JP2020529701A - 積層造形により製造された構成要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、概して、積層造形（ＡＭ）法によって調製した構成要素に関するものであり、それとともに、このような構成要素をＡＭによって調製する方法に関する。より具体的には、金属又は合金の層を金属又は合金基板の表面上に形成することと、その層を基板に融着させることと、このような層の積層を重ねて繰り返し、基板上に堆積された金属又は合金の付着体を形成することとによる、ＡＭ法を使用する、点火機器の構成要素の製造のためのプロセスが提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、概して、積層造形（ＡＭ）法によって調製した構成要素に関するものであり、それとともに、このような構成要素をＡＭによって調製する方法に関する。

貴金属又は貴金属含有合金を別の金属又は合金に付着させ、アセンブリを形成することが、多くの場合に必要である。また、他の金属又は合金は、貴金属系であってもよく、又は別の種類の金属若しくは合金であってもよい。貴金属は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、及び金（Ａｕ）からなる。

また、金属又は合金を別の金属又は合金に接合してアセンブリを形成することは、スパークプラグなどの点火システムの機器を製造する場合に必要である。このような機器は、構成要素、例えば、通常、点火システムに接続された中心電極、及び点火機器の金属シェルへの接続によって接地された接地電極又は側電極を含む。点火機器の構成要素の先端（例えば、中心電極又は接地電極の先端）は、使用中にスパークが発生するものであり、多くの場合（常にではないが）、貴金属又は貴金属含有合金（例えば、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、又は白金を含む、金属又は合金）からなる。この理由は、電極の先端は機器の動作中に高温及び高電圧の非常に苛酷な条件に耐え得る必要があるからであり、したがって、電極の先端を、より弾力的な、及び多くの場合より高価な材料から作製する必要がある。残りの電極は、このような過酷な条件に遭遇せず、多くの場合、異なる、あまり高価ではない金属又は合金材料（例えば、Ｎｉ−Ｃｒ合金及び／又は銅）から形成される。

このような点火システムの機器において電極を製造する一般的な方法は、貴金属（例えば、白金族金属（ＰＧＭ）及び卑金属（典型的には、Ｉｎｃｏｎｅｌ、Ｎｉ−Ｃｒ合金）ワイヤを引き出すことである。次いで、これらのワイヤを送給することにより、金属が接触し、レーザ溶接又は摩擦溶接が行われる。溶接されると、次いで、貴金属及びベースワイヤのアセンブリを両側で切断することにより、溶接された小さな材料のスタブが形成される。典型的には、次いで、各基板を（別個に）独立して製造した後に、このスタブの卑金属元素自体を基板上に溶接し、電極を形成する。この目的のために一般的に使用される基板は、Ｉｎｃｏｎｅｌ、Ｎｉ−Ｃｒ合金に基づくものであり、Ｃｕコアを有する。このような基板は、２つの金属の共押出によって予備成形されており、公知である。

このような機器において電極を製造するために現在使用されている代替方法は、各々の基板を独立して製造した後に、区画化されたＰｔワイヤの片又は「スラッグ」を基板上にレーザ溶接し、電極先端を形成することである。

先行技術の点火機器の構成要素１を、図１に示す。機器は、スパークプラグの電極であり、電極先端１１にレーザ溶接された基板１０から構成されている。基板１０は、銅コア１３と、Ｉｎｃｏｎｅｌ外側部分１２とを含む。また、構成要素は、スパークプラグの電極上に一般的に存在する環状突出部１４を含み、これにより、スパークプラグの中心電極が、突出部を受容するために、相補的な形状を有するセラミックハウジング内の凹部内に十分に嵌まることを、確かなものにする。

これらの既存の製造プロセスは、使用される高価な貴金属の量を、全体的に貴金属系である電極の使用に対して最低限に抑えるという点で、いくつかの利点を有する。

しかし、このプロセスでは、上流プロセスにて金属ワイヤを調製し、それらを区画化し、各ワイヤ区画を基板上にレーザ溶接し電極先端を形成するか又は２本のワイヤを摩擦溶接するかのいずれかに必要な溶接工程を行う必要があるため、複雑で高価なものになる。ワイヤの切断により、カーフロス（区画化する際に切断工具がワイヤを通るときの、材料の不可避的なロス）をもたらす。成形された電極先端（先細状先端など）が望まれる場合、スラッグの端部を、機械加工によって成形する必要があり、不可避的な更なる材料ロスを伴う。また、既存のプロセスでは、電極先端の所望の対応する長さを提供するために、特定の長さの区画化されたワイヤを使用する必要があるため、柔軟性に欠ける。その結果、プロセスの予備段階にて、多種多様な長さの区画化されたワイヤを準備し利用可能にすることが、必要な場合があり、複雑になる。スラッグ及び他のワイヤの小さい部分の取り扱いは困難であり、更なるロスをもたらす。

貴金属含有構成要素を製造するため、より具体的には、点火機器のための構成要素を製造するため、より簡単でより費用効果の高いプロセスが必要である。

本明細書における任意の小見出しは、便宜のためにのみ挙げられており、決して本開示を限定するものとして解釈されるべきではない。

それに応じて、本発明の第１の態様は、積層造形法を使用する、点火機器の構成要素の製造のためのプロセスであって、
（ｉ）金属又は合金の層を、金属又は合金基板の表面上に形成することと、
（ｉｉ）層を基板に融着させることと、
（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）との層を重ねて繰り返し、堆積された金属又は合金の付着体を基板上に形成することと、を含む、プロセスである。

本発明の第２の態様は、第１の態様によるプロセスによって得られた、又は得ることができる、点火機器の構成要素である。

本発明の第３の態様は、第２の態様による構成要素を含む、点火機器である。

本発明の第４の態様は、第３の態様による点火機器を含む、エンジンである。

本発明の第５の態様は、好ましくは点火機器における電極としての、点火機器における第２の態様による点火機器の構成要素の使用である。

本発明者らは、点火機器のための電極などの点火機器の構成要素の製造のための積層造形法により、構成要素を製造するための非常に効率的な手段がもたらされ、無駄な材料が最低限に抑えられることを、見出した。区画化されたワイヤの調製及び続いてのそれの基板への付着のための、更なる時間浪費的でロスの発生する製造プロセスが、回避される。更に、堆積された付着体の幾何学形状は、特定の用途に適合するように全体的にカスタマイズ可能であり、基板と付着体との間に強力な結合が形成される。

より全般的には、本明細書に記載の積層造形法を使用して、貴金属系付着体を基板上に形成することができる。貴金属系付着体は、貴金属又はその合金を含んでもよい。それに応じて、本発明の第６の態様は、積層造形法を使用する、貴金属含有構成要素の製造のためのプロセスであって、
（ｉ）金属又は合金の層を基板の表面上に形成することであって、金属又は合金が、貴金属又はその合金を含み、基板は、金属又は合金基板である、形成することと、
（ｉｉ）層を基板に融着させることと、
（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）との層を重ねて繰り返し、堆積された貴金属又は貴金属合金の付着体を基板上に形成することと、を含む、プロセスである。

この文脈において、「貴金属」は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、及び金（Ａｕ）の元素を指すことが、理解される。

発明の詳細な説明
金属又は合金の層
本発明のプロセスによれば、金属又は合金の層を基板上に順次敷設し、付着体を基板上に形成する。

好適には、金属の層を基板上に順次敷設し、金属付着体を基板上に形成する。

好適には、基板上に敷設された金属は、Ｃｏ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上を含むか、又はそれからなる。好ましくは、基板上に敷設された金属は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上を含むか、又はそれからなる。より好ましくは、基板上に敷設された金属は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上を含むか、又はそれからなる。最も好ましくは、基板上に敷設された金属は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、及びＰｔのうちの１つ以上を含むか、又はそれからなる。

いくつかの特に好ましい実施形態では、基板上に敷設された金属は、Ｒｕ及びＩｒのうちの１つ以上を含むか、又はそれからなる。

加えて、又は代替的に、基板上に敷設された金属は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ、及びＰｔのうちの２つ以上を含むか、又はそれからなる。好ましくは、基板上に敷設された金属は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ａｕ、及びＰｔのうちの２つ以上を含むか、又はそれからなる。より好ましくは、基板上に敷設された金属は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、及びＰｔのうちの２つ以上を含むか、又はそれからなる。

加えて、又は代替的に、合金の層を基板上に順次敷設し、合金の付着体を基板上に形成する。

好適には、基板上に敷設された合金は、Ｃｏ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上と、１つ以上の他の元素、例えば、１つ以上の他の金属との合金を含むか、又はそれからなる。また、合金中の１つ以上の他の元素は、Ｃｏ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕから選択されてもよい。

しかし、好ましくは、基板上に敷設された合金は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上と、１つ以上の他の元素、例えば、１つ以上の他の金属との合金を含むか、又はそれからなる。任意選択的に及び代替的に、基板上に敷設された合金は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの２つ以上の合金を含むか、又はそれからなる。より好ましくは、基板上に敷設された合金は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上と、１つ以上の他の元素、例えば、１つ以上の他の金属との合金を含むか、又はそれからなる。更により好ましくは、基板上に敷設された合金は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、及びＰｔのうちの１つ以上と、１つ以上の他の元素、例えば、１つ以上の他の金属との合金を含むか、又はそれからなる。最も好ましくは、基板上に敷設された合金は、Ｒｕ及びＩｒのうちの１つ以上と、１つ以上の他の元素、例えば１つ以上の他の金属との合金を含むか、又はそれからなり、この場合、基板上に敷設された合金は、主要構成要素としてのＲｕ又はＩｒと、１つ以上の他の元素、例えば１つ以上の他の金属とを含有する、合金を含むか、又はそれからなることが、特に好ましい。

基板上に堆積された金属又は合金は、貴金属又はその合金を含むことが、特に好ましい。より好ましくは、基板上に堆積された金属又は合金は、ＰＧＭ又はその合金を含む。

点火機器の構成要素の製造のためのプロセス（本発明の第１の態様）に関して記載される好ましい特徴は、貴金属含有構成要素の製造のためのプロセス（本発明の第６の態様）に等しく当てはまり、ただし、貴金属含有構成要素の製造は、
（ｉ）金属又は合金の層を基板の表面上に形成することであって、金属又は合金が、貴金属を含み、又は合金が、その貴金属合金を含み、基板は、金属又は合金基板である、形成することと、
（ｉｉ）層を基板に融着させることと、
（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）との層を重ねて繰り返し、堆積された貴金属又は貴金属合金の付着体を基板上に形成することと、を含む、プロセスに限定される。

この文脈において、「貴金属」は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、及び金（Ａｕ）の元素を指すことが、理解される。

好ましくは、第６の態様では、貴金属は、白金族金属（ＰＧＭ）であってもよく、すなわち、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、及び白金（Ｐｔ）の元素から選択されてもよい。好ましくは、貴金属は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、及び白金（Ｐｔ）の元素から選択される。

以下でより詳細に論じられるように、層を、様々な方法で堆積させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、金属又は合金粉末の層を基板に堆積させ、各層における粉末を下にある基板又は層に一緒に結合又は融着させた後、更なる層を堆積させる。このような方法は、一般に「粉末床溶融結合」（ＰＢＦ）技術として公知である。

ＰＢＦ法は、他のＡＭ技術よりも高い製造速度がもたらされるため、本発明において特に好ましい。

あるいは、例えば、層を溶融形態で堆積させ、続いて堆積層の冷却及び固化、並びにその後、先行する層の上部に更なる溶融層を堆積させることができる。このような方法としては、「指向エネルギー堆積」（ＤＥＤ）技術が挙げられる。

他の実施形態では、層を金属又は合金シートとして堆積させ、それらの各々を隣接する層に融着させる。隣接する層を、溶接技術によって、又は接着剤の使用によって接合してもよい。このような方法としては、「シート積層」（ＳＬ）技術が挙げられる。

本発明の全ての実施形態では、第１の層、転じて付着体自体は、基板に「融着」されている。換言すれば、基板と付着体との間に強力な結合が形成されることにより、付着体を基板から容易に取り外すことはできなくなる。これは、例えば、第１の層及び第１の層に隣接する基板表面の領域の両方を部分的に溶融することによって実現することができる。本明細書に記載の本発明は、バインダーが層形成プロセスにて存在しないという事実によって、結合剤を層ごとの様式（ｌａｙｅｒ ｗｉｓｅ ｆａｓｈｉｏｎ）で堆積させ粉末を一緒に保持するバインダージェット粉末床技術と、対比することができる。バインダージェット粉末床技術では、結合剤を、製造した緑色部に組み込み、脱バインダー工程によって後で除去し、褐色部を形成し、次いでこれを焼結し融着させて、十分な密度を実現する。本発明のプロセスでは、各層を工程ｉｉ）にて融着させ、バインダーは必ずしも存在しないため、脱バインダー工程を実施する必要はない。したがって、本製造プロセスは、バインダージェット粉末床技術の使用よりも簡易な製造プロセスを提供する。

金属又は合金粉末
いくつかの実施形態では、方法の工程（ｉ）は、金属又は合金粉末の層を、金属又は合金基板の表面上に形成すること、を含み、工程（ｉｉ）は、層内の粉末の少なくとも一部分を、ともに一緒に及び基板に結合又は融着させること、を含む。

ＡＭプロセス中に堆積される粉末は、金属粉末又は合金粉末である。

用語「金属粉末」及び「合金粉末」は、それぞれ金属粒子又は合金粒子を含む、粉末を表す。また、バインダー、溶媒、添加剤、及び不可避の不純物などの、他の微粒子構成要素も、存在する場合がある。

好適には、粉末は、金属粉末、すなわち金属粒子を含む粉末である。金属粉末は、Ｃｏ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上の粒子を含むか、又はそれからなる。好ましくは、金属粉末は、貴金属粒子、例えば白金族金属（ＰＧＭ）粒子を含んでもよく、又はそれからなってもよい。したがって、好ましくは、金属粉末は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上の粒子を含むか、又はそれからなる。より好ましくは、金属粉末は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上の粒子を含むか、又はそれからなる。更により好ましくは、金属粉末は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、及びＰｔのうちの１つ以上の粒子を含むか、又はそれからなる。最も好ましくは、金属粉末は、Ｒｕ及びＩｒのうちの１つ以上の粒子を含むか、又はそれからなる。

任意選択的に、金属粉末はまた、セラミック、ガラス、及びプラスチックなどの、他の非金属粒子構成要素を含んでもよい。

加えて、又は代替的に、粉末は、合金粉末、すなわち合金の粒子を含む粉末である。好適には、合金粉末は、Ｃｏ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上と、１つ以上の他の元素、例えば、１つ以上の他の金属との合金の粒子を含むか、又はそれからなる。また、合金中の１つ以上の他の元素は、Ｃｏ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｗ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕから選択されてもよい。好ましくは、合金粉末は、貴金属合金の粒子、例えば、白金族金属（ＰＧＭ）合金の粒子を含んでもよく、又はそれからなっていてもよく、そのため、好ましくは、合金粉末は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上と、１つ以上の他の元素、例えば１つ以上の他の金属との合金の粒子を含んでもよく、又はそれからなってもよい。より好ましくは、合金粉末は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの２つ以上の合金の粒子を含むか、又はそれからなる。更により好ましくは、合金粉末は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、及びＡｕのうちの１つ以上と、１つ以上の他の元素、例えば、１つ以上の他の金属との合金の粒子を含むか、又はそれからなる。更により好ましくは、合金粉末は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、及びＰｔのうちの１つ以上と、１つ以上の他の元素、例えば、１つ以上の他の金属との合金の粒子を含むか、又はそれからなる。最も好ましくは、合金粉末は、Ｒｕ及びＩｒのうちの１つ以上と、１つ以上の他の元素、例えば１つ以上の他の金属との合金の粒子を含むか、又はそれからなり、この場合、合金粉末は、主要構成要素としてのＲｕ又はＩｒと、１つ以上の他の元素、例えば１つ以上の他の金属とを含有する、合金の粒子を含むか、又はそれからなることが、最も好ましい。

任意選択的に、合金は、Ｙ、Ｚｒ、及びＳｍのうちの１つ以上から選択される更なる構成要素を含有してもよい。好ましくは、合金は、Ｚｒを含有してもよい。理論に束縛されるものではないが、これらの元素を含めることにより、合金に延性を与えることができると考えられる。また、これらの元素（特にＺｒ）を含めることにより、粒界（すなわち、異なる向きの結晶格子間の境界）を通る転位の運動を妨げることができ、ひいては粒の成長が制限され、又は遅くなることがあり、有利であると考えられる。

金属及び／又は合金粒子に加えて、粉末は、セラミック、バインダー、及び／又は流動剤などの、補助粒子を更に含んでもよい。

加えて、又は代替的に、合金粉末は、合金粒子に加えて、他の非合金構成要素を含む。例えば、合金粉末はまた、セラミック酸化物粒子を含んでもよい。理論に束縛されるものではないが、このようなセラミック酸化物粒子の存在により、合金の粒の安定化を向上させることができ、スパークエロージョン特性を改善することができると考えられる。このようなセラミック酸化物の非限定的な例は、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、及び希土類酸化物である。

いくつかの実施形態では、粉末は、単一の種類の金属又は合金粒子を含む。あるいは、粉末は、金属と合金粒子との混合物をはじめとして、２種類以上の金属又は合金粒子を含んでもよい。金属粉末の正確な組成は、所望の特性に応じて変化し、当業者であれば好適な組成を選択し得る。

粉末の組成は、単一の構成要素又は付着体の形成によって変化することがある。例えば、粉末は、プロセスの始点（例えば、本発明によるプロセスの工程（ｉ）中）にて、プロセスにおける後の段階（例えば、プロセスの工程（ｉｉｉ）による繰り返しの工程（ｉ）における層の形成中）よりも低い濃度の、所与の金属又は合金を含有してもよい。逆に、粉末は、プロセスの始点にて、プロセスにおける後の段階よりも高い濃度の、所与の金属又は合金を含有してもよい。このように、基板に堆積された金属又は合金の付着体の強度を、基板の表面への強力な結合の形成のために、初期の金属又は合金の好適な選択によって高めることができる。加えて、この方法を使用して付着層を製造することで、より経済的にすることができる。この理由は、構成要素の付着層のベース部分を形成し、より少量の高価な（例えば、ＰＧＭ）金属又は合金を含めることができ、高価な金属は、存在が機器の性能面で技術的に重要である構成要素の付着層の先端に向かって濃度が高くなっており、特に付着体はスパークプラグにて使用するのに好適な電極であるからである。

好適には、粉末内の金属又は合金粒子は、１〜２００μｍの範囲の平均粒径Ｄ_５０を有する。

本明細書では、「Ｄ_５０」は、累積体積分布の５０％での粒径を指す。換言すれば、粒子のうちの５０体積％は、この値未満の径を有し、５０体積％は、この値よりも大きい径を有する。当業者であれば、Ｄ_５０を決定するのに使用することができる方法について認識している。これらとしては、篩分析、レーザ回折、及び動的光散乱（ＤＬＳ）が挙げられる。

任意選択的に、ナノスケールの粒子を使用してもよい。この実施形態では、粉末内の金属又は合金粒子は、少なくとも１０ｎｍ、例えば、少なくとも２０ｎｍ、少なくとも３０ｎｍ、少なくとも４０ｎｍ、少なくとも５０ｎｍ、少なくとも１００ｎｍ、少なくとも２００ｎｍ、又は少なくとも５００ｎｍのＤ_５０を有する。

あるいは、粉末内の金属又は合金粒子は、最大２００μｍ、例えば最大１５０μｍ、最大１００μｍ、最大９０μｍ、最大８０μｍ、最大７０μｍ、最大６０μｍ、最大５０μｍ、最大４０μｍ、最大３０μｍ、最大２０μｍ、最大１０μｍ、最大５μｍ、最大２μｍ、又は最大１μｍのＤ_５０を有する。

当業者であれば、粒径の正確な選択は、使用される特定のＡＭプロセス及び機械によって決まることについて、理解する。例えば、ＰＢＦ技術では、Ｄ_５０の範囲は、共通して、１〜１０μｍ、又は２０〜６０μｍ、又は４０〜１００μｍである。

金属又は合金基板
プロセスにて、本発明によれば、構成要素を、基板上で付着体の層によって形成する。より具体的には、付着体を、積層造形（ＡＭ）によって形成し、金属又は合金基板の表面上に構築し、それに固定する。

好適には、基板は、点火機器の中心電極又は接地電極の一部分であってもよい。次いで、付着体により、使用中にスパークの発生することがある、電極の「先端」を形成する。好ましくは、基板は、点火機器の中心電極の一部分である。

基板は、任意の好適な金属若しくは合金、又は金属及び／若しくは合金の混合物を含んでもよい。好適には、基板は、２つの異なる金属若しくは合金の共押出、又は当業者に公知の任意の他の製作方法によって形成された物体である。

基板は、ＡＭによって基板上に堆積された金属又は合金とは異なる、金属又は合金を含んでもよい。あるいは、基板は、基板上に堆積された層内に存在する金属又は合金を全く含まない。より具体的には、基板は、任意選択的に、ＰＧＭを全く含まない。

加えて、又は代替的に、基板は、電気伝導性金属又は合金を含む。

好ましくは、基板は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｚｎ、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、又はこれらのうちのいずれか１つと、１つ以上の他の元素、例えば１つ以上の他の金属との合金から選択される、１つ以上の金属を含む。より好ましくは、基板は、Ｃｕ及びＮｉ、又はこれらのうちのいずれか１つと、１つ以上の他の元素、例えば１つ以上の他の金属との合金から選択される、１つ以上の金属を含む。

有利には、基板は、第１の金属又は合金を含む第１の領域、及び第１の金属又は合金とは異なる第２の金属又は合金を含む第２の領域、を含んでもよい。この実施形態では、第１の領域は、第２の領域（シェル領域）によって少なくとも部分的に囲まれたコア領域であってもよい。第１の領域及び第２の領域は、第１及び第２の金属又は合金の共押出によって形成されている。いくつかの実施形態では、第１の領域は、伝導性金属を含むか、又はそれからなる。いくつかの実施形態では、第１の領域は、Ｃｕなどの遷移金属を含むか、又はそれからなる。いくつかの実施形態では、第２の領域は、伝導性金属を含むか、又はそれからなる。あるいは、第２の領域は、Ｎｉ合金などの合金を含むか、又はそれからなる。任意選択的に、第２の領域は、Ｉｎｃｏｎｅｌを含むか、又はそれからなる。

より具体的には、基板は、Ｎｉ又はＮｉの合金を含む外側部分によって少なくとも部分的に囲まれた、Ｃｕを含むコアを含んでもよい。

好適には、ＡＭ中に粉末が堆積される表面は、Ｎｉ又はＮｉの合金を含み、好ましくはＮｉの合金を含む。Ｎｉの合金中で、主要構成要素はＮｉであってもよく、Ｎｉの合金中で他の元素は、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃ、Ｓ、Ｐ及びＢから選択されてもよい。好ましくは、合金中で最も豊富な元素はＮｉであり、合金中で２番目に豊富な元素はＣｒであり、合金は、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃ、Ｓ、Ｐ及びＢから選択される１つ以上の他の合金化元素を含んでもよい。任意選択的に、合金は、Ｉｎｃｏｎｅｌである。

点火機器の電極の一部として使用するためのこのような「コアシェル」型の基板は、当業者に公知であり市販されている。

基板の全体的な形状は特に限定されない。当業者であれば、意図する点火機器の用途に応じて好適な形状を選択し得る。

好適には、基板は、細長構造を有する。このような基板は、他の２つの次元よりも少なくとも２倍、例えば少なくとも３倍、例えば少なくとも４倍長い、１つの次元を有する。このような細長基板の断面の幾何学形状は特に限定されないが、円形、楕円形、三角形、正方形、矩形、台形、菱形、五角形、六角形、又は八角形から選択されてもよい。このような基板は、隆起部、ボス、又は凹部など、基板の表面上に特徴を含んでもよい。

好ましくは、基板は、実質的に円筒形である。スパークプラグなどの点火機器の中心電極は円筒形状であることが多く、スパークの発生する電極の「先端」が、円筒の一方の端部に位置している。結果として、いくつかの実施形態では、ＡＭによって層が堆積される円筒状基板の表面は、円筒の端部表面のうちの一方であり、実質的に平面であってもよい。

「実質的に円筒形」とは、本発明者らによると、基板が、概して円形又は円形に近い断面（例えば、断面は、真円ではなく、わずかに楕円形の形状であってもよい）を有する細長構造のものであることを、意味する。更に、「実質的に円筒形」は、隆起部、ボス、又は凹部などの、基板の表面上での特徴の存在を排除するものではない。基板の断面の径及び形状は、その長さに沿って一致していてもよく、又は、例えば、基板が先細状の外観を有するように、変化してもよい。

また、基板の径は特に限定されず、点火機器の意図する用途に応じて変化する。既に述べたように、このような基板は市販されており、本明細書に記載のプロセスは、任意のこのような基板で使用されるように適合されてもよい。概して、基板は、設計及び意図する用途に応じて、０．５〜８０ｍｍ、例えば１０〜２０ｍｍの長さを有してもよい。

本発明のプロセスでは、金属又は合金の層を、初めに金属又は合金基板の表面上に堆積させる。この初期の層を、基板の露出表面の領域全体を覆うように堆積させてもよい。あるいは、層を、例えば、表面の端部の周囲に境界を残すために、基板の露出表面の一部分のみを覆うように堆積させてもよい。基板が細長基板、例えば上述のように実質的に円筒状である場合、初期の層を、基板の端部表面のうちの一方の上に堆積させてもよい。

本発明の第６の実施形態では、基板は、点火機器の構成要素、例えば点火機器の電極、例えばスパークプラグの電極であってもよい。他の実施形態では、基板は、任意の他の好適な金属又は合金基板、例えばセンサの引き出しワイヤであってもよい。

積層造形プロセス
本発明によるプロセスでは、積層造形法（ＡＭ）を使用する。ＡＭは、材料の２次元層を順次敷設し、一緒に融着又は結合して、３次元固体対象物を形成する技術である。航空宇宙用途及び医療用途で使用するためのプラスチック、金属、及びセラミック構成要素の製作のための技術が開発されてきた。

本発明者らは、ＡＭによりまた、望ましい特性を守りながら、経済的な方法で点火機器の構成要素を製造することが可能となることも見出した。

また、本発明者らは、ＡＭにより、望ましい特性を守りながら、経済的な方法で貴金属含有構成要素を製造することが可能となることも見出した。例えば、このようなプロセスについては、ラムダセンサアタッチメントなどのセンサアタッチメントの製造における使用、及び別の金属又は合金基板上への貴金属付着体の付着が必要とされる様々な他の使用が見出され、このような構成要素は、他の方法によると、レーザ溶接などの、上記のあまり経済的ではないプロセスを使用して製造することができるものである。

ＡＭ法は、コンストラクティブマニュファクチャリング、ジェネレーティブマニュファクチャリング、ダイレクトデジタルマニュファクチャリング、自由形状製作、固体自由形状製作、又はダビングとしても知られており、公知の技術を使用して点火構成要素の設計に適用することができる。全ての場合において、ＡＭプロセスを、３Ｄ形状の単純なメッシュ描写であるいわゆる「ＳＴＬファイル」又は「ＳＴＥＰファイル」として、点火機器の構成要素のための付着体の設計を可能にする従来の３Ｄ設計コンピュータパッケージによって有効化する。ＳＴＬファイルを、設計ソフトウェアを使用して、製作プロセスの基礎である複数の２次元層に分ける。製作装置により、２次元パターンを読み出し、次いで２Ｄスライスに対応する材料の層を重ねて順次堆積させる。粉末堆積技術では、付着体が構造的一体性を有するように、粉末材料を、層を堆積させる際に一緒に結合又は融着させる。堅牢な付着体が生じるまで、層堆積及び結合又は融着のプロセスを繰り返す。粉末堆積技術では、未結合又は未融着粉末を、成形ユニットから、例えば重力又は送風によって分離することが容易である。

好ましくは、積層造形法は、粉末床溶融結合、指向エネルギー堆積、及びシート積層から選択される。

このように、３次元対象物を、少しずつ構築する。プロセスの終点にて、対象物を囲む、未融着粉末又は望ましくない金属若しくは合金材料を除去する。

好適には、初期の粉末層を基板の表面に堆積させた後、層の少なくとも一部分の結合又は融着を行う。好ましくは、結合又は融着を、粉末床溶融結合（ＰＢＦ）技術によって実現する。この技術によれば、粉末堆積後、レーザ又は電子線のいずれかを使用し、粉末を一緒に溶融及び融着させ、また粉末の初期の層を基板に融着させる。第１の層を堆積及び融着させた後、粉末の後続の層を重ねて順次堆積させ、新しい層内の粉末を一緒に融着させ、先行する層内の材料に融着させる。したがって、好ましくは、本発明によるプロセスは、ＰＢＦプロセスである。多くのＰＢＦ結合及び融着製作技術が利用可能であり、とりわけ、３Ｄプリント及びレーザ溶融技術が利用可能である。しかし、技術のいずれを使用してもよい。

レーザＰＢＦ又は電子ＰＢＦは、本発明にて使用することができる具体的なＰＢＦ技術の例である。

ＰＢＦ技術及び必要な装置の詳細は、当業者に公知である。

レーザ溶融では、プロセスは、粉末材料の薄層を、初めにブレード、ローラー、又は移動ホッパーを使用してベースプレートに適用する、３工程を含む。層の厚さを制御する。レーザ放射を集束スポットとして適用し、２次元層上でスキャンし、３次元部の断面を融着させ、層を下で層に融着させる。レーザの位置を、所望のパターンによって、例えばガルバノメータのミラーを使用して制御する。層を融着させた後、基板及び層が上にあるプレートを、１つの層の厚さの分下方に移動させ、粉末の新たな層を、融着させた層上で保護する。この手順を繰り返すことにより、付着体を３次元で製造する。付着体を形成した後、未融着粉末を、単に重力によって、又はそれを吹き飛ばすことによって、付着体から分離する。

直接レーザ焼結では、固体繊維レーザを使用して、プロセスを高温で行う。このようなシステムは、ＥＯＳ、Ｃｏｎｃｅｐｔ Ｌａｓｅｒ、又はＳＬＭ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓから市販されている。

本発明のＡＭ法では、指向エネルギー堆積（ＤＥＤ）を使用し、金属又は合金の付着体を作り出すことができる。ＤＥＤは、多軸アーム上に搭載したノズルを有する機械による。ノズルを使用し、溶融した金属又は合金を、ワイヤ又は粉末供給物のいずれかから、基板表面上で溶融させることによって堆積させ、これは冷却され固化する。このプロセスを繰り返し、材料層を重ねて構築する。

本発明のＡＭ法では、シート積層（ＳＬ）を使用し、金属又は合金の付着体を作り出すことができる。ＳＬは、金属又は合金の複数のシートの層状化によるものであり、その後、例えば超音波溶接によって一緒に結合する。次いで、ＣＮＣ機械加工を使用し、余分な材料を除去することができる。

本発明のプロセスでは、金属又は合金の第１の層を基板の表面上に堆積させ、金属又は合金の第２の層を第１の層の表面上に堆積させる。このプロセスを繰り返すことができ、それにより付着体を形成し、基板上の２層以上の融着層、例えば、少なくとも５層、少なくとも１０層、少なくとも１５層、少なくとも２０層、少なくとも２５層、少なくとも５０層、又は少なくとも１００層を構成する。層厚さは粒径の選択によって決定されるが、例えば、少なくとも１０ｎｍ、少なくとも２０ｎｍ、少なくとも３０ｎｍ、少なくとも４０ｎｍ、少なくとも５０ｎｍ、少なくとも１００ｎｍ、少なくとも２００ｎｍ、又は少なくとも５００ｎｍであってもよい。

層厚さは、最大２００μｍ、例えば最大１５０μｍ、最大１００μｍ、最大９０μｍ、最大８０μｍ、最大７０μｍ、最大６０μｍ、最大５０μｍ、最大４０μｍ、最大３０μｍ、最大２０μｍ、最大１０μｍ、最大５μｍ、最大２μｍ、又は最大１μｍであってもよい。

より大きな層厚さを選択することにより、付着体のより速い形成がもたらされるが、仕上げた付着体の表面が粗くなることにつながる。

層の正確な数は、必要な付着体の長さ（次に所望の用途に応じて変化する）、及び使用する最大粒径によって（層厚さが粒径に等しいため）決定される。

加えて、又は代替的に、プロセスは、積層造形法を使用する、点火機器の複数の構成要素の製造を含み、複数の基板を単一の積層造形（ＡＭ）ユニット内のアレイに配置するものである。より具体的には、プロセスは、単一のＡＭユニット内のアレイに配置された複数の基板を提供する工程を含んでもよく、これにより、本発明のプロセスの各工程を、各基板に関して同時に行っても、又は順次行ってもよい。したがって、プロセスはバッチプロセスであると考えることができ、これによりプロセスの各「実行」において２つ以上の構成要素を提供する。

このように、単一のＡＭの実行を使用して、ＡＭユニットの単一のビルドプレート上で複数の点火機器の構成要素を製造することが可能である。これは、時間及びリソースの両方に関して非常に経済的である。例えば、従来的にはＰＢＦプロセス中、堆積された粉末の各層により、ビルドプレートの領域全体を覆い、これの小さな部分のみを融着させ、３Ｄ対象物を作り出している。残りの未融着粉末をプロセスの終点にて除去し、更なる実行にて再使用している。したがって、各プリント実行において大量の粉末を堆積させるが、製品を形成するためには使用せず、貴重な時間及びリソースが浪費されている。

当業者であれば、用語「ＡＭユニット」は、ＡＭプロセスを行うように適合されたシステムを指すことについて、理解する。このようなシステムは、当業者に公知であり市販されている。

単一のビルドプレート上での単一のプリント実行にて、複数の構成要素、例えば、少なくとも２、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも５００、少なくとも１０００、少なくとも２０００、又は少なくとも４０００の構成要素を製造することによって、プロセスをはるかに効率的にする。

好適には、複数の基板を、ビルドプレート上の２次元アレイに配置してもよい。いくつかの実施形態では、複数の基板を、ビルドプレート上の三角形、正方形、又は六角形のアレイなどの、規則的なアレイで配置する。

好ましくは、２つの隣接する基板間の距離を、最低限に保つ。これにより、ＡＭプロセスの最大効率を確保する。

任意選択的に、金属又は合金基板を、ＡＭプロセス中にビルドプレート上で保持する。基板を、任意の好適な手段によってビルドプレート内の適正位置に保持してもよく、又は、基板は、ビルドプレートによって画定された好適な穴若しくは凹部内にあってもよい。基板を、好適な手段によって、例えば、基板の表面からの突出部と穴又は凹部の内側表面からの突出部との間の当接によって、上記の穴又は凹部内の適正位置に保持してもよい。穴又は凹部の内側表面からの突出部は、より安定なプラットフォームをもたらし基板がその上にあるように、環状隆起部を含んでもよい。このように、基板の軸方向位置のみならず、基板の横方向位置もまた、より安定になる。

あるいは、基板は、ビルドプレート内の凹部の床部上にあってもよい。このように、例えば、基板の上側表面とビルドプレートとが同一平面上にあることを確かなものにするために、穴又は凹部内の基板の軸方向位置を、制御することができる。

したがって、本明細書に記載のプロセスは、工程（ｉ）の前に、１つ以上の基板を、ビルドプレート上の適正位置に配置する工程、を含んでもよい。

任意選択的に、本発明のプロセスは、工程（ｉ）の前に、ＡＭプロセス中に金属又は合金基板を保持するのに好適な穴又は凹部を含む、改変されたビルドプレートを提供することと、ＡＭユニット内にビルドプレートを装着することと、を含む。改変されたビルドプレートは、複数の穴又は凹部を含んでもよく、その中に、等しい複数の基板を配置してもよい。改変されたビルドプレートは、三角形、正方形、又は六角形のアレイなどのアレイに配置された複数の穴又は凹部を含んでもよい。

概して、好適な凹部又は穴を提供するために、改変されたビルドプレートを、従来からのビルドプレートを穿孔することによって提供してもよい。

好ましくは、基板を凹部内の位置とすることにより、基板の上側表面を実質的にビルドプレートの上側表面の高さにし、又は５ｍｍ以下のクリアランスの分、ビルドプレートの上側表面の上方に突出するようにする。このように、例えばＰＢＦプロセス中に、粉末を基板の上側表面にのみ融着させることを、確かなものにすることができる。

改変されたビルドプレートを提供する場合、プロセスは、１つ以上の基板を、ビルドプレート内の１つ以上の穴又は凹部に挿入する工程、を更に含む。

金属又は合金の付着体
本発明の一態様による積層造形プロセスの製品は、金属又は合金基板と、基板に融着されたＡＭ堆積金属又は合金の付着体と、を含むアセンブリである点火機器の構成要素である。

本発明の代替的態様による積層造形プロセスの製品は、金属又は合金基板と、基板に融着された貴金属又はその合金を含むＡＭ堆積付着体と、を含む貴金属含有構成要素である。

また、金属又は合金層及び粉末の特性に関する上記の開示は、それらの層の融着によって作り出される対象物である、金属又は合金の付着体にも当てはまる。

好適には、付着体は先細形状を有することにより、それの断面積が、それを付着させた基板からの距離とともに減少していく。

あるいは、付着体は、凸形状、例えば、半球形状、又は球状キャップ若しくはドームの形状を有する。

好ましくは、付着体は、点火機器に使用するための電極のスパーク用先端である。付着体をＰＧＭ金属又は合金から形成する場合、これにより、付着体をスパーク用先端として使用する場合に、特に望ましい特性がもたらされる。例えば、付着体は、高い溶融温度を有し、スパークエロージョンを生じにくく、それによって点火機器の失火の危険性が低減される。

当然のことながら、付着体の大きさは、基板の大きさ及び意図する用途に応じて変化し、当業者であれば、好適な大きさの付着体を製造するために、ＡＭ法を調整することができる。

いくつかの実施形態では、付着体は、少なくとも０．１ｍｍ、例えば、少なくとも０．２ｍｍ、少なくとも０．２５ｍｍ、少なくとも０．３ｍｍ、少なくとも０．３５ｍｍ、又は少なくとも０．４ｍｍの長さを有する。いくつかの実施形態では、付着体は、最大１０ｍｍ、例えば最大５ｍｍ、最大４ｍｍ、最大３ｍｍ、最大２．５ｍｍ、又は最大２ｍｍの長さを有する。

いくつかの実施形態では、付着体は、少なくとも０．３ｍｍ、例えば、少なくとも０．４ｍｍ、又は少なくとも０．５ｍｍの幅（直径）を有する。いくつかの実施形態では、付着体は、最大２．５ｍｍ、例えば最大２ｍｍ、又は最大１．５ｍｍの幅（直径）を有する。

任意選択的に、本発明のプロセスは、構成要素の少なくとも一部の表面仕上げ及び／又は機械加工から選択される工程（ｉｖ）を更に含む。

表面仕上げにより、製品の標準要件が満たされることを確かなものにし、これは、ＡＭプロセスのみによって実現されるものではない。いくつかの実施形態では、表面仕上げを、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工によって行う。このような実施形態では、ビルドプレート上の隣接する基板間に好適なクリアランスを設け、ＣＮＣ工具の移動を可能にする必要がある。概して、間隔を、少なくとも３ｍｍ、例えば、少なくとも３．５ｍｍ、少なくとも４ｍｍ、又は少なくとも４．５ｍｍにする必要がある。

加えて、又は代替的に、表面仕上げ工程は、ＡＭ機械内の機能性によってｉｎ ｓｉｔｕで施されてもよい。換言すれば、ＡＭ機械は、自動ミリング工具を含んでもよく、その表面により、例えば、ＣＮＣ機械加工によって、ｉｎ ｓｉｔｕで、ＡＭプロセスと同時に（例えば、各層を堆積した後で機械加工工程を行うことによって）、又は付着体を製造した後のいずれかで、付着体を仕上げる。

任意選択的に、表面仕上げ工程は３Ｄスキャンプロセスを含み、これによりビルドプレート上の各構成要素の３次元位置を決定し、この情報をＣＮＣ機械加工システムに送る。ＣＮＣ仕上げの精度は、基板の位置決め精度に応じて変化することがある。したがって、プリント後の基板位置の３Ｄスキャンを行うことにより、表面仕上げプロセスが高精度になることを、確かなものにする。

あるいは、プロセスは、例えば、Ｃｏｎｃｅｐｔ Ｌａｓｅｒ ＱＭｍｅｌｔｐｏｏｌ ３Ｄなどのシステムを使用して、プリントを３Ｄにて再作成する、ｉｎ ｓｉｔｕでのメルトプールモニタリングを含んでもよい。次いで、精度を改善するために、メルトプールモニタリングからの出力をＣＮＣ仕上げプロセスの入力として使用することができる。

機械加工は、ＡＭ堆積構造の構造及び／又は密度を変化させるのに使用するための、当業者に公知の任意のプロセスを含んでもよい。工程（ｉｖ）にて使用することができる機械加工技術の非限定的な例としては、ビーズピーニング、機械的ピーニング、静水圧プレス、例えば熱間静水圧プレスなどの熱間若しくは冷間ロール若しくはプレス、又は更なるＡＭ工程が挙げられる。

好ましくは、機械加工は、高密度化プロセスを含む。高密度化は、ＡＭ製造部の内部多孔性を低減する手段である。このように、より高密度の付着体を提供することができる。

いくつかの実施形態では、機械加工を使用し、制御されたレベルの機械的作業を導入し、これをそのままにするか、又は中程度の局所加熱と組み合わせて利用するかのいずれかで、処理の厳しさ及び使用する熱レジメンに応じて、表面に等軸粒構造、又はより深いものを作り出すことができる。いくつかの場合では、等軸構造を基板との接合部で作り出し、エピタクシャル成長指向性粒を付着体の表面に限ることができる。このような変化した構造により、酸化／腐食に関する電極先端の安定性の改善がもたらされること、しかし、より著しく熱的及び機械的循環がもたらされることが、予想される。

ここで、以下の非限定的な図及び実施例を参照し、本発明を更に説明する。本発明の他の実施形態は、当業者であれば、これらに照らして想到するものである。

図面
先行技術のスパークプラグの電極の概略断面図である。 スパークプラグの電極基板の概略断面図である。 ビルドプレート内の穴内に保持されたスパークプラグの電極基板の概略断面図である。 ビルドプレート内の凹部内に保持されたスパークプラグの電極基板の概略断面図である。 ビルドプレート内の凹部内に保持されたスパークプラグの電極基板の概略断面図である。 ＡＭ機械のビルドプレート内の穴内に保持された、本発明によるスパークプラグの電極の概略断面図である。 本発明によるスパークプラグの電極の概略断面図である。

詳細な説明
図２は、本発明によるスパークプラグの電極を製造するために使用することができる、基板２の図である。

基板２は、図２に軸方向断面で示されており、基板のベース付近の環状突出部２４を除いて、円筒形の形状である。この環状突出部は、スパークプラグに組み込まれたときに、基板を、それを保持するセラミックスリーブ内に固定する手段として、このような基板上に存在する。基板２は、Ｃｕ金属コア部分２３を囲む、Ｎｉ−Ｃｒ（Ｉｎｃｏｎｅｌ）外側部分２２を含む、複合構造を含む。このような基板は市販されており、Ｉｎｃｏｎｅｌ及びＣｕ材料の共押出によって形成されていてもよい。

図３は、積層造形機械（図示せず）の一部であるビルドプレート３１によって画定された穴３２内で定位置に保持された、図２に示されるものと同一の基板３の図である。簡潔にするために、単一の穴３２が示されているが、単一のビルドプレートは、本明細書に記載のような複数の穴を含んでもよい。穴３２及び突出部２４の直径が実質的に同一であることにより、基板２は、ビルドプレート３１内で安定した位置に保持されている。更に、穴３２の内側表面は、環状隆起部３８ａ、３８ｂを含み、これにより、突出部２４の下側表面が当接する穴内にリップを作り出す。環状隆起部３８ａ、３８ｂは、穴３２の軸と垂直な輪郭に従う。したがって、穴３２への基板２の更なる移動は、環状隆起部３８ａ、３８ｂに対する突出部２４の当接によって防止されており、基板２は、効果的に適正位置に保持されている。穴３２内での環状隆起部３８ａ、３８ｂの軸方向位置は、基板２の上側表面３５がビルドプレート３１の上側表面３６と実質的に同一平面上にあるように、設計されている。

この実施形態では、穴３２内の環状隆起部３８ａ、３８ｂは連続的であるが、あるいは、隆起部は不連続であってもよく、それにより、これが代わりに穴３２の内側表面からの複数の突出部となる。例えば、環状隆起部３８ａ、３８ｂは、穴３２の内側表面のいずれかの側で正反対の位置にある２つの単純な突出部によって置き換えられていてもよい。しかし、環状隆起部３８ａ、３８ｂは、それが、上に突出部２４がある、より安定なプラットフォームを提供し、表面３５及び３６が同一平面になることを確かなものにするので、好ましい。

代替的な実施形態４を、図４に示す。図３の穴３２は、改変されたビルドプレート４１内の凹部４１で置き換えられている。この実施形態の全ての態様は、凹部４１がビルドプレート４１の厚さ全体にわたって延びているものではないことを除いて、図３に示されるものと同一である。図３に示される実施形態と同様に、基板２の位置は、環状隆起部４８ａ、４８ｂの存在によって制御されている。穴４２内での環状隆起部４８ａ、４８ｂの軸方向位置は、基板２の上側表面４５がビルドプレート４１の上側表面４６と実質的に同一平面上にあるように、設計されている。

代替的な実施形態５を、図５に示す。図３の穴３２は、改変されたビルドプレート５１内の凹部５２で置き換えられており、基板２の底部は、凹部５２の床部５２ａ上にある。凹部５２の深さは、基板２の上側表面５５がビルドプレート５１の上側表面５６と実質的に同一平面上にあるように、設計されている。

基板の上側表面３５は、円形形状を有しており、ビルドプレートの上側表面３６、４６、５６と同一平面上にある。図３〜図５に示される配置により、ＡＭによる基板上への材料の堆積が促進され、基板２の上側表面３５に固定された付着体の続いての形成が促進される。

図６は、本発明によるスパークプラグの電極６を示す。白金族金属付着体６１は、粉末床溶融結合ＡＭプロセスによって、基板２の上側表面上に段になって堆積されている。付着体６１は、基板２に融着されている。構成要素６は、ビルドプレート３１内に更に配置され、除去の準備が整っている。

簡潔にするために、ＡＭプロセス自体は、図には示されていない。しかしここで、図３を参照して、例示的なＰＢＦプロセスについて説明する。最初に、Ｒｈ合金粉末の層をビルドプレートの表面全体３６及び基板の表面３５にわたって堆積させることにより、厚さ３０μｍの層を形成する。いくらかの粉末により、不可避的に、基板の外側と穴３２の内壁との間の間隙を充填する。この粉末をプロセスの後で回収し、更なるプリント実行にて再び使用する。このように第１の層を堆積させた後、エネルギー線（例えば、レーザ光線又は電子線）を、基板２の表面３５上にある粉末層の一部分に向ける。照射部分は円形であり、基板の上側表面よりもわずかに小さい直径を有することにより、基板の上側表面の小さな境界は付着体に融着されないようになる。エネルギー線により、照射領域内の金属又は合金粉末を一緒に、及び下にある基板の表面に溶融及び融着させる。次いで、粉末の更なる層を、第１の層の表面全体の上に堆積させる。第１の層の溶融部分の上にある第２の層の一部分を、第１の層と同じ方法で照射し、粉末を一緒に及び下にある層に融着させる。

このプロセスは、基板の上に４ｍｍの高さの付着体６１を形成してしまうまで、所定の回数繰り返される。ＰＢＦプロセスが完了すると、未融着粉末を、送風によって除去し、今後の使用のために回収する。

図７は、付着体６１を基板２上にＡＭ堆積させることによって製造された、スパークプラグの電極７を示す。電極は、スパークプラグに組み込まれ、中心電極を提供していてもよく、付着体６１は、使用中にスパークが発生する、先端を形成している。

Claims (25)

1. 積層造形法を使用する、点火機器の構成要素の製造のためのプロセスであって、
   （ｉ）金属又は合金の層を、金属又は合金基板の表面上に形成することと、
   （ｉｉ）前記層を前記基板に融着させることと、
   （ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）との層を重ねて繰り返し、堆積された金属又は合金の付着体を前記基板上に形成することと、を含む、プロセス。
2. 工程（ｉ）が、金属又は合金粉末の層を、前記金属又は合金基板の前記表面上に形成すること、を含み、工程（ｉｉ）は、前記層内の前記粉末の少なくとも一部分を、ともに一緒に及び前記基板に結合又は融着させること、を含む、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記基板上に堆積された前記金属又は合金が、貴金属又はその合金を含む、請求項１又は２に記載のプロセス。
4. 前記基板が、ニッケル又はニッケル合金を含み、任意選択的に銅コアを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロセス。
5. 前記基板が、Ｉｎｃｏｎｅｌ合金を含む、請求項４に記載のプロセス。
6. 積層造形法を使用する、点火機器の複数の構成要素の製造を含み、複数の基板を単一の積層造形ユニット内のアレイに配置する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 隣接する基板上の中心点間の間隔が、１〜１０ｍｍ、例えば２〜８ｍｍの範囲である、請求項６に記載のプロセス。
8. 前記基板を、積層造形ユニットのビルドプレート内の凹部又は穴内の位置とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロセス。
9. 前記基板を前記凹部内の位置とすることにより、前記基板の前記上側表面を実質的に前記ビルドプレートの前記上側表面の高さにし、又は５ｍｍ以下のクリアランスの分、前記ビルドプレートの前記上側表面の上方に突出するようにする、請求項８に記載のプロセス。
10. 前記基板を、前記凹部又は穴内の適正位置に保持する、請求項８又は９に記載のプロセス。
11. 前記基板を、前記基板の前記表面からの突出部と前記穴の内側表面からの突出部との間の当接によって、適正位置に保持する、請求項１０に記載のプロセス。
12. 前記積層造形法が、粉末床溶融結合、指向エネルギー堆積、及びシート積層から選択される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプロセス。
13. 前記構成要素の少なくとも一部の表面仕上げ及び／又は静水圧プレスから選択される工程（ｉｖ）を更に含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプロセス。
14. 工程（ｉｉｉ）が、工程（ｉ）と（ｉｉ）とを少なくとも５回繰り返すこと、を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプロセス。
15. ３Ｄメルトプールモニタリングを含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプロセス。
16. スパークプラグの中心電極又は接地電極の製造のためのプロセスである、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のプロセス。
17. 前記残りの中心電極又は接地電極を表す基板上に、スパークプラグの中心電極又は接地電極の先端を形成するためのプロセスである、請求項１６に記載のプロセス。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載のプロセスによって得られた、又は得ることができる、点火機器の構成要素。
19. 請求項１８に記載の構成要素を含む、点火機器。
20. スパークプラグである、請求項１９に記載の点火機器。
21. 請求項１９又は２０に記載の点火機器を含む、エンジン。
22. 点火機器における電極としての、請求項１８に記載の点火機器の構成要素の使用。
23. 積層造形法を使用する、貴金属含有構成要素の製造のためのプロセスであって、
    （ｉ）金属又は合金の層を基板の表面上に形成することであって、前記金属又は合金が、貴金属又はその合金を含み、前記基板は、金属又は合金基板である、形成することと、
    （ｉｉ）前記層を前記基板に融着させることと、
    （ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）との層を重ねて繰り返し、堆積された貴金属又は貴金属合金の付着体を前記基板上に形成することと、を含む、プロセス。
24. 工程（ｉ）が、金属又は合金粉末の層を、前記基板の前記表面上に形成すること、を含み、工程（ｉｉ）は、前記層内の前記粉末の少なくとも一部分を、ともに一緒に及び前記基板に結合又は融着させること、を含む、請求項２３に記載のプロセス。
25. 前記基板上に堆積された前記金属又は合金が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、及びＰｔから選択される、白金族金属若しくは合金、又はその合金を含む、請求項２３又は２４に記載のプロセス。

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