(57)【要約】【課題】点火プラグの、周面にわたって少なくとも１つの接地電極と協働する中心電極を、高い耐火花浸食性および／または耐酸化性を備えて製造することができるようにする。【解決手段】保護層２０を形成するための合金をスラリの形でベースボディ１１に塗布し、再溶融プロセス後にベースボディ１１に結合するようにした。【選択図】図１
2005317531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−ほぼ円筒状のベースボディ（１１）を製作し；
−ルテニウムベースで製造された合金から成る局所的な保護層（２０）をベースボディ（１１）に被着して、点火プラグの中心電極を製作するための方法において、
保護層（２０）を形成するための合金をスラリの形でベースボディ（１１）に塗布し、再溶融プロセス後にベースボディ（１１）に結合することを特徴とする、点火プラグの中心電極を製作するための方法。
【請求項２】
合金が、ニッケル、アルミニウムおよび／またはクロムを含有している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
合金のニッケル割合が、約３０体積％〜４０体積％であり、合金のアルミニウムおよびクロムの割合が、約１０体積％〜３０体積％である、請求項２記載の方法。
【請求項４】
スラリが、有利には５体積％〜９体積％の間の割合を有するバインダと、有利には３１体積％〜４５体積％の間の割合を有する溶剤と、有利には５０体積％〜６０体積％の間の割合を有する合金とから成っている、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】
バインダが、エチルセルロースを含有している、請求項４記載の方法。
【請求項６】
溶剤が、ベンジルアルコールおよび／またはエタノールを含有している、請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
スラリをベースボディ（１１）の環状溝（１３）内に供給する、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】
スラリを、有利には１．１ｍｍ〜１．３ｍｍの間の内径を備えた塗布ニードルを有する、有利には空気圧制御されるマイクロ調量機器（１５）によって塗布する、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】
再溶融プロセスをレーザ（１９）によって行い、この場合、有利には、合金とベースボディの材料との混合度を３５％によって調整する、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】
ベースボディを再溶融プロセスの間に少なくとも２回ベースボディの軸線を中心として回転させる、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ほぼ円筒状のベースボディを製作し、ルテニウムベースで製造された合金から成る局所的な保護層をベースボディに被着して、点火プラグの中心電極を製作するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
点火プラグの電極は、組付け位置で内燃機関の燃焼室内に露出していて、この場合、火花浸食、酸化および腐食ひいては激しい摩耗にさらされている。点火プラグの運転中に生ぜしめられる放電によって電極に伝達されるエネルギに関連して、電極の材料が溶融され、蒸発させられかつ／または酸化される。
【０００３】
点火プラグの寿命を延長するためには、構造的な手段だけでなく、材料技術的な手段も講じられ得る。点火プラグ電極を製造するためには、一般的に、高い融点および高い沸点を有する材料が使用される。この場合、材料選択は、点火プラグの運転中に生ぜしめられる後放電のアーク割合が、火花浸食に対して一層有利なグロー放電のために減じられるように行われる。特に点火プラグ電極のためには、僅かな酸化傾向、僅かな腐食傾向および／または火花浸食作用に対する高い耐摩耗性を有する材料が使用される。
【０００４】
特にニッケルベースの材料は、点火プラグの電極を製造するための十分に普及した材料を成している。特に長寿命の点火プラグ電極を製作するためには、白金ベースの材料が使用されてもよいし、イリジウムベースの材料が使用されてもよい。また、ニッケルベースで製造された材料から成るベースボディと、白金から成る局所的な強化部とから成る中心電極を備えた点火プラグを製作することが知られている。しかし、電極材料としての白金の使用によって、点火プラグが極めて高価となる。
【０００５】
ヨーロッパ特許出願公開第０６６０４７５号明細書に基づき、点火プラグが公知である。この公知の点火プラグは接地電極と中心電極とを有している。この中心電極はベースボディと、ルテニウム／アルミニウム合金から成るインサートもしくは付設部とから成っている。中心電極を製作するためには、まず、ベースボディが成形され、次いで、このベースボディの、接地電極に面した端面に、局所的な保護層を成すインサートが被着される。
【０００６】
しかし、ヨーロッパ特許出願公開第０６６０４７５号明細書に基づき公知のインサートは、周面にわたって複数の接地電極と協働する中心電極を有する、いわゆる「沿面放電プラグ」として形成された点火プラグには使用することができない。
【特許文献１】ヨーロッパ特許出願公開第０６６０４７５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、点火プラグの中心電極を製作するための方法を改良して、点火プラグの、周面にわたって少なくとも１つの接地電極と協働する中心電極を、高い耐火花浸食性および／または耐酸化性を備えて製造することができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために本発明の方法では、保護層を形成するための合金をスラリの形でベースボディに塗布し、再溶融プロセス後にベースボディに結合するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による方法は、中心電極が任意の箇所、すなわち、その周面に耐摩耗性の、すなわち、耐火花浸食性のかつ耐酸化性の保護層を備えることができるという利点を有している。この保護層はその脆弱性の性質に基づき変形加工技術的な形状付与を行うことができない。保護層は、特に局所的に放電作用の領域で、ほぼ円筒状のベースボディに被着される。
【００１０】
本発明により製作された中心電極は、特に周面にわたって少なくとも１つの接地電極と協働する中心電極である。この場合、スラリは、有利には、ベースボディの周面に塗布される。たとえば、この事例では、いわゆる「沿面放電プラグ」の中心電極が考慮される。
【００１１】
本発明による方法によれば、確かに、白金で強化された中心電極よりも僅かであるものの、たとえばニッケルベースの合金から製作されたベースボディよりも高い耐摩耗性を備えた点火プラグの中心電極が製作可能である。さらに、本発明により製作された中心電極では、白金強化部を備えた中心電極に比べて著しいコスト利点が得られる。
【００１２】
本発明による方法では、保護層を製作するために僅かな量の合金しか必要とならないので、保護層のためには、いまや僅かな材料コストしか生ぜしめられない。
【００１３】
本発明による方法の有利な実施態様では、ルテニウムのほかに、元素：ニッケル、アルミニウムおよび／またはクロムを含有した合金が使用される。この場合、この合金のニッケル割合は、有利には約３０体積％〜４０体積％であり、合金のアルミニウムおよびクロムの割合は、約１０体積％〜３０体積％である。したがって、各合金元素：ニッケル、アルミニウムおよびクロムの割合に関連して、各使用事例のために、十分に高い融点を生ぜしめることができる。この融点は中心電極の高い耐摩耗性を保証している。さらに、合金のアルミニウム・クロム割合は、酸化性の雰囲気が形成されかつ中心電極が運転中に露出している内燃機関の燃焼室内で、安定的なかつ迅速に増加する酸化アルミニウム・酸化クロム層が中心電極に形成されることを保証している。この層は中心電極の激しい酸化を阻止する。熱衝撃または放電に基づく酸化物層の剥離の事例でも、この酸化物層は後成長するので、電極材料を保護する作用は存在し続ける。しかし、この事例では、ベースボディを製作するために、酸化物層を後供給するための十分な量のアルミニウムおよびクロムを含有した材料を使用することが有利である。
【００１４】
有利には、点火プラグの運転中に行われる放電作用の領域でしかベースボディに塗布されないスラリが、本発明による方法の有利な実施態様では、有利には５体積％〜９体積％の間の割合を有するバインダと、有利には３１体積％〜４５体積％の間の割合を有する溶剤と、有利には５０体積％〜６０体積％の間の割合を有する合金とから成っている。スラリの組成に関連して、合金の種々異なる層厚さを良好な品質で実現することができる。
【００１５】
スラリのバインダとして、たとえばエチルセルロースを使用することができる。このエチルセルロースは、再溶融プロセス時に簡単に蒸発することができる。
【００１６】
スラリの溶剤として、特に有機的な溶剤が適している。この溶剤は、たとえばベンジルアルコールとエタノールとから成る混合液を成していてよい。溶剤の成分の、選択された混合比は、有利には、保護層の、製作したい層厚さに関連している。したがって、エタノールは、たとえばベンジルアルコールよりも低い沸点を有している。したがって、溶剤を除去するために多くの時間を必要とする、より大きな層厚さの製作時には、より高いベンジルアルコール割合を有する溶剤混合液が選択される。過度に高いエタノール割合は、迅速な蒸発プロセスに基づき、保護層におけるキャビティ形成を生ぜしめる恐れがある。
【００１７】
中心電極を簡単に、ほぼ円筒状の周面を備えて製作することができるようにするために、スラリが、ベース電極の環状溝内に供給されると有利である。
【００１８】
スラリを中心電極に塗布するためには、有利には空気圧制御されるマイクロ調量機器が特に適している。このマイクロ調量機器は、有利には１．１ｍｍ〜１．３ｍｍの内径を備えた塗布ニードルを有していて、約２ｂａｒ〜３ｂａｒの空気圧で負荷されている。塗布ニードルの内径と、空気圧とは、スラリの粘度と、スラリを製作するために使用される合金パウダの粒度とに関連して選択することができる。合金の平均的な粒度は、たとえば２２μｍである。マイクロ調量機器は、蓄え容器と、たとえばポリエチレンから成る、有利には円錐形の塗布ニードルとを備えた標準実験室機器であってよい。
【００１９】
再溶融プロセスを実施するためには、有利には、レーザが使用される。このレーザは、ダイオードレーザとして形成されていてもよいし、ＹＡＧレーザとして形成されていてもよい。この場合、高い耐摩耗性を達成するためには、合金とベースボディの材料との混合度が最大３５％に調整される。より高い混合度は、保護層なしの中心電極に比べて、耐摩耗性の低減すら生ぜしめる恐れがある。混合度はレーザ再溶融プロセスのプロセスガイドに関連している。再溶融プロセスを最適化するためには、たとえばレーザの出力と、レーザをベースボディの周面の周りに１回転させるための時間と、回転の回数とが変えられ得る。また、混合の度合いはベースボディの熱容量にも関連している。さらに、この熱容量は、ベースボディのジオメトリもしくは寸法と、レーザによって放出される放射線に対する、スラリのために使用される合金パウダの吸収能とに関連している。
【００２０】
主として、再溶融プロセスの開始点もしくは終了点を特徴付ける箇所を有していない均一に再溶融された保護層を製造するためには、ベースボディに被着された材料が連続して２回再溶融されると有利である。このことは、特に定置のレーザビームにおいて、ベースボディが再溶融プロセスの間にその固有の軸線を中心として２回回転させられることによって実現することができる。
【００２１】
本発明による対象の別の利点および有利な実施態様は、発明を実施するための最良の形態、図面の簡単な説明および特許請求の範囲から知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２３】
図１には、ともかく慣用の形式で形成された、自動車内燃機関のエンジンブロックに組み付けるための沿面放電プラグの、製作の間の中心電極１０が示してある。
【００２４】
この中心電極１０は、ＮｉＡｌＳｉＹ合金から成るほぼ円筒状のベースボディ１１を有している。このベースボディ１１はその熱伝導率の向上のために銅芯１２を有している。ベースボディ１１は、周面に形成された溝１３を備えて製造され、その後、回転工具に据え付けられる。
【００２５】
次いで、溝１３が、スラリのための蓄え容器１６と、１．１９ｍｍの内径を備えた、ポリエチレンから製造された円錐形のニードル１７とを有するマイクロ調量機器１５によってスラリで充填される。このスラリは、５体積％のエチルセルロースと、ベンジルアルコールおよびエタノールから形成された４５体積％の溶剤と、５０体積％の合金とから成っている。この合金はルテニウムベースで製造されていて、５０体積％のルテニウムと、３０体積％のニッケルと、２０体積％のクロムおよびアルミニウムとを有している。マイクロ調量機器１５は時間・空気圧制御されている。溝１３の充填の間、ベースボディ１１が矢印Ｘにより回転させられる。
【００２６】
次いで、溝１３内に供給されたスラリが室温で乾燥させられ、これによって、溶剤が除去され、合金と結合剤とから成るプレコーティング層１８が形成される。
【００２７】
乾燥後、ダイオードレーザ１９によってレーザ再溶融プロセスが行われ、これによって、溝１３内に金属間層２０が形成される。この金属間層２０はスラリの合金とベースボディ１１の材料とから成っている。この場合、スラリの合金とベースボディ１１の材料との混合は最大３５％である。このことを達成するためには、ダイオードレーザ１９が、６００μｍのファイバ直径と、２００ｍｍの焦点距離と、８０ｒｐｍの回転数と、−１０ｍｍの焦点位置とを有しているように調整されている。レーザの出力は最大８００ワットに調整される。
【００２８】
スラリのバインダが蒸発させられる再溶融プロセスの間、ベースボディ１１はその軸線を中心として２回回転させられる。
【００２９】
最後に、中心電極１０が、点火プラグの運転中に生ぜしめられる放電作用の箇所に環状のコーティング層もしくは保護層を備えている。したがって、点火プラグの寿命延長を最大５０％だけ達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】沿面放電プラグとして形成された点火プラグの、製造時の中心電極を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  中心電極、  １１  ベースボディ、  １２  銅芯、  １３  溝、  １５  マイクロ調量機器、  １６  蓄え容器、  １７  ニードル、  １８  プレコーティング層、  １９  ダイオードレーザ、  ２０  金属間層
【図１】
2005317531.tif 000003