JP2001262253A - 金属合金及びそれからなる電極を有するスパークプラグ - Google Patents
金属合金及びそれからなる電極を有するスパークプラグInfo
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- C22C—ALLOYS
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- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
- H01T13/39—Selection of materials for electrodes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ニッケルベースの一連の電極を備えたスパー
クプラグと比較して火花侵食耐性を高め、かつ白金又は
イリジウムベースの電極材料と同等の良好な火花侵食耐
性を示し、同時にコストの点で利点を有する合金及び前
記合金を備えたスパークプラグを提供すること 【解決手段】 主成分としてルテニウムを有し、かつ副
成分としてロジウム、イリジウム、白金、パラジウム及
びレニウムのグループから選択される少なくとも1種の
金属を有する、特に火花侵食耐性の電極材料として使用
するための金属合金
クプラグと比較して火花侵食耐性を高め、かつ白金又は
イリジウムベースの電極材料と同等の良好な火花侵食耐
性を示し、同時にコストの点で利点を有する合金及び前
記合金を備えたスパークプラグを提供すること 【解決手段】 主成分としてルテニウムを有し、かつ副
成分としてロジウム、イリジウム、白金、パラジウム及
びレニウムのグループから選択される少なくとも1種の
金属を有する、特に火花侵食耐性の電極材料として使用
するための金属合金
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に火花侵食耐性
(funkenerosionsbestaendig)の電極材料として使用す
るのに適したルテニウム含有金属合金、並びに独立形式
請求項の特徴による合金を備えたスパークプラグに関す
る。
(funkenerosionsbestaendig)の電極材料として使用す
るのに適したルテニウム含有金属合金、並びに独立形式
請求項の特徴による合金を備えたスパークプラグに関す
る。
【0002】
【従来の技術】長寿命−スパークプラグにとって火花侵
食耐性材料からなる電極が必要である。高い火花侵食耐
性のための前提条件は、この場合、それぞれの材料の高
い電子親和力(Elektronenaustrittsarbeit)、高い溶
融温度及び蒸発温度、並びに良好な酸化安定性である。
スパークプラグ中で使用される、特に高い電子親和力を
有する材料の場合、スパークプラグの後放電の際に、火
花侵食にとって有利なグロー放電に対して著しく侵食性
のアーク放電の割合が減少する。
食耐性材料からなる電極が必要である。高い火花侵食耐
性のための前提条件は、この場合、それぞれの材料の高
い電子親和力(Elektronenaustrittsarbeit)、高い溶
融温度及び蒸発温度、並びに良好な酸化安定性である。
スパークプラグ中で使用される、特に高い電子親和力を
有する材料の場合、スパークプラグの後放電の際に、火
花侵食にとって有利なグロー放電に対して著しく侵食性
のアーク放電の割合が減少する。
【0003】欧州特許出願公開(EP)第866530
A1明細書から、特にスパークプラグに使用するのに適
した金属合金の形の電極材料が公知である。この材料は
主成分としてイリジウムを有しかつ副成分として他の貴
金属例えばロジウム、ルテニウム又はレニウムを有する
金属合金である。
A1明細書から、特にスパークプラグに使用するのに適
した金属合金の形の電極材料が公知である。この材料は
主成分としてイリジウムを有しかつ副成分として他の貴
金属例えばロジウム、ルテニウム又はレニウムを有する
金属合金である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ニッ
ケルベースの一連の電極を備えたスパークプラグと比較
して火花侵食耐性を高め、かつ白金又はイリジウムベー
スの電極材料と同等の良好な火花侵食耐性を示し、同時
にコストの点で利点を有する合金及び前記合金を備えた
スパークプラグを提供することであった。
ケルベースの一連の電極を備えたスパークプラグと比較
して火花侵食耐性を高め、かつ白金又はイリジウムベー
スの電極材料と同等の良好な火花侵食耐性を示し、同時
にコストの点で利点を有する合金及び前記合金を備えた
スパークプラグを提供することであった。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題は、主成分とし
てルテニウムを有し、かつ副成分としてロジウム、イリ
ジウム、白金、パラジウム及びレニウムのグループから
選択される少なくとも1種の金属を有する、特に火花侵
食耐性の電極材料として使用するための金属合金により
解決される。
てルテニウムを有し、かつ副成分としてロジウム、イリ
ジウム、白金、パラジウム及びレニウムのグループから
選択される少なくとも1種の金属を有する、特に火花侵
食耐性の電極材料として使用するための金属合金により
解決される。
【0006】本発明による合金及び前記の合金を備えた
本発明によるスパークプラグは、ニッケルベースの一連
の電極と比べて明らかに高い火花侵食耐性の利点を有す
る。
本発明によるスパークプラグは、ニッケルベースの一連
の電極と比べて明らかに高い火花侵食耐性の利点を有す
る。
【0007】その他に、本発明による合金は、白金ベー
ス又はイリジウムベースの電極材料もしくは合金と同等
の火花侵食耐性を示し、同時にコストの点で著しい利点
を有する。特に現在ではルテニウムはイリジウム又は白
金よりも約60〜70%安価である。
ス又はイリジウムベースの電極材料もしくは合金と同等
の火花侵食耐性を示し、同時にコストの点で著しい利点
を有する。特に現在ではルテニウムはイリジウム又は白
金よりも約60〜70%安価である。
【0008】主成分としてルテニウムを有し、かつさら
に貴金属を有する本発明による金属合金は、純粋なルテ
ニウムと比較して明らかに改善された酸化安定性を示
す。
に貴金属を有する本発明による金属合金は、純粋なルテ
ニウムと比較して明らかに改善された酸化安定性を示
す。
【0009】スパークプラグの電極材料として、特に火
花ギャップの領域内で、本発明による金属合金を使用す
ることにより、コストの点で著しい利点が生じかつ長寿
命並びに点火特性に関する品質上の利点が生じる。
花ギャップの領域内で、本発明による金属合金を使用す
ることにより、コストの点で著しい利点が生じかつ長寿
命並びに点火特性に関する品質上の利点が生じる。
【0010】さらに、本発明によるスパークプラグは、
通常のスパークプラグと比較して、有利なグロー放電の
成分に対して著しく侵食性に作用するアーク放電の成分
が明らかに減少するという利点を有する。
通常のスパークプラグと比較して、有利なグロー放電の
成分に対して著しく侵食性に作用するアーク放電の成分
が明らかに減少するという利点を有する。
【0011】本発明の有利な実施態様は、引用形式請求
項に記載された手段から生じる。
項に記載された手段から生じる。
【0012】この合金がルテニウム68〜92質量%及
びロジウム8〜32質量%からなる場合、この合金の酸
化安定性は特に高いことが判明した。酸化安定性はロジ
ウムの代わりにレニウム、イリジウム、白金又はパラジ
ウムを添加することにより改善することができる。
びロジウム8〜32質量%からなる場合、この合金の酸
化安定性は特に高いことが判明した。酸化安定性はロジ
ウムの代わりにレニウム、イリジウム、白金又はパラジ
ウムを添加することにより改善することができる。
【0013】その他に、現在ルテニウムに比べてほぼ2
0倍高価なロジウムを添加する場合でも、欧州特許出願
公開(EP)第866530A1号明細書から公知の電
極材料に比べて60〜70%のコスト的な利点が生じ
る。例えば、Ru90Rh10−合金についての材料コ
ストは、公知のIr90Rh10−合金より70%ほど
低い。
0倍高価なロジウムを添加する場合でも、欧州特許出願
公開(EP)第866530A1号明細書から公知の電
極材料に比べて60〜70%のコスト的な利点が生じ
る。例えば、Ru90Rh10−合金についての材料コ
ストは、公知のIr90Rh10−合金より70%ほど
低い。
【0014】Ru84Rh16−合金の場合、この合金
はなお高い火花流(Funkenstrom)で、つまり後放電の
早期に、アーク放電からグロー放電への移行が示される
ことが特に有利である。
はなお高い火花流(Funkenstrom)で、つまり後放電の
早期に、アーク放電からグロー放電への移行が示される
ことが特に有利である。
【0015】特に本発明による合金の合金相手の高い電
子親和力に基づいて生じるアーク放電からグロー放電へ
の早期の移行のこの有利な作用は、設計上の措置によ
り、例えば火花ギャップの領域内でカソード表面もしく
は電極表面を拡大することによりさらに改善することが
できる。
子親和力に基づいて生じるアーク放電からグロー放電へ
の早期の移行のこの有利な作用は、設計上の措置によ
り、例えば火花ギャップの領域内でカソード表面もしく
は電極表面を拡大することによりさらに改善することが
できる。
【0016】エンジンの駆動において、スパークプラグ
電極は常に一定の割合のスパークエネルギーを受けるた
め、火花ギャップの周辺の電極は部分的に溶融及び/又
は蒸発することにより、スパークプラグ中では受けたス
パークエネルギーの合計に応じて及び使用した電極材料
の溶融−及び蒸発温度に応じて常に火花侵食性の材料の
損傷が生じる。この観点から約2310℃の高い溶融温
度を有する貴金属のルテニウムは火花侵食耐性のための
有利な前提条件を有する。白金の融点は単に1772℃
であり、ニッケルの融点は1450℃である。
電極は常に一定の割合のスパークエネルギーを受けるた
め、火花ギャップの周辺の電極は部分的に溶融及び/又
は蒸発することにより、スパークプラグ中では受けたス
パークエネルギーの合計に応じて及び使用した電極材料
の溶融−及び蒸発温度に応じて常に火花侵食性の材料の
損傷が生じる。この観点から約2310℃の高い溶融温
度を有する貴金属のルテニウムは火花侵食耐性のための
有利な前提条件を有する。白金の融点は単に1772℃
であり、ニッケルの融点は1450℃である。
【0017】さらに、空気中で既に600℃を上回る温
度で揮発性酸化物を形成する純粋ルテニウムの著しい酸
化傾向は、前記の副成分との合金によって著しく低下
し、実際に十分な酸化安定性を生じる。
度で揮発性酸化物を形成する純粋ルテニウムの著しい酸
化傾向は、前記の副成分との合金によって著しく低下
し、実際に十分な酸化安定性を生じる。
【0018】提案された金属合金は、その他の点で溶融
冶金並びに粉末冶金的に製造することができる。溶融冶
金法を使用する場合、この合金は例えばインゴット(El
ementstuecke)もしくは集合体又はプレス成形体として
存在する粉末混合物から溶融させて製造する。この溶融
は有利に光線溶融炉、誘導炉又は電子線溶解炉中で行
う。
冶金並びに粉末冶金的に製造することができる。溶融冶
金法を使用する場合、この合金は例えばインゴット(El
ementstuecke)もしくは集合体又はプレス成形体として
存在する粉末混合物から溶融させて製造する。この溶融
は有利に光線溶融炉、誘導炉又は電子線溶解炉中で行
う。
【0019】金属合金の製造のために粉末冶金法を使用
する場合、この方法は有利にまずプレス成形し、次いで
焼結させかつ最終的に場合により後緻密化した成形体の
製造を用いて行われる。
する場合、この方法は有利にまずプレス成形し、次いで
焼結させかつ最終的に場合により後緻密化した成形体の
製造を用いて行われる。
【0020】最後に、金属合金をスパークプラグの1以
上の電極上に被着させるために、それぞれ自体公知の技
術的に良好に掌握可能な多様な結合技術が考えられる。
この金属合金をスパークプラグの電極上に、特に火花ギ
ャップの領域中もしくは周辺にワイヤの形で被着させる
ことができる。これは例えば溶接、特にレーザー溶接又
は抵抗溶接又はろう接により行われる。
上の電極上に被着させるために、それぞれ自体公知の技
術的に良好に掌握可能な多様な結合技術が考えられる。
この金属合金をスパークプラグの電極上に、特に火花ギ
ャップの領域中もしくは周辺にワイヤの形で被着させる
ことができる。これは例えば溶接、特にレーザー溶接又
は抵抗溶接又はろう接により行われる。
【0021】金属合金が例えば溶融冶金又は粉末冶金に
より製造された合金からの粉砕により又は合金の溶融液
からのアトマイゼーションによる粉末として存在する限
り、電極は例えばレーザー光線又は電子線の使用のもと
で本発明による合金を用いて被覆することができるか、
又は金属合金粉末をフレーム溶射又はプラズマ溶射によ
り被着させることができる。最後に、例えばPVD又は
CVDによる気相からの物理的又は化学的析出のための
多様な方法も用いられる。
より製造された合金からの粉砕により又は合金の溶融液
からのアトマイゼーションによる粉末として存在する限
り、電極は例えばレーザー光線又は電子線の使用のもと
で本発明による合金を用いて被覆することができるか、
又は金属合金粉末をフレーム溶射又はプラズマ溶射によ
り被着させることができる。最後に、例えばPVD又は
CVDによる気相からの物理的又は化学的析出のための
多様な方法も用いられる。
【0022】全体として、ルテニウム含有材料をベース
として製造されたスパークプラグはニッケルベースの一
連の材料と比較して電極寿命の明らかな改善を示し、並
びに白金ベースの電極の寿命と同等であることを示す。
同時にこれは白金ベースのものと比較して明らかにコス
トの点で有利である。
として製造されたスパークプラグはニッケルベースの一
連の材料と比較して電極寿命の明らかな改善を示し、並
びに白金ベースの電極の寿命と同等であることを示す。
同時にこれは白金ベースのものと比較して明らかにコス
トの点で有利である。
【0023】次に本発明を図面及び実施例により詳説す
る。
る。
【0024】図1はスパークプラグの電極側の断面図を
表し、図2は図1のスパークプラグの火花ギャップの領
域内の拡大された断面図を表す。
表し、図2は図1のスパークプラグの火花ギャップの領
域内の拡大された断面図を表す。
【0025】
【実施例】最初に、インゴットから主成分としてルテニ
ウムを有し、副成分としてロジウムを有する金属合金を
溶融により製造する。副成分としてのロジウムの代わり
に、イリジウム、白金、パラジウム、レニウム又はこれ
らの元素からの混合物を使用することもできる。ルテニ
ウムの割合は合金中で少なくとも50質量%である。さ
らに副成分として前記の少なくとも1つの金属を5質量
%より多くの割合で添加する。
ウムを有し、副成分としてロジウムを有する金属合金を
溶融により製造する。副成分としてのロジウムの代わり
に、イリジウム、白金、パラジウム、レニウム又はこれ
らの元素からの混合物を使用することもできる。ルテニ
ウムの割合は合金中で少なくとも50質量%である。さ
らに副成分として前記の少なくとも1つの金属を5質量
%より多くの割合で添加する。
【0026】ロジウム8〜32質量%及びルテニウム6
8〜92質量%を有する金属合金が特に適している。火
花侵食耐性の点では合金Ru84Rh16が特に有利で
ある。この合金は溶くに高い火花流でもアーク放電から
グロー放電への移行を示す。
8〜92質量%を有する金属合金が特に適している。火
花侵食耐性の点では合金Ru84Rh16が特に有利で
ある。この合金は溶くに高い火花流でもアーク放電から
グロー放電への移行を示す。
【0027】前記の合金Ru84Rh16の他に、合金
Ru91Rh8Ir1も有利である。この有利な特性
は、さらに合金Ru75Rh24Ir1又はRu92R
h8並びにRu76Ru24及びRu83Rh16Ir
1の場合にも観察される。
Ru91Rh8Ir1も有利である。この有利な特性
は、さらに合金Ru75Rh24Ir1又はRu92R
h8並びにRu76Ru24及びRu83Rh16Ir
1の場合にも観察される。
【0028】前記した主成分としてルテニウムをベース
とする金属合金を備えたスパークプラグは図1を用いて
詳説する。この場合、この種のスパークプラグは、原則
として例えば欧州特許出願公開(EP)第086653
0A1号明細書から既に公知である電極材料として特別
な合金を除くことを強調しておく。従って、細部の詳細
な説明に関してここでは省略する。細部は前記の明細書
を参照する。
とする金属合金を備えたスパークプラグは図1を用いて
詳説する。この場合、この種のスパークプラグは、原則
として例えば欧州特許出願公開(EP)第086653
0A1号明細書から既に公知である電極材料として特別
な合金を除くことを強調しておく。従って、細部の詳細
な説明に関してここでは省略する。細部は前記の明細書
を参照する。
【0029】図1にはスパークプラグ10が詳細に示さ
れており、このスパークプラグは金属カバー11、金属
カバー11内に同心に置かれた絶縁体12及び絶縁体1
2内に配置された中心電極13を有する。中心電極13
はさらに絶縁体12内で有利に空所16を介して絶縁体
から間隔をあけて配置されている。金属カバー11は公
知のように接地電極14と導電性に接続されている。
れており、このスパークプラグは金属カバー11、金属
カバー11内に同心に置かれた絶縁体12及び絶縁体1
2内に配置された中心電極13を有する。中心電極13
はさらに絶縁体12内で有利に空所16を介して絶縁体
から間隔をあけて配置されている。金属カバー11は公
知のように接地電極14と導電性に接続されている。
【0030】中心電極13はさらに接地電極14に向か
う側の領域内で先端部13′の形に構成されており、こ
の先端部の端部に第1の電極領域31が存在する。さら
に、第1の電極領域31の向かい側に接地電極14に溶
接された第2の電極領域32が存在する。第1の電極領
域31並びに第2の電極領域32は前記したように例え
ばレーザー溶接法により接地電極14並びに中心電極1
3と溶接されている。これらは金属合金Ru84Rh1
6からなる。Ru84Rh16の他に、前記した他の本
発明による金属合金を電極領域31もしくは32に使用
することも適当である。
う側の領域内で先端部13′の形に構成されており、こ
の先端部の端部に第1の電極領域31が存在する。さら
に、第1の電極領域31の向かい側に接地電極14に溶
接された第2の電極領域32が存在する。第1の電極領
域31並びに第2の電極領域32は前記したように例え
ばレーザー溶接法により接地電極14並びに中心電極1
3と溶接されている。これらは金属合金Ru84Rh1
6からなる。Ru84Rh16の他に、前記した他の本
発明による金属合金を電極領域31もしくは32に使用
することも適当である。
【0031】電極領域31もしくは32はその他に公知
のように相互に電気的に絶縁されて間隔をあけて配置さ
れ、火花ギャップ40を定義し、この火花ギャップを介
して火花放電が生じる。
のように相互に電気的に絶縁されて間隔をあけて配置さ
れ、火花ギャップ40を定義し、この火花ギャップを介
して火花放電が生じる。
【0032】図1中には、さらに、金属カバー11はね
じ山17を備えており、かつ絶縁体12は下側の、つま
り電極領域31に向かう領域21内で中心電極13と比
べて後退しているため、中心電極13は絶縁体12から
突出している。
じ山17を備えており、かつ絶縁体12は下側の、つま
り電極領域31に向かう領域21内で中心電極13と比
べて後退しているため、中心電極13は絶縁体12から
突出している。
【0033】図2は、火花ギャップ40の範囲内の図1
の部分断面図を示す。この場合、接地電極14は金属合
金Ru84Rh16からなる第2の電極領域32と溶接
されていることが示されている。この溶接は溶接領域5
0内で行われる。さらに、中心電極13はその先端部1
3の領域内で金属合金Ru84Rh16からなる第1の
電極領域31と溶接領域50内で溶接により結合されて
いる。
の部分断面図を示す。この場合、接地電極14は金属合
金Ru84Rh16からなる第2の電極領域32と溶接
されていることが示されている。この溶接は溶接領域5
0内で行われる。さらに、中心電極13はその先端部1
3の領域内で金属合金Ru84Rh16からなる第1の
電極領域31と溶接領域50内で溶接により結合されて
いる。
【図1】スパークプラグの電極側の断面図
【図2】図1のスパークプラグの火花ギャップの領域内
の拡大された断面図
の拡大された断面図
10 スパークプラグ、 11 金属カバー、 12
絶縁体、 13 中心電極、 13′ 先端部、 14
接地電極、 31,32 電極領域、 40火花ギャ
ップ
絶縁体、 13 中心電極、 13′ 先端部、 14
接地電極、 31,32 電極領域、 40火花ギャ
ップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルント ラインシュ ドイツ連邦共和国 ルートヴィッヒスブル ク アウグステ−ズッパー−シュトラーセ 29 (72)発明者 クラウス フラストニーク ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト リ ストシュトラーセ 46 (72)発明者 イリス ポストラー ドイツ連邦共和国 レオンベルク トルフ シュトラーセ 12 (72)発明者 クラウス ツェルヴィンスキー ドイツ連邦共和国 イッギンゲン シュト ゥルツェッカーシュトラーセ 46
Claims (9)
- 【請求項1】 主成分としてルテニウムを有し、かつ副
成分としてロジウム、イリジウム、白金、パラジウム及
びレニウムのグループから選択される少なくとも1種の
金属を有する、特に火花侵食耐性の電極材料として使用
するための金属合金。 - 【請求項2】 ルテニウムの割合が少なくとも50質量
%である、請求項1記載の金属合金。 - 【請求項3】 副成分の少なくとも1種の金属が5質量
%より高い割合で添加されている、請求項1記載の金属
合金。 - 【請求項4】 合金がロジウム8〜32質量%及びルテ
ニウム68〜92質量%からなる、請求項1記載の金属
合金。 - 【請求項5】 合金がロジウム8〜18質量%、特にロ
ジウム16質量%及びルテニウム82〜92質量%、特
にルテニウム84質量%からなる、請求項4記載の金属
合金。 - 【請求項6】 他の少なくとも1種の金属、特にイリジ
ウム、白金、パラジウム又はレニウムのグループから選
択される金属が、合計で8質量%までの割合で添加され
ている、請求項4又は5記載の金属合金。 - 【請求項7】 少なくとも領域的に少なくとも1つの電
極領域(31,32)を有し、前記電極領域(31,3
2)は少なくとも十分に請求項1から6までのいずれか
1項記載の金属合金からなる少なくとも1つの電極(1
3,14)を有するスパークプラグ。 - 【請求項8】 金属合金が領域的に少なくとも電極、特
に中心電極(13)の先端部(13′)の領域内に設け
られている、請求項7記載のスパークプラグ。 - 【請求項9】 電気的に絶縁されて間隔を置いて少なく
とも2つの、特に互いに向かい合って配置された電極領
域(31,32)が設けられており、この電極領域(3
1,32)は火花ギャップ(40)を形成する、請求項
7又は8記載のスパークプラグ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10005559.1 | 2000-02-09 | ||
DE2000105559 DE10005559A1 (de) | 2000-02-09 | 2000-02-09 | Metallegierung mit Ruthenium und Zündkerze mit dieser Legierung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001262253A true JP2001262253A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=7630241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001030125A Pending JP2001262253A (ja) | 2000-02-09 | 2001-02-06 | 金属合金及びそれからなる電極を有するスパークプラグ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1123985A1 (ja) |
JP (1) | JP2001262253A (ja) |
DE (1) | DE10005559A1 (ja) |
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