DE102012101105A1

DE102012101105A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102012101105A1
Application number: DE102012101105A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Sumoyama; Tomoo Tanaka; Tsutomu Shibata
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2032-02-11
Also published as: JP2012182118A; JP5456083B2; DE102012101105B4; US20120217864A1; US8878424B2

Abstract

[Aufgabe] Bereitstellen einer Zündkerze, deren Isolator an der Rissebildung in einem Umfeld von Aufheiz- und Abkühlzyklen gehindert werden kann. [Mittel zur Lösung] Eine Zündkerze umfasst einen Isolator mit einer axialen Bohrung, welche sich in der Richtung der Achse erstreckt, und eine Mittelelektrode, welche in einem Endabschnitt der axialen Bohrung gehalten wird. Die Mittelelektrode besitzt eine äußere Schicht und einen Kern, welcher innerhalb der äußeren Schicht vorgesehen ist und aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist als die äußere Schicht. Nach Wärmebehandlung unter Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung besitzt die äußere Schicht eine Region mit hoher Härte mit einer Härte von 190 Hv oder höher und einer Dicke von 30 μm bis 200 μm und eine Elementversorgungsregion, deren Teilbereich in der Nähe der Oberfläche der äußeren Schicht Cr in einer Menge von 15 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 38 Masse-%, oder weniger oder Al in einer Menge von 5 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 40 Masse-% oder weniger enthält, deren tieferer Teilbereich Cr in einer Menge von 7 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 38 Masse-% oder weniger, oder Al in einer Menge von 3 Massen % bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 40 Masse-% oder weniger enthält, und welche eine Dicke von 50 μm oder mehr aufweist.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze und insbesondere eine Zündkerze, in welcher eine Mittelelektrode einen Kern darin vorgesehen hat und aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist.
[Stand der Technik]
Im Allgemeinen umfasst eine Zündkerze, welche für eine Zündung in einer Brennkraftmaschine, wie ein Kraftfahrzeugmotor, verwendet wird, ein rohrförmiges Metallgehäuse; einen rohrförmigen Isolator, welcher in einer Bohrung des Metallgehäuses angeordnet ist; eine mittige Elektrode, welche in einem vorderen Endabschnitt einer Bohrung des Isolators angeordnet ist; und eine Masse-Elektrode, deren eines Ende an dem vorderen Ende des Metallgehäuses angefügt ist und dessen anderes Ende einen Funkenentladungsspalt gemeinsam mit der Mittelelektrode bildet. Die Zündkerze erzeugt Funkenentladungen über den Funkenentladungsspalt, welcher zwischen dem vorderen Ende der Mittelelektrode und dem distalen Ende der Masse-Elektrode innerhalb einer Brennkammer der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, wodurch Brennstoff verbrannt wird, welcher den Brennraum füllt.
In den letzten Jahren wurde eine Technik zur Erhöhung der Fahrstrecke mit weniger Kraftstoff durch die Verbesserung der Leistungsabgabe durch den Einsatz eines Kompressors entwickelt. In einer solchen Brennkraftmaschine steigt üblicherweise die Temperatur innerhalb einer Brennkammer an; insbesondere steigt die Temperatur in einem Bereich an, in welchem das vordere Ende der Mittelelektrode angeordnet ist. Um solche Temperaturanstiege zu bewältigen, kann die folgende Struktur eingesetzt werden: ein Kern mit höherer thermischer Leitfähigkeit als eine Legierung auf Ni-Basis; z. B. wird ein Kupferkern in einem axialen Abschnitt der Mittelelektrode zur Förderung ableitender Freisetzung von durch die Entladung erzeugter Wärme (kann als Wärmeableitung bezeichnet werden) von der Mittelelektrode zum Metallgehäuse angeordnet.
Jedoch wird im Zusammenhang mit der Entwicklung einer Zündkerze geringer Abmessung für den Zweck der Erhöhung des Grads der Gestaltungsfreiheit für einen Verbrennungsmotor, die Mittelelektrode schlanker ausgebildet. Solch eine schlanke Mittelelektrode kann an folgendem Phänomen leiden: in einer Umgebung mit starken Aufheiz- und Abkühlungszyklen, kann beispielsweise der Unterschied in der Wärmeausdehnung zwischen dem Kupferkern, welcher in einem axialen Abschnitt der Mittelelektrode vorgesehen ist, und einer Legierung auf Ni-Basis, welche den Kupferkern umgibt, eine plastische Verformung oder Kriechverformung der Mittelelektrode verursachen und die verformte Mittelelektrode drückt auf den benachbarten Isolator und lässt dadurch Risse in diesem entstehen.
Patentschrift 1 beschreibt eine Erfindung, deren Aufgabe es ist, ”eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche so ausgebildet ist, sodass, während ein Abfall des thermischen Werts verhindert wird, die Rissebildung von einem Isolator verhindert wird” (Bezugnahme auf Paragraph 0008 der Patentschrift 1). Um das Problem zu lösen, stellt die beschriebene Erfindung ”eine Zündkerze bereit, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittelelektrode einen Eingriffsabschnitt zum Bestimmen der axialen Position der Mittelelektrode relativ zum Isolator aufweist; der Isolator einen Sitzabschnitt aufweist, welcher an der inneren Wand seiner axialen Bohrung zur Aufnahme des Eingriffsabschnitts der Mittelelektrode ausgebildet ist, die in die axiale Bohrung eingesetzt wird; und die innere Wand der axialen Bohrung einen parallelen Abschnitt, welcher vor dem Sitzabschnitt angeordnet ist und parallel mit der Außenseite der Mittelelektrode ausgebildet ist, und einen im Durchmesser erweiterten Abschnitt aufweist, welcher zwischen dem parallelen Abschnitt und dem Sitzabschnitt ausgebildet ist und mit größerem Zwischenraum zur äußeren Seitenfläche der Mittelelektrode vorgesehen ist als der parallele Abschnitt” (siehe Anspruch 1 der Patentschrift 1).
Patentschrift 1 beschreibt den folgenden Vorteil der Erfindung: wenn Verbrennungsrückstände in einen Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode und dem Isolator eindringen, reichern sich die Verbrennungsrückstände in dem Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode und den im Durchmesser erweiterten Abschnitt des Isolators an; dadurch wirkt der Verbrennungsrückstand, welcher sich in dem im Durchmesser erweiterten Abschnitt angesammelt hat, als eine Belastungsentspannungsschicht, um die direkte Übertragung von Belastung, die durch die thermische Ausdehnung der Mittelelektrode induziert wird, auf den Isolator zu vermeiden, wobei die Rissebildung im Isolator eingeschränkt werden kann.
Da jedoch die Temperatur innerhalb einer Brennkammer dazu neigt, sich weiter zu erhöhen, und die Zündkerzengröße dazu neigt, sich zu verringern, ist der Bedarf für eine Zündkerze, in welcher die Rissebildung des Isolators stärker hintangehalten wird, gestiegen.
[Dokument zum Stand der Technik]
[Patentschrift]

[Patentschrift 1] Japanische Patentanmeldung-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2007-170215

[Kurzdarstellung der Erfindung]
[Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden]
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze bereitzustellen, deren Isolator von der Rissebildung in einer Umgebung von Aufheiz- und Abkühlzyklen abgehalten werden kann.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Ein Mittel zur Lösung der Probleme ist eine Zündkerze, welche, wie folgt, konfiguriert ist.

(1) Die Zündkerze umfasst einen Isolator mit einer axialen Bohrung, welche sich in einer Richtung einer Achse erstreckt, und eine Mittelelektrode in einem Endabschnitt der axialen Bohrung. Die Mittelelektrode umfasst einen Kern und eine äußere Schicht, welche den Kern ummantelt. Der Kern ist aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als die äußere Schicht ausgebildet. Nach Wärmebehandlung durch Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung weist die äußere Schicht eine Region mit hoher Härte, welche eine Härte von 190 Hv oder mehr und eine Dicke von 30 μm bis 200 μm erreicht, und eine Elementversorgungsregion auf, deren Teilbereich in der Nähe einer Oberfläche der äußeren Schicht Cr in einer Menge von 15 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 5 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält, und deren tieferer Teilbereich Cr in einer Menge von 7 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 3 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält. Die Elementversorgungsregion weist eine Dicke von 50 μm oder mehr auf.

Vorzugsweise ist die oben in (1) erwähnte Zündkerze derart aufgebaut, dass:

(2) die Region mit hoher Härte eine ultraharte Region mit einer Härte von 230 Hv oder höher aufweist, und dass die ultraharte Region eine Dicke von 30 μm bis 200 μm besitzt;
(3) die Region mit hoher Härte eine Dicke von 80 μm bis 200 μm aufweist;
(4) die Region mit hoher Härte eine Dicke von 80 μm bis 200 μm besitzt und dass die ultraharte Region eine Dicke von 30 μm bis 80 μm besitzt;
(5) die ultraharte Region eine Dicke von 80 μm bis 200 μm besitzt;
(6) die Elementversorgungsregion eine Dicke von 100 μm oder mehr aufweist;
(7) mit einer Seite der axialen Bohrung in Richtung der Mittelelektrode, welche als eine Vorderseite in Bezug auf die Richtung der Achse bezeichnet wird, ein kürzester Abstand (hierin im Folgenden als radiale Differenz bezeichnet) zwischen einer äußeren Umfangsfläche der Mittelelektrode und einer inneren Umfangsfläche der axialen Bohrung 0,03 mm bis 0,1 mm beträgt, wobei er in einem Bereich gemessen wird, welcher sich entlang der Richtung der Achse (O) von einem vorderen Ende des Kerns (7) zu einer axialen Position erstreckt, die sich 4 mm hinter dem vorderen Ende befindet; oder
(8) der radiale Abstand 0,03 mm bis 0,07 mm beträgt.

Ein anderes Mittel zur Lösung der Probleme ist eine Zündkerze, welche wie folgt konfiguriert ist.

(9) Die Zündkerze umfasst einen Isolator mit einer axialen Bohrung, welche sich in einer Richtung einer Achse erstreckt, und eine in einem Endabschnitt der axialen Bohrung gehaltene Mittelelektrode. Die Mittelelektrode umfasst einen Kern und eine äußere Schicht, welche den Kern ummantelt. Der Kern ist aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit ausgebildet, als es die äußere Schicht ist. Durch Wärmebehandlung mit Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung weist die äußere Schicht eine Region mit hoher Härte mit einer Härte, welche eine Härte von 190 Hv oder mehr und eine Dicke von 30 μm bis 200 μm besitzt, und eine Elementversorgungsregion auf, deren Teilbereich in der Nähe einer Oberfläche der äußeren Schicht Cr in einer Menge von 15 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 5 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält, dessen tieferer Teilbereich Cr in einer Menge von 7 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 3 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält, und welcher eine Dicke von 50 μm oder mehr aufweist.

[Wirkung der Erfindung]
Die Zündkerze nach der vorliegenden Erfindung umfasst die Mittelelektrode, welche die äußere Schicht und den Kern, der innerhalb der äußeren Schicht vorgesehen ist und aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als die äußere Schicht gebildet ist, aufweist. Nach der Wärmebehandlung durch Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung weist die äußere Schicht die Region mit hoher Härte, welche eine vorbestimmte Härte und eine vorbestimmte Dicke besitzt, und die Elementversorgungsregion auf, deren Cr und Al-Gehalte innerhalb vorbestimmter Bereiche fallen und welche eine vorbestimmte Dicke besitzt; so wird die Verformung der Mittelelektrode in Schranken gehalten und die Ansammlung von Oxiden auf der Oberfläche der Mittelelektrode kann ebenfalls eingeschränkt werden. Daher kann eine Zündkerze bereitgestellt werden, welche so konfiguriert ist, um Rissebildung im Isolator, was durch Verschieben der Mittelelektrode verursacht wird, zu behindern.
Durch Anwendung einer radialen Differenz, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, selbst wenn sich die Mittelelektrode verformt, kann ein Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode und dem Isolator in einem solchen Ausmaß sichergestellt werden, um keine Belastung zuzulassen, welche mit der Verformung einhergeht und die Rissebildung im Isolator verursacht. Auch kann, da Ablagerungen innerhalb einer Brennkammer weniger wahrscheinlich in den Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode und dem Isolator eindringen, die Rissebildung im Isolator, verursacht durch die Ablagerungen, behindert werden. Außerdem können die folgenden Probleme verhindert werden: Verbrennungsgas dringt in den Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode und dem Isolator ein und verursacht eine Erhöhung der Temperatur der Mittelelektrode mit daraus resultierender Oxidation der äußeren Schicht der Mittelelektrode, und die Verformung der mittleren Elektrode in Verbindung mit der Oxidation reduziert weiter den Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode und dem Isolator und verursacht ein Zurückziehen der Mittelelektrode relativ zum Isolator mit einer resultierenden Vergrößerung des Spalts zwischen der Mittelelektrode und der Masse-Elektrode. Des Weiteren, da die Wärme, welche der Isolator empfangen hat, ohne Weiteres an die Mittelelektrode abgegeben wird, kann eine thermische Erosion der Zündkerze, die sich aus Überhitzung des Isolators ergeben könnte, verhindert werden.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
[1] Veranschaulichende Teilschnittansicht, welche die gesamte Konfiguration einer Zündkerze nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[2(a)] Veranschaulichende Schnittansicht von wesentlichen Abschnitten der Zündkerze, wie sie entlang einer Ebene, welche die Achse O enthält, geschnitten ist.
[2(b)] Veranschaulichende Schnittansicht von wesentlichen Abschnitten einer Mittelelektrode, welche Positionen zeigt, wo Härte gemessen wird.
[Arten der Ausführung der Erfindung]
Eine Zündkerze nach der vorliegenden Erfindung hat eine Mittelelektrode und eine Masse-Elektrode, welche so angeordnet sind, dass ein Ende der Mittelelektrode und ein Ende der Masse-Elektrode mit einem Spalt dazwischen einander zugewandt sind. Die Mittelelektrode umfasst einen Kern und eine den Kern ummantelnde äußere Schicht. Der Kern ist aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als jene der äußeren Schicht ausgebildet. Solange die Zündkerze nach der vorliegenden Erfindung die obige Konfiguration aufweist, unterliegen andere Ausgestaltungsmerkmale keiner besonderen Beschränkung; d. h. allgemein bekannte Ausgestaltungsmerkmale können eingesetzt werden.
1 zeigt eine Zündkerze nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine veranschaulichende Teilschnittansicht, welche die gesamte Konfiguration einer Zündkerze 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der folgenden Beschreibung wird eine nach unten gerichtete Richtung auf dem Papier, auf dem 1 abgebildet ist, als eine Vorwärtsrichtung entlang der Achse O und eine nach oben gerichtete Richtung auf dem Papier wird als nach hinten verlaufende Richtung entlang der Achse O bezeichnet.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Zündkerze 1 eine im Wesentlichen stabförmige Mittelelektrode 2; einen im Wesentlichen zylindrischen Isolator 3, welcher außerhalb des äußeren Umfangs der Mittelelektrode 2 angeordnet ist; ein zylindrisches Metallgehäuse 4, welches den Isolator 3 darin hält; und eine Masse-Elektrode 6, deren eines Ende der vorderen Endfläche der Mittelelektrode 2 mit einem Funkenentladungsspalt G dazwischen zugewandt ist und deren anderes Ende mit der Endfläche des Metallgehäuses 4 zusammengefügt ist.
Das Metallgehäuse 4 weist eine zylindrische Form auf und ist ausgebildet, um den Isolator 3, der darin eingesetzt ist, zu halten. Das Metallgehäuse 4 weist einen Gewindeabschnitt 9 auf, welcher auf einem vorderen Abschnitt der äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist. Die Zündkerze 1 ist an dem Zylinderkopf einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine unter Verwendung des mit Gewinde versehenen Gewindeabschnitts 9 des Metallgehäuses 4 montiert. Das Metallgehäuse 4 kann aus einem elektrisch leitfähigen Stahlmaterial, wie ein kohlenstoffarmer Stahl, ausgebildet sein.
Der Isolator 3 ist in einem inneren Umfangsabschnitt des Metallgehäuses 4 über eine Talkpackung 10, eine Dichtung 11 usw. gehalten. Der Isolator 3 besitzt eine axiale Bohrung 5 zum Halten der Mittelelektrode 2 darin entlang der axialen Richtung des Isolators 3. Der Isolator 3 ist in dem Metallgehäuse 4 in einem solchen Zustand fixiert, dass ein vorderer Endabschnitt des Isolators 3 aus der vorderen Endfläche des Metallgehäuses 4 vorragt. Wünschenswerterweise ist der Isolator 3 aus einem Material, welches mechanische Festigkeit, thermische Festigkeit und elektrische Festigkeit besitzt. Ein solches Material ist beispielsweise ein keramischer Sinterkörper, welcher Aluminiumoxid als Hauptkomponente enthält.
Die Masse-Elektrode 6 weist, zum Beispiel, die Form eines im Wesentlichen rechteckigen, säulenförmigen Körpers auf. Die Form und die Struktur der Masse-Elektrode 6 sind, wie folgt, aufgebaut: ein Ende der Masse-Elektrode 6 ist mit einer Endfläche des Metallgehäuses 4 verbunden; der Körper der Masse-Elektrode 6 ist an einer Zwischenposition so gebogen, um eine Form ähnlich dem Buchstaben L anzunehmen; und ein distaler Endabschnitt der Masse-Elektrode 6 ist so angeordnet, um sich mit der axialen Richtung der Mittelelektrode 2 auszurichten. Durch die Masse-Elektrode 6, welche in einer solchen Weise ausgebildet ist, ist ein Ende der Masse-Elektrode 6 derart angeordnet, um der Mittelelektrode 2 über die Funkenentladungsstrecke G zugewandt zu sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Funkenentladungsstrecke G ein Spalt zwischen der vorderen Endfläche der Mittelelektrode 2 und einer Seitenfläche eines distalen Endabschnitts der Masse-Elektrode 6. Der Funkenentladungsspalt G wird in der Regel 0,3 mm bis 1,5 mm betragen.
Die Mittelelektrode 2 ist in der axialen Bohrung 5 des Isolators 3 in einer solchen Weise befestigt, dass ein vorderer Endabschnitt davon von der vorderen Stirnfläche des Isolators 3 vorragt, wodurch sie an Ort und Stelle relativ zu dem Metallgehäuse 4 gehalten wird, während sie elektrisch von dem Metallgehäuse 4 isoliert ist. Die Mittelelektrode 2 besteht aus einem Kern 7 und einer äußeren Schicht 8, welche den Kern 7 umschließt. Der Kern 7 ist aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als die äußere Schicht 8 ausgebildet. Beispiele eines solchen Materials schließen Cu, eine Cu-Legierung, Ag und Rein-Ni mit ein. Wenn der Kern 7 aus einer Cu-Legierung gebildet werden soll, beträgt im Hinblick auf die Aufrechterhaltung der hohen thermischen Leitfähigkeit der Cu-Gehalt der Cu-Legierung bevorzugt 95 Masse-% oder mehr. Die Zusammensetzung der äußeren Schicht 8 wird hierin später beschrieben.
Die äußere Schicht 8 weist eine Region mit hoher Härte auf, welche eine Härte von 190 Hv oder höher besitzt, gemessen durch ein Verfahren, das später beschrieben wird, nachdem die Zündkerze 1 einer Wärmebehandlung unter Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung unterzogen worden ist und eine Härte von 30 μm bis 200 μm aufweist. Härte und andere Eigenschaften der Materialien der Mittelelektrode 2 variieren, nachdem die Mittelelektrode 2 in einer Umgebung mit hoher Temperatur angeordnet worden ist, im Vergleich zu jenen Eigenschaftswerten, bevor die Mittelelektrode 2 in einer solchen Umgebung eingesetzt wird. Es ist als ein Ergebnis der Tatsache, dass die Mittelelektrode 2 in einer Umgebung mit hoher Temperatur angeordnet worden ist, denkbar, dass die Änderung der Härte durch Eliminierung von Spannungen eingeleitet wird, welche in den Materialien in Verbindung mit der Bearbeitung oder dergleichen des Materials erzeugt worden sind. Da während des Betriebs einer Brennkraftmaschine sich die Temperatur innerhalb einer Brennkammer bis zu etwa 1.000°C erhöht, sind Materialeigenschaften nach Anordnung in einer solchen Temperatur von Belang. Härte vor der Anordnung in einer solchen Umgebung mit hoher Temperatur variiert stark in Abhängigkeit von Bearbeitungsbedingungen, wie Betriebstemperatur und Arbeitsleistung bei der Ausformung der Mittelelektrode 2. Somit ist, obwohl die Härte vor der Anordnung in einer solchen Umgebung mit hoher Temperatur hoch ist, die Härte nicht notwendigerweise hoch in einer Umgebung, in der die Zündkerze 1 verwendet wird. Daher werden die Härte und Dicke der äußeren Schicht 8 gemessen, nachdem die Zündkerze 1 einer Wärmebehandlung unterzogen worden ist.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der Region mit hoher Härte 80 μm bis 200 μm. Insbesondere in dem Fall, in dem die äußere Schicht 8 eine Region mit hoher Härte mit solch einer Dicke in der Nähe der Oberfläche davon aufweist, kann die Mittelelektrode 2 selbst in einer Umgebung von starken Aufheiz- und Abkühlzyklen vom Verformen abgehalten werden.
Wenn die Dicke einer Region mit einer Härte von 190 Hv oder höher weniger als 30 μm beträgt, kann sich die Mittelelektrode 2 in einer Umgebung der Aufheiz- und Abkühlzyklen verformen, wodurch möglicherweise ein Reißen des Isolators 3 die Folge ist. Wenn die Dicke einer Region mit einer Härte von 190 Hv oder höher mehr als 200 μm beträgt, kann es zur Rissebildung in der Oberfläche der äußeren Schicht 8 kommen und die Oxidation kann durch die Risse mit zunehmender Geschwindigkeit voranschreiten.
Vorzugsweise weist die Region mit hoher Härte eine ultraharte Region mit einer Härte von 230 Hv oder mehr und einer Dicke von 30 μm bis 200 μm auf. Weiterhin besonders bevorzugt, weist die Region mit hoher Härte eine Dicke von 80 μm bis 200 μm auf, und die ultraharte Region weist eine Dicke von 80 μm bis 200 μm auf.
Wenn die äußere Schicht 8 eine ultraharte Region mit einer Dicke von 30 μm bis 200 μm besitzt, kann die Mittelelektrode 2 weiter am Verformen in einer Umgebung von Aufheiz- und Abkühlzyklen gehindert werden. Wenn darüber hinaus die Region mit hoher Härte eine Dicke von 80 μm bis 200 μm besitzt, wird die hemmende Wirkung weiter verstärkt. Wenn sowohl die Region mit hoher Härte und die ultraharte Region eine Dicke von 80 μm bis 200 μm haben, ist die hemmende Wirkung am stärksten.
Wie durch WDS-Analyse unter Verwendung von EPMA (ESMA) entdeckt, nachdem die Zündkerze 1 einer Wärmebehandlung unter Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung unterzogen wurde, weist die äußere Schicht 8 eine Elementversorgungsregion auf, deren Teilbereich in der Nähe der Oberfläche der äußeren Schicht 8 Cr in einer Menge von 15 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 5 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält, und deren tiefere Teilbereich Cr in einer Menge von 7 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 3 Massen % bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält. Die Elementversorgungsregion besitzt eine Dicke von 50 μm oder mehr und die Dicke der Elementversorgungsregion ist in der Regel gleich oder kleiner als die der äußeren Schicht 8. Die Zusammensetzung der äußeren Schicht 8 nach der Wärmebehandlung ist aus dem folgenden Grund angegeben: ähnlich dem oben genannten Fall von Härte sind, da die Temperatur innerhalb einer Brennkammer während des Betriebs einer Brennkraftmaschine sich auf bis zu ungefähr 1.000°C erhöht, Materialeigenschaften nach Anordnung in solch einer Temperaturumgebung wichtig.
Solange die äußere Schicht 8 die Elementversorgungsregion aufweist, deren Cr- und Al-Gehalte in die jeweiligen besonderen Bereiche fallen, wird es keine besondere Beschränkung bezüglich der Zusammensetzung eines Grundmetalls der äußeren Schicht 8 geben; d. h. Beschränkungen auf den Inhalt von anderen Elementen als Cr und Al, welche in der äußeren Schicht 8 enthalten sind. Die Zusammensetzung des Basismetalls der äußeren Schicht 8 kann ähnlich sein wie jene der allgemein bekannten Materialien, welche als Grundmetalle der Mittelelektroden Verwendung finden. Beispiele für solche Materialien sind INC600 (eingetragene Marke), das über Oxidationsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit verfügt, und eine Legierung mit hohem Ni-Gehalt und reines Ni, welche eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen.
In dem Fall, wo die Elementversorgungsregion mit einer Dicke von 50 μm oder mehr nicht in der Nähe der Oberfläche der äußeren Schicht 8 vorhanden ist, können, wenn die Mittelelektrode 2 einer Hochtemperaturumgebung mit hoher Sauerstoffkonzentration in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgesetzt wird, Ni, Fe, Co, usw., welche in dem Grundmetall der äußeren Schicht 8 enthalten sind, anfällig sein, oxidiert zu werden, wodurch Oxide auf der Oberfläche der Mittelelektrode 2 ausgebildet werden. Da diese Oxide eine geringe Haftung an der Oberfläche der Mittelelektrode 2 aufweisen, blättern die Oxide von der Oberfläche der Mittelelektrode 2 ab und neue Oxide werden auf der Oberfläche der Mittelelektrode 2 ausgebildet, wo die früheren Oxide abgeblättert sind. Durch die Wiederholung solcher Abblätterung und Neubildung von Oxiden sammeln sich die Oxide zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Isolator 3 an und verengen den Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Isolator 3. Als ein Ergebnis wird auch bei Auftreten einer leichten Verformung der Mittelelektrode 2 der Isolator 3 durch die Mittelelektrode 2 und die Oxide unter Druck gesetzt wird und neigt somit zum Reißen.
In dem Fall, wo die Elementversorgungsregion mit einer Dicke von 50 μm oder mehr in der Nähe der Oberfläche der äußeren Schicht 8 vorliegt, wachsen, da Cr und Al bei ihrer Diffusion in Oxiden von Cr und/oder Al langsam sind, selbst wenn die Mittelelektrode 2 einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Oxid-Konzentration Umgebung für einen längeren Zeitraum ausgesetzt ist, die Oxide von Cr und/oder Al auf der Oberfläche der Mittelelektrode 2 nicht wesentlich und bedecken die Mittelelektrode 2 in der Form einer dünnen Oxidschicht. Da außerdem Oxide von Cr und/oder Al niedriger im Dissoziationssauerstoffdruck sind als Oxide von Ni, Fe, Co usw., werden Ni, Fe, Co, usw., die in dem Grundmetall mit dem Oxidfilm bedeckt werden, weniger wahrscheinlich oxidiert, wodurch die Ausbildung einer dicken Oxidschicht zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Isolator 3 berhindert wird. Als ein Ergebnis ergibt sich, dass, auch wenn die Mittelelektrode 2 verformt wird, da ein Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Isolator 3 in einem solchen Ausmaß gesichert ist, dass der Isolator 3 nicht durch Belastung, welche durch die Verformung induziert ist, Risse ausbildet, der Isolator 3 weniger wahrscheinlich Risse entwickelt.
Wenn eine Region in der Nähe der Oberfläche der äußeren Schicht 8; d. h. ein Bereich, der von der Oberfläche der äußeren Schicht 8 zu einer Tiefe von mindestens 50 μm reicht, Cr in einer Menge von weniger als 15 Masse-% und Al in einer Menge von weniger als 5 Masse-% enthält, ist es unwahrscheinlich, dass eine dünne Oxidschicht aus Cr und/oder Al kontinuierlich über die gesamte Oberfläche der äußeren Schicht 8 ausgebildet wird. Auch können nicht, obwohl die äußere Schicht 8 Cr in einer Menge von mindestens 7 Masse-% oder Al in einer Menge von mindestens 3 Masse-% enthält, wenn die Dicke der Elementversorgungsregion weniger als 50 μm beträgt, bei Abblätterung einer ausgebildeten dünnen Oxidschicht aus Cr und/oder Al, Cr und/oder Al, die für die erneute Bildung einer dünnen Oxidschicht auf der Oberfläche der äußeren Schicht 8 erforderlich sind, nicht aus dem Inneren der äußeren Schicht 8 zugeführt werden. Somit wird keine dünne Oxidschicht aus Cr und/oder Al gebildet und es könnten Oxide von Ni, Fe, Co usw. gebildet werden. Als Ergebnis wird eine dicke Oxidschicht zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Isolator 3 gebildet, was Rissebildung im Isolator 3 wahrscheinlich werden lässt.
Wenn eine Region in der Nähe der Oberfläche der äußeren Schicht 8 mehr als 40 Masse-% Cr enthält, präzipitiert eine feste Cr-Lösung, deren Wärmeausdehnungskoeffizient niedrig ist, in einer Umgebung mit hoher Temperatur. Wegen der großen Differenz beim Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der festen Cr-Lösung und dem Grundmetall der Außenschicht 8 neigt ein Flächenbereich der äußeren Schicht 8 leicht abzublättern. Auch wenn der Al-Gehalt 38 Masse-% übersteigt, präzipitiert eine δNi₂Al₃ Phase, die sehr empfindlich ist, in einer großen Menge; damit ist, auch wenn die äußere Schicht 8 die Region mit hoher Härte aufweist, die äußere Schicht 8 nicht von praktischer Bedeutung.
Keine besondere Beschränkung wird den Cr- und Al-Gehalten auferlegt, solange die Cr- und Al-Gehalte einer Region, die von der Oberfläche der äußeren Schicht 8 zu einer Tiefe von mindestens 50 μm reichen, in die oben erwähnten jeweiligen Inhaltsbereiche fallen. Die Region kann entweder Cr oder Al enthalten oder die Region kann Cr und Al in den jeweiligen Mengen enthalten, welche in die oben erwähnten jeweiligen Gehalte-Bereiche fallen.
Es gibt keine besondere Einschränkung auf den Cr- und/oder Al-Gehalt der Elementversorgungsregion, so lange eine Region in der Nähe der Oberfläche der äußeren Schicht 8, zum Beispiel eine Region, welche von der Oberfläche der äußeren Schicht 8 bis zu einer Tiefe von mindestens 20 μm reicht, Cr in einer Menge von 15 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 5 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält. Der gesamte Bereich der äußeren Schicht 8 enthält Cr und/oder Al in den jeweiligen Mengen, die in die oben erwähnten jeweiligen Gehalte-Bereiche fallen. Alternativ kann der Cr- und/oder Al-Gehalt so ausgelegt sein, dass, während eine Region in der Nähe der Oberfläche der äußeren Schicht 8 Cr und/oder Al in den jeweiligen Mengen enthält, welche in die oben erwähnten jeweiligen Gehalte-Bereiche fallen, der Cr- und/oder Al-Gehalt sich allmählich nach innen von der Oberfläche der äußeren Schicht 8 weg reduziert. Des Weiteren kann die äußere Schicht 8 eine Oberflächenschicht, welche eine bestimmte Dicke aufweist und Cr und/oder Al in entsprechenden festen Mengen innerhalb der oben genannten Gehalte-Bereiche enthält, und eine innere Region besitzen, welche sich nach Innen von der Oberflächenschicht erstreckt und Cr in einer Menge von mindestens 7 Masse-% oder Al in einer Menge von mindestens 3 Masse-% enthält, so dass der Cr- oder Al-Gehalt niedriger ist als jener der Oberflächenschicht.
Ein kürzester Abstand (nachstehend als eine radiale Differenz bezeichnet) d zwischen der äußeren Umfangsfläche der Mittelelektrode 2 und der inneren Umfangsfläche der axialen Bohrung 5 beträgt vorzugsweise 0,03 mm bis 0,1 mm, in besonders bevorzugter Weise 0,03 mm bis 0,07 mm, gemessen in einem Bereich, welcher sich entlang der Richtung der Achse O von dem vorderen Ende des Kerns 7 zu einer sich 4 mm hinter dem vorderen Ende befindet befindenden axialen Position erstreckt (siehe 2(a)).
Durch Verwendung einer radialen Differenz von 0,03 mm oder mehr kann, selbst wenn sich die Mittelelektrode 2 verformt, ein Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Isolator 3 in einem solchen Ausmaß sichergestellt werden, dass keine Belastung entsteht, welche mit der Verformung einhergeht, um Rissebildung des Isolators 3 zu verursachen, wodurch Risse im Isolator 3 verhindert werden, die sich sonst aus der Verschiebung der Mittelelektrode 2 ergeben könnten. Auch wird es durch die Verwendung einer radialen Differenz von 0,1 mm oder weniger, insbesondere von 0,07 mm oder weniger, weniger wahrscheinlich, dass Ablagerungen innerhalb einer Brennkammer in den Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Isolator 3 eindringen, wodurch Rissebildung des Isolators 3, welche durch die Ablagerungen verursacht ist, eingeschränkt werden kann. Außerdem können die folgenden Probleme verhindert werden: Verbrennungsgas dringt in den Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Isolator 3 ein und verursacht eine Erhöhung der Temperatur in der Mittelelektrode 2 mit resultierender Oxidation der äußeren Schicht 8 der Mittelelektrode 2, und Verformung der Mittelelektrode 2 in Kombination mit der Oxidation reduziert weiter die radiale Differenz zwischen dem Isolator 3 und der Mittelelektrode 2 und verursacht ein Zurückziehen der Mittelelektrode 2 relativ zum Isolator 3 mit einer resultierenden Vergrößerung des Spalts zwischen der Mittelelektrode 2 und der Masseelektrode 6. Ferner kann im Falle einer Überhitzung des Isolators 3 in einer Umgebung mit hoher Temperatur, da die Wärme des Isolators 3 leicht über die Mittelelektrode 2 abgegeben wird, eine thermische Erosion der Zündkerze 1 verhindert werden, welche sich ansonsten durch einen Isolator 3 mit einer abnormal hohen Temperatur ergeben könnte.
Die Härte der äußeren Schicht 8, die Dicke der Region mit hoher Härte und die Dicke der ultraharten Region können durch die folgenden Verfahren gemessen werden. 2(a) ist eine veranschaulichende Schnittansicht von wesentlichen Teilen der Zündkerze 1, entlang einer Ebene geschnitten, welche die Achse O enthält. 2(b) ist eine veranschaulichende Schnittansicht von wesentlichen Teilen der Mittelelektrode 2, welche die Positionen, an denen die Härte gemessen wird, zeigt.
Zuerst wird die Zündkerze 1 einer Wärmebehandlung durch Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung unterzogen. Anschließend werden, wie in 2(a) gezeigt, die wesentlichen Abschnitte der Zündkerze 1 entlang einer Ebene, welche die Achse O enthält, geschnitten. Auf dem so erhaltenen Schnitt wird die Härte gemessen. Die Messung der Härte beginnt mit Position A₁. Position A₁ ist an einer axialen Position angeordnet, welche innerhalb eines axialen Bereichs fällt, der sich 1 mm bis 5 mm nach hinten von einem vorderen Ende T des Kerns 7 erstreckt; wo angenommen wird, dass sich die Mittelelektrode 2 am stärksten während des Betriebs eines Motors oder desgleichen verformt, in denen die Zündkerze 1 eingesetzt ist; und welcher 10 μm radial nach innen von der Oberfläche der Mittelelektrode 2 aus angeordnet ist. Die zweiten bis fünften Messpositionen sind jeweils 250 μm und 500 μm vor und hinter der Position A₁ angeordnet. Die Härte wird an insgesamt fünf Positionen gemessen; nämlich den Positionen A₁ bis A₅. Das arithmetische Mittel der Härten, welche an den fünf Positionen gemessen wurden, wird berechnet, wodurch sich eine mittlere Härte ergibt. Als Nächstes wird die Härte an den Positionen B₁ bis B₅ gemessen, welche sich 10 μm radial innerhalb und 50 μm vor den Positionen A₁ bis A₅, jeweils entsprechend, befinden. In ähnlicher Weise wird die Härte bei 50 μm Intervallen in der axialen Richtung und 10 μm Intervallen in der radialen Richtung bis zu den Positionen E₁ bis E₅ hinauf gemessen, welche sich jeweils 40 μm radial innerhalb und 200 μm vor den Positionen A₁ bis A₅ befinden. Die Messpositionen F₁ bis F₅ sind in den gleichen axialen Positionen wie jeweils die Positionen A₁ bis A₅, und 10 μm radial nach innen von den jeweiligen Positionen E₁ bis E₅ angeordnet. Anschließend wird die Härte bei ähnlich bestimmten Messpositionen gemessen. Das arithmetische Mittel der Härten bei fünf Positionen, welche im gleichen radialen Abstand von der Oberfläche der Mittelelektrode 2 angeordnet sind, wird berechnet, wodurch sich eine mittlere Härte ergibt. Der radiale Abstand von der Oberfläche bis zu einer Position, wo die durchschnittliche Härte 230 Hv oder höher beträgt, wird als die Dicke der ultraharten Region definiert. Der radiale Abstand von der Oberfläche bis zu einer Position, wo die durchschnittliche Härte 190 Hv oder höher beträgt, wird als die Dicke der Region mit hoher Härte definiert. Im Falle einer kreisförmigen, säulenförmigen Mittelelektrode weist die Mittelelektrode im Wesentlichen den gleichen Durchmesser entlang der Achse O auf, so dass die Härte, wie oben erwähnt, gemessen werden kann. Jedoch kann in dem Fall, wo die Mittelelektrode einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser (der Zwischenraum zwischen dem Isolator und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser ist etwas breiter) in der Nähe des vorderen Endes der Mittelelektrode aufweist und Schwierigkeiten bei der oben beschriebenen Messung der Härte beim Abschnitt mit kleinem Durchmesser auftreten, die Härte mit insgesamt fünf Messpunkte, welche hinter der Mess-Startposition A₁ angeordnet sind, gemessen werden.
Die Position des Starts der Härtemessung wird, wie folgt, vorgegeben: eine erste Zündkerzenprobe wird einem Haltbarkeitstest unterzogen, um eine Position herauszufinden, welche innerhalb eines axialen Bereichs fällt, der sich 1 mm bis 5 mm nach hinten vom vorderen Ende T des Kerns 7 erstreckt und bei dem sich die Mittelelektrode 2 am stärksten verformt, wie es in diesem Bereich beobachtet wird. Der Haltbarkeitstest führt, zum Beispiel, 3000 Aufheiz- und Abkühlzyklen durch, die jeweils aus Erhitzen eines Zündkerzenprobestücks auf 900°C mit einem Brenner für drei Minuten und anschließendem Abkühlen für eine Minute bestehen.
Die Härte wird unter Verwendung eines Vickers-Härte Meßgerät nach JIS Z 2244 unter Ausnahme der folgenden Bedingungen gemessen: eine Last von 1 N, eine Haltezeit von 10 Sekunden, und die oben genannten Messpositionen.
Die Cr- und Al-Gehalte der äußeren Schicht 8 und der Dicke der Elementversorgungsregion können, wie folgt, gemessen werden. An den Positionen in der äußeren Schicht 8, wo die Härte gemessen wird, können die Cr- und Al-Gehalte durch WDS-Analyse unter Verwendung von EPMA gemessen werden. Insbesondere werden die arithmetischen Mittel der analysierten Werte an den Positionen A₁ bis A₅ berechnet, wodurch man die Cr- und Al-Gehalte eines Teilbereich in der Nähe der Oberfläche der äußeren Schicht 8 der Elementversorgungsregion erhält. Außerdem werden die arithmetischen Mittel der analysierten Werte an den Positionen A₁ bis A₅, B₁ bis B₅, ... berechnet, wobei die Positionen B₁ bis B₅ ... mit 10 μm Abständen von den Positionen A₁ bis A₅ in der radialen Richtung angeordnet sind. Auf der Grundlage der arithmetischen Mittel erhält man eine radiale Position, welche einen Cr-Gehalt von 7 Masse-% oder höher oder einen Al-Gehalt von 3 Masse-% oder mehr erfüllt. Der radiale Abstand zwischen der erhaltenen radialen Position und der Oberfläche der äußeren Schicht 8 kann als die Dicke der Elementversorgungsregion definiert werden.
Die Dicke der Region mit hoher Härte, die Dicke der ultraharten Region und die Dicke der Elementversorgungsregion können eingestellt werden, z. B. durch Einstellen der Verarbeitungszeit und der Verarbeitungstemperatur bei der Bildung einer Oberflächenschicht durch ein Verfahren, welches später beschrieben wird, und durch Abschleifen der Oberfläche der Oberflächenschicht nach der Verarbeitung.
Wie oben erwähnt, weist die Zündkerze 1 der vorliegenden Ausführungsform die Mittelelektrode 2 mit der Region mit hoher Härte und der Elementversorgungsregion auf; daher kann, auch wenn die Zündkerze 1 einer Umgebung mit Abkühlungs- und Aufheizzyklen ausgesetzt wird, die Deformation der Mittelelektrode 2 eingeschränkt werden und die starke Ansammlung von Oxiden auf der Oberfläche der Mittelelektrode 2 kann eingeschränkt werden. Daher kann eine Rissebildung des Isolators 3, die sich sonst aus der Verschiebung der Mittelelektrode 2 ergeben könnte, unterdrückt werden.
Die Zündkerze 1 wird beispielsweise auf die folgende Weise hergestellt. Zuerst wird ein Verfahren zur Herstellung der Mittelelektrode 2 beschrieben. Zum Beispiel wird ein Grundmetall mit der gleichen Zusammensetzung wie INC600 eingeschmolzen und eingestellt. Das eingestellte Grundmetall wird in der Form eines Bechers ausgebildet, wodurch sich ein Becherkörper ergibt, welcher die äußere Schicht 8 werden wird. Auch wird ein Material, wie Cu, mit höherer thermischer Leitfähigkeit als das Grundmetall eingeschmolzen, darauf folgt Umformen oder dergleichen zur Bildung eines Stangenkörpers, welcher der Kern 7 werden wird. Der Stangenkörper wird in den Becherkörper eingeführt. Die resultierende Anordnung wird einer Extrusion oder einer ähnlichen plastischen Bearbeitung unterworfen. Das resultierende Werkstück ist in einer gewünschten Form durch Umformen ausgebildet, wodurch ein Verbundkörper entsteht, der so konfiguriert ist, dass der Stangenkörper innerhalb des Becherkörpers angeordnet ist.
Als Nächstes wird eine Oberflächenschicht mit einer vorbestimmten Zusammensetzung auf der Oberfläche des Verbundkörpers gebildet, beispielsweise durch ein Beschichtungsverfahren, wie galvanisches Plattieren mit Salzschmelzbad oder stromloses Plattieren mit Salzschmelzbad, ein thermisches Spritzverfahren wie Luftplasmasprühen (APS), thermisches Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoff (HVOF) Spritzen, oder Niederdruckplasmasprühen (LPPS), ein chemische Gasphasenabscheidungs (CVD)-Verfahren, oder ein Dampfdiffusionsbeschichtungsverfahren. Die Oberflächenschicht dient als ein Oberflächenabschnitt der äußeren Schicht 8.
Unter den oben genannten Verfahren zur Bildung der Oberflächenschicht können thermisches Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoff (HVOF) Spritzen und Niederdruck-Plasmasprühen (LPPS) eine dichte Oberflächenschicht ausbilden, die weniger Einschlüsse von Oxiden und weniger innere Defekte im Vergleich zu Luftplasmasprühen (APS) aufweist, und können somit ohne Weiteres eine Oberflächenschicht mit einer hohen Härte von 190 Hv oder höher und 230 Hv oder höher ausbilden. Nachdem eine Oberflächenschicht auf der Oberfläche des Verbundkörpers nach einem der oben erwähnten thermischen Sprühverfahren ausgebildet worden ist, kann die Zusammensetzung der Oberflächenschicht homogenisiert werden und die Haftung zwischen dem Grundmetall und der Oberflächenschicht verbessert werden, indem der Verbundkörper mit der Oberflächenschicht einer Wärmebehandlung unter Anwendung von Wärme bei 700°C bis 1050°C für 0,1 Stunden bis 20 Stunden in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, wie sie mit Ar oder im Vakuum vorliegt, unterworfen wird. Bevor die Oberflächenschicht auf der Oberfläche des Verbundkörpers nach einem beliebigen der oben erwähnten thermischen Sprühverfahren ausgebildet wird, verbessert das Aufrauen der Oberfläche des Verbundkörpers, zum Beispiel durch ein Strahlverfahren, die Haftung weiter.
Da das Dampfdiffusionsbeschichtungsverfahren ein bestimmtes Element nach innen von der Oberfläche des Verbundkörpers diffundieren kann, kann das Verfahren eine Oberflächenschicht ausbilden, welche, zum Beispiel, eine sich stetig verändernde Zusammensetzung aufweist, so dass der Gehalt eines einzelnen Elements allmählich abnimmt. Daher kann das Dampfdiffusionsbeschichtungsverfahren die Trennung der Oberflächenschicht vom Grundmetall behindern. Da das Dampfdiffusionsbeschichtungsverfahren Schwierigkeiten beim Diffundieren von Elementen mit niedrigem Dampfdruck, wie Ir, hat, kann das Dampfdiffusionsbeschichtungsverfahren mit anderen Verfahren kombiniert werden, um Elemente zu diffundieren, welche dem Dampfdiffusionsbeschichtungsverfahren beim Hinzufügen Schwierigkeiten bereiten. Nachdem eine Oberflächenschicht auf die Oberfläche des Verbundkörpers durch das Dampfdiffusionsbeschichtungsverfahren aufgebracht worden ist, kann, indem der Verbundkörper mit der Oberflächenschicht einer Wärmebehandlung durch Anwendung von Wärme bei 700°C bis 1.050°C für 0,1 Stunden bis 20 Stunden in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, wie beispielsweise Ar oder in einem Vakuum, unterworfen wird, die Zusammensetzung der Oberflächenschicht zu einem höheren Ausmaß homogenisiert werden und die Haftung zwischen dem Grundmetall und der Oberflächenschicht weiter verbessert werden.
Nachdem eine Oberflächenschicht auf dem Verbundkörper durch ein beliebiges der oben erwähnten thermischen Sprühverfahren oder durch das Dampfdiffusionsbeschichtungsverfahren ausgebildet worden ist, muss die Wärmebehandlung, welche nach Bedarf durchgeführt werden soll, nicht notwendigerweise den oben genannten Bedingungen entsprechen. Zum Beispiel kann die Wärmebehandlung in Atmosphärenumgebung so lange durchgeführt werden, wie die Wärmebehandlung innerhalb einer so kurzen Zeitspanne durchgeführt wird, dass kein Problem von durch Oxidation induzierter Abtragung auftritt.
Die Oberflächenschicht kann durch die oben erwähnten Verfahren in Kombination miteinander ausgebildet werden. Wenn die Oberfläche der Oberflächenschicht als Ergebnis der Ausbildung durch die oben genannten Verfahren oder durch Verwendung eines Strahlverfahrens aufgeraut ist, kann die Oberfläche der Oberflächenschicht durch Schleifen oder dergleichen geglättet werden.
In dem Fall, wo das oben erwähnte Plattierungsverfahren, thermisches Sprühen oder CVD-Verfahren verwendet werden, um eine Oberflächenschicht auf der Oberfläche des Verbundkörpers zu bilden, sind keine besonderen Beschränkungen bezüglich der Zusammensetzung des Materials, welches verwendet wird, um die Oberfläche zu bilden, auferlegt, so lange die Cr- und Al-Gehalte der gebildeten Oberflächenschicht innerhalb der oben erwähnten jeweiligen Bereiche fallen, wie nach der Wärmebehandlung durch Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung analysiert. Zum Beispiel kann das Material Ni in einer Menge von 70 Masse-% und Al in einer Menge von 30 Masse-% enthalten.
In dem Fall, wo das Dampfdiffusionsbeschichtungsverfahren zur Anwendung kommt, um eine Oberflächenschicht in der Oberfläche des Verbundkörpers zu bilden, wird Cr- und/oder Al-Dampf in die Oberfläche des Verbundkörpers diffundiert. In diesem Fall kann, indem der Verbundkörper in einem Verarbeitungspulver einer Wärmebehandlung in, zum Beispiel, einem Vakuum oder einer Ar-Atmosphäre unterzogen wird, eine Oberflächenschicht mit einer vorbestimmten Zusammensetzung ausgebildet werden. Das Verarbeitungspulver ist ein gemischtes Pulver aus einem Metallpulver eines Elements (von Elementen), welche(s) diffundiert werden soll(en), wie beispielsweise ein reines Cr-Pulver, ein reines Al-Pulver oder ein Legierungspulver, welches Cr und Al enhält, Ammoniumchlorid zur Förderung der Diffusion, Al₂O₃ zum Verhindern des Sinterns des Verarbeitungspulvers, usw. Das Mischungsverhältnis dieser Inhaltspulver sowie die Verarbeitungsbedingungen variieren in Abhängigkeit von der Gesamtmenge und der Oberflächenkonzentrationen der Elemente, welche in den Verbundkörper diffundiert werden sollen. Zum Beispiel kann im Falle der Diffusion von Al das gemischte Pulver aus Al:NH₄Cl:Al₂O₃ = 20:2:78 bestehen, und die Verarbeitungsbedingungen sind, wie folgt: Anwendung von Wärme bei 800°C bis 1.000°C für etwa 10 Minuten bis 10 Stunden in einer nicht oxidierenden Atmosphäre, wie beispielsweise Ar oder ein Vakuum. Diese Verarbeitung kann Al in der Oberfläche des Verbundkörpers diffundieren, wodurch die Oberflächenschicht ausgebildet wird.
Durch dieses Verfahren wird die Mittelelektrode 2 derart ausgebildet, dass der Verbundkörper eine Oberflächenschicht aufweist, die in seiner Oberfläche ausgebildet ist. Nachdem die so erhaltene Mittelelektrode 2 einer Wärmebehandlung unter Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung unterzogen wurde, zeigt die Messung der Härte und der Zusammensetzung durch die oben genannten Verfahren, dass die äußere Schicht 8 von der Mittelelektrode 2 die Region mit hoher Härte mit einer vorbestimmten Härte und Dicke und die Elementversorgungsregion mit einer vorbestimmten Zusammensetzung und Dicke aufweist.
Die Masse-Elektrode 6 kann aus einem allgemein bekannten Material durch ein Verfahren ähnlich dem oben erwähnten Verfahren zur Herstellung der Mittelelektrode 2 hergestellt werden. In dem Fall, wo die Masse-Elektrode 6 nicht über einen internen Kern aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit verfügt, wird eine geschmolzene Legierung mit einer vorbestimmten Zusammensetzung hergestellt; ein Gussblock wird aus der geschmolzenen Legierung hergestellt; der Gussblock wird durch Umformen bearbeitet, um eine vorbestimmte Form und vorbestimmte Abmessungen anzunehmen, wodurch die Masse-Elektrode 6 ausgebildet wird.
Als Nächstes wird ein Endabschnitt der Masse-Elektrode 6 an die Endfläche des Metallgehäuses 4 durch elektrisches Widerstandsschweißen oder Laserschweißen angefügt, das Metallgehäuse 4 wird durch Umformen in eine vorbestimmte Form gebracht, usw. Der Isolator 3 wird durch Brennen von Keramik oder dergleichen in eine vorbestimmte Form ausgebildet; die Mittelelektrode 2 wird mit dem Isolator 3 durch ein allgemein bekanntes Verfahren zusammengebaut; und der resultierende Isolator 3 wird mit dem Metallgehäuse 4 mit der daran angefügten Masse-Elektrode 6 zusammengebaut. Dann wird die Masse-Elektrode 6 in Richtung der Mittelelektrode 2 gebogen, so dass ein distaler Endabschnitt der Masse-Elektrode 6 einem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 2 zugewandt ist, wodurch sich die Zündkerze 1 ergibt.
Die Zündkerze 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird verwendet, um die Zündung in einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einem Benzinmotor, bereitzustellen. Der Gewindeabschnitt 9 der Zündkerze 1 wird mit einem Gewindeloch in einem Kopf (nicht gezeigt), welcher teilweise Brennräume der Brennkraftmaschine bildet, in Eingriff gebracht, wobei die Zündkerze 1 an ihrem Platz fixiert ist. Die Zündkerze 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einer Brennkraftmaschine jedes Typs verwendet werden. Da jedoch der Isolator 3 an der Rissebildung durch Verformung der Mittelelektrode 2 und starker Ansammlung von Oxiden in einer Umgebung von Aufheiz- und Abkühlzyklen gehindert ist, kann die Zündkerze 1 gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mit einer Brennkraftmaschine verwendet werden, deren Brennkammertemperatur höher ist als bei einer herkömmlichen.
Die Zündkerze 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt, sondern kann in verschiedene andere Formen modifiziert werden, solange der Zweck der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann. Zum Beispiel sind in der oben erwähnten Zündkerze 1 die vordere Endfläche der Mittelelektrode 2 und die Oberfläche eines Endes der Masse-Elektrode 6 einander in der Richtung der Achse O mit dem Funkenentladungsspalt G dazwischen zugewandt. Jedoch können in der vorliegenden Erfindung die Seitenfläche der Mittelelektrode und die distale Endfläche der Masse-Elektrode einander in einer radialen Richtung der Mittelelektrode mit einem Funkenentladungsspalt dazwischen zugewandt sein. In diesem Fall können eine oder mehrere Masse-Elektroden der Seitenfläche der Mittelelektrode zugewandt sein.
Ferner weist die oben genannte Zündkerze 1 die Mittelelektrode 2 und die Masse-Elektrode 6 auf. In der vorliegenden Erfindung kann eine Edelmetallspitze auf einer der beiden oder auf beiden vorderen Endabschnitten der Mittelelektrode 2 und der Oberfläche der Masse-Elektrode 6 vorgesehen sein. Eine Edelmetallspitze, welche am vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 2 und/oder der Oberfläche der Masse-Elektrode 6 vorgesehen ist, weist üblicherweise eine kreisförmige, säulenförmige oder eine quadratische, säulenförmige Gestalt und geeignete Abmessungen auf und ist an dem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 2 und/oder der Oberfläche der Masse-Elektrode 6 durch ein geeignetes Schweißverfahren, wie zum Beispiel Laserschweißen oder elektrisches Widerstandsschweißen, verschweißt. In diesem Fall dient ein Spalt zwischen den Oberflächen von zwei gegenüberliegenden Edelmetallspitzen oder ein Spalt zwischen der Oberfläche der Edelmetallspitze und der Oberfläche der Mittelelektrode 2 oder der Masse-Elektrode 6 als Funkenentladungsspalt. Ein Material, welches Verwendung findet, um die Edelmetallspitze zu bilden, ist ein Edelmetall wie Pt, eine Pt-Legierung, Ir, oder eine Ir-Legierung.
[Beispiele]
(Isolator Schub-Riss-Haltbarkeitsprüfung)
<Vorbereitung der Zündkerzenproben>
Durch Verwendung eines gewöhnlichen Vakuumschmelzofens wurde ein Metall auf Ni-Basis hergestellt. Das Metall auf Ni-Basis wurde in eine runde Stange durch Kaltumformung umgeformt. Der Rundstab wurde in eine Becherform umgeformt, wodurch ein Becherkörper entstand, welcher die äußere Schicht werden sollte. Cu wurde in eine runde Stange durch Kaltumformung umgeformt, wodurch ein Stangenkörper entstand. Der Stangenkörper wurde in den Becherkörper eingeführt. Die resultierende Anordnung wurde der plastischen Bearbeitung, wie Extrusion, gefolgt durch Drahtziehen zur Bildung eines Verbundkörpers unterzogen.
Als Nächstes wurde eine Oberflächenschicht in der Oberfläche des Verbundkörpers durch ein Verfahren, welches in Tabelle 1 gezeigt ist, ausgebildet, wodurch eine Mittelelektrode hergestellt wurde. Die Mittelelektrode wurde mit einem Isolator aus Keramik zusammengesetzt, so dass die radiale Differenz 0,03 mm betrug.
Als Nächstes wurde durch ein allgemein bekanntes Verfahren eine Masse-Elektrode mit einer Endfläche eines Metallgehäuses verbunden. Die oben hergestellte Isolator-Anordnung wurde mit dem Metallgehäuse mit der daran angefügten Masse-Elektrode verbunden. Die Masse-Elektrode wurde in die Richtung der Mittelelektrode gebogen, so dass ein distaler Endabschnitt der Masse-Elektrode der vorderen Endfläche der Mittelelektrode zugewandt war, wodurch schließlich jede der Zündkerzenproben vorlag.
Die hergestellten Zündkerzenproben hatten einen Gewindedurchmesser von M12, einen Kerndurchmesser von 1,4 mm und einen Mittelelektroden-Durchmesser von 1,9 mm. Das Mittelelektroden-Vorstehmaß, d. h. der Abstand zwischen dem vorderen Ende der Mittelelektrode und dem vorderen Ende des Isolators, betrug 4 mm. Das vordere Ende des Kupferkerns ist vor dem vorderen Ende des Metallgeäuses angeordnet.
Nachdem die Zündkerzenproben einer Wärmebehandlung bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung, wie oben erwähnt, unterzogen worden waren, wurde die Vickers-Härte an vorbestimmten Positionen gemäß JIS Z 2244 unter den folgenden Bedingungen gemessen: Prüfkraft 1 N und Haltezeit 10 sek. Außerdem wurde die Zusammensetzung durch WDS unter Einsatz von EPMA gemessen. Es wurden die Dicke der Region mit hoher Härte, welche eine Härte von 190 Hv oder höher aufweist, die Dicke der ultraharten Region mit einer Härte von 230 Hv oder höher und die Dicke der Elementversorgungsregion berechnet, deren Teilbereich in der Nähe der Oberfläche Cr in einer Menge von 15 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 5 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthielt, und deren tieferer Teilbereich Cr in einer Menge von 7 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 3 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthielt.
<Prüfverfahren>
Die hergestellten Zündkerzenproben wurden zum Prüfen 3.000 Aufheiz- und Abkühlzyklen unterzogen, welche jeweils aus Erhitzen auf 900°C mit einem Brenner für drei Minuten und anschließendem Abkühlen für eine Minute bestanden. Nach dieser Prüfung wurde der Durchmesser jeder der Mittelelektroden mit einem Mikrometer an einer axialen Position gemessen, welche in einen axialen Bereich fiel, der sich 1 mm bis 5 mm nach hinten entlang der axialen Richtung von dem vorderen Ende des Kerns der Mittelelektrode erstreckte und in dem sich die Mittelelektrode am stärksten, wie in diesem Bereich beobachtet, verformte. Der Unterschied zwischen einem Durchmesser vor der Prüfung und einem Durchmesser nach der Prüfung wurde berechnet und die erhaltene Differenz wurde als das Ausmaß der Verformung der Mittelelektrode betrachtet. Außerdem wurde jeder der Isolatoren visuell auf eine schwarze Kontaktmarke an der Wand der axialen Bohrung hin untersucht, welche durch den Kontakt der Mittelelektrode verursacht wird, und wurde auch auf Rissebildung hin untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden nach den folgenden Kriterien bewertet. Tabellen 1 und 2 zeigen die Ergebnisse der Bewertung.

FF:: Rissebildung des Isolators wird festgestellt.
BB:: Die Verformung der Mittelelektrode beträgt 0,025 mm oder mehr, und eine Kontaktmarke auf dem Isolator wird festgestellt.
AA:: Die Verformung der Mittelelektrode beträgt 0,025 mm oder mehr, und es wird keine Kontaktmarke auf dem Isolator festgestellt.
AA⁺:: Die Verformung der Mittelelektrode beträgt 0,02 mm bis weniger als 0,025 mm.
AA⁺⁺:: Die Verformung der Mittelelektrode beträgt 0,015 mm bis weniger als 0,02 mm.
AA⁺⁺⁺:: Die Verformung der Mittelelektrode beträgt weniger als 0,015 mm.

(Oxidationsbeständigkeitsprüfung)
<Herstellung der Mittelelektrodenproben>
Ni wurde in einen kernlosen Stangenkörper mit einem Durchmesser von 1,9 mm durch Kaltumformung umgeformt. Eine Oberflächenschicht wurde in der Oberfläche des Stangenkörpers durch ein Verfahren, welches in Tabelle 1 gezeigt ist, ausgebildet, wodurch eine Mittelelektrodenprobe hergestellt war.
<Prüfverfahren>
Die hergestellten Mittelelektrodenproben wurden zum Prüfen 15.000 Aufheiz- und Abkühlzyklen unterzogen, welche jeweils aus der Anwendung von Wärme bei 1.000°C für zwei Minuten und anschließendem Abkühlen für eine Minute bestanden.
Nach diesem Test wurde der Durchmesser jeder der Mittelelektrodenproben mit einem Mikrometer gemessen. Der Unterschied zwischen einem Durchmesser vor dem Test und einem Durchmesser nach dem Test wurde berechnet und die daraus erhaltene Differenz wurde als der Betrag der Verringerung der Mittelelektrodenprobe betrachtet. Die Beträge wurden nach den folgenden Kriterien bewertet. Tabellen 1 und 2 zeigen die Ergebnisse der Bewertung.

FF:: Das Ausmaß der Reduzierung beträgt 0,1 mm oder mehr.
BB:: Das Ausmaß der Reduzierung beträgt 0,05 mm bis weniger als 0,1 mm.
AA:: Das Ausmaß der Reduzierung beträgt weniger als 0,05 mm.

No.	Probe	Elementversorgungsregion		Region mit hoher Härte		Verfahren zum Ausbilden der Elementversorgungsregion	Bewertung
No.	Probe	Zusammensetzung in der Nähe der Oberfläche (*1) (Masse-%)	Dicke der Elementversorgungsregion (μm)	Dicke der Region mit hoher Härte (μm)	Dicke der ultraharten Region (μm)	Verfahren zum Ausbilden der Elementversorgungsregion	Isolator Schub Rissbildung	Oxidationsbeständigkeit
1	Vergleichsbsp.	(Keine Beschichtung)	20	0	0	(Keine Beschichtung)	FF	FF
2	Vergleichsbsp.	Ni-14Cr	120	0	0	APS	FF	FF
3	Vergleichsbsp.	Ni-15Cr	40	0	0	Dampfdiffusion	FF	FF
4	Vergleichsbsp.		50	0	0		FF	BB
5	Vergleichsbsp.		100	0	0		FF	AA
6	Vergleichsbsp.		220	0	0		FF	AA
7	Vergleichsbsp.	Ni-14Cr-5Mo	70	30	0	HVOF	FF	FF
8	Vergleichsbsp.	Ni-14Cr-5Mo	140	100	0	HVOF	FF	FF
9	Vergleichsbsp.	Ni-14Cr-3Al	90	30	0	LPPS	FF	FF
10	Vergleichsbsp.	Ni-14Cr-3Al	140	80	0	LPPS	FF	FF
11	Vergleichsbsp.	Ni-4Al	120	0	0	APS	FF	FF
12	Vergleichsbsp.	Ni-5Al	40	0	0	HVOF	FF	FF
13	Vergleichsbsp.		70	0	0		FF	BB
14	Vergleichsbsp.		100	0	0		FF	AA
15	Vergleichsbsp.	Ni-15Cr-3Ti	50	20	0	LPPS	FF	FF
16	Beispiel		60	30	0		BB	BB
17	Beispiel		100	70	0		AA	AA
18	Beispiel		110	80	0		AA⁺	AA
19	Beispiel		180	150	0		AA⁺	AA
20	Beispiel		220	200	0		AA⁺	AA
21	Vergleichsbsp.	Ni-40Cr-2Ti	40	20	0	HVOF	FF	FF
22	Beispiel		50	30	0		BB	BB
23	Beispiel		90	80	0		AA	BB
24	Beispiel		100	90	0		AA⁺	AA
25	Vergleichsbsp.	Ir-22Cr-14Fe-1.5Si-3Al-0.1Y	50	20	0	HVOF	FF	BB
26	Beispiel		60	30	0		BB	BB
27	Beispiel		110	80	0		AA⁺	AA
28	Beispiel		220	190	0		AA⁺	AA
29	Vergleichsbsp.	Ni-15Cr-5Al	40	20	0	Dampfdiffusion	FF	FF
30	Beispiel		50	30	0		BB	BB
31	Beispiel		80	60	30		AA	BB
32	Beispiel		100	70	40		AA⁺	AA
33	Beispiel		110	80	50		AA⁺	AA
34	Beispiel		150	130	80		AA⁺⁺⁺	AA
35	Beispiel		220	200	160		AA⁺⁺⁺	AA

No.	Probe	Elementversorgungsregion		Region mit hoher Härte		Verfahren zum Ausbilden der Element versorgungsregion	Bewertung
No.	Probe	Zusammensetzung in der Nähe der Oberfläche (*1) (Masse-%)	Dicke der Elementversorgungsregion (μm)	Dicke der Region mit hoher Härte (μm)	Dicke der ultraharten Region (μm)	Verfahren zum Ausbilden der Element versorgungsregion	Isolator Schub Rissbildung	Oxidationsbeständigkeit
36	Vergleichsbsp.	Ni-8Al	40	20	0	HVOP	FF	FF
37	Beispiel		50	30	20		BB	BB
38	Beispiel		60	40	30		AA	BB
39	Beispiel		90	80	60		AA⁺	BB
40	Beispiel		100	90	70		AA⁺⁺	AA
41	Beispiel		140	120	80		AA⁺⁺⁺	AA
42	Beispiel		220	200	180		AA⁺⁺⁺	AA
43	Vergleichsbsp.	Ni-12Al	50	20	0	LPPS	FF	BB
44	Beispiel		60	30	0		BB	BB
45	Beispiel		100	80	0		AA⁺	AA
46	Vergleichsbsp.	Ni-12Al-2Cr	40	20	0	LPPS	FF	FF
47	Beispiel		50	30	0		BB	BB
48	Beispiel		90	80	0		AA	BB
49	Beispiel		110	90	0		AA⁺	AA
50	Beispiel		210	190	0		AA⁺	AA
51	Vergleichsbsp.	Ni-20Co-18Cr 12Al-0.5Y	40	20	0	HVOF	FF	FF
52	Beispiel		50	30	20		BB	BB
53	Beispiel		60	40	30		AA	BB
54	Beispiel		100	90	80		AA⁺⁺⁺	AA
55	Beispiel		210	190	180		AA⁺⁺⁺	AA
59	Vergleichsbsp.	Ni-30Al	40	30	20	APS	FF	FF
56	Beispiel		50	40	30		AA	BB
57	Beispiel		90	80	80		AA⁺⁺	BB
58	Beispiel		100	90	90		AA⁺⁺⁺	AA
59	Vergleichsbsp.	Ni-38Al	40	30	30	Vapordiffusion	FF	FF
60	Beispiel		50	40	40		AA	BB
61	Beispiel		90	80	80		AA⁺⁺	BB

(Nachprüfungstest des Einflusses von Basismetallzusammensetzungen)
<Vorbereitung der Zündkerzenproben>
Die Zündkerzenproben wurden in ähnlicher Weise hergestellt, wie sie zur Herstellung von Zündkerzenproben für den Isolator Schub-Rissebildungs-Haltbarkeitstest hergestellt wurden, außer dass die Metallzusammensetzung auf Ni-Basis oder die Kern-Zusammensetzung variiert wurde.
<Prüfverfahren>

Die hergestellten Zündkerzenproben wurden Aufheiz- und Abkühlzyklen unterzogen, bis die Isolatoren rissig wurden, wobei jeder Zyklus aus Erhitzen auf 900°C mit einem Brenner für drei Minuten und anschließendem Abkühlen für eine Minute bestand. Die Zahl der Zyklen, bis der Isolator rissig wurde, wurde gezählt. Tabellen 3 und 4 zeigen die Prüfergebnisse. [Tabelle 3]

[Tabelle 4]

Nr.	Zusammensetzung	Zusammensetzung des Grundmetalls (Masse-%)	Zusammensetzung des Kerns (Masse-%)				Bewertung
Nr.	Zusammensetzung	Ni	Cu	Cr	Zr	Si	Schub-Rissebindungs-Haltbarkeit
26	Ir-22Cr-14Fe-1.5Si-3Al-0.1Y	100.0	100.0				3750
75			99.2	0.8			3750
76			99.1	0.8	0.13		3750
77			95.0	3.0	2.0		3750
78			99.0	0.8	0.13	0.03	3750
79			95.0	2.0	2.5	0.5	3750

(Nachprüfungstest des Einflusses des radialen Unterschieds)
<Herstellung der Zündkerzenproben>
Die Zündkerzenproben wurden in ähnlicher Weise hergestellt, wie sie zur Herstellung von Zündkerzenproben für den Isolator Schub-Rissebildungs-Haltbarkeitstest hergestellt wurden, außer dass die radiale Differenz durch Variieren der Innendurchmesser der axialen Bohrungen der Isolatoren variiert wurde.
<Prüfverfahren>
Die hergestellten Zündkerzenproben wurden zum Prüfen 3.000 Aufheiz- und Abkühlzyklen unterzogen, welche jeweils aus Erhitzen auf 900°C mit einem Brenner für drei Minuten und anschließendem Abkühlen für eine Minute bestanden. Nach diesem Test wurde das Vorstehmaß der Mittelelektrode gemessen. Der Unterschied zwischen einem Vorstehmaß der Mittelelektrode vor dem Test und einem Vorstehmaß der Mittelelektrode nach dem Test wurde berechnet und die so erhaltene Differenz wurde als das Ausmaß des Zurückziehens der Mittelelektrode betrachtet. Das Ausmaß des Zurückziehens wurde nach den folgenden Kriterien bewertet. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der Bewertung.

FF:: Das Ausmaß des Zurückziehens beträgt 0,04 mm oder mehr.
CC:: Das Ausmaß des Zurückziehens beträgt 0,03 mm bis weniger als 0,04 mm.
BB:: Das Ausmaß des Zurückziehens beträgt 0,025 mm bis weniger als 0,03 mm.
AA:: Das Ausmaß des Zurückziehens beträgt weniger als 0,025 mm.

Elementversorgungsregion	Zusammensetzung in der Nähe der Oberfläche (Masse-%)	Ni-15Cr-5Al-01Si			Ni-12Al
Elementversorgungsregion	Dicke der Elementversorgungsregion (μm)	40	50	80	50	60	100
Dicke der Region mit hoher Härte (μm)		20	30	60	20	30	80
Dicke der ultraharten Region (μm)		0	0	30	0	0	0
Radialer Unterschied (mm)	0.12	FF	CC	CC	FF	CC	CC
	0.1	CC	BB	BB	CC	BB	BB
	0.09	CC	BB	BB	CC	BB	BB
	0.08	CC	BB	BB	CC	BB	BB
	0.07	CC	AA	AA	CC	AA	AA
	0.05	CC	AA	AA	CC	AA	AA
	0.04	CC	AA	AA	CC	AA	AA
	0.03	CC	AA	AA	CC	AA	AA

Wie in den Tabellen 1 und 2 dargestellt, zeigten die Zündkerzen, deren Mittelelektroden die spezifizierten Bereiche der vorliegenden Erfindung erfüllten, eine Hemmung der Rissebildung an den Isolatoren.
Wie in den Tabellen 1 und 2 dargestellt, zeigten die Zündkerzen, deren Mittelelektroden die spezifizierten Bereiche der vorliegenden Erfindung nicht erfüllten, Rissebildung an den Isolatoren.
Wie in Tabelle 3 dargestellt, zeigten die Zündkerzen, deren Mittelelektroden die spezifizierten Bereiche der vorliegenden Erfindung erfüllten, unabhängig von der Zusammensetzung des Grundmetalls, das verwendet wurde, um die äußere Schicht zu bilden, eine Hemmung der Rissebildung an den Isolatoren.
Wie in Tabelle 4 gezeigt, zeigten nicht nur in dem Fall, wo der Kern Cu in einer Menge von 100 Masse-% enthielt, sondern auch in dem Fall, wo der Kern aus einer Kupferlegierung ausgebildet war, die Zündkerzen, deren Mittelelektroden die spezifizierten Bereiche der vorliegenden Erfindung erfüllten, ein geringeres Auftreten von Rissebildung an den Isolatoren.
Wie in Tabelle 5 dargestellt, hielt die Anwendung einer radialen Differenz, welche innerhalb eines besonderen Bereichs fiel, die Mittelelektrode davon ab, in Richtung auf das Innere des Isolators zurückgezogen zu werden.
Bezugszeichenliste

1: Zündkerze
2: Mittelelektrode
3: Isolator
4: Metallgehäuse
5: axiale Bohrung
6: Masse-Elektrode
7: Kern
8: äußere Schicht
9: Gewindeabschnitt
10: Talkum
11: Dichtung
G: Funkenentladungsspalt
d: radiale Differenz
T: vorderes Ende des Kerns

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 170215 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS Z 2244 [0043]
JIS Z 2244 [0065]

Claims

Zündkerze, umfassend: einen Isolator mit einer axialen Bohrung, die sich in eine Richtung einer Achse erstreckt, und eine Mittelelektrode, welche in einem Endabschnitt der axialen Bohrung gehalten ist, wobei die Mittelelektrode einen Kern und eine den Kern ummantelnde äußere Schicht umfasst, wobei der Kern aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als die äußere Schicht gebildet ist, wobei nach der Wärmebehandlung unter Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung, die äußere Schicht 8 aufweist: eine Region mit hoher Härte mit einer Härte von 190 Hv oder höher und einer Dicke von 30 μm bis 200 μm und eine Elementversorgungsregion, deren Teilbereich in der Nähe einer Oberfläche der äußeren Schicht Cr in einer Menge von 15 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 5 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält, und deren tieferer Teilbereich Cr in einer Menge von 7 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 3 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält, und wobei die Elementversorgungsregion eine Dicke von 50 μm oder mehr aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Region mit hoher Härte eine ultraharte Region mit einer Härte von 230 Hv oder höher aufweist und wobei die ultraharte Region eine Dicke von 30 μm bis 200 μm aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Region mit hoher Härte eine Dicke von 80 μm bis 200 μm aufweist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Region mit hoher Härte eine Dicke von 80 μm bis 200 μm aufweist und die ultraharte Region eine Dicke von 30 μm bis 80 μm aufweist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ultraharte Region eine Dicke von 80 μm bis 200 μm aufweist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Elementversorgungsregion eine Dicke von 100 μm oder mehr aufweist.
Zündkerze nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei, unter Bezeichnung einer Seite der axialen Bohrung in Richtung der Mittelelektrode als eine vordere Seite in Bezug auf die Richtung der Achse, ein kürzester Abstand (hierin nachstehend als eine radiale Differenz bezeichnet) zwischen einer äußeren Umfangsfläche der Mittelelektrode und einer inneren Umfangsfläche der axialen Bohrung 0,03 mm bis 0,1 mm beträgt, wenn in einem Bereich gemessen, welcher sich entlang der Richtung der Achse von einem vorderen Ende des Kerns zu einer axialen Position erstreckt, die 4 mm hinter dem vorderen Ende angeordnet ist.
Zündkerze nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, wobei die radiale Differenz 0,03 mm bis 0,07 mm beträgt.
Zündkerze, umfassend: einen Isolator mit einer axialen Bohrung, die sich in einer Richtung einer Achse erstreckt, und eine Mittelelektrode, welche in einem Endabschnitt der axialen Bohrung gehalten wird, wobei die Mittelelektrode einen Kern und eine den Kern ummantelnde äußere Schicht umfasst, wobei der Kern aus einem Material gebildet ist, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die äußere Schicht, wobei durch eine Wärmebehandlung unter Anwendung von Wärme bei 1.000°C für fünf Stunden in Atmosphärenumgebung die äußere Schicht aufweist: eine Region mit hoher Härte mit einer Härte von 190 Hv oder höher und einer Dicke von 30 μm bis 200 μm und eine Elementversorgungsregion, deren Teilbereich in der Nähe einer Oberfläche der äußeren Schicht Cr in einer Menge von 15 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 5 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält, deren tieferer Teilbereich Cr in einer Menge von 7 Masse-% bis 40 Masse-% und Al in einer Menge von 0 Masse-% bis 38 Masse-%, oder Al in einer Menge von 3 Masse-% bis 38 Masse-% und Cr in einer Menge von 0 Masse-% bis 40 Masse-% enthält, und welche eine Dicke von 50 μm oder mehr aufweist.