(57)【要約】  スパークプラグ、中心電極、および製造方法が提供される。スパークプラグは略環状のセラミック絶縁体と、セラミック絶縁体の少なくともある部分を取り囲む導電性シェルとを有する。接地電極はシェルに動作可能に取り付けられる。接地電極は接地電極点火表面を有する。中心電極は中心電極点火表面を有する細長い本体を有する。中心電極点火表面および接地電極点火表面によって点火ギャップが設けられる。中心電極本体は少なくとも１つのセラミック材料を含む複合材料から構成される。
2012501523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火装置のための中心電極であって、前記中心電極は、
幅と、長手方向軸に沿って延在する長さとを有する細長い本体を含み、前記本体は少なくとも１つのセラミック材料を含む複合材料から構成される、中心電極。
【請求項２】
前記複合材料は、２つの異なるセラミック材料の複合物である、請求項１に記載の中心電極。
【請求項３】
前記本体は、前記長手方向軸と略垂直に延在する自身の幅にわたって、前記異なるセラミック材料の均一でない濃度を有する、請求項２に記載の中心電極。
【請求項４】
前記本体は、周辺外側部と、前記周辺外側部に取り囲まれる内側コア部とを有し、前記周辺外側部はより濃度が高い１つのセラミック材料から構成され、前記コア部はより濃度が高い他のセラミック材料から構成され、前記１つのセラミック材料は前記他のセラミック材料よりも導電性が低い、請求項３に記載の中心電極。
【請求項５】
前記１つのセラミック材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、窒化珪素、および酸窒化珪素アルミニウムからなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項４に記載の中心電極。
【請求項６】
前記他のセラミック材料は、窒化チタン、二珪化モリブデン、および二ホウ化チタンからなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項５に記載の中心電極。
【請求項７】
前記複合材料は金属材料を含む、請求項１に記載の中心電極。
【請求項８】
前記本体は、複合周辺外側部と、前記複合周辺外側部に取り囲まれる複合内側コア部とを有し、前記複合周辺外側部はより濃度の高い前記少なくとも１つのセラミック材料から構成され、前記コア部はより濃度の高い前記金属材料から構成される、請求項７に記載の中心電極。
【請求項９】
前記少なくとも１つのセラミック材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、窒化珪素、および酸窒化珪素アルミニウムからなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項８に記載の中心電極。
【請求項１０】
前記金属材料は、プラチナ、イリジウム、ニッケル、およびニッケル合金からなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項９に記載の中心電極。
【請求項１１】
略環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ある部分を取り囲む導電性のシェルと、
前記シェルに動作可能に取り付けられる接地電極とを含み、前記接地電極は接地電極点火表面を有し、さらに
中心電極点火表面を有する細長い本体を有する中心電極を含み、前記中心電極点火表面および前記接地電極点火表面によって点火ギャップが設けられ、前記本体は少なくとも１つのセラミック材料を含む複合材料から構成される、スパークプラグ。
【請求項１２】
前記複合材料は２つの異なるセラミック材料の複合物である、請求項１１に記載のスパークプラグ。
【請求項１３】
前記本体は、前記長手方向軸に略垂直に延在する面にわたって、前記異なるセラミック材料の均一でない濃度を有する、請求項１２に記載のスパークプラグ。
【請求項１４】
前記本体は周辺外側部と前記周辺外側部に取り囲まれる内側コア部とを有し、前記周辺外側部はより濃度の高い１つのセラミック材料から構成され、前記コア部はより濃度の高い他のセラミック材料から構成され、前記１つのセラミック材料は前記他のセラミック材料よりも導電性が低い、請求項１３に記載のスパークプラグ。
【請求項１５】
前記１つのセラミック材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、窒化珪素、および酸窒化珪素アルミニウムからなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項１４に記載のスパークプラグ。
【請求項１６】
前記他のセラミック材料は、窒化チタン、二珪化モリブデン、および二ホウ化チタンからなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項１５に記載のスパークプラグ。
【請求項１７】
前記複合材料は金属材料を含む、請求項１１に記載のスパークプラグ。
【請求項１８】
前記本体は、複合周辺外側部と、前記複合周辺外側部に取り囲まれる複合内側コア部とを有し、前記複合周辺外側部はより濃度の高い前記少なくとも１つのセラミック材料から構成され、前記コア部はより濃度の高い前記金属材料から構成される、請求項１７に記載のスパークプラグ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのセラミック材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、窒化珪素、および酸窒化珪素アルミニウムからなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項１８に記載のスパークプラグ。
【請求項２０】
前記金属材料は、プラチナ、イリジウム、ニッケル、およびニッケル合金からなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項１９に記載のスパークプラグ。
【請求項２１】
前記本体は前記複合材料のモノリシック体である、請求項１１に記載のスパークプラグ。
【請求項２２】
スパークプラグを製造する方法であって、
略環状のセラミック絶縁体を形成するようセラミック材料を形成するステップと、
セラミック絶縁体の少なくともある部分を取り囲むよう構成される導電性シェルを形成するステップと、
シェルに動作可能に取り付けられる接地電極を設けるステップと、
少なくとも１つのセラミック材料を含む複合材料から中心電極を形成するステップと、
絶縁体と中心電極とをシェルの中に配置するステップとを含む、方法。
【請求項２３】
絶縁体と中心電極とをシェルの中に配置するステップの前に、絶縁体と中心電極とを一緒に焼結するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
周辺外側部および内側コア部を有する中心電極を形成するステップと、より濃度の高い１つのセラミック材料から周辺外側部を形成し、該１つのセラミック材料とは異なるより濃度の高い他のセラミック材料からコア部を形成するステップとをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
複合周辺外側部と複合内側コア部とを有する中心電極を形成するステップをさらに含み、複合周辺外側部は少なくとも１つのセラミック材料を含み、コア部は少なくとも１つの金属材料を含む、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
この発明は一般的には内燃機関のための点火装置に関し、より詳細には、
内燃機関のための電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術
スパークプラグは、内燃機関の燃焼室の中へと延在するとともに、空気と燃料との混合物に点火するよう火花を作り出す火花点火装置である。スパークプラグは典型的には、スパークプラグの他の構成要素とは別個に作製および焼成される外側セラミック絶縁体と、部分的に絶縁体を通って点火先端部へと延在する中心電極と、外側金属シェルから延在する接地電極とを有する。当該絶縁体において、別個の抵抗器構成要素が通常、電極の点火端部とは反対の電極の端部と結合される。抵抗器は、無線周波数（ＲＦ）電磁放射を抑制するよう作用する。無線周波数（ＲＦ）電磁放射は、放置されたままであると、他の電気信号の送信に影響を与え得る。これには無線信号との干渉が含まれる。典型的には抵抗器が、間隔があいた中心電極点火端部と接地電極点火端部との間の点火ギャップの近くに配置されているほどよい。なぜならば、ここで火花が作り出されるので、ここがＲＦ電磁放射の生成の主要な位置となるからである。
【０００３】
エンジン技術の最近の進歩により、エンジン効率および性能の向上を達成するようエンジンの運転温度がより高くなっている。これらのより高い運転温度は、スパークプラグの耐用年数を減少させることによってスパークプラグに対して悪影響を与える。詳細には、高温により、スパークプラグ電極が自身の材料性能の限界に達する。その限界を超えてしまう場合もある。これにより、電極が故障する。現在、スパークプラグの電極材料として、ＵＮＳ  Ｎ０６６００の下で特定されるニッケルクロム鉄合金を含むＮｉ系合金が広く使用されている。その例としては、Ｉｎｃｏｎｅｌ６００（登録商標）、Ｎｉｃｒｏｆｅｒ７６１５（登録商標）、およびＦｅｒｒｏｃｈｒｏｎｉｎ６００（登録商標）といった商品名で販売されるものがある。これらの電極は典型的には、約３０，０００マイルの使用まで寿命が続くと予測され、その後は通常交換される必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知のように、Ｎｉ系ニッケルクロム鉄合金の高温酸化に対する抵抗は、運転温度が上昇するにつれて減少する。燃焼環境は、非常に酸化を引き起こすような環境なので、高温酸化および硫化によって引き起こされる変形および破砕を含む腐食摩耗が発生し得、特に最も高い運転温度で悪化する。運転温度の上限（たとえば１４００°Ｆ以上）では、引張強度、クリープ破断強度および疲労強度が著しく減少するのが観察され、これにより電極が変形し、割れ、破砕し得る。電極の設計、特定の運転条件、およびその他の要因に依って、これらの高温現象が個々で、およびこれらの高温現象が一緒になって、スパークプラグの間隔の望ましくない成長に寄与し得る。これにより、点火を起こすのに必要とされる電圧が増加し、点火装置および関連するエンジンの性能が減少する。極端な場合には、これらの高温現象による電極の変形および破砕によって、電極、点火装置、および関連するエンジンが故障し得る。
【０００５】
高性能エンジンにおける温度上昇にさらされることによる電極の故障に対処する公知の試みには、プラチナまたはイリジウムといった貴金属から電極を製造することを含むものがある。これらの電極の使用寿命によって電極の耐用年数が一般的に約８０，０００〜１００，０００マイルまで増加し得るが、それでもこれらの電極は車両の寿命が来るまでに交換される必要がある。さらに、これらの電極は製造するのに非常にコストがかかり得る。
【０００６】
したがって、高温エンジン環境において耐用年数が増加した電極を有し、高温酸化、硫化、ならびに関連する腐食性および浸食性の磨耗メカニズムに対する抵抗を有し、ＲＦ電磁放射を抑制し、十分な高温引張強度、クリープ破断強度、および疲労強度を有し、現在および未来の高温／高性能火花点火装置における使用のために十分に割れおよび破砕に対抗し、製造において経済的であるスパークプラグの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
火花点火装置のための中心電極は、幅と、長手方向軸に沿って延在する長さとを有する細長い本体を有する中心電極を含む。本体は、少なくとも１つのセラミック材料を含む複合材料から構成される。
【０００８】
この発明の別の局面に従えば、スパークプラグが提供される。スパークプラグは、略環状のセラミック絶縁体と、セラミック絶縁体の少なくともある部分を取り囲む導電性シェルとを有する。接地電極は、シェルに動作可能に取り付けられる。接地電極は接地電極点火表面を有する。中心電極は、中心電極点火表面へと長手方向軸に沿って延在する細長い本体を有する。中心電極点火表面および接地電極点火表面によって点火ギャップが設けられる。中心電極本体は、少なくとも１つのセラミック材料を含む複合材料から構成される。
【０００９】
この発明のさらに別の局面に従えば、スパークプラグの製造方法が提供される。この方法は、略環状のセラミック絶縁体を形成するようセラミック材料を形成するステップと、セラミック絶縁体の少なくともある部分を取り囲むよう構成される導電性シェルを形成するステップと、シェルに動作可能に取り付けられる接地電極を設けるステップと、少なくとも１つのセラミック材料を含む複合材料から中心電極を形成するステップと、絶縁体と中心電極とをシェル内に配置するステップとを含む。
【００１０】
本発明に従って構成される複合セラミック電極および点火プラグのこれらおよびその他の局面、特徴、および利点は、以下の現在の好ましい実施例および最良の形態の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面に関連して考慮すると、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の１つの現在の好ましい局面に従って構成されるスパークプラグの断面図である。
【図２】この発明の１つの現在の好ましい局面に従って構成される電極の拡大側面図である。
【図２Ａ】図２の電極の断面図である。
【図３Ａ】電極の一部分の微細構造を示す図である。
【図３Ｂ】電極の別の部分の微細構造を示す図である。
【図４】この発明の別の現在の好ましい局面に従って構成されるスパークプラグの断面図である。
【図５】この発明のさらに別の現在の好ましい局面に従って構成されるスパークプラグの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
現在の好ましい実施例の詳細な説明
図面をより詳細に参照して、図１は、以下スパークプラグと称する火花点火装置を示す。スパークプラグは、概して１０で示され、内燃機関（図示せず）内で燃料／空気の混合物に点火するために用いられる。スパークプラグ１０は、この発明に従うと、複合セラミック／セラミック材料、または複合セラミック／金属材料から形成される中心電極１２を有する。中心電極１２に用いられる材料は、スパークプラグ１０が直面するもっとも過酷な温度、圧力、化学的腐食、物理的浸食状態に耐えることが可能である。これらの状態には、酸化、硫化、ならびに燃焼生成物におけるカルシウムおよびリンに起因する他の高温腐食プロセスを通常促進する燃焼プロセスに関連する多くの高温化学反応種にさらされることと、電極１２の火花表面の浸食を促進する火花核および炎の先端部に関連するプラズマの反応とが含まれる。中心電極１２は周期的な熱機械的ストレスを実質的に回避する。熱機械的ストレスは、回避されなかった場合、コモンメタル合金の電極材料と、スパークプラグ１０の関連する構成要素との熱膨脹係数の不整合に典型的に関連する。当該関連する構成要素は、たとえば絶縁体１４である。この場合は、絶縁体１４もセラミック材料から構成される。これにより、電極１２は、電極の故障に通常つながる高温クリープ変形、割れ、および破砕現象を回避する。さらに、中心電極１２は上記の状態に耐えるまたは上記の状態を回避することができるので、中心電極１２と接地電極１８との間の事前に設定された点火ギャップ１６は車両の寿命にわたって実質的に維持される。したがって、点火ギャップ１６にわたって生成される火花の形成、位置、形状、持続時間、およびその他の特性をスパークプラグ１０の耐用年数にわたって最適化することができる。そのため、燃料／空気の混合物の燃焼特性、およびスパークプラグ１０が組み込まれるエンジンの性能特性を最適化することができる。
【００１３】
スパークプラグ１０は略環状のセラミック絶縁体１４を含む。絶縁体１４は、酸化アルミニウム、または特定の誘電強度と、高い機械的強度と、高い熱伝導性と、熱衝撃に対する良好な抵抗とを有する他の好適な電気絶縁材料を含んでもよい。絶縁体１４は、未焼成の状態でセラミック粉末からプレス成形され、次いで当該セラミック粉末を緻密化および焼結するのに十分な高温で焼結される。絶縁体１４は、１９で概して示され、小さい下側肩部２１および大きい上側肩部２３を有する下部と、上側肩部２３から上方向に延在する部分的に露出する上マスト部２０とを含み得る外面を有する。上マスト部２０をゴムまたは他の絶縁スパークプラグブーツ（図示せず）が取り囲み、把持して点火ワイヤおよびシステム（図示せず）との電気接続を電気的に絶縁する。当該露出するマスト部２０はリブ２２または他の表面グレージングもしくは機構の連なりを含んでもよい。これにより、火花または２次電圧フラッシュオーバに対してさらなる保護が与えられ、かつスパークプラグブーツに対するマスト部２０の把持作用を向上させる。絶縁体１４は略管状または環状の構造を有し、上部端子端部２６と下部コアノーズ端部２８との間を長手方向に延在する中心通路２４を含む。図１の実施例について、中心通路２４は、端子端部２６またはその近傍で略最大であり、コアノーズ端部２８またはその近傍で最小である変動する断面領域を有し、それらの間に遷移肩部２７を有する。しかしながら、この発明に従えば、他の通路構成も可能であり、考えられる。
【００１４】
スパークプラグは導電性金属シェル３０を含む。金属シェル３０は、さまざまなコーティングされた鋼合金およびコーティングされていない鋼合金を含む任意の好適な金属から形成され得る。シェル３０は、絶縁体１４の下部１９の外面との係合部を取り囲み、当該係合部を封止するようにされる略環状の内面３２と、シェル３０に取り付けられ、接地電位に維持される接地電極１８とを有する。接地電極１８は通常用いられる単一のＬ字形状の態様で示されるが、直線状、湾曲形状、環状、トロコイド状、および他の構成の複数の接地電極が、スパークプラグ１０の意図する用途に依って代用され得る。これには、２つ、３つ、および４つの接地電極の構成と、特定の火花表面形状を達成するよう用いられる環状リングおよびその他の構造によって電極同士が連結される構成とが含まれる。接地電極１８は、１つ以上の接地電極発火表面または点火表面３４を、点火端部３６上に有する。点火端部３６は、接地電極１８と中心電極１２との間に位置する点火ギャップ１６に近接し、かつ部分的に境界を接する。さらに、中心電極１２は、点火端部３９上に関連する中心電極点火表面３８を有する。点火ギャップ１６は、電極の相対方位ならびにそれらのそれぞれの点火端部および表面に依って、端部ギャップ、サイドギャップもしくは表面ギャップ、またはそれらの組み合わせを構成してもよい。接地電極点火表面３４および中心電極点火表面３８の各々は任意の好適な横断面形状を有してもよい。当該横断面形状は、平面形状、円弧形状、テーパ形状、尖った形状、ファセット形状、円形状、長方形状、正方形状、およびその他の形状を含む。これらの点火表面の形状は異なってもよい。中心電極１２は、円形、正方形、長方形、またはその他の形状もしくはサイズを含む任意の好適な断面サイズまたは形状を有してもよい。さらに、点火端部３６は任意の好適な形状を有してもよい。点火端部３６は、断面サイズが低減されてもよく、中心電極の他の部分とは異なる断面形状を有してもよい。
【００１５】
シェル３０は、自身の本体部分において略管状または環状であり、絶縁体１４の嵌合される小さな下側肩部２１に対する押圧接触に耐えるよう構成される内側下部圧縮フランジ４０と、組立作業の間、中間充填材料４４を介して絶縁体１４の大きな上側肩部２３にのしかかるよう圧着または形成される上側圧縮フランジ４２とを含む。シェル３０はさらに環状の変形可能領域４６を含んでもよい。変形可能領域４６は、上側圧縮フランジ４２の変形の間またはその後の変形可能領域４６の加熱、および軸方向の圧倒的な圧縮力の適用に応答して軸方向および半径方向外側に潰れるよう設計および構成される。これにより、シェル３０を絶縁体１４に対して軸方向の固定位置に保持するとともに、絶縁体１４とシェル３０との間に気密性半径方向封止部を形成する。ガスケット、セメント、または他の充填もしくは封止用化合物が絶縁体１４とシェル３０との間に介在し得、これにより気密性封止部を完成させ、組み立てられたスパークプラグ１０の構造的な完全性を向上させる。
【００１６】
シェル３０には、燃焼室の開口部におけるスパークプラグの取外しおよび設置のための外部工具受入六角形部４８または他の機構が設けられてもよい。当該機構のサイズは、関連する用途のために、この六角形タイプの業界標準の工具サイズに適合するのが好ましいであろう。もちろん、用途によっては、六角形以外の工具受入界面が必要になる場合もある。六角形以外の工具受入界面には、スパナレンチを受け入れるスロット、または公知のレーシングスパークプラグおよび他の適用例において公知であるような他の機構がある。封止座部５２の真下では、ねじ山区域５０がシェル３０の下部上に形成される。封止座部５２は、スパークプラグ１０を据える好適な界面を提供するようガスケット５４と対にされ得るとともに、シェル３０の外面と燃焼室の開口部におけるねじ山穴部との間の空間の高温ガス封止部を提供する。代替的には、封止座部５２は、シェル３０の下部に沿って配置された、テーパが設けられた座部として構成されてもよい。これにより、寸法公差が精密になり、この形態のスパークプラグの座部のための嵌合テーパ部を有するよう設計されたシリンダヘッドにおいて自己封止して設置される。
【００１７】
絶縁体１４の中心通路２４には、導電性端子スタッド５６が部分的に配置され、露出した上柱部５８から中心通路２４の下に部分的に埋め込まれた底部端部６０まで長手方向に延在する。上柱部５８は、本願明細書で記載されるように電気絶縁ブーツに典型的に受け入れられる点火ワイヤ（図示せず）への接続のために構成され、点火ギャップ１６に亘って火花を生成することにより、スパークプラグ１０を点火するのに必要とされる高電圧電気の所定時間の放電を受ける。
【００１８】
端子スタッド５６の底部端部６０は導電ガラス封止部６２の中に埋め込まれる。導電ガラス封止部６２は、端子スタッド５６の底部端部６０および中心通路２４を燃焼ガス漏れから封止するとともに、端子スタッド５６と中心電極１２との間に電気接続を確立するよう機能する。多くの他の構成のガラスおよび他の封止部が周知であり、この発明に従って用いられてもよい。さらに、必ずしも考えられることではないが、中心電極１２の構造の代わりに、公知のように、電磁干渉（electromagnetic interference；ＥＭＩ）を低減することが知られている任意の好適な複合材料から作られる抵抗層（図示せず）が、端子スタッド５６の底部端部６０と中心電極１２の上端部またはヘッド６４との間に配置され得る。したがって、点火システムからの電荷は端子スタッド５６の底部端部６０と、ガラス封止部６２と、中心電極１２とを通って移動する。
【００１９】
中心電極１２は、絶縁体１４の中心通路２４に部分的に配置され、細長い本体６３を有する。本体６３は、長手方向軸６６に沿って、自身の半径方向における外側方向に張り出す大きなヘッド６４から自身の点火端部３８に延在する。ヘッド６４はガラス封止部６２の中に入れられる。点火端部３８は、接地電極１８の点火表面３４に近接しているが間隔を空けて絶縁体１４のノーズ端部２８から外方向に突出する。中心電極１２の本体６３は、堅固で一体なモノリシック導電性または半導電性複合材料セラミック構造体として形成される。当該セラミック構造体は、自身のヘッド６４と点火端部３８との間を連続的に、分断されることなく延在する。複合セラミック構造は、少なくとも２つの異なる複合材料を有するよう製造されてもよく、特定のスパークプラグの用途において求められる特定の属性に依存して、セラミック−セラミック複合物、またはセラミック−金属（サーメット；ＣＥＲＭＥＴ）複合物のいずれかであり得る。セラミック−セラミック複合物として構成される場合、１つの例示的な複合構造例は窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）と二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ２）との複合物を含む。図２Ａに概略的に示されるように、複合物の濃度は、軸６６に略垂直な断面において本体の幅に亘って変動する。したがって本体６３では、軸６６に略垂直な断面に沿って見ると、異なるセラミック材料の濃度が非均一になっている。幅方向の複合物の違いによって、電極１２には、周辺外側部６８と、電極の長さに沿って外側部６８に取り囲まれて包まれる導電性内側コア部７０とが設けられる。なお、導電性内側コア部７０との直接的な通電、および導電性内側コア部７０を介する通電を可能にするよう、電極１２の長さに沿って外側部６８に包まれるコア部７０の対向する両端部は露出している。
【００２０】
１つの例示的な実施例では、約２８パーセントのＭｏＳｉ２および約７２パーセントのＳｉ３Ｎ４（顕微鏡視したものが図３Ａに示される）を有する外側部６８の複合物が設けられ得るとともに、約４３パーセントのＭｏＳｉ２および約５７パーセントのＳｉ３Ｎ４（顕微鏡視したものが図３Ｂに示される）を有するコア部７０の複合材料が設けられ得るが、これらに限定されない。したがって、コア７０は電極１２の全長に沿って延在する導電性内部領域を与えるとともに、外側部６８は電極１２の全長に沿って延在する絶縁領域を与える。なお、上述した複合材料は例示であり、他の材料が用いられ得る。たとえば、当該絶縁セラミック複合材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、または酸窒化珪素アルミニウムとして与えられ得る一方、導電性セラミック材料は、窒化チタン、二ホウ化チタンとして設けられ得る。そうでなければ、電極１２がセラミック−金属（サーメット；ＣＥＲＭＥＴ）複合物として設けられる場合、当該導電性複合材料はたとえば、プラチナ、イリジウム、ニッケルまたはニッケルの合金といった金属として与えられ得る。上述したように、絶縁および導電性セラミック複合材料の各々のパーセント濃度は、電極１２に求められる性能要件に依存して、電極１２の幅方向および／または電極１２の長さに沿って変動し得る。したがって、電極１２の抵抗のレベルは、ＲＦノイズを抑制するよう、電極に沿った任意の位置に変動および正確に定めることが可能であり、外側部６８およびコア部７０の絶縁性および導電性は所望のように与えられ得る。電極１２の抵抗の位置を変動させることができることによって、増加した抵抗を点火ギャップ１６の近傍により近く位置決めすることが可能になり、これによりＲＦノイズを抑制する能力を最適化する。
【００２１】
中心電極１２は図１において、張出上端部またはヘッド６４によりヘッドが設けられたピン構成を有するよう示されるが、この発明はさらにヘッドを電極の反対の端部に（すなわち、点火端部３６に隣接して）有するヘッド構成のすべての態様を含む。さらに、図４では、限定目的ではなく例示目的で、１００番台の参照番号を用いて、上述したのと同様の機構が特定される。スパークプラグ１１０の電極１１２は直線円筒状構成として構成され得、これにより押出加工プロセスにおいて形成されるのに好適となるともに、絶縁体１１４とともに同時焼成（co-fired）または焼結されて、７２で概して示される焼結されたままの状態の接合部を介して電極１１２を絶縁体セラミック材料に恒久的に接合するのに好適となる。したがって、絶縁体１１４および電極１１２は製造において経済的な一体のサブアセンブリとして構成され得る。さらに、図５では、２００番台の参照番号を用いて、上述したのと同様の機構が特定される。スパークプラグ２１０の電極２１２は、スパークプラグの絶縁体２１４内の中心通路２２４の全長を通って延在するのに十分な長さに亘って延在する一定または実質的に一定の直径を有する外面を有する直線円筒状構成として構成される。したがって、絶縁体２１４の中心通路２２４は、一定または実質的に一定の直径の円筒状貫通通路として形成され得、電極２１２が近接して、かつ押しつけられて受入れられるようサイズ決めされ得る。電極２１２の対向する上部端部および点火端部２６４、２３９は、絶縁体２１４の対向する端子およびノーズ端部２２６、２２８とそれぞれ面一または実質的に面一である。したがって、スパークプラグ２１０は、電極２１２が通路２２４を完全に通って延在し、かつ電極２１２を構成するのに用いられるセラミック複合材料に依存して所望の電気抵抗を達成するので、従来の中央抵抗層およびガラス封止部を有していない。さらに、電極１１２と同様に、電極２１２は絶縁体２１４と同時焼成（co-fired）または焼結され得、これにより、２７２で概して示される焼結されたままの状態の接合部を介して電極２１２を絶縁体セラミック材料に恒久的に接合する。したがって、絶縁体２１４および電極２１２は、製造において経済的な一体のサブアセンブリとして構成され得る。なお、例示したこれらの構成と同様に、電極の直径は、所望のように、階段状、テーパ状、または他の態様のいずれかでその長さに沿って変動するよう構成され得る。中心電極１２、１１２、２１２は、円形、正方形、長方形、または他の態様もしくはサイズを含む任意の好適な断面サイズまたは形状を有してもよい。さらに、点火端部３９、１３９、２３９は任意の好適な形状を有してもよい。点火端部３９、１３９、２３９は、低減された断面サイズを有してもよく、中心電極の他の部分とは異なる断面形状を有してもよい。点火表面３８、１３８、２３８は、平面状、湾曲した形状、テーパ状、尖った形状、ファセット形状、またはその他の形状を含む任意の好適な形状を有してもよい。
【００２２】
この発明の中心電極１２は、記載されたタイプのセラミック物を作製するための任意の好適な方法を用いて形成されてもよい。当該方法には、射出成型および焼結、押出加工および焼結、または押圧および焼結が含まれる。さらに、中心電極１２がセラミック−セラミック複合構造である場合、中心電極１２は、製造において絶縁体１４とともに焼結または焼成され得る。これにより、所望ならば、中心電極１２が絶縁体１４内に恒久的に位置決めおよび接合されることが可能になる。
【００２３】
上記教示に鑑みて、本発明の多くの修正例および変形例が可能であることは明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲内において、この発明が具体的に記載されたのとは別の態様で実施されてもよいことが理解されるべきである。
【図１】
2012501523.tif 000003
【図２】
2012501523.tif 000004
【図２Ａ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
2012501523.tif 000008
【図５】
2012501523.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月26日(2011.4.26)
【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】
略環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ある部分を取り囲む導電性のシェルと、
前記シェルに動作可能に取り付けられる接地電極とを含み、前記接地電極は接地電極点火表面を有し、さらに
中心電極点火表面を有する細長い本体を有する中心電極を含み、前記中心電極点火表面および前記接地電極点火表面によって点火ギャップが設けられ、前記本体は少なくとも１つのセラミック材料を含む複合材料から構成される、スパークプラグ。
【請求項２】
前記複合材料は２つの異なるセラミック材料の複合物である、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項３】
前記本体は、前記長手方向軸に略垂直に延在する面にわたって、前記異なるセラミック材料の均一でない濃度を有する、請求項２に記載のスパークプラグ。
【請求項４】
前記本体は周辺外側部と前記周辺外側部に取り囲まれる内側コア部とを有し、前記周辺外側部はより濃度の高い１つのセラミック材料から構成され、前記コア部はより濃度の高い他のセラミック材料から構成され、前記１つのセラミック材料は前記他のセラミック材料よりも導電性が低い、請求項３に記載のスパークプラグ。
【請求項５】
前記１つのセラミック材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、窒化珪素、および酸窒化珪素アルミニウムからなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項４に記載のスパークプラグ。
【請求項６】
前記他のセラミック材料は、窒化チタン、二珪化モリブデン、および二ホウ化チタンからなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項５に記載のスパークプラグ。
【請求項７】
前記複合材料は金属材料を含む、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項８】
前記本体は、複合周辺外側部と、前記複合周辺外側部に取り囲まれる複合内側コア部とを有し、前記複合周辺外側部はより濃度の高い前記少なくとも１つのセラミック材料から構成され、前記コア部はより濃度の高い前記金属材料から構成される、請求項７に記載のスパークプラグ。
【請求項９】
前記少なくとも１つのセラミック材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、窒化珪素、および酸窒化珪素アルミニウムからなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項８に記載のスパークプラグ。
【請求項１０】
前記金属材料は、プラチナ、イリジウム、ニッケル、およびニッケル合金からなる群のうち少なくとも１つから与えられる、請求項９に記載のスパークプラグ。
【請求項１１】
前記本体は前記複合材料のモノリシック体である、請求項１に記載のスパークプラグ。
【請求項１２】
スパークプラグを製造する方法であって、
略環状のセラミック絶縁体を形成するようセラミック材料を形成するステップと、
セラミック絶縁体の少なくともある部分を取り囲むよう構成される導電性シェルを形成するステップと、
シェルに動作可能に取り付けられる接地電極を設けるステップと、
少なくとも１つのセラミック材料を含む複合材料から中心電極を形成するステップと、
絶縁体と中心電極とをシェルの中に配置するステップとを含む、方法。
【請求項１３】
絶縁体と中心電極とをシェルの中に配置するステップの前に、絶縁体と中心電極とを一緒に焼結するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
周辺外側部および内側コア部を有する中心電極を形成するステップと、より濃度の高い１つのセラミック材料から周辺外側部を形成し、該１つのセラミック材料とは異なるより濃度の高い他のセラミック材料からコア部を形成するステップとをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
複合周辺外側部と複合内側コア部とを有する中心電極を形成するステップをさらに含み、複合周辺外側部は少なくとも１つのセラミック材料を含み、コア部は少なくとも１つの金属材料を含む、請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】
2012501523.tif 000010
2012501523.tif 000011