DE112021001025T5

DE112021001025T5 - Edelmetallspitze für Zündkerzen, Elektrode für Zündkerzen, und Zündkerze

Info

Publication number: DE112021001025T5
Application number: DE112021001025.5T
Authority: DE
Inventors: Osamu Yoshimoto; Tomoo Tanaka; Kengo Hattori
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2022-12-01
Also published as: JPWO2021161845A1; CN115038803B; JP7350148B2; US20230119721A1; WO2021161845A1; CN115038803A

Abstract

Eine Edelmetallspitze für eine Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Iridium (Ir) in einer Menge von 50 Masse% oder mehr und Aluminium (Al) in einer Menge von 0,1 Masse% oder mehr und 5 Masse% oder weniger; und Rhodium (Rh), wobei eine faserähnliche Elemente R enthaltende metallografische Struktur beobachtet wird, wobei die faserähnlichen Elemente R der metallografischen Struktur ein durchschnittliches Aspektverhältnis von 150 oder mehr und eine durchschnittliche Länge von 25 µm oder weniger in einer Nebenachsenrichtung aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Edelmetallspitze für eine Zündkerze (kann nachfolgend als „Edelmetallspitze für Zündkerzen“ bezeichnet sein), eine Elektrode für eine Zündkerze und eine Zündkerze.
Stand der Technik
Eine Zündkerze wird als Zündquelle für einen Verbrennungsmotor, wie einen Automotor eingesetzt. Die Zündkerze weist eine Mittenelektrode und eine Masseelektrode auf, und infolge einer Beaufschlagung mit einer Hochspannung zwischen diesen Elektroden tritt eine Funkenentladung auf. Durch die Funkenentladung wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet. Um die Zündleistung zu verbessern, wird eine hauptsächlich aus einem Edelmetall gebildete Spitze (Zündbereich) an den Elektroden einer solchen Zündkerze bereitgestellt.
Als Spitze dieses Typs wurde weithin eine hauptsächlich aus Iridium (Ir), dessen Schmelzpunkt hoch liegt, gebildete Spitze eingesetzt, aufgrund beispielsweise der hervorragenden Oxidationsbeständigkeit und der hervorragenden Abbrandbeständigkeit. Allerdings ist in den letzten Jahren die Elektrodentemperatur, aufgrund beispielsweise der Umgebungstemperatur bei Verwendung des Motors oder aufgrund einer Erhöhung des Aufladegrads, angestiegen. Daher tritt das Problem auf, dass, wenn die oben beschriebene Spitze in einer Sauerstoff enthaltenden Hochtemperaturatmosphäre eingesetzt wird, das Iridium oxidiert und leicht verdampft, wodurch das Volumen (die Masse) der Spitze sich verringert.
In Anbetracht solcher Umstände, etc., ist eine Technologie des Bildens eines Films (Schutzfilms) aus Aluminiumoxid auf der Oberfläche der Spitze durch Zufügen von Aluminium (Al) zum Iridium bereitgestellt worden, wodurch die Oxidationsbeständigkeit der Spitze (siehe Patentdokument 1) erhöht wird. Diese Spitze wird durch Lichtbogenschmelzen einer Iridium und Aluminium enthaltenden Legierung, Herstellen eines Ingots aus der geschmolzenen Legierung und Schneiden des Ingots in eine vorbestimmte Form mittels eines Feinschneiders erhalten.
Dokument des Standes der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2008-248322 A
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
Da ein großer Unterschied zwischen dem Schmelzpunkt des Iridiums (2466 °C) und dem Schmelzpunkt des Aluminiums (660,3 °C) besteht, und der Schmelzpunkt des Aluminiums erheblich niedriger liegt als der des Iridiums, tritt, wenn eine Iridium und Aluminium enthaltende Legierung nach dem Lichtbogenschmelzen abgekühlt wird, sehr leicht eine Erstarrungs-Segregation von Aluminium auf. Weil eine Spitze, bei der Aluminium beim Erstarren segregiert ist, eine geringere Standfestigkeit aufweist, wenn die Spitze als Elektrode (Zündbereich) einer Zündkerze verwendet wird, fallen Kristallkörner von der Spitze ab, was die Zündeigenschaften der Zündkerze erniedrigen kann.
Außerdem wird, wenn ein Mischpulver aus Iridium und Aluminium Lichtbogen-geschmolzen wird, das Pulver aufgrund seines Einflusses zu einem gewissen Grad aufgewühlt und fliegt davon. Dabei weicht, weil pulvriges Aluminium, dessen spezifische Dichte gering ist, leicht aufgewühlt wird und davonfliegt, das Zusammensetzungsverhältnis vom Zielwert ab, wodurch Probleme hervorgerufen werden, wie das Problem, dass die Eigenschaften der letztlich erhaltenen Spitze instabil sind.
Kurzdarstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Edelmetallspitze für Zündkerzen etc. bereitzustellen, die eine hervorragende Standfestigkeit aufweist.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Die Mittel zur Lösung der oben beschriebenen Probleme sind wie folgt:

<1> Eine Edelmetallspitze für eine Zündkerze, enthaltend: Iridium (Ir) in einer Menge von 50 Masse% oder mehr; Aluminium (Al) in einer Menge von 0,1 Masse% oder mehr und 5 Masse% oder weniger; und Rhodium (Rh), wobei eine faserähnliche Elemente enthaltende metallografische Struktur beobachtet wird, wobei die faserähnlichen Elemente der metallografischen Struktur ein durchschnittliches Aspektverhältnis von 150 oder mehr und eine durchschnittliche Länge von 25 µm oder weniger in einer Nebenachsenrichtung aufweisen.
<2> Die Edelmetallspitze für eine Zündkerze wie in obigem Absatz <1> beschrieben, welche Rhodium (Rh) in einer Menge von 3 Masse% oder mehr und weniger als 30 Masse% enthält.
<3> Die Edelmetallspitze für eine Zündkerze wie in obigem Absatz <1> oder <2> beschrieben, welche ferner wenigstens eines von Ruthenium (Ru) und Nickel (Ni) enthält.
<4> Die Edelmetallspitze für eine Zündkerze wie in obigem Absatz <3> beschrieben, welche Ruthenium (Ru) in einer Menge von 3 Masse% oder mehr und weniger als 20 Masse% und/oder Nickel (Ni) in einer Menge von 0,1 Masse% oder mehr und weniger als 5 Masse% enthält.
<5> Die Edelmetallspitze für eine Zündkerze wie in einem der obigen Absätze < 1 > bis <4> beschrieben, welche einen an einer Oberfläche der Spitze gebildeten, und Aluminiumoxid enthaltenden Film aufweist.
<6> Eine Elektrode für Zündkerzen, beinhaltend eine Edelmetallspitze wie in einem der obigen Absätze < 1 > bis <5> beschrieben.
<7> Eine Zündkerze mit einer Elektrode für Zündkerzen wie im obigen Absatz <6> beschrieben.
<8> Eine Zündkerze, bei welcher wenigstens eine von der Mittenelektrode und der Masseelektrode eine Edelmetallspitze für Zündkerzen wie im obigen Absatz <5> beschrieben aufweist, wobei der Film wenigstens auf einer Entladungsoberfläche der Edelmetallspitze für Zündkerzen ausgebildet ist.

Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ermöglicht, eine Edelmetallspitze für Zündkerzen, etc. bereitzustellen, die eine ausgezeichnete Standfestigkeit aufweist.
Figurenliste

1 ist eine teilweise geschnittene erläuternde Ansicht einer Zündkerze einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Spitze.
3 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine metallografische Struktur aus in der Spitze enthaltenen faserähnlichen Elementen darstellt.
4 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen der Spitze darstellt.
5 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Struktur einer Spitze mit einem darauf gebildeten Film darstellt.
6 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine in einer Spitze nach Vergleichsbeispiel 2 enthaltene metallografische Struktur darstellt.
7 ist eine durch Sichtbarmachung der Verteilung von Aluminium mittels EDS-Element-Mapping auf einem SEM-Bild einer nahe der Oberfläche einer Spitze von Beispiel 14 geschnittenen Fläche erhalten wurde.
8 ist eine durch Sichtbarmachung der Verteilung von Sauerstoff mittels EDS-Element-Mapping auf einem SEM-Bild einer nahe der Oberfläche einer Spitze von Beispiel 14 geschnittenen Fläche erhalten wurde.

Ausführungsformen der Erfindung
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird kurz unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform werden, zusammen mit einer Zündkerze 1, eine Elektrode für Zündkerzen und eine Edelmetallspitze für Zündkerzen, die in der Zündkerze 1 eingesetzt werden, erläutert.
1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht der Zündkerze 1 der ersten Ausführungsform. Eine in 1 gezeigte, sich vertikal erstreckende gerade Linie (alternierend lang und kurz gestrichelt) stellt die Achse AX der Zündkerze 1 dar. Die Vorderendseite der Zündkerze 1 ist an der unteren Seite der 1 angeordnet, und die Unterendseite der Zündkerze 1 ist an der oberen Seite der 1 angeordnet. Man beachte, dass in der 1 die äußere Erscheinung der Zündkerze 1 auf der rechten Seite der Achse AX, und eine Querschnittsansicht der Zündkerze 1 auf der linken Seite der Achse AX gezeigt ist.
Die Zündkerze 1 wird an einem Automotor (ein Beispiel eines Verbrennungsmotors) angebracht und wird dazu eingesetzt, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Verbrennungsraum des Motors zu entzünden. Die Zündkerze beinhaltet im Wesentlichen einen Isolator 2, eine Mittenelektrode 3, eine Masseelektrode 4, ein metallisches Anschlussbauteil 5, eine metallische Hülse 6, ein Widerstandselement 7 und Dichtungen 8 und 9.
Der Isolator 2 ist ein ungefähr zylindrisches, sich in der vertikalen Richtung erstreckendes Bauteil und weist ein darin gebildetes Durchgangsloch 21 auf. Der Isolator ist aus einem keramischen Material wie Alumina gebildet.
Die metallische Hülse 6 ist ein Bauteil, das dazu verwendet wird, die Zündkerze 1 an einem Motor (nämlich an einem Zylinderkopf) anzubringen. Die metallische Hülse 6 weist im Ganzen die Gestalt eines sich vertikal erstreckenden Zylinders auf und ist aus einem elektrisch leitfähigen Metallmaterial (beispielsweise niederkohligem Stahl) gebildet. Ein Schraubbereich 61 ist an einer äußeren Oberfläche eines Vorderendbereichs der metallischen Hülse 6 gebildet. Außerdem ist ein sich nach auswärts erstreckender annularer Lagerbereich 62 an der Hinterendseite des Schraubbereichs 61 gebildet. Man beachte, dass eine ringförmige Dichtung G auf ein Hinterende (sogenannte Schraub-Kerbe) des Schraubbereichs 61 aufgepasst ist. Ferner ist ein Werkzeug-Eingriffs-Bereich 63 an einer Hinterendseite der metallischen Hülse 6 gebildet. Wenn die metallische Hülse 6 an dem Motor angebracht wird, tritt ein Werkzeug wie ein Schraubschlüssel mit dem Werkzeug-Eingriffs-Bereich 63 in Eingriff. Ein radial nach einwärts gekrümmter Klemmbereich 64 ist an einem Hinterendbereich der metallischen Hülse 6 bereitgestellt.
Auch weist die metallische Hülse 6 ein darin gebildetes Durchgangsloch 65 auf, das in der vertikalen Richtung dahindurch geht. Der Isolator 2 ist in das Durchgangsloch 65 eingesetzt, wodurch er im Innern der metallischen Hülse 6 gehalten wird. Das Hinterende des Isolators 2 steht weit vom Hinterende der metallischen Hülse 6 nach außen (obere Seite in 1) hervor. Im Gegensatz dazu steht das Vorderende des Isolators 2 wenig vom Vorderende der metallischen Hülse 6 nach außen (untere Seite in 1) hervor.
Die Mittenelektrode 3 ist im Innern des Isolators 2 angeordnet, der in die metallische Hülse 6 eingepasst ist. Die Mittenelektrode 3 (ein Beispiel der Elektrode für eine Zündkerze) beinhaltet einen stabförmigen Mittenelektrodenkörper 31, der sich entlang der vertikalen Richtung erstreckt, und eine am Vorderende des Mittenelektrodenkörpers 31 angebrachte kreissäulenförmige (scheibenförmige) Spitze 32 (Zündbereich). Der Mittenelektrodenkörper 31 ist ein Bauteil, das hinsichtlich der Länge in der longitudinalen Richtung kürzer ist als der Isolator 2 und die metallische Hülse 6. Der Mittenelektrodenkörper 31 ist im durchgehenden Loch 21 des Isolators 2 derart gehalten, dass ein Vorderendbereich des Mittenelektrodenkörpers 31 nach außen freiliegt. Das Hinterende des Mittenelektrodenkörpers 31 ist im Isolator 2 aufgenommen. Der Mittenelektrodenkörper 31 ist aus Nickel (Ni) oder einer Nickel-basierten Legierung, die Nickel als größten Anteil enthält (z. B. NCF600, NCF601 oder dergleichen) gebildet. Man beachte, dass der Mittenelektrodenkörper 31 eine Zwei-SchichtStruktur mit einem aus Nickel oder einer Nickel-basierten Legierung gebildeten Mantelbereich (Basismaterial) und einem in dem Mantelbereich eingebetteten Kernbereich aufweisen kann. In diesem Fall ist der Kernbereich vorzugsweise aus Kupfer (Cu) gebildet, welches eine größere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Mantelbereich, oder aus einer Kupferlegierung, die Kupfer als größten Anteil enthält. Man beachte, dass die Details der Spitze 32 später beschrieben werden.
Das metallische Anschlussbauteil 5 ist ein stabförmiges, sich in der vertikalen Richtung ersteckendes Bauteil und ist derart befestig, dass das metallische Anschlussbauteil 5 in einen Hinterendbereich des durchgehenden Lochs 21 des Isolators 2 eingesetzt ist. Das metallische Anschlussbauteil 5 ist in dem Isolator 2 (dem durchgehenden Loch 21) an der Hinterendseite der Mittenelektrode 3 angeordnet. Das metallische Anschlussbauteil 5 ist aus einem elektrisch leitfähigen metallischen Material (beispielsweise niederkohligem Stahl) gebildet. Man beachte, dass die Oberfläche des metallischen Anschlussbauteils 5 zum Zweck beispielsweise der Korrosionsverhinderung mit beispielsweise Nickel plattiert sein kann.
Das metallische Anschlussbauteil 5 weist einen an der Vorderendseite angeordneten stabförmigen Stegbereich 51, einen an der Hinterendseite des Stegbereichs 51 angeordneten Flanschbereich 52 und einen an der Hinterendseite des Flanschbereichs 52 angeordneten Kappen-Anbringungs-Bereich 53 auf. Der Stegbereich 51 ist in das durchgehende Loch 21 des Isolators 2 eingesetzt. Der Flanschbereich 52 ist ein Bereich, der von einem Hinterendbereich des Isolators 2 freiliegt und mit dem Hinterendbereich des Isolators 2 in Eingriff steht. Der Kappen-Anbringungs-Bereich 53 ist ein Bereich, an dem eine Kerzenkappe (nicht gezeigt) mit einem damit verbundenen Hochspannungskabel angebracht ist. Eine Hochspannung für die Erzeugung der Funkenentladung wird von extern durch den Kappen-Anbringungs-Bereich 53 an das metallische Anschlussbauteil 5 angelegt.
Das Widerstandselement 7 ist im durchgehenden Loch 21 des Isolators 2 so angeordnet, dass es zwischen dem Vorderende des metallischen Anschlussbauteils 5 (dem Vorderende des Stegbereichs 51) und dem Hinterende der Mittenelektrode 3 (dem Hinterende des Mittenelektrodenkörpers 31) angeordnet ist. Das Widerstandselement 7 weist einen Widerstand von beispielsweise 1 kΩ oder mehr (beispielsweise 5 kΩ) auf und hat beispielsweise die Funktion der Verringerung von aufgrund der Funkenerzeugung erzeugtem Rauschen. Das Widerstandselement 7 ist beispielsweise aus einer Zusammensetzung gebildet, die Glaspartikel (als Hauptkomponente), andere keramische Partikel als die Glaspartikel und ein elektrisch leitfähiges Material beinhaltet.
Ein Spalt ist innerhalb des durchgehenden Lochs 21 zwischen dem Vorderende des Widerstandselements 7 und dem Hinterende der Mittenelektrode 3 gebildet, und eine elektrisch leitfähige Dichtung 8 ist so angeordnet, dass sie diesen Spalt ausfüllt. Auch ist ein weiterer Spalt innerhalb des durchgehenden Lochs 21 zwischen den Hinterende des Widerstandselements 7 und dem Vorderende des metallischen Anschlussbauteils 5 gebildet, und eine elektrisch leitfähige Dichtung 9 ist so angeordnet, dass sie diesen Spalt ausfüllt. Die Dichtungen 8 und 9 sind aus einer elektrisch leitfähigen Zusammensetzung gebildet; beispielsweise einer Zusammensetzung, die Glaspartikel (zum Beispiel B2O₃-SiO₂-Glas) und Partikel von Metallen (Cu, Fe, etc.) beinhaltet.
Die Masseelektrode 4 besteht aus einem Plattenstück, das auf halber Strecke derart gebogen ist, dass es im Ganzen eine annähernde L-ähnliche Gestalt aufweist, und ihr Hinterendbereich 42 ist mit dem Vorderende der metallischen Hülse 6 verbunden. Ein Vorderendbereich 41 der Masseelektrode 4 ist so angeordnet, dass er einem Vorderendbereich (der Spitze 32) der Mittenelektrode 3 mit einem dazwischen gebildeten Abstand zugewandt ist. Die Masseelektrode 4 und die metallische Hülse 6 sind miteinander beispielsweise mittels einer Schweißtechnik, wie Widerstandsschweißen oder Laserschweißen, verbunden. Infolge dessen sind die Masseelektrode 4 und die metallische Hülse 6 miteinander elektrisch verbunden. Wie in dem Fall der metallischen Hülse 6 ist die Masseelektrode 4 beispielsweise aus Nickel oder einer Nickel-basierten Legierung gebildet.
Zwischen der Spitze 32 am Vorderendbereich der Mittenelektrode 3 und dem Vorderendbereich 41 der Masseelektrode 4 liegt ein Raum S. Wenn eine Hochspannung zwischen der Mittenelektrode 3 und der Masseelektrode 4 angelegt wird, tritt in dem Raum S ungefähr entlang der Achse AX eine Funkenentladung auf.
Als Nächstes wird die Spitze 32 detailliert beschrieben. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Spitze 32. Die Spitze (ein Beispiel der Edelmetallspitze für eine Zündkerze) ist ein am Vorderendbereich der Mittenelektrode 3 als Zündbereich angebrachtes Bauteil und weist eine Kreissäulengestalt (scheibenähnliche Gestalt) auf. Eine obere Oberfläche 32a und eine untere Oberfläche der Spitze 32 weisen Kreisform auf, und die Spitze 32 ist in der Weise angebracht, dass die obere Oberfläche 32a mit der unteren Endoberfläche des stabförmigen Mittenelektrodenkörpers 31 in Kontakt kommt. Die Spitze 32 und der Mittenelektrodenkörper 31 werden miteinander mittels einer Schweißtechnik, wie Widerstandsschweißen oder Laserschweißen, verbunden.
Die Spitze 32 ist aus einer Iridium-basierten Legierung gebildet, die Iridium (Ir) als Hauptkomponente und außerdem andere Komponenten wie Aluminium (Al) etc. beinhaltet. Genauer gesagt ist die Spitze 32 aus einer Iridium-basierten Legierung gebildet, die Iridium (Ir) in einer Menge von 50 Masse% oder mehr und Aluminium (Al) in einer Menge von 0,1 Masse% oder mehr und 5 Masse% oder weniger und ferner Rhodium (Rh) beinhaltet.
Die Spitze 32 aus einer solchen Iridium-basierten Legierung weist eine metallografische Struktur auf, in welcher faserähnliche Elemente beobachtet werden.
3 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch eine metallografische Struktur darstellt, die aus in der Spitze 32 enthaltenen faserähnlichen Elementen besteht. 3 zeigt die faserähnlichen Elemente R der metallografischen Struktur, die von der Iridium-basierten Legierung und sich in der horizontalen Richtung erstrecken. Man beachte, dass die faserähnlichen Elemente der in der Iridium-basierten Legierung gebildeten metallografischen Struktur in der vorliegenden Beschreibung als „faserähnliche Strukturelemente“ bezeichnet werden können. Das faserähnliche Strukturelement R wird infolge der Dehnung des Materials beim Warmumformen beim Verfahren der Herstellung der Spitze 32 gebildet, welches später beschrieben wird. Man beachte, dass ein in den 2 und 3 gezeigter Zwei-Wege-Pfeil A die Längsrichtung des faserähnlichen Strukturelements R (nämlich die Erstreckungsrichtung des faserähnlichen Strukturelements R) darstellt. Die Spitze 32 ist derart angebracht, dass die Längsrichtung des faserähnlichen Strukturelements R (die durch den Zwei-Wege-Pfeil A dargestellte Erstreckungsrichtung) mit der Richtung der Achse AX der Zündkerze 1 zusammenfällt (mit anderen Worten, parallel zur Achse AX wird).
Das Aspektverhältnis des faserähnlichen Strukturelements (Kristallkorns) R wird durch das folgende Verfahren erhalten. Zuerst wird die Spitze 32 entlang einer Ebene geschnitten, die die Achse AX der Zündkerze 1 enthält, und die Schnittfläche wird zu einer polierten Oberfläche poliert. 3 zeigt eine Schnittfläche (polierte Oberfläche) der Spitze 32, die durch Schneiden der Spitze 32 entlang einer Ebene erhalten wurde, die die Achse AX enthält (die Richtung des Zwei-Wege-Pfeils A). Danach wird diese polierte Oberfläche unter einem FE-SEM (Feldemissions-Scanning-Elektronenmikroskop) betrachtet und die maximale Länge 1 des faserähnlichen Strukturelements (Kristallkorns) R in der Richtung parallel zur Achse AX (der Richtung des in 3 gezeigten Zwei-Wege-Pfeils A) und die maximale Länge m des faserähnlichen Strukturelements (Kristallkorns) R in der Richtung senkrecht zur Achse AX (der Richtung des in 3 gezeigten Zwei-Wege-Pfeils A) werden gemessen. Die maximalen Längen 1 und m jedes von mehreren faserähnlichen Strukturelementen R werden gemessen, und das Verhältnis 1/m von jedem faserähnlichen Strukturelement R wird berechnet. Der Durchschnitt der berechneten Verhältnisse 1/m (beispielsweise der Durchschnitt L/M der Verhältnisse 1/m von zwanzig Kristallkörnern) wird als das Aspektverhältnis der faserähnlichen Strukturelemente (Kristallkörner) R verwendet. Man beachte, dass von den maximalen Längen L und M (Durchschnittswerte), die kleinere maximale Länge (M) die durchschnittliche Länge der faserähnlichen Strukturelemente (Kristallkörner) R in der Nebenachsenrichtung ist. Auch ist die durchschnittliche Länge der faserähnlichen Strukturelemente (Kristallkörner) R in der Hauptachsenrichtung L.
Auch ist der Durchschnittswert L/M des Aspektverhältnisses der faserähnlichen Strukturelemente der metallografischen Struktur 150 oder größer, und die durchschnittliche Länge M in der Nebenachsenrichtung ist 25 µm oder weniger. Wenn das Aspektverhältnis (Durchschnittswert) und die durchschnittliche Länge in der Nebenachsenrichtung der faserähnlichen Strukturelemente der metallografischen Struktur in die oben beschriebenen Bereiche fallen, ist das Abfallen von Kristallkörnern von der Spitze 32 beschränkt, und die Spitze 32 weist hervorragende Standfestigkeit auf.
Man beachte, dass das oben beschriebene Aspektverhältnis (Durchschnittswert) vorzugsweise 160 oder größer ist. Auch ist die oben beschriebene durchschnittliche Länge M in der Nebenachsenrichtung vorzugsweise 14 µm oder größer und vorzugsweise 19 µm oder weniger.
Der Iridium (Ir)-Gehalt (untere Grenze) der für die Spitze 32 verwendeten Iridium-basierten Legierung ist vorzugsweise 55 Masse% oder größer, mehr bevorzugt 60 Masse% oder größer.
Beispielsweise enthält die für die Spitze 32 verwendete Iridium-basierten Legierung Iridium (Ir) in einer Menge von 50 Masse% oder mehr und Aluminium (Al) in einer Menge von 0,1 Masse% oder mehr und 5 Masse% oder weniger und kann ferner Rhodium (Rh) in einer Menge von 3 Masse% oder mehr und weniger als 30 Masse% enthalten. Man beachte, dass, wenn der Aluminium (Al)-Gehalt der oben beschriebenen Iridium-basierten Legierung in den oben beschriebenen Bereich fällt, die Spitze 32 hervorragende Bearbeitbarkeit, Standfestigkeit etc. aufweist. Auch wenn der Rhodium (Rh)-Gehalt in den oben beschriebenen Bereich fällt, weist die Spitze 32 hervorragende Bearbeitbarkeit, Standfestigkeit etc. auf.
Die oben beschriebene Iridium-basierte Legierung kann auch wenigstens eines von Ruthenium (Ru) und Nickel (Ni) enthalten. In diesem Fall kann die oben beschriebene Iridium-basierte Legierung Ruthenium (Ru) in einer Menge von 3 Masse% oder mehr und weniger als 20 Masse% und/oder Nickel (Ni) in einer Menge von 0,1 Masse% oder mehr und weniger als 5 Masse% enthalten. Man beachte, dass, wenn der Ruthenium (Ru)-Gehalt der oben beschriebenen Iridium-basierten Legierung in den oben beschriebenen Bereich fällt, die Spitze 32 hervorragende Bearbeitbarkeit, Standfestigkeit etc. aufweist. Auch wenn der Nickel (Ni)-Gehalt in den oben beschriebenen Bereich fällt, weist die Spitze 32 hervorragende Bearbeitbarkeit, Standfestigkeit etc. auf.
Man beachte, dass in der vorliegenden Ausführungsform Ruthenium (Ru) und Nickel (Ni) optionale Elemente sind und der Iridium-basierten Legierung bei Bedarf zugefügt werden.
Die Iridium-basierte Legierung kann auch andere Elemente wie Platin (Pt) als optionale Elemente beinhalten, solange die Aufgabe der Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
Als Nächstes wird das Verfahren zur Herstellung der Spitze 32 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch das Verfahren zur Herstellung der Spitze 32 darstellt. Wie in Abschnitt (a) von 4 gezeigt, wird zunächst ein Materialpulver P, dessen Hauptkomponente Iridium ist und das ein vorbestimmtes Zusammensetzungsverhältnis aufweist, vorbereitet. Das Materialpulver P ist ein Gemisch aus Iridiumpulver, Aluminiumpulver, Rhodiumpulver etc., die so zusammengemischt werden, dass das oben beschriebene Zusammensetzungsverhältnis erreicht wird. Man beachte, dass die Korngröße jedes Pulvers ungefähr dieselbe ist wie die Korngröße des Materialpulvers, das verwendet wird, wenn eine Spitze dieses Typs hergestellt wird. Infolge des Zusammenmischens der jeweiligen Komponenten in Pulverform kann ein Materialpulver erhalten werden, dessen Zusammensetzung gleichmäßig ist.
Als Nächstes wird, wie in Abschnitt (b) von 4 gezeigt, das Materialpulver P in eine vorbestimmte Gestalt (beispielsweise eine zylindrische Säulenform) unter Verwendung einer vorbestimmten Pulverpresse pressgeformt, was zu einem Kompakt 100 führt. Da der Kompakt 100 mittels Pressformens (Pulverpressformens) hergestellt wird, wird ein Kompakt 100 erhalten, der die gleichmäßige Zusammensetzung beibehält. In dieser Ausführungsform weist der erhaltene Kompakt 100 eine zylindrische Säulenform auf.
Danach wird der erhaltene Kompakt 100 mittels Lichtbogenschmelzen aufgeschmolzen, gefolgt von Warmschmieden, wodurch ein Ingot 110 wie in Abschnitt (c) von 4 gezeigt erhalten wird.
Um die Segregation von Aluminium zu vermeiden, die andernfalls infolge des Temperaturabfalls nach dem Fertigstellen des Ingots 110 auftreten könnte, wird Warmumformen in einem Zustand des Ingots 110 durchgeführt, in dem der Ingot 110 auf Rotglut-Temperatur gehalten wird. Beispielsweise wird der erhaltene zylindersäulenförmige Ingot 110 mittels Warm-Dreh-Schmieden (sogenanntes Warm-Swaging), bei welchem ein Dreh-Hammer eingesetzt wird, mittels Warm-Draht-Stabwalzen (beispielsweise Warm-Draht-Stabwalzen, wobei gerillte Walzen zum Bilden eines Kalibers eingesetzt werden), oder mittels einer Kombination davon in einer Richtung in die Länge gedehnt, wodurch ein stabförmiges Material hergestellt wird. Das hergestellte stabförmige Material wird ferner beispielsweise mittels Warm-Drahtziehen, bei dem eine Draht-Zieh-Matrize verwendet wird, in einer Richtung gedehnt, wodurch wie in Abschnitt (d) von 4 gezeigt ein drahtähnliches Material 200 erhalten wird. Auf diese Weise wird infolge des Dehnens des Ingots 110 in einer Richtung mittels Warmumformen das drahtähnliche Rohmaterial 200 gebildet. Das drahtähnliche Rohmaterial 200 weist die Gestalt einer länglichen Kreissäule auf, und sein Querschnitt (Querschnitt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung) ist kreisförmig. Ein Zwei-Wege-Pfeil C in Abschnitt (d) von 4 stellt die Ausdehnungsrichtung des drahtähnlichen Rohmaterials 200 dar.
Wie in Abschnitt (e) von 4 gezeigt, werden Spitzen 32 durch Schneiden des drahtähnlichen Rohmaterials 200 in vorbestimmten Abständen in der Ausdehnungsrichtung (Längsrichtung) erhalten (nämlich durch Schneiden des drahtähnlichen Rohmaterials 200 in einer Richtung senkrecht zur Ausdehnungsrichtung). Eine solche Spitze 32 weist längliche faserähnliche metallografische Strukturelemente (faserähnliche Strukturelemente) R auf, die sich entlang der Ausdehnungsrichtung C erstrecken (siehe 3). In der oben beschriebenen Weise können die Spitzen 32 aus dem Pulvermaterial P hergestellt werden.
Man beachte, dass ein Film 32x auf jeder der Oberflächen der durch Schneiden des drahtähnlichen Rohmaterials 200 in vorbestimmten Abständen wie oben beschrieben erhaltenen Spitzen 32 gebildet werden kann. Der Film 32x wird durch Ausführen einer Wärmebehandlung, unter einer vorbestimmten Hochtemperatur-Bedingung, in einer oxidierenden Atmosphäre (nämlich in einer Atmosphäre, die einen großen Anteil eines oxidierenden Gases wie Sauerstoff enthält) gebildet. Diese Wärmebehandlung kann beispielsweise in UmgebungsAtmosphäre oder in einer Atmosphäre, der aktiv ein oxidierendes Gas von außen zugeführt wird, erfolgen. Diese Atmosphären sind Beispiele der oxidierenden Atmosphäre. Die Hochtemperatur-Bedingung dieser Wärmebehandlung ist beispielsweise ein Temperaturbereich von 800 °C bis 950 °C.
5 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Struktur einer Spitze 32 darstellt, auf der der Film 32x gebildet ist. 5 zeigt schematisch einen Zustand, in dem der Film 32x so gebildet wird, dass er die gesamte Oberfläche eines inneren Bereichs 32y der Spitze 32 bedeckt. Der Film 32x enthält Aluminiumoxid als Hauptkomponente und weist im Allgemeinen eine Dicke von etwa 1 µm bis 10 µm auf. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet „Aluminiumoxid“ eine Substanz, die als Ergebnis der Oxidation von Aluminium erhalten wird (nämlich ein Oxid des Aluminiums) und die beispielsweise Al₂O₃ oder durch andere chemische Formeln dargestelltes Aluminiumoxid sein kann.
Obgleich die Spitze 32, bevor sie der Wärmebehandlung unterzogen wird (nämlich wie sie durch Schneiden des drahtähnlichen Rohmaterials in eine Spitzengestalt erhalten wird), nicht nur Aluminium (Al), sondern auch andere Metallelemente wie Iridium (Ir) und Rhodium (Rh) enthält, reagiert das Aluminium im Vergleich zu solchen anderen Metallelementen (für die Spitze 32 verwendeten Metallelementen) leicht mit Sauerstoff. Daher wird davon ausgegangen, dass auf der Oberfläche der Spitze 32 infolge der oben beschriebenen Wärmebehandlung ein Film hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet wird. Man beachte, dass von der Spitze 32, der von dem Film 32x bedeckte innere Bereich 32y im Wesentlichen kein Aluminiumoxid (Sauerstoff) enthält. Er wird davon ausgegangen, dass Aluminium in dem inneren Bereich 32y nicht in Form des Oxids, sondern als nicht-oxidische Substanz (genauer gesagt, metallisches Aluminium) vorliegt.
Wie oben beschrieben wird in der Spitze 32 (genauer gesagt, im inneren Bereich 32y) enthaltenes Iridium (insbesondere Iridium nahe der Oberfläche) in dem Falle, dass der Aluminiumoxid enthaltende Film 32x auf der Oberfläche der Spitze 32 gebildet ist, durch den Film 32x geschützt, sodass Verdampfen und Oxidation des Iridiums (Ir) unterdrückt werden. Infolge dessen kann die Standfestigkeit der Spitze 32 weiter erhöht werden. Man beachte, dass in dem Falle, dass das Aluminiumoxid in den inneren Bereich 32y eindringt, unter Hochtemperaturbedingungen (zum Beispiel 1100 °C bis 1200 °C) aufgrund der Volumenausdehnung intergranulare Risse auftreten können. Daher ist es bevorzugt, dass Aluminium im inneren Bereich 32y in der Form von Aluminiummetall vorliegt.
Das Vorhandensein des Aluminiumoxid enthaltenden Films 32x kann beispielsweise mittels einem mit einem energiedispersiven Röntgen-Analysator ausgestatteten Scanning-Elektronenmokriskop (SEM-EDS) bestätigt werden. Auch werden die faserähnlichen Elemente der metallografischen Struktur wie oben beschrieben in dem inneren Bereich 32y der Spitze 32 beobachtet.
Wie in 5 gezeigt dient in dem Fall, dass die Spitze 32 derart angebracht wird, dass, von der oberen und unteren Oberfläche 32a und 32b, die obere Oberfläche 32a in Kontakt mit der unteren Endoberfläche des stabförmigen Mittenelektrodenkörpers 31 (siehe 1) kommt, die untere Oberfläche 32b als die Entladungsoberfläche der Spitze 32. Man beachte, dass eine Oberfläche der Spitze 32 für die Mittenelektrode 3, welche Oberfläche der Masseelektrode 4 zugewandt ist, als die Entladungsoberfläche der Mittenelektrode 3 dient. Daher weist die Spitze 32 den Film 32x vorzugsweise wenigstens auf einem Bereich (der unteren Oberfläche 32b) auf, der als die Entladungsoberfläche dient. Auch kann die Wärmebehandlung zur Bildung des Films 32x auf der Spitze 32 jederzeit ausgeführt werden, solange die Aufgabe der Erfindung nicht beeinträchtigt wird. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung in einem Zustand ausgeführt werden, in dem die Spitze 32 einzeln vorliegt oder in einem Zustand, in dem die Spitze 32 an dem Mittenelektrodenkörper 32 angebracht worden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform werden während der Herstellung der Spitze 32 Materialkomponenten wie Iridium und Aluminium gleichmäßig in Pulverform gemischt, und der Kompakt 100 wird aus dem erhaltenen Materialpulver P gebildet, welches in dem gleichmäßig gemischten Zustand gehalten wird. Daher ist es ermöglicht, eine Veränderung der Zusammensetzung des Materialpulvers, die andernfalls auftreten würde, wenn Pulver von Aluminium, dessen spezifisches Gewicht klein ist, aufgrund beispielsweise von Aufwühlen und Wegfliegen entfernt wird, zu verhindern.
Auch wird in der vorliegenden Ausführungsform der aus dem Kompakt 100 erhaltene Ingot 110 mittels Warmumformen in einer Richtung gedehnt, während er in einem Rot-Glut-Zustand gehalten wird. Daher können faserähnliche metallografische Strukturelemente R in dem gedehnten Ingot 110 (nämlich das drahtähnliche Rohmaterial 200) in einem Zustand gebildet werden, in dem die Erstarrungs-Segregation von Alumina oder dergleichen unterdrückt ist. Da die aus einem solchen drahtähnlichen Rohmaterial 200 geschnittene Spitze 32 die aus einer vorbestimmten Iridium-basierten Legierung gebildeten faserähnlichen metallografischen Strukturelemente R aufweist, weist die Spitze 32 keine granulären Kristallkörner auf, welche leicht abfallen, und die Spitze 32 weist hervorragende Standfestigkeit auf.
Andere Ausführungsformen
In anderen Ausführungsformen kann eine aus demselben Material wie die Spitze 32 gebildete Spitze beispielsweise am Vorderendbereich 41 der in 1 gezeigten Masseelektrode 4 angebracht sein, so dass die am Vorderendbereich 41 der Masseelektrode 4 der Spitze 32 zugewandt ist. Wie die Spitze 32 für die Mittenelektrode 3 der ersten Ausführungsform ist die Spitze für die Masseelektrode 4 in der Weise bereitgestellt, dass die Längsrichtung (Ausdehnungsrichtung) jedes faserähnlichen Strukturelements mit der Richtung der Achse AX zusammenfällt (mit anderen Worten, parallel zur Achse AX wird). Die Spitze für die Masseelektrode 4 ist ebenfalls hervorragend der Standfestigkeit, weil kaum Kristallkörner abfallen. Man beachte, dass wie in dem Fall der Spitze für die Mittenelektrode ein Aluminiumoxid enthaltender Film auf der Oberfläche der Spitze für die Masseelektrode 4 gebildet sein kann. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Film auf wenigstens derjenigen Oberfläche (Entladungsoberfläche) der Spitze für die Masseelektrode 4 gebildet ist, welche Oberfläche der Mittenelektrode 4 zugewandt ist.
Nun wird die vorliegende Erfindung in weiterem Detail auf der Grundlage von Beispielen beschrieben. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung durch die Beispiele nicht beschränkt ist.
Beispiele 1 bis 15
Hauptsächlich aus Iridium (Ir) gebildete Materialpulver wurden für die Beispiele 1 bis 15 in der Weise vorbereitet, dass sie die in Tabelle 1 gezeigten jeweiligen Zusammensetzungsverhältnisse aufwiesen. Spitzen der Beispiele 1 bis 15 wurden aus den erhaltenen Materialpulvern nach demselben Verfahren hergestellt, wie das oben beschriebene Spitzen-Herstellungsverfahren (siehe 4). Genauer gesagt, wurde aus jedem Materialpulver durch Pulverpressformen ein Kompakt hergestellt, der erhaltene Kompakt wurde durch Lichtbogenschmelzen geschmolzen, und mittels Warmschmieden wurde ein Ingot erhalten. Der erhaltene Ingot wurde warmbearbeitet, während er in einem Rotglut-Zustand gehalten wurde, wodurch ein dünnes und langes zylindersäulenartiges, in einer Richtung gedehntes drahtähnliches Rohmaterial erhalten wurde. Danach wurde das drahtähnliche Rohmaterial geeignet zugeschnitten, wodurch zylindrische säulenartige Spitzen (Größe: 0,8 mm (Durchmesser) × 0,6 mm (Dicke)) erhalten wurden.
Vergleichsbeispiele 1 bis 3
Materialpulver für die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden in der Weise hergestellt, dass die Materialpulver für die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 die in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungsverhältnisse (in Masse%) aufwiesen. Eine Spitze von Vergleichsbeispiel 1 wurde aus dem erhaltenen Materialpulver nach demselben Verfahren hergestellt, wie das Verfahren zum Herstellen der Spitze von Beispiel 1 etc.
Man beachte, dass die Herstellung der Spitze von Vergleichsbeispiel 3 aus dem folgenden Grund auf halbem Wege aufgegeben wurde. Das Bearbeiten einer Iridium-basierten Legierung war durch Ursachen wie übermäßig hoher Härte erschwert, und ein Ingot zerbrach, als der Ingot mittels Warmumformen in das drahtähnliche Rohmaterial geformt wurde.
Auch wurde eine Spitze von Vergleichsbeispiel 2 nach einem anderen Verfahren hergestellt, als das Verfahren zum Herstellen der Spitzen von Beispiel 1 etc. Genauer gesagt wurde eine Iridium und Aluminium enthaltende Legierung Lichtbogen-geschmolzen, um einen Ingot herzustellen, und Schneidarbeit wurde an dem erhaltenen Ingot durchgeführt, wodurch die Spitze von Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurde. Man beachte, dass die äußere Gestalt (Größe) der Spitze von Vergleichsbeispiel 2 dieselbe ist, wie die der Spitze von Beispiel 1 etc.
Zustand der metallografischen Struktur
Die metallografische Struktur in jeder Spitze der Beispiele etc. wurde betrachtet. Genauer gesagt wurde jede Spitze entlang einer Richtung geschnitten, die die Ausdehnungsrichtung (die Richtung der Achse der Zündkerze) beinhaltete, und eine durch Polieren der Schnittfläche erhaltene polierte Oberfläche wurde unter einem FE-SEM betrachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Man beachte, dass in Tabelle 1 „faserähnlich“ den Fall bedeutet, dass faserähnliche metallografische Strukturelemente beobachtet wurden, und „granulär“ den Fall bedeutet, dass granuläre metallografische Strukturelemente beobachtet wurden.
Aspektverhältnis etc.
Für jede der Spitzen der Beispiele etc. wurde das Aspektverhältnis der metallografischen Strukturelemente bestimmt. Genauer gesagt wurde für jede Spitze der Beispiele etc. der Durchschnitt (L/M) der Aspektverhältnisse von im Ganzen zwanzig metallografischen Strukturelementen (Kristallkörnern) erhalten. Man beachte, dass L die durchschnittliche Länge der metallografischen Strukturelemente in der Hauptachsenrichtung ist, und M die durchschnittliche Länge der metallografischen Strukturelemente in der Nebenachsenrichtung ist. Die speziellen Verfahren zum Erhalten der durchschnittlichen Längen L und M sind oben bereits beschrieben worden. Tabelle 1 zeigt die Aspektverhältnisse und die durchschnittlichen Längen M (in der Nebenachsenrichtung) der Spitzen der Beispiele etc. an.
Test zur Beurteilung des Abfallens von Kristallkörnern Zündkerzen-Teststücke wurden unter Verwendung der Spitzen der Beispiele etc. hergestellt. Die Spitzen wurden als Entladungsbereiche der Mittenelektroden der Zündkerzen-Teststücke eingesetzt. Die Basisstruktur der Zündkerzen-Teststücke ist identisch zur Struktur der oben beschriebenen Zündkerze der ersten Ausführungsform.
Man beachte, dass ein Aluminiumoxid enthaltender Film auf jeder der Oberflächen (Entladungsoberflächen etc.) der Spitzen der Beispiele etc. gebildet ist, welche als die Mittenelektroden (Zündbereiche) der Zündkerzen-Teststücke eingesetzt werden. Die Wärmebehandlung zum Bilden des Films wurde gleichzeitig mit der Wärmebehandlung zum Bilden einer Dichtung (entsprechend der Dichtung 8 der ersten Ausführungsform) jedes Zündkerzen-Teststücks durchgeführt. Die Wärmebehandlung zum Bilden des Films wird nun beschrieben.
Die Dichtung wird durch Sintern einer durch Vermischen von Glaspartikeln wie B₂O₃-SiO₂-Glas, Metallpulvern (Cu, Fe etc.) vorbereiteten elektrisch leitfähigen Glaspulvermischung gebildet. Solche Glaspulvermischung wurde kompressiv in das durchgehende Loch (das durchgehende Loch 21) eines röhrenförmigen Isolators (des Isolators 2) gefüllt, welcher im Innern eine metallischen Hülse (der metallischen Hülse 6) gehalten wurde und in welche eine Mittenelektrode (die Mittenelektrode 3) mit einer an ihrem Vorderende angeschweißten Spitze eingesetzt wurde. Ferner wurde eine Widerstandselement-Zusammensetzung zum Bilden eines Widerstandselements (des Widerstandselements 7) in der Weise eingefüllt, dass die Widerstandselement-Zusammensetzung auf die Glaspulvermischung gestapelt wurde. Die Widerstandselement-Zusammensetzung wurde wie folgt vorbereitet. Elektrisch leitfähiger Industrieruß, keramische Partikel und ein vorbestimmter Binder wurden gemischt und zusammen mit Wasser als Medium vermischt. Der resultierende Brei wurde getrocknet, und die resultierende Trockenmischung und Glaspulver (zum Beispiel gebildet aus B₂O₃-SiO₂-Glasmaterial) wurden gemischt und miteinander verrührt, wodurch die Widerstandselement-Zusammensetzung erhalten wurde. Danach wurde, in einem Zustand, in dem der Druckstift von der Seite gegenüber der Mittenelektrode in das durchgehende Loch des Isolators press-eingepasst wurde, ein Verfahren zum Erwärmen der Spitze und der Glaspulvermischung etc. (Wärmebehandlung) in einer oxidierenden Atmosphäre in einem Brennofen unter einer Hochtemperaturbedingung (800 °C bis 950 °C) gleich dem oder höher als der Glaserweichungspunkt und als erforderlich zum Oxidieren von Aluminium an der Spitzenoberfläche, für eine vorbestimmte Dauer durchgeführt (zum Beispiel, 20 Minuten). Danach wurden die erwärmte Spitze und die erwärmte Glaspulvermischung etc. natürlich abgekühlt, mit dem Press-Stift im presseingepassten Zustand, wodurch die Dichtung und das Widerstandselement gebildet wurden und ein Film auf der Spitzenoberfläche gebildet wurde.
Jedes der erhaltenen Zündkerzen-Teststücke wurde zum Test an einem mit einem Turbolader ausgerüsteten Motor angebracht, und ein Test zum Betreiben des Motors für 200 Stunden wurde ausgeführt, wobei ein Zustand aufrechterhalten wurde, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Luft/Kraftstoff) eines Luft-Kraftstoff-Gemischs 14 betrug, die Drossel voll geöffnet war und die Motordrehzahl 6000 UpM betrug. Man beachte, dass der Zündwinkel der Zündkerzen-Teststücke während des Betriebs des Motors auf BTDC35° und der Einlassdruck auf-30 kPa eingestellt wurde. Nach einem solchen Test wurden die Zündkerzen-Teststücke vom Motor abgenommen und die Spitzen der Zündkerzen-Teststücke wurden unter einem Vergrößerungsglas betrachtet, um zu bestimmen, ob ein Abfallen von Kristallkörnern auftrat, oder nicht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Man beachte, dass in Tabelle 1 „trat auf“ den Fall angibt, in dem ein Abfallen von Kristallkörnern auftrat, und „trat nicht auf“ den Fall angibt, in dem kein Abfallen von Kristallkörnern auftrat.
Test zur Beurteilung der Standfestigkeit
Gesondert von den für den oben beschriebenen Test zur Beurteilung des Abfallens von Kristallkörnern verwendeten Zündkerzen-Teststücken wurden Zündkerzen-Teststücke unter Verwendung von Spitzen der Beispiele etc. hergestellt. Jedes der Zündkerzen-Teststücke wurde an eine Druckkammer angeschlossen und ein Test des wiederholten Erzeugens einer Entladung mit dem Zündkerzen-Teststück wurde in einem auf 0,6 MPa gebrachten Stickstoffgasatmosphäre unter der Bedingung von 100 Hz und 3 Stunden durchgeführt. Für jedes der Zündkerzen-Teststücke wurde eine Veränderung der Masse der Spitze aufgrund des Tests bestimmt, und ein Wert erhalten durch Dividieren des Änderungsbetrags (g) durch die Dichte der Spitze, vorab vor dem Test erhalten, wurde als Abbrandvolumen verwendet.
In dem Fall, dass das Abbrandvolumen 0,05 mm³ oder größer war, wurde die Spitze als stark abgebrannt und wenig standfest bestimmt, was durch ein „X“ in Tabelle 1 angegeben ist.
In dem Fall, dass das Abbrandvolumen 0,04 mm³ oder größer und kleiner als 0,05 mm³ war, wurde die Spitze als weniger stark abgebrannt und einigermaßen standfest bestimmt, was durch ein „O“ in Tabelle 1 angegeben ist.
In dem Fall, dass das Abbrandvolumen 0,03 mm³ oder größer und kleiner als 0,04 mm³ war, wurde die Spitze als hervorragend standfest bestimmt, was durch ein „O+“ in Tabelle 1 angegeben ist.
In dem Fall, dass das Abbrandvolumen kleiner als 0,03 mm³ war, wurde die Spitze als besonders hervorragend standfest bestimmt, was durch ein „O++“ in Tabelle 1 angegeben ist.

Tabelle 1

	Materialpulver-Zusammensetzung (Gew.-%)					Metallographische Struktur	Aspektverhältnis L/M	mittlere Länge in Nebenachsenrichtung (µm)	Abfallen von Kristallkörnern	Standfestigkeit
	Ir	Rh	Al	Ru	Ni	Metallographische Struktur	Aspektverhältnis L/M	mittlere Länge in Nebenachsenrichtung (µm)	Abfallen von Kristallkörnern	Standfestigkeit
Vergleichsbeispiel 1	Rest	20	0,02			faserähnlich	160	10	trat nicht auf	X
Vergleichsbeispiel 2	Rest	20	0,05			qranulär	1,2	50	trat auf	O
Beispiel 1	Rest	20	0,1			faserähnlich	170	15	trat nicht auf	O
Beispiel 2	Rest	20	0,5			faserähnlich	200	18	trat nicht auf	O
Beispiel 3	Rest	20	1,0			faserähnlich	180	16	trat nicht auf	O
Beispiel 4	Rest	20	5			faserähnlich	170	15	trat nicht auf	O
Vergleichsbeispiel 3	Rest	20	7			nicht bearbeitbar	-	-	-	-
Beispiel 5	Rest	1	0,5			faserähnlich	160	19	trat nicht auf	O
Beispiel 6	Rest	3	0,5			faserähnlich	180	15	trat nicht auf	O
Beispiel 7	Rest	10	0,5			faserähnlich	170	14	trat nicht auf	O
Beispiel 8	Rest	25	0,5			faserähnlich	150	18	trat nicht auf	O
Beispiel 9	Rest	20	0,5	3		faserähnlich	170	18	trat nicht auf	O+
Beispiel 10	Rest	20	0,5	6		faserähnlich	180	17	trat nicht auf	O+
Beispiel 11	Rest	20	0,5	10		faserähnlich	180	19	trat nicht auf	O+
Beispiel 12	Rest	20	0,5	18		faserähnlich	170	19	trat nicht auf	O+
Beispiel 13	Rest	20	0,5	10	0,1	faserähnlich	160	16	trat nicht auf	O++
Beispiel 14	Rest	20	0,5	10	1	faserähnlich	180	15	trat nicht auf	O++
Beispiel 15	Rest	20	0,5	10	3	faserähnlich	160	18	trat nicht auf	O++

Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist jede der Spitzen der Beispiel 1 bis 15 aus einer Iridium-basierten Legierung gebildet, faserähnliche Strukturelemente werden an ihrer Schnittfläche (polierte Oberfläche) beobachtet, der Durchschnitt (L/M) der Aspektverhältnisse der metallografischen Strukturelemente ist 150 oder größer, und die mittlere Länge M in der Nebenachsenrichtung beträgt 25 µm oder weniger. Es wurde bestätigt, dass eine solche Spitze eine ausgezeichnete Standfestigkeit aufweist, weil das Abfallen von Kristallkörnern beschränkt ist.
Die Spitze von Vergleichsbeispiel 1 zeigt den Fall, in dem der Aluminiumgehalt kleiner als 0,1 Masse% ist. Weil der Aluminiumgehalt der Spitze von Vergleichsbeispiel 1 übermäßig klein ist, zeigen die Testergebnisse, dass die Spitze von Vergleichsbeispiel 1 eine ungenügende Standfestigkeit aufweist.
Die Spitze von Vergleichsbeispiel 2 zeigt den Fall, in dem die metallografischen Strukturelemente granulär sind. 6 ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch in der Spitze von Vergleichsbeispiel 2 enthaltene metallografischen Strukturelemente darstellt. Die Spitze von Vergleichsbeispiel 2 wurde aus einem Ingot durch Schneidarbeit erhalten. Daher wurden aus granulären Kristallkörnern X bestehende metallografische Strukturelemente mit einem kleinen Aspektverhältnis in der Spitze von Vergleichsbeispiel 2 beobachtet. Es wurde durch die Ergebnisse des Tests zum Abfallen von Kristallkörnern bestätigt, dass in einem solchen Fall leicht Kristallkörner abfallen.
Das Vergleichsbeispiel 3 zeigt den Fall, in dem der Aluminiumgehalt der Iridium-basierten Legierung hoch ist. In Vergleichsbeispiel 3 war, wie oben beschrieben, die Bearbeitung schwierig, aus Gründen wie einer übermäßigen Härte der Iridium-basierten Legierung.
Man beachte, dass es, wie in Tabelle 1 gezeigt, bestätigt wurde, dass von den Spitzen der Beispiele 1 bis 15, diejenigen Spitzen der Beispiele 9 bis 15 eine noch bessere Standfestigkeit als die Spitzen der Beispiele 1 bis 8, und unter ihnen die Spitzen der Beispiele 13 bis 15 besonders hervorragende Standfestigkeit aufweisen.
Prüfen des Films
Hierbei wurde die Spitze von Beispiel 14 als beispielhaft für die Spitzen der Beispiele gewählt, und der an der Oberfläche (Entladungsoberfläche) der Spitze von Beispiel 14 gebildete Film wurde mittels SEM-EDS geprüft. Die Ergebnisse sind in den 7 und 8 gezeigt. 7 ist ein Bild, erhalten durch Visualisieren der Verteilung von Aluminium, mittels EDS-Mapping, auf einem SEM-Bild einer Schnittfläche nahe der Oberfläche der Spitze von Beispiel 14. Wie in 7 gezeigt, ist Aluminium gleichmäßig in der gesamten Spitze verteilt. Das Aluminium ist nämlich nicht nur in dem Filmbereich 32x (Oberflächenschicht) gleichmäßig verteilt, sondern auch im inneren Bereich 32y einwärts des Films 32x. Man beachte, dass das Symbol S10 in 7 den Raum zeigt (dasselbe gilt für 8).
8 ist ein Bild, erhalten durch Visualisieren der Verteilung von Sauerstoff, mittels EDS-Mapping, auf einem SEM-Bild einer Schnittfläche nahe der Oberfläche der Spitze von Beispiel 14. Wie in 8 gezeigt, ist Sauerstoff nur in dem Filmbereich 32x (Oberflächenschicht) vorhanden, und ist im inneren Bereich 32y nicht vorhanden. Da Sauerstoff in der Oberflächenschicht vorhanden ist, kann gesagt werden, dass der Aluminiumoxid enthaltende Film 32x gebildet wurde.
Man beachte, dass, wie in 8 gezeigt, Sauerstoff nur in der Oberflächenschicht (Film 32x) gefunden wurde und in dem inneren Bereich 32y nicht gefunden wurde. Daher kann gesagt werden, dass in dem inneren Bereich 32y kein Aluminiumoxid enthalten ist. In dem Fall, dass nur der Film 32x, welches die Oberflächenschicht ist, Aluminiumoxid enthält und der innere Bereich 32y kein Aluminiumoxid enthält, ist es ermöglicht, das Auftreten von Problemen wie intergranulären Rissen zu vermeiden, die andernfalls aufgrund der Volumenausdehnung der Spitze bei hohen Temperaturen auftreten würden.
Bezugszeichenliste

1: Zündkerze
2: Isolator
3: Mittenelektrode (Elektrode für Zündkerzen)
31: Mittenelektrodenkörper
32: Spitze (Edelmetallspitze für Zündkerzen)
4: Masseelektrode
5: metallischer Anschluss
6: metallische Hülse
7: Widerstandselement
8, 9: Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008248322 A [0005]

Claims

Edelmetallspitze für eine Zündkerze, enthaltend: Iridium (Ir) in einer Menge von 50 Masse% oder mehr; Aluminium (Al) in einer Menge von 0,1 Masse% oder mehr und 5 Masse% oder weniger; und Rhodium (Rh), wobei eine faserähnliche Elemente enthaltende metallografische Struktur beobachtet wird, wobei die faserähnlichen Elemente der metallografischen Struktur ein durchschnittliches Aspektverhältnis von 150 oder mehr und eine durchschnittliche Länge von 25 µm oder weniger in einer Nebenachsenrichtung aufweisen.
Edelmetallspitze für eine Zündkerze gemäß Anspruch 1, welche Rhodium (Rh) in einer Menge von 3 Masse% oder mehr und weniger als 30 Masse% enthält.
Edelmetallspitze für eine Zündkerze gemäß Anspruch 1 oder 2, welche ferner wenigstens eines von Ruthenium (Ru) und Nickel (Ni) enthält.
Edelmetallspitze für eine Zündkerze gemäß Anspruch 3, welche Ruthenium (Ru) in einer Menge von 3 Masse% oder mehr und weniger als 20 Masse% und/oder Nickel (Ni) in einer Menge von 0,1 Masse% oder mehr und weniger als 5 Masse% enthält.
Edelmetallspitze für eine Zündkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, welche einen an einer Oberfläche der Spitze gebildeten, und Aluminiumoxid enthaltenden Film aufweist.
Elektrode für Zündkerzen, beinhaltend eine Edelmetallspitze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
Zündkerze mit einer Elektrode für Zündkerzen gemäß Anspruch 6.
Zündkerze, bei welcher wenigstens eine von der Mittenelektrode und der Masseelektrode eine Edelmetallspitze für Zündkerzen gemäß Anspruch 5 aufweist, wobei der Film wenigstens auf einer Entladungsoberfläche der Edelmetallspitze für Zündkerzen ausgebildet ist.