貴金属先端スパーク面と前記接地電極とはスパークギャップ（Ｕ）だけ隔てられており、０．５ｍｍ≦Ｕ≦１．７５ｍｍである、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項９】
前記中心電極は、一方の端で第１のテーパを介して前記主シャンク部に結合され、別の端で第２のテーパを介して前記鍔部に結合されている、半径方向に縮小された追加部分をさらに含み、前記第２のテーパは前記第１のテーパよりも大きい、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項１０】
前記接地電極は、前記貴金属先端スパーク面とともにスパークギャップを形成するための概して平坦な貴金属パッドを含む、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項１１】
前記中心電極金属被覆は、材料が約１０００℃の温度である場合に約５０Ｗ／ｍＫの熱
伝導性を有する、請求項１に記載の点火プラグ。
【請求項１２】
内燃エンジンにおいて使用するための点火プラグであって、
軸方向ボアとねじ山直径（Ａ）とを有するシェルと、
軸方向ボアと、軸方向長さ（Ｃ）を備えるノーズ部とを有する絶縁体とを含み、前記絶縁体は、前記ノーズ部の外面が前記シェルの軸方向ボアの内面から半径方向距離（Ｂ）だけ間隔をおかれ、かつ前記ノーズ部が前記シェルを距離（Ｄ）だけ越えて延びるように、前記シェルの軸方向ボア内に配置されており、前記点火プラグはさらに、
前記絶縁体の軸方向ボア内に少なくとも部分的に配置され、主シャンク部と半径方向に縮小された少なくとも１つの鍔部とを有する中心電極を含み、前記鍔部は窪みを備える端面を有しており、前記点火プラグはさらに、
スパーク面を有する貴金属先端と、
前記シェルに取付けられた接地電極とを含み、
前記貴金属先端は、前記貴金属先端スパーク面が前記絶縁体を距離（Ｍ）だけ越えて延びるよう、前記窪みに配置されており、
１０ｍｍ≦Ａ≦１４ｍｍ、
８ｍｍ≦Ｃ≦２０ｍｍ、
０ｍｍ≦Ｂ≦３ｍｍ、
０ｍｍ≦Ｄ≦６ｍｍ、および
１．５ｍｍ≦Ｍ≦３．５ｍｍである、点火プラグ。
【請求項１３】
前記貴金属先端はＩｒまたはＩｒ合金から構成される、請求項１２に記載の点火プラグ。
【請求項１４】
前記Ｉｒ合金は、Ｒｈを１〜２０％の量有するＩｒ−Ｒｈ合金である、請求項１３に記載の点火プラグ。
【請求項１５】
前記中心電極は、主としてＮｉ、ＣｒおよびＭｎから構成され、かつ材料が約１０００℃の温度である場合に約５０Ｗ／ｍＫの熱伝導性を呈する金属被覆を含む、請求項１２に記載の点火プラグ。
【請求項１６】
前記貴金属先端は直径（Ｋ）を有し、０．５ｍｍ≦Ｋ≦０．９ｍｍである、請求項１２に記載の点火プラグ。
【請求項１７】
前記貴金属先端は軸方向長さ（Ｏ）を有し、０．５ｍｍ≦Ｏ≦４ｍｍである、請求項１２に記載の点火プラグ。
【請求項１８】
前記貴金属先端スパーク面と前記接地電極とはスパークギャップ（Ｕ）だけ隔てられており、０．５ｍｍ≦Ｕ≦１．７５ｍｍである、請求項１２に記載の点火プラグ。
【請求項１９】
前記接地電極は、前記貴金属先端スパーク面とともにスパークギャップを形成するための概して平坦な貴金属パッドを含む、請求項１２に記載の点火プラグ。
【請求項２０】
内燃エンジンにおいて使用するための点火プラグであって、
軸方向ボアを有するシェルと、
軸方向ボアを有し、前記シェルの軸方向ボア内に少なくとも部分的に配置されている絶縁体と、
前記絶縁体の軸方向ボア内に少なくとも部分的に配置されている中心電極と、
直径（Ｋ）を有し、前記中心電極に取付けられている貴金属先端と、
軸方向における厚さ（Ｐ）と、半径方向における幅（Ｑ）と、側面と、貴金属先端の直
径（Ｋ）よりも大きい直径（Ｓ）を備える貴金属パッドとを有する接地電極とを含み、前記貴金属パッドは、それが前記貴金属先端とともにスパークギャップ（Ｕ）を形成するよう、前記側面に取付けられた概して平坦なパッドであり、
０．７５ｍｍ≦Ｐ≦２．２５ｍｍ、
２ｍｍ≦Ｑ≦４ｍｍ、および、
０．５ｍｍ≦Ｓ≦２ｍｍである、点火プラグ。
【請求項２１】
前記貴金属パッドはＰｔまたはＰｔ合金から構成されている、請求項２０に記載の点火プラグ。
【請求項２２】
前記Ｐｔ合金は本質的にＰｔ−ＮｉまたはＰｔ−Ｗのいずれかからなる、請求項２１に記載の点火プラグ。
【請求項２３】
前記接地電極は、熱伝導性コアと金属製被覆とをさらに含み、前記コアは、前記接地電極の自由端から距離（Ｒ）だけ間隔をおかれており、１ｍｍ≦Ｒ≦５ｍｍである、請求項２１に記載の点火プラグ。
【請求項２４】
前記熱伝導性コアは、前記貴金属パッドの真下に配置されていない、請求項２３に記載の点火プラグ。
【請求項２５】
０．５ｍｍ≦Ｕ≦１．７５ｍｍである、請求項２０に記載の点火プラグ。
【請求項２６】
前記接地電極は、テーパの付いた自由端をさらに含む、請求項２０に記載の点火プラグ。
【請求項２７】
前記側面への前記貴金属パッドの取付は、前記貴金属パッドの真下の電極材料がより密になるようにするものの、前記パッドの外周の周りに何ら突出を生成しない、請求項２０に記載の点火プラグ。
【請求項２８】
前記貴金属パッドは前記側面を距離（Ｔ）だけ越えて延びており、０ｍｍ≦Ｔ≦０．５ｍｍである、請求項２７に記載の点火プラグ。
【請求項２９】
前記貴金属パッドは、抵抗溶接およびレーザ溶接の双方を伴うプロセスに従って前記側面に取付けられる、請求項２０に記載の点火プラグ。
【請求項３０】
内燃エンジンにおいて使用するための点火プラグであって、
軸方向ボアとねじ山外径（Ａ）とを有するシェルと、
内部ボア直径（Ｅ）を備える軸方向ボアを有し、前記シェルの軸方向ボア内に少なくとも部分的に配置されている絶縁体と、
前記絶縁体の軸方向ボア内に少なくとも部分的に配置され、直径（Ｈ）を備える主シャンク部と、直径（Ｉ）を有する半径方向に縮小された第１の部分と、窪みを備える端面を有する鍔部とを有する中心電極と、
前記窪みに配置された貴金属先端と、
前記シェルに取付けられた接地電極とを含み、
Ａは約１４ｍｍであり、
２．５ｍｍ≦Ｅ≦３ｍｍ、
２．５ｍｍ≦Ｈ≦３ｍｍ、および
２．２５ｍｍ≦Ｉ≦３ｍｍである、点火プラグ。
【請求項３１】
前記貴金属先端はＩｒまたはＩｒ合金から構成される、請求項３０に記載の点火プラグ
。
【請求項３２】
前記Ｉｒ合金は、Ｒｈを１〜２０％の量有するＩｒ−Ｒｈ合金である、請求項３０に記載の点火プラグ。
【請求項３３】
前記貴金属先端は直径（Ｋ）を有し、０．５ｍｍ≦Ｋ≦０．９ｍｍである、請求項３０に記載の点火プラグ。
【請求項３４】
前記貴金属先端は軸方向長さ（Ｏ）を有し、０．５ｍｍ≦Ｏ≦４ｍｍである、請求項３０に記載の点火プラグ。
【請求項３５】
前記接地電極は、前記貴金属先端スパーク面とともにスパークギャップを形成するための概して平坦な貴金属パッドを含む、請求項３０に記載の点火プラグ。
【請求項３６】
前記貴金属先端と前記貴金属パッドとはスパークギャップ（Ｕ）だけ隔てられており、０．５ｍｍ≦Ｕ≦１．７５ｍｍである、請求項３５に記載の点火プラグ。
【請求項３７】
内燃エンジンにおいて使用するための点火プラグであって、
軸方向ボアとねじ山外径（Ａ）とを有するシェルと、
内部ボア直径（Ｅ）を備える軸方向ボアを有し、前記シェルの軸方向ボア内に少なくとも部分的に配置されている絶縁体と、
前記絶縁体の軸方向ボア内に少なくとも部分的に配置され、直径（Ｈ）を備える主シャンク部と、直径（Ｉ）を有する半径方向に縮小された第１の部分と、窪みを備える端面を有する鍔部とを有する中心電極と、
前記窪みに配置された貴金属先端と、
前記シェルに取付けられた接地電極とを含み、
Ａは約１２ｍｍであり、
２ｍｍ≦Ｅ≦２．５ｍｍ、
２ｍｍ≦Ｈ≦２．５ｍｍ、および
１．７５ｍｍ≦Ｉ≦２．２５ｍｍである、点火プラグ。
【請求項３８】
前記貴金属先端はＩｒまたはＩｒ合金から構成される、請求項３７に記載の点火プラグ。
【請求項３９】
前記Ｉｒ合金は、Ｒｈを１〜２０％の量有するＩｒ−Ｒｈ合金である、請求項３８に記載の点火プラグ。
【請求項４０】
前記貴金属先端は直径（Ｋ）を有し、０．５ｍｍ≦Ｋ≦０．９ｍｍである、請求項３７に記載の点火プラグ。
【請求項４１】
前記貴金属先端は軸方向長さ（Ｏ）を有し、０．５ｍｍ≦Ｏ≦４ｍｍである、請求項３７に記載の点火プラグ。
【請求項４２】
前記接地電極は、前記貴金属先端スパーク面とともにスパークギャップを形成するための概して平坦な貴金属パッドを含む、請求項３７に記載の点火プラグ。
【請求項４３】
前記貴金属先端と前記貴金属パッドとはスパークギャップ（Ｕ）だけ隔てられており、０．５ｍｍ≦Ｕ≦１．７５ｍｍである、請求項４２に記載の点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は一般に、内燃エンジンにおいて使用される点火プラグに関する。より具体的には、この発明は、中心電極および／または接地電極に取付けられた貴金属先端を利用する点火プラグの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
点火プラグ電極の寿命を、それらの点火端に高価なまたは貴重な貴金属先端を取付けることによって長くすることは、当該技術分野において公知である。この技術の最も初期の例のいくつかは、１９４２年９月１５日発行のヘラー（Heller）への米国特許第２，２９６，０３３号、および１９３８年公開のパウエル（Powell）らへの英国特許明細書第４７９，５４０号に見られる。ヘラー特許は、貴金属先端を、はるかに低価格の材料で形成された接地電極および中心電極に取付けることを教示している。この貴金属先端は、プラチナ−ロジウム、プラチナ−イリジウムおよびプラチナ−ルテニウムといったプラチナ合金を含む耐食性材料から構成される。同様に、パウエルによる文献は、点火プラグ電極用の点火端として使用するための、プラチナ、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、および、イリジウム−ロジウムを含むそれらの合金の使用を開示している。この、および他の初期の設計から時が経過するうち、貴重なおよび他の高価な貴金属の耐食特性の利用を試みた数多くの他の発明がこれまで生み出されている。
【０００３】
長年の間、プラチナは、その使用を説明する多数の特許によって証明されているように、点火プラグ電極点火先端として最適な貴金属であった。しかしながら、近年では、多数の他の貴金属および貴金属合金がより頻繁に利用されてきており、そのうちの１つがイリジウムである。イリジウムは、他の同等の貴金属と比べると比較的安価であり得、約２４１０℃というかなり高い融点を有する。イリジウムの使用に関しては多くの利点があるものの、それは機械的圧力および変形の下でひび割れる傾向を有するため、製造中の扱いが難しい課題となることがある。この、および他の課題を克服するために、或る望ましい特性を金属に授けることを期待して、さまざまなイリジウム合金が開発されてきた。そのような合金の一例が、２０００年７月２５日発行のオサムラ（Osamura）らへの米国特許第６，０９４，０００号に教示されている。この文献では、イリジウムおよびロジウムの相対パーセンテージがいくつかの実施例のうちの１つに従って変化するＩｒ−Ｒｈ合金が開示されている。
【０００４】
電極先端組成物に加え、中心電極および／または接地電極の貴金属先端からの熱の除去が、それらの先端の動作寿命を長くするのに効果的なアプローチであることがわかっている。燃焼プロセスは大量の高熱を発生させ、それに貴金属先端がさらされる。たとえば１０００℃を越えた高熱は酸化、化学的腐食、または電気的腐食を増加させるおそれがあり、それは貴金属先端の加速した劣化に寄与し得る、ということが経験からわかっている。貴金属先端、中心電極または接地電極、絶縁体もしくはシェルといった点火端構成要素を、或る設計に従って、かつ、前述の加速した劣化、および、カーボン汚れなどの他の望まれない現象を低減させるような寸法の或る組合せを用いて構築することが望ましい。米国特許第６，１４７，４４１号および米国出願公開２００３／００７１５５２  Ａ１は、貴金属挿入物と一連の好ましい寸法とを利用した点火プラグ設計を開示している文献の例である。
【０００５】
このため、点火プラグであって、その点火端に配置された改良された貴金属先端、好ましくはイリジウムまたはイリジウム合金の先端を有し、点火プラグの動作寿命および他の
性能特性を伸ばすよう設計された点火端構成要素をさらに含む点火プラグを提供することが有利である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
この発明は、シェルと、絶縁体と、中心電極と、少なくとも１つの貴金属先端と、接地電極とを一般に含む点火プラグを提供する。この発明の一局面によれば、中心電極は、熱伝導性コアと、金属被覆と、主シャンク部と、貴金属先端を受けるための窪みを有する、半径方向に縮小された少なくとも１つの鍔部とをさらに含む。中心電極および貴金属先端は、点火プラグの点火端でのそれらの大きさを制約するいくつかの寸法制限に従って構築される。この発明の別の局面によれば、絶縁体は、それがシェルおよび貴金属先端に関する或る寸法制約を満たすように構築される。この発明の別の局面によれば、接地電極は、中心電極の貴金属先端とともにスパークギャップを形成する貴金属パッドを含む。接地電極および貴金属パッドは、それらの大きさに関連するいくつかの寸法制限に従って構築され、貴金属パッドは、中心電極上の貴金属先端の直径よりも大きい直径を有する。この発明の別の局面によれば、シェルはＭ１４シェルであり、絶縁体内部ボアおよび中心電極の半径方向寸法に主として関連する多数の寸法制限を用いて構築される。この発明の別の局面によれば、シェルはＭ１２シェルであり、絶縁体内部ボアおよび中心電極の半径方向寸法に主として関連する寸法制限に従って構築される。
【０００７】
この発明の目的、特徴および利点は、他の特徴の中でもとりわけ、中心電極用の貴金属先端および／または接地電極用の貴金属パッドと、点火プラグ耐久性といった改良された点火プラグ性能、および製造可能性ならびに汎用性を促進する寸法特性の組合せとを有する、改良された点火プラグを提供することを含むが、それに限定されない。さらに、この発明の目的は、Ｍ１４シェルおよびＭ１２シェルを有する点火プラグの特定の実施例を提供することである。
【０００８】
この発明のこれらのおよび他の目的、特徴ならびに利点は、以下の好ましい実施例および最良の形態の詳細な説明、添付された特許請求の範囲、および添付図面から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
好ましい実施例の詳細な説明
図１を参照すると、内燃エンジン（図示せず）において使用するための点火プラグアセンブリ１０が示されており、それは一般に、シェル１２と、絶縁体１４と、伝導性の絶縁体コア１６と、接地電極１８と、貴金属先端２０と、貴金属パッド２２とを含む。当該技術分野において公知であるように、シェル１２は、その軸方向長さに沿って延びる中空のボアを有する概して筒型の導電性構成要素である。そのボアの中には、絶縁体の正反対に増大した部分を支持するような大きさにされた一連の円周方向肩部がある。シェルと同様、絶縁体１４も、長い軸方向ボアを備える概して筒型の構成要素であるが、その名前が示唆するように、絶縁体は概して非導電性の材料から作られている。絶縁体の軸方向下端は、シェルの最下部からそれを越えて延びるノーズ部を含む。絶縁体軸方向ボアは導電性の絶縁体コア１６を受けるよう設計されており、それは点火プラグの軸方向長さ全体に延び、端子電極３０と、１つ以上の導電性および／または抑制シール３２と、抵抗構成要素３４と、中心電極３６とを一般に含む。ここに示す伝導性の絶縁体コア１６は単に多数の可能な実施例のうちの１つであり、追加構成要素を容易に含むことができ、または構成要素が省略され得る。接地電極１８は、シェルの軸方向下端に機械的にかつ電気的に接続されており、一般にＬ字構成に形成されている。中心電極３６の露出端と接地電極１８の側面とは互いに向かい合っており、それらがスパークギャップを形成するよう軸方向に間隔を
おかれている。中心電極および接地電極の向かい合う面には、貴金属先端２０および貴金属パッド２２がそれぞれあり、それらは、従来の電極材料よりも電気的腐食、酸化および化学的腐食に対してより大きな耐性を呈するスパーク面または放電面を提供し、それによりプラグの動作寿命を長くする。
【００１０】
図２は、図１に示す点火プラグ１０の軸方向下端または点火端の拡大図である。シェル１２は、当該技術分野において公知の多数の設計のうちの１つに従って構築され得るが、好ましくは鋼鉄から作られ、筒型外面５２と内部軸方向ボア５４とを有する開いた軸方向下端５０を含む。外面５２の下方部分にはねじ山が付いており、それがシリンダヘッド（図示せず）にある相補形の穴にねじ込まれるようになっている。軸方向ボア５４は、ボアの直径の減少の結果形成され、かつ絶縁体１４を受けて支持するような大きさにされた１つ以上の内部肩部５６を含む。軸方向ボアはまた、ボアの直径の増加によって規定された１つ以上の内部拡張部５８も含む。内部拡張部５８は、シェルの軸方向ボア５４と絶縁体１４の外面との間に概して筒型の空間を作り出す。シェルの軸方向ボアと絶縁体の外面との間の半径方向分離は均一ではない。なぜなら、絶縁体はその軸方向下端に向かってテーパを有する場合があるためである。この概して筒型の空間はプラグの動作に影響を与え得る。なぜなら、それは中心電極アセンブリ３６とシェル１２との間のフラッシュオーバーの量を低減させることができ、また、点火端での熱伝達特性に影響を与え得るためである。シェルの軸方向下端または開口部での絶縁体の外面とシェル１２のボアの内面との間の距離は、図３に寸法Ｂと示されている。シェル１２は、以下の寸法特性を有すること、すなわち、ねじ山外径（Ａ）が１０ｍｍ〜１４ｍｍ（Ｍ１０−Ｍ１４）、およびシェルの下方開口部でのシェルの内部と絶縁体の外部との間の半径方向分離（Ｂ）が０ｍｍ〜３ｍｍであることが望ましい。さらに、寸法（Ｂ）が０．７５ｍｍ〜１．７５ｍｍであることが、より好ましい。
【００１１】
絶縁体１４も、当該技術分野において公知の多数の構造のうちの１つに従って設計され得るが、好ましくはアルミナベースのセラミック組成物から構成され、外面６２と、シェルの軸と同軸の内部軸方向ボア６４とを有する開いた軸方向下端またはノーズ部６０を含む。ノーズ部６０は、シェルの開いた軸方向の端５０から突出している長い、徐々にテーパが付いた、端が開いた構成要素である。外面６２は、シェルの内部肩部５６上に密封状態で載置するよう形作られた１つ以上の外部肩部６６を含む。これら２つの構成要素間の密封強度を高めるために、円周方向ガスケット６８が使用されてもよい。シェルと同様、絶縁体の内部軸方向ボア６４も、ボアの直径の減少によって規定された１つ以上の内部肩部７０を含む。これらの内部肩部７０は、伝導性の絶縁体コア１６の構成要素、特に中心電極３６を受けるよう設計されている。絶縁体１４は、以下の寸法特性を有すること、すなわち、ノーズ部軸方向長さ（Ｃ）が８ｍｍ〜２０ｍｍ、ノーズ部突出長さ（Ｄ）が０ｍｍ〜６ｍｍ、および内部ボア直径（Ｅ）が１．５ｍｍ〜３．５ｍｍであることが望ましい。さらに、寸法（Ｃ）が１２ｍｍ〜１８ｍｍ、寸法（Ｄ）が０．５ｍｍ〜１．７５ｍｍ、および寸法（Ｅ）が２ｍｍ〜３ｍｍであることが、より好ましい。あらゆる大きさの点火プラグシェルに一般に適用可能なこれらの「望ましい」および「より好ましい」寸法範囲に加え、ある特定のシェルサイズの点火プラグに特に相互に関係付けられた寸法範囲の部分集合も存在する。たとえば、絶縁体内部ボア直径（Ｅ）が２．５ｍｍ〜３ｍｍであるＭ１４プラグ（ねじ山付きシェル外径が１４ｍｍ）を提供し、一方、ボア直径（Ｅ）が２ｍｍ〜２．５ｍｍのＭ１２プラグを提供することが望ましい場合がある。
【００１２】
中心電極３６は、好ましくは、軸方向上端８０と、軸方向下端または点火端８２と、貴金属先端２０とを一般に含む長い耐食性および耐熱性構成要素である。軸方向上端と軸方向下端との間に延びているのは、高い熱伝導性を有する被覆材料８４（図３に示す）および長い銅スラグ８６である。被覆材料８４に使用するのに好適な材料の一例は＃５２２合金と呼ばれ、それは、約９５．５％のニッケルと、１．９％のマンガンと、１．７５％の
クロムと、０．４％のシリコンと、０．３％のチタンと、０．１５％のジルコニウムとから構成されており、フェデラル−モーグル・コーポレーション（Federal-Mogul Corporation）のチャンピオン点火製品部門（Champion Ignition Products division）から入手可能である。この材料は、約１０００℃の温度で約５０Ｗ／ｍＫの熱伝導性を呈する。軸方向上端８０は、中心電極アセンブリが絶縁体軸方向ボアから抜け出さないよう、絶縁体の内部肩部７０上に載置されるよう設計された、半径方向に拡大されたヘッド部分８８を含む。軸方向下端８２は、いくつかのテーパ付き部分によって接続された、半径方向に縮小されたいくつかの部分を含む。図３に最良に見える中心電極の主シャンク部９０は、第１のテーパ付き部分９４によって、半径方向に縮小された第１の部分９２に接続されている。同様に、半径方向に縮小された第１の部分９２は、第２のテーパ付き部分９８によって、半径方向に縮小された第２の部分または鍔部９６に接続されている。図から明らかなように、第１の部分９２と第２の部分９６との半径方向の不一致、すなわち半径の差は、主シャンク部９０と第１の部分９２との半径方向の不一致よりも大きいことが好ましい。これは、第２のテーパ付き部分９８が、より軽度のテーパ付き部分９４よりもはるかに大きく顕著であることをもたらす。後でより詳細に説明するように、貴金属先端２０が取付けられる土台を提供するのは鍔部９６である。中心電極３６は、以下の寸法特性を有すること、すなわち、主シャンク長さ（Ｆ）が１０ｍｍ〜２５ｍｍ、銅コア長さが（Ｇ）が１０ｍｍ〜２５ｍｍ、主シャンク直径（Ｈ）が１．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、半径方向に縮小された第１の部分の直径（Ｉ）が１．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、鍔部直径（Ｊ）が０．７５ｍｍ〜１．７５ｍｍであることが望ましい。この鍔部直径は、貴金属先端２０を中心電極３６の残りに接合するのに使用される溶接または別の取付手法の結果、変わってもよく、その場合、この寸法（Ｊ）はそのような取付の前の鍔の寸法を指すことが理解されるであろう。さらに、寸法（Ｆ）が１３ｍｍ〜２０ｍｍ、寸法（Ｇ）が１３ｍｍ〜２０ｍｍ、寸法（Ｈ）が２ｍｍ〜３ｍｍ、寸法（Ｉ）が１．７５ｍｍ〜３ｍｍ、および寸法（Ｊ）が１ｍｍ〜１．５ｍｍであることが、より好ましい。前の段落で述べたように、これらの「望ましい」および「より好ましい」寸法範囲に加え、ある特定のシェルサイズの点火プラグに特に相互に関係付けられた寸法範囲の部分集合も存在する。Ｍ１４プラグの文脈では、２．５ｍｍ〜３ｍｍの直径（Ｈ）を備える主シャンク部と、２．２５ｍｍ〜３ｍｍの直径（Ｉ）を有する、半径方向に縮小された第１の部分とを有する中心電極を提供することが望ましい。一方、Ｍ１２プラグは、好ましくは、２ｍｍ〜２．５ｍｍの直径（Ｈ）を備える主シャンク部と、１．７５ｍｍ〜２．２５ｍｍの直径（Ｉ）を有する、半径方向に縮小された第１の部分とを有する中心電極を含む。
【００１３】
貴金属先端２０は、プラグの動作寿命を長くするために中心電極３６の軸方向下端に取付けられ、好ましくはイリジウム（Ｉｒ）、またはＩｒ−Ｒｈといったイリジウム合金から構成される。さらにより好ましくは、貴金属先端は、Ｉｒが主成分で、Ｒｈは１〜２０％を占めているＩｒ−Ｒｈ合金から構成される。もちろん、貴金属先端２０は、当該技術分野においてすべて公知であるような、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕといった他の貴金属、またはそれらの任意の組合せから構成され得る。その好ましい形状によれば、貴金属先端は、中心電極の鍔部９６に位置するめくらボアまたは窪み内に軸方向上端が嵌合するような大きさにされた、筒型形状の構成要素である。貴金属先端がボア内へと延びる深さは、それが２つの構成要素間の十分な結合を可能にするために十分深く延びている限り、変わってもよい。正方形、矩形、楕円、または他の適切な断面を有するものなどの他の形状も使用されてもよい。中心電極の鍔部９６への貴金属先端２０の取付が、いくつかの公知の手法のうちの１つに従って達成されてもよい。たとえば、中心電極および貴金属先端双方の一部分が溶けるよう、貴金属先端の外面と鍔部のボア内面との間の円周方向界面の周りにレーザ溶接エネルギビームを向けてもよい。これらの溶けた部分は次に集束し、混ざり合い、固化して、それにより、貴金属先端２０を所定の位置にしっかりと保持する円周方向溶接継ぎ目を形成する。また、これに代えて、２００３年２月２６日に公開された公開欧州特許出願第ＥＰ  １  ２８６  ４４２  Ａ１号に開示されたもののような接合プロセス、また
は、抵抗溶接、ろう付け、据え込み、もしくは他の機械的変形なども使用されてもよい。貴金属先端２０は、以下の寸法特性を備える筒型構成要素であること、すなわち、先端直径（Ｋ）が０．５ｍｍ〜０．９ｍｍ、鍔部の端を越える貴金属先端の突出長さ（Ｌ）が０．１ｍｍ〜０．９５ｍｍ、絶縁体の端を越える貴金属先端の突出長さ（Ｍ）が１．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、銅コア８６の端と貴金属先端の軸方向上端との間の軸方向距離（Ｎ）が２ｍｍ〜７ｍｍ、および先端の軸方向全長（Ｏ）が０．５ｍｍ〜４ｍｍであることが望ましい。突出長さＬは、先端取付プロセスの結果、先端の周辺周りで均一ではない場合がある。この場合、寸法Ｌは、中心電極材料の溶解プールから先端の軸方向の端（スパーク面）までの平均距離を表わしている。さらに、寸法（Ｋ）が０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ、寸法（Ｌ）が０．２ｍｍ〜０．６ｍｍ、寸法（Ｍ）が２ｍｍ〜３ｍｍ、寸法（Ｎ）が３．５ｍｍ〜６ｍｍ、および寸法（Ｏ）が１ｍｍ〜２．５ｍｍであることが、より好ましい。
【００１４】
接地電極１８は、好ましくは、スパーク面からの高電圧点火パルスを電気的に伝導し、かつ熱を熱伝導することが可能な、ニッケルベースの、コアが銅の構成要素である。接地電極は一般に、シェル１２の下面に取付けられた第１の端１１０と、貴金属パッド２２を受ける側面１１２と、銅または他の熱伝導性コア１１４と、インコネル６００／６０１といったニッケルベースの材料であり得る被覆材料１１６とを含む。図に見えるように、銅コア１１４は接地電極の全長に延びてはおらず、むしろそれは、好ましくは、それが貴金属パッド２２の真下には存在しないよう、或る場所で止まっている。さらに、接地電極は、長手方向の縁がないような円形断面か、正方形または矩形の断面のものであってもよい。いずれの場合も、接地電極が何らかのタイプのテーパ付きの端１１８で終わっていることが、必要ではないものの好ましい。この特徴は図４の底面図に最良に示されており、そこでは、接地電極が単に方形化した尖っていない端で終わらないようテーパを付けられ、または端を切捨てられていることが見てわかる。もちろん、テーパ付きの端１１８はまた、電極の端に近づくにつれて接地電極１８の半径または幅が減少していく他の構成に従って、丸みを帯びていても、尖っていても、または形作られてもよい。接地電極１８は、以下の寸法特性を有すること、すなわち、軸方向における電極厚さ（Ｐ）が０．７５ｍｍ〜２．２５ｍｍ、半径方向における電極幅（Ｑ）が２ｍｍ〜４ｍｍ、および銅コアの端と接地電極の端との間の距離（Ｒ）が１ｍｍ〜５ｍｍであることが望ましい。さらに、寸法（Ｐ）が１ｍｍ〜１．７５ｍｍ、寸法（Ｑ）が２．２５ｍｍ〜３．２５ｍｍ、および寸法（Ｒ）が２ｍｍ〜４ｍｍであることが、より好ましい。
【００１５】
貴金属パッド２２は、それが接地電極の寿命を長くするよう、スパークギャップの区域における接地電極の側面１１２に取付けられている。好ましくは、貴金属パッドは、プラチナ、またはプラチナ−ニッケルもしくはプラチナ−タングステンといったプラチナ合金材料から作られる。しかしながら、イリジウム、イリジウム合金などといった他の貴金属も使用されてもよい。図に示す実施例では、貴金属パッドは、接地電極の側面からほんの短い距離だけ立上がった、概して偏平な筒型パッドである。貴金属パッド２２の上面または露出面は、貴金属先端２０の下面または露出面とともにスパークギャップを形成するスパーク面である。貴金属パッド２２は、レーザ溶接および／または抵抗溶接を含む当該技術分野において公知のいくつかの手法のうちの１つによって、接地電極１８に取付けられてもよい。図３および図４から明らかなように、貴金属パッド２２は貴金属先端２０の直径よりも大きな直径を有することが好ましい。貴金属パッド２２は、以下の寸法特性を有すること、すなわち、直径（Ｓ）が０．５ｍｍ〜２ｍｍ、接地電極の側面上の突出距離（Ｔ）が０ｍｍ〜０．５ｍｍ、およびスパークギャップ（Ｕ）が０．５ｍｍ〜１．７５ｍｍであることが望ましい。さらに、寸法（Ｓ）が１ｍｍ〜１．５ｍｍ、寸法（Ｔ）が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ、および寸法（Ｕ）が０．７５ｍｍ〜１．５ｍｍであることが、より好ましい。
【００１６】
当業者には理解されるように、点火プラグ構成要素の、それらだけでの、または他の構
成要素との組合せでの寸法特性は、寸法の選択に起因する結果をいくつか挙げると、プラグの性能、耐久性および製造可能性に影響を与え、ならびに、点火プラグアセンブリが使用されるそれらの用途に影響を与える場合がある。たとえば、点火プラグシェル１２のねじ山外径（Ａ）は、対応する点火プラグアセンブリがどのタイプのエンジンにおいて使用されるかに影響を与え得る。高性能用途では、シリンダヘッドにおける空間は制限されており、このため、１０ｍｍまたは１２ｍｍの直径（Ｍ１０、Ｍ１２）を有する点火プラグシェルが、１４ｍｍの直径（Ｍ１４）を有するものよりも好ましい場合がある。同様に、絶縁体ボアの内径（Ｅ）および中心電極主シャンクの外径（Ｈ）は、点火プラグの全径、ひいては或るエンジンにおけるその潜在的な用途に影響を与える。
【００１７】
シェルの内部と絶縁体の外部との間の半径方向分離（Ｂ）、ノーズ部がシェルを越えて突出している距離（Ｄ）、および貴金属先端部分が絶縁体を越えて突出している距離（Ｍ）、といったいくつかの寸法は、点火端構成要素のスパークフラッシュオーバー特性および／またはカーボン汚れ特性に、ひいては点火プラグの性能および動作寿命に影響を与え得る。
【００１８】
絶縁体ノーズ部の軸方向長さ（Ｃ）、および中心電極の主シャンクの軸方向長さ（Ｆ）といった他の寸法は、ある特定のエンジン設計において使用される場合、点火プラグの熱力学に直接影響を与える。たとえば、点火プラグへの高レベルの熱遮断を生成するエンジンでは、点火プラグ構成要素の過熱、および付随する耐久性の劣化、または事前点火の開始を防ぐために、短いノーズ部および中心電極主シャンクが必要とされると思われる。一方、熱遮断がより低いエンジンでは、そのような短い構成要素は必要とはされないかもしれず、実際、点火プラグの低温汚れ防止性能にとっては好ましくない場合がある。
【００１９】
中心電極銅コア長さ（Ｇ）、中心電極銅コアと貴金属先端との間の距離（Ｎ）、および接地電極銅コアと接地電極の端との間の距離（Ｒ）といった、熱伝導性コアの長さおよび位置に関係するそれらの寸法は各々、点火プラグのその点火端での熱伝導特性に影響を与え得る。点火プラグ点火端構成要素の熱伝導性は次に、前述のように点火プラグの耐久性および性能に影響を与え得る。
【００２０】
半径方向に縮小された第１の部分の直径（Ｉ）、鍔部の直径（Ｊ）、貴金属先端の直径（Ｋ）、鍔部を越える貴金属先端の突出長さ（Ｌ）、および貴金属先端の軸方向全長（Ｏ）といった寸法は各々、貴金属先端を中心電極に取付けるためのプロセスに影響を与え得る。たとえば、当該技術分野において公知の、貴金属先端を点火プラグ電極に取付けるための手法がいくつかある。貴金属先端の寸法および形状、ならびに貴金属先端を受ける中心電極部分の寸法および形状は、どの手法を選択するかを、ならびにその選択された手法の特定の動作パラメータを指図し得る。製造に関する検討事項に影響を与え得る他の寸法は、接地電極の厚さ（Ｐ）および幅（Ｑ）を含む。
【００２１】
貴金属パッドの直径（Ｓ）およびスパークギャップの距離（Ｕ）は、スパークギャップを横切って生成されるスパークの強度および性質に影響を与え得る寸法のほんの二例である。このため、これらの寸法の選択はしばしば、性能に関する問題を念頭に置いて行なわれる。注目すべきは、上に述べた寸法と性能、耐久性、製造可能性および用途の幅広さに対する対応する影響とは、さまざまな点火プラグ構成要素の寸法の選択に関連する検討事項のうちの単にいくつかの例である、ということである。ここでは述べられていない他の検討事項も存在しており、点火プラグ構成要素の設計において、より特定的には点火プラグ構成要素寸法の選択において役割を果たしている。これを念頭に置いて、或る寸法組合せが有利な結果を呈することが実験からわかっている。
【００２２】
有利な結果をもたらした１つの寸法組合せは、ｉ）直径（Ｈ）が１．５ｍｍ〜３．５ｍ
ｍの中心電極主シャンク部と、ii）直径（Ｊ）が０．７５ｍｍ〜１．７５ｍｍの中心電極縮小鍔部と、iii）直径（Ｋ）が０．５ｍｍ〜０．９ｍｍの貴金属先端と、iv）軸方向長さ（Ｏ）が０．５ｍｍ〜４ｍｍの貴金属先端と、ｖ）０．１ｍｍ〜０．９５ｍｍの距離（Ｌ）だけ鍔部を越えて延びている貴金属先端とを有する点火プラグに向けられている。この寸法組合せを有する点火プラグは功を奏することが証明されている。なぜなら、それは、低コスト製造（貴金属の必要量が最小）を促進しつつ、耐久性（先端の優れた熱管理）と点火性（細線先端の高い突出）との有利なバランスを提供するためである。
【００２３】
別の有利な寸法組合せは、ｉ）ねじ山直径（Ａ）が１０ｍｍ〜１４ｍｍのシェルと、ii）軸方向長さ（Ｃ）が８ｍｍ〜２０ｍｍの絶縁体ノーズ部と、iii）シェル軸方向ボアの内面から０ｍｍ〜３ｍｍの半径距離（Ｂ）だけ間隔をおかれたノーズ部外面と、iv）０ｍｍ〜６ｍｍの距離（Ｄ）だけシェルを越えて延びているノーズ部と、ｖ）１．５ｍｍ〜３．５ｍｍの距離（Ｍ）だけ絶縁体を越えて延びている貴金属先端とを有する点火プラグに向けられている。この組合せも改良された結果を提供する。なぜなら、それは、低温動作条件下におけるカーボン汚れに対する点火プラグの感応性をうまく低減させ、点火性を向上させて、著しい利点を冷間始動性能にもたらしているためである。
【００２４】
改良された結果の提供とともに帰属され得る寸法の別の組合せは、ｉ）０．７５ｍｍ〜２．２５ｍｍの厚さ（Ｐ）と、ii）２ｍｍ〜４ｍｍの幅（Ｑ）とを備える接地電極と、直径（Ｋ）を備える貴金属先端と、直径（Ｋ）よりも大きくかつ０．５ｍｍ〜２ｍｍである直径（Ｓ）を備える貴金属パッドとを有する点火プラグに向けられている。この組合せは、接地電極の良好な熱管理、および、貴金属チップの真向かいの接地電極の向上した局所「摩耗」保護を通して、点火プラグ耐久性にさらなる改良を提供する。
【００２５】
以下の寸法組合せは、Ｍ１４点火プラグ、すなわち、シェルのねじ山外径が１４ｍｍである点火プラグに向けられている。この点火プラグは、１４ｍｍの点火プラグ開口部に対処するのに十分な空間がシリンダヘッドにある用途において利用され、ｉ）ねじ山外径（Ａ）が１４ｍｍのシェルと、ii）内部ボア直径（Ｅ）が２．５ｍｍ〜３ｍｍである絶縁体軸方向ボアと、iii）直径（Ｈ）が２．５ｍｍ〜３ｍｍの中心電極主シャンク部と、直径（Ｉ）が２．２５ｍｍ〜３ｍｍの半径方向に縮小された中心電極部とを有する点火プラグに向けられている。前述のＭ１４組合せと同様、対応するＭ１２組合せも見つかっている。この寸法組合せは、ｉ）ねじ山外径（Ａ）が１２ｍｍのシェルと、ii）内部ボア直径（Ｅ）が２ｍｍ〜２．５ｍｍである絶縁体軸方向ボアと、iii）直径（Ｈ）が２ｍｍ〜２．５ｍｍの中心電極主シャンク部と、直径（Ｉ）が１．７５ｍｍ〜２．２５ｍｍの半径方向に縮小された中心電極部とを有する点火プラグに向けられている。Ｍ１２プラグはＭ１４プラグよりも直径が小さいため、或る構成要素も半径方向においてより小さい寸法を有する必要がある、ということになる。上述の寸法組合せは、それらのそれぞれのプラグ直径（１４ｍｍまたは１２ｍｍ）に対処し、それと良好に連携するだけでなく、点火プラグの性能、耐久性および製造可能性の分野において改良された結果を提供することもわかった。
【００２６】
こうして、ここに特定された目的および利点を達成する、内燃エンジンにおいて使用するための点火プラグが、この発明に従って提供されたことは明らかである。もちろん、前述の説明がこの発明の好ましい例示的な実施例のものであること、および、この発明が図示された特定の実施例に限定されないことが理解されるであろう。さまざまな変更および修正は当業者には明らかであり、そのような変更および修正はすべて、この発明の範囲内にあるよう意図されている。
【００２７】
この明細書および添付された特許請求の範囲で使用されるように、「たとえば」「といった」、「などの」という用語、および「備える」、「有する」、「含む」という動詞な
らびにそれらの他の動詞形は、１つ以上の構成要素または他の項目の列挙とともに使用される場合、各々制約がないものとして解釈されるべきであり、すなわち、列挙は他の追加構成要素または項目を除外するものとして考えられるべきではない。「約」といった程度の用語は、特定された寸法または他の数だけでなく、その数が関連するものの特性または用途に実質的な影響を与えない変形も含む。このため、「約１４ｍｍ」のシェル外径を有する点火プラグは、直径が１４ｍｍよりも若干小さい、または大きいシェルを有する点火プラグを含むが、一般に異なる用途に使用されるＭ１２タイプのプラグ（直径１２ｍｍ）または他の大きさの点火プラグには当てはまらない。他の用語は、それらが異なる解釈を必要とする文脈で使用されていない限り、それらの最も幅広い妥当な意味を用いて解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】中心電極に取付けられた貴金属先端と、接地電極に取付けられた貴金属パッドとを有する点火プラグの一部欠切図である。
【図２】図１に示す点火プラグの軸方向下端の拡大図である。
【図３】図２に示す点火プラグの軸方向下端の拡大図である。
【図４】図１の点火プラグの底面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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