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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einem an eine Elektrode angefügten Edelmetallchip, welche dazu ausgebildet ist, Funkenentladung durchzuführen.
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Herkömmlicherweise werden Zündkerzen zur Bereitstellung von Zündung in Verbrennungsmotoren verwendet. Solch eine Zündkerze umfasst im Allgemeinen eine metallische Hülse, die einen Isolator hält, in welchem eine Mittenelektrode in einem eingefügten Zustand bereitgestellt ist, sowie eine Masseelektrode, deren einer Endbereich an einen Vorderendbereich der metallischen Hülse angefügt ist, und deren anderer Endbereich gegenüber einem Vorderendbereich der Mittenelektrode angeordnet ist. Die Zündkerze umfasst weiterhin einen Edelmetallchip zum Vergrößern eines Widerstandes gegenüber Bogen-induzierter Erosion. Der Edelmetallchip ist entweder in einem Bereich der Mittenelektrode oder einem Bereich der Masseelektrode bereitgestellt, wobei die Bereiche einander gegenüber angeordnet sind.
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Iridium ist als ein Material für solch einen Edelmetallchip vorgeschlagen (siehe beispielsweise
JP 09-7733A und
JP 10-22053 ). Aufgrund einer zunehmenden Nachfrage nach Vergrößerung des Erosionswiderstandes von Zündkerzen in den letzten Jahren, wird Iridium, dessen Schmelzpunkt höher ist als der von herkömmlicherweise verwendetem Platin, als ein Material für Edelmetallchips verwendet, um so den Erosionswiderstand zu vergrößern. Im Allgemeinen wird solch ein Edelmetallchip in eine zylindrische Form gebildet und seine eine Endfläche (im folgenden auch als ”proximale Fläche” bezeichnet) ist an die Mittenelektrode oder die Masseelektrode angefügt, wobei seine andere Endfläche (im folgenden als ”Front-Ende-Fläche” bezeichnet) gegenüber der Mittenelektrode oder der Masseelektrode angeordnet ist (in dem Fall, wo an jede der Mittenelektrode und der Masseelektrode je ein Edelmetallchip angefügt ist, sind die Edelmetallchips einander gegenüber angeordnet), wodurch hierzwischen ein Funkenentladungsspalt gebildet ist.
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Die japanische Patentanmeldung
JP 2002-198158 A offenbart eine Zündkerze für Benzinmotoren, bei der eine Iridium-legierung mit einem anorganischen Material gesintert wird., und aus diesem Verbundmaterial die Elektrodenplättchen hergestellt werden. Der Elektrodenabstand beträgt 1,1 mm und der Durchmesser der Elektrodenplättchen beträgt 0,6 mm.
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Die japanische Patentanmeldung
JP 9-92432 A offenbart eine Zündkerze für Gasmotoren, bei der der Elektrodenabstand nur 0,3–0,5 mm und der Durchmesser der Elektrodenplättchen 1,0 mm beträgt.
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Iridium-enthaltende Edelmetallchips werden gewöhnlich gebildet durch die Schritte eines Mischens von Materialpulvern; eines Schmelzens des sich ergebenden gemischten Pulvers; eines Formens eines Rohlings von dem geschmolzenen Metall; eines Aussetzens des Rohlings einem Walzprozeß und einem Formprozeß, um so den Rohling in einen Stab zu formen; und eines Schneidens des Stabs in Stücke mit einer angemessenen Länge. Der Walzprozeß bewirkt, dass sich Kristallkörner solch eines Edelmetallchips in die axiale Richtung des Edelmetallchips erstrecken. Entsprechend nehmen die Kristallkörner die Form von Fasern mit einer größeren Länge entlang einer axialen Richtung des Edelmetallchips als entlang einer zu der axialen Richtung senkrechten Richtung an, wodurch ein ausgezeichneter Widerstand gegen Oxidationsverbrauch aufgewiesen wird.
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Jedoch neigt ein Edelmetallchip, weil die Kristallkörner des Edelmetallchips die Form von sich in der axialen Richtung erstreckenden Fasern aufweisen, dazu, in der axialen Richtung zu brechen oder abzuplatzen. Durch die Erfinder durchgeführte Studien haben gezeigt, dass ein Edelmetallchip, der Iridium in einer Menge von 70 Gew.-% oder mehr enthält, wenn dieser einer externen Kraft ausgesetzt wird, die externe Kraft nicht leicht durch Deformation absorbiert und zu einem Brechen oder Abplatzen neigt. Wenn solch ein Brechen oder Abplatzen eine Verringerung der Fläche der distalen Fläche (oder Front-Ende-Fläche) bewirkt, welche distale Fläche teilweise einen Funkenentladungsspalt des Edelmetallchips bildet, ist die Funkenentladung auf den verbleibenden Bereich der distalen Fläche konzentriert. Als ein Ergebnis wird die Bogen-induzierte Erosion des Edelmetallchips beschleunigt, und auf diese Weise neigt der Funkenentladungsspalt dazu, größer zu werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Probleme des Standes der Technik geleistet, und eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Zündkerze bereitzustellen, welche ein reduziertes Auftreten von Brechen oder Abplatzen eines zylindrischen Iridium-enthaltenden Edelmetallchips aufweist, um auf so seine Haltbarkeit zu vergrößern.
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Diese Aufgabe ist durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Die obige Aufgabe wurde, gemäß einem ersten Aspekt (1) der Erfindung durch Bereitstellen einer Zündkerze gelöst, welche eine Mittenelektrode; einen Isolator mit einer axialen Ausnehmung, und welcher die Mittenelektrode hält, wobei ein Vorderendbereich der Mittenelektrode von der axialen Ausnehmung herausragt; eine metallische Hülse, die den Isolator hierin hält; eine Masseelektrode mit einem an die metallische Hülse angefügten ersten Endbereich und einem gegenüber einem Vorderendbereich der Mittenelektrode angeordneten zweiten Endbereich; sowie einen zylindrischen Edelmetallchip mit einer an wenigstens entweder dem Vorderendbereich der Mittenelektrode oder dem zweiten Endbereich der Masseelektrode angefügten proximalen Fläche und einer gegenüber der proximalen Fläche angeordneten Front-Ende-Fläche umfasst. In der Zündkerze ist der Edelmetallchip aus Iridium oder einer Legierung, die Iridium in einer Menge von 70 Gew.-% oder mehr enthält, gefertigt; den Edelmetallchip bildende Kristallkörner, weisen entlang der axialen Richtung des Edelmetallchips eine größere Länge auf als entlang einer zu der axialen Richtung senkrechten Richtung; der Edelmetallchip weist einen Bereich mit einer abgetragenen Kante entlang eines Umfangsrandes der Front-Ende-Fläche des Edelmetallchips auf; eine Kantenabtragungs-Länge des Bereiches mit einer abgetragenen Kante von 0,01 mm oder mehr; und ein Verhältnis der Kantenabtragungs-Länge zu dem Radius des Edelmetallchips von kleiner als 0,3.
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In der erfindungsgemäßen Zündkerze ist der zylindrische Edelmetallchip entweder in einem Bereich der Mittenelektrode oder einem Bereich der Masseelektrode bereitgestellt, wobei die proximale Fläche an den Bereich angefügt ist, wobei die Mittenelektrode und die Masseelektrode einen Funkenentladungsspalt bilden und die Bereiche der Mittenelektrode und der Masseelektrode einander gegenüber angeordnet sind. Auch ist eine Umfangskante der Front-Ende-Fläche, gegenüber der proximalen Fläche, des Edelmetallchips abgetragen, um auf diese Weise einen Bereich mit einer abgetragenen Kante zu bilden. Da der Edelmetallchip aus lediglich Iridium oder einer Legierung, die Iridium in einer Menge von 70 Gew.-% oder mehr enthält, gebildet ist, absorbiert der Edelmetallchip nicht leicht, wenn er einer externen Kraft ausgesetzt ist, solch eine ausgeübte Kraft durch Deformation. Weiterhin neigt der Edelmetallchip, weil Kristallkörner, die den Edelmetallchip bilden, eine größere Länge entlang einer axialen Richtung des Edelmetallchips als entlang einer zu der axialen Richtung senkrechten Richtung aufweisen, zu Brechen oder Abplatzen in der axialen Richtung. Jedoch ist entsprechend der vorliegenden Erfindung die Umfangskante der Front-Ende-Fläche des zylindrischen Iridium-enthaltenden Edelmetallchips abgetragen, so dass ein Bereich mit einer abgetragenen Kante gebildet ist, um auf diese Weise eine auf einem Umfangsrandbereich der Front-Ende-Fläche ausgeübte externe Kraft zu verteilen und ein Konzentrieren der externen Kraft auf einen einzelnen Punkt zu vermeiden. Auf diese Weise kann das Auftreten von Brechen oder Abplatzen des Edelmetallchips unterdrückt werden. Daher kann Bogen-induzierte Erosion und Oxidations-induzierte Erosion des Edelmetallchips reduziert werden, wodurch die Haltbarkeit vergrößert wird. Angemerkt sei, dass die axiale Richtung des Edelmetallchips die Richtung einer durch die distale Fläche und die proximale Fläche des Edelmetallchips gehenden, und zu diesen Flächen allgemein senkrechten, geraden Linie ist.
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Wenn der Bereich mit einer abgetragenen Kante des Edelmetallchips so ist, dass die Kantenabtragungs-Länge geringer ist als 0,01 mm, wird die oben erwähnte Wirkung nicht erreicht, was anzeigt, dass die Kantenabtragungs-Länge unzureichend ist. Das Verwenden einer Kantenabtragungs-Länge von 0,01 mm oder mehr gestattet es dem Edelmetallchip, eine externe Kraft, falls vorhanden, zu verteilen, welche auf seinen Umfangsrandbereich ausgeübt wird, wodurch ein Auftreten von Brechen oder Abplatzen des Edelmetallchips unterdrückt werden kann. Das Verhältnis der Kantenabtragungs-Länge zu dem Radius des Edelmetallchips ist auf geringer als 0,3 gesetzt. Wenn das Verhältnis 0,3 oder größer ist, wird die Fläche der Front-Ende-Fläche zu klein. Als ein Ergebnis neigt eine Funkenentladung dazu, sich auf einem bestimmten Bereich der Front-Ende-Fläche zu konzentrieren, wodurch eine Erosion des Bereiches vergrößert wird, was zu einer verschlechterten Haltbarkeit führt. Jedoch gestattet ein Verhältnis von kleiner als 0,3, dass die Front-Ende-Fläche eine ausreichende Fläche aufweist, wodurch die Haltbarkeit des Edelmetallchips vergrößert wird.
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Vorzugsweise weist der Edelmetallchip einen Durchmesser von 0,3 mm bis 0,8 mm auf. Ein Edelmetallchip-Durchmesser innerhalb dieses Bereiches gestattet eine reduzierte Entladungsspannung, so dass eine Zündleistung wirksam vergrößert werden kann. Ein Edelmetallchip-Durchmesser von weniger als 0,3 mm kann darin versagen, den Erosionswiderstand des Edelmetallchips der Zündkerze zu vergrößern. Inzwischen ist ein Edelmetallchip mit einem Durchmesser, der 0,8 mm überschreitet, zu groß, um die oben erwähnte Wirkung zu erzielen.
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Der Edelmetallchip weist vorzugsweise eine Vickers-Härte von 500 HV oder höher auf. Daher absorbiert solch ein Edelmetallchip nicht leicht, wenn er einer externen Kraft ausgesetzt wird, die externe Kraft durch Deformation und neigt teilweise dazu, von seinem Umfangskantenbereich zu brechen oder abzuplatzen. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen Edelmetallchip mit einer Vickers-Härte von 500 HV oder höher, wie in dem Fall einer bevorzugten Ausführungsform (2), kann Brechen oder Abplatzen wirksam reduzieren. Auf diese Weise kann Bogen-induzierte Erosion und Oxidations-induzierte Erosion des Edelmetallchips unterdrückt werden, wodurch die Haltbarkeit vergrößert wird.
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Der Bereich mit einer abgetragenen Kante der Zündkerze ist, in einer anderen bevorzugten Ausführungsform (3), vorzugsweise durch Abrunden der Umfangskante gebildet. Der Bereich mit einer abgetragenen Kante kann durch Abrunden oder Schneiden der Kante gebildet werden. Unter diesen kann ein abgerundeter Bereich. mit einer abgetragenen Kante wirksam ein Brechen oder Abplatzen des Randes verhindern und eine Lebensdauer gegenüber Funken oder Oxidation verbessern.
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Die erfindungsgemäße Zündkerze entsprechend einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform (4) erbringt, zusätzlich zu der von (1) oder (2), die folgende Wirkung, wenn der Edelmetallchip Platin, Ruthenium oder Rhodium als eine zweite Komponente enthält. Wie wohlbekannt ist, weist Iridium einen hohen Schmelzpunkt auf, neigt aber bei einer hohen Temperatur zu Oxidations-induzierter Erosion. Die Verwendung eines Gemisches von Iridium mit Platin, Ruthenium oder Rhodium als einem Material für einen Edelmetallchip einer Zündkerze kann eine Zündkerze mit einem exzellenten Erosionswiderstand bereitstellen.
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Unter einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze bereit, welches die Schritte umfasst: Ziehen eines aus lediglich Iridium oder einer Legierung, die Iridium in einer Menge von 70 Gew.-% oder mehr enthält, gefertigten Edelmetallmaterials, um ein Drahtmaterial zu erhalten; Schneiden des Drahtmaterials in einer zu seiner axialen Richtung senkrechten Richtung, um einen säulenförmigen Edelmetallchip zu bilden; und Anfügen von einer der Endflächen des Edelmetallchips zu wenigstens entweder dem Vorderendbereich der Mittenelektrode oder dem zweiten Endbereich der Masseelektrode. Der aus Iridium oder der Legierung, die Iridium in einer Menge von 70 Gew.-% oder mehr enthält, gebildete Edelmetallchip absorbiert nicht leicht eine extern ausgeübte Kraft durch Deformation. Weiterhin wird das aus lediglich Iridium oder einer Iridium-Legierung gefertigte Edelmetallmaterial gezogen, um den Edelmetallchip herzustellen, welcher dann an eine oder beide der Mittenelektrode und der Masseelektrode auf solch eine Weise angefügt wird, dass die Richtung des Ziehens mit der axialen Richtung der Zündkerze ausgerichtet ist. Aus diesem Grunde neigt der Edelmetallchip zu Brechen oder Abplatzen. Daher ist ein Bereich mit einer abgetragenen Kante durch ein Trommelpolieren (barrel process; barrel finishing) auf der Umfangskante der Front-Ende-Fläche des säulenförmigen Edelmetallchips in solcher Weise gebildet, dass die Kantenabtragungs-Länge 0,01 mm oder mehr beträgt, und dass ein Verhältnis der Kantenabtragungs-Länge zu dem Radius des oben erwähnten geformten Körpers kleiner ist als 0,3. Als ein Ergebnis kann die Konzentration der auf einen einzelnen Punkt des Umfangsrandes ausgeübten externen Kraft vermieden werden, und das Auftreten von Brechen oder Abplatzen des Edelmetallchips kann reduziert werden.
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Wenn die Kantenabtragungs-Länge des Bereiches mit einer abgetragenen Kante des säulenförmigen Edelmetallchips geringer ist als 0,01 mm, wird die oben erwähnten Wirkung nicht angemessen erhalten, was anzeigt, dass die Kantenabtragungs-Länge ungenügend ist. Eine Kantenabtragungs-Länge von 0,01 mm oder mehr gestattet es dem Edelmetallchip, eine externe Kraft, falls vorhanden, welche auf seinen Umfangsrandbereich ausgeübt wurde, zu verteilen, wodurch das Auftreten von Brechen oder Abplatzen des Edelmetallchips unterdrückt werden kann. Das Verhältnis der Kantenabtragungs-Länge zu dem Radius des Edelmetallchips ist auf kleiner als 0,3 gesetzt. Wenn das Verhältnis 0,3 oder größer ist, wird die flache Fläche der Front-Ende-Fläche des Edelmetallchips, welche nach der Bildung verbleibt, zu klein. Als ein Ergebnis neigt eine Funkenentladung dazu, sich auf einen bestimmten Bereich der Front-Ende-Fläche zu konzentrieren, wodurch eine vergrößerte Erosion des Bereiches bewirkt wird und was zu verschlechterter Haltbarkeit führt. Im Gegensatz gestattet ein Verhältnis von kleiner als 0,3, dass die Front-Ende-Fläche eine ausreichende flache Fläche aufweist, wodurch die Haltbarkeit des Edelmetallchips vergrößert wird.
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Es zeigt
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1 eine teilweise Querschnittsansicht einer Zündkerze 100;
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2 eine Querschnittsansicht eines Vorderendbereiches eines Edelmetallchips 30, 90;
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3 eine schematische Ansicht, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung des Edelmetallchips 30, 90 zeigt;
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4 eine schematische Ansicht, die eine Beispielmikrostruktur des Edelmetallchips 30, 90 zeigt.
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Eine Zündkerze entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird als nächstes mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht als hierauf eingeschränkt angesehen werden.
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Als erstes wird der Aufbau einer Zündkerze 100, welche die Zündkerze entsprechend dieser Ausführungsform ist, mit Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Zündkerze 100. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Vorderendbereiches eines Edelmetallchips 30, 90. Bezüglich der Richtung einer in 1 gezeigten Achse O (dargestellt durch die Punkt- und Strichlinie O in 1) ist hier eine Seite in Richtung einer Mittenelektrode 2 als eine Vorderes-Ende-Seite der Zündkerze 100 genommen, und ist eine Seite in Richtung eines metallischen Anschlusses 4 als eine Rückendseite genommen.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst die Zündkerze 100 einen Isolator 1; eine metallische Hülse 5, welche den Isolator 1 hält; die Mittenelektrode 2, welche in dem Isolator 1 gehalten ist, so dass sie sich in der Richtung der Achse O erstreckt; eine Masseelektrode 60, deren erster Endbereich an eine Vorderes-Ende-Fläche 57 der metallischen Hülse 5 geschweißt ist und deren zweiter Endbereich gegenüber einem Vorderendbereich 22 der Mittenelektrode 2 angeordnet ist; und den metallischen Anschluss 4, welcher an einem oberen Endbereich des Isolators 1 bereitgestellt ist.
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Als erstes wird der Isolator 1 der Zündkerze 100 beschrieben. Der Isolator 1 nimmt eine röhrenförmige Form an und ist, wie wohlbekannt, durch Feuerführung aus Aluminium oder ähnlichem gebildet. Ein Beinbereich 13, welcher innerhalb einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, ist an einem Vorderendbereich (ein Endbereich, der in Richtung der Vorderes-Ende-Seite bezüglich der Richtung der Achse O angeordnet ist) des Isolators 1 bereitgestellt. Eine axiale Ausnehmung 12 ist in dem Isolator 1 in der Form gebildet, so dass sie sich entlang der Achse O erstreckt.
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Die Mittenelektrode 2 ist in der axialen Ausnehmung 12 des Isolators 1 gehalten und ist so aufgebaut, dass ein Kupferkern mit einer Oberflächenschicht einer Nickel-Legierung, wie beispielsweise INCONEL (Handelsname) 600 oder 601 oder ähnlichem bedeckt ist. Der Vorderendbereich 22 der Mittenelektrode 2 ragt von der Vorderes-Ende-Fläche des Isolators 1 heraus und verjüngt sich so, dass der Durchmesser in Richtung des Vorderendes reduziert ist. Ein zylindrischer Edelmetallchip 30 ist an die Vorderes-Ende-Fläche des Vorderendbereiches 22 geschweißt, beispielsweise durch Widerstandsschweißen oder Laserschweißen, so dass seine Achse mit der Achse O der Mittenelektrode 2 ausgerichtet ist. Die Mittenelektrode 2 ist elektrisch mit dem oberen metallischen Anschluß 4 über ein Dichtungsteil 14 und einen Widerstand 3 verbunden, welche in der axialen Ausnehmung 12 bereitgestellt sind. Ein Hochspannungskabel (nicht gezeigt) ist mit dem metallischen Anschluß 4 über eine Kerzenkappe (nicht gezeigt) verbunden, wobei auf den metallischen Anschluß 4 eine Hochspannung von einem externen Schaltkreis angelegt wird.
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Als Nächstes wird die metallische Hülse 5 beschrieben. Die metallische Hülse 5 ist dazu ausgebildet, den Isolator 1 zu halten und die Zündkerze 100 an einen nicht gezeigten Verbrennungsmotor zu fixieren. Die metallische Hülse 5 hält den Isolator 1 in einem umgreifenden Zustand. Die metallische Hülse 5 ist aus einem Niedercarbonstahl gebildet und umfasst einen Werkzeugeingriffbereich 51, mit welchem ein nicht gezeigter Zündkerzenschlüssel in Eingriff gebracht wird, und einen Außengewindebereich 52, welcher in Schraub-Eingriff mit einem an einem oberen Bereich des nicht gezeigten Verbrennungsmotors bereitgestellten Maschinenkopf gebracht wird.
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Die metallische Hülse 5 umfaßt weiterhin einen Bördelbereich 53, der auf der Rückendseite des Werkzeug-Eingriffbereichs 51 angeordnet ist. Ein Umbiegen des Bördelbereiches 53 bewirkt, dass der Isolator 1 auf einem gestuften Bereich 56 über eine Blechpackung 8 gehaltert ist, wodurch die metallische Hülse 5 und der Isolator 1 miteinander verbunden sind. Um die Dichtung durch das Umbiegen zu sichern, vermitteln Ringteile 6 und 7 zwischen der metallischen Hülse 5 und dem Isolator 1. Talk 9 in Pulverform füllt einen Raum zwischen den Ringteilen 6 und 7. Ein Flanschbereich 54 ist an einem zentralen Bereich der metallischen Hülse 5 gebildet. Ein Dichtungsring 10 (eine ringförmige durch Falten eines Blechs gebildete Packung) ist durch Einfügen auf eine Auflagefläche 55 des Flanschbereiches 54 eingepaßt, wobei die Auflagefläche 55 auf der Rückendseite des Außengewindebereiches 52 angeordnet ist.
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Als Nächstes wird die Masseelektrode 60 beschrieben. Die Masseelektrode 60 ist aus einem Metall mit einem hohen Korrosionswiderstand gebildet; beispielsweise einer Nickel-Legierung, wie beispielsweise INCONEL (Handelsname) 600 oder 601. Die Masseelektrode 60 weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, rechtwinklig zu ihrer longitudinalen Richtung genommen, auf. Ein erster Endbereich 62 der Masseelektrode 60 ist durch Schweißen an die Vorderes-Ende-Fläche 57 der metallischen Hülse 5 angefügt (verbunden).
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Ein zweiter Endbereich 61 der Masseelektrode 60 ist so gebogen, dass er dem Vorderendbereich 22 der Mittenelektrode 2 gegenübersteht. Der Edelmetallchip 90 ist an den zweiten Endbereich 61 beispielsweise durch Widerstandsschweißen oder Laserschweißen angefügt. Eine innere Fläche 63 des zweiten Endbereiches 61 der Masseelektrode 60 ist gegenüber der Mittenelektrode 2 angeordnet und ist im wesentlichen orthogonal zu der Achse O der Mittenelektrode 2. Eine Front-Ende-Fläche 91 des zylindrischen Edelmetallchips 90, welcher auf der inneren Fläche 63 der Masseelektrode 60 in einem herausragenden Zustand bereitgestellt ist, ist gegenüber einer Front-Ende-Fläche 31 des Edelmetallchips 30 der Mittenelektrode 2 angeordnet, wodurch hierzwischen ein Funkenentladungsspalt gebildet ist.
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Als Nächstes werden die Edelmetallchips 30 und 90 mit Bezugnahme auf 2 beschrieben. Da der Edelmetallchip 30 und der Edelmetallchip 90 einen ähnlichen Aufbau aufweisen, abgesehen von den Abmessungen, werden die Edelmetallchips 30 und 90 mit Bezugnahme auf die selbe Zeichnung beschrieben. Der Edelmetallchip 30, 90 ist aus einer Legierung gebildet, die Iridium, welches einen exzellenten Erosionswiderstand aufweist, in einer Menge von 70 Gew.-% oder mehr, sowie Platin, Ruthenium oder Rhodium als eine zweite Komponente enthält. Insbesondere ist der Edelmetallchip 30, 90 aus Ir-5 Gew.-% Pt, Ir-11 Gew.-% bis 8 Gew.-% Rh-1 Gew.-% Ni oder Ir-20 Gew.-% Rh gebildet. Wie in 2 gezeigt, ist der Umfangsbereich der Front-Ende-Fläche 31, 91 des zylindrischen Edelmetallchips 30, 90; d. h. ein durch die Front-Ende-Fläche 31, 91 und einer Umfangsseitenfläche 33, 93 gebildeter Dihedralflächenbereich, abgerundet oder angefast, so dass ein Bereich 32, 92 mit einer abgetragenen Kante gebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Kantenabtragungs-Länge 0,01 mm oder mehr, und das Verhältnis der Kantenabtragungs-Länge (r) zu dem Radius der Front-Ende-Fläche (R) des Edelmetallchips 30, 90 is kleiner als 0,3. Angemerkt sei, dass, wenn ein durch Abtragen einer Kante von einem Dihedralflächenbereich abgeschrägter oder gebogener Bereich auf eine Ebene, die parallel zu einer Ebene des Dihedralflächenbereiches ist, projiziert wird, die Länge des abgeschrägten oder gebogenen Bereiches, wie auf der Ebene gemessen, als die Kantenabtragungs-Länge definiert ist. Beispielsweise ist, in dem Fall einer Projektion auf eine Ebene parallel zu der Front-Ende-Fläche 31, 91 des Edelmetallchips 30, 90, die Kantenabtragungs-Länge die Länge (durch r in 2 angezeigt) des Bereiches 32, 92 mit einer abgetragenen Kante, wie in einer radialen Richtung der projizierten Front-Ende-Fläche 31, 91 gemessen ist. Wie oben beschrieben, ist in dem zylindrischen Iridium-enthaltenden Edelmetallchip 30, 90 ein Umfangsrandbereich der Front-Ende-Fläche 31, 91 in den Bereich 32, 92 mit einer abgetragenen Kante gebildet, wodurch das Auftreten von Brechen oder Abplatzen des Edelmetallchips reduziert ist. Auf diese Weise kann die Haltbarkeit vergrößert werden.
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Der Edelmetallchip 30, 90 der vorliegenden Ausführungsform ist so aufgebaut, dass sein Durchmesser 0,3 mm bis 0,8 mm beträgt, um hierdurch die Entladungsspannung abzusenken und die Zündleistung zu vergrößern.
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Ein Verfahren zur Herstellung des in der Zündkerze 100 verwendeten Edelmetallchips 30, 90, mit dem oben beschriebenen Aufbau, wird als Nächstes unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. 3 zeigt schematisch ein Beispielverfahren zur Herstellung des Edelmetallchips 30, 90. 4 zeigt schematisch ein Beispiel der Mikrostruktur des Edelmetallchips 30, 90.
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Der Edelmetallchip 30, 90 der vorliegenden Ausführungsform wird in der folgenden Weise hergestellt. Wie in 3 gezeigt, wird wenigstens eines von Platin, Ruthenium und Rhodium als eine zweite Komponente mit Iridium, welches eine Hauptkomponente des Edelmetallchips 30, 90 ist, gemischt, und, bei Bedarf, wird eine andere Komponente (Nickel, Palladium, Wolfram oder ähnliches) weiterhin hinzugefügt, wodurch ein Materialpulver 110 vorbereitet wird (Mischprozeß). Als Nächstes wird das Materialpulver 110 in einem Schmelzofen geschmolzen, und ein Rohling 120 wird von dem geschmolzenen Metall erhalten (Schmelzprozeß). Der Rohling 120 wird so gewalzt, dass er sich in der axialen Richtung erstreckt, wodurch ein Materialstab 131 erhalten wird (siehe 4) (Walzprozeß). Der Materialstab 131 wird durch ein Loch einer Drahtziehform 130 gezogen, um hierdurch einen Materialdraht 135 mit einem kreisförmigen Querschnitt und einem Durchmesser von 0,3 mm bis 0,8 mm zu erhalten (Formprozeß). Der Materialdraht 135 wird in Stücke geschnitten, von denen jedes eine vorbestimmte Länge aufweist. Die Stücke werden einer Kantenabtragung ausgesetzt, bei welcher Kanten von entgegengesetzten Seiten jedes Stücks durch Verwendung eines Fasses (nicht gezeigt) abgetragen werden. Als ein Ergebnis werden die zylindrischen Edelmetallchips 30, 90 mit Bereichen 32, 92 mit abgetragenen Kanten (siehe 2) erhalten (Schneidprozeß).
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Kristallkörner, die den so gebildeten Edelmetallchip 30, 90 bilden (d. h. Kristallkörner eines Metalls, das Iridium als eine Hauptkomponente enthält) nehmen die Form von sich in der axialen Richtung erstreckenden Fasern, wie in 4 gezeigt, an. Die Faserform wurde den Kristallkörnern während der Formung des gezogenen Materials 135 durch die in 3 gezeigten Walz- und Formprozesse verliehen. Auf diese Weise kann der Edelmetallchip 30, 90 überragende mechanische Eigenschaften hinsichtlich Zähigkeit und Stärke aufweisen, neigt aber zum Brechen oder Abplatzen in der Richtung der Fasern; d. h., die axiale Richtung, entlang welcher sich die Kristallkörner erstrecken. Insbesondere vergrößert sich die Anfälligkeit für Brechen oder Abplatzen, wenn eine externe Kraft auf einen Dihedralwinkelbereich des Edelmetallchips 30, 90 ausgeübt wird. Um diese Wahrscheinlichkeit von Brechen oder Abplatzen zu verringern, ist der Bereich 32, 92 mit einer abgetragenen Kante in der vorliegenden Ausführungsform gebildet. Die Bildung des Bereiches 32, 92 mit einer abgetragenen Kante kann das Auftreten von Brechen oder Abplatzen des Edelmetallchips wirksam verringern, wodurch eine Haltbarkeit vergrößert wird.
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Beispiel 1
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Um die Wirkung des Bereiches 32, 92 mit einer abgetragenen Kante hinsichtlich eines verringerten Auftretens von Brechen oder Abplatzen zu bestätigen, wurde die Beziehung zwischen dem Radius R des Edelmetallchips 30, 90 und der Kantenabtragungs-Länge r des Bereiches 32, 92 mit einer abgetragenen Kante untersucht. Als Erstes wurde, wie in Tabelle 1 unten gezeigt, die Beziehung zwischen der Kantenabtragungs-Länge r und dem Auftreten von Brechen oder Abplatzen ausgewertet. Die Auswertung wurde wie folgt ausgeführt. Der Edelmetallchip 30 wurde an die Mittenelektrode 2 angefügt, und dann wurde die Mittenelektrode 2 in den Isolator 1 eingefügt. Der Isolator, der die Mittenelektrode hielt, wurde in einer 70°-Schräge von einer Höhe von 30 cm mit seinem Vorderende nach unten zeigend herabgleiten gelassen, so dass der Edelmetallchip 30 auf die Aufschlagfläche traf. Der Test wurde an 1000 Proben genommen mit jeder Kombination der Größe (Durchmesser × Höhe mm) des Edelmetallchips 30 und der Kantenabtragungs-Länge (r mm). Wenn Brechen oder Abplatzen 10% oder mehr der Fläche der Front-Ende-Fläche 31 des Edelmetallchips 30 einnimmt, wurde beurteilt, dass der Edelmetallchip 30 Brechen oder Abplatzen erleidet. Auf der Grundlage dieses Kriteriums wurde das Auftreten von Brechen oder Abplatzen ermittelt. Angemerkt sei, dass das Einnehmen von 10% oder mehr von der Fläche der Front-Ende-Fläche 31 des Edelmetallchips 30 durch Brechen bedeutet, dass, wenn die gebrochene Front-Ende-Fläche 31 von oben gesehen ist, ein Bereich mit einer kleineren Fläche von zwei Bereichen, in welche die Front-Ende-Fläche 31 durch Brechen geteilt ist, 10% oder mehr der Fläche der Front-Ende-Fläche 31 einnimmt. In diesem Fall ist die Fläche der Front-Ende-Fläche 31 die Fläche der Front-Ende-Fläche, bevor ein Bereich mit einer abgetragenen Kante gebildet ist, und wird von dem Durchmesser des Edelmetallchips 30 berechnet.
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Die Proben, deren Edelmetallchips
30 einen Durchmesser von 0,6 mm (Radius 0,3 mm) und eine Höhe von 0,8 mm aufwiesen, und die jeweiligen Bereiche
32 mit einer abgetragenen Kante mit einer Kantenabtragungs-Länge r von 0,005 mm, 0,01 mm, 0,02 mm, 0,08 mm und 0,1 mm beinhalteten, zeigten jeweils ein Auftreten von Brechen oder Abplatzen von 15,0%, 1,0%, 0,4%, 0,5% und 0,1% auf. Die Proben, deren Edelmetallchips
30 einen Durchmesser von 0,4 mm (Radius 0,2 mm) und eine Höhe von 0,6 mm aufwiesen, und die jeweiligen Bereiche
32 mit einer abgetragenen Kante mit einer Kanten-Abtragungs-Länge r von 0,005 mm, 0,01 mm, 0,02 mm, 0,08 mm und 0,1 mm beinhalteten, zeigten jeweils ein Auftreten von Brechen oder Abplatzen von 20,0%, 3,0%, 0,6%, 0,5% und 0,3%. Die Proben, deren Edelmetallchips
30 einen Durchmesser von 0,7 mm (Radius 0,35 mm) und eine Höhe von 0,5 mm aufwiesen und die jeweiligen Bereiche
32 mit einer abgetragenen Kante mit einer Kantenabtragungs-Länge r von 0,005 mm, 0,01 mm, 0,02 mm, 0,05 mm, 0,08 mm und 0,1 mm beinhalteten, zeigten jeweils ein Auftreten von Brechen oder Abplatzen von 13,0%, 0,9%, 0,3%, 0,1% und 0,0%. Tabelle 1
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Die obigen Testergebnisse zeigen, dass ein Vergrößern der Kantenabtragungs-Länge dazu neigt, das Auftreten von Brechen oder Abplatzen zu verringern. Wenn die Kantenabtragungs-Länge sich vergrößert, ist das Verhältnis eines durch die Front-Ende-Fläche 31 und die Umfangsseitenfläche 33 gebildeten Dihedralwinkelbereiches des Edelmetallchips 30 zu dem gesamten Edelmetallchip 30 verringert. Mit anderen Worten, von dem Standpunkt des gesamten Edelmetallchips 30, bildet der Bereich 32 mit einer abgetragenen Kante weniger den Dihedralwinkelbereich, wenn die Kantenabtragungs-Länge zunimmt. Sogar, wenn eine externe Kraft auf den Edelmetallchip 30 ausgeübt wird, wird die externe Kraft verteilt, so dass Brechen oder Abplatzen unwahrscheinlich wird, aufzutreten. Eine Kantenabtragungs-Länge von 0,01 mm oder mehr unterdrückt das Auftreten von Brechen oder Abplatzen auf 3% oder weniger.
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Beispiel 2
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Als Nächstes wurden, wie in Tabelle 2 unten gezeigt, die Edelmetallchips hinsichtlich Bogen-induzierter Erosion ausgewertet, in Bezug darauf, ob oder ob nicht Brechen oder Abplatzen auf den Edelmetallchips vorliegt. Von den Zündkerzen 100, welche in Beispiel 1 bewertet wurden und an welche die Edelmetallchips 30 mit der Größe und der Kantenabtragungs-Länge, wie in Tabelle 2 gezeigt, angefügt sind, wurden die, die an Brechen oder Abplatzen litten, und die, die frei von Brechen oder Abplatzen waren, zufällig ausgewählt. Die so ausgewählten Zündkerzen 100 wurden ausgewertet. In einer Stickstoffatmosphäre mit einem Druck von 0,4 MPa wurde eine Funkenentladung bei einer Funkenfrequenz von 60 Hz für 200 Stunden durchgeführt. Nach dem Test wurde der Betrag (Länge mm) einer Vergrößerung des Funkenentladungsspaltes, verglichen mit dem Funkenentladungsspalt vor dem Test, gemessen.
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Von den Zündkerzen
100, deren Edelmetallchips
30 einen Durchmesser von 0,6 mm (Radius 0,3 mm), eine Höhe von 0,8 mm und eine Kantenabtragungs-Länge r von 0,005 mm aufwiesen, wiesen die Zündkerzen, deren Edelmetallchips
30 frei von Brechen oder Abplatzen waren und die Zündkerzen, deren Edelmetallchips Brechen oder Abplatzen erlitten, eine Vergrößerung des Funkenentladungsspaltes von jeweils 0,02 mm und 0,10 mm auf, was nach dem Test gemessen wurde. Von den Zündkerzen
100, deren Edelmetallchips
30 einen Durchmesser von 0,6 mm (Radius 0,3 mm), eine Höhe von 0,8 mm und eine Kantenabtragungs-Länge r von 0,08 mm aufwiesen, wiesen die Zündkerzen, deren Edelmetallchips 30 frei von Brechen oder Abplatzen waren und die Zündkerzen, deren Edelmetallchips
30 ein Brechen oder Abplatzen erlitten, eine Vergrößerung des Funkenentladungsspalts von jeweils 0,03 mm und 0,11 mm auf, wie nach dem Test gemessen wurde. Von den Zündkerzen
100, deren Edelmetallchips
30 einen Durchmesser von 0,7 mm (Radius 0,35 mm), eine Höhe von 0,5 mm und eine Kantenabtragungs-Länge r von 0,005 mm aufwiesen, wiesen die Zündkerzen, deren Edelmetallchips
30 frei von Brechen oder Abplatzen waren und die Zündkerzen, deren Edelmetallchips
30 Brechen oder Abplatzen erlitten, eine Vergrößerung des Funkenentladungsspalts um jeweils 0,01 mm und 0,09 mm auf, wie nach dem Test gemessen wurde. Tabelle 2
| Edelmetallchip-Größe (D × H) | Kantenabtragungs-Länge r | Nicht gebrochen | Gebrochen |
| ∅ 0,6 × 0,8 mm | 0,005 mm | 0,02 mm | 0,10 mm |
| 0,08 mm | 0,03 mm | 0,11 mm |
| ∅ 0,7 × 0,5 mm | 0,005 mm | 0,01 mm | 0,09 mm |
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Die obigen Testergebnisse zeigen, dass diejenigen Edelmetallchips 30, die Brechen oder Abplatzen erlitten haben, eine schlechte Haltbarkeit gegenüber Funkenentladung aufweisen und zu Erosion neigen. Dies ist, weil die Funkenentladung auf einen Dihedralwinkelbereich konzentriert ist, welcher an dem Ort des Brechens oder Abplatzens aufgetreten ist, was die Anfälligkeit für Erosion verursacht. Es wurde auch bestätigt, dass den Edelmetallchip 30 einer Kantenabtragung auszusetzen, nicht die Haltbarkeit gegenüber Funkenentladung beeinflusst.
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Beispiel 3
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Als Nächstes wurden, wie in Tabelle 3 unten gezeigt, die Edelmetallchips hinsichtlich der Beziehung zwischen der Große ihrer distalen Fläche und der Kantenabtragungs-Länge bewertet. Die Auswertung wurde wie folgt ausgeführt: Eine Funkenentladung wurde 500 Mal in einer Luft-Atmosphäre bei einem Druck von 0,6 MPa aktiviert. Der Funkenentladungsspalt wurde auf 1,05 mm gesetzt. Wie in dem Fall von Beispiel 1, wurde der Test mit 50 Proben ausgeführt, mit jeder Kombination der Größe (hier Radius R, in mm) des Edelmetallchips 30 und der Kantenabtragungs-Länge (r, in mm). Wenn der Durchschnittswert von gemessenen Entladungsspannungen weniger als 12 KV betrug, wurde die Gruppe als ”exzellent” bewertet und mit ”o” in Tabelle 3 markiert; wenn der Durchschnittswert 12 KV oder größer und kleiner als 15 KV war, wurde die Gruppe als ”gut” bewertet und mit ”Δ” markiert; und wenn der Durchschnittswert 15 KV oder mehr betrug, wurde die Gruppe als ”defekt” bewertet und mit ”x” markiert.
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Diejenigen Proben, deren Edelmetallchips
30 einen Radius von 0,3 mm (Durchmesser 0,6 mm, Höhe 0,8 mm) aufwiesen und die entsprechenden Bereiche
32 mit einer abgetragenen Kante mit einer Kantenabtragungs-Länge r von 0,005 mm, 0,01 mm, 0,02 mm, 0,07 mm, 0,08 mm, 0,09 mm und 0,1 mm beinhalteten, wurden jeweils als o, o, o, o, Δ, x und x bewertet. In den Edelmetallchips
30 der Proben waren die Verhältnisse der Kantenabtragungs-Länge r zu dem Radius R der Front-Ende-Fläche
31; d. h., die Verhältnisse r/R zwischen der Kantenabtragungs-Länge r und dem Radius R jeweils 0,017, 0,033, 0,067, 0,233, 0,267, 0,300 und 0,333. Ähnlich wurden die Proben, deren Edelmetallchips einen Radius von 0,2 mm (Durchmesser 0,4 mm, Höhe 0,6 mm) aufwiesen und die entsprechenden Bereiche
32 mit einer abgetragenen Kante mit einer Kantenabtragungs-Länge r von 0,005 mm, 0,01 mm, 0,04 mm, 0,05 mm, 0,06 mm und 0,08 mm beinhalteten, jeweils als o, o, o, Δ, x und x bewertet. In den Proben waren die Verhältnisse r/R zwischen der Kantenabtragungs-Länge r und dem Radius R jeweils 0,025, 0,050, 0,200, 0,250, 0,300 und 0,400. Tabelle 3
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Die obigen Tests zeigen, dass, wenn das Verhältnis r/R zwischen der Kantenabtragungs-Länge r und dem Radius R 0,3 oder größer wird, die Entladungsspannung zunimmt. Die Fläche der Front-Ende-Fläche 31 des Edelmetallchips 30 nimmt ab und daher nimmt die Entladungsfläche ab. Entsprechend ist die Funkenentladung auf einen bestimmten Bereich konzentriert und die Erosion des Bereiches ist intensiviert. Als ein Ergebnis neigt der Funkenentladungsspalt dazu, größer zu werden, was möglicherweise in verschlechterter Haltbarkeit resultiert. Daher ist das Verhältnis r/R zwischen der Kantenabtragungs-Länge r und dem Radius R wünschenswert kleiner als 0,3. Mehr bevorzugt ist das Verhältnis r/R geringer als 0,25, da die Entladungsspannung geringer als 12 KV sein kann.
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Beispiel 4
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Schließlich wurde, wie in Tabelle 4 unten gezeigt, die Beziehung zwischen der Vickers-Härte der Edelmetallchips und dem Auftreten von Brechen oder Abplatzen ausgewertet. Die Auswertung wurde wie folgt durchgeführt: Der Falltest von Beispiel 1 wurde mit den Proben durchgeführt, deren Edelmetallchips 30 sich in der Vickers-Härte unterschieden und die einer Kantenabtragung ausgesetzt waren sowie denen, deren Edelmetallchips 30 sich in der Vickers-Härte unterschieden und die nicht einer Randabtragung ausgesetzt waren. Das Bewertungsverfahren von Beispiel 1 wurde auch verwendet.
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Vier Arten von Edelmetallchips
30 (Durchmesser 0,6 mm, Höhe 0,8 mm), auf welchen der Bereich
32 mit einer abgetragenen Kante mit einer Kantenabtragungs-Länge von 0,005 mm gebildet war und welche eine Vickers-Härte von 490 HV, 505 HV, 530 HV und 600 HV aufwiesen, wiesen ein Auftreten von Brechen oder Abplatzen von jeweils 10,0%, 13,0%, 15,0% und 17,0% auf. Vier Arten von Edelmetallchips
30 (Durchmesser 0,6 mm, Höhe 0,8 mm), an welchen der Bereich
32 mit einer abgetragenen Kante mit einer Kantenabtragungs-Länge von 0,02 mm gebildet war und welche eine Vickers-Härte von 490 HV, 505 HV, 530 HV und 600 HV aufwiesen, wiesen ein Auftreten von Brechen oder Abplatzen von jeweils 0,8%, 0,6%, 0,4% und 0,2% auf. Tabelle 4
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Die obigen Testergebnisse zeigen, dass in dem Fall, wo die Edelmetallchips (30) nicht einer Kantenabtragung ausgesetzt waren, mit einer Zunahme der Härte, zunehmend Brechen oder Abplatzen auftritt. Dies ist, weil ein Edelmetallchip von geringerer Härte eine extern ausgeübte Kraft durch Deformation verteilen und absorbieren kann. Jedoch verringert das Aussetzen des Edelmetallchips einer Kantenabtragung das Auftreten von Brechen oder Abplatzen. Insbesondere zeigte sich bei einer 500 HV überschreitenden Vickers-Härte die Wirkung der Kantenabtragung signifikant. Mit anderen Worten gestattet durch Vermeiden einer Konzentration einer extern ausgeübten Kraft auf einen einzelnen Punkt mittels Kantenabtragung es einem Edelmetallchip, mit einer höheren Härte weniger zu Brechen oder Abplatzen zu neigen.
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In den obigen Beispielen 1 bis 4 wurde ein an die Mittenelektrode 2 angefügter Edelmetallchip 30 ausgewertet. Ein dem Edelmetallchip 30 ähnlicher Chip kann als der Edelmetallchip 90 verwendet werden, der an die Masseelektrode 60 angefügt ist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform eingeschränkt, sondern kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden. Beispielsweise ist der Bereich 32, 92 mit einer abgetragenen Kante in der vorliegenden Ausführungsform durch Abrunden gebildet, aber er kann auch durch Fasen gebildet werden. Der Edelmetallchip 30 ist auf der Mittenelektrode 2 bereitgestellt und der Edelmetallchip 90 ist auf der Masseelektrode 60 bereitgestellt. Jedoch kann ein Edelmetallchip auf einer der Mittenelektrode 2 oder der Masseelektrode 60 oder beiden bereitgestellt sein. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Kantenabtragung auf den entgegengesetzten Endflächen des Edelmetallchips 30 durch Verwendung einer Tonne durchgeführt. Jedoch kann Kantenabtragung auf einer der entgegengesetzten Endflächen durchgeführt werden. In diesem Falle wird die Endfläche, an welcher die Kantenabtragung nicht durchgeführt wurde, an die Mittenelektrode oder die Masseelektrode angefügt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Isolator
- 2
- Mittenelektrode
- 5
- Metallische Hülse
- 12
- Axiale Ausnehmung
- 22
- Vorderendbereich
- 60
- Masseelektrode
- 61
- Zweiter Endbereich
- 62
- Erster Endbereich
- 30, 90
- Edelmetallchip
- 31, 91
- Front-Ende-Fläche
- 32, 92
- Bereich mit einer abgetragenen Kante
- 100
- Zündkerze
