(57)【要約】  ハウジングと、前記ハウジング内に配置されている絶縁体と、前記絶縁体内に配置されている中心電極と、前記絶縁体内に配置されている接続ボルトと、前記絶縁体内に配置され、前記中心電極と前記接続ボルトとの間の空間に配置されて前記中心電極を前記接続ボルトと電気結合させている抵抗要素であって、前記抵抗要素が抵抗パナートを有し、前記抵抗パナートが導電性粒子と非導電性粒子とを含んでいる前記抵抗要素と、前記ハウジングの燃焼室側端面に配置され、前記中心電極とともに点火ギャップを形成している接地電極とを備えた点火プラグにおいて、前記非導電性粒子の少なくとも８０％は最大２０μｍの直径を有している。【選択図】  図２
2020534665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（２）と、
前記ハウジング（２）内に配置されている絶縁体（３）と、
前記絶縁体（３）内に配置されている中心電極（４）と、
前記絶縁体（３）内に配置されている接続ボルト（８）と、
前記絶縁体（３）内に配置され、前記中心電極（４）と前記接続ボルト（８）との間の空間に配置されて前記中心電極（４）を前記接続ボルト（８）と電気結合させている抵抗要素（７）であって、前記抵抗要素（７）が抵抗パナート（７１）を有し、前記抵抗パナート（７１）が導電性粒子（７１１）と非導電性粒子（７１２）とを含んでいる前記抵抗要素（７）と、
前記ハウジング（２）の燃焼室側端面に配置され、前記中心電極（４）とともに点火ギャップを形成している接地電極（５）と、
を備えた点火プラグ（１）において、
前記非導電性粒子（７１２）の少なくとも８０％が最大２０μｍの直径を有していること、
を特徴とする点火プラグ（１）。
【請求項２】
前記非導電性粒子（７１２）の少なくとも９０％、特に１００％が、最大２０μｍ、特に最大１０μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１に記載の点火プラグ（１）。（５ｕｍ）
【請求項３】
前記導電性粒子（７１１）および前記非導電性粒子（７１２）の少なくとも８０％、特に少なくとも９０％が、最大２０μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の点火プラグ（１）。
【請求項４】
前記非導電性粒子（７１２）がガラス粒子およびセラミック粒子であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。
【請求項５】
前記ガラス粒子がアルカリ土類酸化物、特にＣａＯ、および／または、アルカリ酸化物、特にＬｉ２Ｏを含み、特にＳｉＯ２，Ｂ２Ｏ３，ＣａＯおよびＬｉ２Ｏを含んだほう珪酸ガラスであることを特徴とする、請求項４に記載の点火プラグ（１）。
【請求項６】
前記抵抗パナート（７１）内での前記ガラス粒子の成分が３０重量％よりも小さいか等しいことを特徴とする、前記請求項４または５のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。
【請求項７】
前記セラミック粒子がＡｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，および／またはＴｉＯ２であることを特徴とする、前記請求項４、５または６のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。
【請求項８】
前記導電性粒子（７１１）がカーボンブラック、グラファイト、鉄、銅、またはアルミニウムであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。
【請求項９】
前記導電線粒子（７１１）が３００ｎｍないし１３００ｎｍの直径を有していることを特徴とする、請求項８に記載の点火プラグ（１）。
【請求項１０】
前記抵抗要素（７）が、前記抵抗パナート（７１）と少なくとも１つの接触パナート（７２）とを有する層システムであり、前記少なくとも１つの接触パナート（７２）が、前記接続ボルト（８）と前記抵抗パナート（７１）との間の空間、もしくは前記中心電極（４）と前記抵抗パナート（７１）との間の空間に配置され、または、第１の接触パナート（７２ａ）が前記接続ボルト（８）と前記抵抗パナート（７１）との間の空間に配置され、且つ第２の接触パナート（７２ｂ）が前記抵抗パナート（７１）と前記中心電極（４）との間の空間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前提部に記載の点火プラグから出発する。
【背景技術】
【０００２】
今日の点火プラグは、電極の摩耗を低減するため、ならびに点火プラグ内および内燃機関内での電磁妨害（ＥＭＩ）を回避するため、１ないし１４ｋΩの範囲の比抵抗を持つ抵抗要素を有している。抵抗要素は、点火プラグの場合、典型的には接続ボルトと中心電極との間に位置するように点火プラグ・絶縁体の内部に配置されている。抵抗要素は、たとえばＣ＞９７重量％の炭素成分を持つ炭素または６０重量％までの炭素成分を持つカーボンブラック、ＺｒＯ２およびほう珪酸ガラスのような様々な導電性粒子および非導電性粒子から成る材料混合物であることが多い。導電性粒子はサブミリメートルの範囲の直径を持ち、そのサイズのために微粒子とも呼ばれる。導電性粒子は、抵抗要素を流れる電流のための導電軌道を形成する。非導電性粒子はその直径の点でこれよりもかなり大きく、対応的に粗粒子とも呼ばれる。抵抗要素内での非導電性粒子と導電性粒子との分布により、電流のための導電軌道が形成される。導電軌道の幅は電流密度に影響し、よって抵抗要素内の比電気抵抗にも影響する。抵抗要素に対する比電気抵抗は、とりわけ材料組成および材料分布から生じる。
【０００３】
すべての抵抗器の場合のように、抵抗要素も、抵抗要素を破壊させるような電流のブレークダウンが抵抗要素内に発生する前に抵抗要素を流れることができる最大電流強さを持っている。この最大電流強さは抵抗要素の電気安定性に対する尺度であり、点火プラグの寿命に対しては決定的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって本発明の課題は、高い電気安定性を持つように抵抗要素を改善させた、冒頭で述べた種類の点火プラグを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、ハウジングと、前記ハウジング内に配置されている絶縁体と、前記絶縁体内に配置されている中心電極と、前記絶縁体内に配置されている接続ボルトと、前記絶縁体内に配置され、前記中心電極と前記接続ボルトとの間の空間に配置されて前記中心電極を前記接続ボルトと電気結合させている抵抗要素であって、前記抵抗要素が抵抗パナートを有し、前記抵抗パナートが導電性粒子と非導電性粒子とを含んでいる前記抵抗要素と、前記ハウジングの燃焼室側端面に配置され、前記中心電極とともに点火ギャップを形成している接地電極とを備えた点火プラグにおいて、本発明によれば、前記非導電性粒子の少なくとも８０％が最大２０μｍの直径を有していることによって解決される。
【０００６】
これにより、非導電性粒子においてより大きな表面体積比が得られ、このより大きな表面体積比は、抵抗パナートの材料混合物内での導電性粒子による非導電性粒子のより好適な被覆を生じさせ、これによって導電路の均一な分布を可能にさせる。導電性粒子は、通常、非導電性粒子よりもかなり小さな直径を持っている。導電性粒子の直径は典型的には１μｍよりも小さい。非導電性粒子のサイズを小さくさせることによって、導電路の厚さが増す。このことは、抵抗要素を破壊させるような、したがって点火プラグをも破壊させるような電流のブレークダウンが抵抗要素内に発生する前に、抵抗要素を著しくより高い電流強さが流れることができることを意味している。本出願人の検査によれば、抵抗要素が過大な電流強さによって破壊される前の最大電流強さに対する限界値は、ファクタ３ないし６改善することが明らかになった。
【０００７】
更なる有利な構成は、従属請求項の対象である。
【０００８】
本発明の有利な更なる構成では、非導電性粒子の少なくとも９０％、特に１００％が、最大２０μｍの直径を有している。直径の上限を遵守している非導電性粒子の成分が高ければ高いほど、それだけ上述した技術的効果はより優れたものになる。択一的にまたは補完的に、有利な技術的効果がよりいっそう功を奏するようにするため、非導電性粒子に対する直径の上限を最大１０μｍまたは好ましくはさらに最大５μｍに制限することも考えられる。
【０００９】
全体で導電性粒子および非導電性粒子の少なくとも８０％、好ましくはさらに少なくとも９０％が、最大２０μｍの直径を有しているならば、導電性粒子内への非導電性粒子の特に優れた埋設が得られる。この効果は、導電性粒子および非導電性粒子の直径の上限がほぼ最大１０μｍであれば、さらに増強される。
【００１０】
たとえば、非導電性粒子はガラス粒子および／またはセラミック粒子である。非導電性粒子は、たとえば最大１０−２Ｓ／ｍの導電性を持っている。ガラス粒子またはセラミック粒子は、これに対応する直径サイズを持ったものが製造者によって購入されることが多い。択一的にまたは補完的に、非導電性粒子を湿式磨砕により所望の直径サイズに減少させてよい。
【００１１】
本発明の有利な更なる構成では、ガラス粒子はアルカリ土類酸化物、特にＣａＯ、および／または、アルカリ酸化物、特にＬｉ２Ｏを含んでいる。たとえば、ガラス粒子はＳｉＯ２，Ｂ２Ｏ３，ＣａＯおよびＬｉ２Ｏを含んだほう珪酸ガラスである。抵抗パナート内でのガラス粒子の成分は、好ましくは３０重量％よりも小さいか等しい。抵抗パナート内でのガラス粒子成分が比較的少ないことにより、導電路がより大きな厚さを持ち、これによっても導電路が高い電流密度を有するという利点が得られる。
【００１２】
付加的にまたは択一的に、セラミック粒子はＡｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２である。好ましくは、導電性粒子は炭素、カーボンブラック、グラファイト、銅、アルミニウム、または鉄である。導電性粒子が３００ｎｍないし１３００ｎｍの直径、特に平均で５００ｎｍの直径を有しているならば、有利であることが明らかになった。導電性粒子の特に５０体積％が少なくとも３００ｎｍの直径を有している。
【００１３】
更なる構成では、抵抗要素は、抵抗パナートと少なくとも１つの接触パナートとを有する層システムである。この場合、少なくとも１つの接触パナートは、接続ボルトと抵抗パナートとの間の空間、または、中心電極と抵抗パナートとの間の空間に配置され、或いは、２つの接触パナートが存在する場合には、第１の接触パナートは接続ボルトと抵抗パナートとの間の空間に配置され、且つ第２の接触パナートは抵抗パナートと中心電極との間の空間に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】点火プラグの一例を示す図である。
【図２】技術水準による試料（右側）と本発明による試料（左側）とを比較したＲＥＭ測定を示す図である。
【図３】技術水準による試料（左側）と本発明による試料（右側）とを比較した抵抗パナートの構造の概略図である。
【図４】ＲＥＭ画像の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、点火プラグ１の半断面図である。点火プラグ１はハウジング２を含んでいる。ハウジング２内には絶縁体３が挿着されている。ハウジング２と絶縁体３とはそれぞれ長手軸線Ｘに沿って１つの孔を有している。ハウジング２の長手軸線と、絶縁体３の長手軸線と、点火プラグ１の長手軸線とは一致している。絶縁体３内には中心電極４が挿着されている。さらに、絶縁体３内には接続ボルト８が延在している。接続ボルト８には接続ナット９が配置され、該接続ナットを介して点火プラグ１はここには図示していない電圧源と電気接触可能である。接続ナット９は、点火プラグ１の、燃焼室とは逆の側の端部を形成している。
【００１６】
中心電極４と接続ボルト８との間には、絶縁体３内に、パナート(Panat)とも呼ばれる抵抗要素７がある。抵抗要素７は、中心電極４を接続ボルト８と導電結合させている。抵抗要素７は、たとえば層システムとして、第１の接触パナート７２ａと、抵抗パナート７１と、第２の接触パナート７２ｂとから構成されている。抵抗要素７の複数の層は、その材料組成およびそれから結果する電気抵抗の点で異なっている。第１の接触パナート７２ａと第２の接触パナート７２ｂとは、異なる電気抵抗または同じ電気抵抗を有していてよい。抵抗要素７は、抵抗パナートの１つの層のみを有していてもよいし、或いは、材料組成および抵抗が異なる、抵抗パナートの複数の層を有していてもよい。
【００１７】
絶縁体３は、肩部でもって、ハウジング内面に形成されたハウジング座部上に載置されている。ハウジング内面と絶縁体３との間のエアギャップを密封するため、絶縁体肩部とハウジング座部との間に内側パッキン１０が配置され、該内側パッキンは、絶縁体３をハウジング２内で締め付け固定する際に塑性変形し、これによってエアギャップを密封する。
【００１８】
ハウジング２には、その燃焼室側端面に、接地電極５が導電性をもって配置されている。接地電極５と中心電極４とは、それらの間に点火火花を発生させる点火ギャップが形成されるように、互いに配置されている。
【００１９】
ハウジング２はシャフトを有している。このシャフトには、多角形部２１と、収縮凹部と、ねじ山２２とが形成されている。ねじ山２２は、点火プラグ１を内燃機関内へねじ込むために用いる。ねじ山２２と多角形部２１との間には、外側パッキン要素６が配置されている。外側パッキン要素６は、この実施形態では、折畳みパッキンとして構成されている。
【００２０】
図２には、技術水準による試料のＲＥＭ測定(REM=Raster Elektronen Mikroskop  走査電子顕微鏡)（左半分の画像）と、本発明による試料のＲＥＭ測定（右半分の画像）とが比較して示されている。黒い領域は非導電性粒子７１２で、明るい領域７１１は導電性粒子である。暗い領域７１２は、主にガラス粒子またはセラミック粒子、たとえばＡｌ２Ｏ３のような非導電性粗粒子から成っている。明るい領域７１１は、導電性炭素微粒子（小さな黒い点）と、非導電性ＺｒＯ２粒子（明るい点）とから構成されている。ＺｒＯ２粒子は、ＲＥＭ画像で明るい点として見える凝集物を形成している。
【００２１】
技術水準による試料の場合、非導電性粒子７１２は２０μｍよりも大きな直径を持ち、導電性微粒子７１１は最大で１０μｍの直径を持っている。これとは異なり、本発明による試料での測定では、非導電性粒子７１２はかなり小さく、最大２０μｍの直径を持っていることがわかる。導電性微粒子７１１を備えた領域は、技術水準による試料の場合よりもかなり均一に配分されている。
【００２２】
図３には、抵抗パナートの材料の構造が、技術水準による試料（左側の図）と、本発明による試料（右側の図）とに対し、かなり図式的に示されている。この概略図の原型は、図２の画像であった。暗い領域７１２はこの図でも非導電性粒子の領域を示し、明るい領域７１１は、導電性微粒子と非導電性セラミック微粒子との混合物から成る導電路領域に対するものである。非導電性粒子７１２がより小さな直径を持っていることにより、これが抵抗パナート内に均一に分布し、その結果導電路の厚さの均一な分布が生じており、特に、比較的高い電流密度を有する非常に薄い導電路はより少ない。しかも、導電軌道の幅ｄは、非導電性粒子７１２の境界領域によって制限される。本出願人の測定で明らかになったのは、本発明による抵抗パナート７１の場合、導電軌道が技術水準による抵抗パナート７１の場合よりも著しく幅広なことであった。導電軌道の幅ｄは、抵抗パナート７１と抵抗要素７とを流れる電流密度ｊにもダイレクトに影響する。
【００２３】
図４は、ＲＥＭ画像の概略図である。明るい領域７１１は、導電性炭素粒子（小さな黒い点）と非導電性ＺｒＯ２粒子（明るい点）とから構成されている導電路を形成している。ＺｒＯ２粒子は、ＲＥＭ画像で明るい点として見える凝集物を形成している。暗い領域７１２は、主にガラス粒子またはセラミック粒子（たとえばＡｌ２Ｏ３）のような非導電性粗粒子から成っている。
【００２４】
導電路内にあるガラス粒子７１３においては、粒径がどのように特定されるかが例示されている。ＲＥＭ画像では、測定すべき粒子のまわりに、この粒子と同じ表面積を持つ１つの円が設定される。このとき、この円の直径は粒子の直径に相当する。
【符号の説明】
【００２５】
１  点火プラグ
２  ハウジング
３  絶縁体
４  中心電極
５  接地電極
７  抵抗要素
８  接続ボルト
７１  抵抗パナート
７２ａ  第１の接触パナート
７２ｂ  第２の接触パナート
７１１  導電性粒子
７１２  非導電性粒子
【図１】
2020534665.tif 000003
【図２】
2020534665.tif 000004
【図３】
2020534665.tif 000005
【図４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月20日(2020.3.20)
【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】
ハウジング（２）と、
前記ハウジング（２）内に配置されている絶縁体（３）と、
前記絶縁体（３）内に配置されている中心電極（４）と、
前記絶縁体（３）内に配置されている接続ボルト（８）と、
前記絶縁体（３）内に配置され、前記中心電極（４）と前記接続ボルト（８）との間の空間に配置されて前記中心電極（４）を前記接続ボルト（８）と電気結合させている抵抗要素（７）であって、前記抵抗要素（７）が抵抗パナート（７１）を有し、前記抵抗パナート（７１）が導電性粒子（７１１）と非導電性粒子（７１２）とを含んでいる前記抵抗要素（７）と、
前記ハウジング（２）の燃焼室側端面に配置され、前記中心電極（４）とともに点火ギャップを形成している接地電極（５）と、
を備えた点火プラグ（１）において、
前記非導電性粒子（７１２）の少なくとも８０％が最大２０μｍの直径を有していること、
を特徴とする点火プラグ（１）。
【請求項２】
前記非導電性粒子（７１２）の少なくとも９０％が、最大２０μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１に記載の点火プラグ（１）。
【請求項３】
前記導電性粒子（７１１）および前記非導電性粒子（７１２）の少なくとも８０％が、最大２０μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１に記載の点火プラグ（１）。
【請求項４】
前記非導電性粒子（７１２）がガラス粒子およびセラミック粒子であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。
【請求項５】
前記ガラス粒子がアルカリ土類酸化物、および／または、アルカリ酸化物を含んだほう珪酸ガラスであることを特徴とする、請求項４に記載の点火プラグ（１）。
【請求項６】
前記抵抗パナート（７１）内での前記ガラス粒子の成分が３０重量％よりも小さいか等しいことを特徴とする、請求項４または５のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。
【請求項７】
前記セラミック粒子がＡｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，および／またはＴｉＯ２であることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。
【請求項８】
前記導電性粒子（７１１）がカーボンブラック、グラファイト、鉄、銅、またはアルミニウムであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。
【請求項９】
前記導電線粒子（７１１）が３００ｎｍないし１３００ｎｍの直径を有していることを特徴とする、請求項８に記載の点火プラグ（１）。
【請求項１０】
前記抵抗要素（７）が、前記抵抗パナート（７１）と少なくとも１つの接触パナート（７２）とを有する層システムであり、前記少なくとも１つの接触パナート（７２）が、前記接続ボルト（８）と前記抵抗パナート（７１）との間の空間、もしくは前記中心電極（４）と前記抵抗パナート（７１）との間の空間に配置され、または、第１の接触パナート（７２ａ）が前記接続ボルト（８）と前記抵抗パナート（７１）との間の空間に配置され、且つ第２の接触パナート（７２ｂ）が前記抵抗パナート（７１）と前記中心電極（４）との間の空間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の点火プラグ（１）。
【請求項１１】
前記非導電性粒子（７１２）の少なくとも９０％が、最大１０μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１に記載の点火プラグ（１）。
【請求項１２】
前記非導電性粒子（７１２）の１００％が、最大２０μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１に記載の点火プラグ（１）。
【請求項１３】
前記非導電性粒子（７１２）の１００％が、最大１０μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１に記載の点火プラグ（１）。
【請求項１４】
前記導電性粒子（７１１）および前記非導電性粒子（７１２）の少なくとも９０％が、最大２０μｍの直径を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の点火プラグ（１）。
【請求項１５】
前記アルカリ土類酸化物がＣａＯであることを特徴とする、請求項５に記載の点火プラグ（１）。
【請求項１６】
前記アルカリ酸化物がＬｉ２Ｏであることを特徴とする、請求項５に記載の点火プラグ（１）。
【請求項１７】
前記ほう珪酸ガラスがＳｉＯ２，Ｂ２Ｏ３，ＣａＯおよびＬｉ２Ｏを含むことを特徴とする、請求項５に記載の点火プラグ（１）。
【国際調査報告】
2020534665.tif 000007
2020534665.tif 000008
2020534665.tif 000009
2020534665.tif 000010