JP5979814B2 - 多層構造を有するスパークプラグ接地電極並びに該スパークプラグ接地電極を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、多層構造を有するスパークプラグ接地電極並びに該スパークプラグ接地電極を製造する方法並びに少なくとも１つのスパークプラグ接地電極を有したスパークプラグに関する。

背景技術により、摩耗低減のために貴金属補強が行われている接地電極が公知である。貴金属はこの場合、接地電極上に載置されており、抵抗溶接又はレーザー溶接により固定される、又は接地電極材料と共に溶融して合金を形成する。この公知のスパークプラグ接地電極若しくは公知のスパークプラグは、車両技術において、１００．０００ｋｍまでの走行に適している。

本発明の課題は、著しく延長された耐用期間若しくは稼動期間を有するスパークプラグ接地電極、及び該スパークプラグ接地電極の製造方法、及び該スパークプラグ接地電極を備えたスパークプラグを提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、多層構造を有するスパークプラグ接地電極であって、接地電極材料から成るベースと、該ベースの一領域内に溶融された、第１の貴金属と接地電極材料の一部とから成る合金層と、該合金層内に押し込まれ溶接された、第２の貴金属から成る補強層とを有しているようにした。

請求項１に記載の本発明によるスパークプラグ接地電極若しくは請求項７に記載の本発明による方法により、特に定置の機関における使用のためのスパークプラグが提供され、その摩耗強度は、特殊ガス、例えば埋立地ガスによる運転であっても２０００時間以上の耐用期間を可能にする。本発明によれば、摩耗耐性のある、貴金属を設けた領域が拡大される。さらに溶接された補強部は、接地電極材料に直接接続していないので、この補強部の熱応力は減じられる。本発明によれば、補強層と接地電極材料から成るベースとの間に合金層が存在しているので、これにより、スパークプラグ接地電極の各接触層の熱膨張係数は近似される。本発明によるスパークプラグ接地電極の所定の摩耗後、異なる層ごとに貴金属含有量が異なることにより生じる異なる摩滅により摩耗区域にエッジが形成される。このエッジでは電界強度が高まるので、フラッシュオーバー電圧が減じられ、これにより付加的に火花侵食が減じられる。これら全ての利点は本発明による、接地電極材料から成るベースと、該ベースの一領域内に溶融された、第１の貴金属と接地電極材料の一部とから成る合金層と、該合金層内に押し込まれ溶接された、第２の貴金属から成る補強層とを有している多層構造のスパークプラグ接地電極により得られる。

従属請求項には本発明の有利な構成が記載されている。

有利な構成では補強層が専ら合金層とのみ接触する。従って補強層の第２の貴金属は、第１の貴金属と接地電極材料とから成る合金内に埋め込まれる。補強層は合金層によってベース内に組み込まれ、従ってスパークプラグ接地電極内に組み込まれる。従って層移行部における異なる材料の熱膨張係数はほぼ互いに同等にされ、これにより最終的には溶接された補強層における熱応力が減じられる。

さらに有利には、合金層がベースによって取り囲まれており、スパークプラグ接地電極の一方の側の表面はベースと合金層と補強層とによって形成されている。スパークプラグ接地電極のこの一方の側は、有利にはスパークプラグの内側で中央電極に向かい合って位置していて、従って作業面と記載される。作業面は異なる材料から成る３つ全ての層を有しているので、摩耗の厚さが異なり、これにより、補強層から合金層への移行部で、及び合金層からベースへの移行部でエッジが生じる。このエッジでは電界強度が高まり、これよりフラッシュオーバー電圧は減じられ、結果として付加的な火花侵食は減じられる。

有利には、補強層は前記表面の中央に配置されていて、合金層は補強層を環状に取り囲んでいる。合金層と補強層とは、スパークプラグ接地電極の作業面の平面図で見て、有利には円形又は楕円形に形成されている。この場合、合金層は有利には補強層よりも幾分長くかつ／又は幅広い。これにより補強層は完全に合金層によって取り囲まれている。

さらに有利には、第１の貴金属が第２の貴金属と同じ又は同じではなく、第１の貴金属及び／又は第２の貴金属は、白金及び／又はイリジウム及び／又はロジウム及び／又はルテニウム及び／又はレニウム及び／又はパラジウムを有している。即ち第１の貴金属及び／又は第２の貴金属は、それ自体合金から成っていて良く、合金のためのベースとしては有利にはプラチナ又はイリジウムが使用される。有利な接地電極材料はニッケル合金である。

本発明はさらに、少なくとも１つの上記スパークプラグ接地電極を有したスパークプラグであって、このスパークプラグは特に、ガス運転される定置の機関での使用のために形成されている。特に有利な使用においては、スパークプラグは、特殊ガス、特に埋立地ガスによって運転される定置の機関で使用される。有利には選択的に、本発明によるスパークプラグは、特に自動車のためのオットーエンジンで使用される。

さらに本発明による上記課題は、多層構造を有したスパークプラグ接地電極を製造する方法であって、次のステップ、即ち、接地電極材料から成るベースを準備し、第１の貴金属から成る第１のワイヤ区分を前記ベース内に押し込み、第１のワイヤ区分を溶融し、これにより、第１の貴金属と接地電極材料の一部とから成る合金層を形成し、第２の貴金属から成る第２のワイヤ区分を前記合金層内に押し込み、第２のワイヤ区分を合金層に溶接し、補強層を形成するステップを有することを特徴とする、スパークプラグ接地電極を製造する方法により解決される。従って、接地電極材料から成るベースには第１のワイヤ区分が挿入される。この場合、第１のワイヤ区分は接地電極内に押し込まれ、完全に溶融される。第１の貴金属と接地電極材料の一部とから成る合金区域が生じる。次いで、この合金区域もしくはこの合金層に第２のワイヤ区分が押し込まれ、溶接される。

本発明による方法の有利な構成では、第１のワイヤ区分がレーザーによって溶融され、かつ／又は第２のワイヤ区分がレーザーによって溶接される。

有利な構成では、第１のワイヤ区分が完全に溶融される、かつ／又は第２のワイヤ区分が合金層との接触面でのみ溶接のために溶融される。第１のワイヤ区分の完全な溶融により、できるだけ大きな合金層が得られ、この合金層には第２のワイヤ区分を押し込むことができる。第２のワイヤ区分は有利には、合金層とのコンタクト面でのみ溶融され、従ってこの合金層に溶接される。これにより補強層の第２の貴金属の大部分は残され、従って、スパークプラグ接地電極の摩耗耐性のある層が形成される。

さらに有利には、第２のワイヤ区分は背面側で溶接されており、溶接のために必要なエネルギは、スパークプラグ接地電極の、第２のワイヤ区分とは反対の側に加えられる。従って第２のワイヤ区分は、スパークプラグ接地電極の作業側で合金層内に押し込まれ、この場合、溶接のためのエネルギは、スパークプラグ接地電極の、作業側とは反対の側に加えられる。このために有利には制御されたレーザー溶接法が使用される。

本発明によるスパークプラグ接地電極の第１実施例を示した横断面図である。 本発明によるスパークプラグ接地電極の第１実施例を示した平面図である。 本発明による第１実施例のスパークプラグ接地電極の補強層の背面側の溶接を示した図である。 本発明による第１実施例のスパークプラグ接地電極の摩耗後の状態を示した図である。 本発明によるスパークプラグ接地電極の第２実施例を示した平面図である。 本発明によるスパークプラグ接地電極の第３実施例を示した平面図である。

以下に図１〜図４につき本発明の第１実施例によるスパークプラグ接地電極１を説明する。

図１には、ベース２と合金層３と補強層４とを有したスパークプラグ接地電極１の全体的な横断面図が示されている。スパークプラグ接地電極１がスパークプラグに組み込まれた状態では、スパークプラグ接地電極１の作業側５は中心電極に向かい合って位置している。スパークプラグ接地電極１の作業側５の反対の側は、背面６若しくは反対側と記載する。

図１には、合金層３がベース２に埋め込まれている状態が示されている。補強層４は合金層３に埋め込まれている。従って補強層４は合金層３にのみ接触している。さらに、作業側５の表面は、図１の摩耗していない状態で、扁平であり、ベース２の純粋な接地電極材料と、合金層３における第１の貴金属と接地電極材料の一部とから成る合金と、補強層４における第２の貴金属とを有している。

図２には、スパークプラグ接地電極１の作業側５の平面図が示されている。この図によれば、補強層４が、第１の直径Ｄ１を有した円形として形成されていて、スパークプラグ接地電極１の中央に位置していることがわかる。補強層４は、第２の直径Ｄ２を有したリング状の合金層３によって取り囲まれている。補強層４の第１の直径Ｄ１は、合金層３の第２の直径Ｄ２よりも小さい。さらに、補強層４は合金層３の真ん中に位置していて、完全に合金層３によって取り囲まれている。この場合、合金層３と補強層４とは互いに同心的であって、スパークプラグ接地電極１の真ん中に配置されている共通の中心点Ｍを有している。

図３にはスパークプラグ接地電極１の製造ステップが示されている。図３に示した製造ステップの前に、第１のワイヤ区分がベース２に押し込み加工され、完全に溶融され、これにより合金層３が生じる。この合金層３にはさらに、第２の貴金属から成る第２のワイヤが押し込み加工される。図３にはレーザー８による補強層４の背面側の溶接が示されている。レーザー８のエネルギは、スパークプラグ接地電極１の背面６に加えられ、これにより熱・エネルギ入力７が生じる。この熱・エネルギ入力７により、合金層３に補強層４が背面側で溶接される。

図４には、ある程度摩耗した後のスパークプラグ接地電極１が示されている。ベース２と合金層３と補強層４の材料が異なることにより、これらの層は異なる厚さの摩耗を有する。これにより合金層３からベース２への移行部で合金層３の全周の周りに第１のエッジ９が生じる。補強層４の摩耗は幾分僅かであることにより、補強層４から合金層３の移行部で補強層４の周りに第２のエッジ１０が生じる。この実施例では、有利には同じエッジ高さ有したそれぞれ円形のエッジ９，１０が生じる。

図５には本発明の第２実施例が示されている。同じ若しくは機能的に同じ構成部分には全ての実施例において同じ符号が付与されている。

図５にはスパークプラグ接地電極１の作業側５の平面図が示されている。この図によれば、補強層４が矩形に形成されていて、スパークプラグ接地電極１の中央に位置していることが良好に見て取れる。補強層４は同様に矩形に形成された合金層３によって取り囲まれている。補強層４は合金層３の真ん中に装着されており、従って完全に合金層３によって取り囲まれている。

図６には本発明の第３実施例が示されている。同じ若しくは機能的に同じ構成部分には全ての実施例において同じ符号が付与されている。

図６にはスパークプラグ接地電極１の作業側５の平面図が示されている。この図によれば、補強層４が矩形に形成されていて、スパークプラグ接地電極１の中央に位置していることが良好に見て取れる。補強層４は３つの側面で合金層３によって取り囲まれている。この場合、補強層４の短い側面はベース２に直接接触している。

この実施例により、異なる層境界部において熱膨張係数が僅かにしか変化しないことにより、補強層４における熱応力を減じることができることがわかる。第１のエッジ９と第２のエッジ１０の構成により、電界強度は上昇し、これによりフラッシュオーバー電圧は減少し、結果として火花侵食による摩耗は減じられる。従ってスパークプラグ接地電極１の本発明の構成により、著しく延長された耐用期間若しくは稼動期間を有するスパークプラグの製造が可能である。特に有利には、このスパークプラグ接地電極１は、定置のエンジン、特に、特殊ガス用に使用するためのガス機関で使用される。

１ スパークプラグ接地電極、 ２ ベース、 ３ 合金層、 ４ 補強層、 ５ 作業側、 ６ 背面、 ７ 熱・エネルギ入力、 ８ レーザー、 ９ 第１のエッジ、 １０ 第２のエッジ

Claims (2)

1. 多層構造を有したスパークプラグ接地電極（１）を製造する方法であって、次のステップ、
   接地電極材料から成るベース（２）を準備し、
   第１の貴金属から成る第１のワイヤ区分を前記ベース（２）内に押し込み、
   第１のワイヤ区分を溶融し、これにより、第１の貴金属と接地電極材料の一部とから成る合金層（３）を形成し、
   第２の貴金属から成る第２のワイヤ区分を前記合金層（３）内に押し込み、
   第２のワイヤ区分を合金層（３）との接触面でのみ溶接のために溶融し、これにより補強層（４）を形成し、この際に、前記ベース（２）の背面（６）側からのレーザー（８）の熱・エネルギ入力（７）により、前記第２のワイヤ区分を背面側で、前記接触面でのみ合金層（３）に溶接する、ステップを有することを特徴とする、スパークプラグ接地電極（１）を製造する方法。
2. 第１のワイヤ区分をレーザー（８）によって溶融する、請求項１記載の方法。

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