DE60109698T2 - Zündkerze - Google Patents

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DE60109698T2
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insulator
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Naomichi Miyashita
Yoshihiro Matsubara
Wataru Matsutani
Masayuki Segawa
Hiroaki Kuki
Mamoru Musasa
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/52—Sparking plugs characterised by a discharge along a surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor.
  • In letzter Zeit sind mit der Verbesserung der Motorleistung Zündkerzen verlangt worden, welche eine verlängerte Lebensdauer und einen verbesserten Kontaminationswiderstand aufweisen. Zum Beispiel ist eine sogenannte Kriechentladungszündkerze eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor, welche einen verbesserten Kontaminationswiderstand besitzt. Die Kriechentladungszündkerze ist so konfiguriert, daß sich ein Funken, welcher an einem Funkenentladungsspalt erzeugt wird, entlang einer Oberfläche eines Isolators ausbreitet, das heißt in Form einer Kriechentladung, wobei dies jederzeit oder in Abhängigkeit von bestimmten Bedingungen geschehen kann. Eine Halbkriechentladungszündkerze, welche eine Art der Kriechentladungszündkerze ist, weist auf: eine Mittelelektrode, einen Isolator, welcher die Mittelelektrode umgibt, und eine Masseelektrode, welche an ihrem Ende eine Entladungsoberfläche besitzt, welche so angeordnet ist, um einer Seitenoberfläche der Mittelelektrode zugewandt zu sein. Der Spitzenendabschnitt des Isolators ist angeordnet, daß er eine Positionsbeziehung mit der Mittelelektrode und der Masseelektrode besitzt, so daß der Endabschnitt des Isolators zwischen der Mittelelektrode und der Entladungsoberfläche der Masseelektrode lokalisiert ist (das heißt im Funkenentladungsspalt lokalisiert ist). Wenn bei einer solchen Halbkriechentladungszündkerze ein Funke entlang der Spitzenendoberfläche des Isolators entlangläuft, tritt zwischen der Oberfläche des Isolators und der Entladungsoberfläche an dem Spitzenende der Masseelektrode eine Luftentladung auf.
  • Wenn eine Zündkerze für eine lange Zeitdauer bei einer niedrigen Temperatur, welche nicht höher als 450°C ist, verwendet wird, zum Beispiel vor der Auslieferung, kommt die Zündkerze in einen Zustand, bei dem sie "verrußt" oder "mit Treibstoff bedeckt" ist. In einem solchen Zustand ist die Isolatoroberfläche mit einem leitfähigen Schmutz (einer Kontamination) bedeckt, wie zum Beispiel Kohlenstoff, was einen Fehlbetrieb verursacht. Während jedoch im Fall der oben erwähnten Kriechentladungszündkerze eine Zündentladung entlang der Oberfläche des Isolators kriecht, wird zu jeder Zeit ein Haftschmutz abgebrannt, und somit zeigt die Kriechentladungszündkerze einen verbesserten Kontaminationswiderstand im Vergleich zu einer Parallelelektrodenzündkerze.
  • Eine solche Kriechentladungszündkerze zeigt ein häufiges Auftreten eines Funkens, der entlang der Oberfläche eines Isolators kriecht, und tendiert somit dazu, daß ein sogenanntes Durchbrechen (channeling) auftritt oder ein Phänomen, wodurch die Oberfläche eines Isolators abgetragen wird und auf der Oberfläche Nuten gebildet werden. Ein Fortschreiten des Durchbrechens ist geeignet, den Wärmewiderstand oder die Wärmefestigkeit einer Zündkerze zu beeinträchtigen, und das Durchbrechen ist besonders geeignet, während eines Hochgeschwindigkeits- oder Schwerlastbetriebes aufzutreten. Bei dem derzeitigen Trend zu einer hohen Motorleistung besteht die Forderung nach Zündkerzen mit exzellenter Haltbarkeit, und eine Nachfrage nach einer Verhinderung oder Unterdrückung des Durchbrechens nimmt zu.
  • In einigen Fällen ist die Mittelelektrode einer Zündkerze aus einer Ni-basierten wärmefesten Legierung gebildet, um einen Wärmewiderstand zu verbessern. Weil jedoch die Ni-basierte wärmefeste Legierung einen relativ großen Betrag an Sekundärkomponenten wie zum Beispiel Cr oder Fe aufweist, sinkt die Wärmeleitfähigkeit beträchtlich, wobei dies von der Zusammensetzung abhängt. Als eine Folge davon wird die Wärmeübertragungsleistung der Elektrode abgesenkt, wobei dies mit einer Beschleunigung des Abbrands der Elektrode oder des Abbrands eines Edelmetallentladungsabschnittes, welcher auf der Elektrode gebildet ist, einhergeht. Wenn somit die Zündkerze in einer Umgebung verwendet wird, in der die Elektrodentemperatur dazu tendiert, zuzunehmen, das heißt während Hochgeschwindigkeitsbetrieb oder Schwerlastbetrieb, wird die Lebensdauer der Zündkerze verringert.
  • In Patent Abstracts of Japan, 1998, Nr. 3, 27. Februar 1998 (JP-A-09287041), welches als der nächstliegende Stand der Technik betrachtet wird, wird eine Ni-Legierung für eine Zündkerzenelektrode offenbart, welche 3–6 Massen-% Cr aufweist.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze zu schaffen, deren Mittelelektrode eine verbesserte Wärmeübertragungsleistung besitzt, die eine verbesserte Haltbarkeit gegen Elektrodenabbrand und einen exzellenten Kontaminationswiderstand besitzt, und die kaum ein Durchbrechen verursacht.
  • Um das obige Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine Zündkerze mit einer ersten Struktur, umfassend:
    eine Mittelelektrode;
    einen Isolator, welcher so angeordnet ist, daß er die Mittelelektrode umgibt; und
    eine Masseelektrode, welche so angeordnet ist, daß sie eine Positionsbeziehung mit einem Spitzenendabschnitt des Isolators und einem Spitzenendabschnitt der Mittelelektrode besitzt, so daß eine Funkenentladungsspalt zwischen der Masseelektrode und dem Spitzenendabschnitt der Mittelelektrode gebildet ist, und eine Kriechfunkenentladung entlang einer Oberfläche des Spitzenendabschnitts des Isolators an dem Funkenentladungsspalt auftreten kann, wobei ein Elektrodenbasismaterial, welches mindestens einen Oberflächenschichtabschnitt der Mittelelektrode bildet, aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, welche einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von 17 bis 30 W/m·K besitzt, die Ni-Legierung Ni als eine vorherrschende Komponente und ein Element (hier nachfolgend als ein "NTC-Element" bezeichnet) als eine zweite Komponente enthält, wobei das Element einen Oxidhalbleiter mit einem Widerstand besitzt, welcher einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt (hier nachfolgend als ein "NTC-Oxidhalbleiter" bezeichnet) und wobei die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, als die zweite Komponente Cr in einer Menge von 1,5 Massen-% oder mehr enthält, und dadurch gekennzeichnet ist, daß es ferner Fe in einer Menge von 1 Massen-% oder mehr aufweist, so daß der Gesamtbetrag an Fe und Cr 2,5 bis 9 Massen-% ist.
  • Wenn die Mittelelektrode aus einer Ni-Legierung gebildet ist, welche ein NTC-Element als eine zweite Komponente aufweist, und einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besitzt, der innerhalb des oben beschriebenen Bereiches liegt, wird eine Schicht, die einen NTC-Oxidhalbleiter aufweist und als eine Korrosionsunterdrückungsschicht dient, auf der Oberfläche des Spitzenendabschnitts des Isolators einfach gebildet. Somit kann eine Korrosion der Oberfläche des Spitzenendabschnitts des Isolators aufgrund einer Kriechfunkenentladung wirksam unterdrückt werden, und die Elektrode kann eine verbesserte Wärmeübertragungseigenschaft besitzen, so daß eine Haltbarkeit bezüglich eines Elektrodenabbrandes beträchtlich verbessert werden kann.
  • Die oben erwähnte Korrosionsunterdrückungsschicht verringert die Entladungsspannung am Funkenentladungsspalt. Wenn dieser Effekt verwendet wird, kann eine Unterdrückung des Abbrandes der Elektrode (oder eines Edelmetallabbrandwiderstandsabschnittes, der auf der Elektrode gebildet ist) und ferner eine Reduzierung des Durchbrechens erzielt werden. Um eine Kriechfunkenentladung zu ermöglichen, wird darüber hinaus die kürzeste Di stanz zwischen dem Isolator und der Masseelektrode vorzugsweise kürzer als die kürzeste Distanz zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode gemacht.
  • Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können zwei oder mehr Masseelektroden um die Mittelelektrode angeordnet werden. Diese Konfiguration ermöglicht es, daß Funken an Positionen erzeugt werden, welche entlang des Umfangs des Isolators verteilt sind, und daher ist dies vorteilhaft, um die Bildung von tiefen Kanälen zu unterdrücken.
  • Die Zündkerze gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann wie folgt verwirklicht werden. Eine Mehrzahl von Masseelektroden ist um die Mittelelektrode angeordnet, und mindestens eine Masseelektrode davon ist eine Halbkriechmasseelektrode, welche so angeordnet ist, daß ihre Endoberfläche einer Seitenoberfläche der Mittelelektrode zugewandt ist, während mindestens ein Abschnitt des Spitzenendabschnittes des Isolators dazwischen angeordnet ist, so daß dadurch ein Halbkriechentladungsspalt zwischen der Endoberfläche der Halbkriechmasseelektrode und der Seitenoberfläche der Mittelelektrode gebildet ist. Weil bei dieser Ausführungsform die Endoberfläche der Masseelektrode und die Seitenoberfläche der Mittelelektrode einander zugewandt sind, während mindestens ein Abschnitt des Spitzenendabschnittes des Isolators dazwischen angeordnet ist, tritt eine Kriechfunkenentladung entlang der Oberfläche des Isolators häufiger auf, so daß die Zündkerze einen exzellenten Kontaminationswiderstand besitzen kann. Bei konventionellen Zündkerzen ist die oben erwähnte Struktur im Hinblick auf ein Unterdrücken des Durchbrechens des Isolators nicht notwendiger Weise wünschenswert. Weil jedoch bei der vorliegenden Erfindung die Mittelelektrode aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, welche das oben erwähnte NTC-Element als eine zweite Komponente wie oben beschrieben aufweist, kann eine Zündkerze hergestellt werden, die einen exzellenten Durchbruchswiderstand selbst dann aufweist, wenn eine Kriechfunkenentladung häufig auftritt. Der Abstand E zwischen der Spitzenendoberfläche des Isolators und der Unterkante der Endoberfläche der Masseelektrode, das heißt, der Überlappungsabstand zwischen der Spitzenendoberfläche der Masseelektrode (Halbkriechmasseelektrode) und der Seitenoberfläche des Spitzenendabschnittes des Isolators entlang der Achse der Mittelelektrode, beträgt vorzugsweise 0,2 mm oder mehr. In diesem Fall fällt der Effekt des Isolators 3, einen Entladungsdurchgang zu blockieren, und somit der Durchbruchsunterdrückungseffekt deutlicher auf.
  • Bei der oben erwähnten Struktur kann eine der Vielzahl von Masseelektroden eine Parallelmasseelektrode sein, welche solcher Art angeordnet ist, daß eine Seitenoberfläche eines Spitzenendabschnittes der Masseelektrode der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode parallel zugewandt ist, so daß dadurch ein Parallelluftentladungsspalt gebildet ist. In diesem Fall wird ein Parallelluftentladungsspalt, welcher ähnlich zu jenem ist, der bei einer sogenannten Parallel-Elektrodenzündkerze vorkommt, zwischen der Seitenoberfläche eines Spitzenendabschnittes der Parallelmasseelektrode und der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode gebildet; und ein Halbkriechentladungsspalt ist zwischen der Spitzenendoberfläche der Halbkriechmasseelektrode und der Seitenoberfläche der Mittelelektrode gebildet. Wenn die Größe des Parallelluftentladungsspalts größer ist als jener des Halbkriechentladungsspaltes, werden unter Normalbedingungen Funken bei dem Parallelluftentladungsspalt leichter erzeugt; und wenn die Endoberfläche des Isolators kontaminiert ist, werden Funken bei dem Halbkriechentladungsspalt einfacher erzeugt. Die Funken konzentrieren sich bei dem Parallelluftentladungsspalt in einem hohen Ausmaß, und die Frequenz der Funkenentladung an einer vorstehenden Position ist hoch. Daher kann eine Zündleistung weiter verbessert werden.
  • Der Funkenentladungsspalt gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann wie folgt gestaltet werden. Eine Mittelelektrode ist in einem Isolator in einer solchen Weise angeordnet, daß ein Spitzenendabschnitt der Mittelelektrode von dem Isolator hervorsteht, und eine zylindrische Metallummantelung ist vorgesehen, um den Isolator zu umgeben. Ein Basisendabschnitt einer Masseelektrode ist an einem Endabschnitt der Metallummantelung angeschweißt, und ein Spitzenendabschnitt der Masseelektrode ist zur Mittellelektrode gebogen, so daß eine Endoberfläche der Masseelektrode einer Seitenoberfläche des hervorstehenden Spitzenendabschnittes der Mittelelektrode zugewandt ist, um dadurch einen ersten Spalt zu bilden, und eine Innenoberfläche des Spitzen-endabschnittes der Masseelektrode ist der Spitzenendoberfläche des Isolators zugewandt, um dadurch einen zweiten Spalt zu bilden, welcher kleiner als der erste Spalt ist. Die Zündkerze ist eine sogenannte intermittierende Kriechentladungszündkerze. Bevor eine Kontamination nicht so stark fortschreitet, tritt eine Funkenentladung am ersten Spalt auf, was aus der Sicht der Zündleistung vorteilhaft ist; und wenn eine Kontamination aufgetreten ist, nimmt der Widerstand der Oberfläche des Isolators ab und eine Funkenentladung im zweiten Spalt beginnt. Das heißt, der Fortschritt der Kontamination an der Oberfläche des Isolators wird automatisch detektiert, und eine intermittierende Funkenentladung wird veranlaßt, am zweiten Spalt aufzutreten, so daß eine Kontaminationsablagerung ausgebrannt wird. Somit wird eine Kriechentladungszündkerze geschaffen, welche einen exzellenten Kontaminationswiderstand besitzt, während eine Zündleistung bei gewöhnlicher Funkenentladung beibehalten wird. Weil darüber hinaus Funken mittels einer Kriechentladung nicht jederzeit erzeugt werden, ist die oben beschriebene Konfiguration im Hinblick auf eine Unterdrückung des Durchbrechens vorteilhaft.
  • Wenn bei der oben erwähnten Struktur die Seite bezüglich der Achse der Mittelelektrode auf der die Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode angeordnet ist, als die Vorderseite bezeichnet wird, und die Seite, welche der Vorderseite gegenüberliegt, als die Rückseite bezeichnet wird, ist der Abstand h zwischen der Rückseitenkante der Endoberfläche der Masseelektrode und der Spitzen endoberfläche des Isolators, wenn dies entlang der Achsenrichtung gemessen wird, vorzugsweise 0,3 mm oder mehr. Der Abstand h bestimmt die Größe des zweiten Spaltes g2 für eine Kriechentladung. Wenn der Abstand h einen relativ großen Wert besitzt, kann der Durchbruchswiderstand weiter verbessert werden. Wenn jedoch der Abstand h einen Betrag von 0,7 mm überschreitet, wird die Entladungsspannung an dem zweiten Spalt sehr hoch, und die Funktion als eine intermittierende Kriechentladungszündkerze wird in einigen Fällen nicht mehr erfüllt. Daher beträgt der Abstand h vorzugsweise 0,7 mm oder weniger. Am meisten bevorzugt wird der Abstand h innerhalb des Bereiches von nicht weniger als 0,4 mm eingestellt.
  • Bei der Kriechentladungszündkerze mit der oben beschriebenen ersten Struktur ist die Differenz d-D zwischen dem Außendurchmesser D der Mittelelektrode und dem Durchmesser des Durchgangsloches, in dem die Mittelelektrode eingesetzt ist, vorzugsweise 0,07 mm oder mehr, wenn dies an einer Position gemessen wird, die vom Spitzenende des Isolators 5 mm entfernt ist, wenn dies entlang der Axialrichtung gemessen wird. Der Grund wird nachfolgend beschrieben.
  • Die Erfinder folgern, daß eine Korrosionsunterdrückungsschicht durch einen Mechanismus wie nachfolgend beschrieben, gebildet wird. Nach der Erzeugung einer Funkenentladung werden Gasmoleküle in der Nähe des Funkenentladungsspaltes ionisiert. Die so erzeugten Ionen beschleunigen und treffen auf die Entladungsoberfläche der Elektrode aufgrund eines Gradienten des elektrischen Feldes, welches im Spalt erzeugt wird, so daß die Metallkomponenten der Elektroden bedampft werden. Die so bedampften Metallkomponenten oxidieren sofort und schlagen sich auf der Oberfläche des Isolators nieder. Die abgeschiedenen Oxide bilden eine Korrosionsunterdrückungsschicht.
  • Das gesamte Reaktionsprodukt, welches durch Oxidation der bedampften Metallkomponenten gebildet ist, trägt nicht notwendiger Weise zur Bildung der Korrosionsunterdrückungsschicht bei. Ein Teil des Reaktionsproduktes sammelt sich in dem Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode und dem Durchgangsloch des Isolators als Staub an. Ferner können Teile, die sich von der Korrosionsunterdrückungsschicht gelöst haben, in den Zwischenraum als Staub eindringen und sich dort ansammeln. Wenn der Zwischenraum klein ist, sammelt sich auf jeden Fall erzeugter Staub in dem Zwischenraum an und füllt den Zwischenraum vollständig. Nach Wiederholung der Erwärmungs-/Abkühlungszyklen kann in einem solchen Fall der Isolator aufgrund des Unterschiedes in der Wärmeausdehnung zwischen der Mittelelektrode, die aus Metall hergestellt ist, und dem Isolator der aus Keramik hergestellt ist, einen Riß bekommen.
  • Aufgrund sorgfältiger Untersuchungen haben die Erfinder jedoch herausgefunden, daß in dem Fall, wenn ein Zwischenraum, welcher durch die Differenz zwischen dem Außendurchmesser der Mittelelektrode und dem Durchmesser des Durchgangslochs des Isolators repräsentiert ist, 0,07 mm oder mehr beträgt, Staub daran gehindert wird, den Zwischenraum vollständig zu füllen. Sogar wenn Staub, der während der Bildung der Korrosionsunterdrückungsschicht erzeugt worden ist, in den Zwischenraum zwischen der Mittelelektrode und dem Isolator eindringt, bekommt der Isolator keinen Riß, wenn er wiederholten Erwärmungs-/Abkühlungszyklen ausgesetzt ist. Der Grund, weshalb die Größe des Zwischenraumes an einer Position definiert ist, welche vom Spitzenende des Isolators 5 mm entfernt ist, wenn dies entlang der Axialrichtung gemessen wird, ist folgender: Die Zündkerze ist typischerweise an einen Zylinderkopf in einer solchen Weise angebracht, daß der Funkenentladungsspalt, das heißt das Spitzenende des Isolators, nach unten gerichtet ist. Der Staub, der aufgrund der Bildung der Korrosionsunterdrückungsschicht erzeugt wird, dringt in den Zwischenraum ein, während er aufgrund des Verbrennungsdruckes nach oben gedrückt wird. Zu dieser Zeit dringen Kriechentladungsfunken in das In nere des Isolators ein. Daher brennt die Mittelelektrode in einem Bereich ab, welche die Funken erreichen. Als Folge davon kann Staub, der an einer Position vorhanden ist, an der die Mittelelektrode kaum abbrennt und an der der Einfluß des Erwärmens und des Abkühlens einfach wirkt, das heißt an einer Position, welche vom Spitzenende des Isolators etwa 5 mm entfernt ist, einfach durch die Erwärmungs-/Abkühlungszyklen beeinflusst werden. In einigen Fällen wird die Korrosionsunterdrückungsschicht teilweise mittels der Kriechentladungsfunken entfernt, und ein Phänomen ähnlich dem Durchbruch kann auftreten. Weil ein Reaktionsprodukt, welches durch die Oxidation bedampfter Metallkomponenten hergestellt wird, sich auf dem entfernten Abschnitt der Korrosionsunterdrückungsschicht abscheidet, so daß sie dadurch wiederhergestellt wird, setzt sich bei der oben erwähnten Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ein Durchbruch kaum bis zum Isolatorabschnitt fort.
  • Die Intensität des Angriffs eines Kriechentladungsfunkens gegen den Isolator, das heißt, wie leicht ein Durchbruch auftritt, ändert sich in besonderem Maße, wobei dies von der Polarität der an die Elektroden angelegten Spannung zur Erzeugung der Funkenentladung abhängt. Insbesondere ist das Anlegen einer Spannung für eine Funkenentladung in einer solchen Weise, daß die Mittelelektrode eine positive Polarität annimmt, vorteilhafter, um einen Durchbruch zu unterdrücken, als das Anlegen einer Spannung auf eine solche Weise, daß die Mittelelektrode eine negative Polarität annimmt. Wenn die Spannung an die Elektrode in einer solchen Weise angelegt wird, daß die Mittelelektrode eine negative Polarität annimmt, wie dies oben beschrieben ist, beträgt die Differenz d-D zwischen dem Außendurchmesser D der Mittelelektrode und dem Durchmesser des Durchgangslochs, in welches die Mittelelektrode eingesetzt wird, vorzugsweise 0,07 mm oder mehr, wenn dies an einer Position gemessen wird, welche vom Spitzenende des Isolators 5 mm entfernt ist, wenn dies entlang der Axialrichtung gemessen wird. Wenn im Gegensatz dazu eine Spannung an die Elektrode auf eine solche Weise angelegt wird, daß die Mittelelektrode eine positive Polarität annimmt, wird nur eine geringe Staubmenge aufgrund ihres Durchbruchsunterdrückungseffektes erzeugt, und daher kann die Differenz d-D einen Wert von 0,03 mm oder mehr (vorzugsweise 0,04 mm oder mehr) aufweisen.
  • Die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial der Mittelelektrode bildet, kann irgendein Element aufweisen, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Cu, Zn, Ti, Ru, V, Co, Nb, und Ta zusätzlich zu Cr und Fe als das oben erwähnte NTC-Element aufweist. Wenn der oben erwähnte NTC-Oxidhalbleiter aus diesen Elementen gebildet ist, wird ihr Ionenradius relativ klein, so daß diese Elemente einfach in die Oberfläche des Isolators, der aus Aluminiumoxid gebildet ist, eindringen und diffundieren können.
  • Somit wird die Festigkeit der gebildeten Korrosionsunterdrückungsschicht erhöht, was dazu beiträgt, den Korrosionsunterdrückungseffekt gegen den Isolator und den Durchbruchsverhinderungseffekt beizubehalten.
  • Die oben beschriebenen Effekte werden bemerkenswert, wenn gemäß der Erfindung Cr und Fe als ein NTC-Element eingesetzt werden. In diesem Fall enthält der Metallbestandteil (Ni-Legierung) des Elektrodenbasismaterials Cr; insbesondere ist der Cr-Gehalt der Ni-Legierung innerhalb des Bereiches von 1,5 bis 9 Massen-% eingestellt. Wenn der Cr-Gehalt kleiner als 1,5 Massen-% ist, kann der Effekt der Entladungsspannungsreduzierung in einigen Fällen nicht erreicht werden. Wenn darüber hinaus das oben Gesagte auf eine Kriechentladungszündkerze angewendet wird, wird die Korrosionsunterdrückungsfunktion der Schicht, welche auf der Oberfläche des Isolators gebildet ist, unzureichend, so daß der Durchbruchsverhinderungseffekt unzureichend wird. Wenn der Cr-Gehalt 9 Massen-% übersteigt, kann in einigen Fällen der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient nicht auf 17 W/m·K oder mehr erhöht werden. Cr und Fe sind vorteilhafter als NTC-Elemente, weil Cr und Fe die Hochtempera turfestigkeit der Ni-Legierung verbessern kann, um dadurch gleichzeitig eine Hochtemperaturbeständigkeit der Elektrode zu sichern und das Durchbrechen des Isolators zu verhindern.
  • Der Effekt, bei dem die Wärmeübertragungseigenschaft der Elektrode verbessert wird, kann nicht nur bei Kriechentladungszündkerzen erzielt werden, die ein Durchbruchsproblem beinhalten, sondern auch bei Zündkerzen, bei denen eine Kriechentladung entlang der Oberfläche des Isolators in einem Normalfall nicht auftritt, das heißt bei einer sogenannten Parallelelektrodenzündkerze, bei der eine Seitenoberfläche der Masseelektrode der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode zugewandt ist.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung schafft eine Zündkerze mit einer zweiten Struktur, umfassend:
    eine Mittelelektrode, welche an ihrem Spitzenendabschnitt einen abbrandfesten Abschnitt besitzt, welcher aus einem Edelmetall oder einem Verbundwerkstoff, welcher das Edelmetall als eine vorherrschende Komponente aufweist, hergestellt ist,
    einen Isolator, welcher so angeordnet ist, daß er die Mittelelektrode umgibt, und eine Masseelektrode, welche so angeordnet ist, daß eine Seitenoberfläche des Spitzenendabschnittes der Masseelektrode einer Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode parallel zugewandt ist, so daß dadurch ein Parallelluftentladungsspalt gebildet wird, wobei ein Elektrodenbasismaterial, welches mindestens einen Oberflächenschichtabschnitt der Mittelelektrode bildet, aus einer Ni-Legierung gebildet ist, welche Ni als eine vorherrschende Komponente aufweist und Cr in einer Menge von 1,5 bis 9 Massen-% in einer zweiten Komponente aufweist, und einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von 17 bis 30 W/m·K besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, ferner als die zweite Komponente Fe in einer Menge von 1 Massen-% oder mehr aufweist, so daß die Gesamtmenge von Fe und Cr 2,5 bis 9 Massen-% beträgt. Bei dieser Struktur nimmt eine Schicht, welche auf der Oberfläche des Isolators gebildet ist, nicht notwendiger Weise an einer Unterdrückung der Korrosion wie zum Beispiel dem Durchbrechen teil (bei der vorliegenden Beschreibung kann in einem solchen Fall aus Gründen der Einfachheit die Schicht als eine "Korrosionsunterdrückungsschicht" bezeichnet werden).
  • Wenn bei der oben beschriebenen Struktur der Cr-Gehalt der Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, kleiner als 1,5 Massen-% ist, wird der Oxidationswiderstand des Elektrodenbasismaterials unzureichend, so daß ein Riß, der von der Oxidation des Elektrodenmaterials stammt, wahrscheinlich an der Übergangsgrenzfläche (das heißt der Schweißgrenzfläche) zwischen dem Elektrodenbasismaterial und dem abbrandfesten Abschnitt erzeugt wird, der aus einem Edelmetall hergestellt ist und an dem Spitzenendabschnitt der Mittelelektrode vorgesehen ist, so daß eine Trennung des abbrandfesten Abschnittes einfach auftritt. Wenn der Cr-Gehalt 9 Massen-% übersteigt, wird eine übermäßig dicke Schicht, welche das NTC-Halbleiteroxid aufweist, auf der Oberfläche des Isolators gebildet, so daß der Widerstand der Oberfläche des Isolators abnimmt. Als Folge davon werden Funken an Stellen, welche nicht der reguläre Funkenentladungsspalt sind, erzeugt; zum Beispiel werden Funken (sogenannte Seitenfunken) wahrscheinlich zwischen der Seitenoberfläche des Isolators und der Innenumfangsoberfläche der Metallummantelung erzeugt.
  • Bei den oben erwähnten zwei Strukturen für Zündkerzen, wie sie in 5 dargestellt sind, ist der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Metallbestandteils (Ni-Legierung) des Elektrodenbasismaterials 17 W/m·K oder höher. Wenn der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient geringer als 17 W/m·K ist, nimmt die Wärmeübertragungsleistung der Elektrode ab, und somit kann eine Haltbarkeit bezüg lich des Elektrodenabbrandes nicht sichergestellt werden. Ferner ist der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient auf maximal 30 W/m·K begrenzt, denn wenn der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient auf über 30 W/m·K ansteigt, muß der Ni-Gehalt der Ni-Legierung erhöht werden, was dazu führt, daß der Entladungsspannungsabnahmeeffekt oder der Isolatorkorrosionsunterdrückungseffekt der Schicht, die vom Elektrodenbasismaterial stammt und auf der Oberfläche des Isolators gebildet ist, unzureichend wird. Vor diesem Hintergrund wird der Cr-Gehalt der Ni-Legierung innerhalb des oben beschriebenen Bereiches gewählt, wobei er vorzugsweise im Bereich von 2 bis 5 Massen-% liegt.
  • Die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, weist Cr als eine wesentliche Komponente und Fe als eine zusätzliche Komponente auf. In diesem Fall weist eine gebildete Korrosionsunterdrückungsschicht Cr als eine wesentliche Komponente und Fe als eine zusätzliche Komponente auf. Cr ist ein Element, welches notwendig ist, um einen Oxidationswiderstand des Elektrodenbasismaterials zu sichern und um die Korrosionsunterdrückungsschicht zu stabilisieren. Fe dient dazu, die Entladungsspannung zu senken. Die Ni-Legierung weist gemäß der Erfindung als eine zweite Komponente Fe in einer Menge von 1 Massen-% oder mehr und Cr in einer Menge von 1,5 Massen-% oder mehr auf. Wenn der Fe-Gehalt kleiner als 1 Massen-% ist, wird der Entladungsspannungsabnahmeeffekt schwach, was zur Folge hat, daß eine kapazitive Endladungsspannung ansteigt, und ein ausreichender Unterdrückungseffekt kann nicht erwartet werden. Wenn der Cr-Gehalt kleiner als 1,5 Massen-% ist, kann der Oxidationswiderstand des Elektrodenbasismaterials und der Effekt der Stabilisierung der Korrosionsunterdrückungsschicht nicht hinreichend sichergestellt werden. In diesem Fall weist der Gesamtgehalt an Fe und Cr einen Betrag von 2,5 bis 9 Massen-% auf.
  • Vorzugsweise ist das Elektrodenbasismaterial aus einem Material hergestellt, welches Fe in einer Menge von 1 bis 5 Massen-% aufweist. Die Verwendung eines solchen Materials verbessert ferner den Isolatorkorrosionsunterdrückungseffekt oder Entladungsspannungsabnahmeeffekt einer gebildeten Korrosionsunterdrückungsschicht. Die gebildete Korrosionsunterdrückungsschicht weist sowohl Fe als auch Cr auf. Wenn der Fe-Gehalt der Ni-Legierung 5 Massen-% übersteigt, tendiert der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient dazu, aus dem oben beschriebenen Bereich abzudriften. Wenn der Fe-Gehalt der Ni-Legierung weniger als 1 Massen-% ist, kann der durch den Zusatz von Fe erzielte Effekt nicht hinreichend erreicht werden. Der Gesamtgehalt an Fe und Cr beträgt vorzugsweise 2 bis 9 Massen-%.
  • Vor dem Hintergrund der Unterdrückung einer Oxidation der Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, ist der Cr-Gehalt vorzugsweise höher als der Fe-Gehalt (die Ni-Legierung weist Fe auf, um die Entladungsspannung zu senken, wie oben beschrieben worden ist). In diesem Fall, was wünschenswerter ist, ist das Verhältnis aus Cr-Gehalt WCr (Massen-%) zu Fe-Gehalt WFe (Massen-%) als WCr/WFe gleich 2 oder größer.
  • Sogar wenn die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial der Mittelelektrode darstellt, eine zweite Komponente aufweist, welche mindestens ein Element ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Ru, Zn, V, Co, Nb, Ta, und Ti aufweist, wobei dies durch die Bildung einer Korrosionsunterdrückungsschicht auf der Oberfläche des Isolators erreicht wird, kann ein Durchbruchsunterdrückungseffekt auf ähnliche Weise erzielt werden.
  • Bei den Zündkerzen gemäß der Erfindung ist der Ni-Gehalt der Ni-Legierung, welcher das Elektrodenbasismaterial bildet, vorzugsweise auf 80 Massen-% oder mehr gesetzt, um den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten des Elektrodenbasismaterials auf 17 W/m·K oder höher zu erhöhen. Um ferner einen beträchtlichen Durchbruchsunterdrückungseffekt durch die Bildung einer Korrosionsunterdrückungsschicht (für die erste und dritte Ausführungsform) zu erzielen oder um einen bemerkenswerten Effekt bei der Verbesserung der Wärmeübergangseigenschaft der Elektrode (für die zweite Ausführungsform) zu erzielen, wird der Gesamtgehalt der zweiten Komponenten der Ni-Legierung, welcher das Elektrodenbasismaterial bildet, vorzugsweise auf 1,5 Massen-% oder mehr gesetzt. Währenddessen ist der Gesamtgehalt der zweiten Komponenten wünschenswerter Weise auf nicht mehr als 10 Massen-% begrenzt, um einen genügend hohen Abbrandwiderstand der Mittelelektrode sicherzustellen.
  • Als nächstes werden Merkmale beschrieben, welche zu den Zündkerzen gemäß der Erfindung gemeinsam hinzugefügt werden können. Zunächst besitzt die Mittelelektrode eine Struktur, so daß ein Metallabschnitt zur Wärmestrahlungsunterstützung, welcher aus einem Material hergestellt ist, welches einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besitzt, der höher als jener des Elektrodenbasismaterials ist, innerhalb des Elektrodenbasismaterials eingesetzt ist und sich entlang dessen Achse erstreckt. Durch diese Konfiguration kann eine Wärmeübertragung von dem Spitzenendabschnitt der Mittelelektrode, bei der die Temperatur dazu neigt, anzusteigen, wirksam gefördert werden, so daß die Lebensdauer der Zündkerzen durch die Unterdrückung des Elektrodenabbrandes erhöht werden kann. Hier wird die Seite bezüglich der Axialrichtung auf welcher die Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode angeordnet ist, als die Vorderseite bezeichnet, und die Seite, welche der Vorderseite gegenüberliegt, wird als die Rückseite bezeichnet; und die Vorderseite der Spitzenendoberfläche (Referenzposition) des Isolators wird als eine "+"-Seite betrachtet, und die Rückseite der Spitzenendoberfläche wird als eine "–"-Seite betrachtet. Das Spitzenende des Metallabschnittes zur Wärmestrahlungsförderung wird wünschenswerter Weise innerhalb eines Bereiches von ± 1,0 mm relativ zur Spitzenendoberfläche des Isolators angeordnet. Wenn das Spitzenende des Metallabschnittes zur Wärmestrahlungsförderung in den Isolator jenseits von –1,0 mm relativ zur Referenzposition zurückgezogen wird, wird mittels des Metallabschnitts des zur Wärmestrahlungsförderung der Effekt zur Förderung der Wärmeübertragung vom Spitzenendabschnitt der Mittelelektrode unzureichend, was zur Folge hat, daß die Elektrode schnell abgebrannt sein kann. Wenn das Spitzenende des Metallabschnittes zur Wärmestrahlungsförderung aus der Spitzenendoberfläche des Isolators jenseits von +1,0 mm relativ zur Referenzposition hervorsteht, nimmt nach dem Fortschreiten des Abbrandes des Elektrodenbasismaterials der Wärmewiderstand des Spitzenendabschnittes der Elektrode ab, so daß die Zündkerze schnell das Ende ihrer Lebensdauer erreichen kann.
  • Bei der oben beschriebenen Struktur beträgt die Dicke des Elektrodenbasismaterials, wenn dies entlang einer radialen Richtung bezüglich der Achse und an einer Axialposition gemessen wird, welche von der Rückseite 0,5 mm von der Spitzenendoberfläche des Isolators entfernt ist, vorzugsweise 30 % oder mehr des Außendurchmessers der Mittelelektrode an dieser Position. Durch diese Konfiguration ist es möglich, durch den Metallabschnitt zur Wärmestrahlungsförderung während der wirksamen Förderung des Wärmeübergangs vom Spitzenendabschnitt der Mittelelektrode, an der die Temperatur dazu neigt, anzusteigen, eine hohe Haltbarkeit gegen einen Elektrodenabbrand aufgrund von Funken in dem Halbkriechentladungsspalt an dieser Position hinreichend sicherzustellen.
  • Darüber hinaus kann die Masseelektrode eine Struktur aufweisen, so daß ihr Oberflächenabschnitt aus einem Elektrodenbasismaterial gebildet ist, welches aus Ni oder einer Ni-Legierung hergestellt ist, und ein Metallabschnitt zur Wärmestrahlungsförderung, welcher aus einem Material hergestellt ist, welches einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besitzt, der größer als jener des Elektrodenbasismaterials ist, ist innerhalb des Elektrodenbasismaterials eingesetzt und erstreckt sich entlang der Längsrichtung der Elektrode. Diese Konfiguration fördert die Wärmeübertragung von der Masseelektrode, um dadurch die Haltbarkeit gegen einen Abbrand zu erhöhen. In diesem Fall ist in der Masseelektrode das Spitzenende des Metallabschnittsmaterials zur Wärmestrahlungsför derung vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,5 bis 1,0 mm angeordnet, wenn dies von der Spitzenendoberfläche der Masseelektrode aus gemessen wird. Der Metallabschnitt zur Wärmestrahlungsförderung, der in der Mittelelektrode oder der Masseelektrode eingesetzt ist, ist vorzugsweise aus Cu oder einer Cu-Legierung hergestellt, welche dazu dient, eine exzellente Wärmestrahlungseigenschaft zu niedrigen Kosten zu erzielen.
  • Ein Abschnitt der Masseelektrode und/oder der Mittelelektrode, welche einen Funkenentladungsspalt bildet, kann ein abbrandfester Abschnitt sein, welcher aus einem Edelmetall oder einem Verbundmaterial hergestellt ist, welche vorzugsweise das Edelmetall enthält. Diese Konfiguration unterdrückt wirksam eine Zunahme des Funkenentladungsspaltes aufgrund eines Elektrodenabbrandes, so daß die Lebensdauer der Zündkerze erhöht werden kann. Vorzugsweise enthält der abbrandfeste Abschnitt als eine vorherrschende Komponente mindestens ein Edelmetall, welches aus Ir, Pt und Ru ausgewählt ist. Ein solcher abbrandfester Abschnitt kann einfach gebildet werden, indem der abbrandfeste Abschnitt mit der Masseelektrode und/oder der Mittelelektrode durch Laserstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Widerstandsschweißen fixiert wird.
  • Nachfolgend werden als Beispiele Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigen:
  • 1 eine Gesamtansicht einer Zündkerze, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine vergrößerte Schnittansicht, welche einen Hauptabschnitt von 1 zeigt;
  • 3 eine Hauptabschnittslängsquerschnittsansicht, welche ein Beispiel zeigt, bei dem eine Korrosionsunterdrückungsschicht vorn auf der Oberfläche des Isolators gebildet ist;
  • 4 eine Längsquerschnittsansicht eines Hauptabschnittes, welche ein Beispiel zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung auf eine Kriechentladungszündkerze angewendet ist;
  • 5 eine Längsquerschnittansicht des Hauptabschnittes, welcher ein Beispiel zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung auf eine intermittierende Kriechentladungszündkerze angewendet ist;
  • 6 Längsquerschnittsansichten des Hauptabschnittes zeigt, wobei jede Ansicht ein Beispiel zeigt, bei dem ein abbrandresistenter Abschnitt auf der Außenumfangsoberfläche der Mittelelektrode der Zündkerze von 5 gebildet ist;
  • 7 eine Vorderquerschnittsansicht des Hauptabschnittes und eine Seitenquerschnittsansicht des Hauptabschnittes, welche jeweils ein Beispiel einer Zündkerze zeigen, welche eine Masseelektrode besitzt, welche der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode zugewandt ist und eine Masseelektrode besitzt, welche der Seitenoberfläche der Mittelelektrode zugewandt ist;
  • 8 eine Längsquerschnittsansicht des Hauptabschnittes, welche ein Beispiel zeigt, bei der die vorliegende Erfindung auf eine Parallelelektrodenzündkerze angewandt ist;
  • 9 Querschnittsansichten einer Zündkerze zeigt, bei der ein abbrandfester Abschnitt eines Edelmetalles am Spitzenendabschnitt der Mittelelektrode gebildet ist, wobei jeweils ein Beispiel gezeigt ist, bei dem mindestens ein Ab schnitt eines Umfangslaserschweißabschnittes zum Verbinden des abbrandfesten Abschnittes innerhalb des Isolators positioniert ist.
  • Es werden Bezugszeichen verwendet, um Teile oder Positionen in den Zeichnungen wie folgt zu identifizieren:
    • 1, 100, 200, 300, 400, 450
    Zündkerze
    2
    Mittelelektrode
    2a
    Spitzenendabschnitt
    2b
    Außenumfangsoberfläche (Entladungsoberfläche)
    2c
    Basisendabschnitt
    3
    Isolator
    3d
    Durchgangsloch
    4, 104
    Masseelektrode
    4a
    Endoberfläche (Entladungsoberfläche)
    13
    Metallanschluß
    15
    Widerstand
    30, 31
    Korrosionsunterdrückungsschicht
    40–42, 105
    abbrandfester Abschnitt
  • Es werden mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen nachfolgend beschrieben.
  • Eine Zündkerze 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und in 1 dargestellt, besitzt die Form einer sogenannten Halbkriechentladungszündkerze. Die Zündkerze 1 weist auf: eine zylindrische Metallummantelung 5; einen Isolator 3, der in die Metallummantelung 5 so eingesetzt ist, daß ein Spitzenendabschnitt des Isolators 3 aus der Metallummantelung 5 hervorsteht; eine Mittelelektrode 2, welche innerhalb des Isolators 3 angeordnet ist; und zwei Masseelektroden 4, welche jeweils ein Basisende besitzen, das mit der Metallummantelung 5 verbunden ist. Die Masseelektroden 4 sind so angeordnet, daß die Spitzenenden (Endflächen 4a) der Seitenoberfläche der Mittelelektrode 2 zugewandt sind, während der Spitzenendabschnitt des Isolators 3 dazwischen angeordnet ist. Der Isolator 3 ist zum Beispiel aus einem gesinterten Keramikkörper gebildet, wie zum Beispiel Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist ein Durchgangsloch 3d im Isolator 3 auf eine solche Weise gebildet, daß es sich axial durch denselben erstreckt. Die Mittelelektrode 2 ist in das Durchgangsloch 3d eingesetzt. Die Metallummantelung 5 ist aus einem Metall gebildet, wie zum Beispiel einem kohlenstoffarmen Stahl, und ist in einer zylindrischen Form gebildet, um dadurch als ein Gehäuse der Zündkerze 1 zu dienen. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist ein Außengewindeabschnitt 6 auf der Außenoberfläche der Metallummantelung 5 gebildet und eingerichtet, die Zündkerze 1 an einen nicht dargestellten Zylinderkopf anzubringen. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist jede der beiden Masseelektroden 4, von denen eine auf einer Seite der Mittelelektrode 2 und die andere auf der anderen Seite der Mittelelektrode 2 vorgesehen ist, so gebogen, daß ihre Endoberfläche (hier nachfolgend als eine "Entladungsoberfläche" bezeichnet) 4a der Seitenoberfläche (Entladungsoberfläche) 2b des Spitzenendabschnittes 2a der Mittelelektrode 2 im wesentlichen parallel dazu zugewandt ist. Das andere Ende jeder Masseelektrode 4 ist mit der Metallummantelung 5 mittels zum Beispiel Schweißen fixiert.
  • Der Isolator 3 ist so angeordnet, daß dessen Spitzenendabschnitt 3a zwischen der Seitenoberfläche 2a der Mittelelektrode 2 und der Entladungsoberflächen 4a der Masseelektroden 4 angeordnet ist. Nachfolgend wird die Seite bezüglich der Achse O der Mittelelektrode 2, auf der die Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode 2 angeordnet ist, als die Vorderseite bezeichnet; und die Seite, welche der Vorderseite gegenüberliegt, wird als die Rückseite bezeichnet. In diesem Fall ist die Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 auf der Vorderseite der Rückseitenkante 4f der Endoberfläche 4a jeder Masseelektrode 4 angeordnet.
  • Die Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode 2 steht in einem vorbestimmten Abstand von der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 hervor.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, ist ein Metallanschluß 13 fest in dem Durchgangsloch 3d des Isolators 3 von einem Ende eingesetzt und darin fixiert. In ähnlicher Weise ist die Mittelelektrode 2 in dem Durchgangsloch 3d von dem anderen Ende eingesetzt und darin fixiert. Ein Widerstand 15 ist innerhalb des Durchgangsloches 3d und zwischen dem Metallanschluß 13 und der Mittelelektrode 2 angeordnet. Die einander gegenüberliegenden Enden des Widerstandes 15 sind elektrisch mit der Mittelelektrode 2 und dem Metallanschluß 13 über leitfähige Glasdichtungsschichten 16 bzw. 17 verbunden. Der Metallanschluß 13 ist aus zum Beispiel kohlenstoffarmem Stahl gebildet, und seine Oberfläche ist mit einer Ni-Überzugsschicht (Dicke: zum Beispiel 5 μm) zur Korrosionsverhinderung bedeckt. Der Widerstand 15 ist aus einer Widerstandszusammensetzung gebildet, welche durch die Schritte erzielt wird: Mischen von Glaspulver, Keramikpulver, Metallpulver (enthalten hauptsächlich eines oder mehrere Elemente, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche Zn, Sb, Sn, Ag, und Ni aufweist), Pulver eines nicht-metallischen leitfähigen Materials (zum Beispiel amorphem Kohlenstoff oder Graphit) und einem organischen Binder in jeweils vorbestimmten Mengen, und Sintern der sich daraus ergebenden Mischung durch ein übliches Verfahren, zum Beispiel durch Verwendung einer Heißpresse.
  • Ein Elektrodenbasismaterial 2n, welches einen Oberflächenschichtabschnitt der Mittelelektrode 2 bildet (bei der vorliegenden Ausführungsform ein anderer Abschnitt als ein Metallabschnitt 2m zur Wärmestrahlungsförderung, der aus Cu oder einer Cu-Legierung gebildet ist und in der Mitte der Elektrode eingesetzt ist, um eine Wärmeübertragung zu verbessern) ist aus einer Metalllegierung gebildet, welche Ni als eine vorherrschende Komponente und Cr aufweist und welche einen Wärmeleitfähigkeitskoeftizienten von 17 bis 30 W/m·K besitzt.
  • Die Metalllegierung, welche das Basiselektrodenmetall 2n besitzt, kann eine Ni-Basislegierung sein, welche Ni in einer Menge von 80 Massen-% (Gew.-%) oder mehr und Cr in einer Menge von 1,5 bis 9 Massen-% (vorzugsweise 2 bis 5 Massen-%) aufweist, oder eine Ni-Basislegierung, welche Ni in einer Menge von 80 Massen-% oder mehr, Cr in einer Menge von 1,5 bis 9 Massen-% (vorzugsweise 2 bis 5 Massen-%) und Fe in einer Menge von 1 bis 5 Massen-% aufweist, wobei der Gesamtbetrag von Fe und Cr 2 bis 9 Massen-% ist. Die Masseelektroden 4 können aus dem gleichen Material wie jenes der Mittelelektrode 2 gebildet sein. Jedoch ist das Material der Masseelektroden 4 nicht darauf begrenzt, und die Masseelektroden 4 können aus einer Ni-Basislegierung gebildet sein, welche eine Zusammensetzung besitzt, die nicht mehr in dem oben beschriebenen Bereich enthalten ist, solange die Ni-Basislegierung einen vorbestimmten Betrag von Nickel aufweist.
  • Nachfolgend wird der Betrieb der Zündkerze 1 beschrieben.
  • Die Zündkerze 1 ist in einem Verbrennungsmotor wie zum Beispiel einem Ottomotor über den Außengewindeabschnitt 6 der Zündkerze montiert (1), wobei sie dazu verwendet wird, ein Luft-/Treibstoffgemisch zu entzünden, welches einer Verbrennungskammer zugeführt wird. Für eine Entladung wird eine hohe Spannung an die Zündkerze 1 so angelegt, daß die Mittelelektrode 2 eine negative Polarität annimmt und die Masseelektroden 4 eine positive Polarität annehmen. Somit wird, wie aus 2 ersichtlich ist, ein Funken erzeugt aufgrund einer Entladung zwischen der Entladungsoberfläche 4a jeder Masseelektrode 4 und der Seitenoberfläche (Entladungsoberfläche) 2b des Spitzenendabschnittes 2a der Mittelelektrode 2, und das Gemisch wird mittels des Funkens entzündet. Die Zündkerze funktioniert als eine Halbkriechentladungszündkerze, bei der ein Funken durch einen Pfad entlang der Oberfläche des Spitzenendabschnittes des Isolators 3 voranschreitet. Unter der Vielzahl der Masseelektroden 4, die um die Mittelelektrode 2 angeordnet sind, ist minde stens eine (bei der vorliegenden Ausführungsform sämtliche) Masseelektrode 4 derart angeordnet, daß ihre Endoberfläche der Seitenoberfläche der Mittelelektrode 2 zugewandt ist, wobei der Spitzenendabschnitt des Isolators 3 dazwischen angeordnet ist (das heißt, die Masseelektrode 4 dient als eine Halbkriechmasseelektrode, welche einen Halbkriechentladungsspalt in Zusammenwirken mit der Seitenoberfläche der Mittelelektrode 2 bildet).
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, steht bei der Zündkerze 1 der vorliegenden Ausführungsform der Spitzenendabschnitt 2a der Mittelelektrode 2 von der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 hervor. Daher ist ein erster Spalt g1 zwischen der Seitenoberfläche 2b und der Entladungsoberfläche 4a jeder Masseelektrode 4 gebildet, und ein zweiter Spalt g2 ist zwischen der Außenumfangsoberfläche des Isolators 3 und der Entladungsoberfläche 4a gebildet.
  • Bei der Zündkerze 1 der vorliegenden Ausführungsform enthält das Elektrodenbasismaterial, welches mindestens die Entladungsoberflächen (2b und 4a) der Mittelelektrode 2 und der Masseelektroden 4 bildet, mindestens ein Element, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Fe, Cr und Cu als eine Komponente zur Isolationskorrosionsunterdrückung aufweist. Wenn eine solche Zündkerze an einem Verbrennungsmotor angebracht ist, welcher bei hoher Geschwindigkeit oberhalb eines vorbestimmten Pegels oder unter schwerer Last oberhalb eines vorbestimmten Pegels betrieben wird, wird, wie aus 2 ersichtlich ist, eine Korrosionsunterdrückungsschicht 30, welche aus den Bildungskomponenten (insbesondere einschließlich Cr und Fe) des Elektrodenbasismaterials 2n der Mittelelektrode 2 entsteht, auf der Oberfläche des Spitzenendabschnittes des Isolators 3 während einer Funkenentladung gebildet. Als Folge davon wird, sogar wenn eine Kriechentladung auftritt und somit ein Funken sich entlang des zweiten Spaltes g2 bewegt, die Oberfläche des Isolators 3 durch die Korrosionsunterdrückungsschicht 30 geschützt, so daß ein Fortschreiten des Durchbruchs verhindert oder wirksam unterdrückt wird.
  • Die Korrosionsunterdrückungsschicht 30, welche als ein Ergebnis der Funkenentladung gebildet ist, kann eine oxidbasierte Komponente sein, welche Fe, Cr oder Cu als eine kationische Komponente aufweist, insbesondere der oben beschriebene NTC-Oxidhalbleiter (zum Beispiel Fe2O3 und Cr2O3). In diesem Fall wird der Effekt, bei dem ein Durchbruch verhindert wird, besonders deutlich. Die Korrosionsunterdrückungsschicht 30, welche hauptsächlich aus einem Oxidbasisverbund gebildet ist, welcher irgendeines der oben erwähnten Elemente aufweist, tendiert dazu, elektrisch halbleitend zu wirken, und man geht davon aus, daß sie aufgrund ihres Stromverteilungseffektes das Durchbrechen noch mehr verhindert. Wenn die Entladungsspannung am Funkenentladungsspalt abfällt, nimmt der kapazitive Entladungsstrom während einer Funkenentladung ab, so daß ein Angriff durch Funken geschwächt wird, wobei man davon ausgeht, daß dies zur Unterdrückung des Elektrodenabbrandes und zur Verringerung des Durchbrechens beiträgt.
  • Die Erfinder sind der Ansicht, daß die oben beschriebene Korrosionsunterdrückungsschicht 30 durch folgenden Mechanismus gebildet wird. Bei der Erzeugung der Funkenentladung S werden Gasmoleküle in der Nähe der Funkenentladungsspalte g1 und g2 ionisiert; aufgrund eines Gradienten des elektrischen Feldes, welches zwischen den Elektroden 2 und 4 erzeugt ist, treffen die so erzeugten Ionen auf die Entladungsoberfläche, so daß die Metallkomponenten der Elektroden aus den Entladungsoberflächen ausgetrieben werden. Allgemein erzeugt ein Verbrennungsgas eine hohe Temperatur und eine oxidierende Atmosphäre innerhalb der Verbrennungskammer, in der die Funkenentladungsspalte g1 und g2 angeordnet sind. Daher werden die Metallkomponenten, welche aus den Entladungsoberflächen ausgetrieben werden, sofort zu Oxiden konvertiert, die auf der Oberfläche des Isolators 3 abgeschieden werden, um somit die Korrosionsunterdrückungsschicht 30 zu bilden. Dieser Mechanismus ist ähnlich zu jenem eines reaktiven Verdampfungsprozesses (Sputterprozeß), bei dem das metallische Material, welches die Entladungsoberflä chen bildet, als ein Target verwendet wird. Weil bei der vorliegenden Ausführungsform die Mittelelektrode 2 während der Erzeugung kationischer Ionen eine negative Polarität besitzt, dient die Entladungsoberfläche der Mittelelektrode 2 hauptsächlich als eine Quelle von Komponenten der Korrosionsunterdrückungsschicht 30. Während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebes oder eines Schwerlastbetriebes, bei dem die Elektroden 2, 4 hohe Temperaturen besitzen, kann das metallische Material der Entladungsoberflächen jedoch teilweise geschmolzen und gestreut werden, und es kann oxidiert werden und auf der Oberfläche des Isolators abgeschieden werden. In einem solchen Fall dienen die Entladungsoberflächen 4a der Masseelektroden 4 als eine Komponentenquelle der Korrosionsunterdrückungsschicht 30. In einigen Fällen kann ein Teil der Metallelemente, welche aus den Entladungsoberflächen ausgetrieben worden sind, in die Korrosionsunterdrückungsschicht 30 eingebaut werden, ohne oxidiert worden zu sein; das heißt, daß sie in der Form von Metallelementen vorliegen. Dies verringert den elektrischen Widerstand der Korrosionsunterdrückungsschicht 30, welches vorteilhaft sein kann, um den Durchbruchsverhinderungseffekt durch eine Stromverteilung zu erzielen.
  • Ob die oben erwähnte Korrosionsunterdrückungsschicht 30 zu einem beträchtlichen Betrag gebildet wird, hängt von den Einsatzbedingungen der Zündkerze ab; insbesondere sind die Temperatur der Entladungsoberflächen 4a und 2b (zum Beispiel die Temperatur am Spitzenendabschnitt 2a der Mittelelektrode 2 oder dessen Umgebung) und andere Faktoren von Bedeutung. Unter Betriebsbedingungen, unter denen die Temperaturen der Entladungsoberflächen 4a und 2b dazu tendieren, zuzunehmen, wie zum Beispiel bei einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb oder einem Schwerlastbetrieb, neigt die Entladungsoberfläche 2b dazu, wie beim Sputtern zu verdampfen, wodurch die Bildung der Korrosionsunterdrückungsschicht 30 gefördert wird. Mit zunehmendem Aufbau der Bedingungen, bei denen ein Durchbrechen dazu neigt, aufzutreten, schreitet die Bildung der Korrosionsunterdrückungsschicht 30, welche das Durchbrechen verhindert oder unterdrückt, voran. Als Folge davon kann ein exzellenter Durchbruchsverhinderungseffekt erzielt werden. Obgleich die Bedingungen bezüglich der Temperatur der Entladungsoberfläche, die erfüllt sein müssen, um die Bildung der Korrosionsunterdrückungsschicht 30 zu fördern, durch zum Beispiel die Zusammensetzung des Verbrennungsgases und allgemein des Luft-/Treibstoffverhältnisses beeinflußt werden, fördern Temperaturen, die gleich oder höher als 500°C sind, die Bildung der Korrosionsunterdrückungsschicht 30.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, beträgt die Differenz (d-D) zwischen dem Außendurchmesser D der Mittelelektrode 2 und dem Durchmesser d des Durchgangsloches 3d, in welches die Mittelelektrode 2 eingesetzt ist, vorzugsweise 0,07 mm oder mehr, wenn dies an einer Position gemessen wird, die vom Spitzenende des Isolators 3 in einem Abstand Q von 5 mm entfernt ist, wenn dies entlang der Axialrichtung gemessen wird. Wenn der Spitzenendabschnitt 2a der Mittelelektrode 2 in seinem Durchmesser reduziert ist, so daß er einen Durchmesser besitzt, der kleiner ist als jener des Basisendabschnittes 2c, dann besitzt die Differenz (d-D1) zwischen dem Außendurchmesser D1 des Basisendabschnittes 2c der Mittelelektrode 2 und dem Durchmesser d des Durchgangsloches 3d einen Betrag von 0,07 mm oder mehr.
  • Das gesamte Reaktionsprodukt, das durch die Oxidation verdampfter Metallkomponenten der Elektroden gebildet ist, trägt nicht notwendiger Weise zur Bildung der Korrosionsunterdrückungsschicht bei; ein Teil des Reaktionsproduktes sammelt sich im Zwischenraum K zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Durchgangsloch 3d als Verbrennungsstaub. In einigen Fällen wird die gebildete Korrosionsunterdrückungsschicht 30 teilweise durch Funken entfernt, die durch Kriechentladung erzeugt werden, wobei ein ähnlicher Verbrennungsstaub J erzeugt wird. Wenn der Zwischenraum klein ist, sammelt sich erzeugter Verbrennungsstaub J in dem Zwischenraum K und füllt den Zwischen raum K vollständig. In einem solchen Fall kann nach der Wiederholung von Erwärmungs-/Abkühlungszyklen der Isolator 3 aufgrund des Unterschiedes in der thermischen Ausdehnung zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Isolator 3 einen Riß bekommen. Wenn jedoch die Differenz d-D1 auf 0,07 mm oder mehr eingerichtet ist, wird der Verbrennungsstaub J daran gehindert, den Zwischenraum K vollständig auszufüllen, so daß kaum zu erwarten ist, daß der Isolator 3 einen Riß bekommt, sogar wenn die Erwärmungs-/Abkühlungszyklen wiederholt werden. Wenn jedoch die Differenz d-D1 den Betrag von 0,3 mm übersteigt, verringert sich der Wärmewiderstand und die Mittelelektrode 2 tendiert dazu, in einem exzentrischen Zustand montiert zu werden. Daher wird die Differenz d-D1 vorzugsweise auf 0,3 mm oder weniger eingerichtet, am meisten bevorzugt 0,07 bis 0,15 mm.
  • Wenn die an die Zündkerze 1 angelegte Spannung derart gepolt ist, daß die Mittelelektrode 2 eine positive Polarität erhält, wird nur eine geringe Menge an Verbrennungsstaub erzeugt, und daher kann die Differenz d-D1 auf zum Beispiel 0,03 mm oder mehr verringert werden (vorzugsweise 0,04 mm oder mehr).
  • Eine wirksame Maßnahme zur Verbesserung der Durchbruchswiderstandseigenschaft der Zündkerze besteht darin, eine Betriebsumgebung aufzubauen, bei der ein Angriff durch Kriechentladungsfunken gegen den Isolator 3 nicht exzessiv wird. Zum Beispiel kann eine solche Umgebung wirksam aufgebaut werden, indem ein augenblickliches Anlegen einer exzessiven Entladungsspannung an die Elektroden vermieden wird, oder indem die Tendenz der Entladung, die sich an eine einzelne Position konzentriert, unterdrückt wird und die Entladung später durchgeführt wird. Ein Beispiel dafür besteht darin, den elektrischen Widerstand des Widerstands 15 (siehe 1) derart einzustellen, daß der Widerstand 15 einen elektrischen Widerstand von 2 kΩ oder größer (vorzugsweise 5 kΩ oder größer) besitzt, wenn zwischen dem metallischen An schluß und der Mittelelektrode 2 gemessen wird. Der elektrische Widerstand des Widerstands 15 kann eingestellt werden, indem die Zusammensetzung oder die Abmessung des Widerstands 15 geändert wird.
  • Ein Beispiel für die letztgenannte Konstruktion besteht darin, zwei oder mehr Masseelektroden 4 vorzusehen. Wenn insbesondere die Zahl der Masseelektroden 4 auf 3 oder mehr erhöht wird, kann der Durchbruchswiderstand deutlich verbessert werden.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der Durchmesser des Spitzenendabschnitts 2a der Mittelelektrode 2 mit D2 bezeichnet. Dieser Durchmesser D2 wird vorteilhafter Weise vergrößert, um unterteilte Entladungswege zu schaffen. Insbesondere beträgt der Durchmesser D2 vorzugsweise 2,0 mm oder mehr. Je kleiner der Durchmesser D2 des Spitzenendabschnittes 2a der Mittelelektrode 2 ist, um so kleiner ist das Volumen des Spitzenendabschnittes 2a der Mittelelektrode 2 und um so kleiner ist die Wärmemenge der Flammen, die nach der Zündung erzeugt werden, wobei die Wärmemenge durch die Mittelelektrode 2 absorbiert wird, was zur Folge hat, daß die Zündleistung der Zündkerze zunimmt. Weil ferner der Spitzenendabschnitt 2a der Mittelelektrode 2 oder der Spitzenendabschnitt des Isolators 3, welche durch erzeugte Funken gereinigt werden, in ihrem Oberflächenbereich abnehmen, kann der Kontaminationswiderstand der Zündkerze verbessert werden. Wird dies berücksichtigt, so wird der Durchmesser D2 des Spitzenendabschnittes 2a der Mittelelektrode 2 innerhalb des Bereiches von 0,6 bis 2,2 mm eingestellt. Wenn der Durchmesser D2 kleiner als 0,6 mm ist, wird der Durchbruchsunterdrückungseffekt unzureichend. Wenn der Durchmesser D2 größer als 2,2 mm ist, kann der Kontaminationswiderstand nicht hinreichend sichergestellt werden.
  • Die Zündkerze 1 ist auf eine solche Weise konfiguriert, daß die Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 auf der Vorderseite der Rückseitenkante 4f der Endoberfläche (Entladungsoberfläche) 4a jeder Masseelektrode 4 angeordnet ist. Diese Konfiguration verbessert ferner den Durchbruchswiderstand der Zündkerze. Ein möglicher Grund dafür wird nachfolgend beschrieben. Wie aus 2 ersichtlich ist, wird ein Entladungsweg, der an der Rückseitenkante 4f der Endoberfläche jeder Masseelektrode 4 endet, durch den Isolator 3 blockiert, und möglicherweise tendiert die Entladung dazu, an der Frontseitenkante 4e aufzutreten, an der hauptsächlich eine Luftentladung stattfindet.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, bezeichnet das Bezugszeichen E den Abstand zwischen der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 und der Endoberfläche 4a jeder Masseelektrode 4, wenn dies entlang der Achse O der Mittelelektrode 2 gemessen wird (das heißt der Überlappungsabstand zwischen der Spitzenendoberfläche jeder Masseelektrode (Halbkriechelektrode) 4 und der Seitenoberfläche des Spitzenendabschnittes der Mittelelektrode 2 entlang der Achse O der Mittelelektrode 2). Der Abstand E beträgt vorzugsweise 0,2 mm oder mehr. Wenn der Abstand E 1,2 mm oder weniger beträgt, greifen Funken die Oberfläche des Isolators 3 nicht stark an, sogar wenn die Rückseitenkante der Endoberfläche der Masseelektrode als das Ende des Entladungspfades dient, so daß der Durchbruchswiderstand der Zündkerze verbessert werden kann.
  • Die Seite bezüglich der Achse O, auf der die Spitzenendoberfläche 2a der Mittelelektrode 2 angeordnet ist, wird als die Vorderseite bezeichnet, und die Seite, welche der Vorderseite gegenüberliegt, wird als die Rückseite bezeichnet; die Vorderseite der Spitzenendoberfläche 3e (Bezugszposition) des Isolators 3 wird als eine "+"-Seite und deren Rückseite als eine "–"-Seite betrachtet. Das Spitzenende des Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnittes 2m ist vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von ± 1,0 mm relativ zur Spitzenendoberfläche des Isolators angeordnet.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, besitzt die Mittelelektrode 2 eine solche Struktur, daß der Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnitt 2m, welcher aus einem Material hergestellt ist, welches einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besitzt, der höher ist als jener des Elektrodenbasismaterials 2n, innerhalb des Elektrodenbasismaterials 2n eingebettet ist und sich entlang der Achse O erstreckt. In diesem Fall beträgt die Dicke λ des Elektrodenbasismaterials 2n, wenn dies entlang einer Radialrichtung bezüglich der Achse O und an einer Position P entlang der Achse O gemessen wird, wobei die Position P rückwärts um 0,5 mm von der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 beabstandet ist, vorzugsweise 30 % oder mehr des Außendurchmessers der Mittelelektrode 2, wenn dies an der Position P gemessen wird (zum Beispiel 0,6 mm oder mehr, wenn der Außendurchmesser der Mittelelektrode 2, der an der Position P gemessen wird, etwa 2 mm beträgt). Diese Konfiguration schafft eine genügend hohe Haltbarkeit gegen einen Elektrodenabbrand aufgrund von Funken an der Position in dem Halbkriechentladungsspalt, während eine Wärmeübertragung mittels des Wärmestrahlungsförderungsmetallabschnittes 2m vom Spitzenendabschnitt der Mittelelektrode 2 gefördert wird, wo die Temperatur dazu tendiert, einfach zuzunehmen. Obgleich die Zunahme des Außendurchmessers des Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnittes 2m in einem gewissen Ausmaß dazu beiträgt, den Wärmeübergang zu fördern, wenn der Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnitt 2m über seiner gesamten Länge in der Dicke zunimmt, kann in einigen Fällen die Dicke λ des Elektrodenbasismaterials 2n an der Position P nicht auf 30 % oder mehr des Außendurchmessers der Mittelelektrode 2 betragen. Daher ist eine Reduzierung des Durchmessers des Spitzenendabschnittes des Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnittes 2m eine wirksame Maßnahme, um die Dicke λ innerhalb des oben beschriebenen Bereiches zu erhalten.
  • Wie durch eine strichpunktierte Linie in 2 angedeutet ist, kann jede Masseelektrode 4 eine solche Struktur besitzen, daß ihr Oberflächenabschnitt auf einem Elektrodenbasismaterial 4n, welches aus Ni oder einer Ni-Legierung hergestellt ist, gebildet ist, und ein Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnitt 4m, der aus einem Werkstoff hergestellt ist, welcher einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besitzt, der höher ist als jener des Elektrodenbasismaterials 4n, ist innerhalb des Elektrodenbasismaterials 4n eingebettet und erstreckt sich entlang der Längsrichtung der Elektrode. Diese Konfiguration fördert eine Wärmeübertragung von der Masseelektrode 4, um dadurch eine Haltbarkeit gegen einen Abbrand zu verbessern. In diesem Fall ist in der Masseelektrode 4 das Spitzenende des Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnittes 4m vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 1,0 mm angeordnet, wenn dies von der Spitzenendoberfläche der Masseelektrode 4 gemessen wird. Wenn der Abstand zwischen dem Spitzenende des Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnittes 4m und der Spitzenendoberfläche der Masseelektrode 4 größer als 1,0 mm beträgt, wird der Effekt der Förderung des Wärmeübergangs mittels des Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnittes 4m vom Spitzenendabschnitt der Masseelektrode 4 unzureichend. Wenn der Abstand zwischen dem Spitzenende des Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnittes 4m und der Spitzenendoberfläche der Masseelektrode 4 kleiner als 0,5 mm ist, nimmt der Wärmewiderstand des Spitzenendabschnittes der Elektrode ab, wenn der Abbrand des Elektrodenbasismaterials 4n fortschreitet, wodurch die Zündkerze 1 das Ende ihrer Lebensdauer schnell erreicht.
  • Die oben beschriebenen Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnitte 2m und 4m können aus Cu, Ag oder einer Legierung hergestellt sein, welche Cu oder Ag als eine vorherrschende Komponente enthalten. Obgleich Cu und Cu-Legierungen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besitzen, die geringfügig niedriger sind als jene von Ag, so sind Cu und Cu-Legierungen beträchtlich günstiger im Vergleich zu Ag und besitzen einen relativ hohen Wärmewiderstand und eine exzellente Bearbeitbarkeit. Daher werden Cu und Cu-Legierungen vorzugsweise bei der vorliegenden Erfindung verwendet.
  • Wie aus 3 ersichtlich ist, können in der Zündkerze 1 Abschnitte der Wasserelektroden 4 und/oder der Mittelelektrode 2 einschließlich Abschnitten der Entladungsoberfläche 4a und/oder der Entladungsoberfläche 2a abbrandfeste Abschnitte sein, die aus einem Edelmetall oder einem Verbundwerkstoff hergestellt sind, der hauptsächlich Edelmetall enthält. Dies unterdrückt ein Anwachsen des Funkenentladungsspaltes aufgrund eines Elektrodenabbrandes, so daß über eine lange Zeitdauer eine hohe Zündleistung beibehalten werden kann, sogar wenn die Zündkerze unter harten Bedingungen verwendet wird. Besonders bevorzugt weisen die abbrandfesten Abschnitte eine vorherrschende Komponente auf, mindestens ein Element, welches aus der Gruppe aus Ir, Pt und Ru ausgewählt ist. Bei der in der 3 dargestellten Zündkerze 1 ist ein ringförmiger abbrandfester Abschnitt 40 im Spitzenendabschnitt 2a der Mittelelektrode 2 gebildet, so daß sie am Zentrum der Außenumfangsoberfläche (Entladungsoberfläche) 2b bezüglich deren Axialrichtung angeordnet ist. Der abbrandfeste Abschnitt 40 ist aus einer Pt-Ni-Legierung hergestellt; zum Beispiel einer Legierung, welche Pt in einer vorherrschenden Menge und Ni in einer Menge von 6 Massen-% oder mehr aufweist.
  • Der abbrandfeste Abschnitt 40 ist mit der Masseelektrode 4 und/oder Mittelelektrode 2 durch Laserstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Widerstandsschweißen verbunden. Insbesondere wird ein Plättchen, welches aus dem oben beschriebenen Edelmetall oder Verbundwerkstoff hergestellt ist, mit der Masseelektrode 4 und/oder der Mittelelektrode 2 fest verschweißt, um den abbrandfesten Abschnitt 40 zu bilden. Weil der oben beschriebene Werkstoff, der den abbrandfesten Abschnitt 40 bildet, einen exzellenten Wärmewiderstand und eine exzellente Korrosionsfestigkeit besitzt, kann ein Abbrand des abbrandfesten Abschnittes 40 unterdrückt werden, und somit kann die Haltbarkeit der Zündkerze 1 verbessert werden. Ferner tritt kaum ein Phänomen (in einigen Fällen als "Ausschwitzen" bezeichnet) auf, bei dem ein Material aufgrund einer Entladung geschmolzen wird und auf den Entladungsoberflächen zerstreut und abgeschieden wird, und ein Phänomen (als "Brückenbildung" bezeichnet) tritt kaum auf, bei dem ein Kurzschluß aufgrund solcher Abscheidungen am Funkenentladungsspalt gebildet wird. Der abbrandfeste Abschnitt 40 kann so gebildet sein, daß er einen Kantenabschnitt der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode 2 aufweist.
  • Der abbrandfeste Abschnitt 40 kann zum Beispiel wie folgt gebildet werden. Eine Nut (zum Beispiel eine Nut mit einem trapezförmigen Querschnitt) wird entlang einer Umfangsrichtung des Spitzenendabschnittes eines Elektrodenwerkstoffes aus Ni gebildet, welches als die Mittelelektrode 2 dient; anschließend wird ein ringförmiges Pt-Teil (zum Beispiel ein Pt-Draht, welcher in einer ringförmigen Form ausgebildet ist) in die Nut eingesetzt und verankert. Während das Elektrodenmaterial bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht wird, wird ein Laserstrahl auf das Pt-Teil gerichtet. Somit werden das Pt-Teil und das Elektrodenmaterial verschmolzen, so daß ein Pt-Ni-Legierungsabschnitt (das heißt der abbrandfeste Abschnitt 40) gebildet wird. Die Strahlungsbedingungen des Laserstrahls und die Abmessungen des Pt-Teils sind so eingestellt, daß der Ni-Gehalt des Pt-Ni-Legierungsabschnittes 15 Massen-% oder mehr beträgt. Wenn der abbrandfeste Abschnitt 40 so gebildet wird, daß er einen Kantenabschnitt der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode 2 aufweist, wird der Spitzenendabschnitt des Elektrodenmaterials durch Abstechen, Polieren oder Schneiden auf eine solche Weise entfernt, daß eine Entladungsoberfläche, welche durch den Pt-Ni-Legierungsabschnitt gebildet wird, an der Umfangskante der Spitzenendoberfläche exponiert ist.
  • Wenn, wie aus 3 ersichtlich ist, der abbrandfeste Abschnitt 40 auf der Außenumfangsoberfläche der Mittelelektrode 2 gebildet ist, wird der abbrandfeste Abschnitt 40 vorzugsweise derart ausgebildet, daß er keine Bereiche kreuzt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Spitzenendes des Isolators 3 bezüglich der Achse O der Mittelelektrode 2 angeordnet sind; das heißt, er wird auf eine solche Weise ausgebildet, daß eine metallische Materialoberfläche (einschließlich Fe und Cr, welche als Komponente zur Bildung einer Korrosionsunterdrückungsschicht dienen) des Elektrodenbasismaterials 2n der Mittelelektrode 2 der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 zugewandt ist. Wenn durch diese Konfiguration ein Kriechentladungsfunken erzeugt wird, wie dies aus 3(c) ersichtlich ist, trifft der Funken die metallische Materialoberfläche, so daß dadurch die Zufuhr von Komponenten zur Bildung einer Korrosionsunterdrückungsschicht und die Bildung einer Korrosionsunterdrückungsschicht 30 gefördert wird. Als Folge davon wird der Durchbruchsvermeidungseffekt verbessert.
  • Die Zündkerze 1 kann so konfiguriert sein, wie dies in 9(a) dargestellt ist. Ein kreisförmiges, säulenartiges Edelmetallplättchen ist auf der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode 2 plaziert und ein umlaufender Laserschweißabschnitt 106 wird entlang einer Überlappungsoberfläche gebildet, daß er sich zwischen dem Elektrodenbasismaterial 2n und dem Edelmetallplättchen erstreckt. In diesem Fall dient das Edelmetallplättchen als ein abbrandfester Abschnitt 105. Der umlaufende Laserschweißabschnitt 106 kann so geformt sein, daß mindestens ein Abschnitt des umlaufenden Laserschweißabschnittes 106 von der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 bezüglich dessen Axialrichtung nach innen eingezogen ist.
  • Bei der in 2 dargestellten Zündkerze 1 kann mindestens ein Abschnitt der Endoberfläche 4a des Spitzenendabschnittes der Masseelektrode 4 so gebildet sein, daß er als ein abbrandfester Abschnitt dient. Wie in dem Fall des oben beschriebenen abbrandfesten Abschnitts 40 kann eine Pt-Ni-Legierung, zum Beispiel eine Legierung, welche Pt in einer vorherrschenden Menge und Ni in einer Menge von 15 Massen-% oder mehr enthält, für die Bildung des abbrandfesten Abschnitts verwendet werden. Weil das oben beschriebene Material, welches den abbrandfesten Abschnitt bildet, einen exzellenten Wärmewi derstand und eine Korrosionsfestigkeit besitzt, kann der Abbrand der Endoberfläche 4a der Spitzenendabschnitte der Masseelektroden 4 unterdrückt werden, und somit kann die Haltbarkeit der Zündkerze 1 verbessert werden. Der abbrandfeste Abschnitt kann gebildet werden, indem ein Teil, welches aus dem oben beschriebenen Edelmetall oder Verbundwerkstoff hergestellt ist, mit der Endoberfläche mittels Laserschweißen oder Widerstandsschweißen fixiert wird. Zum Beispiel wird eine Vertiefung in der Endoberfläche 4a gebildet, ein Teil in die Vertiefung eingesetzt und ein Schweißabschnitt am Grenzabschnitt gebildet, um dadurch einen abbrandfesten Abschnitt zu schaffen.
  • Obgleich sowohl der abbrandfeste Abschnitt 40 der Mittelelektrode 2 (3) als auch der abbrandfeste Abschnitt der Masseelektrode 4 gebildet werden kann, kann es in dem Fall, in dem die Masseelektrode 4 keiner problematischen Belastung ausgesetzt ist, sein, daß der abbrandfeste Abschnitt 40 auf der Mittelelektrode 2 vorgesehen ist, ohne daß der abbrandfeste Abschnitt der Masseelektrode 4 vorgesehen ist. Die Spannung mit entgegengesetzter Polarität kann an die oben beschriebene Zündkerze 1 derart angelegt werden, daß die Mittelelektrode positiv wird.
  • Bei der oben beschriebenen Zündkerze 1, wie sie aus 2 ersichtlich ist, ist die Korrosionsunterdrückungsschicht 30, welche von dem metallischen Material stammt, welches die Entladungsoberfläche 2b oder 4a bildet, auf der Oberfläche des Isolators 3 gebildet. Jedoch erzielt eine Zündkerze 100, wie sie in 3(b) dargestellt ist, bei der eine Korrosionsunterdrückungsschicht 31 zuvor auf der Oberfläche des Isolators 3 gebildet ist, im wesentlichen die gleichen Effekte, wie sie mit der oben beschriebenen Zündkerze 1 erzielt werden. In diesem Fall kann die Korrosionsunterdrückungsschicht 31 aus einem oxidbasierten Halbleiterverbund hergestellt sein, welcher mindestens ein Element enthält, welches aus der Gruppe Fe, Cr, Cu und Sn als eine kationische Komponente ausgewählt ist. Die Korrosionsunterdrückungsschicht 31, welche aus einem solchen oxidbasierten Halbleiterverbund hergestellt ist, welcher mindestens eines der oben erwähnten Elemente enthält, kann mittels irgendeines der unterschiedlichen Dampfphasenfilmbildungsverfahren wie zum Beispiel Hochfrequenzsputtern, reaktives Sputtern oder Ionenplattieren gebildet werden. Alternativ dazu kann die Korrosionsunterdrückungsschicht 31 durch Einsatz eines Sol-Gel-Verfahrens gebildet werden, bei dem ein Oxidsol durch zum Beispiel Hydrolyse eines Metallalkoxides vorbereitet und dann auf den Isolator 3 aufgebracht wird, wobei ein Trocknungsvorgang folgt, um dadurch einen Oxidüberzugsfilm zu erzielen.
  • Obgleich in diesem Fall keine besondere Begrenzung der Materialien der Mittelelektrode 2 und/oder der Masseelektrode 4 gegeben ist, kann die Mittelelektrode 2 und/oder die Masseelektrode 4 aus einem metallischen Material gebildet sein, welches als eine Isolatorkorrosionsunterdrückungskomponente mindestens ein Element aufweist, welches aus Fe, Cr und Cu wie in dem oben beschriebenen Fall ausgewählt ist. Während einer Funkenentladung wird ein Reaktionsprodukt 32, welches Cr oder Fe aufweist, die von der Elektrodenbasismaterialkomponente der Mittelelektrode 2 stammen, auf der Korrosionsunterdrückungsschicht 31 abgeschieden, die bereits auf der Oberfläche des Spitzenendabschnittes des Isolators 3 gebildet worden ist. Somit wird ein Abtrag der Korrosionsunterdrückungsschicht 31 aufgrund einer Kriechentladung kompensiert, so daß der Durchbruchsvermeidungseffekt über eine verlängerte Zeitdauer bestehen bleibt.
  • Obgleich die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, bei der eine Halbkriechentladungszündkerze als Beispiel verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht begrenzt. Nachfolgend werden andere Ausführungsformen beschrieben (die gleichen strukturellen Elemente wie jene der Zündkerze 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf eine wiederholte Beschreibung wird verzichtet). Zum Beispiel zeigt 4 eine Vollkriechentladungszündkerze 200, bei der Innenoberflächen der Masseelektroden 104 in Kontakt mit der Oberfläche des Isolators 3 gebracht sind, so daß ein Kriechentladungsfunken S über den gesamten Abstand zwischen den Masseelektroden 104 und der Mittelelektrode 2 hergestellt ist.
  • Bei einer Zündkerze 300 von 5 dringt der Spitzenendabschnitt des Isolators 3 nicht in den Raum (einen ersten Spalt g1) zwischen der Seitenoberfläche 2b des Spitzenendabschnittes 2a der Mittelelektrode 2 und der Spitzenendoberfläche 4a jeder Masseelektrode 4 ein. Der Abstand (ein zweiter Spalt g2) zwischen der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 und der Rückseitenkante 4f der Spitzenendoberfläche 4a der Masseelektrode 4 wird kleiner gemacht als der Abstand zwischen der Außenumfangsoberfläche 2b des Spitzenendabschnittes 2a der Mittelelektrode 2 und der Spitzenendoberfläche 4a der Masseelektrode 4. Das heißt, die Mittelelektrode 2 wird in dem Isolator 3 auf eine solche Weise angeordnet, daß der Spitzenendabschnitt 2a der Mittelelektrode 2 vom Isolator 3 hervorsteht und eine zylindrische metallische Ummantelung 7 ist so vorgesehen, daß sie den Isolator 3 umgibt. Das Basisende jeder Masseelektrode 4 wird an einen Endabschnitt der metallischen Ummantelung 7 angeschweißt, und der Spitzenendabschnitt jeder Masseelektrode 4 wird zur Mittelelektrode 2 so gebogen, daß die Spitzenendoberfläche 4a der Masseelektrode 4 der Seitenoberfläche 2b des vorstehenden Spitzenendabschnittes 2a der Mittelelektrode 2 zugewandt ist, um dadurch den ersten Spalt g1 zu bilden, und die Innenoberfläche des Spitzenendabschnittes der Masseelektrode 4 ist der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 zugewandt, so daß dadurch der zweite Spalt g2 gebildet wird, welcher kleiner ist als der erste Spalt g1. Die Zündkerze 300 ist eine sogenannte intermittierende Kriechentladungszündkerze, welche so konstruiert ist, daß eine Funkenentladung S am zweiten Spalt g2 auftritt, an dem eine Kontamination des Isolators 3 voranschreitet.
  • Auch in diesem Fall, wie dies in 6 gezeigt ist, kann ein abbrandfester Abschnitt 41 oder 42, welcher ähnlich zu dem oben beschriebenen abbrandfesten Abschnitt 40 ist, auf der Mittelelektrode 2 vorgesehen sein. Bei dem in 6(a) dargestellten Beispiel ist der abbrandfeste Abschnitt 41 so gebildet, daß er die Kante der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode 2 aufweist. Anstelle des abbrandfesten Abschnittes 41 kann ein scheibenförmiges Teil mit der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode 2 fixiert sein, um einen abbrandfesten Abschnitt 41f zu bilden, wie dies durch eine strichpunktierte Linie in 6(a) angedeutet ist. Das Teil kann mit der Spitzenendoberfläche mittels Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen fixiert sein, welches entlang der Außenumfangskante der Verbindungsoberfläche durchgeführt wird. Wenn ferner das vorherrschende Metall des Teiles Pt oder Ru ist, kann Widerstandsschweißen zum Einsatz kommen.
  • Bei dem Beispiel in 6(b) wird der widerstandsfeste Abschnitt 42 derart gebildet, daß er in dem Durchgangsloch 3d des Isolators 3 aufgenommen ist, (das heißt der abbrandfeste Abschnitt 42 kreuzt keine Regionen, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Spitzenendes des Isolators 3 bezüglich der Achse O der Mittelelektrode 2 angeordnet sind). Zusätzlich zum abbrandfesten Abschnitt 42 kann der abbrandfeste Abschnitt 41 (wie durch eine strichpunktierte Linie in 6(b) angedeutet ist) oder der abbrandfeste Abschnitt 42f (wie durch eine strichpunktierte Linie in 2 angedeutet ist) bei der Halbkriechentladungszündkerze 1 in gleicher Weise gebildet werden.
  • Sämtliche Zündkerzen der oben erwähnten Ausführungsformen verwenden Halbkriechmasseelektroden 4. Jedoch umfaßt die vorliegende Erfindung auch eine Ausführungsform, bei der die Spitzenendoberflächen einiger Masseelektroden 4, unter einer Mehrzahl von Masseelektroden, der Seitenoberfläche der Mittelelektrode 2 nicht zugewandt sind. Ein Beispiel einer solchen Zündkerze ist in 7(a) (Vorderansicht) und 7(b) (Seitenansicht) dargestellt. Wie in dem Fall der Zündkerze 300 von 6 und anderen Zündkerzen ist bei dieser Ausführungsform ein Funkenentladungsspalt 400 und eine zylindrische metallische Ummantelung 5 vorgesehen, welche den Isolator 3 umgibt. Ferner sind eine Vielzahl von Masseelektroden 4 und 104 derart vorgesehen, daß ihre Basisenden an einen Endabschnitt der metallischen Ummantelung 5 angeschweißt sind, und ihre Spitzenendabschnitte sind in Richtung zur Mittelelektrode 2 gebogen. Eine dieser Masseelektroden, das heißt die Masseelektrode 104 ist in einer solchen Weise angeordnet, daß ihre Seitenoberfläche der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode 2 im wesentlichen parallel dazu zugewandt ist. Mindestens eine der verbleibenden Masseelektroden 4 (zwei Masseelektroden 4 bei der vorliegenden Ausführungsform) sind auf solche Weise angeordnet, daß ihre Endoberflächen der Seitenoberfläche der Mittelelektrode 2 zugewandt sind. Das heißt, eine aus der Vielzahl der Masseelektroden 4 und 104 dient als eine Parallelmasseelektrode, welche der Spitzenendoberfläche 2a der Mittelelektrode 2 im wesentlichen parallel dazu zugewandt ist, um dadurch einen Parallelluftentladungsspalt gα zu bilden.
  • Bei der oben beschriebenen Konfiguration ist ein Parallelluftentladungsspalt gα wie im Fall einer Parallelelektrodenzündkerze zwischen der Seitenoberfläche der Masseelektrode 104 und der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode 2 gebildet, und Halbkriechentladungsspalte gβ wie im Fall einer Multielektrodenzündkerze sind zwischen den Spitzenendoberflächen der Masseelektroden 4 und der Seitenoberfläche der Mittelelektrode 2 gebildet. Wenn die Größe des Spaltes gα größer ausgebildet ist als der Spalt gβ, werden Funken in einem normalen Zustand einfacher beim Spalt gα erzeugt, und wenn die Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 kontaminiert ist, werden Funken einfacher am Spalt gβ erzeugt. Weil der Konzentrationsgrad an Funken am Spalt gα mit einer Konfiguration, welche ähnlich zu jener einer Parallelelektrodenzündkerze ist, hoch ist (besonders in dem Fall, bei dem eine Spannung so angelegt ist, daß die Mittelelektrode 2 eine negative Polarität besitzt), kann eine Zündleistung verbessert werden. Auch in einem solchen Fall ist die Differenz (d-D) zwischen dem Außendurchmesser D der Mittelelektrode und dem Durchmesser d des Durchgangsloches, in welches die Mittelelektrode eingesetzt ist, vorzugsweise 0,07 mm oder mehr, wenn dies an einer Position gemessen wird, welche vom Spitzenende des Isolators 5 mm entfernt ist, wenn dies entlang einer Axialrichtung gemessen wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Masseelektroden 4 angeordnet, daß sie der Seitenoberfläche der Mittelelektrode zugewandt sind, wobei der Spitzenendabschnitt des Isolators 3 dazwischen angeordnet ist. Das heißt, bei den Spalten gβ tritt eine Halbkriechfunkenentladung wie im Fall der Zündkerze von zum Beispiel 2 auf.
  • Es ist nicht notwendiger Weise der Fall, daß eine Funkenentladung am Spalt gβ in einem üblichen Zustand auftritt; in einigen Fällen tritt eine Funkenentladung bei einem relativ hohen Pegel auf, sogar wenn der Isolator 3 nicht kontaminiert worden ist. In einem solchen Fall werden Funken am Spalt gβ mittels Halbkriechfunkenentladung produziert, welche an der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 auftritt, und daher muß der Abbrand der Seitenoberfläche des Spitzenendabschnittes der Mittelelektrode 2 an einer Position berücksichtigt werden, welche zur Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 zugehörig ist. An der Position, welcher zur Spitzenoberfläche 3e des Isolators zugehörig ist, beträgt der Durchmesser D2' der Mittelelektrode 2 vorzugsweise 2,0 mm oder mehr. Eine Zunahme des Durchmessers D2' an dieser Position ist vorteilhaft, um den Abbrand zu unterdrücken, weil Entladungspfade einfach verteilt werden können.
  • Ein abbrandfester Abschnitt 105, welcher aus einem metallischen Material hergestellt ist, welches mindestens eines der Elemente Ir, Pt und Ru als eine vorherrschende Komponente aufweist, oder aus einem Verbundmaterial hergestellt ist, welches das metallische Material als eine vorherrschende Komponente aufweist, ist mit dem Spitzenendabschnitt der Mittelelektrode 2 mittels eines ringförmigen Schweißabschnittes 106 fixiert, welcher durch zum Beispiel Laserschweißen gebildet ist. Ein abbrandfester Abschnitt 42, welcher ähnlich zu jenem ist, der in 6(b) gezeigt ist, ist an der Außenumfangsoberfläche der Mittelelektrode 2 gebildet, ferner ist ein Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnitt 2m, welcher aus Cu oder einer Cu-Legierung hergestellt ist, innerhalb der Mittelelektrode 2 gebildet. Wie aus 9(b) ersichtlich ist, kann mindestens ein Abschnitt des Schweißabschnittes 106 von der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 bezüglich dessen Axialrichtung nach innen eingezogen sein.
  • Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf die oben beschriebenen Kriechentladungszündkerzen, sondern auch auf Parallelelektrodenzündkerzen angewendet werden. Eine Zündkerze 450, wie sie in 8 gezeigt ist, ist ein Beispiel der Parallelelektrodenzündkerze und besitzt eine Konfiguration entsprechend der Zündkerze 400, wie sie in 7 gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß auf die Masseelektroden 4, welche der Seitenoberfläche zugewandt sind, verzichtet wird (die gleichen strukturellen Elemente wie jene bei der Zündkerze 400 sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet). Weil die Außenumfangsoberfläche der Mittelelektrode 2 nicht als eine Entladungsoberfläche dient, ist der abbrandfeste Abschnitt 42 der Zündkerze 400 nicht vorgesehen. Weil das Elektrodenbasismaterial 2n der Mittelelektrode 2 aus dem oben beschriebenen Material gebildet ist, welches Cr und Fe aufweist, ist auch bei der Zündkerze 450 eine Schicht mit der gleichen Zusammensetzung der oben erwähnten Korrosionsunterdrückungsschicht auf der Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3 gebildet. Im Fall der Parallelelektrodenzündkerzen ist das Durchbrechen des Isolators kein ernstes Problem. Wenn jedoch eine Komponente, welche zur Bildung der oben erwähnten Schicht beiträgt, in das Elektrodenbasismaterial integriert wird, werden sowohl eine exzellente Abbrandfestigkeit der Elektrode als auch eine exzellente Trennfestigkeit des Edelmetallteils erzielt. Weil das Elektrodenbasismaterial, welches die oben be schriebene Komponente aufweist, einen höheren Wärmeleitfähigkeitskoeftizienten besitzt, wird ein Wärmeübergang von der Elektrode verbessert, und somit nimmt die Temperatur der Elektrode selbst ab, so daß eine Abbrandfestigkeit verbessert wird. Wenn jedoch der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient übermäßig hoch ist, nimmt die Schweißbarkeit des Edelmetallteiles ab. Wenn insbesondere der Durchmesser des Teiles zunimmt, treten Probleme wie zum Beispiel eine unvollständige Schweißung zwischen dem Chipteil und dem Basismaterialabschnitt, ein Trennen des Chipteils und ungewöhnlicher Abbrand auf. Jedoch kann das Material, welches bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, solche Probleme vermeiden, und ermöglicht, daß beide oben genannten Eigenschaften erzielt werden. Daher kann ein Abbrand des abbrandfesten Abschnittes 105 unterdrückt werden, so daß die Lebensdauer der Zündkerze erhöht werden kann.
  • Bei der Parallelelektrodenzündkerze ist, wenn ein Abbrand der Masseelektrode 104 exzessiv zunimmt, der Funkenentladungsspalt g geweitet, und die oben erwähnten Seitenfunken können in einigen Fällen produziert werden. Wenn insbesondere aufgrund von Sputtern des Elektrodenbasismaterials 2n der Mittelelektrode 2 eine große Menge eines Reaktionsproduktes, welches ein NTC-Halbleiteroxid aufweist, auf der Oberfläche des Isolators 3 abgeschieden wird, nimmt die Widerstandsfähigkeit der Oberfläche des Isolators 3 ab, so daß Seitenfunken mit höherer Wahrscheinlichkeit produziert werden. In einem solchen Fall wird der Betrag des NTC-Halbleiteroxides, welches in dem Reaktionsprodukt enthalten ist, vorzugsweise auf eine solche Weise eingestellt, daß die Widerstandsfähigkeit des Reaktionsproduktes nicht exzessiv hoch wird. Vor diesem Hintergrund ist die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial 2n bildet, vorzugsweise darauf eingerichtet, NTC-Elemente als zweite Komponenten in einer Gesamtmenge von 10 Massen-% oder weniger aufzunehmen.
  • Bei der Zündkerze 400, wie sie in 7 dargestellt ist, und bei der Zündkerze 450, wie sie in 8 dargestellt ist, ist der abbrandfeste Abschnitt 105 wie folgt gebildet. Ein scheibenförmiges Chipteil ist auf der Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode 2 plaziert und ein umlaufender Laserschweißabschnitt (hier nachfolgend einfach als ein "Schweißabschnitt" bezeichnet) 106 ist entlang des Außenkantenabschnittes der Verbindungsoberfläche mittels Laserschweißen gebildet. Wenn das Elektrodenbasismaterial 2n der Mittelelektrode 2 aus einer Legierung hergestellt ist, welche Ni in einer Menge von 80 Massen-% oder mehr und Fe und Cr in einer Gesamtmenge von 2 bis 9 Massen-% aufweist, tendiert die Schweißbarkeit eines Chipteiles, welches Pt, Ir oder Ru als eine vorherrschende Komponente aufweist, dazu, geringfügig abzunehmen, und in einigen Fällen kann der abbrandfeste Abschnitt 105 leicht abfallen. Durch eine Verringerung des Durchmessers 6 eines zu schweißenden Chipteiles auf 0,8 mm oder weniger können Probleme wie zum Beispiel Schweißversagen entschärft werden, so daß es unwahrscheinlich ist, daß der abbrandfeste Abschnitt 105 abfällt. Wenn jedoch der Durchmesser 6 des Chipteiles 0,3 mm ist, wird eine Bildung des abbrandfesten Abschnittes 105 durch ein Schweißen schwierig. Daher ist es vorteilhaft, ein Chipteil, dessen Durchmesser 6 nicht geringer als 0,3 mm ist, zu verwenden.
  • Wenn das Chipteil aus einem metallischen Material mit Ir-Basis gebildet ist, wird das Chipteil vorzugsweise mittels Laserschweißen wie oben beschrieben fixiert, weil das metallische Material mit Ir-Basis einen hohen Schmelzpunkt besitzt. Wenn jedoch das Chipteil aus einem metallischen Material mit Pt-Basis oder einem metallischen Material mit Ru-Basis gebildet ist, kann das Chipteil mittels Widerstandsschweißen oder Elektronenstrahlschweißen fixiert werden, weil das metallische Material mit Pt-Basis oder Ru-Basis einen Schmelzpunkt besitzt, der niedriger als jener des metallischen Materials mit Ir-Basis ist.
  • (Beispiel 1)
  • Um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurde das folgende Experiment durchgeführt, bei dem die Zündkerze, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, zum Einsatz kam. Die Größe des ersten Spaltes g1 betrug 1,6 mm und die Größe des zweiten Spaltes g2 betrug 0,6 mm, siehe 2. Ferner betrug der Abstand E 0,5 mm und der Abstand t betrug 1,2 mm. Der Durchmesser D2 des Spitzenendabschnittes 2a der Mittelelektrode 2 betrug 2,0 mm, und der Durchmesser D1 des Basisendabschnittes 2c der Mittelelektrode 2 betrug 2,1 mm. Die Spitzenendposition des Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnittes 2m betrug –0,5 mm relativ zur Spitzenendoberfläche 3e des Isolators 3, welche als eine Referenzposition dient, wobei die Ausdehnungsdifferenz zwischen dem Elektrodenbasismaterial 2n und dem Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnitt 2m aufgrund von Wärme durch Verbrennungsgas berücksichtigt wurde. Ferner betrug die Differenz d-D1 0,08 mm. Es wurden Proben der Zündkerzen hergestellt, wobei metallische Materialien mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, wie sie in Tabelle 1 dargestellt sind, als das Elektrodenbasismaterial der Mittelelektrode 2 und der Masseelektroden 4 verwendet wurden. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der metallischen Materialien mit den jeweiligen Zusammensetzungen wurden durch ein Laserblitzverfahren gemessen. Der Isolator 3 wurde aus einem gesinterten Körper aus Aluminiumoxid gebildet.
  • Um den Durchbruchswiderstand und den Elektrodenabbrand dieser Zündkerzenproben zu untersuchen, wurden die Zündkerzenproben in einen Vierzylindervergasermotor eingebaut (Hubraum: 1800 cm3), welcher dann bei Vollgas (Motordrehzahl: 6000 U/min) für 200 Stunden betrieben wurde. Anschließend wurde die Tiefe einer Durchbruchsnut, welche auf der Oberfläche des Isolators 3 gebildet wurde, durch Beobachtung unter einem Rasterelektronenmikroskop gemessen (die Spannung wurde intermittierend bei einer Frequenz von 60 Hz mit einer solchen Polarität angelegt, daß die Mittelelektrode negativ gepolt war). Die gebildete Durchbruchsnut wurde gemäß der folgenden Kriterien bewertet: gering (O): Tiefe der Nut war kleiner als 0,2 mm; mittel (Δ): Tiefe der Nut betrug 0,2 bis 0,4 mm; und tief (X): Tiefe der Nut betrug mehr als 0,4 mm. Ferner wurde ein Abbrand der Elektrode gemäß der folgenden Kriterien untersucht: gering (O): Verringerung des Elektrodendurchmessers vom Anfangsdurchmesser betrug weniger als 10 %; mittel (Δ): Verringerung des Elektrodendurchmessers betrug mindestens 10%, jedoch weniger als 30 %; und deutlich (X): Verringerung des Elektrodendurchmessers vom Anfangsdurchmesser betrug mindestens 30 %.
  • Figure 00470001
  • Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, schaffen Zündkerzen mit der metallischen Zusammensetzung des Elektrodenbasismaterials, welches in einer solchen Weise eingestellt ist, daß der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Elektrodenbasismaterials innerhalb des Bereichs von 17 bis 30 W/m·K liegt, gute Ergebnisse in bezug auf sowohl Durchbruchswiderstand als auch Elektrodenabbrandfestigkeit.
  • (Beispiel 2)
  • Proben der gleichen Zündkerze wie jener in Beispiel 1 wurden durch Einsatz des Materials C in Tabelle 1 hergestellt, während der Wert von E auf unterschiedliche Werte innerhalb des Bereiches von 0 bis 0,8 mm eingestellt wurde. Die so erzeugten Probenzündkerzen wurden für einen Durchbruchswiderstand auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 untersucht. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung. Tabelle 2
    Figure 00480001
  • Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, kann ein hoher Durchbruchswiderstand erzielt werden, wenn der Wert von E einen Betrag von 0,2 mm oder mehr aufweist.
  • (Beispiel 3)
  • Um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurde das folgende Experiment durchgeführt, indem die Parallelelektrodenzündkerze, wie sie in 8 gezeigt ist, zum Einsatz kam. Die Größe des Funkenentladungsspaltes g (siehe 8) betrug 0,6 mm. Der abbrandfeste Abschnitt 105 wurde durch Laserschweißen eines Ir-Pt (5 Massen-%)-Chipteiles gebildet, welches einen Durchmesser von 0,8 mm und eine Höhe von 0,6 mm besaß. Es wurden Proben der Zündkerze hergestellt, wobei metallische Materialien mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, wie sie in Tabelle 3 gezeigt sind, als das Elektrodenbasismaterial der Mittelelektrode 2 und der Grundelektrode 4 zum Einsatz kamen. Um den Abtrennungswiderstand des abbrandfesten Abschnittes 105 jeder Probenzündkerze zu untersuchen, wurden die Probenzündkerzen in einen Sechszylinderverbrennungsmotor eingebaut (Hubraum: 2000 cm3), welcher dann Erwärmungs-/Abkühlungszyklen für 200 Stunden ausgesetzt wurde. Bei jenem Zyklus der Motor 1 Minute lang in einem Vollgaszustand (Motordrehzahl: 5000 U/min) betrieben, und dann 1 Minute lang im Leerlaufbetrieb. Anschließend wurde jede Probe visuell untersucht, um eine Ablösung des Chipteiles zu beobachten, wobei dies gemäß der folgenden Kriterien erfolgte: gering (O): es wurde keine Änderung am Schweißabschnitt des abbrandfesten Abschnittes 105 beobachtet; mittel (Δ): es wurde eine geringe Trennung an dem Schweißabschnitt beobachtet; und deutlich (X): der abbrandfeste Abschnitt 105 wurde abgetrennt.
  • Um darüber hinaus die Abbrandfestigkeit des abbrandfesten Abschnittes 105 jeder Probenzündkerze zu untersuchen, wurden die Probenzündkerzen in einen Vierzylinderverbrennungsmotor eingebaut (Hubraum: 1800 cm3), welcher dann im Vollgaszustand (Motordrehzahl: 6000 U/min) für 200 Stunden betrieben wurde. Anschließend wurde die Abbrandfestigkeit des abbrandfesten Abschnittes 105 auf der Basis einer Zunahme in der Größe des Spaltes gemäß der folgenden Kriterien untersucht: gering (O): die Spaltzunahme betrug weniger als 0,02 mm; mittel (Δ): die Spaltzunahme betrug mindestens 0,02 mm, jedoch weniger als 0,04 mm; und deutlich (X): die Spaltzunahme betrug weniger als 0,04 mm.
  • In Tabelle 3 sind die Ergebnisse des Experimentes dargestellt.
  • Figure 00500001
  • Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, schaffen Zündkerzen mit der metallischen Zusammensetzung des Elektrodenbasismaterials, welches in einer solchen Weise eingestellt ist, daß der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Elektrodenbasismaterials innerhalb des Bereiches von 17 bis 30 W/m·K liegt, gute Ergebnisse bezüglich sowohl Haltbarkeit gegenüber einer Loslösung als auch einer Abbrandfestigkeit des abbrandfesten Abschnittes, der aus Edelmetall gebildet ist.
  • (Beispiel 4)
  • Um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurde das folgende Experiment durchgeführt, bei dem die Zündkerze, welche in 7 dargestellt ist, zum Einsatz kam. Die Größe des Parallelluftentladungsspaltes gα betrug 0,9 mm, und die Größe des Halbkriechentladungsspaltes gβ betrug 0,6 mm, siehe 7. Der abbrandfeste Abschnitt 105 wurde durch Laserschweißen eines Chipteiles aus Ir-Pt (5 Massen-%) mit einem Durchmesser von 0,8 mm und einer Höhe von 0,6 mm gebildet. Die Proben der Zündkerze wurden hergestellt, wobei metallische Materialien mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, wie sie in den Tabellen 4 bis 12 gezeigt sind, als das Elektrodenbasismaterial der Mittelelektrode 2 und der Masseelektroden 4 und 104 verwendet wurden. Die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der metallischen Materialien mit den jeweiligen Zusammensetzungen wurden durch ein Laserblitzverfahren gemessen. Der Isolator 3 wurde aus einem gesinterten Körper aus Aluminiumoxid gebildet.
  • Der Durchbruchswiderstand und der Elektrodenabbrand jeder Probenzündkerze wurde untersucht, indem das gleiche Experiment wie jenes, das bei Beispiel 1 zum Einsatz kam, durchgeführt wurde. Ferner wurden der Ablösewiderstand und der Abbrandwiderstand des abbrandfesten Abschnittes 105 untersucht, indem das gleiche Experiment wie bei Beispiel 2 durchgeführt wurde. Die Tabellen 4 bis 12 zeigen die Ergebnisse dieser Experimente.
  • Figure 00520001
  • Figure 00530001
  • Figure 00540001
  • Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, schaffen Zündkerzen mit der metallischen Zusammensetzung des Elektrodenbasismaterials, welches in einer solchen Weise eingestellt ist, daß der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Elektrodenbasismaterials innerhalb des Bereiches von 17 bis 30 W/m·K liegt, gute Ergebnisse in bezug auf Durchbruchswiderstand und Elektrodenabbrand, sowie auch bezüglich der Haltbarkeit gegen Loslösen und Abbrandwiderstand des abbrandfesten Abschnittes, der aus Edelmetall gebildet ist.

Claims (15)

  1. Zündkerze (1, 100, 200, 300, 400), umfassend: eine Mittelelektrode (2), einen Isolator (3), welcher so angeordnet ist, dass er die Mittelelektrode (2) umgibt, und eine Masseelektrode (4, 104), welche so angeordnet ist, dass sie eine Positionsbeziehung mit einem Spitzenendabschnitt des Isolators (3) und einem Spitzenendabschnitt (2a) der Mittelelektrode (2) besitzt, so dass ein Funkenentladungsspalt zwischen der Masseelektrode (4, 104) und dem Spitzenendabschnitt (2a) der Mittelelektrode (2) gebildet ist, und eine Kriechfunkenentladung entlang einer Oberfläche des Spitzenendabschnittes des Isolators (3) an dem Funkenentladungsspalt auftreten kann, wobei ein Elektrodenbasismaterial, welches mindestens einen Oberflächenschichtabschnitt (2n) der Mittelelektrode (2) bildet, aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, welche einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von 17 bis 30 W/m·K besitzt, die Ni-Legierung Ni als eine vorherrschende Komponente und ein Element als eine zweite Komponente enthält, wobei das Element einen Oxidhalbleiter mit einem Widerstand besitzt, welcher einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt, und wobei die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, als die zweite Komponente Cr in einer Menge von 1,5 Massen-% oder mehr enthält, und dadurch gekennzeichnet ist, dass es ferner Fe in einer Menge von 1 Massen-% oder mehr aufweist, so dass der Gesamtbetrag an Fe und Cr 2,5 bis 9 Massen-% ist.
  2. Zündkerze nach Anspruch 1, wobei zwei oder mehr Masseelektroden (4, 104) um die Mittelelektrode (2) angeordnet sind.
  3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Mehrzahl von Masseelektroden (4, 104) um die Mittelelektrode angeordnet ist und mindestens eine Masseelektrode davon eine Halbkriechmasseelektrode ist, welche so angeordnet ist, dass ihre Endoberfläche einer Seitenoberfläche (2b) der Mittelelektrode (2) zugewandt ist, während mindestens ein Abschnitt des Spitzenendabschnittes (3a) des Isolators (3) dazwischen angeordnet ist, so dass dadurch ein Halbkriechentladungsspalt zwischen der Endoberfläche der Halbkriechmasseelektrode (4, 104) und der Seitenoberfläche (2b) der Mittelelektrode (2) gebildet ist.
  4. Zündkerze nach Anspruch 3, wobei ein Überlappungsabstand (E) zwischen der Spitzenendoberfläche (4a) der Halbkriechmasseelektrode (4) und der Seitenoberfläche des Spitzenendabschnittes (3a) des Isolators (3) entlang der Achse der Mittelelektrode 0,2 mm oder mehr beträgt.
  5. Zündkerze nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine der Mehrzahl von Masseelektroden (4, 104) eine Parallel-Masseelektrode ist, welche solcherart angeordnet ist, dass eine Seitenoberfläche eines Spitzenendabschnittes der Masseelektrode (104) der Spitzenendoberfläche (2a) der Mittelelektrode (2) parallel zugewandt ist, so dass dadurch ein Parallel-Luftentladungsspalt gebildet ist.
  6. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Spitzenendabschnitt (2a) der Mittelelektrode (2) vom Isolator hervorsteht, und eine zylindrische Metallummantelung (7) vorgesehen ist, um den Isolator (3) zu umgeben, und ein Basisendabschnitt einer Masseelektrode (4) an einen Endabschnitt der Metallummantelung (7) angeschweißt ist, und ein Spitzenendabschnitt der Masseelektrode (4) zur Mittelelektrode (2) gebogen ist, so dass eine Endoberfläche der Masseelektrode (4) einer Seitenoberfläche (2b) des hervorstehenden Spitzenendabschnittes (2a) der Mittelelektrode (2) zugewandt ist, um dadurch einen ersten Spalt (g1) zu bilden, und eine Innenoberfläche des Spitzenendabschnittes der Masseelektrode (4) der Spitzenendoberfläche (3a) des Isolators (3) zugewandt ist, so dass dadurch ein zweiter Spalt (g2) gebildet ist, welche kleiner als der erste Spalt (g1) ist.
  7. Zündkerze (400, 450), umfassend: eine Mittelelektrode (2), welche an ihrem Spitzenendabschnitt einen abbrandfesten Abschnitt (105) besitzt, welcher aus einem Edelmetall oder einem Verbundwerkstoff, welcher das Edelmetall als eine vorherrschende Komponente aufweist, hergestellt ist, einen Isolator (3), welcher so angeordnet ist, dass er die Mittelelektrode (2) umgibt, und eine Masseelektrode (104), welche so angeordnet ist, dass eine Seitenoberfläche des Spitzenendabschnittes der Masseelektrode (104) einer Spitzenendoberfläche der Mittelelektrode (2) parallel zugewandt ist, so dass dadurch ein Parallel-Luftentladungsspalt (g, gα) gebildet wird, wobei ein Elektrodenbasismaterial, welches mindestens einen Oberflächenschichtabschnitt (2n) der Mittelelektrode (2) bildet, aus einer Ni-Legierung gebildet ist, welche Ni als eine vorherrschende Komponente aufweist und Cr in einer Menge von 1,5 bis 9 Massen-% in einer zweiten Komponente aufweist, und einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von 17 bis 30 W/m·K besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, ferner als die zweite Komponente Fe in einer Menge von 1 Massen-% oder mehr aufweist, so dass die Gesamtmenge von Fe und Cr 2,5 bis 9 Massen-% beträgt.
  8. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, in der zweiten Komponente Fe in einer Menge von 1 bis 5 Massen-% aufweist.
  9. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, als die zweite Komponente Cr in einer Menge von 2 bis 5 Massen-% aufweist.
  10. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Ni-Legierung Cr in einer Menge aufweist, welche größer als jene von Fe ist.
  11. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Ni-Legierung als die zweite Komponente mindestens ein Element aufweist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Ru, Zn, V, Co, Nb, Ta und Ti aufweist.
  12. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, Ni in einer Menge von 80 Massen-% oder mehr aufweist.
  13. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Ni-Legierung, welche das Elektrodenbasismaterial bildet, die zweite Komponente in einer Gesamtmenge von 1,5 bis 10 Massen-% aufweist.
  14. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Mittelelektrode (2) eine solche Struktur besitzt, dass ihr Oberflächenschichtabschnitt (2n) aus einem Elektrodenbasismaterial gebildet ist, welches aus Ni oder einer Ni-Legierung hergestellt ist, und ein Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnitt (2m), welcher aus einem Werkstoff mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten hergestellt ist, welcher größer als jener des Elektrodenbasismaterials ist, innerhalb des Elektrodenbasismaterials eingebettet ist und sich entlang einer Längsrichtung der Elektrode erstreckt.
  15. Zündkerze nach Anspruch 14, wobei der Wärmestrahlungsförderungs-Metallabschnitt aus Cu oder einer Cu-Legierung hergestellt ist.
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