DE19719937A1

DE19719937A1 - Zündkerze und ihr Herstellungsverfahren

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Publication number: DE19719937A1
Application number: DE19719937A
Authority: DE
Inventors: Hironori Osamura; Nobuo Abe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: US6093071A; JP3000955B2; DE19719937C2; US5977695A; JPH1032076A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, wel che eine verbesserte Lebensdauer aufweist und zweckmäßig bei einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine verwendet wird.

Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Ko kai) Nr. 5-343156 schlägt ein mit Pt bedecktes Ir-Material vor, das aus einem Ir-Draht besteht, der einen Durchmesser von 0,8 mm aufweist und eine Umfangsoberfläche aufweist, die mit einer 0,08 mm dicken Pt-Auflage bedeckt ist. Das mit Pt bedeckte Ir-Material wird durch Schmelzen eines Ir- Pulvers, Gießen der Schmelze, um einen Block auszubilden, Warmbearbeiten des Blocks zu einem länglichen Draht, der einen Durchmesser von 4 mm aufweist, Einbringen des Drahts in eine Pt-Röhre und Erwärmen des Aufbaus, um eine Pt-Auf lage über der Umfangsoberfläche des Drahts auszubilden, hergestellt.

Das vorgeschlagene mit Pt bedeckte Ir-Material verhin dert einen Verbrauch von Ir aufgrund einer Oxidationsver dampfung bei höheren Temperaturen (hier im weiteren Verlauf als "Oxidationsverbrauch" bezeichnet) und ist vorteilhaf terweise an der Spitze einer Mittenelektrode einer Zünd kerze angeordnet, um eine verbesserte Lebensdauer der Zünd kerze vorzusehen.

Jedoch weist das mit Pt bedeckte Ir-Material dadurch ein Problem auf, daß das Herstellungsverfahren kompliziert ist und die Herstellungskosten aufgrund der Notwendigkeit eines zusätzlichen Schritts eines Ausbildens der Pt-Auflage und der Notwendigkeit einer teuren Pt-Röhre unvermeidbarer weise erhöht werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Problem der Technologie in Stand der Technik zu lösen und eine Zündkerze zu schaffen, welche eine verbesserte Ver brauchsbeständigkeit aufweist und durch ein einfaches Ver fahren herstellbar ist.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen der Zündkerze ohne kompli zierte Verfahrensschritte zu schaffen.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die vor liegende Erfindung auf der Grundlage der neuen Feststellung vollendet, daß eine Oxidation von Ir bei höheren Temperatu ren durch die Verwendung eines Ir-Legierungsmaterials ver hindert wird, das durch Hinzufügen eines Metalls, das einen höheren Oxidationswiderstand als Ir aufweist und bei allen Verhältnissen mit Ir eine feste Lösung ausbildet, zu Ir zu sammengesetzt ist, und das Ir-Legierungsmaterial kann ohne Verursachen eines Reißens einer Oberfläche warmbearbeitet werden.

Um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen wird eine Zündkerze geschaffen, die aufweist: eine Mittenelektrode; einen Isolator, der die Mittenelektrode um den Umfang herum umgibt, wobei eine Spitze der Mittenelektrode frei belassen wird; einen Halter, der den Isolator um den Umfang herum hält, wobei eine Spitze des Isolators frei belassen wird; eine Masseelektrode, die an dem Halter befestigt ist und einen gegenüberliegenden Abschnitt aufweist, der der Spitze der Mittenelektrode gegenüberliegt, wobei sich ein Entlade spalt dazwischen befindet; und ein Plättchen bzw. Elektro denplättchen auf, das aus einem Ir- bzw. Iridiumlegierungs material besteht und auf mindestens der Spitze der Mitten elektrode oder dem gegenüberliegenden Abschnitt der Masse elektrode angeordnet ist, wobei das Ir-Legierungsmaterial durch Mischen von Ir mit einem Metall, um eine Mischung auszubilden, und Schmelzen der Mischung hergestellt ist, wobei das Metall einen höheren Oxidationswiderstand als Ir aufweist und bei allen Verhältnissen mit Ir eine feste Lö sung ausbildet, und das Plättchen durch Verlängern eines Blocks des Ir-Legierungsmaterials durch Warmumformen zu ei ner Stange, die einen ausgewählten Querschnitt aufweist, und dann Schneiden eines Drahts, der aus der Stange gezogen wird, zu einer ausgewählten Länge, hergestellt ist.

Das Metall weist vorzugsweise einen Schmelzpunkt von 170()°C bis 2400°C und eine Wärmeleitfähigkeit von 41,868 W/(m K) bzw. 0,1 cal/(cm s °C) oder mehr auf und das Plätt chen enthält das Metall in einer Menge von 1 Gewichtspro zent bis 30 Gewichtsprozent.

Das Plättchen weist vorzugsweise eine Querschnitts fläche von 0,2 mm² bis 1,2 mm² und eine Länge von 0,5 mm bis 2,0 mm auf.

Das Metall besteht typischerweise aus mindestens einem, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pt bzw. Platin, Rh bzw. Rhodium und Ru bzw. Ruthenium besteht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ebenso ein Ver fahren zum Herstellen eines Plättchens einer Zündkerze ge schaffen, die einen Isolator, der eine Mittenelektrode um den Umfang herum umgibt, wobei eine Spitze der Mittenelek trode frei belassen wird; einen Halter, der den Isolator um dem Umfang herum hält, wobei eine Spitze des Isolators frei belassen wird; eine Masseelektrode, die an dem Halter befe stigt ist und einen gegenüberliegenden Abschnitt aufweist, der der Spitze der Mittenelelktrode gegenüberliegt, wobei sich ein Entladespalt dazwischen befindet; und ein Plätt chen beinhaltet, das aus einem Ir-Legierungsmaterial be steht und auf mindestens der Spitze der Mittenelektrode oder dem gegenüberliegenden Abschnitt der Masseelektrode angeordnet ist; wobei das Ir-Legierungsmaterial durch Mi schen von Ir mit einem Metall, um eine Mischung auszubil den, und Schmelzen der Mischung hergestellt ist, wobei das Metall einen höheren Oxidationswiderstand als Ir aufweist und bei allen Verhältnissen mit Ir eine feste Lösung aus bildet; und das Plättchen durch Verlängern eines Blocks des Ir-Legierungsmaterials durch Warmumformen zu einer Stange, die einen ausgewählten Querschnitt aufweist, und dann Schneiden eines Drahts, der aus der Stange gezogen wird, zu einer ausgewählten Länge, hergestellt ist, wobei das Ver fahren die folgenden Schritte aufweist: Mischen von Ir und dem Metall, um eine Mischung auszubilden; Schmelzen der Mi schung, um eine Schmelze auszubilden; Gießen der Schmelze, um einen Block auszubilden; Warmumformen des Blocks, um eine umgeformte Stange auszubilden; Warmwalzen der umge formten Stange zu einer warmgewalzten Stange, die einen verringerten Querschnitt aufweist; Warmdrahtziehen der warmgewalzten Stange zu einem Draht, der einen ausgewählten kreisförmigen Querschnitt aufweist; und Schneiden des Drahts zu einer ausgewählten Länge.

Es wird weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Plättchens einer Zündkerze geschaffen, die einen Isolator, der eine Mittenelektrode um den Umfang herum umgibt, wobei eine Spitze der Mittenelektrode frei belassen wird; einen Halter, der den Isolator um den Umfang herum hält, wobei eine Spitze des Isolators frei belassen wird; eine Masse elektrode, die an dem Halter befestigt ist und einen gegen überliegenden Abschnitt aufweist, der der Spitze der Mit tenelektrode gegenüberliegt, wobei sich ein Entladespalt dazwischen befindet; und ein Plättchen beinhaltet, das aus einem Ir-Legierungsmaterial besteht und auf mindestens der Spitze der Mittenelektrode oder dem gegenüberliegenden Ab schnitt der Masseelektrode angeordnet ist; wobei das Ir-Le gierungsmaterial durch Mischen von Ir mit einem Metall, um eine Mischung auszubilden, und Schmelzen der Mischung her gestellt ist, wobei das Metall einen höheren Oxidationswi derstand als Ir aufweist und bei allen Verhältnissen mit Ir eine feste Lösung ausbildet; und das Plättchen durch Ver längern eines Blocks des Ir-Legierungsmaterials durch Warm umformen zu einer Stange, die einen ausgewählten Quer schnitt aufweist, und dann Schneiden eines Drahts, der aus der Stange gezogen wird, zu einer ausgewählten Länge, her gestellt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Mischen von Ir und dem Metall, um eine Mischung auszubilden; Schmelzen der Mischung, um eine Schmelze aus zubilden; Gießen der Schmelze, um einen Block auszubilden; Warmumformen des Blocks, um eine umgeformte Stange auszu bilden; Warmwalzen der umgeformten Stange zu einer warmge walzten Stange, die einen verringerten Querschnitt auf weist; Warmdrahtziehen der warmgewalzten Stange zu einem Draht, der einen ausgewählten polygonalen bzw. mehreckigen Querschnitt aufweist; und Schneiden des Drahts zu einer ausgewählten Länge.

Bei den Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Schritt eines Schneidens des Drahts vorzugsweise durch Schleifen bzw. Abschleifen des Drahts mit einem Schleifmit tel ausgeführt.

Ein Plättchen, das gemäß der vorliegenden Erfindung aus dem Ir-Legierungsmaterial besteht, wird auf mindestens der Spitze der Mittenelektrode oder dem gegenüberliegenden Ab schnitt einer Masseelektrode einer Zündkerze angeordnet.

Ein Metall weist einen höheren Oxidationswiderstand als Ir auf, wenn das Metall bei höheren Temperaturen einen Oxi dationsverbrauch aufweist, der niedriger als der von Ir ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestä tigt, daß Ir bei ungefähr 1000°C, das heißt, einer Tempera tur bei oder in der Nähe eines Plättchens einer Zündkerze, wenn diese entladen wird, einen Oxidationsverbrauch von un gefähr 0,5 mg/(cm² h) aufweist. Ein Metall kann derart be trachtet werden, daß es einen ausreichend höheren Oxida tionswiderstandswert als den von Ir aufweist, wenn das Me tall bei ungefähr 1000°C einen Oxidationsverbrauch von we niger als ungefähr 1 × 10^-2 mg/(cm² h) aufweist.

Genauer gesagt weist Pt einen Oxidationsverbrauch von ungefähr 1 × 10^-5 mg/(cm² h) auf, weist Ru einen Oxida tionsverbrauch von ungefähr 1 × 10^-2 mg/(cm² h) auf und weist Rh einen Oxidationsverbrauch von ungefähr 1 × 10^-4 mg/(cm² h) auf.

Ein Metall bildet bei allen Verhältnissen mit Ir eine feste Lösung, wenn das Metall zusammen mit Ir aufgelöst wird, um über alle Verhältnisse von ihnen eine homogene fe ste Lösung auszubilden. Ein Block, der aus einem Ir-Legie rungsmaterials einer homogenen festen Lösung dieser Art von Metall und Ir besteht, weist keine Teile auf, bei welchen Ir abgesondert wird, und eine Oxidationsverdampfung von Ir aus solchen Teilen tritt nicht auf.

Es ist ebenso vorteilhaft, daß Pt, Rh und Ru eine nied rigere Härte als Ir aufweisen und verformbarer bzw. dukti ler als Ir sind, so daß eine Ir-Legierung, die mindestens entweder Pt, Rh oder Ru enthält, eine niedrigere Härte als Ir aufweist und verformbarer als Ir ist, um zuzulassen, daß ein Block der Ir-Legierung verlängert wird, ohne daß be wirkt wird, daß eine Oberfläche reißt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Block der Ir- Legierung durch Warmumformen zu einer Stange verlängert, um Gaseinschlüsse und andere Grobstrukturen in dem Block zu beseitigen, um eine feine Fasertextur vorzusehen, welche ebenso verhindert, daß während einem Verlängern des Blocks ein Reißen einer Oberfläche auftritt.

Eine Stange, die durch Verlängern des Ir-Legierungsma terials hergestellt wird, weist eine Zugfestigkeit auf, welche verringert wird, wenn die Menge von Oberflächerissen erhöht wird. Deshalb wird die Menge von Oberflächerissen einer Stange oder eines Drahts durch Messen der Zugfestig keit der Stange oder des Drahts bewertet.

Ein Plättchen der vorliegenden Erfindung wird in der folgenden Verfahrensabfolge hergestellt. Ein Block, wie er zuvor beschrieben worden ist, wird zuerst vorbereitet, zu einer umgeformten Stange warmumgeformt, die eine feine Fa sertextur aufweist, und dann wird die umgeformte Stange zu einer Stange warmgewalzt, die einen verringerten Quer schnitt aufweist. Die warmgewalzte Stange wird dann zu ei nem Draht warmdrahtgezogen, der einen ausgewählten kreis förmigen oder polygonalen Querschnitt aufweist, und der Draht wird zu einer ausgewählten Länge geschnitten.

Ein Plättchen, das einen kreisförmigen Querschnitt auf weist, ist vorteilhaft, da es ohne Begrenzen der Laser schweißpunkte mit einem Laser auf eine Mittenelektrode ge schweißt werden kann.

Ein Plättchen, das einen polygonalen Querschnitt auf weist, ist ebenso vorteilhaft, da es eine Konzentration ei nes elektrischen Felds an einer Ecke von ihm derart be wirkt, daß die Entladespannung einer Zündkerze verringert wird.

Ein Draht, der einen ausgewählten kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt aufweist, wird vorteilhafterweise durch Schleifen von ihm mit einem Schleifmittel geschnit ten, um eine unerwünschte Ausbildung von Graden, Rissen oder eine Unebenheit auf der geschnittenen Oberfläche zu verhindern.

Es ist anzumerken, daß eine Stange, die eine feine Fa sertextur aufweist, eine höhere Zugfestigkeit als diejeni gen aufweist, die keine feine Fasertextur aufweisen, was ebenso durch ein Experiment gezeigt ist, das von den Erfin dern der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden ist, wie es hier im weiteren Verlauf beschrieben wird. Deshalb verhindert eine Stange, die eine feine Fasertextur auf weist, ein Auftreten des Reißens einer Oberfläche und sie kann ohne Auftreten eines Brechens von ihr warmgewalzt oder warmdrahtgezogen werden.

Das mit Ir zu legierende Metall weist gemäß der vorlie genden Erfindung vorzugsweise einen Schmelzpunkt von 1700°C bis 2400°C auf.

Wenn das Metall einen Schmelzpunkt von weniger als 1700°C aufweist, beträgt der Plättchenvolumenverbrauch nach einem Entladen mehr als 1,5 × 10^-9 mm³ pro Kerzenentladung (hier im weiteren Verlauf als "Plättchenverbrauch" bezeich net), wie es durch ein Experiment zu sehen ist, wie es hier im weiteren Verlauf später beschrieben wird, was auch vor Kraftfahrzeugbewegungen einer Strecke von 100 000 km eine Vergrößerung eines Entladespalts und ein unzureichendes Zünden verursacht.

Wenn das Metall einen Schmelzpunkt von mehr als 2400°C aufweist, kann das Verfahren eines Schmelzens von Ir das Metall nicht schmelzen und ist eine wesentlich höhere Schmelztemperatur notwendig.

Es ist ebenso bevorzugt, daß das Metall eine Wärmeleit fähigkeit von 41,868 W/(m K) oder mehr aufweist.

Wenn das Metall eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 41,868 W/(m K) aufweist, wird der Plättchenverbrauch mehr als 1,5 × 10^-9 mm³, wie es aus dem experimentellen Ergebnis zu sehen ist, das hier im weiteren Verlauf später beschrie ben wird.

Ein Plättchen der vorliegenden Erfindung enthält vor zugsweise das Metall in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent.

Wenn der Metallgehalt des Plättchens weniger als 1 Ge wichtsprozent beträgt, wird das Plättchen eine Zugfestig keit von weniger als 40 kg/mm² aufweisen, wie es aus dem experimentellen Ergebnis zu sehen ist, das hier im weiteren Verlauf später beschrieben ist, so daß das Plättchen durch einen Stoß während eines Zusammenbaus einer Zündkerze be schädigt werden kann, wie es zufällig von den Erfindern der vorliegenden Erfindung in Erfahrung gebracht worden ist.

Wenn der Metallgehalt des Plättchens andererseits mehr als 30 Gewichtsprozent beträgt, beträgt der Plättchenver brauch mehr als 1,5 × 10^-9 mm³, wie es aus dem experimen tellen Ergebnis zu sehen ist, das hier im weiteren Verlauf später beschrieben wird.

Es ist ebenso bevorzugt, daß ein Plättchen der vorlie genden Erfindung eine Querschnittsfläche von 0,2 mm² bis 1,2 mm² und eine Länge von 0,5 mm bis 2,0 mm aufweist.

Wenn ein Plättchen eine Querschnittsfläche von weniger als 0,2 mm² und eine Länge von mehr als 2,0 mm aufweist, ist eine Wärmeförderung von der Seite des Entladespalts durch ein Plättchen zu der Seite der Mittenelektrode davon während eines Betriebs einer Zündkerze schlecht und bewirkt eine abnormale Erhöhung der Temperatur des Plättchens auf der Seite des Entladespalts und eine Erhöhung des Plätt chenverbrauchs mit dem Ergebnis, daß eine bestimmte lange Lebensdauer des Plättchens nicht sichergestellt werden kann, wie es von den Erfindern der vorliegenden Erfindung in Erfahrung gebracht worden ist.

Wenn ein Plättchen andererseits eine Querschnittsfläche von mehr als 1,2 mm² aufweist, ist eine Konzentration eines elektrischen Felds eines Plättchens auf der Seite des Ent ladespalts schlecht und verursacht eine Erhöhung der Entla despannung einer Zündkerze, wie es von den Erfindern der vorliegenden Erfindung in Erfahrung gebracht worden ist.

Wenn ein Funke auf der Entladungsseitenoberfläche eines Plättchens ausgebildet wird und wenn das Plättchen eine Länge von weniger als 0,5 mm aufweist, befindet sich der Funke in der Nähe einer Mittenelektrode und wird mit dem Ergebnis von der Mittenelektrode gekühlt (hier im weiteren Verlauf als "Funkenlöschung" bezeichnet), daß die Zündfä higkeit einer Zündkerze verringert wird, wie es von den Er findern der vorliegenden Erfindung in Erfahrung gebracht worden ist.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine sich halb im Querschnitt und halb im Aufriß befindende Ansicht einer Zünd kerze gemäß einem ersten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte quergeschnittene Teil ansicht einer Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung;

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Edelmetallplättchens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4(a) eine Querschnittsansicht von Zündkerzen gemäß zweiten bis vierten Ausführungs beispielen der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4(b) bis 4(d) in der Richtung eines Pfeils F betrach tete Draufsichten von Zündkerzen in Fig. 4(a).

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine sich halb im Querschnitt und halb im Aufriß befindende Ansicht einer Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem die Zündkerze einen hohlen zylindrischen Halter 1 beinhal tet, der ein Befestigungsgewinde 1a zum Einbauen in eine Brennkraftmaschine beinhaltet. Der Halter 1 umgibt einen Isolator 2 aus Aluminiumkeramik (Al₂O₃) oder dergleichen, der daran befestigt ist und einen axialen Hohlraum 2a auf weist, der eine Mittenelektrode 3 umgibt, die daran befe stigt ist. Der Isolator 2 weist eine Spitze 2b auf, die von dem Halter 1 freigelegt ist.

Die Mittenelektrode 3 befindet sich in der Form eines festen Zylinders, der aus einem inneren Abschnitt, der aus Kupfer oder einem anderen Metallmaterial besteht, das eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, und einem äußeren Ab schnitt besteht, der aus Nickel oder einem anderen Metall material besteht, das einen guten Wärme- und Korrosionswi derstand aufweist. Die Mittenelektrode 3 weist eine Spitze 3a auf, die von der Spitze 2a des Isolators 2 freigelegt ist.

Eine Masseelektrode 4 ist an ein Ende des Halters 1 ge schweißt und liegt der Spitze 3a der Mittenelektrode 3 über einen Entladespalt 6 gegenüber, der sich dazwischen befin det. Die Masseelektrode 4 besteht aus einer Legierung auf Ni- bzw. Nickelbasis oder einem anderen Metallmaterial.

Ein Edelmetallplättchen 51, das gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem Ir-Legierungsmaterial besteht, ist auf der Spitze 3a der Mittenelektrode 3 angeordnet. Das Plätt chen 51 befindet sich in der Form eines festen Zylinders, der aus 95 Gewichtsprozent Ir und 5 Gewichtsprozent Rh (hier im weiteren Verlauf als "95Ir-5Rh" abgekürzt) be steht. Rh bildet bei allen Verhältnissen mit Ir eine feste Lösung und ist bezüglich eines Oxidationswiderstands Ir überlegen. Das Plättchen 51 weist zum Beispiel einen Durch messer von 0,7 mm und eine Länge von 1,5 mm auf, um sowohl eine Wärmeförderung von dem Plättchen 51 als auch eine Fun kenlöschung für die Mittenelektrode 3 und die Masseelek trode 4 sicherzustellen.

Fig. 2 zeigt die Zündkerze in Fig. 1 in einer vergrö ßerten quergeschnittenen Teilansicht, bei welcher die Spitze 3a der Mittenelektrode 3 einen Abschnitt 3c eines verringerten Durchmessers aufweist, der ein darin ausgebil detes Loch 3b aufweist. Das Edelmetallplättchen 51 ist durch Einbringen eines Teils des Plättchens 51 in das Loch 3b, radiales Verstemmen bzw. Verkörnen der Spitze 3a und dann Schweißen der Spitze 3a mit einem Laser, um eine ge schmolzene Schicht 8 auszubilden, befestigt. Das Laser schweißen wird radial zu der Achse des Abschnitts 3c eines verringerten Durchmessers hin an acht Punkten mit einem Ab stand von 45° entlang dem Umfang des Abschnitts 3c eines verringerten Durchmessers durchgeführt. Der Abschnitt 3c eines verringerten Durchmessers ist vorgesehen, um eine ausreichende Ausbildung der geschmolzenen Schicht 8 sicher zustellen, die zum Verbinden des Edelmetallplättchens 51 mit der Mittenelektrode 3 ausreicht.

Der Spitze 3a der Mittenelektrode 3 gegenüberliegend weist die Masseelektrode 4 einen gegenüberliegenden Ab schnitt 4a auf, der ein Edelmetallplättchen 52 aufweist, das durch Widerstandsschweißen daran befestigt ist. Das Edelmetallplättchen 52 befindet sich ebenso in der Form ei nes festen Zylinders, der aus einer Legierung von 78Pt- 20Ir-2Ni besteht. Das Plättchen 52 weist einen Durchmesser von 0,7 mm (eine Querschnittsfläche von ungefähr 0,4 mm²) und eine Länge von 0,3 mm auf. Im allgemeinen wird das Edelmetallplättchen 51 der Mittenelektrode 3 durch eine Funkenentladung vielmehr verbraucht als das Plättchen 52 der Masseelektrode 4. Deshalb besteht in diesem Ausfüh rungsbeispiel das Plättchen 51 gemäß der vorliegenden Er findung aus einem Ir-Legierungsmaterial, wohingegen das Plättchen 52 aus einem herkömmlichen Material besteht.

Das Edelmetallplättchen 51 gemäß der vorliegenden Er findung wird durch die Verfahrensschritte hergestellt, die in Fig. 3 gezeigt sind.

760 g eines Ir-Pulvers, das einen Teilchendurchmesser von ungefähr 10 µm aufweist, und 40 g eines Rh-Pulvers, das einen Teilchendurchmesser von ungefähr 10 um aufweist, wer den abgemessen (Fig. 3, S1) und gemischt, um eine Pulvermi schung auszubilden (Fig. 3, S2). Die Pulvermischung wird bei zum Beispiel ungefähr 25°C kaltgepreßt, um einen Fest körper auszubilden, der sich im wesentlichen in der Form eines rechteckigen Parallelepipeds bzw. Quaders befindet (Fig. 3, S3).

Der so ausgebildete feste Preßkörper wird in eine Form höhlung in der Form eines rechteckigen Parallelepipeds ge bracht, das Abmessungen von 40 mm × 100 mm × 10 mm auf weist, und dort durch Lichtbogenschmelzen bei einer Tempe ratur, die höher als der Schmelzpunkt von Ir (2454°C) ist, zum Beispiel bei ungefähr 2500°C, geschmolzen (Fig. 3, S4). Dies führt zu einem Block in der Form eines rechteckigen Parallelepipeds, das einen Querschnitt von 40 mm × 100 mm und eine Höhe von ungefähr 10 mm aufweist.

Es wird zugelassen, daß sich der Block auf eine Tempe ratur, bei welcher er eine Fluidität verliert, aber pla stisch verformt werden kann, zum Beispiel ungefähr 1300°C, abkühlt, und dann wird er durch einen Stahlhammer warmumge formt, um eine quadratische Stange auszubilden, die Abmes sungen von ungefähr 10 mm × 10 mm aufweist (Fig. 3, S5). Das Warmumformen wird durch Pressen des Blocks mit einem Druck von zum Beispiel 10⁴ bis 10⁵ kg/cm², das heißt, einem ausreichend hohen Druck, um Gaseinschlüsse und andere Grobstrukturen des Blocks zu beseitigen, und um zu einer quadratischen Stange zu führen, die eine feine Fasertextur aufweist, durchgeführt.

Die warmumgeformte quadratische Stange wird dann wie derholt mit einer Verringerung einer Fläche von ungefähr 95% unter Verwendung einer Kaliberwalze bzw. kalibrierten Walze warmgewalzt, um eine quadratische Stange auszubilden, die einen verringerten Querschnitt von ungefähr 1 mm × 1 mm aufweist (hier im weiteren Verlauf als "Stange eines klei nen Querschnitts" bezeichnet) (Fig. 3, S6). Während eines Walzens wird die Kaliberwalze bei ungefähr 700°C (einer Grenztemperatur der verwendeten Walze) gehalten und wird die Stange bei ungefähr 1300°C gehalten. Es ist bevorzugt, daß, wenn die Walze eine Grenztemperatur von mehr als 700°C aufweist, die Walze bei einer Temperatur gehalten wird, die sich näher an der Temperatur der Stange befindet.

Die quadratische Stange eines kleinen Querschnitts wird dann wiederholt mit einer Verringerung einer Fläche von un gefähr 99% unter Verwendung einer kreisförmigen Form bzw. Düse warmdrahtgezogen, um einen Draht, der einen Durchmes ser von 0,7 mm aufweist (oder eine Stange, die einen kreis förmigen Querschnitt aufweist), auszubilden (Fig. 3, S7). Während des Drahtziehens wird die Form bei ungefähr 700°C gehalten (eine Grenztemperatur der verwendeten Form) und wird die Stange oder der Draht bei ungefähr 1300°C gehal ten. Der warmgezogene Draht wird dann zu einer ausgewählten vorübergehenden Länge von zum Beispiel 10 cm geschnitten, es wird zugelassen, daß er sich auf Raumtemperatur abkühlt, und er wird weiter durch Schleifschneiden zu einer ausge wählten endgültigen Länge von zum Beispiel 1,5 mm geschnit ten (Fig. 3, S8). Dies führt zu einem Edelmetallplättchen 51.

Ein Schleifschneiden ist ein Schneiden durch Schleifen eines Drahts und wird typischerweise durch einen Schleif schneider durchgeführt, der einen Blankdrahtring eines Drahtdurchmessers von zum Beispiel 0,2 mm aufweist, wobei die Drahtoberfläche ein Schleifmittel, wie zum Beispiel 1 um große Diamantschleifmittelkörner aufweist, die daran be festigt sind. Eine Mehrzahl von Blankdrahtringen sind par allel zueinander angeordnet und stehen mit Rollen in Ein griff, die parallel mit einem ausgewählten Abstand angeord net sind, der der ausgewählten endgültigen Länge, das heißt, der Länge des Edelmetallplättchens 51, entspricht.

Die Drähte der vorübergehenden Länge werden in einer ausgewählten Anzahl, zum Beispiel 50 Drähte, gebündelt und die gebündelten Drähte werden in ein Harz integriert, um eine Harzmasse auszubilden, welche dann gegen die Blank drahtringe gehalten wird, die sich im gleichen Sinn drehen, bis sie in mehrere Massen schleifgeschnitten ist. Das Harz der schleifgeschnittenen Masse wird dann weggebrannt, um zu der ausgewählten Anzahl der Edelmetallplättchen 51 zu füh ren.

Ein Schleifschneider eines Wasserstrahltyps, bei wel chem Wasser, das Schleifmittelkörner enthält, in einer Zei lenform gesprüht wird, kann ebenso verwendet werden.

Es wird auf Tabelle 1 verwiesen. Experimente, bei wel chen eine Zugfestigkeit und ein Verbrauch von Plättchen, die aus Ir bestehen, das mit verschiedenen Metallen legiert ist, untersucht worden sind, werden nachstehend beschrie ben. Tabelle 1 enthält die Daten für den Schmelzpunkt und die Wärmeleitfähigkeit des Metalls, das mit Ir zu legieren ist, und zeigt ebenso, ob das Warmumformen durchgeführt worden ist oder nicht, für Proben 1 bis 9 gemäß der vorlie genden Erfindung und Vergleichsproben C1 bis C15. Bezüglich Vergleichsproben C1 und C2 ist der Schmelzpunkt und die Wärmeleitfähigkeit von Ir in Tabelle 1 gezeigt.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung von Proben 1 bis 9 und Vergleichsproben C1 bis C15.

Edelmetallplättchen von Proben 1 bis 9 und Vergleichs proben C1 bis C15 haben die Legierungszusammensetzungen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, einen Durchmesser von 1,0 mm (eine Querschnittsfläche von ungefähr 0,8 mm²) und eine Länge von 2 mm gehabt. Zwei Plättchen sind für jede der Proben vorbereitet worden. Die Edelmetallplättchen der Ver gleichsproben C1, C5, C8 und C11 sind nicht durch Warmum formen (Fig. 3, S5) hergestellt worden, sondern sind durch Schneiden des zuvor erwähnten Blocks zu einer ungefähr 10 mm x 10 mm großen quadratischen Stange vorbereitet worden, welche dann warmgewalzt (Fig. 3, S6) und warmdrahtgezogen (Fig. 3, S7) worden ist.

Eines der zwei Plättchen ist verwendet worden, um die Zugfestigkeit in einem einachsigen Zugtest zu messen. Die Ergebnisse sind ebenso in Tabelle 1 zusammengefaßt. Das an dere der zwei Plättchen ist in eine Glühkerze eingebaut worden, wie zum Beispiel ein Plättchen 51, das in Fig. 2 gezeigt ist, um den Volumenverbrauch des Plättchens in ei nem einhundertstündigen Funkenentladungstest zu messen, bei welchem die Kerze 600mal pro Minute in einer abgedichteten Kammer mit einem inneren Luftdruck, der bei 5 kgf/cm² ge halten worden ist, gezündet worden ist.

Die Ergebnisse sind verwendet worden, um den Plättchen verbrauch pro Funken zu berechnen, wie es in Tabelle 1 ge zeigt ist. Der Gewindeabschnitt 1a der Zündkerze hat einen Durchmesser E von 14 mm gehabt, die Mittenelektrode 3 hat einen Durchmesser A von 2,5 mm gehabt, die Spitze 3a der Mittenelektrode 3 hat einen Durchmesser B von 1,5 mm und eine Höhe C von 1,0 mm gehabt und der Entladespalt 6 hat einen Abstand D von 1,1 mm gehabt.

Tabelle 1

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Wie es in Fig. 4(a) gezeigt ist, weist eine Zündkerze eine Spitze 3a einer Mittenelektrode 3 auf, die einen koni schen Abschnitt 3d aufweist, bei welchem der Durchmesser der Mittenelektrode 3 allmählich auf die gleiche Abmessung wie ein Edelmetallplättchen 51 verringert wird. Das Plätt chen 51 ist auf der Endoberfläche des konischen Abschnitts 3d angeordnet und wird durch Widerstandsschweißen vorüber gehend an dem letzteren befestigt und ein Laserschweißen wird durchgeführt, um eine geschmolzene Schicht 8 auszubil den, um letztlich das Plättchen 51 an der Spitze 3a der Mittenelektrode 3 zu befestigen. Wie es in Fig. 4(b) ge zeigt ist, wird das Laserschweißen von einem Umfangsbe reich, der eine Kontaktoberfläche umgibt, bei welcher sich der konische Abschnitt 3d und das Plättchen 51 miteinander in Kontakt befinden, in der Richtung, die mit einem Winkel von zum Beispiel 45° geneigt ist, zu der Kontaktoberfläche und an acht Punkten mit einem Abstand von 45° entlang des Umfangsbereichs durchgeführt.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Wie es in Fig. 4(c) gezeigt ist, weist eine Zündkerze ein Edelmetallplättchen 51 auf, das einen quadratischen Querschnitt aufweist. Ein konischer Abschnitt 3d weist ein kreisförmiges oberes Ende auf, das eine ausreichende Fläche aufweist, um den Querschnitt des Plättchens 51 zu bedecken. Ein Laserschweißen wird an vier Punkten in der Nähe einer Kontaktoberfläche durchgeführt, bei welcher sich die obere Endoberfläche des konischen Abschnitts 3d und die Ecken 51a des Plättchens 51 miteinander in Kontakt befinden.

Das Edelmetallplättchen 51, das einen quadratischen Querschnitt aufweist, wird ausgenommen dessen durch das gleiche Verfahren wie das erste Ausführungsbeispiel herge stellt, daß bei dem Schritt S7 eines Warmdrahtziehens eine quadratische Form verwendet wird, um ein Drahtziehen durch zuführen, bei welchem eine quadratische Stange wiederholt mit einer Verringerung einer Fläche von ungefähr 99% warmdrahtgezogen wird, um zu einem quadratischen Draht zu führen, der eine Querschnittskantenlänge von zum Beispiel 0,5 mm aufweist.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Wie es in Fig. 4(d) gezeigt ist, weist eine Zündkerze ein Edelmetallplättchen 51 auf, das einen hexagonalen Quer schnitt aufweist. Ein konischer Abschnitt 3d weist ein kreisförmiges oberes Ende auf, das eine ausreichende Fläche aufweist, um den Querschnitt des Plättchens 51 zu bedecken. Ein Laserschweißen wird an sechs Punkten in der Nähe einer Kontaktoberfläche durchgeführt, bei welcher sich die obere Endoberfläche des konischen Abschnitts 3d und die Ecken 51a des Plättchens 51 miteinander in Kontakt befinden.

Das Edelmetallplättchen 51, das einen hexagonalen Quer schnitt aufweist, wird ausgenommen dessen durch das gleiche Verfahren wie das erste Ausführungsbeispiel hergestellt, daß bei dem Schritt S7 eines Warmdrahtziehens eine hexago nale Form verwendet wird, um ein Drahtziehen durchzuführen, bei welchem eine quadratische Stange wiederholt mit einer Verringerung einer Fläche von ungefähr 99% warmdrahtgezogen wird, um zu einem hexagonalen Draht zu führen, der eine Querschnittskantenlänge von 0,35 mm aufweist.

Gemäß der vorhergehenden Beschreibung weist, um eine Zündkerze zu schaffen, die eine verbesserte Verbrauchsbe ständigkeit aufweist und durch ein einfaches Verfahren her stellbar ist, eine Zündkerze ein Edelmetallplättchen auf, das aus einem Ir-Legierungsmaterial besteht und auf minde stens einer Spitze einer Mittenelektrode oder einem gegen überliegenden Abschnitt einer Masseelektrode angeordnet ist, wobei das Ir-Legierungsmaterial aus Ir und einem Me tall besteht, das einen höheren Oxidationswiderstand als Ir aufweist und bei allen Verhältnissen mit Ir eine feste Lö sung ausbildet, um eine Oxidationsverdampfung von Ir zu verhindern, und das Plättchen durch Verlängern eines Blocks des Ir-Legierungsmaterials durch Warmumformen zu einer Stange hergestellt wird, die eine feine Fasertextur auf weist, um zu verhindern, daß eine Oberfläche während eines Verlängerns reißt, worauf ein Warmwalzen, ein Warmdrahtzie hen und ein Schneiden zu der Plättchenlänge folgen.

Claims

1. Zündkerze, die aufweist:
eine Mittenelektrode (3);
einen Isolator (2), der die Mittenelektrode (3) um den Umfang herum umgibt, wobei eine Spitze (3a) der Mitten elektrode (3) frei belassen wird;
einen Halter (1), der den Isolator (2) um den Umfang herum hält, wobei eine Spitze (2b) des Isolators (2) frei belassen wird;
eine Masseelektrode (4), die an dem Halter (1) befe stigt ist und einen gegenüberliegenden Abschnitt (4a) aufweist, der der Spitze (3a) der Mittenelektrode (3) gegenüberliegt, wobei sich ein Entladespalt (6) dazwi schen befindet; und
ein Plättchen (51), das aus einem Ir-Legierungsmaterial besteht und auf mindestens der Spitze (3a) der Mitten elektrode (3) oder dem gegenüberliegenden Abschnitt (4a) der Masseelektrode (4) angeordnet ist; wobei
das Ir-Legierungsmaterial durch Mischen von Ir mit ei nem Metall, um eine Mischung auszubilden, und Schmelzen der Mischung hergestellt ist, wobei das Metall einen höheren Oxidationswiderstand als Ir aufweist und bei allen Verhältnissen mit Ir eine feste Lösung ausbildet; und
das Plättchen (51) durch Verlängern eines Blocks des Ir-Legierungsmaterials durch Warmumformen zu einer Stange, die einen ausgewählten Querschnitt aufweist, und dann Schneiden eines Drahts, der aus der Stange ge zogen wird, zu einer ausgewählten Länge, hergestellt wird.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall einen Schmelzpunkt von 1700°C bis 2400°C und eine Wärmeleitfähigkeit von 41,868 W/(m K) oder mehr aufweist und das Plättchen (51) das Metall in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent ent hält.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Plättchen (51) eine Querschnittsfläche von 0,2 mm² bis 1,2 mm² und eine Länge von 0,5 mm bis 2,0 mm aufweist.

4. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Metall aus mindestens einem besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pt, Rh und Ru besteht.

5. Verfahren zum Herstellen eines Plättchens (51) einer Zündkerze, die einen Isolator (2), der eine Mittenelek trode (3) um den Umfang herum umgibt, wobei eine Spitze (3a) der Mittenelektrode (3) frei belassen wird; einen Halter (1), der den Isolator (2) um den Umfang herum hält, wobei eine Spitze (2b) des Isolators (2) frei be lassen wird; eine Masseelektrode (4), die an dem Halter (1) befestigt ist und einen gegenüberliegenden Ab schnitt (4a) aufweist, der der Mittenelektrode (3) ge genüberliegt, wobei sich ein Entladespalt (6) dazwi schen befindet; und ein Plättchen (51) beinhaltet, das aus einem Ir-Legierungsmaterial besteht und auf minde stens der Spitze (3a) der Mittenelektrode (3) oder dem gegenüberliegenden Abschnitt (4a) der Masseelektrode (4) angeordnet ist; wobei das Ir-Legierungsmaterial durch Mischen von Ir mit einem Metall, um eine Mischung auszubilden, und Schmelzen dieser Mischung hergestellt ist, wobei das Metall einen höheren Oxidationswider stand als Ir aufweist und bei allen Verhältnissen mit Ir eine feste Lösung ausbildet; und das Plättchen (51) durch Verlängern eines Blocks des Ir-Legierungsmate rials durch Warmumformen zu einer Stange, die einen ausgewählten Querschnitt aufweist, und dann Schneiden eines Drahts, der aus der Stange gezogen wird, zu einer ausgewählten Länge, hergestellt ist, wobei das Verfah ren die folgenden Schritte aufweist:
Mischen von Ir und dem Metall, um eine Mischung auszu bilden;
Schmelzen der Mischung, um eine Schmelze auszubilden;
Gießen der Schmelze, um einen Block auszubilden;
Warmumformen des Blocks, um eine umgeformte Stange aus zubilden;
Warmwalzen der umgeformten Stange zu einer warmgewalz ten Stange, die einen verringerten Querschnitt auf weist;
Warmdrahtziehen der warmgewalzten Stange zu einem Draht, der einen ausgewählten kreisförmigen Querschnitt aufweist; und
Schneiden des Drahts zu einer ausgewählten Länge.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt eines Schneidens durch Schleifen des Drahts mit einem Schleifmittel ausgeführt wird.

7. Verfahren zum Herstellen eines Plättchens (51) einer Zündkerze, die einen Isolator (2), der eine Mittenelek trode (3) um den Umfang herum umgibt, wobei eine Spitze (3a) der Mittenelektrode (3) frei belassen wird; einen Halter 81), der den Isolator (2) um den Umfang herum hält, wobei eine Spitze (2b) des Isolators (2) frei be lassen wird; eine Masseelektrode (4), die an dem Halter (1) befestigt ist und einen gegenüberliegenden Ab schnitt (4a) aufweist, der der Spitze (3a) der Mitten elektrode (3) gegenüberliegt, wobei sich ein Entlade spalt (6) dazwischen befindet; und ein Plättchen (51) beinhaltet, das aus einem Ir-Legierungsmaterial besteht und auf mindestens der Spitze (3a) der Mittenelektrode (3) oder dem gegenüberliegenden Abschnitt (4a) der Masseelektrode (4) angeordnet ist; wobei das Ir-Legie rungsmaterial durch Mischen von Ir mit einem Metall, um eine Mischung auszubilden, und Schmelzen der Mischung hergestellt ist, wobei das Metall einen höheren Oxida tionswiderstand als Ir aufweist und bei allen Verhält nissen mit Ir eine feste Lösung ausbildet; und das Plättchen (51) durch Verlängern eines Blocks des Ir-Le gierungsmaterials durch Warmumformen zu einer Stange, die einen ausgewählten Querschnitt aufweist, und dann Schneiden eines Drahts, der aus der Stange gezogen wird, zu einer ausgewählten Länge, hergestellt ist, wo bei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Mischen von Ir und dem Metall, um eine Mischung auszu bilden;
Schmelzen der Mischung, um eine Schmelze auszubilden;
Gießen der Schmelze, um einen Block auszubilden;
Warmumformen des Blocks, um eine umgeformte Stange aus zubilden;
Warmwalzen der umgeformten Stange zu einer warmgewalz ten Stange, die einen verringerten Querschnitt auf weist;
Warmdrahtziehen der warmgewalzten Stange zu einem Draht, der einen ausgewählten polygonalen Querschnitt aufweist; und
Schneiden des Drahts zu einer ausgewählten Länge.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt eines Schneidens durch Schleifen des Drahts mit einem Schleifmittel ausgeführt wird.