(57)【要約】  スパークプラグなどの、内燃エンジンのための点火装置は、２つの細いワイヤの、矩形の断面の貴金属接地電極、および細いワイヤの、矩形の断面の貴金属点火先端を有する中心電極を含む。点火装置は、金属ハウジング、およびハウジングの開口部に露出された電極端部を有する金属ハウジング内に固定された絶縁体を含む。絶縁体は、絶縁体に装着された電極ベースを有し、かつ電極端部で絶縁体を通って延在する中心電極を収容する。電極ベースは絶縁体の電極端部の近傍の端部に軸方向の穴を有する。貴金属点火先端は部分的に軸方向の穴内にあり、かつ電極ベースに冶金接合される。第１の貴金属接地電極は矩形の断面を有し、金属ハウジングに冶金接合され、第１の点火端部、および貴金属点火先端の側面に隣接する第１の点火端面へと内側に延在する。第２の貴金属接地電極は第１の貴金属接地電極から間隔をあけられる。それも矩形の断面を有し、金属ハウジングに冶金接合され、第２の点火端部、および貴金属点火端面の別の側面に隣接する第２の点火側面へと内側に延在する。貴金属点火先端および接地電極は好ましくはＩｒまたはＩｒ合金から形成される。Ｉｒ合金は合金成分としてＷ、Ｙ、Ｌａ、ＲｕおよびＺｒを含むことも好ましい。
2008517427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンのための点火装置であって、
金属ハウジングと、
前記金属ハウジング内に固定され、かつ前記ハウジングの開口部に露出された電極端部を有する絶縁体と、
前記絶縁体に装着された電極ベースを有し、かつ前記電極端部を通って前記絶縁体から延在する中心電極とを備え、ベース部分は、前記絶縁体の電極端部の近傍の端部の軸方向の穴、および部分的に前記軸方向の穴内にあり、矩形の断面を備え、かつ第１の側面および第２の側面を有する貴金属点火先端、ならびに前記点火先端と前記ベースとの間に冶金接合を有し、前記第１の側面および前記第２の側面は前記ベースの端部から軸方向に離れるように延在し、前記点火装置はさらに、
前記金属ハウジングへの冶金接合を第１のハウジング端部に有し、矩形の断面を備え、かつ第１のスパークギャップが間に存在するように第１の側面および第２の側面のうちの一方に隣接する第１の点火端面を有する第１の点火端部へと延在する第１の貴金属接地電極と、
前記金属ハウジングへの冶金接合を第２のハウジング端部に有し、矩形の断面を備え、かつ第２のスパークギャップが間に存在するように第１の側面および第２の側面のうちの他方に隣接する第２の点火端面を有する第２の点火端部へと延在する第２の貴金属接地電極とを備える、点火装置。
【請求項２】
前記金属ハウジングはスチールから作られる、請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記点火先端、第１の接地電極および第２の接地電極の貴金属は、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１に記載の点火装置。
【請求項４】
前記貴金属は合金添加としてタングステン、イットリウム、ランタン、ルテニウムおよびジルコニウムからなる群からの金属も備える、請求項３に記載の点火装置。
【請求項５】
前記第１の貴金属接地電極および前記第２の貴金属接地電極のうちの少なくとも１つの矩形の断面は正方形の断面である、請求項１に記載の点火装置。
【請求項６】
前記第１の貴金属接地電極および第２の貴金属接地電極の両方の矩形の断面は正方形の断面である、請求項１に記載の点火装置。
【請求項７】
前記中心電極の貴金属点火先端の矩形の断面は正方形の断面である、請求項１に記載の点火装置。
【請求項８】
前記中心電極の貴金属点火先端の矩形の断面は正方形の断面である、請求項７に記載の点火装置。
【請求項９】
前記中心電極の前記ベースは、前記ベースの端部の近傍で少なくとも部分的にＣｕ合金コアを包囲するＮｉ合金外殻を備え、前記軸方向の穴は前記Ｎｉ合金外殻内に形成される、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１０】
前記中心電極の前記ベースは、前記ベースの端部の近傍で少なくとも部分的にＣｕ合金コアを包囲するＮｉ合金外殻を備え、前記軸方向の穴は、前記貴金属点火先端が前記Ｃｕ合金コアと接触するように前記Ｎｉ合金外殻を通って前記Ｃｕ合金コアへと延在する、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１１】
前記第１の貴金属電極と前記第２の貴金属電極との間の冶金接合は抵抗溶接を備える、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１２】
前記第１の点火端面は前記第１の側面および前記第２の側面のうちの一方に実質的に平行であり、前記第２の点火端面は前記第１の側面および前記第２の側面の他方に実質的に平行である、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１３】
前記絶縁体は前記金属ハウジングの終端開口部から軸方向に延在する終端を有し、前記絶縁体の前記終端から前記金属ハウジングの前記終端開口部への距離は１インチより大きい、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１４】
内燃エンジンのための点火装置であって、
電極接合面を有するスチールハウジングと、
前記金属ハウジング内に固定され、かつ前記ハウジングの開口部に露出された電極端部を有する絶縁体と、
前記絶縁体に装着された電極ベースを有し、かつ前記電極端部を通って前記絶縁体から延在する中心電極とを備え、ベース部分は、前記絶縁体の電極端部の近傍の端部の軸方向の穴、および部分的に前記軸方向の穴内にあり、矩形の断面を備え、かつ第１の側面および第２の側面を有する貴金属点火先端、ならびに前記点火先端と前記ベースとの間に冶金接合を有し、前記第１の側面および前記第２の側面は前記ベースの端部から軸方向に離れるように延在し、前記点火装置はさらに、
前記電極接合面への冶金接合を第１のハウジング端部に有し、矩形の断面を備え、かつかつ第１のスパークギャップが間に存在するように第１の側面および第２の側面のうちの一方に隣接する第１の点火端面を有する第１の点火端部へと延在する第１のＩｒ合金接地電極と、
前記電極接合面への冶金接合を第２のハウジング端部に有し、矩形の断面を備え、かつかつ第２のスパークギャップが間に存在するように第１の側面および第２の側面のうちの他方に隣接する第２の点火端面を有する第２の点火端部へと延在する第２のＩｒ合金接地電極とを備える、点火装置。
【請求項１５】
前記Ｉｒ合金は各々、タングステン、イットリウム、ランタン、ルテニウムおよびジルコニウムからなる群からの合金成分を備える、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項１６】
前記第１の貴金属接地電極および前記第２の貴金属接地電極のうちの少なくとも１つの矩形の断面は正方形の断面である、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項１７】
前記第１の貴金属接地電極および前記第２の貴金属接地電極の両方の矩形の断面は正方形の断面である、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項１８】
前記中心電極の前記貴金属点火先端の矩形の断面は正方形の断面である、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項１９】
前記中心電極の前記貴金属点火先端の矩形の断面は正方形の断面である、請求項１８に記載の点火装置。
【請求項２０】
前記中心電極の前記ベースは前記ベースの端部の近傍でＣｕ合金コアを少なくとも部分的に包囲するＮｉ合金外殻を備え、前記軸方向の穴は前記Ｎｉ合金外殻内に形成される、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項２１】
前記中心電極の前記ベースは前記ベースの端部の近傍でＣｕ合金コアを少なくとも部分的に包囲するＮｉ合金外殻を備え、前記軸方向の穴は、前記貴金属点火先端が前記Ｃｕ合金コアと接触するように前記Ｎｉ合金外殻を通って前記Ｃｕ合金コアへと延在する、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項２２】
前記第１の貴金属電極と前記第２の貴金属電極との間の冶金接合は抵抗溶接を備える、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項２３】
前記Ｉｒ合金は各々、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀およびオスミウムからなる群からの合金成分を備える、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項２４】
前記Ｉｒ合金は各々、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀およびオスミウムからなる群からの合金成分を備える、請求項１５に記載の点火装置。
【請求項２５】
前記第１の点火端面は前記第１の側面および前記第２の側面のうちの一方に実質的に平行であり、前記第２の点火端面は前記第１の側面および前記第２の側面のうちの他方に実質的に平行である、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項２６】
前記絶縁体は前記スチールハウジングの終端開口部から軸方向に延在する終端を有し、前記絶縁体の前記終端から前記スチールハウジングの前記終端開口部への距離は１インチより大きい、請求項１４に記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．技術分野
この発明は、一般に、内燃エンジンで使用されるスパークプラグおよび他の点火装置に関する。特に、この発明は、イリジウムおよびイリジウム合金の電極などの貴金属の細いワイヤの電極を有するスパークプラグおよび他の点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術
ここで使用されるように、「点火装置」という用語は、燃料／空気の混合物などの可燃源の燃焼を開始させるために使用される、スパークプラグ、点火器および他のそのようなスパーク放電装置を含むものと理解されるべきである。点火装置の分野では、腐食および侵食耐性を向上させ、かつスパークプラグの中心および接地電極で、または複数電極の設計では、接地電極で、スパーク電圧を低減することが絶えず必要とされている。これは、部分的には、希薄燃焼エンジンおよび関連の燃料／空気の混合物に関連する高い点火装置動作温度で動作させたいという要望があるためであり、および新しい燃料配合の利用によって促進された変化があるためである。このため、貴金属の電極、もしくはより一般的には、標準的な金属電極に適用された貴金属の点火先端または電極を使用したさまざまな設計が提案されている。典型的には、点火先端は、パッドまたはリベットもしくはワイヤとして形成され、次に電極の端部へと溶接される。
【０００３】
Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒおよびそれらの合金を含む、さまざまな貴金属がいくつかのスパークプラグの点火先端および電極の構成で使用されている。これら貴金属およびそれらの合金のうち、イリジウムおよび特にイリジウム合金は、それらの優れた腐食および浸食耐性、ならびにそれらの優れた点火性能のため、貴金属の点火先端または電極として使用するために特に関心が持たれている。たとえば、７０から９０ｗｔ％の白金および３０から１０ｗｔ％のイリジウムから作られた中心電極の点火先端を開示する、近藤らに対する米国特許第４，５４０，９１０号を参照されたい。その特許に述べられるように、白金−イリジウム−タングステン合金を含む白金−タングステン合金もこれら点火先端に使用されている。
【０００４】
これら貴金属合金に加え、上述の金属とさまざまな量の異なる希土類金属酸化物との組合せを利用する酸化物分散強化合金も提案されている。たとえば、Heywoodらに対する米国特許４，０８１，７１０号を参照されたい。これに関して、イットリウム酸化物（Ｙ2Ｏ3）を利用するいくつかの特定のＰｔベースおよびＩｒベースの合金が提案されている。特に、Mooreらに対する米国特許第５，４５６，６２４号は、＜２％のイットリウム酸化物を含むＰｔ合金から作られた点火先端を開示している。加藤らに対する米国特許第５，９９０，６０２号は、０．０１から２％のイットリウム酸化物を含むＰｔ−Ｉｒ合金を開示している。大島に対する米国特許第５，４６１，２７５号は、５から１５％のイットリウム酸化物を含むイリジウム合金を開示している。イットリウム酸化物は、従来、結果生じる合金の強度および／または安定性を向上するために少量（たとえば、＜２％）含まれてきたが、大島の特許は、イットリウム酸化物を体積で＞５％でイリジウムとともに使用することによって、スパーク電圧を低減できることを教示している。
【０００５】
さらに、Lykowskiらに対する米国特許第６，４１２，４６５  Ｂ１号に開示されるように、イットリウム酸化物をタングステンと白金との合金に混ぜることによって、大島の特許に開示されるよりはるかに低いイットリウム酸化物のパーセンテージで浸食の抑制およ
びスパーク電圧の低下を実現できることがわかっている。Lykowskiの特許は、接地および中心の電極の両方を有する点火装置を教示しており、ここで電極のうちの少なくとも１つは、白金、タングステンおよびイットリウム酸化物を含む合金から形成された点火先端を含む。好ましくは合金は、重量で９１．７％〜９７．９９％の白金、２％〜８％のタングステンおよび０．０１％〜０．３％のイットリウムの組合せから形成され、さらにより好ましい構成では、９５．６８％〜９６．１２％の白金、３．８％〜４．２％のタングステンおよび０．０８％〜０．１２％のイットリウムの組合せから形成される。点火先端はパッド、リベット、ボール、ワイヤの形または他の形状を取ることができ、電極の定位置に溶接することができる。
【０００６】
これらおよびさまざまな他の貴金属システムは、典型的には、特にスパーク性能の制御およびスパーク腐食保護の提供に関して受容可能なスパークプラグ性能を提供するが、貴金属の先端を利用する現在のスパークプラグは、貴金属構成要素を取付けるために使用される方法、特にさまざまな形の溶接に関連する周知の性能の限界を有する。特に、電極の先端に使用される上述の貴金属および貴金属合金と、電極に使用されるＮｉ、Ｎｉ合金および他の周知の金属との間の熱膨張係数の不適合から生じるもののような、スパークプラグの使用に関連する動作環境における周期的な熱および応力は、溶接の破損に繋がり得るクラック、熱疲労およびさまざまな他の相互作用現象に繋がり、最終的にスパークプラグ自身の破損に繋がり得ることが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの問題に対処するための１つの提案された解決方法が金生に対する米国第６，３０７，３０７  Ｂ１号に示されている。この手法では、Ｉｒ合金要素はＮｉまたはＦｅベースの合金で作られたベース要素にレーザ溶接され、これはスパークプラグハウジングに取付けられる。この手法はＩｒ合金要素の取付界面をスパークの生成に関連する高温領域から離すように動かすが、それは別のセットの取付界面の組込も必要とする（すなわち、Ｉｒ合金要素／ベース要素およびベース要素／ハウジングの間で）。これら付加的な界面は付加的な材料および製造ステップを必要とし、したがって、付加的な製造コストを必要とするため、不利である。さらに、それらは、スパークプラグの動作に関連する潜在的な製造欠陥および熱疲労プロセスの可能性のために付加的な潜在的な破損点を表わす。この特許は、ベース要素に十分な接合強度を保証するために抵抗溶接が適用可能でない、５０％を超えるＩｒの合金から形成された貴金属合金要素では、レーザ溶接が好ましいことも示している。
【０００８】
したがって、関連技術の装置に関連する潜在的な破損の機構を軽減または排除することによってスパークプラグの腐食および浸食ならびに性能および電極の信頼性を向上するように、改良された構造を有する貴金属電極を有するスパークプラグを開発することが非常に望ましい。これら性能および信頼性の改良を実現し、かつ抵抗溶接などの、Ｉｒまたは他の貴金属電極の取付の低コストの方法の使用を可能にするスパークプラグの作製方法を開発することが非常に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の概要
この発明は、２つの細いワイヤの、矩形の断面の貴金属の接地電極、および細いワイヤの、矩形の断面の貴金属の点火先端を有する中心電極を含む、スパークプラグなどの内燃エンジンのための点火装置である。細いワイヤの電極および点火先端は、装置の動作中に、電極および点火先端の浸食および腐食からの保護を提供するようにＩｒおよびＩｒ合金から形成されてもよい。Ｉｒ合金は、装置の動作中に、電極および点火先端の浸食および腐食耐性をさらに向上するために、合金成分として、Ｗ、Ｙ、Ｌａ、ＲｕおよびＺｒのう
ちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００１０】
電極および点火先端の矩形の断面形状は、特にそれらの構成に対して貴金属を使用することによって提供されるこれら要素の浸食および腐食挙動での改良と組合された場合、さらに特にＩｒおよびＩｒ合金がこれら要素に使用されたときに、装置の製造中および後続の動作中にスパークギャップ領域の制御が改良される。このことは、特に円筒形の中心電極および点火先端を使用することと比較して当てはまる。
【００１１】
貴金属電極および金属ハウジングならびに中心電極ベースおよび貴金属点火先端の間に冶金接合を形成するために溶接プロセスを利用することもこの発明の利点であり、特に、ＩｒおよびＩｒ合金がこれら要素に用いられたときに電極および点火先端を溶接するために溶接プロセスを使用することが有利である。特に、接地電極を形成するために通常用いられる非貴金属から作られたベース部材などの中間構造物ではなく、金属ハウジングに電極を冶金接合するために抵抗溶接を用いることがさらに有利である。
【００１２】
この発明は、有利には、端子と金属ハウジング部分との間に延在する絶縁体部分を長くすることによって、フラッシュオーバー保護の改良を、ここに説明される他の利点と一体化し得る。
【００１３】
この発明のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、以下の詳細な説明および添付の図面に関して検討されたときにさらに容易に理解されるであろう。
【００１４】
図面では、同じ参照番号は全体を通じて共通の要素に関して使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
好ましい実施例の詳細な説明
この発明は、スパークプラグ１２などのスパーク点火装置１０である。スパークプラグ１２は、さらにここに詳しく説明されるように、装置の製造および動作の両方に関してスパークギャップ領域の規定および制御を改良する矩形の貴金属の細いワイヤの電極構成を有する。この貴金属の細いワイヤの電極構成は、必要なスパークの生成に関して高い信頼性が必要とされる場合に工業用および他の内燃エンジンの適用例に特に好適である。
【００１６】
図１〜３は、この発明のスパーク点火装置１０を示す。点火装置１０は、好ましくは内燃エンジンのためのスパークプラグ１２である。スパークプラグ１２は、金属のケーシングまたはハウジング１４、ならびに従来の手段および方法を使用して金属ハウジング１４内に固定された絶縁体１６を含む。
【００１７】
金属ハウジング１４は従来の構成で構築されてもよく、六角形の取付部分１８、標準的なねじ２０、および第１の貴金属接地電極２４および第２の貴金属接地電極２６が冶金接合２８、３０によってそれぞれそこに取付けられる環状の下方端部２２を含んでもよい。金属ハウジング１４は、スパークプラグ１２の適用および動作環境に適合するあらゆる金属で形成され得る。
【００１８】
図４および５を参照すると、第１および第２の貴金属電極２４、２６はともに矩形の断面形状を有する。これら断面形状は同一であることが好ましい。さらに、好ましい実施例では、矩形の断面形状は正方形の断面形状である。さらに、第１および第２の貴金属電極２４、２６は同じ貴金属で作られることが好ましい。第１および第２の貴金属電極２４、２６は、純粋なイリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀およびオスミウム、ならびにこれら金属の合金から作られ得る。好ましい実施例では、第１および第２の貴金属電極２４、２６は、純粋なイリジウムから、またはさらに好ましくは、イリジウム合金か
ら作られる。第１および第２の貴金属電極２４、２６は、合金添加としてタングステン、イットリウム、ランタン、ルテニウムおよびジルコニウムのうちの１つまたは複数も含んでもよい。冶金接合２８、３０は、抵抗溶接およびレーザ溶接などのさまざまな形の溶接を含む、第１および第２の貴金属電極２４、２６と金属ハウジング１４との間に冶金接合を形成する好適な方法によって形成され得る。抵抗溶接を使用して冶金接合２８、３０を形成することが好ましい。純粋なイリジウムまたはイリジウム合金の抵抗溶接を用いるとき、金属ハウジング１４はスチールから作られることが好ましい。純粋なイリジウムまたはイリジウム合金を抵抗溶接するとき、利用されるスチールは低炭素鋼を含んでもよい。
【００１９】
図３を参照すると、絶縁体１６は終端３２および電極端部３４を有する。絶縁体１６は、終端３２の開口部３８に金属端子３６を収容し、かつ電極端部３４の開口部４２に中心金属電極４０を収容する。絶縁体１６は、金属端子３６および中心金属電極４０（図３の他の部分のように断面で示されない）の間に延在し、かつ金属端子３６および中心金属電極４０に電気的に接続される抵抗部分４４も収容する。抵抗部分４４、ならびに金属端子３６および中心金属電極への電気的な接続は従来の構成である。
【００２０】
理解されるように、金属ハウジング１４の環状端部２２は、絶縁体６がそこを通って突出する開口部４６を規定する。中心金属電極４０は、気体を漏らさない封止を形成するように、図示のようにガラスシール４８によって、または電極４０を絶縁体内に装着するために他の好適な手段を使用して、絶縁体１４の開口部４２内に永久的に装着される。中心金属電極４０は、電極ベース５２の貴金属点火先端５０の自由端４９によって電極端部３４で絶縁体１４から延在する。
【００２１】
図６を参照すると、中心金属電極４０は電極ベース５２を有する。電極ベース５２は、良好な高温酸化および腐食耐性を有し、かつスパークプラグの動作中に点火先端から熱を除去するように良好な熱伝導率も有する金属から作られることが好ましい。金属ベース５２はＣｕ合金（純粋なＣｕを含む）から形成されたコア５４、およびＮｉ合金（純粋なＮｉを含む）から形成された外側被覆または外殻５６を有することが好ましい。Ｃｕ合金は良好な熱伝導率を提供し、Ｎｉ合金は良好な酸化および腐食耐性を提供する。中心金属電極４０は軸方向の穴５８を有する。貴金属点火先端５０は軸方向の穴５８内にあり、かつ冶金接合６０によって金属ベース５２に取付けられる。貴金属点火先端５０は矩形の断面形状を有し、かつ縦方向の軸５２に沿って絶縁体１４から軸方向および下方に延在することが好ましい。貴金属点火先端５０は、純粋なイリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀およびオスミウム、ならびにこれら金属の合金から作られてもよい。好ましい実施例では、貴金属点火先端５０は、純粋なイリジウム、またはより好ましくは、イリジウム合金から作られる。貴金属点火先端５０は、タングステン、イットリウム、ランタン、ルテニウムおよびジルコニウムのうちの１つまたは複数を合金添加として含んでもよい。さらに、貴金属点火先端５０ならびに第１および第２の貴金属電極２４、２６は各々、同じ貴金属合金または異なる貴金属合金から作られてもよい。
【００２２】
点火先端５０は、第１の側面６２および第２の側面６４を有する。図１〜４に示される実施例では、第１の側面６２は、それが第１の貴金属接地電極２４の第１の点火端部６８の第１の点火端面６６に隣接するように位置付けられる。第２の側面６４は、それが第２の貴金属接地電極２６の第２の点火端部７２の第２の点火端面７０に隣接するように位置付けられる。第１の側面６２と第１の点火端面６６との間の空間は、第１のスパークギャップ７４を規定する。第２の側面６４と第２の点火端面７０との間の空間は第２のスパークギャップ７６を規定する。第１の側面６２および第１の点火端面６６は実質的に互いに平行であり、それらの間のスパークギャップの分離距離が一定であることが好ましい。第２の側面６４および第２の点火端面７０は互いに実質的に平行であり、それらの間の第２のスパークギャップの分離距離が一定であることも好ましい。さらに、第１のスパークギ
ャップ７４の距離および第２のスパークギャップ７６の距離は同じであることが好ましい。
【００２３】
絶縁体１６も、フラッシュオーバーとして知られる周知の現象に対するスパークプラグ１２の耐性を向上するように構成されてもよい。フラッシュオーバーは、抵抗部分４４の抵抗より低い抵抗を有するスパークプラグの外部に導電経路が存在するときに生じる。これは、スパークプラグ温度の上昇、周囲湿度の増加、およびスパークプラグ１２の外面への埃、炭素または他の不純物の蓄積などを含む、いくつかの理由で生じ得る。これが生じると、意図されたスパーク電流は、第１または第２のスパークプラグギャップにわたってではなく、スパークプラグ１２の外面で放電され、燃料／空気の混合物への点火の失敗につながり、結果的にエンジンの力および燃費の損失に繋がる。フラッシュオーバーへの耐性を向上するため、終端と金属ハウジング１４の最上方部分との間で絶縁体１６の上方部分１９（図３を参照）を長くすることが好ましい。絶縁体１６のこの部分１９の長さは、フラッシュオーバーに対するスパークプラグ１２の耐性を向上するために１．０インチより大きいことが好ましい。
【００２４】
図７を参照すると、スパークプラグ１２は、絶縁体１６、金属端子３６、抵抗部分４４、および貴金属点火先端５０を備えた中心金属電極４０を含む絶縁体アセンブリ８０を、金属ハウジング前駆体（precursor）９２および取付けられた第１および第２の貴金属電極２４、２６を含む、金属ハウジングアセンブリ９０に矢印８２によって示される方向で挿入することによって組立てられ得る。一旦絶縁体アセンブリ８０が金属ハウジングアセンブリ９０に挿入されると、金属ハウジング前駆体９２は、いくつかの既知の方法のうちの１つによって絶縁体アセンブリに固定される。たとえば、金属ハウジング前駆体９２と絶縁体アセンブリとをともに加熱しつつ首領域９４およびベルト領域９６などの金属ハウジング前駆体９２の領域を塑性変形して金属ハウジング１４を形成し、同時に絶縁体アセンブリ８０を金属ハウジング１４内に固定することによって、金属ハウジング前駆体９２は絶縁体アセンブリに固定される。組立てられたスパークプラグ１２が図３に示される。この組立てプロセスは、ここに説明される間隔をあけられた関係で第１および第２の貴金属電極２４、２６の間に貴金属点火先端５０を位置付けるように絶縁体アセンブリ８０および貴金属ハウジング前駆体９２を固定する前に、それらを軸方向に配向すること、および上述のような間隔をあけられた関係で中心電極４８の第１および第２の側面６２、６４ならびに接地電極２４、２６の第１および第２の点火端面６６、７０を配向するように絶縁体アセンブリ８０および金属ハウジング前駆体９２を半径方向に配向することも伴う。
【００２５】
図８Ａ〜８Ｄは、この発明の中心金属電極４０を作製する方法を示す。図８Ａは、Ｃｕ合金コア５４（好ましくは純粋なＣｕ）およびＮｉ合金外殻５６を有する従来の構成の被覆金属電極ベース５２を製造するステップを示す。このステップはベース５２を製造するための従来の方法を使用して行なわれてもよい。図８Ｂは、ベース５２の自由端９４内に軸方向の穴５８を形成するステップを示す。軸方向の穴５８は、ドリルまたは穴を形成する他の従来の方法によって形成されてもよい。軸方向の穴５８は、図８Ｂの穴５８の実線のセクションによって示されるように全体として外殻５６内に形成されてもよい。またはこれに代えて、好ましくは、軸方向の穴５８は、穴５８の想像セクションによって示されるように、コア５４へと外殻５６を通って延在してもよい。図８Ｃは貴金属点火先端５０の軸方向の穴５８への挿入を示す。軸方向の穴５８は、貴金属点火先端を受入れるのに十分なサイズおよび形状である。好ましくは、軸方向の穴５８は、貴金属点火先端５０を受入れるように円筒形であり、かつ直径が十分に大きい。穴から延在する貴金属点火先端５０の部分、特に第１および第２の貴金属電極２４、２６間にある部分は断面が矩形であり、軸方向の穴５８内にある部分は円形の断面などの異なる断面を有してもよい。図８Ｃも、レーザ装置９６によって概略的に示されるようにレーザ溶接によってそれらの間に冶金接合６０を形成することを示す。図８Ｄは、貴金属点火先端５０を含む、完全に製造され
た中心金属電極４０を示す。
【００２６】
図９Ａ〜９Ｃは、第１の貴金属電極２４および第２の貴金属電極２６を有する金属ハウジングアセンブリ９０を製造する方法を示す。図９Ａを参照すると、図７に示される形を有する金属ハウジング前駆体９２は、たとえば、スチールバー原料などの金属バー原料から金属ハウジング前駆体９２を機械加工すること、または一般的な外形を押出し、続いて一般的な形の押出中に形成されなかったねじ２０および他の特徴を機械加工することを含む、いくつかの既知の製造方法のいずれかによって形成されてもよい。図９Ｂを参照すると、第１の貴金属接地電極２４の第１のハウジング端部９８は、ここに説明されかつ図２および４に示される第１の接地電極２４の構成を獲得するのに必要な第１の予め定められた配向で配向された環状の電極端部２２に隣接するように配置される。一旦第１の貴金属接地電極２４が金属ハウジング１４の環状の端部２２に対して配向されると、次に冶金接合１００を作製するための手段が導入されて第１の貴金属接地電極２４と金属ハウジング１４との間に冶金接合を形成するのに十分なエネルギを適用する。冶金接合１００を作製するための手段は、冶金接合２８を作製するためのあらゆる既知の装置および方法であり得るが、冶金接合２８が溶接接続を備えるようにこれら構成要素の溶接を備えることが好ましい。溶接は、抵抗溶接およびレーザ溶接を含む、冶金接合２８を形成することのできるあらゆる溶接方法によって行なわれ得る。図９Ｂは一般に、溶接電極１０２の適用による抵抗溶接の適用を示す。貴金属、特にイリジウムおよび多くのイリジウム合金の比較的高い融点では、溶接は典型的には、第１の貴金属接地電極２４との界面に、およびそこに隣接して金属ハウジングの局所化された溶融およびリフローを含み、電極２４がハウジングによって十分に濡らされかつそこに接合される。電極および金属ハウジングの相互拡散の程度、ならびに熱に影響されたゾーンおよび冶金接合２８の成分ならびに微細構造は、接地電極２４に対して選択された貴金属および金属ハウジング１４に対して選択された金属によって異なる。図９Ｃは、溶接電極１０２を通じた溶接電流および圧力の適用、ならびに冶金接合２８の形成を示す。図９Ｃは、この図の想像線に示されるように、第１の貴金属電極２４を下方に折り曲げることなどによって、溶接に続いてそれを配向することが任意で望ましいことがあり得ることも示す。一旦絶縁体アセンブリ８０および金属ハウジングアセンブリ９０がここに示されるように組立てられると、第１の貴金属接地電極２４と中心電極４０との間の最終的なスパークギャップ距離を調節することも望ましいことがあり得る。第２の貴金属接地電極２６は、第１の接地電極２４に対して説明されたのと同じ方法を使用するが、それが、図２および図４に示されるように第１の貴金属電極２４の第１の予め定められた配向とは必然的に異なる金属ハウジング１４の環状の端部２２に対する第２の予め定められた配向で位置付けられていることが異なる。第１の貴金属接地電極２４および第２の金属接地電極は、図２および図４に示されるように、一般に対向しかつオフセットされた構成で配向されることが好ましい。しかしながら、これら電極が一般に垂直な構成で配向され、かつ点火先端５０の隣接する第１の側面６２および第２の側面６４と第１のスパークギャップ７４および第２のスパークギャップ７６を形成する他の構成も可能であり得ると考えられる。第１および第２の貴金属電極２４、２６は、その構成がスパークプラグ１２の動作中にスパークギャップ７４、７６でのスパークの生成に干渉しない限り、どのような所望の構成で配置されてもよい。
【００２７】
この発明は、以下の例を参照するとさらによく理解され得る。標準的な工業用スパークプラグ寸法の金属ハウジング前駆体は低炭素鋼（ＡＩＳＩ  １０１８）から製造された。２つの同一の貴金属合金接地電極２４、２６は、重量で、２．０％のＲｈ、０．３％のＷ、０．０２％のＺｒおよび残部のＩｒおよび不純物からなるイリジウム合金から形成された。電極２４、２６は各々正方形の断面形状を有し、側面で０．０３０インチであり、０．２４４インチの長さを有した。電極は金属ハウジングアセンブリを形成するように金属ハウジング前駆体の環状の下方表面２２に抵抗溶接された。
【００２８】
中心電極４０はＮｉ合金外殻およびＣｕ合金コアで形成された一般に円筒形のベースを備えるように形成された。Ｎｉ合金は、重量で、１．６５％のＣｒ、０．３５％のＳｉ、１．８０％のＭｎ、０．２０％のＴｉ、０．１０％のＺｒおよび残部のＮｉならびに不純物からなっていた。Ｃｕ合金は不純物を除いて純粋なＣｕからなっていた。ベースは０．１３０インチの直径を有し、０．０５１インチの直径および０．１００インチの深さを有する端面に形成された軸方向の円筒形の穴を有していた。接着電極と同じＩｒ合金で形成され、かつ正方形の断面形状を有し、側面で０．０４０インチであり、０．１８５インチの長さを有する貴金属点火先端が軸方向の穴に挿入された。点火先端は、次に、冶金接合６０を形成するようにベースの端面と点火先端との界面の周囲でレーザ溶接された。構成要素を洗浄および脱脂するための既知の手順が溶接の前に適用された。点火先端とベースの端部との対角線を通る断面の光学顕微鏡写真が図１１として示される。点火先端の側面の中間点をほぼ通る断面の光学顕微鏡写真が図１２として示される。理解され得るように、正方形の断面の点火先端が円筒形の軸方向の穴に挿入されても、熱に影響されたゾーン１０４でのこれら構成要素の局所化されたリフローは、その周囲で点火先端を濡らすこと、および点火先端の周囲で、溶接の形で連続的な冶金接合の形成を確実にするのに十分である。接合された点火先端を備えた中心電極は絶縁体アセンブリを形成するように絶縁体へと組立てられた。中心電極およびＩｒ合金点火先端を備えた絶縁体アセンブリ、ならびにＩｒ合金接地電極２４、２６を備えた金属ハウジングアセンブリは、上述のように互いに対して固定された。Ｉｒの細いワイヤの接地電極１０８およびＩｒの細いワイヤの点火先端１１０を有する結果的なスパークプラグ１０６が写真で図１０として示される。
【００２９】
この発明の多くの修正および変形が上述の教示に照らして可能であることが明らかである。したがって、特許請求の範囲内で、この発明は具体的に説明された以外の態様で実現され得ることを理解されたい。この発明は特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の点火装置の正面図である。
【図２】図１の点火装置の底面図である。
【図３】線３−３に沿った図２の点火装置の断面図である。
【図４】図２の領域４の拡大図である。
【図５】線５−５に沿った図４の点火装置の部分断面図である。
【図６】線６−６に沿った図４の点火装置の部分断面図である。
【図７】絶縁体および中心電極ならびに金属ハウジングおよび接地電極のアセンブリを示す絶縁体および金属ハウジングの部分断面図である。
【図８Ａ】中心電極の点火先端を組立てる方法の一実施例を示す部分断面図である。
【図８Ｂ】中心電極の点火先端を組立てる方法の一実施例を示す部分断面図である。
【図８Ｃ】中心電極の点火先端を組立てる方法の一実施例を示す部分断面図である。
【図８Ｄ】中心電極の点火先端を組立てる方法の一実施例を示す部分断面図である。
【図９Ａ】接地電極を組立てる方法の一実施例を示す部分断面図である。
【図９Ｂ】接地電極を組立てる方法の一実施例を示す部分断面図である。
【図９Ｃ】接地電極を組立てる方法の一実施例を示す部分断面図である。
【図１０】この発明の点火装置の貴金属点火先端および貴金属接地電極の一実施例の写真である。
【図１１】この発明の点火装置の貴金属中心電極の断面の光学顕微鏡写真である。
【図１２】この発明の点火装置の貴金属中心電極の断面の光学顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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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18年8月17日(2006.8.17)
【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】
内燃エンジンのための点火装置であって、
金属ハウジングと、
前記金属ハウジング内に固定され、かつ前記ハウジングの開口部に露出された電極端部を有する絶縁体と、
前記絶縁体に装着された電極ベースを有し、かつ前記電極端部を通って前記絶縁体から延在する中心電極とを備え、ベース部分は、前記絶縁体の電極端部の近傍の端部の軸方向の穴、および部分的に前記軸方向の穴内にあり、矩形の断面を備え、かつ第１の側面および第２の側面を有する貴金属点火先端、ならびに前記点火先端と前記ベースとの間に冶金接合を有し、前記第１の側面および前記第２の側面は前記ベースの端部から軸方向に離れるように延在し、前記点火装置はさらに、
前記金属ハウジングへの冶金接合を第１のハウジング端部に有し、矩形の断面を備え、かつ第１のスパークギャップが間に存在するように第１の側面および第２の側面のうちの一方に隣接する第１の点火端面を有する第１の点火端部へと延在する第１の貴金属接地電極と、
前記金属ハウジングへの冶金接合を第２のハウジング端部に有し、矩形の断面を備え、かつ第２のスパークギャップが間に存在するように第１の側面および第２の側面のうちの他方に隣接する第２の点火端面を有する第２の点火端部へと延在する第２の貴金属接地電極とを備える、点火装置。
【請求項２】
前記金属ハウジングはスチールから作られる、請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記点火先端、第１の接地電極および第２の接地電極の貴金属は、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１に記載の点火装置。
【請求項４】
前記貴金属は合金添加としてタングステン、イットリウム、ランタン、ルテニウムおよびジルコニウムからなる群からの金属も備える、請求項３に記載の点火装置。
【請求項５】
前記第１の貴金属接地電極および前記第２の貴金属接地電極のうちの少なくとも１つの矩形の断面は正方形の断面である、請求項１に記載の点火装置。
【請求項６】
前記第１の貴金属接地電極および第２の貴金属接地電極の両方の矩形の断面は正方形の断面である、請求項１に記載の点火装置。
【請求項７】
前記中心電極の貴金属点火先端の矩形の断面は正方形の断面である、請求項１に記載の点火装置。
【請求項８】
前記中心電極の前記ベースは、前記ベースの端部の近傍で少なくとも部分的にＣｕ合金コアを包囲するＮｉ合金外殻を備え、前記軸方向の穴は前記Ｎｉ合金外殻内に形成される、請求項１に記載の点火装置。
【請求項９】
前記中心電極の前記ベースは、前記ベースの端部の近傍で少なくとも部分的にＣｕ合金コアを包囲するＮｉ合金外殻を備え、前記軸方向の穴は、前記貴金属点火先端が前記Ｃｕ合金コアと接触するように前記Ｎｉ合金外殻を通って前記Ｃｕ合金コアへと延在する、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１０】
前記金属ハウジングおよび前記第１の貴金属接地電極ならびに前記第２の貴金属接地電極の間の冶金接合は抵抗溶接を備える、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１１】
前記第１の点火端面は前記第１の側面および前記第２の側面のうちの一方に実質的に平行であり、前記第２の点火端面は前記第１の側面および前記第２の側面の他方に実質的に平行である、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１２】
前記絶縁体は前記金属ハウジングの終端開口部から軸方向に延在する終端を有し、前記絶縁体の前記終端から前記金属ハウジングの前記終端開口部への距離は１インチより大きい、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１３】
内燃エンジンのための点火装置であって、
電極接合面を有するスチールハウジングと、
前記金属ハウジング内に固定され、かつ前記ハウジングの開口部に露出された電極端部を有する絶縁体と、
前記絶縁体に装着された電極ベースを有し、かつ前記電極端部を通って前記絶縁体から延在する中心電極とを備え、ベース部分は、前記絶縁体の電極端部の近傍の端部の軸方向の穴、および部分的に前記軸方向の穴内にあり、矩形の断面を備え、かつ第１の側面および第２の側面を有する貴金属点火先端、ならびに前記点火先端と前記ベースとの間に冶金接合を有し、前記第１の側面および前記第２の側面は前記ベースの端部から軸方向に離れるように延在し、前記点火装置はさらに、
前記電極接合面への冶金接合を第１のハウジング端部に有し、矩形の断面を備え、かつかつ第１のスパークギャップが間に存在するように第１の側面および第２の側面のうちの一方に隣接する第１の点火端面を有する第１の点火端部へと延在する第１のＩｒ合金接地電極と、
前記電極接合面への冶金接合を第２のハウジング端部に有し、矩形の断面を備え、かつかつ第２のスパークギャップが間に存在するように第１の側面および第２の側面のうちの他方に隣接する第２の点火端面を有する第２の点火端部へと延在する第２のＩｒ合金接地電極とを備える、点火装置。
【請求項１４】
前記Ｉｒ合金は各々、タングステン、イットリウム、ランタン、ルテニウムおよびジル
コニウムからなる群からの合金成分を備える、請求項１３に記載の点火装置。
【請求項１５】
前記第１の貴金属接地電極および前記第２の貴金属接地電極のうちの少なくとも１つの矩形の断面は正方形の断面である、請求項１３に記載の点火装置。
【請求項１６】
前記第１の貴金属接地電極および前記第２の貴金属接地電極の両方の矩形の断面は正方形の断面である、請求項１３に記載の点火装置。
【請求項１７】
前記中心電極の前記貴金属点火先端の矩形の断面は正方形の断面である、請求項１３に記載の点火装置。
【請求項１８】
前記中心電極の前記ベースは前記ベースの端部の近傍でＣｕ合金コアを少なくとも部分的に包囲するＮｉ合金外殻を備え、前記軸方向の穴は前記Ｎｉ合金外殻内に形成される、請求項１３に記載の点火装置。
【請求項１９】
前記中心電極の前記ベースは前記ベースの端部の近傍でＣｕ合金コアを少なくとも部分的に包囲するＮｉ合金外殻を備え、前記軸方向の穴は、前記貴金属点火先端が前記Ｃｕ合金コアと接触するように前記Ｎｉ合金外殻を通って前記Ｃｕ合金コアへと延在する、請求項１３に記載の点火装置。
【請求項２０】
前記金属ハウジングおよび前記第１の貴金属接地電極ならびに前記第２の貴金属接地電極の間の冶金接合は抵抗溶接を備える、請求項１３に記載の点火装置。
【請求項２１】
前記Ｉｒ合金は各々、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀およびオスミウムからなる群からの合金成分を備える、請求項１３に記載の点火装置。
【請求項２２】
前記Ｉｒ合金は各々、白金、パラジウム、ロジウム、金、銀およびオスミウムからなる群からの合金成分を備える、請求項１４に記載の点火装置。
【請求項２３】
前記第１の点火端面は前記第１の側面および前記第２の側面のうちの一方に実質的に平行であり、前記第２の点火端面は前記第１の側面および前記第２の側面のうちの他方に実質的に平行である、請求項１３に記載の点火装置。
【請求項２４】
前記絶縁体は前記スチールハウジングの終端開口部から軸方向に延在する終端を有し、前記絶縁体の前記終端から前記スチールハウジングの前記終端開口部への距離は１インチより大きい、請求項１３に記載の点火装置。
【請求項２５】
内燃エンジンのための点火装置であって、
環状の端部を有する金属ハウジングと、
前記金属ハウジング内に固定され、かつ前記ハウジングの開口部に露出された電極端部を有する絶縁体と、
前記絶縁体に装着された電極ベースを有し、かつ前記電極端部を通って前記絶縁体から延在する中心電極とを備え、前記電極ベースは、前記絶縁体の電極端部の近傍の端部の軸方向の穴、および部分的に前記軸方向の穴内にあり、矩形の断面を備え、かつ第１の側面および第２の側面を有する貴金属点火先端、ならびに前記点火先端と前記ベースとの間に冶金接合を有し、前記第１の側面および前記第２の側面は前記ベースの端部から軸方向に離れるように延在し、前記点火装置はさらに、
前記金属ハウジングの前記環状の端部への冶金接合を第１のハウジング端部に有し、矩形の断面を備え、かつ第１のスパークギャップが間に存在するように第１の側面および第２の側面のうちの一方に隣接する第１の点火端面を有する第１の点火端部へと延在する第
１の貴金属接地電極と、
前記金属ハウジングの前記環状の端部への冶金接合を第２のハウジング端部に有し、矩形の断面を備え、かつ第２のスパークギャップが間に存在するように第１の側面および第２の側面のうちの他方に隣接する第２の点火端面を有する第２の点火端部へと延在する第２の貴金属接地電極とを備える、点火装置。
【国際調査報告】
2008517427.tif 000020