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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Zündkerze
und eine Methode zum Produzieren der Zündkerze.
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Konventionell hat die Zündkerze
eine Elektrode, die einen Chip an dem Ende der Elektrode hat. Der Chip
ist so angeschweißt,
dass er eine Zündelektrode
bildet. Es ist Pt (Platin), das für eine Hauptkomponente des
Chips der Elektrode verwendet wird, um damit die Funkenbeständigkeit
zu verbessern. In letzter Zeit, um die Funkenbeständigkeit
weiter zu erhöhen,
wie es der Fall sein kann, ersetzt Ir (Iridium) Pt als Hauptbestandteil
des Chips der Elektrode der Zündkerze.
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Die Zündkerze, die das obige eine
von Pt und Ir als das Material der Zündelektrode hat, wird für einen Gasmotor
(gas engine) verwendet. Zum Beispiel ist der Gasmotor einer, der
als kombinierter Gasmotor (cogeneration gas engine) bezeichnet wird,
welcher beides nutzt, Emissionswärme
und Verbrennungswärme.
In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass die Zündelektrode der Zündkerze
während
eines Verbrennungsprozesses eines Gemisches in einer Verbrennungskammer
der Innenverbrennungsmaschine einem Abkühlungs- und Erwärmungszyklus
ausgesetzt wird. Im Speziellen verursacht der Abkühlungs-
und Erwärmungszyklus
ein schnelles Abkühlen
während
eines Gemischeinlassprozesses und ein schnelles Erwärmen während eines
Gemischverbrennungsprozesses. Solch ein Abkühlungs- und Erwärmungszyklus
tritt wahrscheinlicher bei einer mager verbrennenden Motor auf,
welcher konstruiert ist, um NOx und Ähnliches, das im Verbrennungsgas
enthalten ist, zu reduzieren.
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Der Abkühlungs- und Erwärmungszyklus
(Schwerlast), der wiederholt auf die Zündelektrode angewendet wird,
verursacht, dass sich die Metalloberfläche der Zündelektrode abschält. Das
so abgeschälte
Metallstück
wird durch eine Entladung geschmolzen, wodurch ein Ausschwitzen
verursacht wird (ein Phänomen, bei
welchem das geschmolzene Metallstück springt und dann wieder
anhaftet). Das Schälen
und Ausschwitzen kann verursachen, dass die Metallstücke quer
eines Funkenentladungsspaltes aufgehäuft werden, wodurch eine Brückenbildung
verursacht wird. Es ist wahrscheinlich, dass dies einen Zündfehler
verursacht, der einem kurzen Spalt zuschreibbar ist. Insbesondere
ist es bei vielen der Zündkerzen
für den
Gasmotor wahrscheinlich, eine Brückenbildung
und Ähnliches
zu verursachen, weil der Spalt des Gasmotors so klein ist, um eine
geringere Entladungsspannung zu erhalten.
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Die Patentzusammenfassung von Japan,
Ausgabe 1995, Nr. 3 & JP-A-06338376
offenbart eine Edelmetalllegierungselektrode aus einem Elektrodenbasismaterial
bezüglich
des Oberbegriffes der Ansprüche
1 und 2. Ein Zündabschnitt
des Elektrodenbasismateriales und ein Edelmetallmaterial werden
erhitzt und durch ein Laserschweißen flüssig gemacht, um eine geschmolzene,
feste Edelmetalllegierungsschicht an dem Zündabschnitt auszubilden. Dabei
wird eine Edelmetalllegierungselektrode, die aus Pt-Ir-Ni-Legierung hergestellt
ist, an dem Zündabschnitt
vorgesehen, die eine reduzierte Restmenge an Stickstoffgas und Sauerstoffgas
hat.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Zündkerze
vorzusehen, bei welcher es unwahrscheinlich ist, ein Abschälen, ein
Ausschwitzen und Ähnliches
an einer Zündelektrode
zu verursachen. Im Speziellen ist die Zündkerze unter der vorliegenden
Erfindung eine, bei der es unwahrscheinlich ist, einen kurzen Spalt
zu verursachen, der der Brückenbildung
zuzuschreiben ist, selbst wenn die Zündkerze für einen Gasmotor und Ähnliches
verwendet wird.
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Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Methode des Produzierens der Zündkerze, die die oben genannten
Merkmale hat, vorzusehen.
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Bezüglich eines ersten Aspektes
der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, die aufweist:
eine Mittelelektrode; eine Grundelektrode, die der Mittelelektrode
derart gegenüberliegt,
um einen Funkenentladungsspalt zwischen der Mittelelektrode und
der Grundelektrode zu definieren; und eine Zündelektrode, die an wenigstens
einer von der Mittelelektrode und der Grundelektrode derart befestigt
ist, dass sie dem Funkenentladungsspalt zugewandt ist, wobei die
Zündelektrode
aus einem Metallmaterial gebildet ist, dessen Hauptbestandteil eines
von einem Platin und einem Iridium ist, da durch gekennzeichnet dass
das Metallmaterial der Zündelektrode
einen Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 120 ppm aufweist.
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Bezüglich eines zweiten Aspektes
der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, die aufweist:
eine Mittelelektrode; eine Grundelektrode, die der Mittelelektrode
derart gegenüberliegt,
dass sie einen Funkenentladungsspalt zwischen der Mittelelektrode
und der Grundelektrode definiert; und eine Zündelektrode, die an wenigstens
einer von der Mittelelektrode und der Grundelektrode derart befestigt
ist, dass sie dem Funkenentladungsspalt zugewandt ist, wobei die
Zündelektrode
aus einem Metallmaterial gebildet ist, dessen Hauptbestandteil eines
von einem Platin und einem Iridium ist, dadurch gekennzeichnet,
dass das Metallmaterial der Zündelektrode
ein Kristallkorn von nicht weniger als 50 μm im Hauptdurchmesser aufweist
und einen Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 300 ppm aufweist.
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Bezüglich eines dritten Aspektes
der vorliegenden Erfindung ist eine Methode bezüglich Anspruch 10 zum Produzieren
einer Zündkerze
bezüglich
Anspruch 1 oder 2 vorgesehen. Die Methode weist die folgenden, sequentiellen
Schritte auf: Ausführen
einer Wärmebehandlung
an einem Metallmaterialchip bei einer Wärmebehandlungstemperatur von
nicht weniger als 800°C
und nicht mehr als dem Schmelzpunkt des Metallmaterialchips, so
dass ein Kristallkom des Metallmaterialchips nicht weniger als 50 μm im Hauptdurchmesser
ist, wobei der Metallmaterialchip einen Sauerstoffgehalt von nicht
mehr als 300 ppm aufweist, wobei der Metallmaterialchip einen Hauptbestandteil
von einem von einem Platin und einem Iridium aufweist; Schweißen des
Metallmaterialchips an wenigstens eine von einer Mittelelektrode
und einer Grundelektrode; Ausbilden einer Zündelektrode basierend auf dem
Metallmaterialchip.
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Bezüglich eines vierten Aspektes
der vorliegenden Erfindung ist eine Methode bezüglich Anspruch 12 zum Produzieren
einer Zündkerze
bezüglich
Anspruch 1 oder 2 vorgesehen, welche grundsätzlich dieselbe ist, wie die
Methode bezüglich
des dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung, außer, dass
die Wärmebehandlung
nach dem Schweißen
ausgeführt
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Zündkerze 100 bezüglich einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betreffend eine Konstitution der Zündkerze 100,
bei welcher;
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1(a) eine
Vorderansicht der Zündkerze 100 ist,
und
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1(b) ähnlich zu 1(a) ist, jedoch einen Halbschnitt
(Wegschnitt) der Zündkerze 100 von 1(a) zeigt;
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2 zeigt
vergrößert essentielle
Abschnitte der Zündkerze 100;
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3 zeigt
drei schematische Schaubilder einer Wärmebehandlung, wobei jedes
Schaubild einen von einem Chip und einem Chipmaterial zeigt, das
für eine
Zündelektrode
verwendet wird, bezüglich
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bezüglich
einer Methode des Produzierens der Zündkerze 100, bei welcher;
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3(a) ein
Plattenmaterial 300 zeigt,
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3(b) ein
Stabmaterial 210 zeigt, und
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3(c) erste
und zweite Chips 150 zeigt; und
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4 zeigt
zwei schematische Schaubilder der Wärmebehandlung, wobei jedes
Schaubild zeigt, dass der Chip (Zündelektrode) verbunden ist
mit einer Elektrode, um eine Zündelektrode
auszubilden, bei welcher;
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4(a) eine
zweite Zündelektrode 32 zeigt,
die mit einer Grundelektrode 4 verbunden (geschweißt) ist,
und
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4(b) eine
erste Zündelektrode 31 zeigt,
die mit einer Mittelelektrode 3 verbunden (geschweißt) ist.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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In der folgenden ersten bevorzugten
Ausführungsform
(betreffend eine Konstitution einer Zündkerze) und einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform
(betreffend eine Methode des Produzierens der Zündkerze) ist eine Zündelektrode
durch Schweißen
eines Chips an eine Elektrode ausgebildet. Der Chip ist aus einem Metall
gebildet. Die Zündelektrode
unter der vorliegenden Erfindung ist ein Abschnitt (des geschweißten Chips),
welcher nicht durch eine Zusammensetzungsänderung beeinflusst wird. Im
Speziellen unterscheidet sich die Zündelektrode der vorliegenden
Erfindung von dem anderen Abschnitt (des geschweißten Chips),
der legiert ist, durch das Schweißen, mit einem Material von
einer Grundelektrode oder einer Mittelelektrode.
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Darüber hinaus ist der Begriff „Haupt-„ oder
solche, die sich darauf beziehen mit Bezug auf eine Komponente,
definiert als den höchsten
Prozentanteil von der Gesamtmasse habend.
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Das Reduzieren eines Sauerstoffgehaltes
von einem Metall von der Zündelektrode
wirkt aus den folgenden angenommenen Ursachen hemmend auf das Auftreten
eines Abschälens
und eines Ausschwitzens:
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Wenn ein Metall, das die Zündelektrode
bildet, gelöst
ist, ist der Sauerstoff gewöhnlich
in dem Metall derart enthalten, dass der Sauerstoff in das Metall
gelöst
wird. Nachdem das Metall verfestigt ist, wird der Sauerstoff als
in Form einer festen Lösung
in dem Metall existierend betrachtet. Wenn die Zündkerze an einem Innenverbrennungsmotor
befestigt ist und dann benutzt wird, ist es wahrscheinlich, dass
der in dem Metall der Zündelektrode
enthaltene feste Lösungssauerstoff
an einer Kristallkorngrenze abgelagert wird, wenn der feste Lösungssauerstoff
einer Hochtemperaturatmosphäre
in dem Innenverbrennungsmotor ausgesetzt wird. Dann ist es wahrscheinlich,
dass der feste Lösungssauerstoff
mit einer Komponente in der Atmosphäre reagiert. In der Komponente
ist Wasserstoff und Ähnliches
unterhalten, welches von einer Oberfläche des Metalls diffundiert
wird über
den Weg der Kristallkorngrenze. Dadurch ist es wahrscheinlich, dass
der feste Lösungssauerstoff,
der mit der Komponente reagiert, eine Kristallkomgrenzenschicht
versprödet.
Die obige Wahrscheinlichkeit des Festlösungssauerstoffs wird betrachtet
unterstützt
zu werden in einer Atmosphäre,
wo ein verhältnismäßig großer Betrag
von Wasserstoff existiert (insbesondere in einem Gasmotor). Wenn
darüber
hinaus die Umgebungstemperatur so hoch ist, um einfach eine Kristallkomgrenzenbewegung
hervorzurufen (welche bezüglich
eines Kristallwachstums verursacht wird), wobei ein Kristallkomkomponentenatom
entsprechend umgeordnet wird. Dabei ist es wahrscheinlicher, dass
der aufgelöste
Sauerstoff aus der Metallphase ausgestoßen wird, und dann ist es wahrscheinlicher,
an der Kristallkorngrenze abgelagert zu werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit
des Festelösungssauerstoffs
wie oben ausgeführt
gefördert
wird. Darüber
hinaus verursacht das Metall innerhalb der Kristallkorngrenze eine
Volumenexpansion und eine Gasablagerung. Wenn eine Oberfläche von
der Zündelektrode
durch einen starken Funken unter dieser Bedingung angegriffen wird,
wird die Kristallkomgrenze zerstört
und das Kristallkorn zerfällt,
wodurch es einfach das Abschälen
und Ausschwitzen hervorruft.
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Wenn der Sauerstoffgehalt in dem
Metall gering ist, ist die Menge des an der Kristallkorngrenze abgelagerten
Sauerstoffs gering. Damit wird die Zerstörung (verursacht durch den
Funkenangriff) der Kristallkorngrenze gehemmt, wodurch das Zerfallen
des Kristallkorns gehemmt wird. Daher werden das Abschälen und Ausschwitzen
der Zündelektrode
verhindert oder gehemmt. Darüber
hinaus ist bei einem im Hauptdurchmesser vergrößerten Kristallkom ein kraftvollerer
Funkenangrift erforderlich, um ein einzelnes Kristallkorn zerfallen zu
lassen. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass das Kristallkorn
das Zerfallen verursacht, was der Zerstörung der Kristallkorngrenze
zuschreibbar ist. Daher kann mit einem Hauptkristallkomdurchmesser
von nicht weniger als 50 μm
(groß)
eine obere Grenze des Sauerstoffgehaltes auf 300 ppm erhöht werden.
Wenn das Metall einen hohen Sauerstoffgehalt beinhaltet, ist es
unwahrscheinlich, dass die Metallorganisation eine Rekristallisation
hervorruft, und es ist wahrscheinlich, dass der Hauptkristallkorndurchmesser
klein ist, wodurch hervorgerufen wird, dass das Zerfallen des Kristallkorns
wahrscheinlicher ist. Wenn jedoch der Sauerstoffgehalt auf nicht
mehr als 300 ppm begrenzt wird, ist es wahrscheinlich, dass das
Metall progressiv rekristallisiert, wodurch das Erhalten eines Hauptkristallkorndurchmessers
von nicht weniger als 50 μm
ermöglicht
wird. Die nicht weniger als 50 μm
sind die Dimension, die effektiv für das Verhindern ist, dass
die Zündelektrode
das Abschälen
und Ausschwitzen verursacht.
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Wie in 1(a) und 1(b) zu sehen ist, ist eine
Zündkerze 100 bezüglich der
ersten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Die Zündkerze wird für verschiedene
Anwendungen verwendet, wie z. B. als Zündung von einem kombinierten
Gasmotor (cogeneration gas engine), welcher beides nutzt, die Emissionswärme und
die Verbrennungswärme.
Wie in 1(b) zu sehen
ist, ist eine Metallschale 1, ein Isolator 2,
eine Mittelelektrode 3, eine Grundelektrode 4 und Ähnliches
vorgesehen. Die Metallschale 1 ist von zylindrischer Form.
Der Isolator 2 ist in die Metallschale 1 eingesetzt
und hat ein Isolatorspitzenende 21, welches von der Zündkerze 100 vorsteht.
Die Mittelelektrode 3 ist innenseitig des Isolators 2 angeordnet
und hat eine edelmetallische erste Zündelektrode 31 (hiernach „erste
Zündelektrode 31" genannt), welche
so geformt ist, dass sie an einem Spitzenende der Mittelelektrode 3 vorsteht.
Die Grundelektrode 4 hat ein erstes Ende, welches mit der
Metallschale 1 durch Schweißen und Ähnliches verbunden ist, und
ein zweites Ende, welches seitwärts
gebogen ist. Das so gebogene zweite Ende der Grundelektrode 4 hat
eine erste Oberfläche
{obere in 1(b)}, welches
dem Spitzenende der Mittelelektrode 3 gegenüberliegt.
Darüber
hinaus ist eine zweite Zündelektrode 32 an
der ersten Oberfläche
der Grundelektrode 4 ausgebildet. Die zweite Zündelektrode 32 liegt
der ersten Zündelektrode 31 gegenüber. Zwischen
der ersten Elektrode 31 und der zweiten Elektrode 32 ist
ein Funkenentladungsspalt G definiert.
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Der Funkenentladungsspalt G der Zündkerze 100 ist
in einem Bereich von 0,2 mm bis 0,6 mm. Die Zündkerze 100 hat eine
Gesamtlänge
L0 in einem Bereich von 60 mm bis 100 mm (z. B. 74,5 mm). Wie in 1(a) zu sehen ist, ist eine
Schraublänge
L1 definiert, welche eine Länge
in einem Bereich von 12,5 mm bis 26,5 mm hat (z. B. 19 mm). Nominale
Schrauben, die für
eine Befestigungsschraube 7 verwendet werden, schließen M10,
M12, M14 und M18 ein (z. B. M14), wobei jedes ein metrisches Gewinde
benennt, gefolgt von einem Außenseitendurchmesser
(nominal) in Millimetem.
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Der Isolator 2 wird aus
einem keramischen Sinterkörper
gebildet, welcher beispielsweise aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid
und Ähnlichem
hergestellt ist. Wie in 1(b) zu
sehen ist, ist in dem Isolator 2 eine Öffnung 6 definiert.
Die Öffnung 6 wird
genutzt zum Zusammenpassen der Mittelelektrode 3 entlang
einer Längsachse
des Isolators 2. Die Metallschale 1 ist aus einem
Metall hergestellt, wie z. B. Niedrigkohlenstoffstahl und Ähnlichem,
und ist grundsätzlich
von zylindrischer Form. Die Metallschale 1 ist ein Gehäuse der Zündkerze 100 und
hat eine äußere Oberfläche. Die
Befestigungsschraube 7 ist an der äußeren Oberfläche der
Metallschale 1 angeordnet und wird zum Befestigen der Zündkerze 100 an
einem Motorblock (nicht gezeigt) verwendet.
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Das Spitzenende von jedem von der
Mittelelektrode 3 und der Grundelektrode 4 ist
mit einer Oberflächenschicht
ausgebildet. Die Oberflächenschicht
ist aus einer wärmebeständigen Legierung
hergestellt. Die wärmebeständige Legierung
ist eine, die einen Hauptbestandteil von einem von Ni (Nickel) und
Fe (Ferrum oder Eisen) hat. Kategorisiert in der wärmebeständigen Legierung,
die die Hauptkomponente von Ni hat, ist z. B. INCONEL 600,
INCONEL 601 und Ähnliches
(INCONEL: ein Handelsname für
eine Nikkelbasislegierung, die Chrom, Molybden, Eisen und kleinere
Beträge
anderer Elemente beinhaltet – nach
Dictionary of Science and Technology, Academic Press).
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Wie in 2 zu
sehen ist, ist jede von der ersten Zündelektrode 31 und
der zweiten Zündelektrode 32, die
der ersten Zündelektrode 31 gegenüberliegt,
aus einem Metall hergestellt, dessen Hauptbestandteil eines von
Pt (Platin) und Ir (Iridium) ist {das Metall, das von wenigstens
einem von Pt und Ir gebildet ist, wird hiernach als „Edelmetallmaterial" bezeichnet}. Jede
von der ersten Zündelektrode 31 und
der zweiten Zündelektrode 32 hat
einen Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 120 ppm. Alternativ hat
jede von der ersten Zündelektrode 31 und
der zweiten Zündelektrode 32 einen
Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 300 ppm (vorzugsweise jedoch nicht
mehr als 120 ppm) mit einem Hauptkristallkorndurchmesser von nicht
weniger als 50 μm.
Der obige Hauptkristallkorndurchmesser definiert nicht spezifisch
eine obere Grenze. In anderen Worten ist es dem Kristallkorn erlaubt,
so groß zu
sein, um eine grobe Kristallstruktur zu bilden, bei welcher nur
eines oder verschiedene Kristallkörner das gesamte Metall der
Zündelektrode 31 oder
der Zündelektrode 32 bilden
(in diesem Fall ist der Hauptkristallkomdurchmesser so groß wie die
Dimension der Zündelektrode 31 oder
der Zündelektrode 32).
Einfach zur Information, dass jede von der ersten Zündelektrode 31 und
der zweiten Zündelektrode 32 einen
Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 300 ppm hat, macht es schwierig,
ein Auftreten des Abschälens
und des Ausschwitzens zu verhindern, sogar wenn der Hauptkristallkorndurchmesser
nicht weniger als 50 μm
ist.
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Wenn die Zündkerze 100 an einem
Kombinationsgasmotor montiert wird und dann benutzt wird, können sich
die erste Zündelektrode 31 und
die zweite Zündelektrode 32 abschälen oder
ein Ausschwitzen verursachen und dadurch eine Brückenbildung an dem Funkenentladungsspalt
G ausbilden. Mit dem obigen Sauerstoffgehalt und Hauptkristallkorndurchmesser
kann die Brückenbildung
effektiv gehemmt werden.
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Eine von der ersten Zündelektrode 31 (an
der Mittelelektrode 3) und der zweiten Zündelektrode 32 (an der
Grundelektrode 4) kann von der Konstitution der Zündkerze 100 weggelassen
werden. In diesem Fall wird der Funkenentladungsspalt G in einem
der folgenden zwei Abschnitte ausgebildet: 1. Zwischen der ersten Zündelektrode 31 und
der ersten Oberfläche
der Grundelektrode 4 (zweite Zündelektrode 32 ist
nicht vorgesehen). 2. Zwischen der zweiten Zündelektrode 32 und
dem Spitzenende der Mittelelektrode 3 (erste Zündelektrode 31 ist
nicht vorgesehen). Es ist generell effektiver, die Zündelektrode
an der Grundelektrode 4 vorzusehen (nämlich die zweite Zündelektrode 32),
bei welcher es wahrscheinlich ist, einen Temperaturanstieg zu verursachen.
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Unten sind vier Arten von Edelmetallmaterialien
angegeben, wobei jedes der vier die erste Zündelektrode 31 und
die zweite Zündelektrode 32 ausbildet:
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1. Pt-Ni-Legierung
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Pt ist der Hauptbestandteil, während Ni
mit 2% bis 40% einer Gesamtmasse enthalten sein kann. Die somit
erhaltene Pt-Ni-Legierung hat einen Vorteil von verbesserter Abschälungssicherheit
von einer Schweißung.
Wenn der Ni-Prozentanteil weniger als 2% der Gesamtmasse beträgt, wird
der obige vorteilhafte Effekt nicht befriedigend herbeigeführt. Andererseits,
wenn der Ni-Prozentanteil mehr als 40% der Gesamtmasse beträgt, ist
der Schmelzpunkt der Pt-Ni-Legierung abgesenkt, wodurch die Funkenbeständigkeit
der Zündelektrode
unzufriedenstellend wird. Während
der Funkenentladung ist es bei der Pt-Ni-Legierung wahrscheinlich, dass
ein Zerfallen von Körnern
hervorgerufen wird, und es ist wahrscheinlich, dass ein Wiederanhaften
der geschmolzenen, abgespritzten Körner verursacht wird. Dadurch
ist es bei der Pt-Ni-Legierung höchstwahrscheinlich,
dass eine Brückenbildung
und Ähnliches
hervorgerufen wird. Die vermutliche Ursache der obigen Wahrscheinlichkeit
der Pt-Ni-Legierung ist, dass die Pt-Ni-Legierung wahrscheinlicher
magnetisiert wird als andere Edelmetallmaterialien. In jedem Fall
kann die vorliegende Erfindung effektiv verhindern oder hemmen,
dass eine Brückenbildung
und Ähnliches
auftritt.
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2. Pt-Ir-Legierung
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Eines von Pt und Ir ist der Hauptbestandteil.
Ir kann mit 2% bis 98% von der Gesamtmasse enthalten sein. Die somit
erhaltene Pt-Ir-Legierung hat einen Vorteil von verbesserter Hitzebeständigkeit
der Zündelektrode,
woraus eine deutlich verbesserte Funkenbeständigkeit resultiert. Diese
Verbesserungen sind dem zugefügten
Ir zuzuschreiben. Wenn der Ir-Prozentanteil geringer als 2% von
der Gesamtmasse ist, werden jedoch die obigen zwei vorteilhaften
Effekte nicht befriedigend herbeigeführt. Andererseits, wenn der
Ir-Prozentanteil höher
als 98% der Gesamtmasse ist, ist es wahrscheinlich, dass die Oxidation
und Dampfbildung von Ir bei hoher Temperatur fortschreitet, wodurch
die Oxidations- und Dampfbildungs-Beständigkeit der Zündelektrode unbefriedigend
wird.
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3. Pt-Ir-Ni-Legierung
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Pt ist die Hauptkomponente. Ir kann
mit 2% bis 40% von der Gesamtmasse enthalten sein, während Ni
mit 2% bis 40% von der Gesamtmasse enthalten sein kann. Die somit
erhaltene Pt-Ir-Ni-Legierung hat einen Vorteil von guter Funkenbeständigkeit
und einen anderen Vorteil von verbesserter Abschälsicherheit von der Schweißung. Wenn
der Ir-Prozentanteil
weniger als 2% von der Gesamtmasse beträgt, ist die Funkenbeständigkeit
jedoch unbefriedigend, während,
wenn der Ir-Prozentanteil mehr als 40% von der Gesamtmasse beträgt, die
Abschälsicherheit
an der Schweißung
unbefriedigend ist. Andererseits, wenn der Ni-Prozentanteil geringer
als 2% von der Gesamtmasse ist, ist die Abschälsicherheit an der Schweißung unbefriedigend.
Gegensätzlich
dazu, wenn der Ni-Prozentanteil mehr als 40% von der Gesamtmasse
beträgt,
ist die Funkenbeständigkeit
unbefriedigend und die Bearbeitbarkeit (oder Zerspanbarkeit, Formbarkeit)
der Legierung ist verschlechtert, wodurch die Produktionseffektivität geringer
wird wie auch die Ausbeute (unvermeidbar).
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4. Ir-Ni-Legierung
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Eines von Ir und Ni ist der Hauptbestandteil.
Ni kann mit 2% bis 70% von der Gesamtmasse enthalten sein. Die somit
erhaltene Ir-Ni-Legierung mit dem Hauptbestandteil von Ir hat einen
Vorteil von verbesserter Hitzebeständigkeit der Zündelektrode,
was in einer deutlich verbesserten Funkenbeständigkeit resultiert, welche
dem Hauptbestandteil Ir zuzuschreiben ist. Wenn der Ni-Prozentanteil
geringer als 2% von der Gesamtmasse ist, ist jedoch ein Fortschreiten
der Oxidation und Verdampfung von Ir bei hoher Temperatur wahrscheinlich,
wodurch hervorgerufen wird, dass die Oxidations- und Verdampfungs-Beständigkeit
der Zündelektrode
unbefriedigend wird. Gegensätzlich
dazu, wenn der Ni-Prozentanteil
mehr als 70% der Gesamtmasse beträgt, wird der Schmelzpunkt der
Ir-Ni-Legierung
abgesenkt, wodurch hervorgerufen wird, dass die Funkenbeständigkeit
unbefriedigend wird.
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Die Methode des Produzierens der
Zündkerze 100 bezüglich der
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist unten ausgeführt.
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Wie in 2 gezeigt
ist, ist an dem Spitzenende (Oberfläche) der Mittelelektrode 3 ein
erster Chip 31' überdeckend
(overlapped) vorhanden, welcher die erste Zündelektrode 31 darstellt
(siehe 1). Der erste Chip 31' ist zu einer
kreisförmigen
Platte geformt und aus einer Legierung ausgebildet. Darüber hinaus
ist um den gesamten Umfang einer verbindenden Oberfläche des
ersten Chips 31' eine
erste Laserschweißkonstruktion
mit Hilfe eines Laserschweißens
ausgebildet. Die so ausgebildete Laserschweißkonstruktion W1 ist fest geworden,
um dadurch die erste Zündelektrode 31 auszubilden.
Andererseits ist die zweite Zündelektrode 32 der
ersten Zündelektrode 31 entsprechend
gegenüberliegend
vorgesehen. Ein zweiter Chip 32' ist an der Grundelektrode 4 in
einer der ersten Zündelektrode 31 gegenüberliegende
Position positioniert. Um den gesamten Umfang einer verbindenden
Oberfläche
des zweiten Chips ist eine zweite Laserschweißkonstruktion W2 ausgebildet
mit Hilfe des Laserschweißens.
Die so ausgebildete Laserschweißkonstruktion
W2 ist fest geworden, um dadurch die zweite Zündelektrode 32 auszubilden.
Wenn jeder von dem ersten Chip 31' und dem zweiten Chip 32' eine Legierung
ist, die Ir enthält,
ist der Schmelzpunkt hoch. Daher ist das Laserschweißen bevorzugt.
Gegensätzlich
dazu, wenn jeder von dem ersten Chip 31' und dem zweiten Chip 32' eine Legierung ist,
die Pt enthält,
ist der Schmelzpunkt geringer als der der Legierung, die Ir enthält. Daher
ist ein Widerstandschweißen
anwendbar.
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Jeder von dem ersten Chip 31' und dem zweiten
Chip 32' (hiernach
als „erste
und zweite Chips 150" in
Kombination benannt, wenn notwendig) wird in den folgenden Schritten
ausgebildet:
- 1. Jede Legierungskomponente wird
so gemischt und gelöst,
um ein Lösungsmaterial
zu erhalten, das eine vorbestimmte Zusammensetzung hat. Das so erhaltene
Lösungsmaterial
wird dann einem der folgenden Schritte 2-1 und 2-2 ausgesetzt:
- 2–1.
- I. Das Lösungsmaterial
der Legierung wird einem Kaltwalzen ausgesetzt (bei einer gewöhnlichen
Temperatur), um dadurch ein Plattenmaterial auszubilden.
- II. Das so erhaltene Plattenmaterial wird einem Heißstanzen
ausgesetzt (z. B. bei nicht weniger als 700°C; oder einem Warmstanzen),
um dadurch einen gestanzten Chip auszubilden, der eine vorbestimmte
Konfiguration hat.
- 2-2.
- I. Das Lösungsmaterial
der Legierung wird einem von einem Heizwalzen (z. B. bei nicht weniger
als 700°C; oder
einem Warmwalzen) ausgesetzt, einem Heißschmieden (z. B. bei nicht
weniger als 700°C;
oder einem Warmschmieden) und einem Heißdrahtziehen (z. B. bei nicht
weniger als 700°C;
oder einem Warmdrahtziehen), um dadurch eines von einem linearen
Material und einem Stabmaterial auszubilden.
- II. Das so erhaltene eine von dem linearen Material und dem
Stabmaterial wird in einer Längsrichtung
in Stücke
geschnitten, die jeweils eine vorbestimmte Länge haben. Das Schneiden schließt ein elektrisches Entladungsschneiden
ein.
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Das Heißbearbeiten (Stanzen, Walzen,
Schmieden, Drahtziehen und Ähnliches)
ist besonders für
das Bearbeiten einer Ir enthaltenden Legierung effektiv, deren Bearbeitbarkeit
(oder Zerspanbarkeit, Formbarkeit) schwierig ist.
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Darüber hinaus kann das Lösungsmaterial
der Legierung substantiell zu einer Kugel ausgebildet werden durch
eine atomisierende Methode.
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Wie in 3(a), 3(b) und 3(c) zu sehen sind jeweils ein Plattenmaterial 300,
ein Stabmaterial 210 und erste und zweite Chips 150 vorgesehen.
Das Stabmaterial 210 und das Plattenmaterial 300 und Ähnliches
sind Materialien, welche für
das Produzierend er ersten und zweiten Chips 150 verwendet
werden. Vor dem Schweißen
wird jedes von dem Plattenmaterial 300 und dem Stabmaterial 210 einer
Wärmebehandlung
bei nicht weniger als 800°C
(und nicht mehr als einem „Schmelzpunkt" des metallischen
Materiales: in dem Fall der Legierung wird der „Schmelzpunkt" ersetzt durch eine „Liquidus-Linien-Temperatur") in einer vom einer
reduzierten Druckatmosphäre
und einer Wasserstoffatmosphäre.
Nach der Wärmebehandlung
wird jedes von den ersten und zweiten Chips 150, dem Plattenmaterial 300 und
dem Stabmaterial 210 (oder die Zündelektrode wird) rekristallisiert,
um dadurch das Kristallkorn wachsen zu lassen. In diesem Fall ist
der Hauptdurchmesser des Kristallkorns vorzugsweise nicht weniger
als 50 μm
durch das Kristallkornwachstum. Gerade wenn das Kristall nicht progressiv
gewachsen ist, sollten die Bearbeitungsbedingungen (oder Zerspanungsbedingungen, Formungsbedingungen)
vorzugsweise so eingestellt werden, um den Hauptdurchmesser des
Kristallkorns von nicht weniger als 50 μm zu erhalten. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur
weniger als 800°C
beträgt,
hat das Kristallkorn des metallischen Materials keine befriedigende
Rekristallisation oder wächst
nicht zufriedenstellend, somit ist der Hauptkristallkorndurchmesser
von nicht weniger als 50 μm
unerhaltbar gemacht. Gegensätzlich
dazu, wenn die Wärmebehandlungstemperatur
mehr als der Schmelzpunkt des Metallmateriales ist, werden die ersten
und zweiten Chips 150 so deformiert, dass sie unbrauchbar
werden. Daher sollte die Wärrnebehandlungstemperatur
nicht weniger als 800°C
und nicht mehr als der „Schmelzpunkt" des Metallmateriales
sein, mehr bevorzugt nicht weniger als 900°C und nicht mehr als eine „Solidus-Linien-Temperatur" des Metallmateriales.
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Wie in 3(a) gezeigt
ist, wird das Plattenmaterial 300 einer Wärmebehandlung
in einem Wärmebehandlungsofen
FK ausgesetzt. Wie in 3(b) gezeigt
ist, wird das Stabmaterial 210 einer Wärmebehandlung in dem Wärmebehandlungsofen
FK ausgesetzt. Darüber
hinaus, wie in 3(c) gezeigt,
werden die ersten und zweiten Chips 150 einer Wärmebehandlung
in dem Wärmebehandlungsofen
FK ausgesetzt.
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Wie in 4(a) gezeigt
ist, kann der zweite Chip 32' im
Voraus an die Grundelektrode 4 geschweißt werden, um die zweite Zündelektrode 32 auszubilden,
um dadurch eine Wärmebehandlung
der zweiten Zündelektrode
zusammen mit der Grundelektrode 4 auszuführen. Gleichermaßen, wie
in 4(b) gezeigt, kann der
Chip 31' im
Voraus an die Grundelektrode 4 geschweißt werden, um die erste Zündelektrode 31 auszubilden,
um dadurch die Wärmebehandlung
der ersten Zündelektrode 31 zusammen
mit der Mittelelektrode 3 auszuführen.
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Die Wärmebehandlung kann in einem
von einem Vakuum, einer Stickstoffatmosphäre, einer Wasserstoffatmosphäre und einer
Schutzgasatmosphäre
ausgeführt
werden. Dadurch wird das Auftreten der Oxidation und Verdampfung
effektiv während
der Wärmebehandlung
gehemmt, besonders in dem Fall von der Metalllegierung, deren Hauptbestandteil
Ir ist.
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Die folgenden Experimente wurden
ausgeführt,
um den Effekt der vorliegenden Erfindung zu validisieren:
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(Beispiel 1)
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Ni-Metall wird gemischt und gelöst in einem
Pt-Metall, um dadurch eine Legierung vorzubereiten, die aus Pt und
20% (Masse) Ni gebildet ist. Die Legierungslösung wird durch eine Hochfrequenzlösung in
einer Ar-Atmosphäre
(Argon) erhalten. Das Einstellen des Sauerstoffgehaltes, der in
dem eingeführten
Ar-Gas enthalten ist, erlaubt es, verschiedene Legierungstestbeispiele
vorzubereiten, wie solche, die einen Sauerstoffgehalt von 1 ppm,
43 ppm, 78 ppm, 113 ppm und 140 ppm haben. Der Sauerstoffgehalt,
der in dem Legierungstestbeispiel enthalten ist, wird in den folgenden
zwei Schritten quantifiziert: 1. Das Legierungstestbeispiel wird erwärmt und
in einem Schutzgas geschmolzen. 2. Dann wird das Legierungstestbeispiel
durch eine NDIR-Absorptionsmethode analysiert (Non Dispersive Infrared
Ray; nicht-streuende Infrarotstrahlung). Das Legierungstestbeispiel
wird einem Kaltwalzen ausgesetzt, um in ein Plattenmaterial geformt
zu werden, das eine Dicke von 0,4 mm hat. Das Testbeispiel, das
einen Sauerstoffgehalt von 140 ppm hat, wird einer Wärmebehandlung
bei 900°C
in einer Vakuumatmosphäre
(Grad des Vakuums: 1,33 × 10–3 Pa)
für 500
Minuten ausgesetzt. Dann wird jedes Plattenmaterial einem Ätzen für eine geglättete Oberfläche des
Plattenmaterials ausgesetzt. Dann wird ein optisches Mikroskop zum
Messen eines Hauptdurchmessers eines Kristallkoms verwendet. Der Durchmesser
von dem individuellen Kristallkom wird in den folgenden drei Schritten
gemessen: 1. Feststellen einer sichtbaren Außenlinie des Kristallkornes
an der geglätteten
Oberfläche.
2. Zeichen eines Paares äußerer tangentialer
paralleler Linien, jede in einer Position, um einen Maximumintervall
zwischen den parallelen Linien auszubilden. 3. Messen des Maximumintervalls
zwischen den parallelen Linien. Das so gemessene Intervall zwischen
den parallelen Linien wird als der Durchmesser des individuellen
Kristallkorns betrachtet. Wie in Tabelle 1 zu sehen ist, sind dort
der Sauerstoffgehalt (ppm), der Hauptkristallkomdurchmesser (μm), die Wärmebehandlungsbedingungen
und vier Testresultate aufgelistet.
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Dann wird jedes von dem Plattenmaterialien
einem Kaltstanzen ausgesetzt (bei einer gewöhnlichen Temperatur). Nach
dem Kaltstanzen wird ein Chip erhalten, welcher als eine kreisförmige Platte
ausgebildet ist, die einen Durchmesser 2,2 mm hat und eine Dicke
von 0,4 mm. Wie in 2 gezeigt
ist, wird der so erhaltene Chip mit einer von der Mittelelektrode 3 und
der Grundelektrode 4 mit Hilfe des Widerstandsschweißens verbunden,
um dadurch jeweils eine von der ersten Zündelektrode 31 und
der zweiten Zündelektrode 32 auszubilden.
Dadurch werden verschiedene Arten von Zündkerzen vorbereitet, von denen
jede grundsätzlich
die gleiche Konfiguration hat, wie in 1(a) und 1(b) gezeigt. Mit den somit
erhaltenen Zündkerzen
werden die folgenden vier Tests ausgeführt: Test A: Ein Testzyklus,
der die folgenden zwei Schritte hat, die ausgeführt werden: 1. Erhitzen der
Zündelektrode
mit einem Brenner in der Atmosphäre
für zwei
Minuten. 2. Dann Kühlen
der Zündelektrode
in der Atmosphäre
für eine
Minute. Ausführen
der zwei Schritte des Tests für
1000 Kreisläufe. Nach
den 1000 Kreisläufen
des Tests visuellen Überprüfen der
Beschaffenheit der Zündelektrode
bezüglich der
folgenden Akzeptanzkriterien:
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Akzeptanzkriterien:
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- 1. „Exzellent" wird für Testbeispiele
vergeben, die jeweils kein Abschälen
hervorrufen.
- 2. Gut" wird
vergeben für
Testbeispiele, die jeweils ein leichtes Abschälen an einer Oberfläche der
Zündelektrode
haben.
- 3. „Nicht
akzeptabel" wird
vergeben für
Testbeispiele, die jeweils ein Abschälen bis zur Innenseite der
Zündelektrode
haben.
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Test B: Die Zündelektrode wird erwärmt in einem
Wasserstoff-Gas-Strom für
acht Stunden in solch einer Art, um die Temperatur um die Zündelektrode
bei 900°C
zu halten. Die Akzeptanzkriterien sind dieselben wie die von Test
A.
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Test C: Test B wird ausgeführt. Dann
wird Test A ausgeführt.
Die Akzeptanzkriterien sind dieselben wie von Test A.
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Test D: Die folgenden zwei Testprozeduren
werden ausgeführt:
1. Die Zündkerze
wird an einem Kombinationsgasmotor montiert. 2. Der Kombinationsgasmotor
wird kontinuierlich betrieben bei einem Ausgang von 300 kW und einer
Motordrehzahl von 1500 Umdrehungen/Min für 170 Stunden. Nach dem Betrieb
des Kombinationsgasmotors wird der Zustand der Zündelektrode visuell überprüft bezüglich der
folgenden Akzeptanzkriterien:
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Akzeptanzkriterien:
-
- 1. „Exzellent" wird vergeben für Testproben,
die jeweils kein Ausschwitzen oder Abschälen verursachen.
- 2. „Gut" wird vergeben für Testproben,
die jeweils ein leichtes Ausschwitzen oder ein leichtes Abschälen haben,
wobei der Funkenentladungsspalt nach dem Test um weniger als 0,05
mm enger ist als der ursprüngliche
Funkenentladungsspalt.
- 3-I. „Nicht
akzeptabel" wird
vergeben für
Testproben, die jeweils eine Brückenbildung
verursachen, die dem Ausschwitzen oder Abschälen zuzuschreiben ist.
- 3-II. „Nicht
akzeptabel" wird
ebenfalls vergeben für
Testproben, die jeweils ein leichtes Ausschwitzen oder Abschälen haben,
wobei der Funkenentladungsspalt nach dem Test um 0,05 mm und mehr
enger ist als der ursprüngliche
Funkenentladungsspalt. In anderen Worten, Testbeispiele am Rande
des Verursachens der Brückenbildung.
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Die Testresultate sind in der untenstehenden
Tabelle 1 gezeigt:
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Bemerkung:
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Wie in Tabelle 1 zu sehen ist, wenn
der Sauerstoffgehalt der Legierung nicht mehr als 120 ppm beträgt, ist
ein Auftreten des Ausschwitzens oder Abschälens an der Zündelektrode
extrem unwahrscheinlich. An der Spitze dessen, gerade wenn der Sauerstoffgehalt
in der Legierung mehr als 120 ppm beträgt, kann das Auftreten von
Ausschwitzen und Abschälen
der Zündelektrode
verhindert werden durch Erhöhen
des Hauptdurchmessers des Kristallkorns.
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Obwohl die Erfindung oben mit Bezug
auf bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die
oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen
werden bei solchen, die in der Technik geschult sind, im Lichte
der obigen Lehre auftreten. Der Schutzbereich der Erfindung ist
mit Bezug auf die folgenden Ansprüche definiert.