![]() 誘電性の向上した部分的にねじ山の付いたスパークプラグ
专利摘要:
小径のスパークプラグの構成が提供され、構成は、絶縁碍子部材に対して追加の体積をもたらすことが判明している。すなわち、スパークプラグの全体の直径の制限とともに、中間部分のねじの全体数を制限することによって、絶縁碍子材料の追加の体積がスパークプラグの金属シェルの内側キャビティに配置される。この追加の体積は、絶縁碍子部材の部分が、より大きな直径を有し、したがってより大きな材料厚さを有することを可能にする。絶縁碍子の直径がより大きなことは、誘電特性の改善をもたらし、高燃焼チャンバ温度からスパークプラグの内部構成要素を保護し、同時にスパークプラグのエンジンヘッドへの堅牢な装着をもたらす。 公开号:JP2011511420A 申请号:JP2010545102 申请日:2009-01-28 公开日:2011-04-07 发明作者:ビロウ,マシュー・ビー 申请人:ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド; IPC主号:H01T13-34
专利说明:
[0001] 本発明の例示の実施形態は、スパークプラグに関し、より詳細には、改善された絶縁碍子を有する小径のスパークプラグに関する。] 背景技術 [0002] 一般に、スパークプラグは、中央軸方向ボアを有し、そこを貫通して中心電極が延長する絶縁性スリーブを含む。絶縁スリーブは、内燃機関への装着プラットフォーム/インターフェースとして機能する金属シェル内に配置され、かつ固定される。金属スリーブは、スパークギャップを画成するように、中心電極に対して一定の間隔を置いた関係で配置される接地電極も支持する。スパークプラグは、一般に、エンジンシリンダーヘッドに取り付けられ、関連するエンジンシリンダー内の混合気を点火するスパークを供給するために、選択的に作動される。] [0003] 特に小型の自動車に使用される小型エンジンは、エンジン構成要素に対して利用可能な空間が最小限でしかない。シリンダーの空間、すなわち隣接するシリンダーの間の空間も、エンジンサイズを最適にするために最小限に抑えられる。その結果、小型エンジン用のスパークプラグは、一般に、たとえば12mmの範囲の小さな直径を有する。あいにく、小径のプラグは絶縁碍子(insulator)などの内部構成要素に利用可能な体積がより少ない。その結果、絶縁碍子の厚さを縮小しなければならない。] 課題を解決するための手段 [0004] 本発明の1つの例示の実施形態によれば、改善されたスパークプラグが提供される。改善されたスパークプラグは、熱耐性が向上している。スパークプラグは、主要本体部分を有する金属シェルを含む。主要本体部分は、内側キャビティを集合的に画成する第1の端部、第2の端部、および中間区域を含む。中間区域は、第1の直径部分を画成する第1のねじ山を付けられない領域、および第2の直径部分を画成する、第1のねじ山を付けられない領域に隣接する第2のねじ山を付けられない部分を含む中間区域であって、第1の直径部分が、第2の直径部分の内周縁よりも大きい内周縁を有し、金属シェルは、第2のねじ山を付けられない部分に隣接する第3のねじ山を付けられた領域、および第3のねじ山を付けられた領域に隣接する第4のねじ山を付けられない領域をさらに備え、第3のねじ山を付けられた領域が、第2の直径部分の内周縁よりも小さい内周縁を有する第3の直径部分を画成し、第4のねじ山を付けられない領域が内周縁を有する第4の直径部分を画成し、第4の直径部分の内周縁が、第3の直径部分の内周縁よりも小さくなっており、内側キャビティが、第1、第2、第3、および第4の直径部分の内周縁によって画成される段の付いた構成を有する中間区域と、金属シェルに配置された絶縁碍子であって、金属シェルの第1の端部部分から延出する第1の端部部分、金属シェルの第2の端部に設けられた第2の端部部分、および内側キャビティの段の付いた構成内に窪んでいるように構成された中間部分を有し、中間部分が、第1の端部部分と第2の端部部分の間に延出し、第1の直径部分内に入れ子式に収容された第1の直径区域、第2の直径部分内に入れ子式に収容された第2の直径区域、および第3の直径部分に入れ子式に収容された第3の直径区域を有し、第1の直径区域が第2の直径区域の材料厚さよりも大きな材料厚さを有する絶縁碍子と、絶縁碍子の第1の端部部分から第2の端部部分に絶縁碍子を貫通して延出する中央ボア内に配置された中心ワイヤであって、絶縁碍子の第2の直径区域内に配置されたヘッド部分を有する中心ワイヤと、絶縁碍子の中央ボア内に配置された抵抗器であって、ヘッド部分を介して中心ワイヤと電気的に接続し、絶縁碍子の第1の直径区域と第2の直径区域の中に配置され、少なくとも2.0mmの最小限の厚さの絶縁碍子が、抵抗器と金属シェルの中間区域の第1の直径区域および第2の直径区域の間に配置され、第3のねじ山を付けられた領域の外径が12mm以下である抵抗器とを含む。] [0005] 上記に説明した小径のスパークプラグの構成は、有利なことに、絶縁碍子部材に対して追加の体積をもたらすことが判明している。すなわち、1つの実施形態では、中間部分のねじ山の全体数を7以下に制限することによって、絶縁碍子材料の追加の体積が、第1の中間部分での内側キャビティにおいて達成することができる。この追加の体積は、現在のところは小径を有する絶縁碍子部材の部分が、より大きな直径を有し、したがってより大きな材料厚さを有することを可能にする。絶縁碍子の中間部分の直径がより大きなことは、誘電特性の改善をもたらし、高燃焼チャンバ温度からスパークプラグの内部構成要素を保護し、同時にエンジンヘッドへの堅牢な装着をもたらす。本発明のさらなる目的、特徴、および利点が、いくつかの図において同様の参照番号が対応する部品を指す図面と共に読めば、以下の詳細な説明からより容易に明らかになる。] 図面の簡単な説明 [0006] 小径のスパークプラグの例示の実施形態の正面図である。 図1の線2−2に沿った断面図である。 図1のスパークプラグの端面図である。 内燃機関に装着されたスパークプラグの例示の実施形態の断面図である。 非限定的な例示の寸法を有する図1〜3の図を示す。] 図1 図2 図3 実施例 [0007] 図1〜3を最初に参照すると、本発明の例示の実施形態にしたがって構成された小径のスパークプラグが全体的に2で示される。スパークプラグ2は、第1の端部部分6、第2の端部部分7、および中間部分8を有する、電気的に絶縁するスリーブまたは絶縁碍子4を含む。絶縁碍子4は、第1の端部部分6と第2の端部部分7の間に延出する軸方向ボア15を含む。] 図1 図2 図3 [0008] 図2に示されるように、スパークプラグ2は、軸方向ボア15の上方部分(別々には標識を付けられない)に配置された第1の電極17を含む。第1の電極17は、絶縁碍子4の第1の端部部分6、および第2の端部区域19を越えて延出する第1の端部または先端区域18を含む。第1の端部区域18および第2の端部区域19は、中間区域20によって互いに連結されている。スパークプラグ2は、軸方向ボア15の下方部分(別々には標識を付けられない)に配置された第2の電極または中心ワイヤ24も含む。第2の電極24は、中間区域28を介して第2の端部区域27に延出する第1の端部区域またはヘッド部分26を含む。第2の電極24は、第2の端部区域27に設けられた先端部30を含む。第1の電極17および第2の電極24は、抵抗器32によって電気的に接続されている。1つの実施形態では、電極17および24は、伝導性ガラス33またはそれと等価なものによって抵抗器32に電気的に接続されている。図示されるように、軸方向ボアの上方部分は、大径の抵抗器がその中に挿入できるように、抵抗器を収容するための大きな直径を有する。言い換えれば、抵抗器の直径は、中心ワイヤの直径よりも大きくなっている。しかし、本明細書に論じられるように、絶縁碍子は、抵抗器の周囲に十分な厚さを有する。1つの非限定的な例示の実施形態では、抵抗器の直径は、図5に示すように、およそ4.0mm、または3から4.5mmで定められる範囲内にあり、抵抗器を囲む絶縁碍子の厚さは、少なくとも2.0mmである。当然ではあるが、その他の範囲が本発明の例示の実施形態の範囲内にあることが企図される。] 図2 図5 [0009] 絶縁碍子4は、少なくとも部分的には、金属スリーブまたはシェル39内に延出する。金属シェル39は、内側または中央キャビティ47を集合的に画成する第1の端部42、第2の端部43、および中間区域44を有する主要本体40を含む。金属シェル39は、接地電極50も含む。接地電極50は、主要本体40の第2の端部43から延出する第1のセグメント51、第2のまたは湾曲したセグメント52、および第3のセグメント53を含む。第3のセグメント53は、スパークギャップ「G」を画成するように先端部30から間隔を置いて、先端部30に全体に垂直に延出する。] [0010] 金属シェル39は、スパークプラグ2をエンジンシリンダーヘッド55に固定するための堅牢な装着構成を提供する。図4に示されるように、シリンダーヘッド55は、第1の端部部分58、中間部分59(その一部分はねじ山を付けられている)、および第2の端部部分60を有するスパークプラグ受け部分57を含む。第2の端部部分60は、燃焼室の上部を画成する窪んだ領域61へ開いている。] 図4 [0011] 本発明の1つの例示の実施形態によれば、金属シェル39の中間区域44は、第1の直径部分71を画成する第1のねじ山を付けられない領域70、第2の直径部分75を画成する第2のねじ山を付けられない領域74、第3の直径部分79を画定する数を減らされたねじ山(たとえばおよそ7以下の)を有する第3のねじ山を付けられた領域78、および第4の直径部分83を画定する第4のねじ山を付けられない領域82を含む。図示されるように、第2の直径部分75の内周縁は、第1の直径部分71よりも小さくなっている。第3の直径部分79の内周縁は、第2の直径部分75よりも小さくなっている。第4の直径部分83の内周縁は、第3の直径部分79よりも小さくなっている。この構成によって、中央キャビティ47は、第1の領域70から第4の領域82に延出する次第に低下する内周縁直径の段の付いた形状を有する。] [0012] 本発明の1つの例示の実施形態によれば、絶縁碍子4の中間部分8が、中央キャビティ47の段の付いた形状に対応する一連のステップによって形成される。より具体的には、中間部分8は、第1の段の付いたセグメント93を有する第1の直径区域90を含み、第1の段の付いたセグメント93は第2の直径区域94を確立する。第2の直径区域94は、第3の直径区域98を確立する第2の段の付いたセグメント97を含む。第3の直径区域98は、絶縁碍子4の第4の直径または先端区域102を確立する第3の段の付いたセグメント101を含む。図示されるように、第2の直径区域94の外周縁は、第1の直径区域90よりも小さい。第3の直径区域98の外周縁は、第2の直径区域94よりも小さい。第4の直径区域102の外周縁は、第3の直径区域98よりも小さい。この構成によって、金属シェル30の段の付いた形状と同様の段の付いた形状が形成される。] [0013] 1つの例示の実施形態では、絶縁碍子4の第1、第2、および第3の区域の外周縁が、それぞれ金属シェル39の第1、第2、および第3の部分の内周縁に実質的に等しい。その目的に向けて、第1の直径区域90は、第1の直径部分71内に入れ子式に収容され、第2の直径区域94は、第2の直径部分75内に入れ子式に収容され、第3の直径区域98は、第3の直径部分79内に入れ子式に収容される。第4の直径区域102は、金属シェル39の第2の端部43で窪みまたはカップ104を形成するように、実際には第4の直径部分83から間隔を置いて配置される。最終的に、ガスケット105が、第3の段の付いたセグメント101に設けられる。ガスケット105は、燃焼の生成物がスパークプラグ2の内部を損傷するのを防止するために中央キャビティ47を密封する。] [0014] 標準的なねじ部分を有する典型的な12mmのスパークプラグが、ねじ山を付けられた領域(たとえば第3の直径区域98)での内径に関する所与の測定の範囲を有する。ねじ山を付けられた領域を、およそ7から11(7〜11)に、または5〜15のねじ山以下の非限定的範囲に制限することによって、第2の直径部分75は、増加した直径を有することになる。12mmのスパークプラグに関しては、第2の直径部分75の直径は、一般的な測定範囲を超えて増加する可能性がある。多くともおよそ7ねじ、少なくともおよそ5ねじほどで、振動による緩みを防止しながらスパークプラグ2をシリンダーヘッド55に固定するのに十分であることが判明している。したがって、中間区域44のねじの全体数を制限することによって、第2の領域74の外径を増加させることができ、それによって第2の直径部分75での中央キャビティ47において体積が対応して増加する。たとえば、第2の領域74の外径は、少なくとも図5に示される12.07mmに増加させることができる。当然ではあるが、その他の寸法および範囲が、本発明の例示の実施形態の範囲内にあると見なされる。] 図5 [0015] 増加した体積、すなわち第2の直径部分75の直径は、対応する体積、すなわち絶縁碍子4の第2の直径区域94の直径の増加を可能にする。すなわち、第2の直径区域94は、第2の直径部分75の範囲と同様の範囲での直径を有する。この様式で、本発明の例示の実施形態は、12mm径のスパークプラグ用の絶縁碍子4が、より大きなスパークプラグ、たとえば14mm径以上のスパークプラグの誘電率に匹敵する誘電率を有することを可能にする。したがって、第2の直径区域94のサイズを増加させることによって、絶縁碍子4の誘電率が、30%もの増加を生じ、それによって抵抗器32にさらなる保護をもたらす。たとえば、典型的な12mmプラグにおける絶縁碍子の誘電値(dielectric value)は31kVであり、14mmプラグの誘電値は38kVである。しかし、図1〜5に示された例示の実施形態は、典型的な12mmプラグの誘電値からおよそ30%増加した誘電値を有する絶縁碍子を提供する。さらに、第2の直径区域94の直径を増加させることにより、第1の電極17および第2の電極24は、多様な熱範囲(heat ranges)に対応しながら製造および在庫費用を節約するために、より広い範囲のスパークプラグのサイズに対して共通にすることができる。] 図1 図2 図3 図4 図5 [0016] さらに、図示されるように、本発明の例示の実施形態は、複数の段の付いた深さの構成を有するスパークプラグを対象とし、スパークプラグは、12mmの開口に対してねじ山を付けられ、スパークプラグの抵抗器の周りに、2.16mmの最小限の厚さが提供される。さらに、1つの例示の実施形態では、ねじ部分のねじ数が7に制限される。] [0017] この点で、上記に説明したスパークプラグ構成が、絶縁碍子に対して追加の体積を有利にもたらすことが判明していることを理解すべきである。すなわち、中間部分のねじ山の全体数をおよそ7以下に制限することによって、追加の体積が中央キャビティにおいて得られる。この追加の体積は、現在のところは小径を有する絶縁碍子の対応する部分が、より大きな直径をすることを可能にする。絶縁碍子部材の中間部分の直径がより大きなことは、誘電特性の改善をもたらし、高燃焼チャンバ温度からスパークプラグの内部構成要素を保護し、同時にエンジンヘッドへの堅牢な装着をもたらす。] [0018] 1組の非限定的な寸法の例示のスパークプラグ構成(たとえば12mm)が、図5に示され、寸法がmmで示されている。] 図5 [0019] 本発明の図示された例示の実施形態を参照して説明したが、本発明にその趣旨から逸脱せずに様々な変更および/または修正を行なうことができることを容易に理解すべきである。たとえば、小径のスパークプラグは7ねじを有するものとして示されたが、ねじ区域は、およそ4〜8ねじ、5〜7ねじ、5〜6ねじ、または他の様式を含むことができる。最終的に、限定されることなく、少なくとも5ねじほどで、同様にエンジンヘッドに適切なインターフェースがもたらされる。さらに、スパークプラグは、複数の内部電極を有するように示されるが、スパークプラグの一区間に延びる単一の電極を使用することもできる。さらに、上記に説明した範囲が、例示の実施形態のみと関連付けられることを理解すべきであり、本発明の範囲から逸脱せずに変えることができる。最終的に、12mmの小径のプラグに関連して説明したが、本発明は、14mm径のスパークプラグ、またはその他の様式で使用することもできる。一般に、本発明は、別紙の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。]
权利要求:
請求項1 内側キャビティを集合的に画成する第1の端部、第2の端部、および中間区域を含む主要本体部分を有する金属シェルであって、前記中間区域が、第1の直径部分を画成する第1のねじ山を付けられない領域、および第2の直径部分を画成する、前記第1のねじ山を付けられない領域に隣接する第2のねじ山を付けられない領域を含み、前記第1の直径部分が、前記第2の直径部分の内周縁よりも大きい内周縁を有し、前記金属シェルが、前記第2のねじ山を付けられない領域に隣接する第3のねじ山を付けられた領域、および前記第3のねじ山を付けられた領域に隣接する第4のねじ山を付けられない領域をさらに備え、前記第3のねじ山を付けられた領域が、前記第2の直径部分の前記内周縁よりも小さい内周縁を有する第3の直径部分を画成し、前記第4のねじ山を付けられない領域が内周縁を有する第4の直径部分を画成し、前記第4の直径部分の前記内周縁が、前記第3の直径部分の前記内周縁よりも小さくなっており、前記内側キャビティが、前記第1、第2、第3、および第4の直径部分の前記内周縁によって画成される段の付いた構成を有する金属シェルと、前記金属シェルに配置された絶縁碍子であって、前記金属シェルの第1の端部部分から延出する第1の端部部分、前記金属シェルの前記第2の端部に設けられた第2の端部部分、および前記内側キャビティの前記段の付いた構成内に窪んでいるように構成された中間部分を有し、前記中間部分が、前記第1の端部部分と第2の端部部分の間に延出し、前記第1の直径部分内に入れ子式に収納された第1の直径区域、前記第2の直径部分内に入れ子式に収納された第2の直径区域、および前記第3の直径部分に入れ子式に収納された第3の直径区域を有し、前記第1の直径区域が前記第2の直径区域の材料厚さよりも大きな材料厚さを有する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の前記第1の端部部分から前記第2の端部部分に前記絶縁碍子を貫通して延出する中央ボア内に配置された中心ワイヤであって、前記絶縁碍子の前記第2の直径区域内に配置されたヘッド部分を有する中心ワイヤと、前記絶縁碍子の前記中央ボア内に配置された抵抗器であって、前記ヘッド部分を介して前記中心ワイヤと電気的に接続し、前記絶縁碍子の前記第1の直径区域と前記第2の直径区域の中に配置された抵抗器と、を備え、少なくとも2.0mmの最小限の厚さの前記絶縁碍子が、前記抵抗器と前記金属シェルの前記中間区域の前記第1の直径区域および前記第2の直径区域の間に配置され、前記第3のねじ山を付けられた領域の外径が12mm以下である、小径のスパークプラグ。 請求項2 請求項1に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記第1の直径区域が、前記第2の直径区域の外周縁よりも大きな外周縁を含む小径のスパークプラグ。 請求項3 請求項1に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記中央ボアが、上方部分および下方部分を有し、前記上方部分が、前記下方部分よりも大きくなっており、前記抵抗器が、前記中央ボアの前記上方部分に配置されている小径のスパークプラグ。 請求項4 請求項1に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、4から8のねじを含む小径のスパークプラグ。 請求項5 請求項1に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、5から7のねじを含む小径のスパークプラグ。 請求項6 請求項1に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、5から6のねじを含む小径のスパークプラグ。 請求項7 請求項1に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、7ねじを含む小径のスパークプラグ。 請求項8 請求項1に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、5〜15のねじを含む小径のスパークプラグ。 請求項9 請求項1に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記抵抗器の直径が、少なくとも4.0mmである小径のスパークプラグ。 請求項10 請求項9に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、7以下のねじを含む小径のスパークプラグ。 請求項11 請求項10に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記中央ボアが、上方部分および下方部分を有し、前記上方部分が、前記下方部分よりも大きくなっており、前記抵抗器が、前記中央ボアの前記上方部分に配置されている小径のスパークプラグ。 請求項12 内側キャビティを集合的に画成する第1の端部、第2の端部、および中間区域を含む主要本体部分を有する金属シェルであって、前記中間区域が、第1の直径部分を画成する第1のねじ山を付けられない領域、および第2の直径部分を画成する、前記第1のねじ山を付けられない領域に隣接する第2のねじ山を付けられない領域を含み、前記第1の直径部分が、前記第2の直径部分の内周縁よりも大きい内周縁を有し、前記金属シェルが、前記第2のねじ山を付けられない領域に隣接する第3のねじ山を付けられた領域、および前記第3のねじ山を付けられた領域に隣接する第4のねじ山を付けられない領域をさらに備え、前記第3のねじ山を付けられた領域が、前記第2の直径部分の内周縁よりも小さい内周縁を有する第3の直径部分を画成し、前記第4のねじ山を付けられない領域が内周縁を有する第4の直径部分を画成し、前記第4の直径部分の前記内周縁が、前記第3の直径部分の内周縁よりも小さくなっており、前記内側キャビティが、前記第1、第2、第3、および第4の直径部分の前記内周縁によって画成される段の付いた構成を有する金属シェルと、前記金属シェルに配置された絶縁碍子であって、前記金属シェルの第1の端部部分から延出する第1の端部部分、前記金属シェルの前記第2の端部から延出する第2の端部部分、および前記内側キャビティの前記段の付いた構成内に窪んでいるように構成された中間部分を有し、前記中間部分が、前記第1の端部部分と第2の端部部分の間に延出し、前記第1の直径部分内に入れ子式に収納された第1の直径区域、前記第2の直径部分内に入れ子式に収納された第2の直径区域、および前記第3の直径部分に入れ子式に収納された第3の直径区域を有し、前記第1の直径区域が前記第2の直径区域の材料厚さよりも大きな材料厚さを有する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の前記第1の端部部分から前記第2の端部部分に前記絶縁碍子を貫通して延出する中央ボア内に配置された中心ワイヤであって、前記絶縁碍子の前記第2の直径区域内に配置されたヘッド部分を有する中心ワイヤと、前記絶縁碍子の前記中央ボア内に配置された抵抗器であって、前記ヘッド部分を介して前記中心ワイヤと電気的に接続し、前記絶縁碍子の前記第1の直径区域と前記第2の直径区域の中に配置された抵抗器と、を備え、少なくとも2.0mmの最小限の厚さの前記絶縁碍子が、前記抵抗器と前記金属シェルの前記中間区域の前記第1の直径区域および前記第2の直径区域との間に配置され、前記第3のねじ山を付けられた領域の外径が12mm以下である、小径のスパークプラグ。 請求項13 請求項12に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記抵抗器の直径が、少なくとも4.0mmである小径のスパークプラグ。 請求項14 請求項13に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記ねじ山を付けられた領域が、7以下のねじを含む小径のスパークプラグ。 請求項15 請求項14に記載の小径のスパークプラグにおいて、前記中央ボアが、上方部分および下方部分を有し、前記上方部分が、前記下方部分よりも大きくなっており、前記抵抗器が、前記中央ボアの前記上方部分に配置されている小径のスパークプラグ。
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同族专利:
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引用文献:
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