DE102019107680A1

DE102019107680A1 - Zündkerze und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102019107680A1
Application number: DE102019107680.3A
Authority: DE
Inventors: Takaaki Kikai; Daisuke Sumoyama; Takuto Nakada
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-09-26
Also published as: CN110364930B; US20190296526A1; US10447014B1; JP6674496B2; JP2019169402A; CN110364930A

Abstract

Eine Zündkerze, aufweisend: eine erste Elektrode, umfassend eine Spitze, die als ein Hauptmaterial Ir enthält, und ein Basiselement, an das die Spitze angefügt ist; und eine zweite Elektrode, die der Spitze mit einer Funkenstrecke dazwischen gegenüberliegt. Die Anzahl an Kristallkörnern, die in einem Bereich von 0,25 mmin einem zufälligen Querschnitt der Spitze in einer ersten Richtung erscheinen, die die Spitze und die zweite Elektrode innerhalb der Funkenstrecke verbindet, liegt nicht unter 20. Wenn eine Länge jedes der Kristallkörner in der ersten Richtung mit Y bezeichnet wird und eine Länge jedes der Kristallkörner in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung mit X bezeichnet wird, sind 5 µm ≤ X ≤ 100 µm und Y/X ≥ 1,5 erfüllt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze und ein Herstellungsverfahren dafür und betrifft insbesondere eine Zündkerze, die die Funkenabbrandbeständigkeit einer Spitze verbessern kann, und ein Herstellungsverfahren dafür.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift (kokai) Nr. 2015-190012 offenbart eine Technik, in der die Anzahl an Kristallkörnern in einem Querschnitt in Längsrichtung eines Drahts umfassend Ir, als ein Draht, der als eine Elektrode (Spitze) einer Zündkerze verwendet werden kann, auf 2 bis 20 pro 0,25 mm² eingestellt wird. In der Technik, die in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift (kokai) Nr. 2015-190012 offenbart wird, werden die Korngrenzflächen verringert, an denen bei hoher Temperatur im Vergleich zu Kristall leicht Oxidation auftritt, indem die Anzahl an Kristallkörnern reduziert wird, sodass die Abbrandbeständigkeit bei Hochtemperaturoxidation verbessert wird.
In der vorstehenden herkömmlichen Technik ist es jedoch zweifelhaft, ob ein Effekt des Unterbindens einer Volumenreduktion einer Spitze durch Funkenentladung (Funkenabbrand) gezeigt werden kann. Für Spitzen von Zündkerzen besteht der Bedarf einer Verbesserung der Funkenabbrandbeständigkeit.
Die vorliegende Erfindung ist geschaffen worden, um die vorstehende Anforderung zu erfüllen. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze, die die Funkenabbrandbeständigkeit der Spitze verbessern kann, und ein Herstellungsverfahren dafür.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Zündkerze vorgesehen, die Folgendes umfasst: eine erste Elektrode, umfassend eine Spitze, die als ein Hauptmaterial Ir enthält, und ein Basiselement, an das die Spitze angefügt ist; und
eine zweite Elektrode, die der Spitze mit einer Funkenstrecke dazwischen gegenüberliegt. Die Anzahl an Kristallkörnern, die in einem Bereich von 0,25 mm² in einem zufälligen Querschnitt der Spitze in einer ersten Richtung erscheinen, die die Spitze und die zweite Elektrode innerhalb der Funkenstrecke verbindet, liegt nicht unter 20. Wenn eine Länge jedes der Kristallkörner in der ersten Richtung mit Y bezeichnet wird und eine Länge jedes der Kristallkörner in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung mit X bezeichnet wird, sind 5 µm ≤ X ≤ 100 µm und Y/X ≥ 1,5 erfüllt.
Bei der Zündkerze gemäß dem ersten Gesichtspunkt erscheinen 20 oder mehr Kristallkörner in einem Bereich von 0,25 mm² in dem zufälligen Querschnitt der Spitze in der ersten Richtung, die die Spitze und die zweite Elektrode innerhalb der Funkenstrecke verbindet. Die Beziehung zwischen der Länge Y jedes Kristallkorns in der ersten Richtung und der Länge X jedes Kristallkorns in der zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erfüllt 5 µm ≤ X ≤ 100 µm und Y/X ≥ 1,5. Somit kann die Funkenabbrandbeständigkeit der Spitze verbessert werden.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine wie vorstehend beschriebene Zündkerze vorgesehen, wobei ein Ir-Gehaltsbereich im Querschnitt der Spitze nicht über 4 Massenprozent liegt. Dementsprechend kann zusätzlich zu dem Effekt des ersten Gesichtspunkts ein lokaler Abbrand der Spitze unterbunden werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine wie vorstehend beschriebene Zündkerze vorgesehen, wobei die Beziehung zwischen einer Vickershärte Ha im Querschnitt der Spitze nach Wärmebehandlung an der Spitze für 10 Stunden in einer Ar-Atmosphäre bei 1300 °C, und einer Vickershärte Hb im Querschnitt der Spitze vor der Behandlung Hb ≥ 220 HV und Hb/Ha ≤ 1,3 erfüllt. Dementsprechend können zusätzlich zu dem Effekt des ersten oder zweiten Gesichtspunkts Rekristallisierung und Kornwachstum bei hoher Temperatur unterbunden werden, während die Härte der Spitze sichergestellt wird, sodass die Funkenabbrandbeständigkeit der Spitze über einen langen Zeitraum beibehalten werden kann.
Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine wie vorstehend beschriebene Zündkerze vorgesehen, wobei die Spitze ferner nicht weniger als 0,5 Massenprozent Rh enthält. Somit kann die Rekristallisierungstemperatur verringert werden. Folglich kann zusätzlich zu den Effekten der ersten bis dritten Gesichtspunkte die Spitze in einfacher Weise an eine gewünschte Struktur angepasst werden.
Gemäß einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für eine Zündkerze vorgesehen, das einen Vorbereitungsschritt umfasst, bei dem ein Draht vorbereitet wird, der aus einer Vielzahl von Kristallkörnern gebildet ist und einen Durchmesser aufweist, der einem Durchmesser der Spitze entspricht. In einem Erhitzungsschritt wird ein Teil in einer Längsrichtung des Drahts erhitzt, um in dem Draht ein Temperaturgradient zu bilden, wodurch die Kristallkörner dazu gebracht werden, in Längsrichtung zu wachsen. Folglich kann die Zündkerze nach einem der ersten bis vierten Gesichtspunkte hergestellt werden, indem der Draht als die Spitze verwendet wird.
Gemäß einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für eine wie vorstehend beschriebene Zündkerze vorgesehen, das einen Kühlungsschritt umfasst, bei dem ein Teil in Längsrichtung des Drahts gekühlt wird. Somit kann in dem Draht einfacher ein Temperaturgradient gebildet werden. Dementsprechend kann zusätzlich zu dem Effekt des fünften Gesichtspunkts die Qualitätsstabilität der Spitze verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine Halbquerschnittsansicht einer Zündkerze gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht der Zündkerze aus 1.
3 ist eine Querschnittsansicht einer Spitze.
4 ist eine schematische Grafik einer Heizvorrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Halbquerschnittsansicht, mit einer axialen Linie O als Grenze, einer Zündkerze 10 gemäß einer Ausführungsform, und 2 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht der Zündkerze 10 aus 1. In 1 und 2 wird die untere Seite im Zeichnungsblatt als eine Vorderseite der Zündkerze 10 bezeichnet, und die obere Seite in der Zeichnung wird als eine Rückseite der Zündkerze 10 bezeichnet.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Zündkerze 10 eine Mittelelektrode 20 (erste Elektrode) und eine Masseelektrode 40 (zweite Elektrode). Die Mittelelektrode 20 ist an einem Isolator 11 fixiert und die Masseelektrode 40 ist mit einem Metallmantel 30 verbunden. Der Isolator 11 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element, das aus Aluminiumoxid oder Ähnlichem gebildet ist, das bei hoher Temperatur ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und Isolierungseigenschaften aufweist. Der Isolator 11 weist eine axiale Bohrung 12 auf, die den Isolator 11 entlang der axialen Linie O durchdringt. An der Vorderseite der axialen Bohrung 12 ist über den gesamten Umfang eine nach hinten weisende Fläche 13 gebildet, die in Richtung der Rückseite weist. Der Isolator 11 weist einen Abschnitt 14 mit großem Durchmesser auf, der in Axiallinienrichtung in der Mitte davon gebildet ist und einen größten Außendurchmesser aufweist. Der Isolator 11 weist einen Eingriffsabschnitt 15 auf, der derart an der Vorderseite in Bezug zu dem Abschnitt 14 mit großem Durchmesser gebildet ist, dass er radial nach außen vorsteht. Der Eingriffsabschnitt 15 weist einen Durchmesser auf, der in Richtung der Vorderseite abnimmt.
Die Mittelelektrode 20 ist ein stabförmiges Element, das in der axialen Bohrung 12 angeordnet ist. Die Mittelelektrode 20 umfasst: einen axialen Abschnitt 21, der in der axialen Bohrung 12 in Bezug zu der nach hinten weisenden Fläche 13 an der Vorderseite angeordnet ist; und einen Kopfabschnitt 22, der mit der nach hinten weisenden Fläche 13 in Eingriff ist. Ein Teil des axialen Abschnitts 21 steht von der axialen Bohrung 12 vor. In der Mittelelektrode 20 ist in einem Basiselement 23 ein Kernmaterial mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit eingebettet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Basiselement 23 gebildet aus Ni oder einer Legierung, die Ni als ein Hauptmaterial enthält, und das Kernmaterial ist gebildet aus Kupfer oder einer Legierung, die Kupfer als ein Hauptmaterial enthält. Auf das Kernmaterial kann verzichtet werden.
Wie in 2 gezeigt, weist die Mittelelektrode 20 einen Schmelzabschnitt 24 auf, der an dem Vorderende des Basiselements 23 gebildet ist, und eine Spitze 25 ist daran angefügt. Der Schmelzabschnitt 24 wird mittels Widerstandsschweißen, Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Ähnlichem gebildet und wird erhalten, indem das Basiselement 23 und die Spitze 25 geschmolzen und miteinander verschmolzen werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Schmelzabschnitt 24 mittels Laserschweißen über den gesamten Umfang des Basiselements 23 gebildet.
Die Spitze 25 wird gebildet aus einer Legierung, die als ein Hauptmaterial Ir enthält, oder einem Metall, das aus Ir gebildet ist. Mit der Legierung, die als ein Hauptmaterial Ir enthält, ist gemeint, dass der Ir-Gehalt in der Legierung nicht unter 50 Gewichtsprozent liegt. Das Metall, das aus Ir gebildet ist, bezieht sich auf ein Metall, das zusätzlich zu Ir unvermeidbare Verunreinigungen enthält. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Spitze 25 ein säulenförmiges Element, das aus einer Legierung gebildet ist, die als ein Hauptmaterial Ir enthält. Zusätzlich zu Ir kann die Spitze 25 Pt, Rh, Ru, Ni etc. enthalten.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in der Zeichnung ein Zustand dargestellt, in dem ein Mittelabschnitt einer Stirnseite 25a der Spitze 25, der an dem Basiselement 23 anliegt, verbleibt, und der Schmelzabschnitt 24 um diesen herum gebildet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die gesamte Stirnseite 25a der Spitze 25 kann derart in den Schmelzabschnitt 24 eingeschmolzen werden, dass sie verschwindet.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist ein Metallanschluss 26 ein stabförmiges Element, an dem ein Hochspannungsleitung (nicht gezeigt) verbunden wird, und ist aus einem Metallmaterial gebildet, das elektrische Leitfähigkeit aufweist (beispielsweise Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt). Der Metallanschluss 26 ist an dem hinteren Ende des Isolators 11 fixiert und die Vorderseite davon ist innerhalb der axialen Bohrung 12 angeordnet. Der Metallanschluss 26 ist elektrisch mit der Mittelelektrode 20 innerhalb der axialen Bohrung 12 verbunden.
Der Metallmantel 30 ist ein zylindrisches Element, das am Außenumfang des Isolators 11 angeordnet ist. Der Metallmantel 30 ist aus einem Metallmaterial gebildet, das elektrische Leitfähigkeit aufweist (beispielsweise Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt etc.). Der Metallmantel 30 umfasst: einen Rumpfabschnitt 31, der einen Teil der Vorderseite des Isolators 11 umgibt; einen Sitzabschnitt 34, der mit der Rückseite des Rumpfabschnitts 31 verbunden ist; einen Werkzeugeingriffsabschnitt 35, der mit der Rückseite des Sitzabschnitts 34 verbunden ist; und einen Hinterendabschnitt 36, der mit der Rückseite des Werkzeugeingriffsabschnitts 35 verbunden ist. An dem Außenumfang des Rumpfabschnitts 31 ist ein Außengewinde 32 gebildet, das in eine Gewindebohrung eines Motors (nicht gezeigt) geschraubt wird, und an dem Innenumfang des Rumpfabschnitts 31 ist ein Absatzabschnitt 33 gebildet, der von der Vorderseite aus in den Eingriffsabschnitt 15 des Isolators 11 eingreift.
Der Sitzabschnitt 34 ist ein Abschnitt zum Schließen des Spalts zwischen der Gewindebohrung des Motors und dem Außengewinde 32 und ist mit einem Außendurchmesser gebildet, der größer ist als derjenige des Rumpfabschnitts 31. Der Werkzeugeingriffsabschnitt 35 ist ein Abschnitt, mit dem ein Werkzeug wie ein Schlüssel in Eingriff gebracht wird, wenn das Außengewinde 32 an der Gewindebohrung des Motors befestigt wird. Der Hinterendabschnitt 36 ist radial nach innen gebogen und befindet sich in Bezug zu dem Abschnitt 14 mit großem Durchmesser des Isolators 11 an der Rückseite. Der Metallmantel 30 hält den Abschnitt 14 mit großem Durchmesser und den Eingriffsabschnitt 15 des Isolators 11 mittels des Absatzabschnitts 33 und des Hinterendabschnitts 36.
Die Masseelektrode 40 ist ein Element, das mit dem Rumpfabschnitt 31 des Metallmantels 30 verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Masseelektrode 40: ein Basiselement 41, das mit dem Metallmantel 30 verbunden ist; und eine Spitze 43, die über einen Schmelzabschnitt 42 an das Basiselement 41 angefügt ist (siehe 2). Das Basiselement 41 ist aus einem Metall hergestellt, das elektrische Leitfähigkeit aufweist (beispielsweise eine nickelbasierte Legierung). Die Spitze 43 ist ein Element, das aus einer Legierung, die ein Edelmetall wie Pt, Ir, Ru und Rh als ein Hauptmaterial enthält, oder einem Edelmetall gebildet ist. Der Schmelzabschnitt 42 wird mittels Widerstandsschweißen, Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Ähnlichem gebildet und wird erhalten, indem das Basiselement 41 und die Spitze 43 geschmolzen und miteinander verschmolzen werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Schmelzabschnitt 42 mittels Widerstandsschweißen gebildet.
In der Zündkerze 10 (siehe 1) sind eine Stirnseite 25b der Spitze 25 der Mittelelektrode 20 und die Masseelektrode 40 (Spitze 43) in einer ersten Richtung D1 voneinander beabstandet, wodurch zwischen der Stirnseite 25b der Spitze 25 und der Masseelektrode 40 eine Funkenstrecke G gebildet wird. In der vorliegenden Ausführungsform fällt die erste Richtung D1 mit der Richtung der axialen Linie O zusammen. In einem zufälligen Querschnitt erscheinen in der ersten Richtung D1 der Spitze 25 in einem Bereich von 0,25 mm² (einem Sichtfeld mit einer 0,5 mm × 0,5 mm Quadratform) 20 oder mehr Kristallkörner. In der Spitze 25 erfüllt die Beziehung zwischen einer Länge Y jedes Kristallkorns in der ersten Richtung D1 und einer Länge X jedes Kristallkorns in einer zweiten Richtung D2 senkrecht zu der ersten Richtung D1 5 µm ≤ X ≤ 100 µm und Y/X ≥ 1,5. Dementsprechend kann die Funkenabbrandbeständigkeit der Spitze 25 verbessert werden.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Messung der Längen (X, Y) der Kristallkörner der Spitze 25 beschrieben. 3 ist ein Querschnitt der Spitze 25 umfassend die axiale Linie O (siehe 1). Die Längen der Kristallkörner werden gemäß JIS G0551: 2013 gemessen. Für die Spitze 25 beispielsweise, die an das Basiselement 23 angefügt ist, (die Spitze 25, die durch Bildung des Schmelzabschnitts 24 thermisch beeinflusst wurde), wird die Spitze 25 entlang einer die axiale Linie O umfassenden Ebene geschnitten, wodurch die Spitze 25 in zwei Teile geteilt wird. Einer der beiden Teile der geteilten Spitze 25 wird derart poliert, dass ein flacher Querschnitt erscheint, und unter Verwendung eines metallografischen Mikroskops oder eines REMs wird eine Mikroaufnahme eines Zusammensetzungsbilds erhalten.
Auf der erhaltenen Mikroaufnahme wird parallel zu der Stirnseite 25b an einer 0,05 mm von der Stirnseite 25b entfernten Position eine Prüflinie 50 gezeichnet, die eine gerade Linie ist. Als Nächstes wird parallel zu der Prüflinie 50 an einer 0,05 mm von der Prüflinie 50 entfernten Position eine Prüflinie 51 gezeichnet, die eine gerade Linie ist. Darüber hinaus wird parallel zu der Prüflinie 51 an einer 0,05 mm von der Prüflinie 51 entfernten Position eine Prüflinie 52 gezeichnet, die eine gerade Linie ist. Wenn keine drei Prüflinien 50, 51 und 52 auf der Spitze 25 gezeichnet werden können, da die Länge der Spitze 25 in der ersten Richtung D1 zu kurz ist, können die Abstände (0,05 mm) zwischen den Prüflinien 50, 51 und 52 verkürzt werden, oder der Abstand (0,05 mm) zwischen der Stirnseite 25b und der Prüflinie 50 kann verkürzt werden, ohne die Abstände zwischen den Prüflinien 50, 51 und 52 zu verändern.
Als Nächstes wird die jeweilige Anzahl (N₁ , N₂ , N₃ ) an Kristallkörnern der Spitze 25 gezählt, durch die die jeweiligen Prüflinien 50, 51 und 52 verlaufen oder die von den jeweiligen Prüflinien 50, 51 und 52 erfasst werden. Das Zählen der jeweiligen Anzahl an Kristallkörnern wird auf Basis des Durchquerens jeder Prüflinie 50, 51, 52 und eines Kristallkorns durchgeführt. Das heißt, wenn die Prüflinie 50, 51, 52 ein Kristallkorn durchquert, ist N₁, N₂, N₃ = 1; wenn die Prüflinie 50, 51, 52 in einem Kristallkorn endet, ist N₁, N₂, N₃ = 0,5; und wenn die Prüflinie 50, 51, 52 eine Korngrenze berührt, ist N₁, N₂, N₃ = 0,5. Wenn ein Abschnitt einer Prüflinie 50, 51, 52, die ein Kristallkorn der Spitze 25 durchquert, jeweils mit X₁ , X₂ , X₃ bezeichnet ist, wird die Länge (X) des Kristallkorns der Spitze 25 in der zweiten Richtung D2 dargestellt durch (X₁+X₂+X₃)/(N₁+N₂+N₃).
Als Nächstes wird auf der Mikroaufnahme eine Prüflinie 54 gezeichnet, die eine gerade Linie ist, die einen Mittelpunkt 53 eines Liniensegments auf der Stirnseite 25b der Spitze 25 durchquert und senkrecht zu den Prüflinien 50, 51 und 52 ist. Darüber hinaus werden auf beiden Seiten der Prüflinie 54 an Positionen 100 µm von der Prüflinie 54 entfernt parallel zu der Prüflinie 54 Prüflinien 56 und 57 gezeichnet, die gerade Linien sind. Die Prüflinien 54, 56 und 57 werden von der Stirnseite 25b aus zum Schmelzabschnitt 24 oder der Stirnseite 25a gezeichnet.
Als Nächstes wird die jeweilige Anzahl (M₁ , M₂ , M₃ ) an Kristallkörnern der Spitze 25 gezählt, durch die die jeweiligen Prüflinien 54, 56 und 57 verlaufen oder die von den jeweiligen Prüflinien 54, 56 und 57 erfasst werden. Das Zählen der jeweiligen Anzahl (M₁ , M₂ , M₃ ) an Kristallkörnern wird in gleicher Weise durchgeführt wie das Zählen der jeweiligen Anzahl N₁ , N₂ , N₃ . Wenn ein Abschnitt einer Prüflinie 54, 56, 57, die ein Kristallkorn durchquert, jeweils mit Y₁ , Y₂ , Y₃ bezeichnet ist, wird die Länge (Y) des Kristallkorns in der ersten Richtung D1 dargestellt durch (Y₁+Y₂+Y₃)/(M₁+M₂+M₃).
In der Spitze 25 ist die Differenz (der Bereich) zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert aus Messwerten, die an einer Vielzahl von Messpunkten im Querschnitt, an denen die Längen der Kristallkörner gemessen wurden, für den Ir-Gehalt gemessen werden, als nicht über 4 Gewichtsprozent liegend festgelegt. Eine übermäßige Abscheidung von Ir kann unterbunden werden, und somit kann ein lokaler Abbrand der Spitze 25 unterbunden werden. Der Ir-Gehalt kann unter Verwendung eines Elektronenstrahlmikroanalysegeräts (ESMA) mittels wellenlängendispersiver Analyse (WDS) gemessen werden.
Wenn die Vickershärte im Querschnitt der Spitze 25 nach Wärmebehandlung an der Spitze 25 für 10 Stunden in einer Ar-Atmosphäre bei 1300 °C mit Ha bezeichnet wird, und die Vickershärte im Querschnitt der Spitze 25 vor der Behandlung mit Hb bezeichnet wird, sind Hb ≥ 220 HV und Hb/Ha ≤ 1,3 erfüllt. Dementsprechend können Rekristallisierung und Kornwachstum bei hoher Temperatur unterbunden werden, während die Härte der Spitze 25 sichergestellt wird, sodass die Funkenabbrandbeständigkeit der Spitze 25 über einen langen Zeitraum beibehalten werden kann.
Die Struktur und die Härte der Spitze 25 kann gesteuert werden durch: das Schweißverfahren; die Atmosphäre während des Schweißens; die Bestrahlungsbedingungen des zum Schweißen verwendeten Laserstrahls oder Elektronenstrahls; das Material, die Form etc. der Spitze 25 (die Querschnittsfläche oder die Länge der Spitze 25 in der ersten Richtung D1); die Bearbeitungsbedingungen, bei der Herstellung der Spitze 25; und Ähnliches.
Die Vickershärte der Spitze 25 wird gemäß JIS Z2244: 2009 gemessen. Die geschnittene Fläche der Spitze 25, an der die Längen (X, Y) der Kristallkörner der Spitze 25 gemessen wurden, wird hochglanzpoliert, um ein Prüfstück bereitzustellen, an dem die Vickershärte Hb gemessen wird. Die geschnittene Fläche der anderen beiden Teile, die mittels Schneiden und Teilen der Spitze 25 entlang der Ebene umfassend die axiale Linie O erhalten wurden, wird hochglanzpoliert, um ein Prüfstück bereitzustellen, an dem die Vickershärte Ha gemessen wird.
Wenn es nicht möglich ist, Prüfstücke mittels Schneiden und Teilen der Spitze 25 in zwei Teile herzustellen, können zwei unter denselben Bedingungen hergestellte Zündkerzen 10 vorbereitet werden, ein Prüfstück, an dem die Vickershärte Hb gemessen wird, kann unter Verwendung einer der Zündkerzen 10 hergestellt werden, und ein Prüfstück, an dem die Vickershärte Ha gemessen wird, kann unter Verwendung der anderen Zündkerze 10 hergestellt werden.
Das Prüfstück, an dem die Vickershärte Ha gemessen wird, wird Wärmebehandlung unterzogen, bevor seine geschnittene Fläche hochglanzpoliert wird. Die Wärmebehandlung ist eine Behandlung umfassend: Setzen der Spitze 25 (das Basiselement 23 und der Schmelzabschnitt 24 können umfasst sein), die durch Bildung des Schmelzabschnitts 24 thermisch beeinflusst wurde, in einen Atmosphärenofen; Erhöhen der Temperatur mit einer Rate von 10 °C/min bis auf 1300 °C, während Ar mit einer Durchflussmenge von 2L/min strömen gelassen wird; Aufrechterhaltung der Erhitzung für 10 Stunden bei 1300 °C; dann Anhalten der Erhitzung; und selbstverständlich Kühlen der Spitze 25, während Ar mit einer Durchflussmenge von 2L/min strömen gelassen wird. Der Zweck der Wärmebehandlung ist es, verbleibende Spannungen von der Spitze 25 zu entfernen, und die Kristallstruktur der Spitze 25 anzupassen, die aufgrund von Einflüssen der Bearbeitung, der Schweißwärme etc. verändert wurde.
Für jede der Vickershärten Ha und Hb werden an Positionen 0,10 mm entfernt von dem Rand der Spitze 25 Messpunkte (Punkte, an denen ein Indenter eingedrückt wird) festgelegt. Vier Messpunkte werden gewählt, an denen durch Eindrücken des Indenters verursachte Eindrücke 0,4 mm voneinander entfernt sind. Wenn in dem Schmelzabschnitt 24 ein Eindruck umfasst ist oder wenn in einer Region 100 µm von der Grenze zwischen dem Schmelzpunkt 24 und der Spitze 25 ein Eindruck umfasst ist, wird der Eindruck bei den Messwerten nicht berücksichtigt. Der Zweck hiervon ist es, zu verhindern, dass die Messwerte von dem Schmelzabschnitt 24 beeinflusst werden. Eine auf den Indenter aufzubringende Prüfkraft wird auf 1,96 N (200 gf) eingestellt, und die Prüfkrafthaltezeit wird auf 10 Sekunden eingestellt. Der arithmetische Mittelwert der an den vier Messpunkten erhaltenen Messwerten wird berechnet und als Vickershärte Ha, Hb definiert.
Das Herstellungsverfahren für die Spitze 25 wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist eine schematische Grafik einer Heizvorrichtung 60, in der ein Draht 61 erhitzt wird, der das Material der Spitze 25 sein soll. In 4 wird auf die Darstellung beider Enden der Heizvorrichtung 60 in Längsrichtung verzichtet. Die Heizvorrichtung 60 ist eine Vorrichtung, die den Draht 61 erhitzt, der einen Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser der Spitze 25 entspricht, wodurch die Struktur des Drahts 61 angepasst wird. Der Draht 61 wird aus einer Legierung gebildet, die Ir als ein Hauptmaterial enthält, und die Legierung enthält ferner nicht weniger als 0,5 Massenprozent Rh. Der Draht 61 ist aus einer Vielzahl von Kristallkörnern gebildet, und die Länge X jedes Kristallkorns in Querrichtung des Drahts 61 ist nicht größer als 100 µm.
Die Heizvorrichtung 60 umfasst: ein transparentes Rohr 62, das aus Quarzglas oder Ähnlichem gebildet ist; einen Erhitzer 63, der an einer vorgegebenen Position außerhalb des Rohrs 62 angeordnet ist; einen Kühler 64, der im Innern des Rohrs 62 derart angeordnet ist, dass er in axialer Richtung von dem Erhitzer 63 beabstandet ist; und ein Thermometer 65 zum Messen der Temperatur des Drahts 61, der von dem Erhitzer 63 erhitzt wird. Der Draht 61, der im Innern des Rohrs 62 angeordnet ist, wird von einem Spannfutter (nicht gezeigt) gehalten, das an einer Position angeordnet ist, die von dem Erhitzer 63 entfernt ist.
Das Rohr 62 ist ein Element zum Sicherstellen einer Atmosphäre, in der der Draht 61 erhitzt wird, und ein Edelgas wie z. B. Ar-Gas wird nach Bedarf in das Rohr 62 eingeströmt. Der Erhitzer 63 dient zur Erhitzung eines Teils in Längsrichtung des Drahts 61. In dem Draht 61 wird in dem Teil in Längsrichtung, der von dem Erhitzer 63 erhitzt wurde, in Längsrichtung ein Temperaturgradient gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Erhitzer 63 eine Spule zur Hochfrequenzinduktionserhitzung. Der Erhitzer 63 erhitzt den Draht 61 auf eine Temperatur, bei der der Draht 61 nicht schmilzt. Die Temperatur, die der Draht 61 erreicht, der von dem Erhitzer 63 erhitzt wird, hängt von der Zusammensetzung des Drahts 61 ab, beträgt aber beispielsweise ungefähr 1000 bis 1500 °C.
Der Kühler 64 dient zur Kühlung eines Teils in Längsrichtung des Drahts 61. Da der Kühler 64 derart angeordnet ist, dass er von dem Erhitzer 63 in axialer Richtung beabstandet ist, kann in dem Draht 61 einfacher ein Temperaturgradient gebildet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Kühler 64 ein Block, der mittels Wasserkühlung gekühlt wird und aus Metall hergestellt ist, und den Draht 61 berührt. Das Thermometer 65 misst die Temperatur des Drahts 61 an der Position des Erhitzers 63. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Thermometer 65 ein Strahlungsthermometer.
In einem Erhitzungsschritt erhitzt der Erhitzer 63 einen Teil des Drahts 61, und in einem Kühlungsschritt kühlt der Kühler 64 einen Teil des Drahts 61. Dementsprechend wird in dem Draht 61 in Längsrichtung ein Temperaturgradient gebildet, und die Kristallkörner, die den Draht 61 bilden, wachsen in Längsrichtung. Wenn das Spannfutter sich in einem Zustand, in dem das Spannfutter den Draht 61 hält, in Längsrichtung des Drahts 61 bewegt, bewegt sich der Draht 61 in Längsrichtung. Dementsprechend wird in dem Draht 61 nach und nach ein Temperaturgradient gebildet, und nach und nach wird in dem Draht 61 ein Abschnitt gebildet, in dem die Kristallkörner in Längsrichtung gewachsen sind.
Die Spitze 25 wird hergestellt, indem der erhitzte Draht 61 in eine bestimmte Länge zugeschnitten wird. Somit können die Längen Y der Kristallkörner in der ersten Richtung D1 (in Längsrichtung des Drahts 61) der Spitze 25 verlängert werden. Indem die Erhitzungszeit für den Draht 61, die Stärke des Temperaturgradienten etc. eingestellt wird, kann die Spitze 25 hergestellt werden, in der die Kristallkörner 5 µm ≤ X ≤ 100 µm und Y/X ≥ 1,5 erfüllen. Da der Kühler 64 einen Teil in Längsrichtung des Drahts 61 kühlt, kann darüber hinaus einfacher ein Temperaturgradient gebildet werden, sodass die Qualitätsstabilität der Spitze 25, in der 5 µm ≤ X ≤ 100 µm und Y/X ≥ 1,5 erfüllt sind, verbessert werden kann.
Da der Draht 61 auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der der Draht 61 nicht schmilzt, kann die Struktur der Spitze 25 angepasst werden, während eine Zusammensetzungsvariation verhindert wird, die durch Erstarrungsabscheidung während der Erhitzung mittels der Heizvorrichtung 60 verursacht wird. Dementsprechend kann die Spitze 25 stabil mit ausgezeichneter Funkenabbrandbeständigkeit hergestellt werden. Da der Draht 61 zusätzlich zu Ir nicht weniger als 0,5 Massenprozent Rh enthält, kann das Stattfinden von Kornwachstum in der Luftatmosphäre verursacht werden. Darüber hinaus wird die Rekristallisierungstemperatur mittels Rh verringert, und somit kann der Draht 61 in einfacher Weise an eine gewünschte Struktur angepasst werden.
Die Zündkerze 10 wird beispielsweise unter Verwendung der erhaltenen Spitze 25 anhand des folgenden Verfahrens hergestellt. Zunächst wird die Mittelelektrode 20 mit der an dem Basiselement 23 angefügten Spitze 25 in die axiale Bohrung 12 des Isolators 11 eingeführt, wodurch die Mittelelektrode 20 in der axialen Bohrung 12 angeordnet wird. Als Nächstes wird der Metallanschluss 26 mit sichergestellter Leitung zwischen dem Metallanschluss 26 und der Mittelelektrode 20 an dem hinteren Ende des Isolators 11 fixiert. Als Nächstes wird der Isolator 11 in den Metallmantel 30 eingeführt, an den im Voraus die Masseelektrode 40 angefügt wurde, und der Hinterendabschnitt 36 wird gebogen, wodurch der Metallmantel 30 an dem Isolator 11 montiert wird. Als Nächstes wird die Masseelektrode 40 derart gebogen, dass die Masseelektrode 40 der Spitze 25 der Mittelelektrode 20 gegenüberliegt, wodurch die Zündkerze 10 erhalten wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem die Heizvorrichtung 60 das Rohr 62 umfasst, doch die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Selbstverständlich kann auf das Rohr 62 verzichtet werden, wenn sich kein Problem aufgrund von Oxidation oder Ähnlichem ergibt, wenn der Draht 61 in der Luftatmosphäre erhitzt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem als der Erhitzer 63 die Spule zur Hochfrequenzinduktionserhitzung verwendet wird, doch die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Selbstverständlich kann als der Erhitzer 63 ein Elektroofen (Heizelement), ein Brenner oder Ähnliches verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem als der Kühler 64 der Block verwendet wird, der anhand von Wasser gekühlt wird und aus Metall hergestellt ist, doch die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Selbstverständlich kann als der Kühler 64 ein Rohr, in dem ein Fluid wie z. B. Wasser strömt, eine Düse, die ein Fluid wie z. B. eine Kühlflüssigkeit oder Gas in Richtung des Drahts 61 abgibt, eine Peltier-Vorrichtung oder Ähnliches verwendet werden. Auf den Kühler 64 kann verzichtet werden. Dies liegt daran, dass in dem Draht 61 anhand des Erhitzers 63 ein Temperaturgradient gebildet werden kann, auch wenn auf den Kühler 64 verzichtet wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem der Draht 61 in Längsrichtung bewegt wird und in dem Draht 61 nach und nach ein Temperaturgradient gebildet wird, doch die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Selbstverständlich können der Erhitzer 63 und der Kühler 64 entlang des Drahts 61 bewegt werden, anstatt den Draht 61 in Längsrichtung zu bewegen. Zudem kann selbstverständlich auf einen Mechanismus zum Bewegen des Drahts 61 oder des Erhitzers 63 und des Kühlers 64 verzichtet werden. Dies liegt daran, dass Kornwachstum auftritt, wenn in dem Draht 61 ein Temperaturgradient gebildet ist, ohne dass der Draht 61 oder der Erhitzer 63 etc. bewegt werden.
[Beispiele]
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Beispielen genauer beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt.
(Probenherstellung)
Mittels Erhitzung von Teilen verschiedener Drähte und Kühlen anderer Teile der Drähte, um Temperaturgradienten in den Drähten zu bilden, wurden von einer Prüfperson verschiedene Drähte erhalten, und dann verschiedene säulenförmige Spitzen 25 mit den gleichen Abmessungen erhalten, indem die erhaltenen Drähte geschnitten wurden. Stirnseiten von Basiselementen 23 mit den gleichen Abmessungen und die Stirnseiten 25a der Spitzen 25 wurden von der Prüfperson aneinander angelegt, und dann unter Verwendung eines Faserlaserschweißgeräts ein Laserstrahl über den gesamten Umfang auf die Grenzen zwischen den Basiselementen 23 und den Spitzen 25 aufgebracht, um Schmelzabschnitte 24 zu bilden, wodurch verschiedene Mittelelektroden 20 erhalten wurden. Die auf die Basiselemente 23 und die Spitzen 25 von dem Faserlaserschweißgerät aufzubringende Energie wurde derart eingestellt, dass die Spitzen 25 mit unterschiedlicher Zusammensetzung in Axiallinienrichtung die gleiche Länge von der Grenze zwischen dem Schmelzabschnitt 24 und der Spitze 25 zu der Stirnseite 25b der Spitze 25 aufwiesen.

Jede der verschiedenen erhaltenen Mittelelektroden 20 wurde an einem Isolator 11 fixiert, und an dem Isolator 11 wurde ein Metallmantel 30 montiert, wodurch die Zündkerzen 10 der Proben 2 bis 16 erhalten wurden. In gleicher Weise wie bei Proben 2 bis 16, außer, dass eine säulenförmige Spitze unter Verwendung eines Drahts hergestellt wurde, der keiner Wärme- und Kältebehandlung unterzogen wurde, wurde zum Vergleich eine Zündkerze 1 erhalten. Für jede Probe wurden mehrere Analysetypen durchgeführt, und somit wurde für jede Probe eine Vielzahl von Zündkerzen vorbereitet, die unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurden. TABELLE 1

Nr.	Zusammensetzung (Gew.-%)						Kristallkörner
Nr.	Ir	Pt	Rh	Ru	Ni	Bereich	Nummer	X (µm)	Y/X
1	90,0	10,0	0	0	0	1,0	> 6600	<5	> 1,5
2	90,0	10,0	0	0	0	1,0	2050	10	1,2
3	90,0	10,0	0	0	0	2,0	> 6600	<5	1,5
4	90,0	10,0	0	0	0	5,0	1650	10	1,5
5	90,0	10,0	0	0	0	2,0	6600	5	1,5
6	90,0	10,0	0	0	0	2,0	1650	10	1,5
7	90,0	10,0	0	0	0	2,0	400	20	1,5
8	99,5	0	0,5	0	0	0,5	400	20	1,5
9	90,0	0	10,0	0	0	2,0	400	20	1,5
10	80,0	0	20,0	0	0	2,0	400	20	1,5
11	93,0	5,0	1,0	0	1,0	2,0	400	20	1,5
12	79,0	0	10,0	10,0	1,0	2,0	400	20	1,5
13	69,0	0	20,0	10,0	1,0	2,0	400	20	1,5
14	69,0	0	20,0	10,0	1,0	2,0	24	80	1,5
15	69,0	0	20,0	10,0	1,0	2,0	125	20	5,0
16	69,0	0	20,0	10,0	1,0	2,0	400	20	1,5

Tabelle 1 Forts.

Nr.	Hb/Ha	Bestimmung
1	2,0	-
2	1,3	C
3	1,3	C
4	1,3	B
5	1,3	A
6	1,3	A
7	1,3	A
8	1,3	A
9	1,3	A
10	1,3	A
11	1,3	A
12	1,3	A
13	1,3	A
14	1,3	A
15	1,3	A
16	1,2	A

Tabelle 1 ist eine Liste der Zusammensetzung und der Struktur der Spitzen 25 der Zündkerzen 10 der Proben 1 bis 16.
Die Zusammensetzung jeder Spitze 25 wurde unter Verwendung eines Elektronenstrahlmikroanalysegeräts (ESMA) (JXA-8500F, hergestellt von JEOL Ltd.) mittels wellenlängendispersiver Analyse (WDS) gemessen (Beschleunigungsspannung: 20 kV, Punktdurchmesser der Messfläche: 1 µm). Zunächst wurde die Spitze 25 entlang einer Ebene geschnitten, die die axiale Linie O umfasst, und an einem zufälligen Messpunkt an der Schnittfläche wurde die Zusammensetzung gemessen. Als Nächstes wurde die Zusammensetzung an einem Messpunkt mit einer Mitte an einer von der Mitte des Messpunkts nur 0,5 µm entfernten Position gemessen. Dieser Vorgang wurde nacheinander durchgeführt, und an 10 in Abständen von 0,5 µm festgelegten Messpunkten wurden die Zusammensetzungen gemessen. Jeder in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzungswert ist der arithmetische Mittelwert von Messwerten an diesen 10 Punkten. Ein Element, für das ein in Tabelle 1 gezeigter Wert 0 (Null) beträgt, gibt an, dass der Gehalt davon nicht über der Detektionsgrenze liegt. Darüber hinaus führte die Prüfperson diese Analyse (Messung an 10 Punkten) fünf Mal an zufälligen Positionen an derselben Schnittfläche durch, und berechnete die Differenz (den Bereich) zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert aus insgesamt 50 Messwerten für Ir.
Wie vorstehend beschrieben wurden von der Prüfperson die Anzahl an Kristallkörnern, die in einem Sichtfeld mit einer 0,5 mm × 0,5 mm Quadratform (einem Bereich von 0,25 mm²) in einem Querschnitt umfassend die axiale Linie O (einem Querschnitt in der ersten Richtung D1) der Spitze 25 erscheinen, die Längen X der Kristallkörner, Y/X und die Vickershärte Hb/Ha gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. In allen Proben war Hb ≥ 220 HV.
(Funkenabbrandprüfung)
Die Prüfperson erhielt unter Verwendung eines Projektors Informationen zu den Abmessungen der Spitze 25 jeder Probe, die eine Zündkerze war, berechnete das Volumen (Vb) der Spitze 25 und befestigte dann jede Probe an einer Kammer. Die Prüfperson füllte die Kammer mit Stickstoffgas (Durchflussmenge: 0,5 L/min) und setzte die Kammer mit 0,6 MPa unter Druck. In diesem Zustand führte die Prüfperson einen Versuch durch, bei dem mit einem Takt von 100 Hz über 150 Stunden Funkenentladung zwischen der Spitze 25 und der Masseelektrode 40 der Mittelelektrode 20 verursacht wurde.
Nach dem Versuch löste die Prüfperson jede Zündkerze von der Kammer, erhielt unter Verwendung des Projektors Informationen über die Abmessungen der Spitze 25 und berechnete das Volumen (Va) der Spitze 25. Als Nächstes berechnete die Prüfperson ein Volumen (Vb-Va, nachfolgen als „Abbrandvolumen“ bezeichnet), indem das Volumen (Va) der Spitze 25 nach dem Versuch von dem Volumen (Vb) der Spitze 25 vor dem Test abgezogen wurde.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, lag betreffend die Probe 1 (Vergleichsbeispiel) die Anzahl an Kristallkörnern, die in einem Bereich von 0,25 mm² erscheinen, nicht unter 20 und der Ir-Gehaltsbereich lag nicht über 4 Massenprozent. Y/X ≥ 1,5 war erfüllt, wobei X < 5 µm war. Zudem war Hb/Ha > 1,3.
Die Bestimmung wurde auf Basis des Verhältnisses (V/V1) des Abbrandvolumens (V) jeder Probe zu dem Abbrandvolumen (V1) der Probe 1 in drei Stufen A bis C kategorisiert. Die Kriterien waren wie folgt: A V/V1 < 0,85, B: 0,85 ≤ V/V1 < 0,95, C: V/V1 ≥ 0,95. Geringeres V/V1 gibt an, dass die Abbrandmenge der Spitze geringer ist und die Funkenabbrandbeständigkeit im Vergleich zu derjenigen der Probe 1 (Vergleichsbeispiel) besser ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden Proben 5 bis 16 als A bestimmt. Betreffend die Proben 5 bis 16 lag die Anzahl an Kristallkörnern, die in einem Bereich von 0,25 mm² erscheinen, nicht unter 20, und die Längen X und Y der Kristallkörner erfüllten 5 µm ≤ X ≤ 100 µm und Y/X ≥ 1,5. Der Ir-Gehaltsbereich lag nicht über 4 Massenprozent, und Hb/Ha war ≤ 1,3. Der Mechanismus der Verbesserung der Funkenabbrandbeständigkeit, wenn die Anzahl an Kristallkörnern, die in einem Bereich von 0,25 mm² erscheinen, nicht unter 20 liegt, und 5 µm ≤ X ≤ 100 µm und Y/X ≥ 1,5 erfüllt sind, ist unklar. Es wird jedoch abgeleitet, dass die Kristallkörner, die sich in der ersten Richtung D1 erstrecken und Korngrenzen, die in der zweiten Richtung D2 dicht sind, Funkenabbrand unterbinden.
Probe 4 wurde als B bestimmt. Betreffend die Probe 4 lag die Anzahl an Kristallkörnern, die in einem Bereich von 0,25 mm² erscheinen, nicht unter 20, und die Längen X und Y der Kristallkörner erfüllten 5 µm ≤ X ≤ 100 µm und Y/X ≥ 1,5. Hb/Ha war ≤ 1,3, aber der Ir-Gehaltsbereich war 5 Massenprozent. Probe 4 weist einen breiteren Ir-Gehaltsbereich auf als Proben 5 bis 16, und somit wird abgeleitet, dass Funkenabbrand aufgrund von Abscheidung von Ir im Vergleich zu demjenigen der Proben 5 bis 16 fortschritt.
Proben 2 und 3 (Vergleichsbeispiele) wurden als C bestimmt. Betreffend Probe 3 lag die Anzahl an Kristallkörnern, die in einem Bereich von 0,25 mm² erscheinen, nicht unter 20. Der Ir-Gehaltsbereich lag nicht über 4 Massenprozent, und Hb/Ha war ≤ 1,3. Y/X ≥ 1,5 war erfüllt, wobei X < 5 µm war. Probe 3 weist kürzere Längen X in der zweiten Richtung D2 der Kristallkörner auf als Proben 4 bis 16, und somit wird abgeleitet, dass Korngrenzen in der zweiten Richtung D2 übermäßig dicht wurden und Funkenabbrand im Vergleich zu demjenigen der Proben 4 bis 16 fortschritt.
Betreffend Probe 2 lag die Anzahl an Kristallkörnern, die in einem Bereich von 0,25 mm² erscheinen, nicht unter 20. Der Ir-Gehaltsbereich lag nicht über 4 Massenprozent, und Hb/Ha war ≤ 1,3. 5 µm ≤ X≤ 100 µm war erfüllt, wobei Y/X < 1,5 war. In Probe 2 war Y/X < 1,5, und somit wurde abgeleitet, dass die Längen Y in der ersten Richtung D1 der Kristallkörner unzureichend waren und Funkenabbrand im Vergleich zu demjenigen der Proben 4 bis 16 fortschritt.
Auch wenn die vorliegende Erfindung basierend auf der Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt. Es versteht sich, dass verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.
In der Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem die Spitze 25 eine säulenförmige Form aufweist, doch die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Selbstverständlich kann eine andere Form eingesetzt werden. Beispiele anderer Formen der Spitze 25 umfassen eine Kegelstumpfform, eine elliptische Säulenform, und polygonale Säulenformen wie eine dreieckige Säulenform und eine viereckige Säulenform.
In der Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem die Spitze 25 vorgegebene Bedingungen erfüllt (die Mittelelektrode 20 ist die erste Elektrode), um die Funkenabbrandbeständigkeit der Spitze 25 der Mittelelektrode 20 zu verbessern. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt. In dem Fall, in dem die Funkenabbrandbeständigkeit der Spitze 43 der Masseelektrode 40 verbessert wird, muss nur die Spitze 43 die vorgegebenen Bedingungen erfüllen (die Masseelektrode 40 ist die erste Elektrode, und die Mittelelektrode 20 ist die zweite Elektrode).
In der Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem die Spitze 25 an das Basiselement 23 der Mittelelektrode 20 angefügt ist, doch die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Selbstverständlich kann ein Zwischenelement, das aus einer Ni-basierten Legierung oder Ähnlichem gebildet ist, zwischen dem Basiselement 23 und der Spitze 25 angeordnet sein. In diesem Fall ist das Zwischenelement ein Teil des Basiselements 23. Außerdem kann selbstverständlich in dem Fall, in dem die Masseelektrode 40 die erste Elektrode ist, ein Zwischenelement, das aus einer Ni-basierten Legierung oder Ähnlichem gebildet ist, zwischen dem Basiselement 41 und der Spitze 43 angeordnet sein. In diesem Fall ist das Zwischenelement ein Teil des Basiselements 41.
In der Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem die Spitze 25 der Mittelelektrode 20, die die erste Elektrode ist, und die Masseelektrode 40, die die zweite Elektrode ist, sich in Richtung der axialen Linie O gegenüberliegen und zwischen ihnen die Funkenstrecke G gebildet ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Selbstverständlich können die Spitze der ersten Elektrode und die zweite Elektrode sich in einer Richtung quer zur axialen Linie O gegenüberliegen, und eine Funkenstrecke kann zwischen ihnen gebildet sein. In diesem Fall ist eine Richtung, die die Spitze und die zweite Elektrode innerhalb der Funkenstrecke verbindet, die erste Richtung. Die erste Richtung liegt quer zu der Richtung der axialen Linie O, und somit ist die Richtung der axialen Linie O nicht immer die erste Richtung. Die erste Richtung und die zweite Richtung werden auf Basis der Positionen festgelegt, an denen die Spitze der ersten Elektrode und die zweite Elektrode angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

10:: Zündkerze;
20:: Mittelelektrode (erste Elektrode);
23:: Basiselement;
25:: Spitze;
40:: Masseelektrode (zweite Elektrode);
61:: Draht;
D1:: erste Richtung;
D2:: zweite Richtung;
G:: Funkenstrecke.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015190012 A [0002]

Claims

Zündkerze (10), aufweisend: eine erste Elektrode (20), umfassend eine Spitze (25), die als ein Hauptmaterial Ir enthält, und ein Basiselement (23), an das die Spitze (25) angefügt ist; und eine zweite Elektrode (40), die der Spitze mit einer Funkenstrecke (G) dazwischen gegenüberliegt, wobei die Anzahl an Kristallkörnern, die in einem Bereich von 0,25 mm² in einem zufälligen Querschnitt der Spitze (25) in einer ersten Richtung (D1) erscheinen, die die Spitze (25) und die zweite Elektrode (40) innerhalb der Funkenstrecke (G) verbindet, nicht unter 20 liegt, und wenn eine Länge jedes der Kristallkörner in der ersten Richtung (D1) mit Y bezeichnet wird und eine Länge jedes der Kristallkörner in einer zweiten Richtung (D2) senkrecht zu der ersten Richtung (D1) mit X bezeichnet wird, 5 µm ≤ X ≤ 100 µm und Y/X ≥ 1,5 erfüllt sind.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei ein Ir-Gehaltsbereich im Querschnitt der Spitze (25) nicht über 4 Massenprozent liegt.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn eine Vickershärte im Querschnitt der Spitze (25) nach Wärmebehandlung an der Spitze (25) für 10 Stunden in einer Ar-Atmosphäre bei 1300 °C mit Ha bezeichnet wird, und eine Vickershärte im Querschnitt der Spitze (25) vor der Behandlung mit Hb bezeichnet wird, die Spitze (25) Hb ≥ 220 HV und Hb/Ha ≤ 1,3 erfüllt.
Zündkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spitze (25) ferner nicht weniger als 0,5 Massenprozent Rh enthält.
Herstellungsverfahren für die Zündkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Herstellungsverfahren umfasst: einen Vorbereitungsschritt der Vorbereitung eines Drahts (61), der aus einer Vielzahl von Kristallkörnern gebildet ist und einen Durchmesser hat, der einem Durchmesser der Spitze (25) entspricht; und einen Erhitzungsschritt der Erhitzung eines Teils in einer Längsrichtung des Drahts (61), wodurch in dem Draht (61) ein Temperaturgradient gebildet wird und die Kristallkörner dazu gebracht werden, in Längsrichtung zu wachsen.
Herstellungsverfahren für die Zündkerze (10) nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Kühlungsschritt des Kühlens eines Teils in Längsrichtung des Drahts (61).