(57)【要約】  中心電極（１６）と接地電極（１８）とを有する火花プラグ（１０）のような点火装置であって、中心電極および接地電極の少なくとも一方は、イリジウムと、ロジウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含有する合金から形成される発火先端（２０、２２）を含む。合金にタングステンおよびジルコニウムを含むことで、耐浸食性を犠牲にすることなく、ロジウムの割合を比較的低く保つことができ、または、発火先端の火花電圧を低下させることができる。一実施例では、発火先端（２０、２２）は、２重量％のロジウムと、０．３重量％のタングステンと、０．０２重量％のジルコニウムと、バランスイリジウムとを含有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のための点火装置（１０）であって、
ハウジング（１２）と、
前記ハウジング（１２）内に固定され、かつ、前記ハウジングの開口部（２８）で露出した軸方向の端部（３０）を有する絶縁体（１４）と、
前記絶縁体（１４）に取付けられ、かつ、前記軸方向の端部（３０）を通って前記絶縁体の外に延在する中心電極（１６）と、
前記ハウジング（１２）上に取付けられ、かつ、前記中心電極（１６）に対向して配置される発火端部（３４）で終端して中心電極との間に火花ギャップ（３６）を定める接地電極（１８）とを含み、
前記電極（１６、１８）の少なくとも一方は、イリジウムと、ロジウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含有する合金から形成される発火先端部（２０、２２）を含み、ジルコニウムは、０．０５重量％未満の量で含まれることを特徴とする、点火装置。
【請求項２】
前記合金は、イリジウムと、１から３重量％のロジウムと、０．１から０．５重量％のタングステンと、０．０１から０．０５重量％のジルコニウムとの組合せから形成されることを特徴とする、請求項１に記載の点火装置。
【請求項３】
前記合金は、イリジウムと、約２重量％のロジウムと、約０．３重量％のタングステンと、約０．０２重量％のジルコニウムとの組合せから形成される、請求項１に記載の点火装置。
【請求項４】
前記発火先端部（２０、２２）は、前記火花ギャップ（３６）において、前記中心電極（１６）に冶金的に接着されることを特徴とする、請求項１に記載の点火装置。
【請求項５】
前記発火先端部（２０、２２）は、前記中心電極（１６）にレーザ接合されるワイヤ（４２）の一部分を含むことを特徴とする、請求項４に記載の点火装置。
【請求項６】
前記接地電極（１８）の前記発火端部（３４）は、前記中心電極（１６）の発火先端部（２０）に対向して配置される発火先端部（２２）を含むことを特徴とする、請求項４に記載の点火装置。
【請求項７】
前記接地電極（１８）上の前記発火先端部（２２）は、プラチナまたはプラチナ合金を含むことを特徴とする、請求項６に記載の点火装置。
【請求項８】
前記中心電極（１６）上の前記発火先端部（２０）は、イリジウムと、１から３重量％のロジウムと、０．１から０．５重量％のタングステンと、０．０１から０．０５重量％のジルコニウムとの組合せから形成されることを特徴とする、請求項７に記載の点火装置。
【請求項９】
前記中心電極（１６）上の前記発火先端部（２０）は、イリジウムと、約２重量％のロジウムと、約０．３重量％のタングステンと、約０．０２重量％のジルコニウムとの組合せから形成されることを特徴とする、請求項７に記載の点火装置。
【請求項１０】
前記点火装置は、点火プラグ（１０）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１１】
前記発火先端部（２０、２２）は、本質的に、イリジウムと、ロジウムと、タングステンと、ジルコニウムとから構成されることを特徴とする、請求項１に記載の点火装置。
【請求項１２】
前記電極（１６、１８）はいずれも、本質的に、イリジウムと、ロジウムと、タングステンと、ジルコニウムとから構成される発火先端部（２０、２２）を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の点火装置。
【請求項１３】
前記発火先端部（２０、２２）は、イリジウムと、１から３重量％のロジウムと、０．１から０．５重量％のタングステンと、０．０１から０．０５重量％のジルコニウムとの組合せから形成される合金から作られることを特徴とする、請求項１１に記載の点火装置。
【請求項１４】
前記発火先端部（２０、２２）は、イリジウムと、約２重量％のロジウムと、約０．３重量％のタングステンと、約０．０２重量％のジルコニウムとの組合せから形成される合金から作られることを特徴とする、請求項１１に記載の点火装置。
【請求項１５】
ハウジング（１２）と、第２の電極（１８、１６）と、ハウジング（１２）内に取付けられて、２つの電極（１６、１８）を支持し、かつ、電気的に分離するための絶縁体（１４）とを含む点火装置（１０）のための電極（１６、１８）を製造する方法であって、
（ａ）  イリジウムと、ロジウムと、タングステンと、０．０１から０．０５重量％の量のジルコニウムとを含む合金から発火先端部（２０、２２）を形成するステップと、
（ｂ）  前記合金以外の導電性材料から電極（１６、１８）を形成するステップと、
（ｃ）  前記電極（１６、１８）の端部に前記発火先端部（２０、２２）を装着するステップとを含み、それによって、前記電極のための露出した点火面を設ける一体型の発火先端部を有する前記電極を提供することを特徴とする、方法。
【請求項１６】
ステップ（ａ）は、イリジウムと、１から３重量％のロジウムと、０．１から０．５重量％のタングステンと、０．０１から０．０５重量％のジルコニウムとの組合せから作られる合金から前記発火先端部（２０、２２）を形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（ａ）は、イリジウムと、約２重量％のロジウムと、約０．３重量％のタングステンと、約０．０２重量％のジルコニウムとの組合せから作られる合金から前記発火先端部（２０、２２）を形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ（ａ）は、前記発火先端部（２０、２２）をパッド、リベット、ボールまたはワイヤとして形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ｃ）は、中心電極１６の端面に前記発火先端部（２０、２２）をレーザ接合するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
ステップ（ｃ）は、接地電極（１８）の端部に前記発火先端部（２０、２２）を装着するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
内燃機関のための点火装置（１０）であって、
ハウジング（１２）と、
前記ハウジング（１２）内に固定され、かつ、前記ハウジングの開口部（２８）で露出した軸方向の端部（３０）を有する絶縁体（１４）と、
前記絶縁体（１４）に取付けられ、かつ、前記軸方向の端部（３０）を通って前記絶縁体の外に延在する中心電極（１６）と、
前記ハウジング（１２）上に取付けられ、かつ、前記中心電極（１６）に対向して配置される発火端部（３４）で終端して中心電極との間に火花ギャップ（３６）を定める接地電極（１８）とを含み、
前記電極（１６、１８）の少なくとも一方は、イリジウムと、１から３重量％のロジウムと、ジルコニウムとを含有する合金から形成される発火先端部（２０、２２）を含み、ジルコニウムは、０．０５重量％未満の量で含まれることを特徴とする、点火装置。
【請求項２２】
前記合金は、０．１から０．５重量％のタングステンを含むことを特徴とする、請求項２１に記載の点火装置。
【請求項２３】
前記合金は、イリジウムと、約２重量％のロジウムと、約０．３重量％のタングステンと、約０．０２重量％のジルコニウムとの組合せから形成されることを特徴とする、請求項２１に記載の点火装置。
【請求項２４】
前記発火先端部（２０、２２）は、前記中心電極（１６）にレーザ接合されることを特徴とする、請求項２１に記載の点火装置。
【請求項２５】
前記接地電極（１８）は、プラチナまたはプラチナ合金から形成される発火先端部（２２）を含むことを特徴とする、請求項２４に記載の点火装置。
【請求項２６】
前記電極（１６、１８）はいずれも、前記合金から形成される発火先端部（２０、２２）を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般に、内燃機関で用いられる点火プラグおよびその他の点火装置に関し、より具体的には、貴金属の発火先端部を有するそのような点火装置に関する。本明細書で使用している「点火装置」という語は、点火プラグ、イグナイター、およびガスまたは燃料の燃焼を引起こすために使用される他のそのような装置を意味する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
点火プラグ電極において、電極の発火面の耐侵食性を向上させるために用いられる、さまざまなイリジウムベースの合金が提案されてきた。イリジウムベースの合金は、典型的には、比較的高い融点を有し、かつ、今日広く用いられている金属の多くに比べて火花侵食に対する耐性に優れている。イリジウムベースの合金は、典型的には、火花ギャップのいずれかの側の中心電極および接地電極に、レーザ溶接されるか、または冶金的に接着されるパッドまたはリベットの形態で用いられる。しかしながら、あるイリジウムベースの合金の使用には不利な点があることが知られており、その中には、材料を電極に接着させるのが困難であるという点、および高温では合金が酸化揮発するという点が含まれる。この発明は、これら２つの問題のうち後者に取組むものである。
【０００３】
イリジウムの酸化損失を低減するためのある既知の手法は、イリジウムをロジウムと組合せた合金の形態で使用することである。オサムラらへの米国特許第６，０９４，０００号および公開された英国特許出願ＧＢ２，３０２，３６７は、ロジウムを１から６０重量％の範囲の量で含み得る、そのような合金を開示している。さらに、イットリアまたはジルコニアなどのIIIＡ族およびIVＡ族元素の酸化物を添加して、消耗抵抗を低減させるのに役立てることもできる。オサムラらは１％という少量のロジウムの使用を教示しているにもかかわらず、高温でイリジウムの酸化損失を最小限に抑えるには、さらに多量のロジウムが必要であることが判明している。このことは、オサムラらが提示した試験データに記載されており、彼らの特許では、ロジウムの量は、少なくとも３％が好ましいと言及されている。
【０００４】
マツタニらへの米国特許第５，７９３，７９３号は、同様の結果を報告しており、ここでは、ロジウムの量は３から５０重量％の範囲内に保たれ、最も好ましくは少なくとも１８％である。米国特許第５，９９８，９１３号では、マツタニは、ロジウムを高い割合で含むことの不利な点をいくつか確認しており、その合金のロジウムの量を減少させるための取組みにおいて、レニウムまたはルテニウムの添加を提案している。この特許によれば、レニウムおよび／またはルテニウムを最大１７重量％の量で添加することにより、酸化消耗に対する優れた耐性を維持するために必要なロジウムの量を０．１重量％という少量まで減少させることができる。
【０００５】
発明者らが発見したのは、ロジウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含有するイリジウム合金によって、ロジウムの使用量を減少させることができ、その一方で、優れた耐侵食性を維持し、かつ、火花電圧を低下させることができるという点である。参考として、ともに２００４年１月２２日に公開されたＷＯ２００４／００７７８２Ａ１およびＷＯ２００４／００８５９６Ａ２を参照されたい。ＷＯ２００４／００７７８２Ａ１では、点火プラグ電極のためのイリジウムベースの合金が開示されており、その合金は、０．１から５重量％のロジウムと、０．０１から５重量％のタングステンと、０．０１から０．５重量％のジルコニウムとを含有することができる。これらの範囲の広い元素の他に、この公開された出願は、２．５重量％のロジウムと、０．３重量％のタングステンと、０．
０７重量％のジルコニウムとを含有する、この特定の例を含んでいる。ＷＯ２００４／００８５９６Ａ２もまた、若干範囲を広く取った、１から３重量％のロジウムと、０．１から０．５重量％のタングステンと、０．０５から０．１重量％のジルコニウムとを有する、この特定の配合を開示している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
この発明は、１対の電極を有する点火装置に向けられており、これらの電極は、電極間の火花ギャップを定め、電極の少なくとも一方は、イリジウムと、ロジウムと、タングステンと、ジルコニウムとの合金から形成される発火先端部を含み、タングステンの量を０．３重量％に保ち、かつ、ロジウムの量を約２重量％に低減したとき、ジルコニウムを０．０５重量％未満、好ましくは約０．０２重量％に保つ。発明者らは、ジルコニウムを０．０２重量％に減少させるとともに、ロジウムの含有量を２重量％に減少させると、意外なことに、上記の先行する出願で開示された特定の配合に比べて、全体的に良好な結果が生じることを発見した。これらの予期せぬ結果には、その合金を小径（たとえば、０．７ｍｍ）の電極ワイヤに形成するときの加工性が向上した点、および点火プラグの動作性能が先行する特定の配合と同じく良好またはそれよりわずかに優れている点が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
この発明のある好ましい例証的な実施例を、以下に、添付の図面と関連して説明する。同じ名称は同じ要素を表す。
【０００８】
好適な実施例の説明
図１を参照して、金属のケーシングまたはハウジング１２と、ハウジング内に固定される絶縁体１４と、中心電極１６と、接地電極１８と、それぞれ中心電極１６および接地電極１８上に、互いに対向して配置される１対の発火先端部２０、２２とを含む点火プラグ１０の動作端部を示す。ハウジング１２は、従来の態様で構成してもよく、かつ、環状下端２６に沿った標準的なねじ山２４を含んでいてもよく、環状下端には、接地電極１８が溶接または装着される。同様に、点火プラグ１０のその他のすべての構成要素（図示されていないものも含む）は、周知の技術および材料を用いて構成してもよく、ただし、当然ながら、接地電極および／または中心電極１６、１８は、以下に記載するように、発火先端部２０および／または２２を有して構成されるという点を除く。
【０００９】
認識されるように、ハウジング１２の環状端部２６は、絶縁体１４が貫通して突出する開口部２８を定める。中心電極１６は、ガラスシールによって、またはその他の適切な技法を用いて、絶縁体１４内に恒久的に取付けられる。中心電極は、露出した軸方向の端部３０を通って、絶縁体１４の外に延在する。接地電極１８は、一方の端部３２でハウジング１２に機械的および電気的に装着され、かつ、他方の端部３４で対向する中心電極１６を終端させる、従来からある９０°の屈曲部の形態にある。この自由端部３４は、接地電極１８の発火端部を含み、この発火端部は、中心電極１６の対応する発火端部とともに、接地電極と中心電極との間の火花ギャップ３６を定める。
【００１０】
発火先端部２０、２２は各々、それぞれの電極１６、１８の発火端部に配置されるので、これらの発火先端部は、火花ギャップ３６全体における電子の放出および受取のための点火面を設ける。これらの発火端部は、発火先端部を図解するために断面図で示しており、この実施例では、発火端部は、発火端部上の位置に溶接されるパッドを含む。図示のとおり、発火先端部２０、２２は、各々の電極上の部分的な凹みに溶接できる。任意で、パッドの一方または両方を、対応付けられた電極上で完全に引っ込められるようにしてもよいし、または全く引っ込めずに電極の外面に溶接してもよい。
【００１１】
各々の発火先端部は、イリジウムと、ロジウムと、タングステンと、ジルコニウムとを含有する合金から形成される。好ましくは、この合金は、イリジウムと、１から３重量％のロジウムと、０．１から０．５重量％のタングステンと、０から０．５重量％のジルコニウムとの組合せから形成され、その他のものは少量しか含まれない。「少量」とは、不特定の卑金属およびＰＧＭ（白金族金属）不純物を組み合わせた最大量２０００ｐｐｍを意味する。好ましくは、ジルコニウムの量は０．０１重量％以上（すなわち、０．０１から０．０５重量％）に保たれ、より好ましくは、０．０１から０．０４重量％の範囲内に保たれ、ジルコニウムのこれら２つの範囲のいずれかにある場合は、好ましくは、ロジウムは１．５から２．５重量％の範囲内にあり、タングステンは０．２５から０．３５重量％の範囲内にある。極めて好ましい実施例では、この合金は、約２．０重量％のロジウムと、約０．３重量％のタングステンと、約０．０２重量％のジルコニウムと、残部のイリジウムとから形成され、その他のものは微量しか含まれない。この合金は、所望の量のイリジウム、ロジウム、タングステンおよびジルコニウムをともに溶解させるなど、既知の処理によって形成してもよい。溶解の後、当業者には既知のように、合金を微粒化処理によって粉末状に変化させることができる。粉末化した合金を、必要に応じて用いられている二次成形作業によって、等方圧プレスして固形にし、所望の最終形態を得るようにしてもよい。これらのステップを実施するための技法および手順は、当業者には既知である。
【００１２】
電極はこの合金から直接作ってもよいが、好ましくは、電極をより従来的な導電性材料から別途に形成し、この合金を後に電極に装着するための発火先端部に形成する。発火先端部および電極の両方を形成すると、そこで発火先端部を、レーザ溶接、レーザ接合またはその他の適切な手段などの冶金的な接着によって、それらの対応付けられた電極に、機械的かつ電気的に、恒久的に装着する。この結果、電極は各々、電極のための露出した点火面を設ける一体型の発火先端部を有することになる。レーザ溶接は、当業者にとっては周知である多数の技法のいずれに従っても実施できる。レーザ接合には、レーザ光を用いて電極の材料を溶解させ、その材料が発火先端部の凹みまたはその他の表面の特徴部分に流れ込み得るようにし、その後電極において発火先端部を凝固させ、かつ、所定の位置に固定させることによって、電極と発火先端部との機械的な連結を成すことを含む。このレーザ接合の技法は、欧州特許庁の刊行物ＥＰ１２８６４４２Ａ１により詳細に記載されており、その完全な開示は、引用によってここに援用される。
【００１３】
認識されるであろうが、発火先端部２０、２２は、パッドである必要はなく、リベット４０（図２に図示）、ワイヤ４２（図３に図示）、ボール（図示せず）の形態またはその他任意の適切な形状を取ることができる。図２に先端部が丸いリベットを示しているが、円錐形または截頭円錐形の頭部を有するリベットも使用可能である。図３に示すように、発火先端部は、上述のレーザ接合技法を用いて電極に発火先端部を連結できるようにするための溝４４など、１つまたは複数の表面の特徴部分を含んでいてもよいが、必要というわけではない。これらのさまざまなタイプの発火先端部の構造および取付は、当業者には既知である。さらに、中心電極および接地電極の両方の発火端部は、イリジウム／ロジウム／タングステン／ジルコニウム合金から形成される発火先端部を有して示しているが、この合金は、電極の一方のみに使用してもよいことが認識されるであろう。他方の電極は、発火先端部なしで使用してもよいし、別の貴金属または貴金属合金から形成される発火先端部を含んでいてもよい。たとえば、一実施例では、中心電極の発火先端部２０は、イリジウム／ロジウム／タングステン／ジルコニウム合金から形成してもよく、接地電極の発火先端部２０は、プラチナまたはプラチナ合金から形成してもよい。
【００１４】
発明者らが先行して公開した出願ＷＯ２００４／００７７８２Ａ１およびＷＯ２００４／００８５９６Ａ２で論じているように、イリジウムと、ロジウムと、タングステンと、ジルコニウムとの組合せによって、火花および酸化消耗の両方に優れた抵抗を示す合金が
もたらされることが判明しており、これらの公開された出願に開示されている合金によって、比較的少量のロジウムを用いてこれらの利点を維持することが可能である。この発明では、発明者らは、これらの公開された出願で開示されている特定の配合から、ロジウムの量を減少させているが、この変更によって、通常、点火プラグの用途では性能が低下すると予想されるであろう。しかしながら、試験の結果は、予想外に、本明細書で開示している同量のタングステン、ただし２重量％のロジウムおよび０．０２重量％のジルコニウムとを用いた合金の例では、先行の配合と同じく良好またはそれよりわずかに優れた点火プラグ電極性能を示し、その一方で、その金属を細ワイヤの点火プラグ電極に形成するために用いられる金属成形作業の間、合金の断裂および亀裂は減少した。このように、この発明は、火花および酸化消耗の両方に対して、少なくとも良好な抵抗を示し、その一方で、点火プラグ電極に絞り成形、および／または形作る際の加工性を向上させる。
【００１５】
よって、この発明に従って、本明細書に記載した目的および利点を実現する点火装置およびその製造方法が提供されたことは明らかであろう。当然ながら、上記の説明は、この発明の好ましい例証的な実施例に関するものであり、この発明は、特定の示された実施例に限定されないことが理解されるであろう。当業者にとっては、さまざまな変更および変形が明らかになるであろう。たとえば、点火プラグの形態の点火装置について説明したが、この発明は、中心電極と環状接地電極との間に配置される半導体材料の表面全体にわたって火花が生じるタイプのイグナイターに組込むことができると認識されるであろう。このような変更および変形はすべて、この発明の範囲内にあると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の好ましい実施例に従って構成された点火プラグの断片図および部分的な断面図である。
【図２】図１の点火プラグで使用される発火先端部のパッドの代わりに使用可能なリベットの側面図である。
【図３】図１に示す発火先端部パッドの代わりに使用可能なワイヤを示す図である。
【図１】
2008507813.tif 000002
【図２】
2008507813.tif 000003
【図３】
2008507813.tif 000004
【国際調査報告】
2008507813.tif 000005
2008507813.tif 000006