(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング;
前記ハウジング内に固定され且つ前記ハウジングの開口部にさらされた軸方向端部を有する絶縁体;
前記絶縁体に取り付けられ且つ前記絶縁体から前記軸方向端部を通って伸びている中心電極; 及び
前記ハウジングに取り付けられ且つ前記中心電極に対向して位置した点火端部で終わり、その間に火花ギャップを画成している接地電極;
を含む内燃機関のための点火装置であって、
前記電極の少なくとも一方がイリジウム、ロジウム、タングステン、及びジルコニウムを含有する合金から形成された点火先端部を含むこと、
前記合金が、イリジウムを主成分とし、1-3 wt%のロジウム、0.1-0.5 wt%のタングステン、及び0.1 wt%以下のジルコニウムとの組み合わせから形成されていること
を特徴とする、前記点火装置。
【請求項２】
前記合金が、イリジウムと、1-3 wt%のロジウム、0.1-0.5 wt%のタングステン、及び0.05-0.1 wt%のジルコニウムとの組み合わせから形成されている、請求項1記載の点火装置。
【請求項３】
前記合金が、イリジウムと、約2.5 wt%のロジウム、約0.3 wt%のタングステン、及び約0.07 wt%のジルコニウムとの組み合わせから形成されている、請求項1記載の点火装置。
【請求項４】
前記点火先端部が、前記火花ギャップで前記中心電極に冶金学的に結合されている、請求項1記載の点火装置。
【請求項５】
前記点火先端部が、前記中心電極にワイヤレーザ結合した部分を含んでいる、請求項4記載の点火装置。
【請求項６】
前記接地電極の前記点火端部が、前記中心電極の点火先端部に対向して位置した点火先端部を含んでいる、請求項4記載の点火装置。
【請求項７】
前記接地電極上の前記点火先端部が、プラチナ又はプラチナ合金を含んでいる、請求項6記載の点火装置。
【請求項８】
前記中心電極上の前記点火先端部が、イリジウムと、1-3 wt%のロジウム、0.1-0.5 wt%のタングステン、及び0.05-0.1 wt%のジルコニウムとの組み合わせから形成される、請求項７記載の点火装置。
【請求項９】
前記中心電極上の前記点火先端部が、イリジウムと、約2.5 wt%のロジウム、約0.3 wt%のタングステン、及び約0.07 wt%のジルコニウムとの組み合わせから形成されている、請求項７記載の点火装置。
【請求項１０】
前記点火装置が、スパークプラグを備えている、請求項1記載の点火装置。
【請求項１１】
前記点火先端部が、本質的にイリジウム、ロジウム、タングステン、及びジルコニウムからなる、請求項1記載の点火装置。
【請求項１２】
双方の前記電極が、本質的にイリジウム、ロジウム、タングステン、及びジルコニウムからなる点火先端部を含んでいる、請求項11記載の点火装置。
【請求項１３】
前記点火先端部が、イリジウムと、1-3 wt%のロジウム、0.1-0.5 wt%のタングステン、及び0.05-0.1 wt%のジルコニウムとの組合わせから形成される合金からつくられている、請求項11記載の点火装置。
【請求項１４】
前記点火先端部が、イリジウムと、約2.5 wt%のロジウム、約0.3 wt%のタングステン、及び約0.07 wt%のジルコニウムとの組合わせから形成される合金からつくられている、請求項11記載の点火装置。
【請求項１５】
ハウジング、第二電極、及び2つの電極を支持し電気的に分離するためにハウジング内に取り付けられた絶縁体を有する点火装置のための電極を製造する方法であって、
(a) 点火先端部を、イリジウム、ロジウム、タングステン、及びジルコニウムを含有し、イリジウムを主成分とし、1-3 wt%のロジウム、0.1-0.5 wt%のタングステン、及び0.1 wt%以下のジルコニウムとの組み合わせから形成されている合金から形成するステップ、
(b) 前記合金以外の導電材料から電極を形成するステップ、及び
(c) 前記電極の端部分に前記点火先端部を取り付け、それにより前記電極にさらされた点火表面を与える欠くことのできない点火先端部を有する前記電極を設けるステップ
を含む、前記方法。
【請求項１６】
ステップ(a)が、イリジウムと、1-3 wt%のロジウム、0.1-0.5 wt%のタングステン、及び0.05-0.1 wt%のジルコニウムとの組み合わせからつくられた合金から前記点火先端部を形成することを更に含む、請求項15記載の方法。
【請求項１７】
ステップ(a)が、イリジウムと、約2.5 wt%のロジウム、約0.3 wt%のタングステン、及び約0.07 wt%のジルコニウムとの組合わせからつくられた合金から前記点火先端部を形成することを更に含む、請求項15記載の方法。
【請求項１８】
ステップ(a)が、パッド、リベット、ボール、又はワイヤとして前記点火先端部を形成することを更に含む、請求項15記載の方法。
【請求項１９】
ステップ(c)が、中心電極の端面に前記点火先端部をレーザ結合することを更に含む、請求項15記載の方法。
【請求項２０】
ステップ(c)が、接地電極の端部分に前記点火先端部を取り付けることを更に含む、請求項15記載の方法。
【請求項２１】
ハウジング;
前記ハウジング内に固定され且つ前記ハウジングの開口部にさらされた軸方向端部を有する絶縁体;
前記絶縁体に取り付けられ且つ前記絶縁体から前記軸方向端部を通って伸びている中心電極; 及び
前記ハウジングに取り付けられ且つ前記中心電極に対向して位置した点火端部で終わり、その間で火花ギャップを画成している接地電極;
を含む、内燃機関のための点火装置であって、
前記電極の少なくとも一方が、イリジウム、ロジウム、タングステン、及びジルコニウムを含有し、イリジウムを主成分とし、1-3 wt%のロジウム、0.1-0.5 wt%のタングステン、及び0.1 wt%以下のジルコニウムとの組み合わせから形成されている合金から形成された点火先端部を含むことを特徴とする、前記点火装置。
【請求項２２】
前記合金が、0.1-0.5 wt%のタングステンを含んでいる、請求項21記載の点火装置。
【請求項２３】
前記合金が、イリジウムと、約2.5 wt%のロジウム、約0.3 wt%のタングステン、及び約0.07 wt%のジルコニウムとの組合わせから形成されている、請求項21記載の点火装置。
【請求項２４】
前記点火先端部が、前記中心電極にレーザ結合されている、請求項21記載の点火装置。
【請求項２５】
前記接地電極が、プラチナ又はプラチナ合金から形成された点火先端部を含んでいる、請求項24記載の点火装置。
【請求項２６】
双方の前記電極が前記合金から形成された点火先端部を含んでいる、請求項21記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、内燃機関において用いられるスパークプラグや他の点火装置、更に詳細には、貴金属の点火先端部を有するその点火装置に関する。本明細書に用いられる“点火装置"という用語は、スパークプラグ、点火器、及びガス又は燃料の燃焼を開始するために用いられる他の装置を意味する。
【背景技術】
【０００２】
種々のイリジウム合金は、電極の点火表面の耐浸食性を高めるためにスパークプラグの電極における使用に提案されてきた。イリジウムは、融点が比較的高く、今日広く用いられる多くの金属より放電加工に抵抗する。イリジウムは、典型的には、火花ギャップの両側の中心電極と接地電極にレーザ接合或いは冶金学的に結合されるパッド又はリベットの形で用いられる。しかしながら、電極へのイリジウムの結合が難しいことや高い温度でのイリジウムの酸化的揮発を含むイリジウムの使用に対する欠点が既知である。本発明は、これらの2つの課題の後者に対処するものである。
イリジウムの酸化的消失を減少させる既知の方法は、ロジウムと組み合わせた合金の形でそれを利用することである。Osamuraらの米国特許第6,094,000号や公開された英国特許出願第2,302,367号には、ロジウムがl-60 wt%の範囲にある量で含むことができるような合金が開示されている。イットリア又は酸化ジルコニウムのような3A族元素や4A族元素も、耐消耗の減少を援助するために添加することができる。ロジウムを1%程度の量で用いるOsamuraらの教示にも関わらず、高い温度でのイリジウムの酸化的消失をできるだけ少なくするには非常に多量のロジウムが必要であることが分かった。これは、Osamuraらによって示されたテストデータで証明され、それらの特許には、ロジウム量が好ましくは少なくとも3%であることが述べられている。
Matsutaniらの米国特許第5,793,793号には、ロジウムの量が3-50重量％の範囲内に保たれ、最も好ましくは、少なくとも18%である同様の知見が報告されている。米国特許第5,998,913号には、Matsutaniは、高割合のロジウムを含むといういくつかの欠点を確認し、合金のロジウム量を減少させる努力として、レニウム又はルテニウムの追加を提唱している。この特許によれば、17 wt%までの量でレニウム及び/又はルテニウムを追加することにより、酸化的消耗に対する抵抗を良好に維持するために必要なロジウム量は、0.1 wt%程度まで低下させることができる。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、一対の電極がその間で火花ギャップを画成している点火装置であって、電極の少なくとも一方が、イリジウム、ロジウム、タングステン、及びジルコニウムの合金から形成された点火先端部を含んでいる、前記装置に関する。これらの構成元素の組み合わせは、良好な耐浸食性と火花電圧の低下の既知の利点が、イリジウムとロジウムだけを含有する合金において望ましいことがわかった割合より非常に低い割合のロジウムで得られることを可能にする。
本発明の例示的な好適実施態様は、添付の図面とともに以下に記載され、ここで同じ符号は同じ要素を意味する。
【０００４】
好適実施例の説明
図1を参照すると、金属ケーシング又はハウジング12を含むスパークプラグ10の作業端部、ハウジング内に固定された絶縁体14、中心電極16、接地電極18、中心電極と接地電極16、18上にそれぞれ相互に対向して位置した一対の点火先端部20、22が示されている。ハウジング12は、従来の方法で作製することができ、下の環状端部26とともに標準ネジ部24を含むことができ、それに接地電極18が溶接或いは装着されている。同様に、スパークプラグl0(図示されていないものを含む)の他の全ての成分は、既知の手法と材料を用いて作製することができるが、以下に記載されるように、点火先端部20及び/又は22と構成される接地電極及び/又は中心電極16、18)が除外されることは当然のことである。
既知のように、ハウジング12の環状端部26は、絶縁体14が突出している開口部28を画成している。中心電極16は、ガラスシールによって又は他の適切なあらゆる手法を用いて絶縁体l4内に永続的に取り付けられている。それは、絶縁体14からさらされた軸方向端部30を通って伸びている。接地電極18は、従来の90度エルボの形であり、一方の端部32でハウジング12に機械的電気的に取り付けられ、もう一方の端部34で中心電極16に対向して終わっている。この自由端部34は、接地電極18の点火端部を備えている。それは中心電極16の対応する点火端部とともに、その間で火花ギャップ36を画成している。
【０００５】
点火先端部20、22は、それらのそれぞれの電極16、18の点火端部に各々位置しているので、火花ギャップ36全体の電子の放出と収容のための火花表面を与える。これらの点火端部は点火先端部を示すために断面で図示されているが、本実施態様においては、点火端部上の定位置に溶接されたパッドを含んでいる。図示されるように、点火先端部20、22は、各々の電極上の部分的な凹部に溶接することができる。任意により、パッドの一方又は両方は、その付随した電極に完全にはめ込むことができ、全くはめ込まれずに電極の外面上に結合することもできる。
本発明によれば、各々の点火先端部は、イリジウム、ロジウム、タングステン、及びジルコニウムを含有する合金から形成される。好ましくは、合金は、イリジウムと1-3 wt%のロジウム、0.1-0.5重量％のタングステン、及び0.1-0.5 wt%のジルコニウムと微量を超えない他の何かとの組み合わせから形成される。“微量"とは、合わせた最大が2000ppmの指定されない卑金属及びPGM(白金族金属)の不純物を意味する。非常に好適な実施態様においては、合金は、約2.5 wt%のロジウム、約0.3 wt%のタングステン、約0.07 wt%のジルコニウム、及び残量のイリジウムと微量を超えない他の何かから形成される。合金は、既知の方法、例えば、所望量のイリジウム、ロジウム、タングステン及びジルコニウムを共に融解することによって形成することができる。融解後、合金は、当業者に既知であるように、微粒化法によって粉末形に変換することができる。次に、粉末状の合金を固体の状態にアイソタクチックプレスすることができ、二次成型動作は所望の最後の形を達成するために、必要に応じて用いられる。これらのステップを達成するための手法と手順は、当業者に既知である。
電極は合金から直接つくることができるが、好ましくは、より慣用の導電材料から別々に形成され、電極に取付けるために合金が点火先端部へ形成される。点火先端部と電極が形成されると、点火先端部がそれらの付随した電極に冶金学的結合、例えば、レーザ接合、レーザ結合又は他の適切な手段によって機械的且つ電気的に永続的に取り付けられる。これにより、電極が得られ、各々が電極にさらされた点火表面を与える欠くことのできない点火先端部を有する。レーザ接合は、当業者に周知の多くの手法のいずれによっても行われる。レーザ結合は、電極材料を融解させるためにレーザ光を用いることにより点火先端部に対して電極の機械的インターロックを形成することを含むので、点火先端部の凹部又は他の表面特徴部に流れ込むことができ、その後、電極が定位置に点火先端部を固体化させロックさせることを可能にする。このレーザ結合法は、欧州特許庁刊行の欧州特許第1,286 442 Al号に詳しく記載され、その完全な開示は本願明細書に含まれるものとする。
【０００６】
明らかなように、点火先端部20、22は、パッドである必要はなく、リベット40(図2に示されている)、ワイヤ42(図3に示されている)、ボール(図示せず)、又は他の適切な形をとることができる。回転端リベットが図2に示されているが、円錐又は円錐台形の頭部を有するリベットも用いることができる。図3に示されるように、点火先端部は、上記レーザ結合法を用いて電極にインターロックされることを可能にするように1種以上の表面特徴部、例えば、グルーブ44を必要としないが含むこともできる。これらのさまざまな種類の点火先端部の構成や取付けは、当業者に既知である。また、点火先端部がイリジウム/ロジウム/タングステン/ジルコニウム合金から形成された、中心電極と接地電極双方の点火端部が示されているが、合金が電極の一方だけに用いることができることはいうまでもない。もう一方の電極は、あらゆる点火先端部なしで利用することができ、他の貴金属又は貴金属合金から形成された点火先端部を含むこともできる。例えば、一実施態様においては、中心電極点火先端部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することができ、接地電極点火先端部20は、プラチナ又はプラチナ合金から形成することができる。
イリジウム、ロジウム、タングステン、及びジルコニウムの組み合わせは、スパークと酸化的消耗双方に対して良好な抵抗を示す合金を生じることがわかった。また、本発明は、これらの利点を比較的少量のロジウムを用いて維持することを可能にする。
従って、本願明細書に明記された目標と利点を達成する点火装置及び製法が本発明に従って提供されたことは明らかである。前述の説明が本発明の例示的な好適実施態様であり、本発明が個々の実施態様に限定されないことが理解されることは当然のことである。種々の変更や修正は、当業者に明らかである。例えば、スパークプラグの形の点火装置を示してきたが、本発明が中心電極と環状接地電極との間に配置された半導体表面全体に点火が生じるタイプの点火器に組み込むことができることはいうまでもない。全てのそのような変更と修正は、本発明の範囲内であることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の好適実施態様に従って構成されたスパークプラグの部分図と部分断面図である。
【図２】図1のスパークプラグに用いられる点火先端パッドの代わりに用いることができるリベットの側面図である。
【図３】図1に示される点火先端パッドの代わりに用いることができるワイヤを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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