DE102015105015B4

DE102015105015B4 - Zündkerze und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE102015105015B4
Application number: DE102015105015.3A
Authority: DE
Inventors: Osamu Yoshimoto; Tsutomu Shibata
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: JP6061307B2; JP2015198053A; CN104979753B; DE102015105015A1; CN104979753A

Abstract

Zündkerze (1), umfassend:eine Mittelelektrode (4), die an einer Endseite eines axialen Loches (2) gehalten wird, welches sich in Richtung einer Axiallinie eines Isolators (3) erstreckt;eine Spitze (9), die einen Spalt (G) zwischen der Spitze (9) und der Mittelelektrode (4) bildet; undeine Masseelektrode (8), die einen Endabschnitt, welcher mit einem Metallgehäuse (7) verbunden ist, das auf einem äußeren Umfang des Isolators (3) vorgesehen ist, und einen anderen Endabschnitt hat, mit dem die Spitze (9) durch Widerstandsschweißen verbunden ist,wobei die Masseelektrode (8) aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, deren Hauptkomponente Ni ist,und wobei∫0X'f(X)dX30 bis 1000 Masse-% nm ist,wobei X (nm) einen Abstand von einer Außenfläche (41) in einer Tiefenrichtung innerhalb eines Bereichs von 100 µm x 100 µm der Außenfläche (41) der Masseelektrode (8) darstellt, f(X) (Masse-%) eine Sauerstoffkonzentration in einem Abstand X in der Tiefenrichtung darstellt, und X' einen Wert des Abstandes X in der Tiefenrichtung darstellt, bei dem die Sauerstoffkonzentration f(X) 10 ist,wobei der Bereich von 100 µm x 100 µm der Außenfläche (41) der Masseelektrode (8) zumindest ein Teil eines Flächenabschnitts (44) der Masseelektrode (8) ist, mit dem die Spitze (9) verbunden ist.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze einschließlich einer Masseelektrode, die eine Spitze hat, welche durch Widerstandsschweißen angefügt wurde und ein Verfahren zur Herstellung dieser Zündkerze.
Verwandte Technik
Eine Zündkerze wird zum Zünden eines Verbrennungsmotors verwendet, wie zum Beispiel ein Fahrzeugmotors. Im Allgemeinen umfasst eine Zündkerze ein rohrförmige Metallgehäuse, einen rohrförmigen Isolator, der in einem Innenloch dieses Metallgehäuses angeordnet ist, eine Mittelelektrode, die in einem Innenloch an einer distalen Endseite dieses Isolators angeordnet ist, und eine Masseelektrode. Ein Ende der Masseelektrode ist mit einer distalen Endseite des Metallgehäuses verbunden. Ein Spalt ist zwischen dem anderen Ende der Masseelektrode und einem distalen Ende der Mittelelektrode vorgesehen. Ein Brennstoff in einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors wird durch eine Funkenentladung verbrannt, die an diesem Spalt gebildet wird.
Als Material zum Bilden der Mittelelektrode und der Masseelektrode (die hierin nachstehend auch als die Elektroden bezeichnet werden) wird im Allgemeinen eine Ni-Legierung oder dergleichen verwendet. Die Ni-Legierung ist in Bezug auf den Oxidationswiderstand und die Verschleißfestigkeit einer Edelmetalllegierung leicht unterlegen, deren Hauptkomponente ein Edelmetall ist, wie zum Beispiel Pt und Ir. Jedoch ist die Ni-Legierung weniger kostspielig als das Edelmetall. Daher wird die Ni-Legierung oft als das Material zum Bilden der Elektroden verwendet.
Neuerdings weist die Temperatur in der Verbrennungskammer die Tendenz zur Erhöhung auf. Um des Weiteren die Zündfähigkeit zu verbessern, ist ein Motor einschließlich eines Entladungsabschnitts verwendet worden, der zum Vorragen in die Verbrennungskammer angeordnet ist und der einen Funkenentladungsspalt bildet. Wenn daher eine Funkenentladung zwischen dem distalen Endabschnitt der Masseelektrode und dem distalen Endabschnitt der Mittelelektrode auftritt, die beide aus einer Ni-Legierung oder dergleichen gebildet sind, können der distale Endabschnitt der Masseelektrode und der gegenüberliegende distale Endabschnitt der Mittelelektrode wahrscheinlich verschleißen. Daher ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer Edelmetallspitze für den distalen Endabschnitt der Masseelektrode und/oder der Mittelelektrode entwickelt worden. Die Erzeugung der Funkenentladung an dieser Spitze ermöglicht die Unterdrückung des Verschleißes der Masseelektrode und der Mittelelektrode.
Andererseits wird wahrscheinlich die Spitze, die einer Umgebung mit einem thermischen Zyklus ausgesetzt ist, von der Elektrode abgeschält. Daher ist eine Zündkerze, die eine Spitze hat, welche weniger wahrscheinlich von der Elektrode abgeschält wird, entwickelt worden.
Zum Beispiel offenbart JP 2004 - 186 152 A die Verbesserung der Schälbeständigkeit einer Edelmetallspitze auf einer Masseelektrode, die eine Legierung umfasst, welche Ni als Hauptkomponente und AI von 0,8 oder mehr Gew-% enthält. Diese Publikation offenbart also „Eine Zündkerze ...‟, die in einem Halbquerschnitt eine geschweißte Edelmetallspitze umfasst, eine Flächenbelegungsrate eines AI-kondensierten Materials in einer Querschnittsfläche innerhalb eines 20 µm-Bereichs unter der Edelmetallspitze beträgt 30 % oder weniger (Anspruch 1 von JP 2004 - 186 152 A ).” EP 1 241 753 A2 offenbart eine Zündkerze umfassend eine Edelmetallspitze die an einem Elektrodenbasismaterial befestigt ist und zumindest als eine von Mittelelektrode und Masseelektrode dient und ihr Herstellungsverfahren. DE 10 2005 006 393 A1 offenbart eine Zündkerze mit hochgradig fester und hitzebeständiger Masseelektrode.
Wie durch die Zündkerze dargestellt, die in JP 2004 - 186 152 A offenbart wird, ist ein Verfahren zum Verbessern der Schälbeständigkeit der Spitze der Elektrode aus verschiedenen Gesichtspunkten heraus entwickelt worden. Wenn ein neues Spitzenmaterial oder Elektrodenmaterial entwickelt wird oder wenn die Umgebung, in der die Zündkerze verwendet wird, sich jedoch verändert, kann die Schälbeständigkeit der Spitze dementsprechend reduziert sein. Daher sind Untersuchungen zur Sicherstellung einer günstigen Schälbeständigkeit (Ablösebeständigkeit) der Spitze zusammen mit der Entwicklung des Spitzenmaterials oder dergleichen fortgesetzt worden.
KURZDARSTELLUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze einschließlich einer Masseelektrode bereitzustellen, die eine Spitze hat, welche in einer thermischen Umgebung weniger wahrscheinlich abgeschält bzw. abgelöst wird.
Lösungen für das oben beschriebene Problem werden im Folgenden angeführt.
(1) Eine Zündkerze umfasst: eine Mittelelektrode, die an einer Endseite eines axialen Loches gehalten wird, das sich in einer axialen Geradenrichtung eines Isolators erstreckt; eine Spitze, die einen Spalt zwischen der Spitze und der Mittelelektrode bildet; und eine Masseelektrode, die einen Endabschnitt hat, der mit einem Metallgehäuse verbunden ist, das an einem äußeren Umfang des Isolators vorgesehen ist, und einen anderen Endabschnitt, mit dem die Spitze durch Widerstandsschweißen verbunden ist. Die Masseelektrode ist aus einer Ni-Legierung hergestellt, deren Hauptkomponente Ni ist, und $\int_{0}^{X'} f (X) d X$
beträgt 30 bis 1000 Masse-% nm, wobei X (nm) einen Abstand von einer Außenfläche in einer Tiefenrichtung innerhalb eines Bereichs von 100 µm x 100 µm der Außenfläche der Masseelektrode darstellt, f(X) (Masse-%) stellt eine Sauerstoffkonzentration in einem Abstand X in der Tiefenrichtung dar, und X' stellt einen Wert des Abstandes X in der Tiefenrichtung dar, in dem die Sauerstoffkonzentration f(X) 10 ist,
wobei der Bereich von 100 µm x 100 µm der Außenfläche (41) der Masseelektrode (8) zumindest ein Teil eines Flächenabschnitts (44) der Masseelektrode (8) ist, mit dem die Spitze (9) verbunden ist.
Vorzuziehende Erscheinungsformen von (1) sind folgende.
(2) Die Masseelektrode hat einen Ni-Gehalt von 50 Masse-% oder mehr.
(3) In der Zündkerze gemäß (1) oder (2) hat die Masseelektrode einen Cr-Gehalt von 10 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger.
(4) In der Zündkerze gemäß einem von (1) bis (3) hat die Masseelektrode einen Y- oder Zr-Gehalt von 0,1 Masse-% oder mehr und 0,5 Masse-% oder weniger.
(5) In der Zündkerze gemäß einem von (1) bis (4) hat die Masseelektrode einen Al-Gehalt von 0 Masse-% oder mehr und 1,8 Masse-% oder weniger.
(6) In der Zündkerze gemäß einem von (1) bis (5) hat die Masseelektrode einen Si-Gehalt von 0 Masse-% oder mehr und 2 Masse-% oder weniger.
In der Zündkerze der vorliegenden Erfindung hat die Masseelektrode, die eine Ni-Legierung enthält, einen Bereich hoher Sauerstoffkonzentration, der eine vorgegebene Sauerstoffkonzentration in einem Oberflächenabschnitt hat, der von seiner Außenfläche bis zu einem vorgegebenen Abstand in der Tiefenrichtung reicht. Eine herkömmliche Masseelektrode, die eine widerstandsgeschweißte Spitze hat, umfasst einen nichtoxidierten Abschnitt und einen oxidierten Abschnitt. Das heißt, ein Oberflächenabschnitt der Masseelektrode, das mit der Spitze verbunden ist, ist nicht der Luft ausgesetzt, weil er sich direkt unter der Spitze befindet. Dieser Oberflächenabschnitt wird daher weniger wahrscheinlich oxidiert (der nichtoxidierte Abschnitt). Da sein peripherer Abschnitt der Luft ausgesetzt ist, kann er jedoch oxidiert werden (der oxidierte Abschnitt). Im Gegensatz dazu hat in der Masseelektrode, die in der Zündkerze der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, der Oberflächenabschnitt der Masseelektrode, an dem die Spitze durch Widerstandsschweißen befestigt ist, den Bereich mit hoher Sauerstoffkonzentration. Daher ist der Oberflächenabschnitt der Masseelektrode gleichmäßig durch Sauerstoff oxidiert, der in dem Bereich hoher Sauerstoffkonzentration enthalten ist.
In der herkömmlichen Masseelektrode ohne den Bereich hoher Sauerstoffkonzentration liegen drei Abschnitte, die unterschiedliche Materialien enthalten, d.h. die Spitze, der nichtoxidierte Abschnitt der Masseelektrode und der oxidierte Abschnitt der Masseelektrode, dicht beieinander. Diese Abschnitte unterscheiden sich voneinander im thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Daher tritt eine große Spannung an diesen Abschnitten unter thermischen zyklischen Bedingungen auf. Im Ergebnis dessen wird die Spitze leicht von diesem Abschnitt abgeschält bzw. löst sich leichter ab. Im Gegensatz dazu wird der Oberflächenabschnitt der Masseelektrode, mit dem die Spitze verbunden ist, gleichmäßig in der Zündkerze der vorliegenden Erfindung oxidiert. Daher sind die Spitze und der oxidierte Abschnitt der Masseelektrode durch eine Ebene benachbart. Im Ergebnis dessen wird die Spannung, die in der thermischen zyklischen Umgebung erzeugt wird, auf die Gesamtheit dieser Ebene verteilt. Daher löst sich die Spitze mit geringerer Wahrscheinlichkeit von der Masseelektrode im Vergleich mit der herkömmlichen Masseelektrode.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher die Zündkerze, einschließlich der Masseelektrode, die die Spitze hat, welche selbst unter thermischen zyklischen Bedingungen weniger wahrscheinlich abgeschält wird, bereitgestellt werden. Insbesondere kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Bedingung des Widerstandsschweißens allein durch Berücksichtigung des Unterschiedes zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Spitze und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der oxidierten Masseelektrode bestimmt werden, ungeachtet des Materials der Spitze. Des Weiteren kann unter dieser Bedingung die gewünschte Schweißstärke sichergestellt werden.
Figurenliste

1 ist eine erläuternde Teil-Gesamtquerschnittsansicht einer Zündkerze, die ein Beispiel für eine Zündkerze gemäß der Erfindung ist.
2 ist eine schematische erläuternde Querschnittsansicht eines Hauptteils eines verbundenen Abschnitts einer Spitze und einer Masseelektrode in der Zündkerze, die in 1 illustriert ist, in einer vergrößerten Weise.
3 ist eine schematische erläuternde Querschnittsansicht eines Hauptteils eines verbundenen Abschnitts einer Spitze und einer Masseelektrode in einer herkömmlichen Zündkerze.
4 ist eine schematische erläuternde Querschnittsansicht eines Hauptteils einer Messposition, an der eine Risserweiterungslänge in einem Bewertungstest für die Schälbeständigkeit gemessen wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details zum Zweck der Erklärung dargelegt, um für ein gründliches Verständnis der offenbarten Erfindung zu sorgen. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Vorrichtungen schematisch gezeigt, um die Zeichnung zu vereinfachen.
1 illustriert eine Zündkerze 1, die ein Beispiel für eine Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist. 1 ist eine erläuternde Teilquerschnittsgesamtansicht der Zündkerze 1. In der folgenden Beschreibung ist eine Richtung nach unten zu einer Seite, wo eine Masseelektrode auf dem Papier von 1 angeordnet ist, eine distale Endrichtung einer axialen Linie O, und eine Richtung nach oben auf dem Papier ist eine hintere Endrichtung der axialen Linie O.
Wie in 1 illustriert, umfasst die Zündkerze 1 einen annähernd zylindrischen Isolator 3, der ein axiales Loch 2 hat, welches sich in Richtung der Axiallinie O erstreckt, eine annähernd stabförmige Mittelelektrode 4, die an der distalen Endseite im axialen Loch 2 angeordnet ist, eine Anschlussmetalleinpassung 5, die an der hinteren Endseite im axialen Loch 2 angeordnet ist, einen Verbindungsabschnitt 6, der elektrisch die Mittelelektrode 4 und die Anschlussmetalleinpassung 5 im axialen Loch 2 verbindet, ein annähernd zylindrisches Metallgehäuse 7, das auf dem äußeren Umfang des Isolators 3 vorgesehen ist, eine Spitze 9, die einen Spalt G zwischen sich und der Mittelelektrode 4 bildet, und eine Masseelektrode 8. Ein Endabschnitt der Masseelektrode 8 ist mit dem Metallgehäuse 7 verbunden. Die Spitze 9 ist mit einem anderen Endabschnitt der Masseelektrode 8 durch Widerstandsschweißen verbunden.
Der Isolator 3 hat das axiale Loch 2, das sich in der Richtung der Axiallinie O erstreckt, und eine annähernd zylindrische Form. Des Weiteren umfasst der Isolator 3 einen hinteren Endkörperabschnitt 11, einen Abschnitt 12 mit großem Durchmesser, einen distalen Endkörperabschnitt 13 und einen Isolatornasenabschnitt 14. Der hintere Endkörperabschnitt 11 beherbergt die Anschlussmetalleinpassung 5 und isoliert die Anschlussmetalleinpassung 5 von dem Metallgehäuse 7. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 12 ragt in radialer Richtung des Isolators 3 an der distalen Endseite des hinteren Endkörperabschnitts 11 vor. Der distale Endkörperabschnitt 13 beherbergt den Verbindungsabschnitt 6 an der distalen Endseite des Abschnitts mit großem Durchmesser 12. Der distale Endkörperabschnitt 13 hat einen kleineren Außendurchmesser als der Abschnitt mit großem Durchmesser 12. Der Isolatornasenabschnitt 14 beherbergt die Mittelelektrode 4 an der distalen Endseite des distalen Endkörperabschnitts 13. Der Isolatornasenabschnitt 14 hat einen kleineren Außendurchmesser und Innendurchmesser als der distale Endkörperabschnitt 13. Die innere Umfangsfläche des distalen Endkörperabschnitts 13 und die innere Umfangsfläche des Isolatornasenabschnitts 14 sind über einen Sockelabschnitt 15 verbunden. Die Mittelelektrode 4 ist so angeordnet, dass ein später beschriebener Flanschabschnitt 16 der Mittelelektrode 4 in Kontakt mit dem Sockelabschnitt 15 kommt. Dadurch ist die Mittelelektrode 4 im axialen Loch 2 befestigt. Die äußere Umfangsfläche des distalen Endkörperabschnitts 13 und die äußere Umfangsfläche des Isolatornasenabschnitts 14 sind über einen Stufenabschnitt 17 verbunden. Ein später beschriebener verjüngter Abschnitt 18 des Metallgehäuses 7 ist in Kontakt mit dem Stufenabschnitt 17 über eine Plattendichtung 19. Dadurch ist der Isolator 3 an dem Metallgehäuse 7 befestigt. Der Isolator 3 ist an dem Metallgehäuse 7 derart befestigt, dass der Endabschnitt des Isolators 3 in der Richtung des distalen Endes aus der distalen Endfläche des Metallgehäuses 7 herausragt. Der Isolator 3 wird vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das mechanische Festigkeit, thermische Beständigkeit und elektrische Festigkeit hat. Als solches Material kann zum Beispiel eine Keramik auf der Basis von Aluminiumoxid, die gesintert ist, angeführt werden.
Das axiale Loch 2 des Isolators 3 umgibt im Inneren die Mittelelektrode 4 an der distalen Endseite, die Anschlussmetalleinpassung 5 an der hinteren Endseite und den Verbindungsabschnitt 6 zwischen der Mittelelektrode 4 und der Anschlussmetalleinpassung 5. Der Verbindungsabschnitt 6 fixiert die Mittelelektrode 4 und die Anschlussmetalleinpassung 5 an der Innenseite des axialen Loches 2. Des Weiteren verbindet der Verbindungsabschnitt 6 elektrisch die Mittelelektrode 4 mit der Anschlussmetalleinpassung 5. Der Verbindungsabschnitt 6 ist aus einem Widerstand 21 zum Reduzieren des Ausbreitungsrauschens, einem ersten Dichtungskörper 22, der zwischen dem Widerstand 21 und der Mittelelektrode 4 vorgesehen ist, und einem zweiten Dichtungskörper 23, der zwischen dem Widerstand 21 und der Anschlussmetalleinpassung 5 vorgesehen ist, gebildet. Der Widerstand 21 ist durch Sintern einer Zusammensetzung gebildet, die Glaspulver, nichtmetallisches leitfähiges Pulver, Metallpulver oder dergleichen enthält. Sein Widerstandswert beträgt normalerweise 100 Ω oder mehr. Der erste Dichtungskörper 22 und der zweite Dichtungskörper 23 werden durch Sintern einer Zusammensetzung gebildet, die Glaspulver, Metallpulver oder dergleichen enthält. Diese Widerstandswerte betragen normalerweise 100 mΩ oder weniger. Der Verbindungsabschnitt 6 dieser Ausführungsform wird aus dem Widerstand 21, dem ersten Dichtungskörper 22 und dem zweiten Dichtungskörper 23 gebildet. Jedoch kann der Verbindungsabschnitt 6 aus mindestens einem Element aus dem Widerstand 21, dem ersten Dichtungskörper 22 und dem zweiten Dichtungskörper 23 gebildet sein.
Das Metallgehäuse 7 hat eine annähernd zylindrische Form. Das Metallgehäuse 7 ist so geformt, dass es den Isolator 3 durch eine interne Befestigung des Isolators 3 hält. Ein Schraubabschnitt 24 ist auf der äußeren Umfangsfläche des Metallgehäuse 7 in der distalen Endrichtung gebildet. Unter Verwendung dieses Schraubabschnitts 24 wird die Zündkerze 1 an einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors befestigt. Das Metallgehäuse 7 hat einen flanschartigen Gasdichtungsabschnitt 25 an der hinteren Endseite des Schraubabschnitts 24 und einen Werkzeugeingriffsabschnitt 26 zum Ansetzen eines Werkzeugs, wie zum Beispiel eines Schraubenschlüssels und eines Sechskantschlüssels an der hinteren Endseite des Gasdichtungsabschnitts 25. Das Metallgehäuse 7 hat ferner einen Crimpingabschnitt 27 an der hinteren Endseite des Werkzeugeingriffsabschnitts 26. Ringförmige Packungen 28 und 29 und ein Talkum 30 sind in einem ringförmigen Raum, der zwischen der äußeren Umfangsfläche des Isolators 3 und den inneren Umfangsflächen des Crimpingabschnitts 27 und des Werkzeugeingriffsabschnitts 26 gebildet ist, angeordnet. Dadurch ist der Isolator 3 an dem Metallgehäuse 7 befestigt. Die distale Endseite der inneren Umfangsfläche des Schraubabschnitts 24 ist derart angeordnet, dass die innere Umfangsfläche einen Raum bis zum Isolatornasenabschnitt 14 hat. Der verjüngte Abschnitt 18, der sich radial in einer Kegelform ausdehnt, kommt mit dem Stufenabschnitt 17 des Isolators 3 über die ringförmige Plattenpackung 19 an der hinteren Endseite eines vorragenden Abschnitts 32 in Kontakt, der nach innen in radialer Richtung des Isolators 3 ragt. Das Metallgehäuse 7 kann aus einem leitfähigen Stahlmaterial gebildet sein, zum Beispiel aus kohlenstoffarmem Stahl.
Die Anschlussmetalleinpassung 5 ist eine Klemme zum Anlegen einer Spannung an die Mittelelektrode 4 von außen zur Funkenentladung zwischen der Mittelelektrode 4 und der Spitze 9. Die Anschlussmetalleinpassung 5 wird in das axiale Loch 2 derart eingeführt, dass ein Teil der Metalleinpassung von der hinteren Endseite des Isolators 3 freiliegt. Auf diese Weise wird die Anschlussmetalleinpassung 5 durch den zweiten Dichtungskörper 23 festgelegt. Die Anschlussmetalleinpassung 5 kann aus einem metallischen Material gebildet werden, wie zum Beispiel einem kohlenstoffarmen Stahl.
Die Mittelelektrode 4 hat einen hinteren Endabschnitt 34, der in Kontakt mit dem Verbindungsabschnitt 6 ist, und einen stabförmigen Abschnitt 35, der sich bis zur distalen Endseite vom hinteren Endabschnitt 34 erstreckt. Der hintere Endabschnitt 34 hat den Flanschabschnitt 16, der nach außen in radialer Richtung des Isolators 3 vorragt. Die Mittelelektrode 4 ist so angeordnet, dass der Flanschabschnitt 16 in Kontakt mit dem Sockelabschnitt 15 des Isolators 3 kommt. Der erste Dichtungskörper 22 wird zwischen der inneren Umfangsfläche des Isolators 3 und der äußeren Umfangsfläche des hinteren Endabschnitts 34 gefüllt. Dadurch ist die Mittelelektrode 4 im axialen Loch 2 des Isolators 3 so befestigt, dass ihr distales Ende aus der distalen Endfläche des Isolators 3 herausragt. Auf diese Weise wird die Mittelelektrode 4 von dem Metallgehäuse 7 isoliert und von demselben gehalten. Der hintere Endabschnitt 34 und der stabförmige Abschnitt 35 der Mittelelektrode 4 kann aus einem bekannten Material gebildet werden, das für die Mittelelektrode 4 verwendet wird, wie zum Beispiel Ni oder eine Ni-Legierung, deren Hauptkomponente Ni ist. Die Mittelelektrode 4 kann aus einer äußeren Schicht gebildet werden, die aus der Ni-Legierung oder dergleichen gebildet wird, und einem Kernabschnitt, der aus einem Material hergestellt ist, dessen Wärmeleitfähigkeit größer als die der Ni-Legierung ist. Der Kernabschnitt ist so geformt, dass er konzentrisch in einen axialen Mittelabschnitt innerhalb dieser Außenschicht eingebettet wird. Das Material zum Bilden des Kernabschnitts kann zum Beispiel Cu, eine Cu-Legierung, Ag, eine Ag-Legierung oder reines Ni sein. Des Weiteren kann die Mittelelektrode 4 eine Spitze an der distalen Endfläche des stabförmigen Abschnitts 35 haben. Das Material zum Bilden der Spitze kann eine Pt-Legierung oder eine Ir-Legierung sein. Die Spitze wird mit dem stabförmigen Abschnitt 35 zum Beispiel durch Widerstandsschweißen und/oder Laserschweißen verbunden.
Die Spitze 9, die mit der Masseelektrode 8 durch Widerstandsschweißen verbunden ist, hat eine Säulenform in dieser Ausführungsform. Die Form der Spitze 9 ist nicht speziell eingeschränkt. Bei einer anderen Form als der Säulenform kann eine elliptische Säulenform, eine prismatische Form oder eine plattenartige Form geeignet verwendet werden. Die Spitze 9 ist aus einem Material gebildet, das in Bezug auf Oxidierungsbeständigkeit und Funkenverschleißbeständigkeit dem Material überlegen ist, das die Masseelektrode 8 bildet. Sie wird zum Beispiel aus einer Pt-Legierung, deren Hauptkomponente Pt ist, einer Rh-Legierung, deren Hauptkomponente Rh ist, oder einer Pd-Legierung gebildet, deren Hauptkomponente Pd ist. Die Komponente, die nicht die Hauptkomponente ist, welche in der Spitze enthalten ist, kann Rh, Pt, Pd oder dergleichen sein. Der Wärmewert beim Widerstandsschweißen der Spitze 9, die aus der Pt-Legierung oder der Rh-Legierung gebildet ist, an die Masseelektrode 8 ist kleiner als bei der Spitze, die aus einem anderen Edelmetall gebildet ist. Es ist daher schwierig, die Verbindungsfestigkeit der Spitze 9, die aus der Pt-Legierung oder der Rh-Legierung gebildet ist, sicherzustellen. Wie jedoch später beschrieben wird, hat die Masseelektrode 8 der vorliegenden Erfindung einen Bereich mit hoher Sauerstoffkonzentration. Selbst wenn ein Spitzenmaterial mit einem kleinen Wärmewert verwendet wird, kann daher die gewünschte Verbindungsfestigkeit gesichert werden. Hier bezieht sich die „Hauptkomponente“ auf eine Komponente, die den größten Gehalt von Komponenten hat, welche in der Spitze 9 enthalten sind.
In dieser Ausführungsform ist der Spalt G der kürzeste Abstand zwischen der distalen Endfläche von Spitze 9, die am distalen Endabschnitt der Seitenfläche der Masseelektrode 8 vorhanden ist, und der distalen Endfläche, die dieser distalen Endfläche gegenüberliegt, vom stabförmigen Abschnitt 35 der Mittelelektrode 4. Dieser Spalt wird normalerweise auf 0,3 bis 1,5 mm eingestellt. Eine Funkenentladung wird in diesem Spalt G erzeugt. Wenn die Mittelelektrode 4 eine Spitze hat, dient der kürzeste Abstand zwischen der distalen Endfläche der Spitze, die an der Masseelektrode 8 vorgesehen ist, und der distalen Endfläche der Spitze der Mittelelektrode 4 als Spalt G. Im Fall einer Zündkerze vom Typ Querentladung, bei der die Seitenfläche der Mittelelektrode 4 der Spitze 9 gegenüberliegt, die am distalen Endabschnitt der Masseelektrode 8 vorgesehen ist, dient der kürzeste Abstand zwischen der distalen Endfläche der Spitze 9 und der Fläche, die der distalen Endfläche der Spitze 9 gegenüberliegt, der Seitenfläche der Mittelelektrode 4 als Spalt G.
Ein Endabschnitt der Masseelektrode 8 ist mit dem distalen Endabschnitt des Metallgehäuses 7 verbunden. Die Masseelektrode 8 ist in ihrem Mittelteil im Wesentlichen zu einer L-Form gebogen. Die Spitze 9 ist mit dem anderen Endabschnitt der Masseelektrode 8 durch Widerstandsschweißen verbunden. Die Zündkerze der vorliegenden Ausführungsform ist so aufgebaut, dass der distale Endabschnitt der Spitze 9 und der distale Endabschnitt der Mittelelektrode 4 über den Spalt G einander gegenüberliegen. Die Masseelektrode 8 ist ein stabförmiges Element. Die Schnittform senkrecht zur Axiallinie dieses stabförmigen Elementes ist nicht speziell eingeschränkt. Die Schnittform kann zum Beispiel ein Quadrat, eine Polygonalform, eine Kreis oder eine Ellipse sein. Die Masseelektrode 8 ist aus einer Ni-Legierung hergestellt, deren Hauptkomponente Ni ist. Ähnlich wie die Mittelelektrode 4 kann die Masseelektrode 8 aus einer äußeren Schicht gebildet werden, die aus der Ni-Legierung gebildet wird, und einem Kernabschnitt, der aus einem Material hergestellt ist, dessen Wärmeleitfähigkeit größer als die der Ni-Legierung ist. Der Kernabschnitt ist so geformt, dass er konzentrisch in einen axialen Mittelabschnitt innerhalb der Außenschicht eingebettet ist. Das Material zum Bilden des Kernabschnitts kann zum Beispiel Cu, eine Cu-Legierung, Ag, eine Ag-Legierung oder reines Ni sein.
2 ist eine schematische erläuternde Querschnittsansicht eines Hauptteils des verbundenen Abschnitts der Spitze 9 und der Masseelektrode 8 in der Zündkerze, die in 1 vergrößert illustriert ist. Wie in 2 illustriert, hat die Masseelektrode 8 einen Bereich, der die folgende Bedingung (1) in einem Flächenabschnitt 44 erfüllt ist, der von seiner Außenfläche 41 bis zu einem vorgegebenen Abstand in der Tiefenrichtung reicht.
Bedingung (1):
Wenn ein Abstand von der Außenfläche 41 in der Tiefenrichtung innerhalb eines Bereichs von 100 µm x 100 µm der Außenfläche 41 der Masseelektrode 8 als X (nm) bezeichnet wird, wird eine Sauerstoffkonzentration im Abstand X in der Tiefenrichtung als f(X) (Masse-%) bezeichnet, und ein Wert des Abstandes X in der Tiefenrichtung, bei dem die Sauerstoffkonzentration f(X) 10 ist, wird als X' bezeichnet, ist $\int_{0}^{X'} f (X) d X$
30 bis 1000 Masse-% •nm.
Mit anderen Worten, zumindest ein Teil des Flächenabschnitts 44, der von der Außenfläche 41 der Masseelektrode 8 bis zum vorgegebenen Abstand in der Tiefenrichtung reicht, bildet den Bereich hoher Sauerstoffkonzentration. Der Bereich hoher Sauerstoffkonzentration kann durch Herleiten des integrierten Wertes der Sauerstoffkonzentration im vorgegebenen Bereich bestimmt werden. Das heißt, die oben beschriebene f(X) stellt die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Bereichs 100 µm x 100 µm dar, der parallel zur Außenfläche ist und der von der Außenfläche 41 den Abstand X in der Tiefenrichtung innerhalb der Masseelektrode 8 hat, d.h. innerhalb eines Volumens der Masseelektrode 8, das sich von der Außenfläche 41 in die Tiefe bis zum Abstand X erstreckt. Das Volumen ist durch den Bereich von 100 µm x 100 µm, der parallel zur Außenfläche 41 ist und ein Teil derselben ist, und vom Abstand oder der Tiefe X von der Außenfläche 41 in die Masseelektrode 8 in der Tiefenrichtung definiert. Zu dieser Zeit beträgt der integrierte Wert der Sauerstoffkonzentration f(X) von zumindest einem Teil der Außenfläche (X = 0) des Oberflächenabschnitts 44 der Masseelektrode 8 bis zur Entfernung (X = X'), in der die Sauerstoffkonzentration f(X) gleich 10 Masse-% ist, 30 bis 1000 Masse-% • nm. Der Bereich, einschließlich des Sauerstoffs, der die Sauerstoffkonzentration f(X) zu dieser Zeit verursacht, bildet den Bereich hoher Sauerstoffkonzentration. Wie später beschrieben wird, kann der Bereich hoher Sauerstoffkonzentration im Oberflächenabschnitt 44 der Masseelektrode 8 durch Tempern unter einer spezifischen Bedingung im Herstellungsprozess der Masseelektrode gebildet werden. Daher existiert in der Masseelektrode 8 der Bereich hoher Sauerstoffkonzentration, der die Bedingung (1) erfüllt, oft im gesamten Flächenabschnitt, einschließlich der Außenfläche, die der Luft ausgesetzt ist. Hinsichtlich der Verbesserung der Schälbeständigkeit der Spitze 9 an der Masseelektrode 8 ist es jedoch nur erforderlich, dass die Masseelektrode 8 den Bereich, der die Bedingung (1) erfüllt, zumindest in dem Teil des Oberflächenabschnitts 44 hat, mit dem die Spitze 9 verbunden werden soll. Wenn also die Masseelektrode 8 wie ein Prisma geformt ist, kann der Oberflächenabschnitt 44, der von sechs Flächen des Prismas eine Fläche umfasst, mit der die Spitze verbunden werden soll, den Bereich enthalten, der die Bedingung (1) erfüllt. Wenn die Masseelektrode 8 die Bedingung (1) erfüllt, wird die Schälbeständigkeit oder Ablösebeständigkeit der Spitze 9 der Masseelektrode 8 verbessert.
3 ist eine schematische erläuternde Querschnittsansicht eines Hauptteils eines verbundenen Abschnitts einer Spitze und einer Masseelektrode in einer herkömmlichen Zündkerze. Wie in 3 illustriert, hat eine herkömmliche Masseelektrode 108 keinen Bereich hoher Sauerstoffkonzentration, wie oben beschrieben, im Oberflächenabschnitt, der von einer Außenfläche 141 der Masseelektrode 108 bis zu einer vorgegebenen Entfernung in der Tiefenrichtung reicht. Wenn eine Spitze 109 an der Masseelektrode 108 durch Widerstandsschweißen befestigt wird, ist ein Oberflächenabschnitt 142 der Masseelektrode 108, der sich direkt unter der verbundenen Spitze 109 befindet, nicht der Luft ausgesetzt. Daher wird der Oberflächenabschnitt 142 weniger wahrscheinlich oxidiert. Andererseits wird der Oberflächenabschnitt 143 der Masseelektrode 108, der an den Oberflächenabschnitt 142 angrenzt, d.h. der Oberflächenabschnitt 143, der rund um den äußeren Umfang einer Verbindungsfläche C1 liegt, auf der die Spitze 109 vorgesehen ist und die von der Außenfläche 141 bis zu einer vorgegebenen Entfernung in der Tiefenrichtung reicht, durch Sauerstoff in der Luft oxidiert. Das Oxid wird also wahrscheinlich im Oberflächenabschnitt 143 gebildet. Daher unterscheiden sich der thermische Ausdehnungskoeffizient des nichtoxidierten Abschnitts 142 direkt unter der Spitze 109 und der thermische Ausdehnungskoeffizient des oxidierten Abschnitts 143, der direkt angrenzt, voneinander. Des Weiteren wird die Spitze 109 aus einem Material mit besserer Oxidationsbeständigkeit und Funkenverschleißbeständigkeit als die Masseelektrode 108 gebildet. Das Material, das die Spitze 109 bildet, und das Material, das die Masseelektrode 108 bildet, unterscheiden sich daher voneinander. Daher unterscheiden sich die Spitze 109, der nichtoxidierte Abschnitt 142 der Masseelektrode 108 und der oxidierte Abschnitt 143 der Masseelektrode 108 in Bezug auf ihr Material und den thermischen Ausdehnungskoeffizienten voneinander. Daher grenzen auf einer äußeren Umfangslinie P1 der Verbindungsfläche C1 dort, wo die Spitze 109 mit der Masseelektrode 108 verbunden ist, drei Abschnitte, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, das sind die Spitze 109, der nichtoxidierte Abschnitt 142 der Masseelektrode 108 und der oxidierte Abschnitt 143 der Masseelektrode 108, aneinander. Im Ergebnis dessen tritt in der Zündkerze 1, die normalen thermischen zyklischen Bedingungen ausgesetzt ist, großer Stress an der äußeren Umfangslinie P1 auf, wo die drei Abschnitte mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aneinander grenzen. Dies verursacht wahrscheinlich das Abschälen oder Ablösen der Spitze 109, beginnend an der äußeren Umfangslinie P1.
Wie in 2 illustriert, hat im Gegensatz dazu die Masseelektrode 8 der vorliegenden Erfindung den Bereich hoher Sauerstoffkonzentration im Oberflächenabschnitt 44, der von der Außenfläche 41 der Masseelektrode 8 bis zu einer vorgegebenen Entfernung in der Tiefenrichtung reicht. Wenn also die Spitze 9 an der Masseelektrode 8 durch Widerstandsschweißen befestigt wird, ist die Umgebung der Fläche der Masseelektrode 8, mit der die Spitze 9 verbunden ist, gleichmäßig oxidiert. Im Ergebnis dessen ist das gebildete Oxid gleichmäßig im Flächenabschnitt 44 der Masseelektrode 8 verteilt. Das heißt, der Flächenabschnitt 42 der Masseelektrode 8 direkt unter der Spitze 9 und der Flächenabschnitt 43 der Masseelektrode 8 angrenzend an den Flächenabschnitt 42, d.h. der Flächenabschnitt 43, der rund um den äußeren Umfang der Verbindungsfläche C liegt, wo die Spitze 9 vorgesehen ist und die von der Außenfläche 41 der Masseelektrode 8 bis zu einer vorgegebenen Entfernung in der Tiefenrichtung reicht, ist gleichmäßig durch Sauerstoff oxidiert, der im Bereich hoher Sauerstoffkonzentration enthalten ist. Daher hat die Umgebung der Fläche der Masseelektrode 8, mit der die Spitze 9 verbunden ist, der vorliegenden Erfindung keine Abschnitte, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, wie zum Beispiel der nichtoxidierte Abschnitt 142 und der oxidierte Abschnitt 143, wie in der herkömmlichen Masseelektrode 108, wie in 3 illustriert. In dieser Zündkerze 1 werden daher drei Abschnitte, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, die einander benachbart sind, nicht auf der äußeren Umfangslinie P der Verbindungsfläche C zwischen der Spitze 9 und der Masseelektrode 8 gebildet, wie bei der herkömmlichen Zündkerze. Daher existiert ein Abschnitt, in dem die Schälbeständigkeit schwach ist, nicht als Punkt oder Linie. Stattdessen sind zwei Abschnitte mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, d.h. die Spitze 9 und die oxidierten Abschnitte 42 und 43 der Masseelektrode 8, in Kontakt miteinander durch eine Ebene. Die Schälbeständigkeit der Spitze 9 ist daher im Vergleich zur herkömmlichen Zündkerze verbessert. In der Zündkerze 1 der vorliegenden Erfindung bildet ein Teil des Flächenabschnitts 44 der Masseelektrode 8 den Bereich hoher Sauerstoffkonzentration. Daher kann die Bedingung des Widerstandsschweißens allein durch Berücksichtigen des Unterschiedes zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Spitze 9 und des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der oxidierten Abschnitte 42 und 43 der Masseelektrode 8 bestimmt werden, ungeachtet des Materials der Spitze. Des Weiteren kann unter dieser Bedingung die gewünschte Schweißstärke sichergestellt werden.
Der integrierte Wert der Sauerstoffkonzentration des Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration beträgt 30 bis 1000 Masse-% •nm. Wenn der integrierte Wert der Sauerstoffkonzentration des Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration kleiner als 30 Masse-% •nm ist, ist es schwierig, einen Vorteil aus der vorliegenden Erfindung zu ziehen. Wenn der integrierte Wert der Sauerstoffkonzentration des Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration 1000 Masse-% •nm übersteigt, erhöht sich die Menge des Oxids, das in den Flächenabschnitten 42 und 43 gebildet ist, auf Grund der Wärme durch das Widerstandsschweißen, wenn die Spitze 9 an der Masseelektrode 8 durch Widerstandsschweißen befestigt wird. Dadurch wird ein Stromfluss während des Widerstandsschweißens erschwert, was umgekehrt die Verbindungsfestigkeit der Spitze 9 reduziert.
Die Sauerstoffkonzentration der Masseelektrode 8 ist an der Außenfläche 41 am höchsten und verringert sich oft allmählich nach innen. Es ist bevorzugt, dass die Sauerstoffkonzentration im Bereich von 100 µm x 100 µm auf der Außenfläche 41 50 Masse-% oder weniger beträgt. Wenn die Sauerstoffkonzentration 50 Masse-% übersteigt, bildet sich wahrscheinlich ein nickeloxidierter Film (NiO) auf der Außenfläche 41 der Masseelektrode. Im Ergebnis dessen gibt es die Besorgnis, dass die Verbindungsfestigkeit der Spitze 9 reduziert wird. Ferner ist es bevorzugt, dass die Dicke des Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration in der Masseelektrode 8 5 nm oder mehr und 100 nm oder weniger beträgt. Wenn die Dicke des Bereichs hoher Sauerstoffkonzentration innerhalb dieses Bereichs liegt, werden die Flächenabschnitte 42 und 43 der Masseelektrode 8, mit der die Spitze 9 verbunden wird, beim Widerstandsschweißen der Spitze 9 an der Masseelektrode 8 wahrscheinlich gleichmäßig oxidiert.
Ob die Masseelektrode 8 die Bedingung (1) erfüllt oder nicht, kann durch Anwenden einer Elementaranalyse von der Außenfläche 41 oder Masseelektrode 8 in die Tiefenrichtung dieser Elektrode kontrolliert werden, indem ein Auger-Elektronenspektroskop verwendet wird. Speziell kann die Elementaranalyse folgendermaßen ausgeführt werden. Die Elementaranalyse erfolgt auf der Außenfläche 41 der Masseelektrode 8, d.h. in einer geeigneten Position auf der Fläche, die der Luft in der Masseelektrode 8 ausgesetzt ist. Übrigens gibt es eine Besorgnis, dass die Umgebung eines Teils, bei dem die Spitze 9 und das Metallgehäuse 7 mit der Masseelektrode 8 verbunden sind, durch die Wärme auf Grund des Widerstandsschweißens beeinflusst werden kann. Es ist daher wünschenswert, die Elementaranalyse an der Stelle auszuführen, die von der Spitze 9 und dem Metallgehäuse 7 einen vorgegebenen Abstand hat, zum Beispiel 5 mm. Die Fläche des Analysebereichs auf der Außenfläche 41 beträgt 100 µm x 100 µm. Die Elementaranalyse kann durch Scannen dieses Analysebereichs durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl ausgeführt werden. Aus dem Peakintensitätsverhältnis des erhaltenen Spektrums kann ein Gewichtsverhältnis von Sauerstoff zu allen festgestellten Elementen berechnet werden. Der berechnete Wert ist eine Sauerstoffkonzentration (Masse-%). In der Bedingung (1) wird die Sauerstoffkonzentration der Außenfläche 41 als f(0) (Masse-%) dargestellt. Nach der Elementaranalyse an der Außenfläche 41 wird die Außenfläche 41 durch eine Ionenkanone gesputtert, die sie mit Ar⁺ oder dergleichen bestrahlt. Auf diese Weise kann die Elementaranalyse in ähnlicher Weise an einer Stelle ausgeführt werden, die von der Außenfläche 41 einen Abstand von wenigen nm hat, zum Beispiel 2 nm in der Tiefenrichtung. In der Bedingung (1) wird die Sauerstoffkonzentration in der Tiefe von 2 (nm) von der Außenfläche 41 als f(2) (Masse-%) dargestellt. Durch abwechselndes Wiederholen des Sputterns und der Elementaranalyse in der gleichen Weise wie oben wird die Elementaranalyse anschließend in der Tiefenrichtung ausgeführt, bis die Sauerstoffkonzentration kleiner als 10 Masse-% wird. Die Sauerstoffkonzentration des Flächenabschnitts 44 der Masseelektrode 8 der vorliegenden Erfindung verringert sich normalerweise allmählich von der Außenfläche 41 nach innen. Beim Bewegen der Auger-Elektronenspektroskopieanalyse von der Außenfläche 41 in die Tiefenrichtung wird daher der Bereich erreicht, dessen Sauerstoffkonzentration kleiner als 10 Masse-% ist. Der integrierte Wert der Sauerstoffkonzentration f(X) von der Außenfläche (X = 0) bis zum Abstand (X = X') in der Tiefenrichtung, wo die Sauerstoffkonzentration f(X) 10 Masse-% beträgt, kann berechnet werden. Wenn dieser integrierte Wert 30 bis 1000 m Masse-% nm beträgt, erfüllt die Masseelektrode 8 die Bedingung (1).
Die Masseelektrode 8 enthält eine Ni-Legierung, deren Hauptkomponente Ni ist. Der Gehalt an Ni in der Masseelektrode 8 beträgt vorzugsweise 50 Masse-% oder mehr und 99 Masse-% oder weniger und besonders bevorzugt 55 Masse-% oder mehr und 90 Masse-% oder weniger. Falls die Bedingung (1) erfüllt ist, wenn der Gehalt an Ni in der Masseelektrode 8 innerhalb dieses Bereichs liegt, wird die Schälbeständigkeit der Spitze 9 an der Masseelektrode 8 weiter verbessert. Die Masseelektrode 8 kann Cr, Zr, Y, AI, Si, Fe, Mn, Mo, W oder dergleichen als andere Komponente als Ni enthalten. Hier bezieht sich „Hauptkomponente“ auf eine Komponente, die den größten Gehalt unter den Komponenten hat, welche in der Masseelektrode 8 enthalten sind.
Die Masseelektrode 8 enthält vorzugsweise Cr. Es ist weiter bevorzugt, dass der Gehalt an Cr 10 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger beträgt. Ein höherer Gehalt an Cr in der Masseelektrode 8 führt zu einem größeren spezifischen Widerstandswert bei Raumtemperatur (25 °C). Da ein größerer spezifischer Widerstandswert zu einem größeren Wärmewert beim Widerstandsschweißen der Spitze 9 an die Masseelektrode 8 führt, kann Verbindungsfestigkeit der Spitze 9 und der Masseelektrode 8 leicht sichergestellt werden. Da ferner ein höherer Gehalt an Cr in der Masseelektrode 8 den Korrosionswiderstand der Masseelektrode 8 verbessert, kann die Verbindungsfestigkeit der Spitze 9 und der Masseelektrode 8 leicht sichergestellt werden. Wenn der Gehalt an Cr in der Masseelektrode 8 weniger als 10 Masse-% beträgt, kann man diesen Vorteil weniger wahrscheinlich erreichen. Wenn der Gehalt an Cr in der Masseelektrode 8 30 Masse-% übersteigt, wird wahrscheinlich eine harte und wenig verformbare intermetallische Verbindung, die γ'-Phase genannt wird, auf den Flächenabschnitten 42 und 43 der Masseelektrode 8 abgeschieden, die mit der Spitze 9 verbunden ist. Die Abscheidung einer solchen y'-Phase auf den Flächenabschnitten 42 und 43 der Masseelektrode 8 verhindert, dass die Spitze 9 während des Widerstandsschweißens in die Masseelektrode 8 eintaucht. Es gibt also eine Befürchtung, dass die Verbindungsfestigkeit zwischen der Spitze 9 und der Masseelektrode 8 reduziert sein könnte.
Die Masseelektrode 8 enthält vorzugsweise Y oder Zr. Es ist weiter bevorzugt, dass der Gehalt an Y oder Zr 0,1 Masse-% oder mehr und 0,5 Masse-% oder weniger beträgt. Wenn Y oder Zr in der Masseelektrode 8 enthalten sind, hält das Y oder Zr das Oxid, welches in den Flächenabschnitten 42 und 43 der Masseelektrode 8 enthalten ist, auf der Fläche eines Basismaterials 45 der Masseelektrode 8, d.h. der Fläche des Abschnitts, der durch Widerstandsschweißen nicht oxidiert ist. Damit verbessert sich die Adhäsionseigenschaft zwischen dem Basismaterial 45 und den oxidierten Flächenabschnitten 42 und 43. Wenn also ein Gehalt an Y oder Zr in der Masseelektrode 8 größer wird, kann die Verbindungsfestigkeit der Spitze 9 und der Masseelektrode 8 leichter sichergestellt werden. Wenn der Gehalt an Y oder Zr in der Masseelektrode 8 kleiner als 0,1 Masse-% ist, kann dieser Vorteil nicht erreicht werden, und daher gibt es die Sorge, dass eine Abschälung an der Grenzfläche zwischen dem Basismaterial 45 und den oxidierten Flächenabschnitten 42 und 43 auftritt. Wenn der Gehalt an Y oder Zr in der Masseelektrode 8 0,5 Masse-% übersteigt, ist es schwierig, die Masseelektrode 8 maschinell in eine vorgegebene Form zu bringen, wenn die Masseelektrode 8 hergestellt wird. Das heißt, obwohl die Masseelektrode 8 durch eine Verarbeitung bei hoher Temperatur geformt werden kann, ist eine Verarbeitung bei niedriger Temperatur schwierig, was zu einer schlechten Produktivität führt.
Der Gehalt an AI in der Masseelektrode 8 beträgt vorzugsweise 0 Masse-% oder mehr und 1,8 Masse-% oder weniger. Das heißt, es ist bevorzugt, dass die Masseelektrode 8 kein AI enthält oder, falls doch, einen Al-Gehalt von 1,8 Masse-% oder weniger hat. Die Masseelektrode 8 enthält vorzugsweise AI im Hinblick auf die Oxidationsbeständigkeit der Masseelektrode 8 und enthält besser 0,3 Masse-% oder mehr AI. Jedoch wird eine Wärmebehandlung unter Stickstoffatmosphäre bei der Herstellung der Masseelektrode 8 vorgenommen. Wenn also der Gehalt an AI in der Masseelektrode 8 1,8 Masse-% übersteigt, bildet sich wahrscheinlich eine kondensierte Schicht auf der Elektrodenoberfläche in der oben angeführten Wärmebehandlung. Wenn die Spitze 9 an die Masseelektrode 8 angeschweißt wird, auf der die kondensierte Schicht von Aluminiumnitrid gebildet ist, wird die Oxidation der kondensierten Schichtfläche durch die Wärme des Schweißens erleichtert. Im Ergebnis dessen bildet sich Aluminiumoxid wahrscheinlich an der Verbindungsgrenzfläche zwischen der Spitze 9 und der Masseelektrode 8. Dieses Aluminiumoxid kann die Verbindungsfestigkeit der Spitze 9 mit der Masseelektrode 8 reduzieren.
Der Gehalt an Si in der Masseelektrode 8 beträgt vorzugsweise 0 Masse-% oder mehr und 2 Masse-% oder weniger. Das heißt, es ist bevorzugt, dass die Masseelektrode 8 kein Si enthält oder, falls doch, einen Si-Gehalt von 2 Masse-% oder weniger hat. Die Masseelektrode 8 enthält vorzugsweise Si im Hinblick auf die Oxidationsbeständigkeit der Masseelektrode 8 und enthält bevorzugt 0,2 Masse-% oder mehr Si. Wenn jedoch die Spitze 9 zum Beispiel aus einer Pt-Legierung hergestellt ist und wenn der Gehalt an Si in der Masseelektrode 8 2 Masse-% übersteigt, verursacht die Diffusion von Si in die Spitze 9 unter einer hohen Temperaturbelastung in der Verbrennungskammer wahrscheinlich das Auftreten einer eutektischen Reaktion. Wenn die eutektische Reaktion rund um die Grenzfläche zwischen der Spitze 9 und der Masseelektrode 8 auftritt, wird der Schmelzpunkt hauptsächlich um die Korngrenze herum reduziert, und daher tritt eine flüssige Phase in einem Teil der Spitze 9 beim Betrieb des Verbrennungsmotors auf. Es gibt also eine Befürchtung, dass die Verbindungsfestigkeit der Spitze 9 an der Masseelektrode 8 reduziert sein kann.
Der Gehalt jeder Komponente, die in der Masseelektrode 8 enthalten ist, kann folgendermaßen gemessen werden. Das heißt zuerst wird durch Schneiden der Masseelektrode 8 in einer Ebene, die ihre Axiallinie einschließt, eine Schnittebene freigelegt. Auf dieser geschnittenen Ebene der Masseelektrode 8 werden mehrere Punkte um ihre Mitte frei gewählt. Die Massenzusammensetzung wird an jedem Punkt durch Ausführen der WDS-(wellenlängendispersive Röntgenstrahlspektrometer)-Analyse durch Verwenden von EPMA gemessen. Als Nächstes wird ein arithmetischer Durchschnittswert der mehreren Messpunkte berechnet. Dieser Durchschnittswert wird als Zusammensetzung der Masseelektrode 8 bestimmt.
Wenn die Masseelektrode 8 den Bereich hat, der die Bedingung (1) erfüllt, wird die Spitze 9 weniger wahrscheinlich von der Masseelektrode 8 abgeschält, selbst unter den thermischen Zyklusbedingungen. Wenn des Weiteren die Masseelektrode 8 aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, die die besondere Zusammensetzung hat, wie oben beschrieben, und den Bereich hat, der die Bedingung (1) erfüllt, wird die Spitze 9 weniger wahrscheinlich von der Masseelektrode 8 abgeschält.
Die Zündkerze 1 wird zum Beispiel folgendermaßen hergestellt: Zuerst werden die Mittelelektrode 4 und die Masseelektrode 8 hergestellt. Geschmolzene Legierungen, die die gewünschten Zusammensetzungen haben, werden zum Beispiel durch Verwenden eines Vakuumschmelzofens hergestellt. Als Nächstes wird ein Rohblock aus jeder geschmolzenen Legierung durch Vakuumgießen hergestellt. Der erhaltene Rohblock wird ordnungsgemäß durch eine Verarbeitung bei hoher Temperatur eingestellt, eine Drahtziehverarbeitung oder dergleichen derart, dass der Rohblock eine vorgegebene Form und eine vorgegebene Dimension hat. Die Mittelelektrode 4 und die Masseelektrode 8 werden durch Tempern des verarbeiteten Rohblocks hergestellt. Die Masseelektrode 8, die den Bereich hat, der die Bedingung (1) im Flächenabschnitt 44 erfüllt, kann durch ordnungsgemäßes Einstellen der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre, die Temperatur, die Zufuhrgeschwindigkeit des Materials und dergleichen beim Tempern der Masseelektrode 8 hergestellt werden.
Wenn die Masseelektrode 8 aus einer Außenschicht und einem Kernabschnitt gebildet wird, um so in die axiale Mitte dieser Außenschicht eingebettet zu werden, wird zuerst ein Innenmaterial, das aus einer Cu-Legierung oder dergleichen hergestellt ist, welche eine höhere Wärmeleitfähigkeit als ein Außenmaterial hat, in das Außenmaterial eingeführt, das aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, welche in eine Becherform gebracht wurde. Als Nächstes wird die Masseelektrode 8, die einen Kernabschnitt im Innern der Außenschicht hat, durch eine Verformungsverarbeitung gebildet, wie zum Beispiel durch Extrudieren. Wenn die Mittelelektrode 4 aus der Außenschicht und dem Kernabschnitt gebildet ist, wird die Mittelelektrode 4 in derselben Weise gebildet wie die Masseelektrode 8.
Die Spitze 9, die mit der Masseelektrode 8 verbunden werden soll, wird folgendermaßen gebildet. Zuerst wird ein geschmolzenes Material durch Schmelzen eines Metallmaterials erhalten, das Komponenten enthält, welche gemischt sind, um eine erwünschte Zusammensetzung zu erhalten. Das erhaltene geschmolzene Material wird maschinell in ein Plattenmaterial umgewandelt, zum Beispiel durch Walzen. Die Spitze 9 kann durch Stanzen in eine vorgegebene Form der Spitze aus diesem Plattenmaterial gebildet werden. Alternativ kann die Spitze 9 durch maschinelle Bearbeitung der Legierung, die eine gewünschte Zusammensetzung hat, in ein lineares oder stabförmiges Material durch Walzen, Gießen oder Drahtziehen und dann wiederholtes Schneiden des erhaltenen Materials in Längsrichtung in eine vorgegebene Länge gebildet werden. Des Weiteren kann entweder die Verarbeitung bei hoher Temperatur oder die Verarbeitung bei niedriger Temperatur ordnungsgemäß entsprechend der Bearbeitbarkeit des Materials ausgewählt werden. Wenn die Mittelelektrode 4 eine Spitze hat, kann die Spitze in derselben Weise wie die Spitze 9 gebildet werden, die mit der Masseelektrode 8 verbunden ist.
Als Nächstes wird ein Endabschnitt der Masseelektrode 8 durch elektrisches Widerstandsschweißen und/oder Laserschweißen mit der Endfläche des Metallgehäuses 7 verbunden, die in eine vorgegebene Form durch eine Verformungsverarbeitung oder dergleichen gebracht wurde. Als Nächstes wird eine Zn-Auflage oder Ni-Auflage auf das Metallgehäuse 7 aufgebracht, mit der die Masseelektrode 8 verbunden ist. Nach der Zn-Auflage oder der Ni-Auflage kann eine dreiwertige Chromatbehandlung aufgebracht werden. Ferner kann die Auflage, die auf die Masseelektrode aufgebracht ist, abgeschält werden.
Als Nächstes wird die Spitze 9, die wie oben beschrieben hergestellt wird, mit der Masseelektrode 8 durch Widerstandsschweißen verbunden. Während die Spitze 9 an eine vorgegebene Position der Masseelektrode 8 gebracht und dabei gegen die Masseelektrode 8 gedrückt wird, kann das Widerstandsschweißen durch Hindurchleiten eines Stroms ausgeführt werden. Wenn die Mittelelektrode 4 eine Spitze hat, wird die Spitze mit dem Basismaterial, das die Mittelelektrode 4 bildet, durch elektrisches Widerstandsschweißen und/oder Laserschweißen verbunden.
Andererseits wird der Isolator 3 durch Sintern von Keramik oder dergleichen in eine vorgegebene Form hergestellt. Nach dem Einführen der Mittelelektrode 4 in das axiale Loch 2 des Isolators 3 wird die Zusammensetzung, die den ersten Dichtungskörper 22 bildet, die Zusammensetzung, die den Widerstand 21 bildet, und die Zusammensetzung, die den zweiten Dichtungskörper 23 bildet, in das axiale Loch 2 in dieser Reihenfolge unter Vorbelastungsdruck eingesetzt. Als Nächstes werden die eingesetzten Zusammensetzungen komprimiert und erwärmt, wobei die Anschlussmetalleinpassung 5 vom Endabschnitt in das axiale Loch 2 eingepresst wird. Dadurch, dass die Zusammensetzung in einer solchen Weise gesintert wird, werden der Widerstand 21, der erste Dichtungskörper 22 und der zweite Dichtungskörper 23 gebildet. Als Nächstes wird der Isolator 3, an dem die Mittelelektrode 4 oder dergleichen befestigt ist, an dem Metallgehäuse 7 montiert, mit der die Masseelektrode 8 verbunden ist. Und schließlich wird die Zündkerze 1 durch Biegen des distalen Endabschnitts der Masseelektrode 8 zur Seite der Mittelelektrode 4 hin hergestellt, derart dass ein Ende der Masseelektrode 8 dem distalen Endabschnitt der Mittelelektrode 4 gegenüberliegt.
Die Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung wird als Zündkerze für einen Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug verwendet, zum Beispiel für einen Ottomotor. Die Zündkerze 1 ist an einer vorgegebenen Position durch einen Schraubabschnitt 24 fixiert, der in ein Schraubloch eingeschraubt wird, das in einem Kopf (nicht dargestellt) vorgesehen ist, welcher eine Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors definiert und bildet. Die Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist exzellent in Bezug auf die Schälbeständigkeit der Spitze 9 an der Masseelektrode 8 unter den thermischen zyklischen Bedingungen. Daher ist die Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt für einen Verbrennungsmotor, der eine große Temperaturschwankung in einer Verbrennungskammer hat.
Die Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Zündkerze beschränkt, wie sie in der oben angeführten Ausführungsform beschrieben wird. Solange ein Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, können verschiedene Modifizierungen an der Zündkerze vorgenommen werden, die bereits beschrieben wurde. Zum Beispiel ist die Zündkerze 1 so angeordnet, dass die distale Endfläche der Mittelelektrode 4 und die distale Endfläche der Spitze 9, die an der Masseelektrode 8 vorgesehen ist, einander über den Spalt G in der Richtung O der Axiallinie gegenüberliegen. In der vorliegenden Erfindung können jedoch die Mittelelektrode und die Masseelektrode derart angeordnet sein, dass die Seitenfläche der Mittelelektrode und die distale Endfläche der Spitze, die an der Masseelektrode vorgesehen ist, einander über einen Spalt in der radialen Richtung der Mittelelektrode gegenüberliegen. In diesem Fall kann eine einzelne oder können mehrere Masseelektroden gegenüber der Seitenfläche der Mittelelektrode vorgesehen werden.
BEISPIELE
Testzahlen 1 bis 22
Herstellung von Testproben
Geschmolzene Legierungen wurden unter Verwendung eines Vakuumschmelzofens hergestellt. Ein Rohblock wurde aus jeder geschmolzenen Legierung durch Vakuumgießen hergestellt. Dann wurde durch Anwenden einer Verarbeitung bei hoher Temperatur, z.B. eine Drahtziehverarbeitung oder dergleichen für diesen Rohblock, ein Masseelektrodenbasismaterial, das zu einem Prisma geformt war (1,5 mm x 3,0 mm x 20,0 mm), hergestellt. Das Masseelektrodenbasismaterial wurde dann getempert, um die Masseelektrode herzustellen, die die erhöhte Sauerstoffkonzentration im Oberflächenabschnitt hat. Die Sauerstoffkonzentration im Oberflächenabschnitt der Masseelektrode wurde durch richtiges Ändern der Temperungsbedingungen, wie zum Beispiel die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre, die Temperatur und die Zufuhrgeschwindigkeit des Masseelektrodenbasismaterials, beim Tempern des Masseelektrodenbasismaterials eingestellt.
Eine säulenförmige Spitze (Durchmesser: 0,7 mm, Höhe: 0,3 mm), die 80 Masse-% Pt und 20 Masse-% Ni enthielt, wurde auf die Seitenfläche des distalen Endabschnitts der hergestellten Masseelektrode gesetzt, d.h. auf einen distalen Endabschnitt auf einer der zwei Flächen, die die größte Fläche von den sechs Flächen der prismaförmigen Masseelektrode hat. Als Nächstes wurde eine Testprobe durch Verbinden der festgelegten Spitze durch Widerstandsschweißen hergestellt. Das Widerstandsschweißen wurde durch richtiges Ändern eines Stromwertes ausgeführt, während die Spitze mit einem Gewicht von 300 N gegen die Masseelektrode gepresst wurde.
Zusammensetzung der Masseelektrode
Die Zusammensetzungen der Masseelektrode, die in Tabelle 1 gezeigt werden, wurden durch die WDS-Analyse unter Verwendung des EPMA (JXA-8500F hergestellt von JEOL Ltd.) bestimmt. Zuerst wurde die Masseelektrode in einer Ebene geschnitten, die ihre axiale Mittellinie umfasst, und mehrere Punkte rund um die Mitte der geschnittenen Ebene wurden frei ausgewählt. Die Massenzusammensetzungen der mehreren ausgewählten Punkte wurden gemessen. Als Nächstes wurde ein arithmetischer Durchschnittswert der Messwerte an den mehreren Punkten, die durch die Messung erhalten wurden, berechnet. Dieser Durchschnittswert wurde als Zusammensetzung der Masseelektrode bestimmt. Das Ergebnis wird in Tabelle 1 gezeigt.
Integrierter Wert der Sauerstoffkonzentration
Ein Messpunkt, der einen Abstand von der Spitze von 5 mm hatte, wurde frei auf der Fläche der sechs Flächen der prismaförmigen Masseelektrode, mit der die Spitze verbunden ist, gewählt. Die Elementaranalyse des Messpunktes wurde unter Verwendung des Auger-Elektronenspektroskops ausgeführt. Die Fläche des Analysebereichs betrug 100 µm x 100 µm. Die Sauerstoffkonzentration (Masse-%) wurde aus dem Peakintensitätsverhältnis des Spektrums berechnet, das durch Scannen dieses Analysebereichs durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl erhalten wurde. Nach der Elementaranalyse der Außenfläche der Masseelektrode wurde der Analysebereich mit einer Ar-Ionenkanone gesputtert. Als Nächstes wurde eine weitere Elementaranalyse an einer Position ausgeführt, die von der Außenfläche einen Abstand von ein paar nm in der Tiefenrichtung hat. Dann wurde eine Elementaranalyse der Masseelektrode in der Tiefenrichtung durch abwechselndes Wiederholen der Elementaranalyse und des Sputterns ausgeführt, bis die Sauerstoffkonzentration f(X) kleiner als 10 Masse-% wurde. Der integrierte Wert der Sauerstoffkonzentration von der Außenfläche (X = 0) bis zum Abstand (X = X') in der Tiefenrichtung, wo die Sauerstoffkonzentration f(X) 10 Masse-% beträgt, wurde berechnet. Das Ergebnis wird in Tabelle 1 gezeigt.
Bewertung der Ablösebeständigkeit
Es wurde ein thermischer Zyklustest ausgeführt, bei dem ein Zyklus definiert wurde als Erwärmungsoperation, durch einen Gasbrenner bei 950 °C für zwei Minuten, für einen Abschnitt der Masseelektrode, mit der die Spitze verbunden wurde, und dann Luftkühlen des Abschnitts über eine Minute, und dieser Zyklus wurde 1000 mal wiederholt. Als Nächstes wurde die Masseelektrode, mit der die Spitze verbunden war, in einer Ebene geschnitten, die die axiale Linie der Spitze umfasste. Nach Schleifen der sich ergebenden geschnittenen Ebene wurde ein Riss, der in der Verbindungsfläche zwischen der Spitze und der Masseelektrode auftrat, durch Betrachten der geschliffenen Ebene durch eine Lupe gemessen. Wie in 4 illustriert, wurden die Rissausdehnungslängen r1 und r2 gemessen, wenn die Risse sich von beiden Enden der Verbindungsfläche aus erstreckten. Das Verhältnis des Gesamtbetrages (r1+r2) der Rissausdehnungslängen zur Gesamtlänge R der Verbindungsfläche wurde als Rissausdehnungsrate {(r1 +r2)/R} berechnet. Wenn diese Rissausdehnungsrate 50 % überstieg, wurde eine weitere Testprobe, die eine höhere Verbindungsfestigkeit hatte, hergestellt. Diese Testprobe wurde durch Erhöhen des Stromwertes während des Widerstandsschweißens der Spitze an der Masseelektrode hergestellt. Der thermische Zyklustest wurde für diese Testprobe durchgeführt, und die Rissausdehnungsrate wurde in derselben Weise erhalten. Auf diese Weise wurde der thermische Zyklustest durch Ändern des Stromwertes während des oben beschriebenen Widerstandsschweißens für jedes Mal wiederholt, bis die Rissausdehnungsrate kleiner als 50 % wurde. Die untere Schranke des Stromwertes, die ermöglichte, dass die Rissausdehnungsrate kleiner als 50 % wurde, wurde so erhalten. Je niedriger die untere Schranke ist, desto besser ist die Schälbeständigkeit.
Die Schälbeständigkeit wurde gemäß der folgenden Norm bewertet. Das Ergebnis wird in Tabelle 1 gezeigt.

Ausgezeichnet: Die untere Schranke des Stromwerts, bei der die Rissausdehnungsrate weniger als 50 % ist, beträgt weniger als 800 A.
Gut: Die untere Schranke des Stromwertes, bei der die Rissausdehnungsrate weniger als 50 % ist, beträgt 800 A oder mehr und weniger als 1000 A.
Mangelhaft: Die untere Schranke des Stromwertes, bei der die Rissausdehnungsrate weniger als 50 % ist, beträgt 1000 A oder mehr und weniger als 1200 A.
Sehr mangelhaft: Die untere Schranke des Stromwertes, bei der die Rissausdehnungsrate weniger als 50 % ist, beträgt 1200 A oder mehr.
- : Nicht bewertet

	Testnummer	Integrierter Wert der Sauerstoffkonzentration (Masse-% •nm)	Zusammensetzung der Masseelektrode (Masse-%)								Ablösebeständigkeit
	Testnummer	Integrierter Wert der Sauerstoffkonzentration (Masse-% •nm)	Ni	Si	Cr	Mn	Fe	Al	Zr	Y	Ablösebeständigkeit
Vergleichsbeispiel	1	20	94,5	1,5	2	2	0	0	0	0	Mangelhaft
Beispiele	2	30	94,5	1,5	2	2	0	0	0	0	Gut
	3	100	94,5	1,5	2	2	0	0	0	0	Gut
	4	500	94,5	1,5	2	2	0	0	0	0	Gut
	5	1000	94,5	1,5	2	2	0	0	0	0	Gut
Vergleichsbeispiel	6	1200	94,5	1,5	2	2	0	0	0	0	Sehr mangelhaft
Beispiele	7	500	77,8	0	8	0,2	13	1	0	0	Gut
	8	500	75,8	0	10	0,2	13	1	0	0	Ausgezeichnet
	9	500	65,8	0	20	0,2	13	1	0	0	Ausgezeichnet
Vergleichsbeispiel	10	1200	65,8	0	20	0,2	13	1	0	0	Sehr mangelhaft
Beispiele	11	500	55,8	0	30	0,2	13	1	0	0	Ausgezeichnet
	12	500	50,8	0	35	0,2	13	1	0	0	Gut
	13	500	86,9	0,3	2	0,2	10	0,5	0,1	0	Ausgezeichnet
	14	500	86,7	0,3	2	0,2	10	0,5	0,3	0	Ausgezeichnet
	15	500	86,5	0,3	2	0,2	10	0,5	0,5	0	Ausgezeichnet
Vergleichsbeispiel	16	500	86,3	0,3	2	0,2	10	0,5	0,7	0	-
Beispiele	17	500	86,9	0,3	2	0,2	10	0,5	0	0,1	Ausgezeichnet
	18	500	86,7	0,3	2	0,2	10	0,5	0	0,3	Ausgezeichnet
	19	500	86,5	0,3	2	0,2	10	0,5	0	0,5	Ausgezeichnet
Vergleichsbeispiel	20	500	86,3	0,3	2	0,2	10	0,5	0	0,7	-
Beispiele	21	500	86,8	0,3	2	0,2	10	0,5	0,1	0,1	Ausgezeichnet
Beispiele	22	500	68,8	0,3	20	0,2	10	0,5	0,1	0,1	Ausgezeichnet

Wenn der integrierte Wert der Sauerstoffkonzentration im Flächenabschnitt der Masseelektrode innerhalb des Bereichs von 30 bis 1000 Masse-% •nm lag, waren die Bewertungsergebnisse der Schälbeständigkeit solcher Testproben gut, wie in Tabelle 1 gezeigt. Wenn im Gegensatz dazu der integrierte Wert der Sauerstoffkonzentration kleiner als 30 m%-nm war oder 1000 Masse-% •nm überstieg, waren die Bewertungsergebnisse der Schälbeständigkeit solcher Testproben minderwertig. Es wird vermerkt, dass wenn der Gehalt an Zr oder Y in der Masseelektrode 0,5 Masse-% überstieg, die Testproben eine mangelhafte Bearbeitbarkeit bei niedrigen Temperaturen hatten. Daher wurde die Schälbeständigkeit solcher Testproben nicht bewertet.
Testnummern 23 bis 27
Die Zusammensetzung der Masseelektrode und der integrierte Wert der Sauerstoffkonzentration wurde durch Herstellen von Testproben in derselben Weise gemessen wie bei den Testnummern 1 bis 22, außer dass die Zusammensetzung der Masseelektrode geändert wurde und der Stromwert während des Widerstandsschweißens auf 0,8 kA festgelegt wurde.
Der thermische Zyklustest wurde auf dieselbe Weise ausgeführt wie bei den Testnummern 1 bis 22, außer dass ein Zyklus definiert war als eine Erwärmungsoperation, durch einen Gasbrenner bei 1000 °C für zwei Minuten, eines Abschnitts der Masseelektrode, mit der die Spitze verbunden ist, und dann durch Luftkühlung dieses Abschnitts für eine Minute. Die Rissausdehnungsrate an der Verbindungsfläche zwischen der Spitze und der Masseelektrode wurde auf dieselbe Weise wie bei den Testnummern 1 bis 22 erhalten.
Die Schälbeständigkeit wurde gemäß der folgenden Norm bewertet. Das Ergebnis wird in Tabelle 2 gezeigt.

Gut: Die Rissausdehnungsrate ist kleiner als 50 %.
Mangelhaft: Die Rissausdehnungsrate beträgt 50 % oder mehr.

	Testnummer	Integrierter Wert der Sauerstoffkonzentration (Masse-% •nm)	Zusammensetzung der Masseelektrode (Masse-%)								Ablösebeständigkeit
	Testnummer	Integrierter Wert der Sauerstoffkonzentration (Masse-% •nm)	Ni	Si	Cr	Mn	Fe	Al	Zr	Y	Ablösebeständigkeit
Beispiele	23	500	78,7	1	10	0,2	10	0	0	0,1	Gut
	24	500	77,2	1	10	0,2	10	1,5	0	0,1	Gut
	25	500	76,9	1	10	0,2	10	1,8	0	0,1	Gut
	26	500	76,7	1	10	0,2	10	2	0	0,1	Mangelhaft
	27	500	76,5	1	10	0,2	10	2,2	0	0,1	Mangelhaft

Wenn der Al-Gehalt der Masseelektrode 1,8 Masse-% oder weniger betrug, waren die Bewertungsergebnisse der Schälbeständigkeit der Testproben besser als dort, wo der Al-Gehalt 1,8 Masse-% überstieg, wie in Tabelle 2 gezeigt.
Testnummern 28 bis 32
Die Zusammensetzung der Masseelektrode und der integrierte Wert der Sauerstoffkonzentration wurden durch Herstellen von Testproben in derselben Weise gemessen wie bei den Testnummern 1 bis 22 gemessen, außer dass die Zusammensetzung der Masseelektrode geändert wurde und der Stromwert während des Widerstandsschweißens auf 0,8 kA festgelegt wurde.
Es wurde ein Diffusionsprozess zum Tempern der hergestellten Testproben bei 1200 °C in einem Vakuum für 500 Stunden ausgeführt.
Als Nächstes wurde die Masseelektrode, mit der die Spitze verbunden war, in einer Ebene geschnitten, die die axiale Linie der Spitze passierte. Ob das Eutektikum von Pt und Si auftrat oder nicht, wurde durch Ausführen der Abbildungsanalyse an der erhaltenen geschnittenen Ebene unter Verwendung eines energiedispersiven Röntgenspektrometers (EDS) festgestellt. Das Ergebnis wird in Tabelle 3 gezeigt.

Der Fall, dass kein Eutektikum auf einem Beobachtungsbildschirm festgestellt wurde, wird als „Nein“ dargestellt, und der Fall, bei dem das Eutektikum festgestellt wurde, wird als „Ja“ dargestellt. [Tabelle 3]

	Testnummer	Integrierter Wert der Sauerstoffkonzentration (Masse-% •nm)	Zusammensetzung der Masseelektrode (Masse-%)								Auftreten des Eutektikums
	Testnummer	Integrierter Wert der Sauerstoffkonzentration (Masse-% •nm)	Ni	Si	Cr	Mn	Fe	Al	Zr	Y	Auftreten des Eutektikums
Beispiele	28	500	79,2	0	10	0,2	10	0,5	0	0,1	Nein
	29	500	77,7	1,5	10	0,2	10	0,5	0	0,1	Nein
	30	500	77,2	2	10	0,2	10	0,5	0	0,1	Nein
	31	500	77	2,2	10	0,2	10	0,5	0	0,1	Ja
	32	500	76,7	2,5	10	0,2	10	0,5	0	0,1	Ja

Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde bestätigt, dass wenn der Gehalt an Si in der Masseelektrode 2 Masse-% überstieg, das Si, das in der Masseelektrode der Testprobe enthalten war, in die Spitze diffundierte und das Eutektikum auf Grund der eutektischen Reaktion gebildet wurde. Wenn die eutektische Reaktion rund um die Grenzfläche zwischen der Spitze und der Masseelektrode auftritt, wird der Schmelzpunkt hauptsächlich um die Korngrenze herum reduziert, und daher tritt wahrscheinlich die flüssige Phase in einem Teil der Spitze beim Betrieb des Verbrennungsmotors auf. Daher wird die Verbindungsfestigkeit der Spitze mit der Masseelektrode wahrscheinlich reduziert.
Die vorhergehende detaillierte Beschreibung ist zum Zweck der Erläuterung und Beschreibung dargestellt worden. Viele Modifizierungen und Variationen sind im Licht der obigen Lehren möglich. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder den Gegenstand, der hierin beschrieben wird, auf die genaue Form zu beschränken, die offenbart wird. Obwohl der Gegenstand in einer Sprache beschrieben wurde, die spezifisch für strukturelle Merkmale und/oder methodologische Handlungen ist, versteht es sich, dass der Gegenstand, der in den angehängten Ansprüchen definiert wird, nicht notwendigerweise auf die spezifischen Merkmale oder Handlungen, die oben beschrieben wurden, beschränkt ist. Vielmehr werden die spezifischen Merkmale und Handlungen, die oben beschrieben wurden, als Beispielformen für die Implementierung der Ansprüche offenbart, die hieran angehängt sind.

Claims

Zündkerze (1), umfassend: eine Mittelelektrode (4), die an einer Endseite eines axialen Loches (2) gehalten wird, welches sich in Richtung einer Axiallinie eines Isolators (3) erstreckt; eine Spitze (9), die einen Spalt (G) zwischen der Spitze (9) und der Mittelelektrode (4) bildet; und eine Masseelektrode (8), die einen Endabschnitt, welcher mit einem Metallgehäuse (7) verbunden ist, das auf einem äußeren Umfang des Isolators (3) vorgesehen ist, und einen anderen Endabschnitt hat, mit dem die Spitze (9) durch Widerstandsschweißen verbunden ist, wobei die Masseelektrode (8) aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, deren Hauptkomponente Ni ist, und wobei $\int_{0}^{X'} f (X) d X$
30 bis 1000 Masse-% nm ist, wobei X (nm) einen Abstand von einer Außenfläche (41) in einer Tiefenrichtung innerhalb eines Bereichs von 100 µm x 100 µm der Außenfläche (41) der Masseelektrode (8) darstellt, f(X) (Masse-%) eine Sauerstoffkonzentration in einem Abstand X in der Tiefenrichtung darstellt, und X' einen Wert des Abstandes X in der Tiefenrichtung darstellt, bei dem die Sauerstoffkonzentration f(X) 10 ist, wobei der Bereich von 100 µm x 100 µm der Außenfläche (41) der Masseelektrode (8) zumindest ein Teil eines Flächenabschnitts (44) der Masseelektrode (8) ist, mit dem die Spitze (9) verbunden ist.
Zündkerze (1) nach Anspruch 1, wobei die Masseelektrode (8) einen Ni-Gehalt von 50 Masse-% oder mehr hat.
Zündkerze (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Masseelektrode (8) einen Cr-Gehalt von 10 Masse-% oder mehr und 30 Masse-% oder weniger hat.
Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Masseelektrode (8) einen Y- oder Zr-Gehalt von 0,1 Masse-% oder mehr und 0,5 Masse-% oder weniger hat.
Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Masseelektrode (8) einen Al-Gehalt von 0 Masse-% oder mehr und 1,8 Masse-% oder weniger hat.
Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Masseelektrode (8) einen Si-Gehalt von 0 Masse-% oder mehr und 2 Masse-% oder weniger hat.
Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze (1), umfassend: Bereitstellen einer Masseelektrode (8), die aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, deren Hauptkomponente Ni ist, wobei $\int_{0}^{X'} f (X) d X$
30 bis 1000 Masse-% •nm beträgt, wobei X (nm) einen Abstand von einer Außenfläche (41) in einer Tiefenrichtung innerhalb eines Bereichs von 100 µm x 100 µm der Außenfläche (41) der Masseelektrode (8) darstellt, f(X) (Masse-%) eine Sauerstoffkonzentration in einem Abstand X in der Tiefenrichtung darstellt, und X' einen Wert des Abstandes X in der Tiefenrichtung darstellt, bei dem die Sauerstoffkonzentration f(X) 10 ist, wobei der Bereich von 100 µm x 100 µm der Außenfläche (41) der Masseelektrode (8) zumindest einen Teil eines Flächenabschnitts (44) der Masseelektrode (8) ist, mit dem eine Spitze (9) verbunden wird, und wobei die Sauerstoffkonzentration der Masseelektrode (8) durch ein Tempern eines Basismaterials der Masseelektrode (8) in einer Sauerstoffatmosphäre eingestellt wird; Bereitstellen einer Mittelelektrode (4), die an einer Endseite eines axialen Loches (2) gehalten wird, welches sich in Richtung einer Axiallinie eines Isolators (3) erstreckt; Verbinden eines Endabschnitts der Masseelektrode (8) mit einem Metallgehäuse (7), das auf einem äußeren Umfang des Isolators (3) vorgesehen ist, Verbinden der Spitze (9), die einen Spalt (G) zwischen der Spitze (9) und der Mittelelektrode (4) bildet, mit einem anderen Endabschnitt der Masseelektrode (8) durch Widerstandsschweißen.