JPS6134877A - 点火プラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は比較的冷えた状態で作動できる点火プラグ構造
に関する。一層詳しく言えば、不発明は中心電極を絶縁
体に接合した点火プラグに関する。

点火プラグ中心電極およびそれを囲む絶縁体のデザイン
が点火プラグの最も効率良く作動する温度に成る種の影
響を与えることは以前から知られていた。点火プラグが
高すぎる温度で作動すると、エンジンのシリンダ内で燃
焼性混合物の早期着火を招く（時にエンジンのノッキン
グと呼ばれる）。冷えた状態での点火プラグの作動を達
成するのにいくつかの異なった方法が提案されている。

高い熱伝導性を持つ銅コア部と耐久性のあるニッケル合
金外装とを有する複合中心ワイヤ電極が使用されてきた
。また、厚みの゛おる絶縁体孔部分たは中心ワイヤある
いはこれら両方を使用したり、あるいは、中心電極が絶
縁体先端から突出する長さを短くしたり、あるいは、点
火プラグ外殻に対する長さを短くシたりすることによっ
ても冷間点火プラグ動作を得ることができる。

また、熱伝導性の高い金属、たとえば、銀を中心電極ワ
イヤとセラミック絶縁体の間のスペースに鋳込むことも
普通に行なわれていた。これは点火プラグの熱性能を改
善できるが、点火プラグの価格の上昇を招く。さらに、
鋳造作業は生産性を向上させる妨げになる。

別の実務としては、中心ワイヤと絶縁体の間に周囲温度
で硬化するセメントあるいはタルクとシリコンのような
他の不融解組成物を充填することも行なわれている。こ
のような充填剤はシールとして作用するし、熱伝導性を
穏やかに改善し得るが、非常に冷えた状態での点火プラ
グの作動を保証しないし、充填作業そのものも生産性を
向上させるのに貢献しない。

したがって、本発明の一目的は中心電極ワイヤと点火プ
ラグ絶縁体の間に導入しやすく、そこに含まれたガラス
部分が通常の点火プラグ製造作業中に融解する熱伝導性
サーメット組成物を提供することにある。

不発明の別の目的は中心電極と絶縁体の間に熱伝導性融
解金属粒子充填ガラス・シールを持つ冷間作動点火プラ
グを提供することにある。

不発明の好捷しい実施例によれは、これらおよび他の目
的、利点は次の通りに達成される。

点火プラグは、代表的には、中心孔を有する火入したセ
ラミック絶縁ポデーを包含する。

中心孔の上部には端子ポストが嵌合する。もちろん、こ
の端子ポストは点火分配器からの点火プラグ線に接続す
るようになっている。

中心電極が絶縁ボデーの中心孔の下部に位置する。中心
電極は端子ポストとほぼ同軸であるが、それらの向い合
った端面は接触していない。端子ポストは、点火プラグ
が作動することになっている環境に応じて適当な抵抗物
質捷たは導電性物質を介して中心電極に接続させられる
。たとえば、端子ポストは、自動車（無整干渉が重大間
朗である）で点火プラグを使用しようとしている場合に
融解した電気抵抗性ガラスシール物質を通して中心電極
に電気的に接続してもよい。

普通、中心電極と絶縁ボデーの間の環状スペースは小さ
く、数回分の一ミリメートルのオーダーにある。中心電
極は絶縁体の先端からやや突出している。本発明によれ
ば、中心電極の外径と絶縁体孔の間のスペースは融解ガ
ラス物質でシールされ、このガラス物質には鉄粉と鋼重
たはアルミニウムの焼結または融解粒子が充填される。

このシールは、中心電極を受け入れるようになっている
絶縁体孔部分に鉄粉と、アルミニウム粉（または銅粉）
と、ガラスに溶けやすい酸化物の混合物とからなるスラ
リーを導入することによって行なわれる。次に、中心電
極をこの被覆した孔内に落とす。中心電極の頂に融解可
能な抵抗性または導電性のある混合物を導入し、端子ポ
ストを挿入し、この組立体を適当な温度、たとえば、９
２６．７℃〜９５４．４℃（１７００下〜１７５０下）
まで火入れする。抵抗性混合物は融解して端子ポストと
中心電極とを相互連結する不浸透性シールとなる。同時
に、サーメット組成物が融解して中心電極の閉じ込めら
れた面とそれを囲む絶縁体孔の間に効果的な熱伝導性シ
ールを形成する。ここで、点火プラグのこのようなシー
ル組成物を使用することによって、点火プラグがより一
層効果的なヒートシンクとして作動し、その結果、一層
冷えた状態でも作動できる。

不発明およびそれをどのように実施するかを添付図面を
参照しながら以下に特別に説明する。

第１図は本発明を応用した代表的な点火プラグ１０を示
す。この点火プラグ１０は接地電極１４を有する金属外
殻１２を包含し、この接地電極は下端、すなわち、点火
放電端に溶接しである。金属外殻１２内には火入れした
セラミック絶縁体すなわち絶縁ボデー１６が設置され、
そこに固着してらる。図でわかるように、外殻１２の上
方リップ１３が絶縁ボデー１６に向って巻き込んであり
、絶縁ボデーの外側肩部１５がガスケット１７を押圧し
ており、このガスケット１７は外殻１２の内側肩部１９
を押圧している。セラミック絶縁ボデー１６は８５パ一
セント以上の酸化アルミニウムを含有する高アルミナベ
ース材料で作ると好ましい。このような絶縁体は良好な
機械的強度および熱衝撃抵抗を有すると共にガラスとの
良好な接合を行な′うことかでき、これは本発明の熱伝
導性シールを形成するときに有用である。

絶縁体１６には中心孔が形成してあり、その下部１８は
比較的直径が小さく、上部２．０の直径は大きくなって
いる。中心孔のこれら上下の部分は肩部２２のところで
つながる。

絶縁体の孔下部１８内には中心ワイヤ電極２４が設置さ
れている。この中心電極２４は肩部２２に載る拡大ヘッ
ド２６と、絶縁体１６の下方リップを越えて突出する下
端２８とを有する。

絶縁体の中心孔上部２０内には端子ねじ３０が設置しで
ある。この端子ねじ３０と中心電極２４は電気抵抗性ま
たは導電性あるいはこの両性質を持つ金属・ガラス（サ
ーメット）シール３２によって連結されており、このシ
ールは両部材と中心孔上部２０の壁面に接合している。

第２図で最も良くわかるように、中心電極２４とそれを
囲む絶縁体１６の間のスペースはシール３４でシールし
てるり、このシールは鉄粒子と焼結捷たは融解アルミニ
ウム粒子（または鋼粒子）とを充填した稠密な融解ガラ
スマトリックスからなる。シール３４は、２９〜５０重
量パーセントの鉄と、４９〜７０重量パーセントのガラ
スと、１〜６重量パーセントのアルミニウムとを含むと
適当である。

この融解シール組成物の重要な特性は熱伝導性にある。

これは公知の点火プラグよりも中心電極２４、絶縁体１
６間の熱流路を大きくし、このようなシール材料のない
場合よりも低い温度で点火プラグを作動させ得る。もち
ろん、熱は絶縁体１６からガスケットを含むいくつかの
経路を通って金属外殻１２″！、で流れることができる
。

不発明の実務は中心電極２４の特定の組成には依存しな
い。しばしば、中心電極はＩｎｃｏｎｅｌ■のようなニ
ッケルベース合金で全一体的に作られる。ニッケルベー
スの中心電極を使用するのは、耐久性があり、点火放電
による劣化に抵抗がおるからである。点火プラグでは複
合中心電極も使用され、本発明で使用してもよい。この
ような複合中心電極の一例としては、銅コアとニッケル
合金外装とを有するものがある。銅コアは熱伝導性を改
善して電極の先端から熱を運び去る性能を高めるために
使用する。

本発明のシールは高率で鉄粉を使用している。これは、
それが比較的安価であり、このシールの目的に適した熱
伝導性を持っているからである。好ましくは、鉄粉はシ
ール形成時には融解させない。比較的少量の低融点金属
、たとえば、アルミニウムか銅を鉄と組合わせて使用す
る。この低融点金属はガラス先駆物質の融解中に焼結ま
たは溶融させてサーメット・シールを通じて鉄粒子間に
熱伝達経路を与えるととを意図している。このシール組
成物は酸化物の組合わせも包含し、これはたとえば８４
３．３℃から９５４．４℃（１５５０Ｔと１７５０下）
の間の温度で焼結、融解してガラスを生成し得る。この
ようなガラス先駆物質混合物の特定の組成は、それが上
記の温度範囲で融解できるのであれば、本発明の実務に
とって絶対的なものではない。適当なガラスの例として
は、６５重量パーセントのしりか（Ｓ１０２）、２３重
量パーセントの酸化ｉ　素（Ｂ２Ｏ３）、５重量パーセ
ントのアルミナ（Ａｔ２０３）、７重量パーセントの酸
化ナトリウム（ＮａＱ２　）の組成を有する硼珪酸タイ
プのガラスである。硼珪酸ガラスは、その熱膨張係数が
比較的低い（代表的には絶縁ボデー１６の材料よりも低
い）ので、本発明で使用するのが好ましい。サーメット
先駆物質混合物は約１パーセントのリチウムカーボネー
トを含んでいてもよい。好ましい先駆物質シール組成物
（すなわち、火入れ前の組成物）は、５０・　重量パー
セントの鉄粉（−３２５メツシユ）と、３３重量パーセ
ントのアルミニウム粉（−３２５メブシユ）と、４５重
量パーセントの上記組成のガラスフリットと、１．１重
量パーセントのりチウムカーボネートとからなる。

本発明のシールを組込んだ点火プラグは次のようにして
組立てる。上記のシール先駆物質組成物を水、アルコー
ルその他の比較的揮発性のある媒質に入れてスラリーを
作る。このスラリーを絶縁体の中心電極２４を受け入れ
ることになっている中心孔部分１８に流し込むかあるい
はそこに塗布する。次に、中、心電極２４を直径の大き
い硼の孔部分２０を通して絶縁体内に落とし、下方孔部
分１Ｂ内に入れる。絶縁体先端を越えて突出した電極部
分によって余分なシール先駆物質は拭い取られ、媒質は
蒸発する。次に、適当なガラス・金属組成物を中心電極
２４の頂またはそのヘッド２６まわりの中心孔部分２０
内に導入する。この組成物は点火プラグの意図した目的
に応じて比較的導電性あるいは電気抵抗性があるもので
あってもよい。このシール組成物の特定の組成は本発明
の部分ではない。

代表的には、ガラス・シール抵抗体／導体組成物を中心
電極の頂に入れ、突き固める。

次に、端子ねじ３０を部分的に孔に挿入し、その下端を
抵抗性シール粉の頂に載せる。次に、大雑把に組立てた
点火プラグを約９２６．７１ＣＣ１７００下）に維持し
たキルン内で加熱、すなわち火入れする。キルンを通す
組立体の全通過時間は約３０分でよい。この時間の間に
、抵抗性シール物質３２および熱伝導性シール物質３４
が融解する。組立体がキルンから出たとき、端子ねじ３
０を融解抵抗性または導電性あるいは両性質の物質３２
に押込んで最終的にその中に端子ねじ３０を位置させる
。次に、この組立体を急速に冷却して抵抗性／導電性シ
ール３２と熱伝導性シール３４の両方を固化させる。次
いで、絶縁体１６上に金属外殻１２を形成して点火プラ
グ１０の製作を完了する。

点火プラグの動作特性は制御した作動条件の下に単気筒
エンジンで運転することによって評価することができる
。エンジンにかける負荷は、過熱点火プラグ先端で早期
着火すなわちノッキングが生じるまで増大させる。この
負荷条件は１．Ｍ、Ｅ、Ｐ、（表示平均有効圧力）のｐ
ｓｉで示し、点火プラグが高温で作動しているのか、低
温で作動しているのかを表示した。冷たい方で作動して
いる点火プラグは高い１．Ｍ、Ｅ、Ｐ、を示す。

比較のために、本発明の熱伝導性シールを具体化したい
くつかの点火プラグをいくつかの市販点火プラグと比較
して試験した。この試験結果が第３図に示しである。第
３図のグラフでは、点火プラグ・サンプル（４個または
５個の類似したプラグ）はＸ軸上の英文字で示してあす
、サンプルの対応した平均工。

Ｍ　、　Ｅ　、　Ｐ　、（ｐｓｉ）はＹ゛軸上示しであ
るサンプルＡの点火プラグは中心ワイヤと絶縁体の間に
シールのない、標準のニッケルベース合金中心ワイヤ点
火プラグである。第３図でわかるように、これらのプラ
グの平均工。

Ｍ、Ｅ、Ｐ、定格は約２２９　ｐｓｉであった。

サンプルＢは先に特別に説明した本発明のシール組成物
を含む同じ基本点火プラグ（すなわち、標準のニッケル
ベース合金中心ワイヤを持つもの）のグループである。

第３図に示すように、これらのプラグの平均定格はかな
り高く、約２４４　ｐｓｉであった。サンプルＣは銅コ
ア・ニッケル外装中心電極と電極と絶縁体の間のセメン
トシール物質とを包誉する市販点火プラグのグループを
示す。このセメントシールは金属粒子を含んでおらず、
融解しなかった。第３図に示すように、このサンプルの
定格はサンプルＢ１すなわち、本発明によるシールを組
込んだニッケル中心ワイヤ、電極点火プラグよりもほん
の少し高い。

サンプルＤは冷間作動のために特別に設計されているが
、電極と絶縁体コアの間に本発明による熱伝導性シール
を組込んでいない市販の鋼コア・ニッケル外装中心ワイ
ヤ電極点火プラグである。サンプルＥは先に特別に説明
した不発明のシール組成物を含むように作った点を除い
てサンプルＤと同じ点火プラグである。ここで、サンプ
ルＥの１．Ｍ、Ｅ。

Ｐ、定格はサンプルＤよりもかなり高いことがわかった
。

各タイプのサンプルＡＸ　ＢＳ　Ｄ、Ｅのｉ々の点火プ
ラグにそれぞれ３００時間の耐久試験を行なった。これ
らの点火プラグは３．８りつとる排気量Ｖ６１ｊｌガソ
リンエンジンにすえ付けた。燃料１ｄ　Ｏ，４９ｍ／Ｌ
の鉛入りであった。

点火プラグを２５時間のエンジン作動毎に各シリンダの
間で交換した。これらの点火プラグは１００時間毎に点
検し、ガスチェックを行なった。３００時間の終りで、
点火プラグを上記のように１．Ｍ、Ｅ、Ｐ、で定格付け
した。

各タイプのサンプル（Ａ％　Ｂｓ　ＤＮ　Ｅ）の平均１
．Ｍ、Ｅ、Ｐ、は同じタイプの新しい点火プラグに比べ
て低下していた。しかしながら、本発明のサーメットシ
ール組成物を含む点火プラグの定格は、サーメットシー
ルを含まない類似の点火プラグの定格をがなり超えてい
た。

こうして、本発明のサーメットシール組成物は、点火プ
ラグの中心ワイヤ電極とそれを囲む絶縁ボデーの間のス
ペースに使用したとき、中心電極から絶縁ポデーまで優
れた熱経路を与え、点火プラグのより低い温度での作動
を可能とする。さらに、この組成物は通常の点火プラグ
組立作業中に容易に組込むことができ、なんら余計な過
熱作業を必要とすることなく所定位置で融解させること
ができる。

本発明のシール組成物は、普通の導電性または抵抗性の
シールを端子ポストと中心ワイヤの間に形成して火入れ
したときに所定位置で融解する。最後に、本発明のシー
ル組成物は別の金鵬鋳造作業を必要とせず、また、銀な
どの高価な成分を使用する必要もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発明を具体化した点火プラグの部分断面側面
図である。 第２図は第１図に示す点火プラグの中心電極および絶縁
体先端部分の拡大図であり、本発明による融解サーメッ
トシールを示す図である。 第３図は種々のタイプの点火プラグ（そのうちのいくつ
かは本発明を具体化したものである）の表示平均有効圧
力（ｐｓｉで示す工。 Ｍ、Ｅ、Ｐ、）を示すグラフ図である。 〈主要部分の符号の説明〉 １６・・・絶縁ボデー、　３０・・・端子電極。 ２４・・・中心ワイヤ電極。 １８．２０・・・長手方向中央孔。 ２８・・・ワイヤ電極の一部、１０・・・点火プラグ。 ３４・・・融解ガラス−金属粒子シール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁ボデー（１６）を有し、該絶縁ボデーが一端で
   端子電極（３０）を受け入れ、 前記絶縁ボデーの点火放電端で中心ワイヤ 電極（２４）を受け入れるようになつてい る長手方向中央孔（１８、２０）を有し、 中心ワイヤ電極（２４）が前記絶縁ボデー の中央孔（１８、２０）のほぼ中央にあり かつその中に密封されており、該中央ワイ ヤ電極の一部（２８）が前記絶縁ボデー （１６）の点火放電端を越えて延在してい る内燃機関用点火プラグ（１０）において、前記絶縁ボ
   デーの中央孔（１８）と電極 （２４）の外面との間に空間を前記電極 （２４）の前記中央孔（１８）内の部分の ほぼ全長にわたつて満たしている融解ガラ ス−金属粒子シール（３４）を包含し、該 シールの材料が、融解前、鉄粒子と、アル ミニウムおよび銅からなるグループから選 択した金属の粒子と、９５４４℃以下で ガラスに溶けやすい酸化物の混合物とから なり、前記シール（３４）が中心ワイヤ電 極（２４）と絶縁ボデー（１６）の間に熱 伝導経路を与えることを特徴とする点火プ ラグ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の点火プラグにおいて、
   前記酸化物の混合物を融解する ことによつて形成したガラスが硼珪酸ガラ スであることを特徴とする点火プラグ。 ３、特許請求の範囲第１項記載の点火プラグにおいて、
   前記シール（３４）が、重量パ ーセントで、２９〜５０パーセントの鉄と、１〜６パー
   セントのアルミニウム、銅と、 残りのパーセントのガラスとからなること を特徴とする点火プラグ。