(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパークプラグ内の電極（３）または電極チップ（３）として使用するためのワイヤまたはストリップの製造法において、その際、以下の工程：
ａ）Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＲｈおよびＰｄの群から選択される貴金属元素と、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｗおよびランタニドの群から選択される卑金属元素からなり、１７００℃を超える融点を有する金属間化合物の作製、
ｂ）該金属間化合物の粉砕、
ｃ）該金属間化合物と貴金属粉末との混合、
ｄ）延性材料からの管（１）内への工程ｃ）で得られた混合物（２）の導入
ｅ）工程ｄ）により充填された管（１）のワイヤまたはストリップへの変形
を実施して、前記金属間化合物からなる金属間相が、ワイヤまたはストリップの高い屈曲性ならびに用途に従った使用に際して最小の浸食を保証するために、貴金属からなるマトリックス中に配置され、かつワイヤまたはストリップの長さと平行な方向に延在する、ワイヤまたはストリップの製造法。
【請求項２】
延性材料からの管（１）を、金属間化合物および貴金属粉末とからの混合物（２）の充填後に閉じることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
充填されかつ閉じられた管（１）を前圧縮することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
金属間化合物および貴金属粉末とからの混合物（２）を圧縮することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ワイヤまたはストリップを焼結することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
ワイヤまたはストリップを巻き取ることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
金属間化合物をアーク放電で作製することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
粉砕された金属間化合物を白金粉末と混合することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
金属間化合物がＲｕＡｌであることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
延性材料からの管（１）が、白金、ステンレス鋼またはニッケルを有することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
ワイヤ上に残留する管材料を取り除くことを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
スパークプラグの電極（２）または電極チップ（２）を作製するための被覆ワイヤまたは被覆ストリップにおいて、ワイヤ被覆（１）またはストリップ被覆（１）が、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＲｈおよびＰｄの群から選択される貴金属元素と、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｗおよびランタニドの群から選択される卑金属元素からなり、１７００℃を超える融点を有する金属間化合物と、貴金属粉末との圧縮混合物（２）を含み、前記金属間化合物からなる金属間相が、ワイヤまたはストリップの高い屈曲性ならびに用途に従った使用に際して最小の浸食を保証するために、貴金属からなるマトリックス中に配置され、かつワイヤまたはストリップの長さと平行な方向に延在することを特徴とする、被覆ワイヤまたは被覆ストリップ。
【請求項１３】
金属間化合物は式ＡｘＢｙに相当し、その際、Ａは、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＲｈおよびＰｄの群から選択されており、かつＢは、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｗまたはランタニドの群から選択されており、かつ比ｘ／ｙは、０．８〜５であることを特徴とする、請求項１２記載の被覆ワイヤまたは被覆ストリップ。
【請求項１４】
混合物（２）が被覆（１）中で白金を有することを特徴とする、請求項１２または１３記載の被覆ワイヤまたは被覆ストリップ。
【請求項１５】
被覆（１）が白金を有することを特徴とする、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の、被覆ワイヤまたは被覆ストリップ。
【請求項１６】
スパークプラグの電極（２）または電極チップ（２）を作製するための被覆不含のワイヤまたは被覆不含のストリップにおいて、ワイヤまたはストリップが、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＲｈおよびＰｄの群から選択される貴金属元素と、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｗおよびランタニドの群から選択される卑金属元素からなり、１７００℃を超える融点を有する金属間化合物と、貴金属粉末との圧縮混合物であり、前記金属間化合物からなる金属間相が、ワイヤまたはストリップの高い屈曲性ならびに用途に従った使用に際して最小の浸食を保証するために、貴金属からなるマトリックス中に配置され、かつワイヤまたはストリップの長さと平行な方向に延在することを特徴とする、被覆不含のワイヤまたは被覆不含のストリップ。
【請求項１７】
スパークプラグ内で使用するための請求項１４から１６までのいずれか１項記載のまたは請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法によって製造されたワイヤまたはストリップの使用方法。
【請求項１８】
ワイヤまたはストリップが、スパークプラグ内で電極（２）、電極チップ（２）、アンレーまたはインレーとして使用されることを特徴とする、請求項１７記載の使用方法。
【請求項１９】
スイッチ接点、すり接点または電流フィードスルーとしての、請求項１３から１６までのいずれか１項記載のまたは請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法によって製造されたワイヤまたはストリップの使用方法。
【請求項２０】
大電流が接触領域内で放電現象および浸食現象をもたらすことを特徴とする、請求項１９記載の使用方法。
【請求項２１】
高い熱的なおよび腐食による損耗が、同時に電流が通過する際に存在することを特徴とする、請求項１９記載の使用方法。
【請求項２２】
スパークプラグの電極チップにおいて、これがＲｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＲｈおよびＰｄの群から選択される貴金属元素と、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｅ、Ｗおよびランタニドの群から選択される卑金属元素からなり、１７００℃を超える融点を有する金属間化合物と、貴金属粉末との被覆されたまたは被覆を取り除かれた圧縮混合物（２）であり、前記金属間化合物からなる金属間相が、ワイヤまたはストリップの高い屈曲性ならびに用途に従った使用に際して最小の浸食を保証するために、貴金属からなるマトリックス中に配置され、かつ電極チップの長さと平行な方向に延在することを特徴とする、スパークプラグの電極チップ。
【請求項２３】
電極チップが、取り除かれた被覆に起因する不純物を有することを特徴とする、請求項２２記載の電極チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、殊に電極、電極チップとしてスパークプラグ内で使用するための、アンレー(Auflage)またはインレー(Inlay)において使用するための半製品および該半製品の製造に関する。
【０００２】
スパークプラグ内の電極または電極チップ用の白金に代わる浸食安定性の材料の試みを提供することは多岐にわたっている。しかしながら、セラミックス添加剤は伝導率を低下させ、かつ該半製品の脆性を高め、亀裂を伴い、金属の変種では酸化がよりされ易くなる。
【０００３】
同様に、金属間化合物は頻繁に硬質であり、かつ化学的にもかなり安定性であることが知られている。金属間化合物または金属間相は、２つ以上の金属からの化合物である。それは合金とは異なり格子構造を示し、該格子構造は構成する金属のそれとは異なる。より狭い意味においては、金属間相の組成は固体の混合比に相応して化学量論的に定まっている。より広い意味においては、金属間相は多少なりとも広い均一領域内において化学量論組成付近で変化可能である。そのような化合物の物理的および機械的に優れた特性は、多少なりとも大きい割合の他の結合の種類とともに、異種原子間の主として金属的であるとりわけ強い結合から生じる。所望された高温安定性を有する金属間相の妨げになるのは、高い脆性に基づく困難な加工性である。金属間相は、金属合金とセラミックスとの間の中間位置をとる。金属間相は、粉末冶金法によってだけでなく、従来の溶融法によっても製造され、その際、まさに金属間相の機械的特性ゆえに製造および加工が困難となりうる。従って、工業的大量生産のための金属間相の加工は非常に限られている。
【０００４】
スパークプラグ部材としてオートメーション化された後加工のために金属間相からワイヤ状またはストリップ状の半製品を製造することが望ましい。金属間相からの柔軟でかつ巻き取り可能なワイヤまたはストリップは知られていない。
【０００５】
ＤＥ３０３０８４７Ａ１は、ルテニウムまたはイリジウムまたはその合金からのコアからのスパークプラグ用の複合材料を開示し、その際、この材料は、銀または銅または金またはパラジウムまたはニッケルまたはその相応する合金もしくは混合物から成るマトリックス−金属中に分散されている。このコアを取り囲む外被は、ニッケルまたはニッケル合金から成る。このために、コア材料の粉末からのバーがプレスにかけられ、かつニッケルまたはニッケル合金製の管内に差し込まれ、それに対して管の末端が閉じられ、かつ管径が冷間加工によって、求められる外径に加工される。
【０００６】
本発明の課題は、オートメーション化された、低コストのスパークプラグ製造に適しており、かつ浸食安定性および電気伝導率に関するその特性の点で白金と競合しうる、連続的に供給可能なワイヤまたはストリップの形における半製品を提供することにある。
【０００７】
該課題の解決手段は、独立請求項に記載されている。従属請求項には、有利な実施態様が記載されている。
【０００８】
本発明により、１７００℃を超える融点を有する金属間化合物、殊にＲｕＡｌが、さらに他の金属、殊にＰｔと混合され、その際、この混合物は、延性材料からの管内でワイヤまたはストリップ状の複合材料に変形される。金属間相の製造には、溶融法または焼結法が適している。アーク放電による製造がとりわけ有効であることがわかった。他の金属との混合に関して、金属間相の粉砕(Aufmahlen)が、他の金属粉末、殊に白金粉末またはＰｔ−Ｉｒ−合金と混合するために適している。この種の粉末混合物は、延性材料、例えば白金、ステンレス鋼またはニッケルからの管内で変形される。該管を粉末混合物の充填後に真空下で閉じ、かつ前圧縮を、例えばハンマーで打つ(Haemmern)ことによって行うのが有効であるとわかった。粉末混合物もまず、有利には冷間等方圧プレスによってプレスにかけシリンダにし、引き続き該シリンダを被覆管の中に押し込むことが有効であるとわかった。次いでこの複合材も同様に、有利にはさらに前圧縮され、次いでワイヤまたはストリップに変形される。
【０００９】
公知の線引きプロセス(Drahtziehprozesse)は、ワイヤを引っ張るために適している。有利には、半製品として後加工可能なワイヤは、電極または電極チップとしてのその用途に従った使用前に巻き取られる。電極または電極チップは、次いでワイヤを解くのに際して、公知の方法で、例えば打ち抜くことによって製造されうる。
【００１０】
ワイヤを、インレーと同様にスパークプラグ用に加工可能であるストリップに圧延することが有効であるとわかった。充填された管の変形は、線引きプロセスに限定されない。例えば、管は圧延によっても変形されうる。有利には、ワイヤまたはストリップは、巻き取る前に焼結によってさらに硬化される。半製品として使用されるワイヤの典型的な直径は、０．１〜２ｍｍ、殊に０．６〜１ｍｍである。
【００１１】
他の金属を有する金属間相の混合物の体積割合は、５〜５０体積％、有利には１０〜３０体積％である。適した金属間化合物ＡｘＢｙは、Ａに関しては、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＲｈまたはＰｄの群からの元素を含有し、Ｂに関しては、Ｚｒ、Ａｌ、Ｙ、Ｈｆ、Ｔｈ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｉ、Ｗまたはランタニドの群からの元素を含有し、その際、比ｘ／ｙは、０．８〜５である。混合物は、殊に金属間化合物が並存して製造に際して生じる場合、様々の金属間化合物、例えばＲｕＡｌの他にＲｕ２Ａｌ３を含有してよい。混合する金属は、純粋な金属、例えば白金、合金、例えばＰｔＩｒ１または２つの金属の混合物、例えば白金および白金−イリジウム−合金であってよい。少なくとも１つの金属と１つの金属間相とが互いに混合され、かつ構造物（Gefuege）へと形作られることが重要である。とりわけ有利な金属間化合物はＲｕＡｌであり、かつ有利な他の金属は白金である。金属マトリックス中で金属間相は、ワイヤまたはストリップへの本発明による処理に際して、ワイヤまたはストリップの軸と平行にある。埋め込まれた相の望ましい向きを有するこの構造物は、半製品のとりわけ高い屈曲性ならびに用途に従った使用に際して最小の浸食を保証する。
【００１２】
本発明による複合材料は、スパークプラグ部材、例えば電極、電極チップ、アンレーまたはインレーへと後加工するための半製品として適している。チップは、公知の結合法によって、殊に溶接、はんだ付けまたは焼結によってベース電極と結合されうる。本発明による半製品のさらなる使用領域は、大電流が接触領域内において放電現象および浸食現象をもたらすスイッチ接点(Schaltkontakte)またはすり接点(Schleifkontakte)である。さらに、該半製品は高出力放電ランプ内の電流フィードスルー(Stroemdurchfuehrung)として適用可能であり、そこでは同時に電流が通過する際に、高い熱的なおよび腐食による損耗が存在するため、本発明による材料の利点が十分に引き立つことになる。純粋な白金電極と比較して、少なくとも１つの卑金属成分から成る金属間相の添加によって、効能を損失することなく、高価値でかつ費用のかかる貴金属の全体的な含量が減らされる。
【００１３】
金属間相および金属とからの本発明による混合物は、他のセラミックス添加剤または金属添加剤によって、例えば、場合によっては過剰に金属間相内に存在する、より卑金属の酸化によって変性されうる。
【００１４】
さらに他の本発明によるさらなる一形態において、ワイヤ製造中にワイヤ被覆に変形される管の材料は再び、殊に酸で除去される。このように、先の被覆のほんのわずかばかりの不純物を有する、被覆が取り除かれたワイヤが提供されうる。この方法により、高価値の管材料、殊に白金が節約されうる。
【００１５】
さらに他の有利な一実施態様において、本発明により使用される管は片側が閉じられている。容器として形成されたこれらの管は、より簡単な管の充填を可能にする。
【００１６】
本発明による被覆されたまたは被覆が取り除かれたワイヤまたはストリップは、スパークプラグチップとしてのその使用前に小片に切断される。このように、とりわけ耐久性の電極チップが簡単にかつ貴金属の節約下で製造される。
【００１７】
以下で本発明は、添付している図面を引き合いに出して明確に説明される。
図１は、ＰｔおよびＲｕＡｌとからの粉末混合物で充填された白金被覆管を示す。
図２は、ベース電極上に配置されたスパークプラグ中心電極のチップを示す。
図３は、本発明による複合材料の構造物の概略図である。
【００１８】
図１および図３に従う被覆管１は、例えばステンレス鋼、フェライト鋼、ニッケル、白金、金、ニオブ、白金−イリジウム−合金からの延性の外被１である。その引張強度は１５０ＭＰａを上回り、殊に少なくとも２５０ＭＰａである。その伸び率は＞１０％、殊に１５％を超える。図１および３に従う、ワイヤへと引き伸ばされた管は、薄片または管片２に切断され、図２に従って白金またはニッケル−合金からのベース電極４の上でスパークプラグ中心電極のチップ２として使用されうる。図１および３によれば、金属間相は金属からのマトリックス中に配置されている。その際、該金属間相は、図３に従ってワイヤ長さと平行な望ましい向き５にある。これによって半製品の屈曲性が本質的に改善され、その際、用途に従って使用される場合に最小の浸食が引き続き保持される。
【００１９】
実施例１
出発物質として、Ｒｕ８０質量％およびＡｌ２０質量％とを真空下にてアークで溶融した。結果的に生じる顆粒を、ディスク振動ミルにおいて粉砕した。Ｘ線回折分析により、金属間相ＲｕＡｌが主相と判明した。この粉末を、白金粉末（粒度＜６３μｍ）と、ＲｕＡｌ２０体積％およびＰｔ８０体積％の比においてタンブルミキサー中で均一化した。引き続き、該粉末を、外径７ｍｍおよび１ｍｍの壁厚を有するＰｔ管内に充填した。真空下にて、管の開口端部を閉じた。該管を、丸形ハンマー機械(Rundhaemmermashine)において３ｍｍまでハンマーで打ち、かつ圧縮した。その後、線引きプロセスを最終直径まで行った。
【００２０】
実施例２
実施例１と同様に、製造されたＲｕ８０質量％およびＡｌ２０質量％とからの金属間相を、Ｐｔ８０体積％（ＲｕＡｌ２０体積％）とタンブルミキサー中で均一化し、かつ直径７ｍｍおよび壁厚１ｍｍを有するＰｔＩｒ１０管内に充填した。該管を、最終直径まで引き伸ばした。
【００２１】
実施例３
実施例１と同様に、ＰｔＩｒ１０管に、Ｐｔ８０体積％（ＲｕＡｌ２０体積％）からの均一化された粉末混合物を充填しかつ真空下にて閉じ、次いで該管を、約７００℃で丸形ハンマー機械により３ｍｍにハンマーで打ち、かつ最終寸法に引き伸ばした。
【００２２】
実施例４
実施例１と同様に、ニッケル管に、Ｐｔ８０体積％（ＲｕＡｌ２０体積％）からの均一化された粉末混合物を充填しかつ真空下にて閉じ、次いで該管を、最終直径まで引き伸ばした。
【００２３】
実施例５
実施例１と同様に、Ｒｕ４８質量％およびＺｒ５２質量％とからの混合物を製造し、かつＰｔと、Ｐｔ８０体積％およびＲｕＺｒ２０体積％の比においてタンブルミキサー中で均一化した；引き続き、実施例１と同様に３ｍｍにハンマーで打ち、かつ最終寸法に引き伸ばした。
【００２４】
実施例６
実施例１と同様に、Ｒｕ６５質量％およびＨｆ３５質量％とからの混合物を製造し、かつＰｔと、Ｐｔ８０体積％およびＲｕＨｆ２０体積％の比においてタンブルミキサー中で均一化した；引き続き、実施例１と同様に３ｍｍにハンマーで打ち、かつ最終寸法に引き伸ばした。
【００２５】
実施例７
実施例１と同様に、Ｒｕ８０質量％およびＡｌ２０質量％とからの混合物を製造した。Ｐｔと、Ｐｔ７０体積％およびＲｕＡｌ３０体積％の比において該粉末をタンブルミキサー中で均一化し、かつＰｔＩｒ１０管内に充填した。該管を約７００℃で丸形ハンマー機械により３ｍｍにハンマーで打ち、次いで最終寸法に引き伸ばした。
【００２６】
実施例８
実施例１と同様に、Ｒｕ８０質量％およびＡｌ２０質量％とからの混合物を製造した。該粉末をＰｔと、Ｐｔ７０体積％およびＲｕＡｌ３０体積％の比においてタンブルミキサー中で均一化し、かつ複数のＰｔ管内に充填した。該管を丸形ハンマー機械により３ｍｍにハンマーで打った。これらの管を４００ｍｍの長さの切片に切断し、かつ密な充填が生じるようにこれらを３ｍｍの壁厚にて２４ｍｍの外径を有する鋼管内に位置決めした。この管を丸形ハンマー機械により７ｍｍにハンマーで打ち、かつ最終寸法に引き伸ばした。
【００２７】
実施例９
実施例１と同様に、Ｒｕ８０質量％およびＡｌ２０質量％とからの金属間相を製造し、かつＲｕＡｌ２０体積％およびＰｔ８０体積％の比においてタンブルミキサー中でＰｔと均一化した。引き続き、該粉末を外径８ｍｍおよび１．１ｍｍの壁厚を有するステンレス鋼管内に充填した。該管を真空引きし、閉じて、かつ約７００℃で丸形ハンマー機械により３ｍｍにハンマーで打ち、かつ圧縮した。線引きによって、直径を１．５ｍｍに減少させた。次いで該管を、約５０℃で５０％のＨＣｌ中で酸洗することによって取り除き、かつワイヤを０．７ｍｍの直径にさらに引き伸ばした。
【００２８】
実施例１０
実施例１と同様に、ＲｕＡｌ２０体積％およびＰｔ８０体積％とからの混合物を製造し、かつ円柱状の、片側が閉じられた、外径４０ｍｍ、長さ８０ｍｍおよび壁厚１．５ｍｍを有するステンレス鋼製の容器中に充填した。該容器の開口端部を、吸気アダプター(Ansaugstutzen)を有するステンレス鋼ディスクを用いて溶接した。該アダプターを介して容器を真空引きし、次いでそれを圧搾しかつ溶接した。容器を７００℃に加熱し、押出機の閉じられたタンク(Rezipienten)中で２５０トンの力で前圧縮し、引き続き、鋳型によって直径１６ｍｍを有するバーに押出した。バーを約５００℃で丸形ハンマー機械により３ｍｍまでハンマーで打った。線引きによって、直径を１．５ｍｍに減少させた。次いで該管を、約５０℃で５０％のＨＣｌ中で酸洗することによって取り除き、かつワイヤを０．７ｍｍの直径にさらに引き伸ばした。
【００２９】
実施例１１
実施例１〜１０に従って製造されたワイヤを圧延してストリップを得る。
【００３０】
実施例１２
実施例１〜１０に従って製造されたワイヤまたは実施例１１に従って製造されたストリップを、スパークプラグの電極チップとして用いられる小片に切断する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＰｔおよびＲｕＡｌとからの粉末混合物で充填された白金被覆管を示す図
【図２】ベース電極上に配置されたスパークプラグ中心電極のチップを示す図
【図３】本発明による複合材料の構造物の概略を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１  延性の外被、  ２  管片、  ３  チップ、  ４  ベース電極、  ５  金属間相の望ましい向き
【図１】
0005460312.tif 000002
【図２】
0005460312.tif 000003
【図３】
0005460312.tif 000004