-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze.
-
Stand der Technik
-
Als in einem Verbrennungsmotor, beispielsweise einem Benzinmotor, zu verwendende Zündkerze ist eine Zündkerze bekannt, die durch Anlegen einer Spannung zwischen einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode einen Funken erzeugt (zum Beispiel PTL 1).
-
PTL 1 offenbart eine Zündkerze, bei welcher am Vorderende einer Mittelelektrode eine Edelmetallspitze bereitgestellt ist und als Materialien der Edelmetallspitze Iridium (Ir) und Rhodium (Rh) eingesetzt werden.
-
Literaturliste
-
Druckschriften
-
PTL 1:
Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2013-30388 -
Kurzdarstellung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Allerdings sind Ir und Rh teure Materialien und nicht notwendigerweise überall marktgängig. Somit wird gewünscht, eine Edelmetallspitze mit Standfestigkeit zu entwickeln, wobei die verwendeten Mengen an Ir und Rh verringert sind.
-
Lösung der Aufgabe
-
Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, und kann in den folgenden Formen ausgeführt werden.
-
(1) Gemäß einer Form der vorliegenden Erfindung wird eine Zündkerze bereitgestellt. Die Zündkerze weist eine Mittenelektrode auf, die an ihrem einem Ende eine säulenförmige Edelmetallspitze beinhaltet, sowie eine Massenelektrode, die einen Zündspalt zwischen der Massenelektrode und einer kreisförmigen Entladungs-Oberfläche der Edelmetallspitze bildet. In der Edelmetallspitze ist der Massen%-Anteil an Pt am größten und ein Prozentanteil an Ni ist größer oder gleich 0 Massen% und kleiner oder gleich 40 Massen%. Sowohl in einem Querschnitt der Edelmetallspitze parallel zur Entladungs-Oberfläche als auch in einem Querschnitt der Edelmetallspitze senkrecht zur Entladungs-Oberfläche machen Partikel mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 mehr als oder gleich 70 % der in einem sich von einem Außenrand des Querschnitts bis zu einem Abstand von 10 % des Durchmessers der Entladungs-Oberfläche erstreckenden Flächenstück beobachteten Partikel aus. Gemäß der Zündkerze in dieser Form machen die Partikel mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 mehr als oder gleich 70 % der in einem sich von einem Außenrand des Querschnitts bis zu einem Abstand von 10 % des Durchmessers der Entladungs-Oberfläche erstreckenden Flächenstück beobachteten Partikel aus. Es ist dadurch ermöglicht, das Auftreten von ungleichmäßiger Erosion der Edelmetallspitze zu verringern und infolge dessen das Abfallen der Edelmetallspitze von der Mittelelektrode zu vermeiden. Daher ist die Standfestigkeit der Edelmetallspitze verbessert.
-
(2) Bei der Zündkerze in der obengenannten Form machen die Partikel mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 sowohl in dem Querschnitt der Edelmetallspitze parallel zur Entladungs-Oberfläche als auch in dem Querschnitt der Edelmetallspitze senkrecht zur Entladungs-Oberfläche mehr als oder gleich 70 % der in dem ganzen Querschnitt beobachteten Partikel aus. Gemäß der Zündkerze in dieser Form ist es ermöglicht, das Auftreten von ungleichmäßiger Erosion effektiv zu vermeiden. Daher ist die Standfestigkeit der Edelmetallspitze weiter verbessert.
-
Man beachte, dass die vorliegende Erfindung in verschiedener Form ausgeführt werden kann. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in Form eines Verfahrens zur Herstellung einer Zündkerze, in Form eines Zylinderkopfes, an dem die Zündkerze angebracht ist, oder dergleichen ausgeführt werden.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine erläuternde Ansicht, die einen teilweisen Querschnitt einer Zündkerze darstellt.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die allgemeine Konfiguration einer Edelmetallspitze darstellt.
- 3 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Querschnitt einer Edelmetallspitze senkrecht zur Entladungs-Oberfläche darstellt.
- 4 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Messen der Langseite und der Kurzseite eines Partikels beschreibt.
- 5 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine allgemeine Konfiguration einer Edelmetallspitze eines Vergleichsbeispiels darstellt.
- 6 ist eine schematische Schnittansicht einer Edelmetallspitze eines Vergleichsbeispiels.
- 7 ist eine Ansicht, die einen Unterschied in der Standfestigkeit zwischen einer Edelmetallspitze in der vorliegenden Ausführungsform und einer Edelmetallspitze eines Vergleichsbeispiels darstellt.
- 8 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die allgemeine Konfiguration einer Edelmetallspitze in einer zweiten Ausführungsform darstellt.
- 9 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Querschnitt einer Edelmetallspitze der zweiten Ausführungsform senkrecht zur Entladungs-Oberfläche darstellt.
- 10 ist eine Ansicht, die einen Unterschied in der Standfestigkeit zwischen einer Edelmetallspitze in der zweiten Ausführungsform und einer Edelmetallspitze eines Vergleichsbeispiels darstellt.
-
Beschreibung der Ausführungsformen
-
A. Erste Ausführungsform:
-
1 ist eine erläuternde Ansicht, die einen teilweisen Querschnitt einer Zündkerze (100) darstellt. In 1 ist die äußere Ansicht der Zündkerze 100 auf der rechten Seite dargestellt, und eine Schnittansicht der Zündkerze 100 ist auf der linken Seite dargestellt, mit einer Axiallinie CA, die die Schaftmitte der Zündkerze 10 ist, als Grenze. In der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform wird die untere Seite in 1 als Vorderendseite der Zündkerze 100 und die obere Seite in 1 als Hinterendseite der Zündkerze 100 bezeichnet.
-
Die Zündkerze 100 weist einen Isolator 10 auf, der entlang der Axiallinie CA ein Axialloch 12 aufweist, eine in dem Axialloch 12 bereitgestellte Mittelelektrode 20, eine am Außenumfang des Isolators 10 angeordnete zylindrische Metallhülse 50, und eine Masseelektrode 30, die mit einem Spalt zwischen der Masseelektrode 30 und der Mittelelektrode 20 bereitgestellt ist. Die Axiallinie CA der Zündkerze 100 fällt mit der Axiallinie der Mittelelektrode 20 zusammen.
-
Der Isolator 10 ist ein keramischer Isolator, der durch Backen eines keramischen Materials, wie Alumina, gebildet ist. Der Isolator 10 ist ein Bauteil, das am Innenumfang der Metallhülse 50 bereitgestellt ist, und ist ein zylindrisches Bauteil mit, in seiner Mitte, einem Axialloch 12 in welchem ein Bereich der Mittelektrode 20 an der Vorderendseite aufgenommen ist und ein Bereich eines Metallanschlusses 40 an der Hinterendseite aufgenommen ist. In der Mitte, in der axialen Richtung, des Isolators 10 ist ein mittlerer Rumpfbereich 19 mit großem Außendurchmesser gebildet. An der Hinterendseite des mittleren Rumpfbereichs 19 ist ein hinterer Rumpfbereich 18 mit einem kleineren Außendurchmesser als der Außendurchmesser des mittleren Rumpfbereichs gebildet. An der Vorderendseite des mittleren Rumpfbereichs 19 ist ein vorderer Rumpfbereich 17 mit einem kleineren Außendurchmesser als der Außendurchmesser des hinteren Rumpfbereichs 18 gebildet. An der weiter vorn liegenden Endseite des vorderen Rumpfbereichs 17 ist ein Stegbereich 13 gebildet, mit einem Außendurchmesser, der zur Mittelelektrode 20 hin kleiner wird.
-
Die Metallhülse 50 ist eine zylindrische Metallhülse, die einen von einem Bereich des hinteren Rumpfbereichs 18 des Isolators 10 zum Stegbereich 13 hin vorstehenden Teil umgreift und haltert. Die Metallhülse 50 ist beispielsweise aus niederkohligem Stahl gebildet, und zur Gänze einer Plattierung wie Nickel-Plattierung, Zink-Plattierung oder dergleichen unterzogen. Die Metallhülse 50 weist, in dieser Reihenfolge von der Hinterendseite, einen Werkzeug-Eingriffsbereich 51, einen Dichtbereich 54, und einen Schraubbefestigungs-Bereich 52 auf. Ein Werkzeug zum Anbringen der Zündkerze 100 an einem Zylinderkopf 90 wird mit dem Werkzeug-Eingriffsbereich 51 in Eingriff gebracht. Der Schraubbefestigungs-Bereich 52 ist ein Teil des Außenumfangs der Metallhülse 50, in dem auf dem ganzen Umfang ein Außengewinde gebildet ist und ist ein Teil, der in ein Schraubbefestigungs-Loch 93 des Zylinderkopfes 90 geschraubt wird. Der Dichtbereich 54 ist an einem Basisbereich des Schraubbefestigungs-Bereichs 52 in Flanschform gebildet. Zwischen dem Dichtbereich 54 und dem Zylinderkopf 90 ist eine durch Biegen eines Plattenkörpers gebildete ringförmige Dichtung 65 eingepasst. Eine Endfläche 57 der Metallhülse 50 an der Vorderendseite weist eine hohle kreisförmige Gestalt auf. Von der Mitte der Endfläche 57 stehen das Vorderende des Stegbereichs 13 des Isolators 10 und das Vorderende der Mittelelektrode 20 hervor.
-
An der Hinterendseite des Werkzeug-Eingriffsbereichs 51 der Metallhülse 50 ist ein Klemmbereich 53 mit geringer Dicke bereitgestellt. Zwischen dem Dichtbereich 54 und dem Werkzeug-Eingriffsbereich 51 ist ein Kompressions-Verformungsbereich 58 mit geringer Dicke ähnlich dem Klemmbereich 53 bereitgestellt. Zwischen der Innenumfangs-Oberfläche der Metallhülse 50 und der Außenumfangs-Oberfläche des hinteren Rumpfbereichs 18 des Isolators 10 sind in einem Teil vom Werkzeug-Eingriffsbereich 51 zum Klemmbereich 53 ringförmige Bauteile 66 und 67 eingesetzt, und ein Talkpulver 69 ist zwischen diesen ringförmigen Bauteilen 66 und 67 eingefüllt. Bei der Herstellung der Zündkerze 100 wird der Klemmbereich 53 einwärts gebogen, so dass er gegen die Vorderendseite gedrückt wird, und der Kompressions-Verformungsbereich 58 wird dadurch kompressionsverformt. Aufgrund der Kompressions-Verformung des Kompressions-Verformungsbereichs 58 wird der Isolator 10 innerhalb der Metallhülse 50 über die ringförmigen Bauteile 66 und 67 und den Talk 69 zur Vorderendseite hin gedrückt. Dann komprimiert dieses Drücken den Talk 69 in der Richtung der Axiallinie CA, wodurch die Luftdichtigkeit innerhalb der Metallhülse 50 erhöht wird.
-
In der Metallhülse 50 ist ein vom Innenumfang hervorstehender Metallhülsen-Innenstufenbereich 56 gebildet. In dem Isolator 10 ist ein am Hinterende des Stegbereichs 13 angeordneter und am Außenumfang hervorstehender Isolator-Stufenbereich 15 gebildet. Am Innenumfang der Metallhülse steht der Metallhülsen-Innenstufenbereich 56 über eine ringförmige Abdichtung 68 in Kontakt mit dem Isolator-Stufenbereich 15. Die Abdichtung 68 ist ein Bauteil, das die Luftdichtigkeit zwischen der Metallhülse 50 und dem Isolator 10 aufrechterhält und verhindert, dass Verbrennungsgas ausströmt. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Plattenabdichtung als Abdichtung eingesetzt.
-
Ein Basisende 32 der Masseelektrode 30 ist an der Endoberfläche 57 der Metallhülse 50 befestigt. Die Masseelektrode 30 beinhaltet einen Basisendbereich 36, der sich vom Basisende 32 zur Vorderendseite hin erstreckt; einen zugewandten Bereich 33, der eine Fläche aufweist, die dem Vorderende der Mittelelektrode 20 zugewandt ist; und einen gebogenen Bereich 38 in Bogengestalt, der den Basisendbereich 36 mit dem zugewandten Bereich 33 verbindet. Die Masseelektrode 30 ist aus Nickel als Hauptkomponente gebildet. Im Inneren der Masseelektrode 30 kann ein Kernmaterial mit im Vergleich zum Oberflächenbereich der Masseelektrode 30 ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit eingebettet sein. Das Kernmaterial kann beispielsweise aus Kupfer oder einer Legierung mit Kupfer als Hauptkomponente gebildet sein. Eine Fläche des dem Vorderende der Mittelelektrode 20 zugewandten Bereichs 33 kann mit einer Edelmetallspitze bereitgestellt sein. Die Edelmetallspitze kann aus einem Edelmetall als Hauptkomponente gebildet sein. Beispiele für das Edelmetall sind beispielsweise Platin, Iridium, Ruthenium, Rhodium, eine Legierung davon und dergleichen.
-
Die Mittelelektrode 20 ist ein stabförmiges Bauteil, in welchem ein Kernmaterial 22 mit im Vergleich zu einem Elektrodenbauteil 21 ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit im Inneren des Elektrodenbauteils 21 eingebettet ist. Das Elektrodenbauteil 21 ist aus einer Nickellegierung mit Nickel als Hauptkomponente gebildet. Das Kernmaterial 22 ist aus Kupfer oder einer Legierung mit Kupfer als Hauptkomponente gebildet. Das Kernmaterial 22 kann weggelassen werden.
-
In der Nähe eines Endbereichs der Mittelelektrode 20 an der Hinterendseite ist ein an der Außenumfangsseite hervorstehender Flanschbereich 23 gebildet. Der Flanschbereich 23 steht von der Hinterendseite her in Kontakt mit einem Axialloch-Innenstufenbereich 14, der in dem Axialloch 12 des Isolators 10 an der Innenumfangsseite hervorsteht. Der Flanschbereich 23 positioniert die Mittelelektrode 20 innerhalb des Isolators 10. Die Mittelelektrode 20 ist an der Hinterendseite der Mittelelektrode 20 über den Dichtkörper 64 und einen keramischen Widerstand 63 elektrisch an den Metallanschluss 40 angeschlossen.
-
Die Mittelelektrode 20 beinhaltet an einem Ende eine säulenförmige Edelmetallspitze 25. Insbesondere ist eine Fläche der Mittelelektrode 20, und zwar die der Masseelektrode 30 zugewandte Fläche, mit der säulenförmigen Edelmetallspitze 25 bereitgestellt. Eine Entladungsoberfläche der Edelmetallspitze 25 ist kreisförmig. Zwischen der kreisförmigen Entladungsoberfläche der Edelmetallspitze 25 und der Masseelektrode 30 ist ein Funkenspalt gebildet.
-
In der Edelmetallspitze 25 ist der Massen%-Anteil von Platin (Pt) am größten und der Prozentanteil von Nickel (Ni) ist größer als oder gleich 0 Massen% und weniger als oder gleich 40 Massen%. Vom Gesichtspunkt ausgezeichneter Standfestigkeit ist es für die Edelmetallspitze 25 vorteilhaft, wenn der Prozentanteil von Pt mehr als oder gleich 75 Massen% und weniger als oder gleich 92 Massen% und der Prozentanteil von Ni mehr als oder gleich 8 Massen% und weniger als oder gleich 25 Massen% beträgt; es ist mehr bevorzugt, wenn der Prozentanteil von Pt mehr als oder gleich 78 Massen% und weniger als oder gleich 90 Massen% und der Prozentanteil von Ni mehr als oder gleich 10 Massen% und weniger als oder gleich 22 Massen% beträgt; und es ist noch mehr bevorzugt, wenn der Prozentanteil von Pt mehr als oder gleich 80 Massen% und weniger als oder gleich 85 Massen% und der Prozentanteil von Ni mehr als oder gleich 15 Massen% und weniger als oder gleich 20 Massen% beträgt. In der vorliegenden Ausführungsform ist in der Edelmetallspitze 25 der Prozentanteil von Pt 80 Massen% und der Prozentanteil von Ni ist 20 Massen%.
-
2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die allgemeine Konfiguration der Edelmetallspitze 25 darstellt. Zur Vereinfachung ist ein Zustand, in dem die Edelmetallspitze 25 parallel zur Entladungsoberfläche geschnitten ist, auf der rechten Seite der 2 dargestellt. Der in 2 dargestellte Querschnitt tritt in der Dickenrichtung durch die Mitte der Edelmetallspitze 25. Zur Vereinfachung sind unter den die Edelmetallspitze 25 bildenden Metallkristallpartikel die später zu beschreibenden Partikel P1, die jeweils ein Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 aufweisen, in 2 in Gitterform dargestellt. In der folgenden Beschreibung wird der Durchmesser der Entladungsoberfläche der Edelmetallspitze 25 als Durchmesser R bezeichnet. Wenn die Entladungsoberfläche der Edelmetallspitze 25 nicht vollständig kreisförmig ist, bezeichnet „Durchmesser R der Entladungsoberfläche“ den kurzen Durchmesser der Entladungsoberfläche.
-
3 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Querschnitt der Edelmetallspitze 25 senkrecht zur Entladungs-Oberfläche darstellt. Der in 3 dargestellte Querschnitt ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in 2 und ist ein Querschnitt, der durch die Mittelachse der Edelmetallspitze 24 geht. Wie in 3 dargestellt, machen, wenn ein sich vom Außenrand des Querschnitts bis zu einem Abstand von 10 % des Durchmessers R der Entladungsoberfläche erstreckendes Flächenstück als Flächenstück T betrachtet wird, die Partikel P 1 mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 mehr als oder gleich 70 % der in dem Flächenstück T beobachteten Partikel aus. Auch in dem in 2 dargestellten Querschnitt der Edelmetallspitze 24 parallel zur Entladungs-Oberfläche machen die Partikel P1 mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 mehr als oder gleich 70 % der in dem Flächenstück T beobachteten Partikel aus, welches Flächenstück T sich vom Außenrand des Querschnitts bis zu einem Abstand von 10 % des Durchmessers R der Entladungsoberfläche erstreckt. Vom Gesichtspunkt der Verbesserung der Standfestigkeit der Edelmetallspitze 25 beträgt der Prozentsatz der Partikel P1 in dem Flächenstück T vorzugsweise mehr als oder gleich 80 %, mehr bevorzugt mehr als oder gleich 85 %, und noch mehr bevorzugt mehr als oder gleich 90 % sowohl in dem Querschnitt parallel zur Entladungsoberfläche wie auch in dem Querschnitt senkrecht zur Entladungsoberfläche. In der Edelmetallspitze 25 der vorliegenden Ausführungsform machen die Partikel P1 mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 auch in einem Flächenstück an der Innenseite des Flächenstücks T sowohl in dem Querschnitt parallel zur Entladungsoberfläche wie auch in dem Querschnitt senkrecht zur Entladungsoberfläche mehr als oder gleich 70 % der beobachteten Partikel aus. Vom Gesichtspunkt der Verbesserung der Standfestigkeit der Edelmetallspitze 25 beträgt der Prozentsatz der Partikel P1 in dem Flächenstück an der Innenseite des Flächenstücks T vorzugsweise mehr als oder gleich 80 %, mehr bevorzugt mehr als oder gleich 85 %, und noch mehr bevorzugt mehr als oder gleich 90 % sowohl in dem Querschnitt parallel zur Entladungsoberfläche wie auch in dem Querschnitt senkrecht zur Entladungsoberfläche.
-
Aspektverhältnisse können nach dem folgenden Verfahren gemessen werden. Zuerst wird, nachdem eine Oberfläche mittels eines auf einem Ionen-Abtragungsverfahren basierenden Querschnitt-Bearbeitungsgeräts (Querschnittpolierer CP) poliert worden ist, ein Bild mit einem SEM (Scanning Electron Microscope) oder ein Bild mit einem EBSD (Electron Channeling Pattern) aufgenommen. Dann werden, basierend auf dem Bild, Rechtecke nach einem später zu beschreibenden Verfahren gezeichnet, die jeweils ein Partikel beinhalten, und dann werden Aspektverhältnisse (die Länge einer Langseite/die Länge einer Kurzseite) berechnet.
-
4 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Messen einer Langseite S1 und einer Kurzseite S2 jedes Partikels P1 beschreibt. Wie in 4 dargestellt, wird zunächst ein kleinstes das Partikel P1 beinhaltende Rechteck RE gezeichnet. Das heißt, die vier Seiten des Rechtecks RE sind alle in Kontakt mit der Kontur des Partikels P 1. Hierbei ist die Richtung des Rechtecks RE in einem Querschnitt senkrecht zur Entladungs-Oberfläche diejenige Richtung, bei der die Langseite S1 oder die Kurzseite S2 des Rechtecks RE parallel zum Außenrand der Edelmetallspitze 25 ist. Es reicht aus, wenn wenigstens eine Seite des Rechtecks RE parallel zu dem Außenrand ist, der die Entladungs-Oberfläche der Edelmetallspitze 25 angibt. In einem Querschnitt parallel zur Entladungs-Oberfläche spielt die Richtung des Rechtecks RE aus Symmetriegründen keine Rolle. Allerdings sind alle für jeweilige Partikel P 1 gezeichneten Rechtecke in derselben Richtung ausgerichtet. Mit anderen Worten, es reicht aus, dass, wenn irgend zwei Rechtecke aus den mehreren Rechtecken ausgewählt werden, eine Seite des einen Rechtecks und eine Seite des anderen Rechtecks parallel zueinander sind.
-
Die Kristallpartikel der Partikel P1 mit dem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 sind granulär und bilden einen granuläre Struktur. Aufgrund dessen, dass die Partikel P1 mehr als oder gleich 70 % der in dem Flächenstück T beobachteten Partikel ausmachen, wird die Standfestigkeit der Edelmetallspitze 25 verbessert. Dieser Mechanismus wird unter Verwendung eines Vergleichsbeispiels mit einer Konfiguration, bei der der Prozentsatz der Partikel P1 in dem Flächenstück T mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 kleiner ist als 70 % vermutet.
-
5 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine allgemeine Konfiguration einer Edelmetallspitze 125 des Vergleichsbeispiels darstellt. Zur Vereinfachung ist ein Zustand, in dem die Edelmetallspitze 125 parallel zur Entladungsoberfläche geschnitten ist, auf der rechten Seite der 5 dargestellt. Der in 5 dargestellte Querschnitt tritt in der Dickenrichtung durch die Mitte der Edelmetallspitze 125. Zur Vereinfachung sind unter den die Edelmetallspitze 125 bildenden Metallkristallpartikel die Partikel P2, die jeweils ein Aspektverhältnis von größer als 10 aufweisen, in 5 in Querstreifenform dargestellt.
-
6 ist eine schematische Schnittansicht der Edelmetallspitze 125 des Vergleichsbeispiels. Ähnlich wie der in 3 dargestellte Querschnitt ist der in 6 dargestellte Querschnitt ein Querschnitt senkrecht zur Entladungs-Oberfläche der Edelmetallspitze 125. In dem Flächenstück T der Edelmetallspitze 125 im Vergleichsbeispiel machen die Partikel P1 mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 weniger als 70 % der beobachteten Partikel aus, und die Partikel P2 mit einem Aspektverhältnis von größer als 10 machen mehr als oder gleich 30 % der beobachteten Partikel aus. In der Edelmetallspitze 125 des Vergleichsbeispiels machen die Partikel P2 mit einem Aspektverhältnis von größer als 10 ungefähr 100 % der in dem Flächenstück T beobachteten Partikel aus. Beispielsweise ist eine durch Stanzen einer gewalzten Legierung in Säulenform hergestellte Edelmetallspitze ein Beispiel der Edelmetallspitze 125 im Vergleichsbeispiel. Kristallpartikel in einer solchen Spitze sind in der Walzrichtung gestreckt, und somit werden parallele Korngrenzen erzeugt.
-
7 ist eine Ansicht, die einen Unterschied in der Standfestigkeit zwischen der Edelmetallspitze 25 in der vorliegenden Ausführungsform und einer Edelmetallspitze 125 des Vergleichsbeispiels darstellt. Auf der linken oberen Seite in 7 ist ein Querschnitt einer Edelmetallspitze 25 in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt, und auf der linken unteren Seite in 7 ist die Gestalt der Edelmetallspitze 25 nach langandauerndem Einsatz dargestellt. Auf der rechten oberen Seite in 7 ist ein Querschnitt einer Edelmetallspitze 25 in dem Vergleichsbeispiel dargestellt, und auf der linken unteren Seite in 7 ist die Gestalt der Edelmetallspitze 125 im Vergleichsbeispiel nach langandauerndem Einsatz dargestellt. In 7 sind unter den die Edelmetallspitze 25 oder 125 bildenden Partikeln die Partikel P 1 mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 in Gitterform und die Partikel P2 mit einem Aspektverhältnis von mehr als 10 in Querstreifenform in dem Querschnitt parallel zur Entladungs-Oberfläche der Edelmetallspitze 25 oder 125 dargestellt. In 7 sind die Außenränder der Edelmetallspitzen 25 und 125 im erodierten Zustand durch gestrichelte Linien dargestellt.
-
Aufgrund ihrer weiteren Entfernung vom Zentrum eines Brennraums als das Vorderende der Masseelektrode 30 weisen die, wie in 1 dargestellt, am Vorderende der Mittelelektrode 20 bereitgestellten Edelmetallspitzen 25 und 125 im Allgemeinen im Betrieb eine niedrigere Temperatur auf als das Vorderende der Masseelektrode 30. Infolge dessen wird jede der Edelmetallspitzen 25 und 125 erodiert, während die Gestalt der Kristallkörner relativ erhalten bleibt. Weil der Schmelzpunkt der Korngrenzen lokal im Vergleich zu den Kristallkörnern niedrig ist, werden die Kristallkorngrenzen priorisiert zu den Kristallkörnern erodiert. Der Grad der Erosion der Seitenfläche aufgrund der Funkenentladung in einer Situation, in der die Oxidation im Brennraum erheblich ist, von jeder der Edelmetallspitzen 25 und 125 ist größer als der Grad der Erosion des Vorderendes jeder der Edelmetallspitzen 25 und 125.
-
Bei der Edelmetallspitze 25 der vorliegenden Ausführungsform machen die Partikel P1 mit dem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 sowohl im Querschnitt parallel zur Entladungs-Oberfläche der Edelmetallspitze 25 als auch im Querschnitt senkrecht zur Entladungs-Oberfläche der Edelmetallspitze 25 mehr als oder gleich 70 % der in dem Flächenstück T, das sich vom Außenrand der Entladungs-Oberfläche bis zu einem Abstand von 10 % des Durchmessers R erstreckt, beobachteten Partikel aus. Weil die Anisotropie der Kristallstruktur der Partikel P1 mit dem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 klein ist, sind die Richtungen der Kristallkorngrenzen in dem Flächenstück T der Edelmetallspitze 25 zufällig verteilt. Daher wird, wie in 7 dargestellt, die Edelmetallspitze 25 der vorliegenden Ausführungsform in Richtung des Umfangs der Edelmetallspitze 25 gleichmäßig erodiert. Mit anderen Worten, die Erosion der Edelmetallspitze 25 der vorliegenden Ausführungsform im Verlauf des Einsatzes der Zündkerze 100 schreitet im Wesentlichen konzentrisch in der radialen Richtung nach innen voran. Im Gegensatz dazu wird die Edelmetallspitze 125 des Vergleichsbeispiels, weil die Anisotropie der Kristallstruktur in der Edelmetallspitze 125 groß ist, nicht gleichmäßig in der Richtung des Umfangs der Edelmetallspitze 125 erodiert, und es tritt ungleichmäßige Erosion auf. Insbesondere schreitet die Erosion wegen der priorisierten Erosion der Kristallkorngrenzen in der Richtung voran, in der sich die Kristallkorngrenzen erstrecken. Das heißt, der Grad der Erosion bei der Edelmetallspitze 125 des Vergleichsbeispiels, die in der radialen Richtung nach innen hin fortschreitet, ist in der Umfangsrichtung nicht gleich. Infolge dessen wird die Edelmetallspitze 125 des Vergleichsbeispiels im Laufe des Einsatzes ungleichmäßig erodiert und kann sich frühzeitig von der Mittelelektrode 20 ablösen, sogar, wenn ein ausreichendes Volumen der Edelmetallspitze 125 verbleibt. Im Gegensatz dazu ist bei der Edelmetallspitze 25 der vorliegenden Ausführungsform das Ablösen von der Mittelelektrode 20 infolge der Vermeidung des Auftretens ungleichmäßiger Erosion unterdrückt. Somit wird die Standfestigkeit der Edelmetallspitze 25 verbessert. Daher ist es ermöglicht, die Lebensdauer der Zündkerze 100 zu erhöhen.
-
Bei der Edelmetallspitze 25 der vorliegenden Ausführungsform ist der Massen%-Anteil von Pt am größten und der Prozentanteil von Ni ist mehr als oder gleich 0 Massen% und weniger als oder gleich 40 Massen%. Somit können die Materialkosten im Vergleich zu einer Edelmetallspitze verringert werden, bei der die Prozentanteile von Iridium (Ir) und Rhodium (Rh) groß sind. Infolge dessen ist es ermöglicht, die Kosten der Zündkerze 100 zu verringern. Außerdem weist die Edelmetallspitze 25, weil der Prozentanteil von Pt am größten ist, eine im Vergleich zu einer Edelmetallspitze, bei der die Prozentanteile von Ir, Rh und Ni groß sind, ausgezeichnete Bearbeitbarkeit auf. Es ist somit ermöglicht, die Edelmetallspitze 25 durch Stanzen anstatt durch Drahtschneiden herzustellen, und ermöglicht, die Bearbeitungskosten zu verringern. Infolge dessen ist es ermöglicht, die Kosten der Zündkerze 100 zu verringern. Daher ist es gemäß der Zündkerze 100 der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht, einen Anstieg der für die Herstellung der Zündkerze 100 anfallenden Kosten zu vermeiden, und zugleich eine Verringerung der Standfestigkeit der Edelmetallspitze 25 zu vermeiden.
-
Beispielsweise ist, obgleich nicht besonders beschränkt, das folgende Verfahren ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der Edelmetallspitze 25 der vorliegenden Ausführungsform. Das heißt, ein Beispiel ist ein Verfahren, bei dem eine durch Walzen einer Legierung erhaltene dünne Platte in eine Säulenform gestanzt und dann einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Hierbei variiert die Wärmebehandlung je nach der Dicke und Zusammensetzung der Edelmetallspitze 25. Beispielsweise ist ein Verfahren, bei dem Aufheizen auf 800 °C bis 1000 °C für etwa 1 Stunde bis 10 Stunden in einer Atmosphäre (zum Beispiel, ArgonAtmosphäre), in der Pt und Ni nicht oxidiert werden, durchgeführt wird, ein Beispiel. Es wird davon ausgegangen, dass es durch die Durchführung einer solchen Wärmebehandlung ermöglicht ist, Kristalle, deren Aspektverhältnis durch Walzen vergrößert wurde, zu rekristallisieren, und ermöglicht ist, die Gestalt der Kristallpartikel zu beeinflussen. Wenn das oben erwähnte Stanzen durchgeführt wird, wird in der Umgebung der Außenumfangs-Oberfläche der Edelmetallspitze eine große Bearbeitungs-Verformung erzeugt. Die Umgebung wird daher priorisiert während der Wärmebehandlung rekristallisiert.
-
B. Zweite Ausführungsform
-
8 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die allgemeine Konfiguration einer Edelmetallspitze 25a in einer zweiten Ausführungsform darstellt. Zur Vereinfachung ist ein Zustand, in dem die Edelmetallspitze 25a parallel zu einer Entladungsoberfläche geschnitten ist, auf der rechten Seite der 8 dargestellt. Der in 8 dargestellte Querschnitt tritt in der Dickenrichtung durch die Mitte der Edelmetallspitze 25a. Zur Vereinfachung sind unter den die Edelmetallspitze 25a bildenden Metallkristallpartikel die später zu beschreibenden Partikel P1, die jeweils ein Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 aufweisen, in 8 in Gitterform dargestellt. Unter den die Edelmetallspitze 25a bildenden Metallkristallpartikel sind die Partikel P2, die jeweils ein Aspektverhältnis von größer als 10 aufweisen, in 8 in Querstreifenform dargestellt.
-
9 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Querschnitt einer Edelmetallspitze 25a der zweiten Ausführungsform senkrecht zur Entladungs-Oberfläche darstellt. Bei der Edelmetallspitze 25a der zweiten Ausführungsform machen, wie in den 8 und 9 dargestellt, die Partikel P1 mit dem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 sowohl in dem Querschnitt der Edelmetallspitze 25a parallel zur Entladungs-Oberfläche als auch in dem Querschnitt der Edelmetallspitze 25a senkrecht zur Entladungs-Oberfläche mehr als oder gleich 70 % der in dem sich vom Außenrand des Querschnitts bis zu einem Abstand von 10 % des Durchmessers R erstreckenden Flächenstück beobachteten Partikel aus. Dabei beträgt, bei der Edelmetallspitze 25a der zweiten Ausführungsform, der Prozentsatz der Partikel P1 an den beobachteten Partikeln in einem Flächenstück an der inneren Seite des sich vom Außenrand des Querschnitts bis zu einem Abstand von 10 % des Durchmessers R erstreckenden Flächenstücks T weniger als 70 %.
-
10 ist eine Ansicht, die einen Unterschied in der Standfestigkeit zwischen einer Edelmetallspitze 25a in der zweiten Ausführungsform und der Edelmetallspitze 125 des oben beschriebenen Vergleichsbeispiels darstellt. Auf der linken oberen Seite der 10 ist ein Querschnitt einer Edelmetallspitze 25a der zweiten Ausführungsform parallel zur Entladungs-Oberfläche dargestellt, und auf der linken unteren Seite in 10 ist die Gestalt der Edelmetallspitze 25a nach langandauerndem Einsatz dargestellt. In 10 sind unter den die Edelmetallspitze 25a oder 125 bildenden Partikeln die Partikel P1 mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 in Gitterform und die Partikel P2 mit einem Aspektverhältnis von größer als 10 in Querstreifenform in dem Querschnitt parallel zur Entladungs-Oberfläche der Edelmetallspitze 25a oder 125 dargestellt. In 10 sind die Außenränder der Edelmetallspitzen 25a und 125 im erodierten Zustand durch gestrichelte Linien dargestellt.
-
Auch bei der Edelmetallspitze 25a der zweiten Ausführungsform machen die Partikel P1 mit einem Aspektverhältnis von mehr als oder gleich 1 und weniger als oder gleich 10 mehr als oder gleich 70 % der in einem sich vom Außenrand des Querschnitts bis zu einem Abstand von 10 % des Durchmessers R erstreckenden Flächenstück beobachteten Partikel aus. Somit belegen bei der Edelmetallspitze 25a die Partikel P1, deren Ausrichtungsgrad der Kristallstruktur gering ist, den größten Teil der Oberfläche der Edelmetallspitze 25a. Hierbei schreitet die Erosion der Edelmetallspitze 25a beim Einsatz von der Oberfläche zu deren Innerem fort. Somit ist es auch bei der Edelmetallspitze 25a der zweiten Ausführungsform ermöglicht, ähnlich wie bei der Edelmetallspitze 25 der ersten Ausführungsform, die Erosion daran zu hindern, in Umfangsrichtung ungleichmäßig fortzuschreiten. Daher ist es ermöglicht, auch in der Konfiguration der zweiten Ausführungsform, die Standfestigkeit der Edelmetallspitze 25a zu verbessern.
-
Beispielsweise ist, obgleich nicht besonders beschränkt, ein Verfahren, bei dem eine durch Walzen einer Legierung erhaltene dünne Platte in eine Säulenform gestanzt und dann für eine kürzere Dauer oder bei einer tieferen Temperatur als in der oben beschriebenen Wärmebehandlung einer Wärmebehandlung unterzogen wird, ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der Edelmetallspitze 25a der zweiten Ausführungsform.
-
C. Andere Ausführungsform
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in diversen Konfigurationen innerhalb eines Bereichs realisiert werden, ohne vom Konzept der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale in den Ausführungsformen, die den technischen Merkmalen in der in der Kurzdarstellung der Erfindung beschriebenen Form entsprechen, nach Bedarf ersetzt und kombiniert werden, um einige oder alle der oben beschriebenen Aufgaben zu lösen oder einige oder alle der oben beschriebenen Wirkungen zu erreichen. Zudem können technische Merkmal nach Bedarf weggelassen werden, soweit sie nicht abweichend in der vorliegenden Beschreibung als wesentlich beschrieben sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Isolator
- 12
- Axialloch
- 13
- Stegbereich
- 14
- Axialloch-Innenstufe
- 15
- Isolator-Stufenbereich
- 17
- vorderer Rumpfbereich
- 18
- hinterer Rumpfbereich
- 19
- mittlerer Rumpfbereich
- 20
- Mittelelektrode
- 21
- Elektrodenbauteil
- 22
- Kernmaterial
- 23
- Flanschbereich
- 25, 25a
- Edelmetallspitze
- 30
- Masseelektrode
- 32
- Basisende
- 33
- zugewandter Bereich
- 36
- Basisendbereich
- 38
- gebogener Bereich
- 40
- Metallanschluss
- 50
- Metallhülse
- 51
- Werkzeug-Eingriffsbereich
- 52
- Schraubbefestigungs-Bereich
- 53
- Klemmbereich
- 54
- Dichtbereich
- 56
- Metallhülsen-Innenstufenbereich
- 57
- Endoberfläche
- 58
- Kompressions-Verformungsbereich
- 63
- keramischer Widerstand
- 64
- Dichtkörper
- 65
- Dichtung
- 66, 67
- Ringbauteil
- 68
- Abdichtung
- 69
- Talk
- 90
- Zylinderkopf
- 93
- Schraubbefestigungs-Loch
- 100
- Zündkerze
- 125
- Edelmetallspitze
- CA
- Axiallinie
- P1
- Partikel
- P2
- Partikel
- R
- Durchmesser
- RE
- Rechteck
- S1
- Langseite
- S2
- Kurzseite
- T
- Flächenstück
-
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
-
