(57)【要約】  プラチナ、イリジウム、ロジウム、ルテニウムの少なくとも１つから選ばれる少なくとも３重量％の貴金属元素が添加されたＡｕＰｄ合金からなる電極のスパークチップを有するスパーク点火装置が提供される。金は、パラジウムの酸化を抑制し、追加の元素は、スパークチップに高温、高強度の機械的特性と、使用中に燃焼成分との合金化への耐性をもたらす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に環状のセラミック絶縁体と、
前記セラミック絶縁体の少なくとも一部を囲む金属シェルと、
前記シェルに動作可能に取付けられた接地電極と、
中央電極とを備え、前記中央電極と前記接地電極とでスパークギャップを設け、
前記接地電極と前記中央電極との少なくとも１つは、プラチナ、イリジウム、ロジウムおよびルテニウムからなるグループより選ばれる少なくとも１つの貴金属元素が少なくとも３重量％加えられたＡｕＰｄ合金からなるスパークチップを有している、スパーク点火装置。
【請求項２】
前記Ａｕは、前記接地電極の前記スパークチップまたは前記中央電極の前記スパークチップの少なくとも一方の、少なくとも１０重量％を構成する、請求項１に記載のスパーク点火装置。
【請求項３】
前記ＡｕＰｄ合金は、前記スパークチップの少なくとも４０重量％を構成する、請求項２に記載のスパーク点火装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの貴金属は、前記接地電極の前記スパークチップと前記中央電極のスパークチップの少なくとも一方の残部を構成するプラチナとして供給される、請求項３に記載のスパーク点火装置。
【請求項５】
Ａｕが、前記接地電極の前記スパークチップと前記中央電極の前記スパークチップの少なくとも一方の、少なくとも３０重量％を構成する、請求項３に記載のスパーク点火装置。
【請求項６】
Ａｕが、前記接地電極の前記スパークチップと前記中央電極の前記スパークチップの少なくとも一方の、少なくとも４０重量％を構成する、請求項５に記載のスパーク点火装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの貴金属は、前記スパークチップの残部を構成するプラチナとして供給される、請求項５に記載のスパーク点火装置。
【請求項８】
前記ＡｕＰｄ合金および前記少なくとも１つの貴金属元素は、非貴金属により希釈される、請求項１に記載のスパーク点火装置。
【請求項９】
前記非貴金属は、少なくとも一部がＮｉとして供給される、請求項８に記載のスパーク点火装置。
【請求項１０】
前記スパークチップは、さらに１−４重量％のＷを含む、請求項１に記載のスパーク点火装置。
【請求項１１】
前記スパークチップは、さらにＺｒ，Ｙ，Ｌａ，ＨｆおよびＴａからなるグループより選ばれる少なくとも１つの元素を含む、請求項１に記載のスパーク点火装置。
【請求項１２】
スパーク点火装置用のスパークチップであり、
プラチナ、イリジウム、ロジウムおよびルテニウムからなるグループより選ばれる少なくとも１つの貴金属元素が少なくとも３重量％加えられたＡｕＰｄ合金を有する、スパークチップ。
【請求項１３】
前記Ａｕは、前記スパークチップの少なくとも１０重量％を構成する、請求項１２に記載のスパークチップ。
【請求項１４】
前記ＡｕＰｄ合金は、前記スパークチップの少なくとも５０重量％を構成する、請求項１３のスパークチップ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの貴金属は、前記スパークチップの残部を構成するプラチナとして供給される、請求項１４に記載のスパークチップ。
【請求項１６】
Ａｕが、前記スパークチップの少なくとも３０重量％を構成する、請求項１４に記載のスパークチップ。
【請求項１７】
Ａｕが、前記スパークチップの少なくとも５０重量％を構成する、請求項１６に記載のスパークチップ。
【請求項１８】
前記Ｐｄは、前記スパークチップの少なくとも３０重量％を構成し、前記少なくとも１つの貴金属は、前記スパークチップの残部を構成するプラチナとして供給される、請求項１７に記載のスパークチップ。
【請求項１９】
前記ＡｕＰｄ合金および前記少なくとも１つの貴金属元素は、非貴金属により希釈される、請求項１２に記載のスパークチップ。
【請求項２０】
前記非貴金属は、少なくとも一部がＮｉとして供給される、請求項１９に記載のスパークチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、２００８年５月１９日に出願された米国仮出願番号６１／０５４，２１５の利益を要求し、ここにその全てが参照により引用される。
【０００２】
１．技術分野
この発明は概して内燃機関用のスパークプラグなどに用いられるスパーク点火装置に関し、より特定的には、そのような装置の点火電極の点火表面を作るために用いられる合金に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
多様な貴金属合金が、スパークプラグ電極の点火表面に用いられる。その貴金属元素の中には他のものよりコストが安いものもあるが、コストの安い代案の合金を用いた場合に達成される特性に関しては、コストとトレードオフの関係にあることがしばしばある。たとえば、パラジウムは比較的コストの安い元素であるが、スパークプラグの点火表面の動作環境において酸化することがわかっている。たとえば、レニウム−パラジウム合金やプラチナ−パラジウム−イリジウム合金からなる点火表面に用いられるパラジウムは、使用中に酸化することが示されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パラジウムと金の合金は、スパークプラグ電極の動作環境下における、パラジウムの酸化を抑制する有利な効果を有することがわかっている。しかしながら既知のパラジウム−金合金（たとえばＡｕ４０Ｐｄ）は、最新の点火表面に拡張して利用される場合に、過度に軟らかく脆弱な機械的特性を有すると考えられている。さらにその既知のパラジウム−金合金材料は、動作環境中に存在するたとえば鉛などの燃焼成分と合金化する傾向にあり、そのことが当該材料を使用中に劣化させる原因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
本発明の一の局面によれば、スパークプラグなどのスパーク点火装置は、プラチナ、イリジウム、ロジウム、ルテニウムの少なくとも１つから選ばれる、少なくとも３重量％の貴金属元素が添加されたＡｕＰｄ合金からなる電極のスパークチップを有するように設置される。金は、パラジウムの酸化を抑制し、付加的な１以上の元素は、高温での機械特性や使用中の燃焼成分との合金化に対する耐性をもたらす。
【０００６】
本発明の他の局面によれば、Ａｕはスパークチップの少なくとも１０重量％を占める。
本発明の他の局面によれば、当該ＡｕＰｄ合金は、スパークチップの少なくとも４０重量％を占め、追加の貴金属元素がその差分を構成する。
【０００７】
本発明のさらに他の局面によれば、上記ＡｕＰｄとＰｔ，Ｉｒ，Ｒｈおよび／またはＲｕ合金は、たとえばＮｉ（最大約３０重量％）などの非貴金属で希釈されてもよく、仕事関数を減少するために、少量の添加されたＷ（１−４重量％）をさらに含み、粒子の安定化のために、０．０１−０．２重量％、Ｚｒ，Ｙ，Ｌａ、Ｈｆ，Ｔａのような１つ以上の活性元素を任意に少量だけ含む。
【０００８】
本発明の上記および他の局面、特徴および有利な効果は、次の現状の好ましい実施例や最良の形態の詳細な説明、添付されたクレームおよび図面により、さらに容易に理解されうるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に従い構成された、電極のスパークチップを有する点火装置の正面断面図である。
【図２】図１の丸で囲まれた領域２の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面をより詳細に参照して、図１は本発明の１つの好ましい局面に従い構成され、内燃機関において燃料と空気との混合物を点火する際に用いられるスパーク点火装置１０を示している。典型的なスパーク点火装置１０はスパークプラグの形態で図示されているが、たとえばグロープラグのような、クレームの範囲内に入りうる他の点火装置を意図する。装置１０は、既知の方法により、酸化アルミニウムや他の好適な電気的絶縁材料で製造された環状のセラミック絶縁体１２を含んでいる。絶縁体１２は、中央電極２０が内部に配置され、上方端部１６と下方ノーズまたはコア端部１８との間で長手方向に延在する中央通路１４を有している。中央電極２０は、以下、スパークチップ２１と称する点火表面を自由端に有している。導電性を有する金属シェル２２は、絶縁体１２の底部および中央部の領域を封止する態様で配置される。金属シェル２２は、たとえば様々な合金鋼のような任意の適切な金属からなっていてもよいし、ＺｎやＮｉをベースとする合金のコーティングなど既知の方法で被覆されてもよい。シェル２２は、少なくとも１つの接地電極２４を有しており、該電極は、たとえば図示するような標準的な単一のＬ字型の構造のようにあらゆる形状やサイズや構成をとり得る。接地電極２４は、以下スパークチップ２５と称する少なくとも１つの接地電極の点火表面を有しており、該点火表面は、中央電極２０のスパークチップ２１からスパークギャップ２６を横切るように間隔をあけて配置される。スパークチップ２１，２５のうち少なくとも１つは、プラチナ、イリジウム、ロジウム、ルテニウムの少なくとも１つを少なくとも３重量％添加したＡｕＰｄ合金から構成される。金はパラジウムの酸化を抑制し、添加元素は必要とされる高温での機械的特性や、使用中の燃焼成分との合金化に対する耐性もたらす。
【００１１】
導電性のターミナルスタッド２８は、該ターミナルスタッド２８の自由端である下端部３２が、該下端部３２と、中央電極２０の上端部３４との間に配置される抵抗層３０近傍に配置された状態で、絶縁体１２の中央通路１４の内部に配置される。導電性のガラスシール３６，３８が、それぞれスタッド２８および中央電極２０から抵抗層３０を分離する。この抵抗層３０は、電磁干渉（ＥＭＩ）を抑制するために使用されるあらゆる好適な組成で構成することができる。ターミナルスタッド２８、上部ガラスシール３６、抵抗層３０、下部ガラスシール３８および中央電極２０が電気経路を提供し、シェル２２および接地電極２４は、スパークギャップ２６を横切る方向に電気経路から離れた接地経路を提供する。
【００１２】
スパークチップ２１、２５のうち少なくとも１つはＡｕＰｄベースの合金で構成され、中央電極２０や接地電極２４はスパークチップ２１，２５を構成するために用いられる材料以外の材料で構成することができる。もし両方のスパークチップ２１，２５がＡｕＰｄベース合金からなるものであれば、それらは同じ組成のＡｕＰｄベース合金であってもよいし、異なる組成のＡｕＰｄベース合金であってもよい。図示されるように、スパークチップ２１，２５は、たとえば溶接により、中央電極２０や接地電極２４とそれぞれ導電性を有するように接続される。スパークチップ２１，２５の接合メカニズムはあらゆる好適な接合メカニズムを用いてなされてもよく、さらに、スパークチップ２１，２５の形状は、図示または記述されたもの以外に、必要に応じて、たとえば円板状、円柱状、リベット状、棒状、あるいはその他の形状であってもよい。
【００１３】
ＡｕＰｄベースの合金は、高温動作特性を向上し、仕上がったスパークチップの材料の機械的強度を、最新の点火表面への適用に好適なレベルに向上すると共に、ＡｕＰｄ成分が過剰に合金化されて、たとえば鉛などの一般的な燃焼成分の存在下における機能の低下を抑制するのに効果的な、少なくとも１つの貴金属と事前に合金化される。仕上がりのスパークチップの材料の機械的強度の向上や、余分な合金化の防止あるいは抑制に有効な１つの貴金属はプラチナ（Ｐｔ）である。５５重量％のＡｕ、４０重量％のＰｄ、５重量％のＰｔの合金、５０重量％のＡｕ、３０重量％のＰｄ、２０重量％のＰｔの合金、および５０重量％のＡｕ、４０重量％のＰｄ、１０重量％のＰｔの合金が、所望の機械的強度や使用中の合金化に対する耐性を提供しながら、スパークプラグ用の低価格のスパークチップとして有効であることが証明されている。一般的に、Ｐｔは３−５０重量％、５−２０重量％または５−１０重量％の範囲内で、約１．５：１の割合で合金化されるＡｕＰｄの合金に加えられ得るが、ここではＡｕＰｄの合金化における両者の比率が０．２５：１から２：１の範囲のものも意図されている。
【００１４】
本発明の更なる局面によれば、１以上の追加の貴金属がＡｕＰｄ合金に加えられてもよい、たとえばＩｒ，Ｒｈおよび／またはＲｕがＰｔと組み合わせられるか、Ｐｔの代わりに用いられてもよい。たとえば、４６重量％のＰｔ、３４重量％のＰｄ、１０重量％のＡｕおよび１０重量％のＩｒの合金が、スパークプラグのスパークチップ用に有効な合金であることが判明した。本発明のさらに他の局面によれば、これらの合金は、たとえばＮｉのような非貴金属で希釈されてもよく、仕事関数を下げるために少量（１−４重量％）のＷを含むものであってもよい。さらにまたは選択的に、これらの合金は、合金のための粒子の安定化剤として、さらに１つあるいはそれ以上の０．０１−０．２重量％の少量の活性元素、たとえばＺｒ，Ｙ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔａをと合金化されたものであってもよい。
【００１５】
本発明のさらに他の局面によれば、スパークチップ２１，２５は、Ａｕの含有量が１０重量％を超えており、Ｐｄの含有量が５重量％を超えており、Ｐｔ，Ｉｒ，ＲｈまたはＲｕのうち少なくとも１つと組み合わせられたＡｕＰｄベース合金からなるものであってもよい。この材料は、さらに上記のような少量のＷと合金化されてもよく、選択的に上記の１つあるいはそれ以上の活性元素と合金化されてもよい。
【００１６】
明らかに、上記の記述に照らして本発明の多くの改善や変形が可能である。それゆえ、添付のクレームの範囲内で、本発明は明記された内容と異なる態様でも実施されうる。したがって、本発明は究極的には許可されるクレームの範囲で規定され、上記の例示的な実施例のみでは規定されない。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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