DE102020134129A1

DE102020134129A1 - Zündkerze, edelmetall-spitze, und herstellungsverfahren für eine edelmetall-spitze

Info

Publication number: DE102020134129A1
Application number: DE102020134129.6A
Authority: DE
Inventors: Masamichi Shibata; Hiroshi Nakao
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2021-07-01
Also published as: JP7409075B2; US20210203135A1; US11374385B2; JP2021103666A

Abstract

In einer Zündkerze, umfasst eine Edelmetall-Spitze ein Ir-Legierungsmaterial und weist eine kreisförmig-säulenförmige Gestalt auf, welche einen vorbestimmten äußeren Durchmesser aufweist und durch Strecken bzw. Dehnen des Ir-Legierungsmaterials gebildet wird. Die Zündkerze erzeugt Entladung zwischen der Edelmetall-Spitze und einer Erdungselektrode, welche gegenüber einer äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze angeordnet ist. Das Ir-Legierungsmaterial umfasst Kristallkörner einer Ir-Legierung mit einem mittleren bzw. durchschnittlichen Aspektverhältnis, welches eingestellt ist, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein. Das mittlere Aspektverhältnis ist ein mittlerer Wert der Aspektverhältnisse der Kristallkörner, wobei ein jeder Wert erhalten wird durch Dividieren einer Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer axialen Richtung der Edelmetall-Spitze durch eine Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung.

Description

HINTERGRUND
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Zündkerze.
[Stand der Technik]
Es gibt herkömmlich bzw. gewöhnlich eine Zündkerze, welche eine kreisförmig-säulenförmige Mittelelektrode („center electrode“) und eine ringförmige Erdungselektrode („ground electrode“) umfasst, welche derart angeordnet ist, dass sie sich gegenüber einer äußeren peripheren Oberfläche der Mittelelektrode befindet (Verweis auf JP 2016 051 635 A ). Die Mittelelektrode kann eine Edelmetall-Spitze bzw. Edelmetall-Zündkerzenelektrode am Spitzenende derselben umfassen. Die Edelmetall-Spitze umfasst ein Edelmetall und wird in einer kreisförmig-säulenförmigen bzw. rundensäulenartigen Gestalt gebildet. In diesem Fall wird die ringförmige Erdungselektrode derart angeordnet, dass sie einer äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze gegenüberliegt.
Allgemein wird die kreisförmig-säulenförmige Edelmetall-Spitze derart hergestellt, dass ein kreisförmig-säulenförmiges Material in einer Achsenrichtung bzw. axialen Richtung gestreckt bzw. gedehnt wird und eine Abmessung bzw. Dimension bzw. Größenordnung des äußeren Durchmessers bzw. des Außendurchmessers desselben eingestellt wird. Das kreisförmig-säulenförmige Material wird dann derart geschnitten, dass eine Länge in der axialen Richtung bzw. Achsenrichtung eine vorbestimmte Länge aufweist. Deshalb liegt eine Kristallstruktur der kreisförmig-säulenförmigen Edelmetall-Spitze in einer Faser-Gestalt bzw. Gestalt bzw. Form von Fasern vor, welche entlang der Streck- bzw. Dehnungsrichtung verlaufen.
Außerdem haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung erkannt, dass durch die Verwendung der Zündkerze die äußere periphere Oberfläche bzw. äußere Umfangsfläche der Edelmetall-Spitze fein gespalten bzw. aufgespalten wird. Die faserartige Struktur kommt in Kontakt bzw. Berührung mit der Erdungselektrode, welche gegenüber der äußeren peripheren Oberfläche bzw. Umfangsfläche angeordnet ist. Ein Kurzschluss kann zwischen der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode auftreten.
Deshalb ist es gewünscht, in einer Zündkerze, in welcher eine Erdungselektrode gegenüber einer äußeren peripheren Oberfläche bzw. äußeren Umfangsfläche einer kreisförmig-säulenförmigen Edelmetall-Spitze angeordnet ist, einen Kurzschluss zwischen der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode zu unterdrücken.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine erste beispielhafte Ausführungsform stellt eine Zündkerze bereit, welche umfasst: eine Edelmetall-Spitze, welche ein Ir-Legierungsmaterial umfasst und eine kreisförmig-säulenförmige Gestalt aufweist, welche einen vorbestimmten äußeren Durchmesser bzw. Außendurchmesser aufweist und durch das Dehnen bzw. Strecken des Ir-Legierungsmaterials gebildet wird; und eine Erdungselektrode, welche derart angeordnet ist, dass sie gegenüber einer äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze angeordnet ist. Die Zündkerze ist konfiguriert, um Entladung zwischen der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode zu erzeugen. Das Ir-Legierungsmaterial umfasst Kristallkörner bzw. Kristallite einer Ir-Legierung, welche ein mittleres Seitenverhältnis bzw. Abbildungsverhältnis bzw. Aspektverhältnis bzw. Verhältnis von Bildbreite zu Bildhöhe („aspect ratio“) aufweisen, welches eingestellt ist, um gleich oder größer als 1,3 oder kleiner als 4,8 zu sein. Das mittlere Aspektverhältnis ist ein Mittelwert bzw. mittlerer Wert von Verhältnissen von Bildbreite zu Bildhöhe bzw. von Seiten- bzw. Abbildungs- bzw. Aspektverhältnissen der Kristallite bzw. Kristallkörner, wobei ein jeder Wert durch Dividieren einer Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer axialen Richtung bzw. Achsenrichtung der Edelmetall-Spitze durch eine Länge der jeweiligen Kristallkörner bzw. Kristallite in einer Richtung senkrecht zur Achsenrichtung erhalten wird.
In der vorstehend beschriebenen Anordnung bzw. Konfiguration umfasst die Zündkerze eine Edelmetall-Spitze, in welcher ein Ir-Legierungsmaterial gestreckt bzw. gedehnt wird und in eine kreisförmig-säulenförmige Gestalt geformt wird, welche einen vorbestimmten äußeren Durchmesser bzw. Außendurchmesser aufweist, und eine Erdungselektrode, welche derart angeordnet ist, dass sie gegenüber einer äußeren Umfangsfläche bzw. peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze angeordnet ist. Die Zündkerze erzeugt Entladung zwischen der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode.
Jedes der Abbildungsverhältnisse bzw. Aspektverhältnisse ist hier ein Wert, welcher durch Dividieren einer Länge des jeweiligen Kristallits bzw. Kristallkorns in einer axialen Richtung bzw. Achsenrichtung der Edelmetall-Spitze durch eine Länge des Kristallkorns in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung erhalten wird. Wie vorstehend beschrieben, ist die Kristallstruktur einer kreisförmig-säulenförmigen Edelmetall-Spitze allgemein in der Gestalt von Fasern, welche entlang der Streck- bzw. Dehnungsrichtung verlaufen. Deshalb ist das mittlere Abbildungsverhältnis bzw. Aspektverhältnis der Kristallkörner oftmals gleich oder größer als 10. Wenn die Edelmetall-Spitze durch die Verwendung der Zündkerze hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wird ein Oxid von Ir in einem Abschnitt der Korngrenze bzw. Korngrenzabschnitt der Ir-Legierung in der Edelmetall-Spitze gebildet.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben bemerkt, dass, da das Ir-Oxid dazu neigt bei hohen Temperaturen flüchtig zu sein, die äußere periphere Oberfläche der Edelmetall-Spitze fein gespalten werden kann und eine faserartige Struktur in Kontakt bzw. in Berührung mit der Erdungselektrode, welche gegenüber der äußeren peripheren Oberfläche angeordnet ist, kommen kann. Ein Abstand zwischen der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode wird hier auf einen Abstand, welcher eine passend durchgeführte Entladung ermöglicht, wie 0,2 mm bis 0,7 mm eingestellt.
In dieser Hinsicht ist das mittlere Aspektverhältnis der Kristallite bzw. Kristallkörner der Ir-Legierung in der Edelmetall-Spitze eingestellt, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein. Die Aspektverhältnisse der Kristallkörner können durch die Edelmetall-Spitze, welche durch Strecken bzw. Dehnen und durch Unterziehen eines Erwärmungsprozesses bzw. Wärmeprozesses und Rekristallisieren bzw. Umkristallisieren gebildet wird, verringert sein. Wenn das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung gleich oder kleiner als 4,8 ist, ist eine Haltekraft bzw. Haftkraft (eine Bindung oder kohäsive Kraft) zwischen den Kristallkörnern geschwächt bzw. verringert, im Vergleich dazu, wenn das mittlere Aspektverhältnis gleich oder größer als 10 ist.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben als ein Ergebnis herausgefunden, dass sich die Struktur, welche sich von der Oberfläche der Edelmetall-Spitze schält bzw. abschält, löst bzw. ablöst ohne mit der Erdungselektrode in Kontakt zu kommen. Deshalb kann ein Kurzschluss zwischen der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode unterdrückt werden.
Währenddessen haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass sich die Struktur übermäßig von der Oberfläche der Edelmetall-Spitze schält und sich die Edelmetall-Spitze leicht verschlechtert, wenn das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung kleiner als 1,3 ist. Deshalb kann als ein Ergebnis, wenn das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung gleich oder größer als 1,3 eingestellt ist bzw. wird, die Verschlechterung der Edelmetall-Spitze unterdrückt werden.
Gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform wird das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung in der Edelmetall-Spitze eingestellt, um gleich oder größer als 2,0 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein. Gemäß dieser Konfiguration kann das Abschälen bzw. Schälen der Struktur von der Oberfläche der Edelmetall-Spitze weiter unterdrückt werden. Verschlechterung der Edelmetall-Spitze kann weiter unterdrückt werden.
Gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform wird in einem Ausgangszustand der Zündkerze ein Abstand zwischen der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode eingestellt, um gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,6 mm zu sein.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben bestätigt, dass die Wirkungen bzw. Effekte gemäß der ersten und zweiten Mittel erreicht werden, wenn der Abstand zwischen der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode ein Wert aus 0,25 mm, 0,4 mm, und 0,6 mm im Ausgangszustand (zu Beginn der Benutzung) der Zündkerze ist. Deshalb kann in der Zündkerze, in welcher der Abstand zwischen der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze und der Grundelektrode eingestellt ist, um gleich oder größer als 0,25 mm oder gleich oder kleiner als 0,6 mm im Ausgangszustand der Zündkerze zu sein, ein Kurzschluss zwischen der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode unterdrückt werden.
Insbesondere kann gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform eine Konfiguration bzw. Anordnung verwendet werden, in welcher eine Länge der Edelmetall-Spitze in der Achsenrichtung gleich oder größer als 2 mm und gleich oder kleiner als 4 mm ist.
Eine fünfte beispielhafte Ausführungsform stellt eine Edelmetall-Spitze bereit, welche ein Ir-Legierungsmaterial umfasst. Die Edelmetall-Spitze weist eine kreisförmig-säulenförmige Gestalt auf, welche einen vorbestimmten äußeren Durchmesser aufweist, welche durch Dehnen bzw. Strecken des Ir-Legierungsmaterials gebildet ist. Das Ir-Legierungsmaterial umfasst Kristallkörner einer Ir-Legierung mit einem mittleren Aspektverhältnis, welches eingestellt ist, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein. Das mittlere Aspektverhältnis ist ein mittlerer Wert bzw. Mittelwert der Aspektverhältnisse der Kristallkörner, wobei ein jeder Wert erhalten wird durch Dividieren einer Länge der jeweiligen Kristallite bzw. Kristallkörner in einer axialen Richtung bzw. Achsenrichtung der Edelmetall-Spitze durch eine Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer Richtung senkrecht zur Achsenrichtung.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration bzw. Anordnung kann als ein Ergebnis der Verwendung der Zündkerze gemäß einer der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsform die Verschlechterung bzw. Abnutzung der Edelmetall-Spitze unterdrückt werden, während ein Kurzschluss zwischen der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode unterdrückt wird.
Gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform wird bzw. ist das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung in der Edelmetall-Spitze eingestellt, um gleich oder größer als 2,0 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein.
Als ein Ergebnis der vorstehend beschriebenen Konfiguration bzw. Anordnung kann das Schälen bzw. Abschälen von der Oberfläche der Edelmetall-Spitze weiter unterdrückt werden und Verschlechterung bzw. Verfall der Edelmetall-Spitze kann weiter unterdrückt werden.
Insbesondere kann gemäß einer siebten beispielhaften Ausführungsform eine Konfiguration bzw. Anordnung verwendet werden, in welcher eine Länge der Edelmetall-Spitze in der axialen Richtung bzw. Achsenrichtung gleich oder größer als 2 mm und gleich oder kleiner als 4 mm ist.
Eine achte beispielhafte Ausführungsform stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Edelmetall-Spitze mit einer kreisförmig-säulenförmigen Gestalt aus einer Ir-Legierung bereit. Das Verfahren umfasst: Dehnen bzw. Strecken eines Ir-Legierungsmaterial mit einer kreisförmig-säulenförmigen Gestalt in der axialen Richtung bzw. Achsenrichtung, um einen äußeren Durchmesser bzw. Außendurchmesser auf einen vorbestimmten Außendurchmesser einzustellen; Umkristallisieren des Ir-Legierungsmaterials durch einen Wärmeprozess, um ein mittleres Aspektverhältnis der Kristallkörner einer Ir-Legierung des Ir-Legierungsmaterials einzustellen, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein, wobei das mittlere Aspektverhältnis ein mittlerer Wert bzw. Mittelwert der Aspektverhältnisse der Kristallkörner ist, wobei ein jeder Wert erhalten wird durch Dividieren einer Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer Achsenrichtung der Edelmetall-Spitze durch eine Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer Richtung senkrecht zur Achsenrichtung; und Schneiden des Ir-Legierungsmaterials, sodass eine Länge in der Achsenrichtung eine vorgeschriebene Länge ist, um die Edelmetall-Spitze zu bilden.
In dem vorstehend beschriebenen Prozess wird bzw. ist ein kreisförmig-säulenförmiges Ir-Legierungsmaterial in der Achsenrichtung gestreckt bzw. gedehnt und der äußere Durchmesser bzw. Außendurchmesser des Ir-Legierungsmaterials wird auf einen vorbestimmten Außendurchmesser eingestellt. Das Ir-Legierungsmaterial wird anschließend durch den Erwärmungsprozess umkristallisiert, und ein mittleres Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung im Ir-Legierungsmaterial wird eingestellt, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein. Außerdem wird das Ir-Legierungsmaterial derart geschnitten, dass die Länge in der Achsenrichtung eine vorgeschriebene Länge ist. Dadurch wird die Edelmetall-Spitze geformt bzw. gebildet.
Folglich kann die Edelmetall-Spitze gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform hergestellt werden. Das Ir-Legierungsmaterial, von welchem das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung eingestellt worden ist, kann hier geschnitten werden. Alternativ kann das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung eingestellt werden, nachdem das Ir-Legierungsmaterial geschnitten wird.
Gemäß einer neunten beispielhaften Ausführungsform wird das Ir-Legierungsmaterial durch den Erwärmungsprozess umkristallisiert und das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung im Ir-Legierungsmaterial wird eingestellt, um gleich oder größer als 2,0 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein.
Als ein Ergebnis des vorstehend beschriebenen Prozesses kann die Edelmetall-Spitze gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform hergestellt werden.
Umkristallisation bzw. Rekristallisation der Ir-Legierung beginnt bei ungefähr 1000 °C. Wenn die Temperatur jedoch höher als 1400 °C ist, wird die Geschwindigkeit des Umkristallisierens der Ir-Legierung übermäßig schnell.
In dieser Hinsicht wird gemäß einer zehnten beispielhaften Ausführungsform im Wärmeprozess das Ir-Legierungsmaterial auf eine Temperatur, welche gleich oder größer als 1000 °C und gleich oder kleiner als 1400 °C ist, erwärmt und umkristallisiert. Deshalb kann das Ir-Legierungsmaterial umkristallisiert werden und das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner kann leicht stabilisiert werden.
Wenn die Temperatur, bei welcher das Ir-Legierungsmaterial erwärmt wird, zu klein ist, wird die Geschwindigkeit der Umkristallisation der Ir-Legierung langsam. Eine Dauer, welche benötigt wird, um das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner einzustellen, wird lang. Währenddessen wird, wenn die Temperatur, bei welcher das Ir-Legierungsmaterial erwärmt wird, zu hoch ist, die Geschwindigkeit der Umkristallisation der Ir-Legierung übermäßig schnell. Das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner wird instabil.
In dieser Hinsicht wird gemäß einer elften beispielhaften Ausführungsform im Erwärmungsprozess das Ir-Legierungsmaterial auf eine Temperatur, welche gleich oder größer als 1100 °C und gleich oder kleiner als 1200 °C ist, erwärmt und umkristallisiert. Als ein Ergebnis des vorstehend beschriebenen Prozesses kann das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung leicht stabilisiert werden, während das Ansteigen der für die Einstellung des mittleren Aspektverhältnisses benötigten Dauer unterdrückt werden kann.
Figurenliste
In der beigefügten Zeichnung:

1 ist eine Querschnittsansicht einer Zündkerze gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer Umgebung eines Endes einer Spitze bzw. einer Spitze einer Zündkerzenelektrode der Zündkerze gemäß der Ausführungsform;
3 ist eine Draufsicht der Umgebung des Endes einer Spitze bzw. der Spitze einer Zündkerzenelektrode der Zündkerze gemäß der Ausführungsform;
4 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Herstellungsprozess für eine Edelmetall-Spitze eines Vergleichsbeispiels darstellt;
5 ist eine SEM-Aufnahme, welche eine Kristallstruktur der Edelmetall-Spitze des Vergleichsbeispiels darstellt;
6 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Zustand darstellt, in welchem eine äußere periphere Oberfläche der Edelmetall-Spitze des Vergleichsbeispiels fein aufgespalten bzw. gespalten ist;
7 ist eine SEM-Aufnahme, welche eine Kristallstruktur einer Edelmetall-Spitze gemäß einer Ausführungsform darstellt;
8 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Zustand darstellt, in welchem sich eine Struktur auf einer äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze löst; und
9 ist ein Graph, welcher einen Zusammenhang zwischen einem mittleren Aspektverhältnis (das heißt ein mittlerer Wert bzw. Mittelwert der Aspekt- bzw. Abbildungsverhältnisse der Kristallkörner einer Ir-Legierung in der Edelmetall-Spitze) und einer Lebensdauer der Zündkerze darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform, welche in einer Zündkerze eingebaut ist, welche in einem Verbrennungsmotor für Kraft-Wärme-Kopplung verwendet wird, wird nachstehend mit Bezug zur Zeichnung beschrieben. Die Ausführungsform kann hier auch in einer Zündkerze eingebaut werden, welche in einem Verbrennungsmotor für Automobile verwendet wird.
Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Zündkerze 10 ein Gehäuse 11, einen Isolator 12, eine Mittelelektrode 13, eine Erdungselektrode 21, und ähnliches. Das Gehäuse 11 (Hauptarmatur) ist in einer kreisförmig-säulenförmigen (zylindrischen) Gestalt ausgebildet. Der kreisförmig-säulenförmige (zylindrische) Isolator 12 wird im Inneren des Gehäuses 11 gehalten. Eine kreisförmig-säulenförmige (säulenförmige) Mittelelektrode 13 wird im Inneren des Isolators 12 gehalten. Ein Spitzenende der Mittelelektrode 13 ragt von einem Spitzenende des Isolators 12 heraus. Die ringförmige Erdungselektrode 21 ist an einem Spitzenende des Gehäuses 11 fixiert.
Die Mittelelektrode 13, das Gehäuse 11, der Isolator 12, und die Erdungselektrode 21 sind koaxial angeordnet. Das heißt, Mittelachsen der Mittelelektrode 13, das Gehäuse 11, der Isolator 12, und die Erdungselektrode 21 decken sich mit einer Zentral- bzw. Mittelachse C der Zündkerze 10.
Das Gehäuse 11 wird aus einem Metallmaterial gebildet, welches ein Metall wie Eisen enthält. Eine Schraube 11a wird in einer äußeren Peripherie eines unteren Abschnitts des Gehäuses 11 geschnitten. Zum Beispiel ist ein äußerer Durchmesser der Schraube 11a 14 mm. Das Gehäuse 11 weist einen herausragenden bzw. hervorspringenden Abschnitt 11b auf, welcher in einer ringförmigen Gestalt in Richtung eines inneren Durchmessers hervortritt bzw. herausragt.
Der Isolator 12 wird mit einer Dämmung wie Aluminiumoxid geschmolzen. Der Isolator 12 umfasst einen ersten Körperabschnitt 12a, einen zweiten Körperabschnitt 12b, und ein Bein- bzw. Schenkelabschnitt 12c. Ein ringförmiger Schrittabschnitt 12d wird zwischen dem zweiten Körperabschnitt 12b und dem Schenkelabschnitt 12c gebildet. Eine kreisförmige Dichtung bzw. Dichtungsring 15 stellt eine Dichtung bzw. Versiegelung zwischen dem Schrittabschnitt 12d und dem hervortretenden Abschnitt 11b dar. Das Gehäuse 11 und der Isolator 12 sind über einen oberen Endabschnitt 11d des Gehäuses 11, welcher gekrimpt bzw. verpresst ist, vollständig verbunden.
Bekanntlich sind ein Mittelachsenabschnitt 18 und ein Endabschnitt 19 in einem oberen Abschnitt der Mittelelektrode 13 elektrisch verbunden. Ein externer Stromkreis, welcher eine hohe Spannung zur Funkenerzeugung verwendet, wird mit dem Endabschnitt 19 verbunden. Außerdem wird eine Dichtung bzw. ein Dichtungsring 20, welcher zur Befestigung am Verbrennungsmotor verwendet wird, in einem oberen Endabschnitt der Schraube 11a des Gehäuses 11 bereitgestellt.
In einem Zustand, in welchem die Zündkerze 10 in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors befestigt ist, sind die Mittelelektrode 13 und die Erdungselektrode 21 der Zündkerze 10 der Brennkammer ausgesetzt. Außerdem ist eine Richtung vom Endabschnitt 19 zur Erdungselektrode 21 eine Richtung zu einem Zentrum bzw. einer Mitte der Brennkammer.
In einem Spitzenendabschnitt, weist das Gehäuse 11 einen Abschnitt 11e mit kleinem Durchmesser bzw. Kleinen-Durchmesser-Abschnitt 11e auf, von welchem ein innerer Durchmesser kleiner ist als einer von anderen Abschnitten. In einer Achsenrichtung (d.h., eine Richtung der Mittelachse C, nachstehend als die „axiale Richtung AX“ bezeichnet) der Zündkerze 10, eine Spitzenendoberfläche 11f des Abschnitts 11e mit kleinem Durchmesser bzw. Kleinen-Durchmesser-Abschnitts 11e, das heißt die Spitzenendoberfläche 11f des Gehäuses 11 ist eine plane bzw. ebene Oberfläche, welche zur Mittelachse bzw. Zentralachse C senkrecht ist. Außerdem sind in der Erdungselektrode 21, eine Endoberfläche (Basisendoberfläche) auf der Seite des Gehäuses 11 und eine Spitzenendoberfläche 21a, welche eine Endoberfläche auf einer gegenüberliegenden Seite bzw. Gegenseite des Gehäuses 11 ist, ebenso ebene Oberflächen.
Ferner wird die Erdungselektrode 21 an das Gehäuse 11 in einem Zustand, in welchem die Spitzenendoberfläche 11f des Kleinen-Durchmesser-Abschnitts 11e bzw. Abschnitts 11e mit kleinem Durchmesser und die Basisendoberfläche der Erdungselektrode 21 im Oberfläche-zu-Oberfläche-Kontakt ist, geschweißt (verbunden). Wie in 3 gezeigt, sind drei (eine Mehrzahl an) Belüftungsöffnungen bzw. Lüftungslöcher 11g in einem Abschnitt eines inneren peripheren Kantenabschnitts des Kleinen-Durchmesser-Abschnitts 11e ausgebildet. Die Belüftungsöffnungen bzw. Lüftungslöcher 11g verbinden zwischen einem Inneren und einem Äußeren des Gehäuses 11 im Kleinen-Durchmesser-Abschnitt 11e.
Wie in 2 gezeigt, ist die Erdungselektrode 21 derart angeordnet, dass sie Richtung Spitzenendseite von der Spitzenendoberfläche 11f des Kleinen-Durchmesser-Abschnitts 11e des Gehäuses 11 hervortritt. Ein äußerer Durchmesser der Erdungselektrode 21 ist größer als der innere Durchmesser des Kleinen-Durchmesser-Abschnitts 22e und kleiner als ein äußerer Durchmesser der Spitzenendoberfläche 11f des Gehäuses 11. Der innere Durchmesser der Erdungselektrode 21 ist kleiner als der innere Durchmesser des Kleinen-Durchmesser-Abschnitts 11e des Gehäuses 11. Eine innere periphere Oberfläche der Erdungselektrode 21 ist weiter Richtung der inneren Seite in der radialen Richtung positioniert bzw. angeordnet als eine innere periphere Oberfläche des Kleinen-Durchmesser-Abschnitts 11e des Gehäuses über die gesamte Kreislinie bzw. den gesamten Kreisumfang.
Die Erdungselektrode 21 umfasst ein kreisförmig-zylindrisches (ringförmiges) Elektroden-Basismaterial 21b und eine Edelmetallschicht 21c, welche in einem inneren peripheren Kantenabschnitt des Elektroden-Basismaterials 21b angeordnet bzw. bereitgestellt ist. Zum Beispiel umfasst das Elektroden-Basismaterial 21b eine Nickel-(Ni)-basierte Legierung. Die Edelmetallschicht 21c umfasst eine einfache Substanz, wie Platin (Pt) oder Iridium (Ir), oder eine Legierung derselben. Außerdem ist die Edelmetallschicht 21c an das Elektroden-Basismaterial 21b diffusionsgebunden bzw. durch Diffusion gebunden. Zum Beispiel ist eine Dicke der Edelmetallschicht 21c 0,1 mm bis 0,5 mm. Die Edelmetallschicht 21c kann hier durch Schweißen an das Elektroden-Basismaterial 21b verbunden sein.
Die Mittelelektrode 13 wird in das Innere des Isolators 12 eingesetzt und gehalten. Die Mittelelektrode 13 wird in einer kreisförmig-säulenförmigen Gestalt mit einer Ni-Legierung, welche eine überragende Wärmebeständigkeit und ähnliches aufweist, als ein Basismaterial ausgebildet. Insbesondere umfasst ein inneres Material (Kernmaterial) der Mittelelektrode 13 Kupfer, und ein äußeres Material (Material der äußeren Schale) die Ni-Legierung.
Die Mittelelektrode 13 umfasst eine kreisförmig-säulenförmige Edelmetall-Spitze 16 an einem Spitzenende derselben. Zum Beispiel ist ein äußerer Durchmesser der Edelmetall-Spitze 16 2,4 mm. Zum Beispiel ist eine Länge in der axialen Richtung bzw. Achsenrichtung AX 3,0 mm. Ein Schweiß-Abschnitt 17 wird zwischen einem äußeren Material der Mittelelektrode 13 und der Edelmetall-Spitze 16 gebildet. Der Schweiß-Abschnitt 17 (verschmolzener Abschnitt) ist ein Abschnitt, welcher gebildet wird, wenn die Edelmetall-Spitze 16 an das Spitzenende des äußeren Materials lasergeschweißt (geschweißt bzw. verschweißt) wird. Der Schweiß-Abschnitt 17 umfasst die Komponenten des äußeren Materials und die Komponenten der Edelmetall-Spitze 16. Die Edelmetall-Spitze 16 tritt weiter hervor als das Spitzenende des Isolators 12.
Die Erdungselektrode 21 ist derart angeordnet, dass sie gegenüber einer äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 ist. Auf einem Querschnitt, welcher die Mittelachse C umfasst, ist die innere periphere Oberfläche der Erdungselektrode 21 parallel zur äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16. Die Spitzenendoberfläche 21a der Erdungselektrode 21 ist weiter Richtung der Spitzenendseite angeordnet als es eine Spitzenendoberfläche 16b der Edelmetall-Spitze 16 ist. Ein Funkenspalt bzw. eine Funkenstrecke ist zwischen der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 und der inneren peripheren Oberfläche der Erdungselektrode 21 über die gesamte Kreislinie bzw. den gesamten Kreisumfang gebildet.
Zum Beispiel ist ein Abstand zwischen der inneren peripheren Oberfläche der Erdungselektrode 21 und der äußeren peripheren Oberfläche der Mittelelektrode 13, das heißt eine Breite bzw. Weite des Funkenspalts ist gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,6 mm. Außerdem wird Entladung zwischen der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 und der inneren peripheren Oberfläche der Erdungselektrode 21 erzeugt, und ein Entladungsfunke wird gebildet.
4 ist ein schematisches Diagramm eines Herstellungsprozesses einer Edelmetall-Spitze 116 eines Vergleichsbeispiels. Ein Ir-Legierungsmaterial 30 wird aus einer Ir-Legierung in einer kreisförmig-säulenförmigen Gestalt gebildet. Zum Beispiel ist eine Verbindung der Ir-Legierung 90 Gewichtsprozent (Gew.-%) Ir und 10 Gew.-% Rh.
Zum Beispiel wird das Ir-Legierungsmaterial 30 in der axialen Richtung AX durch eine Ziehmaschine gestreckt bzw. gedehnt und ein Ir-Legierungsmaterial 31, von welchem ein äußerer Durchmesser auf einen vorbestimmten äußeren Durchmesser eingestellt wird, wird gebildet. Der vorbestimmte äußere Durchmesser ist ein äußerer Durchmesser, welcher gleich dem äußeren Durchmesser der vorstehend beschriebenen Edelmetall-Spitze 16 ist und 2,4 mm beträgt.
Als nächstes wird zum Beispiel das Ir-Legierungsmaterial 31 durch Scherung bzw. Abscheren bzw. Scheren derart geschnitten, dass die Länge in der axialen Richtung AX eine vorgeschriebene Länge ist. Die Edelmetall-Spitze 116 wird dadurch gebildet. Die vorgeschriebene Länge ist eine Länge, welche gleich der Länge in der axialen Richtung AX der Edelmetall-Spitze 16 ist, und ist zum Beispiel 3,0 mm.
5 ist eine Rasterelektronenmikroskop-(SEM)-Aufnahme einer Kristallstruktur der Edelmetall-Spitze 116 des Vergleichsbeispiels. Die Aufnahme erfasst einen Querschnitt, welcher parallel zur axialen Richtung AX der Edelmetall-Spitze 116 ist und innerhalb 1 mm von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 116 ist. Eine Auf(wärts)-/Ab(wärts)-Richtung in 5 ist die Streckrichtung bzw. Dehnungsrichtung des Ir-Legierungsmaterials 30, welches entlang der axialen Richtung AX gerichtet bzw. ausgerichtet ist. Die Kristallstruktur der Edelmetall-Spitze 116 ist in der Gestalt von Fasern, welche entlang der Dehnungsrichtung bzw. Streckrichtung verlaufen.
In 5, ist hier ein Aspektverhältnis der jeweiligen Kristallkörner CG ein Wert, welcher erhalten wird durch Dividieren einer Länge der jeweiligen Kristallkörner CG in der axialen Richtung AX der Edelmetall-Spitze 16 und 116 durch eine Länge der jeweiligen Kristallkörner CG in einer Richtung PD senkrecht zur axialen Richtung AX. Es wurde ein Querschnitt beobachtet, welcher parallel zur axialen Richtung AX der Edelmetall-Spitze 116 und innerhalb 1 mm von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 116 ist. Außerdem wurde ein mittleres Aspektverhältnis (mittlerer Wert der Aspektverhältnisse) der Kristallkörner CG innerhalb einer 500 µm × 500 µm Fläche auf dem Querschnitt berechnet. Folglich war das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner CG in der Edelmetall-Spitze 116 ungefähr 15 (10 oder größer).
Wenn die Edelmetall-Spitze 116 durch die Verwendung der Zündkerze 10 hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wird ein Oxid von Ir auf einem Korngrenzabschnitt der Ir-Legierung in der Edelmetall-Spitze 116 gebildet. Da das Ir-Oxid dazu neigt, bei hohen Temperaturen verdampfbar bzw. flüchtig zu sein, schreitet die Verdampfung bzw. Verflüchtigung des Ir-Oxids als Begleiterscheinung der Verwendung der Zündkerze 10 fort.
Ferner wurde herausgefunden, dass die äußere periphere Oberfläche der Edelmetall-Spitze 116 fein aufgespalten bzw. gespalten wird, wie in 6 gezeigt, wenn ein Gas schnell expandiert aufgrund von Wärme aus Entladung und Aufprallkraft auf die Edelmetall-Spitze 116 ausgeübt wird. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben bemerkt, dass folglich eine faserartige Struktur 116a in Kontakt mit der Erdungselektrode 21 kommen kann. Ein Kurzschluss kann dadurch zwischen der Mittelelektrode 13 und der Erdungselektrode 21 auftreten.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird hier das vorstehend beschriebene Ir-Legierungsmaterial 31 durch einen Erwärmungsprozess umkristallisiert, und das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung im Ir-Legierungsmaterial 31 wird eingestellt, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein. Vorzugsweise wird das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung im Ir-Legierungsmaterial 31 eingestellt, um gleich oder größer als 2,0 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein.
Umkristallisierung der Ir-Legierung beginnt bei ungefähr 1000 °C. Außerdem wird, wenn die Temperatur höher als 1400 °C ist, die Geschwindigkeit der Umkristallisation der Ir-Legierung übermäßig schnell. In dieser Hinsicht wird im Erwärmungsprozess das Ir-Legierungsmaterial 31 auf eine Temperatur, welche gleich oder höher als 1000 °C und gleich oder niedriger als 1400 °C ist, erwärmt und umkristallisiert. Vorzugsweise wird im Erwärmungsprozess das Ir-Legierungsmaterial 31 auf eine Temperatur, welche gleich oder höher als 1100 °C und gleich oder niedriger als 1200 °C ist, erwärmt und umkristallisiert.
Wenn hier die Temperatur, bei welcher das Ir-Legierungsmaterial 31 erwärmt wird, zu niedrig ist, wird die Geschwindigkeit der Umkristallisation der Ir-Legierung langsam. Eine Dauer, welche für das Einstellen des mittleren Aspektverhältnisses der Kristallkörner benötigt wird, wird lange. Währenddessen wird, wenn die Temperatur, bei welcher die Ir-Legierungsmaterial 31 erwärmt wird, zu hoch ist, die Geschwindigkeit der Umkristallisation der Ir-Legierung übermäßig schnell. Das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner wird instabil. In dieser Hinsicht wird das Ir-Legierungsmaterial 31 für 30 Minuten bei 1150 °C erwärmt und umkristallisiert. Wenn hier die Erwärmungstemperatur geringer als 1150 °C ist, kann die Erwärmungszeit länger als 30 Minuten sein. Wenn die Erwärmungstemperatur höher als 1150 °C ist, kann die Erwärmungszeit kürzer als 30 Minuten sein.
Anschließend wird das Ir-Legierungsmaterial 31 derart geschnitten, dass die Länge in der axialen Richtung AX 3,0 mm (vorgeschriebene Länge) ist. Die Edelmetall-Spitze 16 wird dadurch gebildet.
7 ist eine SEM-Aufnahme einer Kristallstruktur der Edelmetall-Spitze 16. Die Aufnahme erfasst einen Querschnitt, welcher parallel zur axialen Richtung AX der Edelmetall-Spitze 16 und innerhalb 1 mm von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 ist. Eine Auf(wärts)-/Ab(wärts)-Richtung in 7 ist die Streckrichtung bzw. Dehnungsrichtung des Ir-Legierungsmaterials 30. Die Kristallstruktur der Edelmetall-Spitze 16 ist polykristallin als Folge der Umkristallisation.
Wie in 7 gezeigt, ist hier ein Aspektverhältnis AR der jeweiligen Kristallkörner CG ein Wert, welcher erhalten wird durch Dividieren einer Länge L1 der jeweiligen Kristallkörner CG in der axialen Richtung AX der Edelmetall-Spitze 16 durch eine Länge L2 der jeweiligen Kristallkörner CG in einer Richtung PD senkrecht zur axialen Richtung AX (d.h., AR = L1/L2). Es wurde ein Querschnitt beobachtet, welcher parallel zur axialen Richtung AX der Edelmetall-Spitze 16 und innerhalb 1 mm von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 ist. Außerdem wurde das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner CG innerhalb einer 500 µm × 500 µm Fläche auf dem Querschnitt berechnet. Als ein Ergebnis bzw. folglich war das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner CG der Edelmetall-Spitze 16 ungefähr 3.
Wenn das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung in der Edelmetall-Spitze 16 gleich oder weniger als 4,8 ist, ist die Haftkraft zwischen den Kristallkörnern geschwächt bzw. verringert, im Vergleich dazu, wenn das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner gleich oder größer als 10 ist. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben als ein Ergebnis herausgefunden, dass sich, wie in 8 gezeigt, eine Struktur 16a, welche sich von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 abgeschält hat, ablöst, ohne in Kontakt mit der Erdungselektrode 21 zu kommen.
Währenddessen haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass, wenn das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung in der Edelmetall-Spitze 16 weniger als 1,3 ist, schält sich die Struktur 16a übermäßig von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16. Die Edelmetall-Spitze 16 verschlechtert sich leicht.
9 ist ein Graph eines Zusammenhanges zwischen dem mittleren Aspektverhältnis (ein mittlerer Wert der Aspektverhältnisse der Kristallkörner der Ir-Legierung) und einer Lebensdauer der Zündkerze 10. Die Lebensdauer bezieht sich hier auf einen Punkt in der Zeit, wenn ein Kurzschluss zwischen der Edelmetall-Spitze (Mittelelektrode 13) und der Erdungselektrode 21 auftritt, oder einem Punkt in der Zeit, wenn sich die Breite bzw. Weite des Spalts zwischen der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode 21 um 0,02 mm von einem Ausgangszustand (der Beginn der Verwendung) der Zündkerze 10 erhöht.
In 9 ist ein Fall, in welchem die Lebensdauer als ein Ergebnis eines Kurzschlusses erreicht wird, durch einen schwarzen Kreis angezeigt, und ein Fall, in welchem die Lebensdauer durch eine Erhöhung des Spaltes erreicht wird, ist durch einen weißen Kries angezeigt. Außerdem ist ein Fall, in welchem die Breite des Spaltes im Ausgangszustand 0,25 mm ist, durch eine gestrichelte Linie angezeigt. Ein Fall, in welchem die Breite des Spaltes in einem Ausgangszustand 0,4 mm ist, ist durch eine durchgezogene Linie angezeigt. Ein Fall, in welchem die Breite des Spaltes im Ausgangszustand 0,6 mm ist, ist durch eine Strich-Punkt-Linie angezeigt.
Testbedingungen hinsichtlich Lebensdauer sind wie folgt. Eine Drehgeschwindigkeit bzw. Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors ist 1500 rpm, eine Last desselben ist 100 %, und ein Kraftstoff desselben ist Erdgas. Der Verbrennungsmotor hat 12 Zylinder und ein Gesamthubvolumen von 74,9 L. Unter diesen Bedingungen wurden die vorstehend beschriebene Spaltbreite und das vorstehend beschriebene mittlere Aspektverhältnis geändert, und die Lebensdauer der Zündkerze 10 eines einzelnen Zylinders wurde ausgewertet.
Eine Edelmetall-Spitze, von welcher das mittlere Aspektverhältnis 15 ist, entspricht der Edelmetall-Spitze 116 des Vergleichsbeispiels. Bei dem mittleren Aspektverhältnis von 15 wurde die Lebensdauer als ein Ergebnis eines Kurzschlusses bei ungefähr 50 Stunden erreicht, wenn die Spaltbreite in einem Ausgangszustand ein Wert aus 0,25 mm, 0,4 mm, und 0,6 mm war. Ein Grund hierfür ist, dass, wie in 6 gezeigt, die faserartige Struktur 116a in Kontakt mit der Erdungselektrode 21 kommt und ein Kurzschluss zwischen der Mittelelektrode 13 und der Erdungselektrode 21 auftritt.
Wenn der Erwärmungsprozess ausgeführt wird und das mittlere Aspektverhältnis der Edelmetall-Spitze auf 5 verringert bzw. reduziert ist, erhöht sich die Lebensdauer allmählich bzw. schrittweise bzw. stufenweise. Die Lebensdauer wurde jedoch als Ergebnis eines Kurzschlusses erreicht, wenn die Spaltbreite in einem Ausgangszustand ein Wert aus 0,25 mm, 0,4 mm, und 0,6 mm war. Auch in diesem Fall wurde die Lebensdauer als ein Ergebnis des Auftretens eines Kurzschlusses erreicht, was in 6 gezeigt ist. Außerdem erhöht sich die Lebensdauer, wenn sich die Spaltbreite im Ausgangszustand dehnt bzw. weitet. Ein Grund hierfür ist, dass sich die Dauer bis der Kurzschluss auftritt, erhöht, wenn sich die Spaltbreite im Ausgangszustand weitet, wie in 6 gezeigt.
Wenn der Erwärmungsprozess ausgeführt wird und das mittlere Aspektverhältnis der Edelmetall-Spitze weiter reduziert bzw. verringert wird, tritt der Kurzschluss nicht länger auf, wenn das mittlere Aspektverhältnis gleich oder kleiner als 4,8 ist. Ein Grund hierfür ist, dass sich, wie in 8 gezeigt, die Struktur 16a, welche sich von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 geschält hat, löst, ohne in Kontakt mit der Erdungselektrode 21 zu kommen.
Die Lebensdauer wird erreicht als ein Ergebnis einer Erhöhung des Spaltes, wenn sich das mittlere Aspektverhältnis von 4,8 bis 1,0 erstreckt. Die Lebensdauer verkürzt sich allmählich bzw. schrittweise vom mittleren Aspektverhältnis von 4,8 bis 1,3. Ein Grund hierfür ist, dass, wenn die Kristallkörner als ein Ergebnis der Umkristallisation wachsen, die Haftkraft zwischen den Kristallkörnern verringert bzw. geschwächt ist. Die Struktur schält sich leicht von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze ab. Wenn das mittlere Aspektverhältnis unter 1,3 sinkt, verkürzt sich die Lebensdauer schnell. Ein Grund hierfür ist, dass sich die Haftkraft zwischen den Kristallkörnern verringert bzw. schwächt.
Die Struktur schält sich übermäßig von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze ab, und die Edelmetall-Spitze verschlechtert sich leicht. Wenn sich das mittlere Aspektverhältnis von 4,8 bis 1,0 erstreckt, wird eine ähnliche Tendenz bzw. Neigung gezeigt, selbst wenn die Spaltbreite im Ausgangszustand ein Wert aus 0,25 mm, 0,4 mm, und 0,6 mm ist. Ein Grund hierfür ist, dass die Spaltbreite im Ausgangszustand eine kleine Toleranz hinsichtlich der Dauer aufweist, bis sich die Spaltbreite um 0,02 mm vom Ausgangszustand erhöht.
Gemäß der vorstehend im Detail beschriebenen vorliegenden Ausführungsform werden die nachstehenden Vorteile erreicht.
In der Edelmetall-Spitze 16 wird das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung eingestellt, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein. Wenn das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung gleich oder kleiner als 4,8 ist, schwächt sich die Haftkraft zwischen den Kristallkörnern, im Vergleich dazu, wenn das Aspektverhältnis gleich oder größer als 10 ist.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben als ein Ergebnis herausgefunden, dass sich die Struktur 16a, welche sich von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 schält, löst, ohne in Kontakt mit der Erdungselektrode 21 zu kommen, welche sich gegenüber der äußeren peripheren Oberfläche befindet. Deshalb kann ein Kurzschluss zwischen der Edelmetall-Spitze 16 und der Erdungselektrode 21 unterdrückt werden.
Währenddessen haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass sich die Struktur 16a übermäßig von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 schält, und die Edelmetall-Spitze 16 sich leicht verschlechtert, wenn das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung kleiner als 1,3 ist. Deshalb kann die Verschlechterung der Edelmetall-Spitze 16 unterdrückt werden, indem als ein Ergebnis das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung eingestellt wird, um gleich oder größer als 1,3 zu sein.
In der Edelmetall-Spitze 16 wird das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung eingestellt, um gleich oder kleiner als 2,0 und gleich oder größer als 4,8 zu sein. Gemäß dieser Anordnung bzw. Konfiguration kann das Abschälen bzw. Schälen von der Struktur 16a von der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 weiter unterdrückt werden. Die Verschlechterung der Edelmetall-Spitze 16 kann weiter unterdrückt werden.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben bestätigt, dass im Wesentlichen ähnliche Wirkungen bzw. Effekte erreicht werden, wenn im Ausgangszustand (zu Beginn der Verwendung) der Zündkerze 10, der Abstand zwischen der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 und der Erdungselektrode 21 ein Wert aus 0,25 mm, 0,4 mm, und 0,6 mm ist. Deshalb wird in der Zündkerze 10, in welcher der Abstand zwischen der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze 16 und der Erdungselektrode 21 eingestellt ist, um gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,6 mm im Ausgangszustand der Zündkerze 10 zu sein, kann ein Kurzschluss zwischen der Edelmetall-Spitze 16 und der Erdungselektrode 21 unterdrückt werden.
Die Edelmetall-Spitze 16 wird gestreckt bzw. gedehnt und in einer kreisförmig-säulenförmige Gestalt ausgebildet, welche einen vorbestimmten äußeren Durchmesser aufweist. In der Edelmetall-Spitze 16 werden die Aspektverhältnisse der Kristallkörner eingestellt. Dadurch kann der äußere Durchmesser der Edelmetall-Spitze 16 auf den vorbestimmten äußeren Durchmesser eingestellt werden. Außerdem kann ein Kurzschluss zwischen der Edelmetall-Spitze 16 und der Erdungselektrode 21 unterdrückt werden.
Das Ir-Legierungsmaterial 30 mit einer kreisförmig-säulenförmigen Gestalt wird in der axialen Richtung AX gedehnt bzw. gestreckt und der äußere Durchmesser des Ir-Legierungsmaterials 30 wird auf einen vorbestimmten äußeren Durchmesser eingestellt. Anschließend wird das Ir-Legierungsmaterial 31 durch den Erwärmungsprozess umkristallisiert, und das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung im Ir-Legierungsmaterial 31 wird eingestellt, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein. Außerdem wird das Ir-Legierungsmaterial 31 derart geschnitten, dass die Länge in der axialen Richtung AX eine vorgeschriebene Länge ist, und die Edelmetall-Spitze 16 wird gebildet. Deshalb kann die Edelmetall-Spitze 16, von welcher die Aspektverhältnisse der Kristallkörner der Ir-Legierung eingestellt sind, hergestellt werden.
Im Erwärmungsprozess wird das Ir-Legierungsmaterial 31 auf eine Temperatur, welche gleich oder größer als 1000 °C und gleich oder kleiner als 1400 °C ist, erwärmt und umkristallisiert. Deshalb kann das Ir-Legierungsmaterial 31 umkristallisiert werden und das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung kann leicht stabilisiert werden.
Im Erwärmungsprozess wird das Ir-Legierungsmaterial 31 auf eine Temperatur, welche gleich oder größer als 1100 °C und gleich oder kleiner als 1200 °C ist, erwärmt und umkristallisiert. Als ein Ergebnis des vorstehend beschriebenen Prozesses kann das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung leicht stabilisiert werden, während eine Erhöhung der Dauer, welche für das Einstellen des mittleren Aspektverhältnisses benötigt wird, unterdrückt werden kann.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform kann hier auf die nachstehende Weise modifiziert werden. Bereiche bzw. Abschnitte, welche identisch zu jenen gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind, sind mit denselben Bezugszeichen angegeben. Beschreibungen derselben sind ausgelassen.
Die vorgeschriebene Länge, das ist die Länge der Edelmetall-Spitze 16 in der axialen Richtung AX, ist nicht auf 3 mm beschränkt, und kann gleich oder größer als 2 mm und gleich oder kleiner als 4 mm sein. Die Auswertungsergebnisse hinsichtlich Lebensdauer zeigen Tendenzen, welche ähnlich zu jenen gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind, selbst bei derartig vorgeschriebenen Längen.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Material 31, von welchem die Aspektverhältnisse durch den Erwärmungsprozess eingestellt sind, geschnitten. Die Aspektverhältnisse können jedoch durch den Erwärmungsprozess, nachdem das Ir-Legierungsmaterial 31 geschnitten wird, eingestellt werden.
Die Zusammensetzung der Ir-Legierung kann 73 Gew.-% Ir und 27 Gew.-% Rh sein. Selbst in der Edelmetall-Spitze 16, welche aus der Ir-Legierung der vorangehenden Zusammensetzung hergestellt ist, können Wirkungen bzw. Effekte, welche ähnlich zu jenen gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind, erreicht werden. Außerdem kann ein Metall außer Rh ebenso zur Ir-Legierung hinzugefügt werden.
Die Erdungselektrode 21 kann auch keine Edelmetallschicht 21c umfassen. Die Erdungselektrode 21 ist nicht auf die kreisförmig-zylindrische Gestalt (ringförmige Gestalt) beschränkt und kann durch eine Mehrzahl an kreisförmig-bogenförmigen Abschnitten konfiguriert sein, welche gegenüber der Edelmetall-Spitze 16 angeordnet sind. Alternativ kann die Erdungselektrode 21 konfiguriert sein, eine vierbeinige Gestalt oder eine dreibeinige Gestalt (eine Mehrzahl an Beinen aufweisend) zu haben, welche gegenüber der Edelmetall-Spitze 16 angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016051635 A [0002]

Claims

Zündkerze (10), umfassend: eine Edelmetall-Spitze (16), welche ein Ir-Legierungsmaterial umfasst und eine kreisförmig-säulenförmige Gestalt aufweist, welche einen vorbestimmten äußeren Durchmesser aufweist und durch Strecken des Ir-Legierungsmaterial ausgebildet ist, und eine Erdungselektrode (21), welche derart angeordnet ist, dass sie einer äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze gegenüber angeordnet ist, die Zündkerze, welche konfiguriert ist, um Entladung zwischen der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode zu erzeugen, und das Ir-Legierungsmaterial, welches Kristallkörner einer Ir-Legierung mit einem mittleren Aspektverhältnis umfasst, welches eingestellt ist, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein, wobei das mittlere Aspektverhältnis ein mittlerer Wert der Aspektverhältnisse der Kristallkörner ist, wobei ein jeder Wert erhalten wird durch Dividieren einer Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer axialen Richtung der Edelmetall-Spitze durch eine Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei: das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung in der Edelmetall-Spitze eingestellt wird, um gleich oder größer als 2,0 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, wobei: in einem Anfangszustand der Zündkerze ein Abstand zwischen der äußeren peripheren Oberfläche der Edelmetall-Spitze und der Erdungselektrode eingestellt wird, um gleich oder größer als 0,25 mm und gleich oder kleiner als 0,6 mm zu sein.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: eine Länge der Edelmetall-Spitze in der axialen Richtung gleich oder größer als 2 mm und gleich oder kleiner als 4 mm ist.
Edelmetall-Spitze (16), umfassend: ein Ir-Legierungsmaterial, wobei die Edelmetall-Spitze mit einer kreisförmig-säulenförmigen Gestalt, welche einen vorbestimmten äußeren Durchmesser aufweist und durch das Strecken des Ir-Legierungsmaterial ausgebildet ist, und das Ir-Legierungsmaterial, welches Kristallkörner einer Ir-Legierung mit einem mittleren Aspektverhältnis umfasst, welches eingestellt wird, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder weniger als 4,8 zu sein, wobei das mittlere Aspektverhältnis ein mittlerer Wert der Aspektverhältnisse der Kristallkörner ist, wobei ein jeder Wert erhalten wird durch Dividieren einer Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer axialen Richtung der Edelmetall-Spitze durch eine Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung.
Edelmetall-Spitze nach Anspruch 5, wobei: das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung in der Edelmetall-Spitze eingestellt wird, um gleich oder größer als 2,0 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein.
Edelmetall-Spitze nach Anspruch 5 oder 6, wobei: eine Länge der Edelmetall-Spitze in der axialen Richtung gleich oder größer als 2 mm und gleich oder kleiner als 4 mm ist.
Herstellungsverfahren einer Edelmetall-Spitze (16), welche eine kreisförmig-säulenförmige Gestalt aufweist, aus einer Ir-Legierung, wobei das Verfahren umfasst: Strecken eines Ir-Legierungsmaterials (30), welches eine kreisförmig-säulenförmige Gestalt aufweist, in der axialen Richtung, um einen äußeren Durchmesser auf einen vorbestimmten äußeren Durchmesser einzustellen; Umkristallisieren des Ir-Legierungsmaterials durch einen Erwärmungsprozess, um ein mittleres Aspektverhältnis der Kristallkörner einer Ir-Legierung des Ir-Legierungsmaterials einzustellen, um gleich oder größer als 1,3 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein, wobei das mittlere Aspektverhältnis ein mittlerer Wert der Aspektverhältnisse der Kristallkörner ist, wobei ein jeder Wert erhalten wird durch Dividieren einer Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer axialen Richtung der Edelmetall-Spitze durch eine Länge der jeweiligen Kristallkörner in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung, und Schneiden des Ir-Legierungsmaterials, sodass eine Länge in der axialen Richtung eine vorgeschriebene Länge ist, um die Edelmetall-Spitze zu bilden.
Verfahren zur Herstellung einer Edelmetall-Spitze nach Anspruch 8, wobei: im Erwärmungsprozess das Ir-Legierungsmaterial umkristallisiert wird und das mittlere Aspektverhältnis der Kristallkörner der Ir-Legierung im Ir-Legierungsmaterial eingestellt wird, um gleich oder größer als 2,0 und gleich oder kleiner als 4,8 zu sein.
Verfahren zur Herstellung einer Edelmetall-Spitze nach Anspruch 8 oder 9, wobei: im Erwärmungsprozess das Ir-Legierungsmaterial auf eine Temperatur, welche gleich oder größer als 1000 °C und gleich oder kleiner als 1400 °C ist, zur Umkristallisation erwärmt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Edelmetall-Spitze nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei: im Erwärmungsprozess das Ir-Legierungsmaterial auf eine Temperatur, welche gleich oder größer als 1100 °C und gleich oder kleiner als 1200 °C ist, zur Umkristallisation erwärmt wird.