DE102019103052A1

DE102019103052A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102019103052A1
Application number: DE102019103052.8A
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Kobayashi
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-02-10
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2039-02-08
Also published as: CN110165558B; CN110165558A; DE102019103052B4; JP2019139977A; US10541516B2; US20190252864A1; JP6703558B2

Abstract

Eine Zündkerze weist eine Masseelektrode (30) und eine Mittelelektrode auf, wobei mindestens eine von ihnen einen Elektrodenkörper (31), eine Elektrodenspitze (39) und einen Schweißnahtteil (35) aufweist, der dazwischen ausgebildet ist. Der Schweißnahtteil (35) weist in einer orthogonalen Projektion auf eine virtuelle Ebene (VS) senkrecht zu einer Schichtungsrichtung (FD) vorstehende Bereiche (Ta-Te) auf, die sich in einer speziellen Richtung (D2, D4) erstrecken. Der Schweißnahtteil (35) erfüllt eine Bedingung, dass eine erste Strecke (L1a, ... , L1d) kürzer als eine zweite Strecke (L2a, ..., L2d) ist, wobei: die erste Strecke (L1a, ... , L1d) eine virtuelle Strecke ist, die Gipfel (Pa-Pe) von zwei benachbarten vorstehenden Bereichen (Ta-Te) verbindet, und die zweite Strecke (L2a, ... , L2d) ist eine virtuelle Strecke, die senkrecht zu der ersten Strecke (L1a, ... , L1d) ist und die erste Strecke (L1a, ... , Lid) mit einem Außenumfang des Schweißnahtteils (35) an einem Punkt verbindet, der am weitesten entfernt von der ersten Strecke (L1a, ..., L1d) ist.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, die zum Zünden eines Kraftstoffgases in einer Verbrennungskraftmaschine oder dergleichen verwendet wird.
In der Internationalen Patentanmeldungspublikation WO2012/067199 , die US 9,257,817 B2 entspricht, wird eine Zündkerze offenbart, die einen funkenerzeugenden Teil aufweist, wobei eine Elektrodenspitze verwendet wird, die aus einem Edelmetall besteht, das einer Funkenerzeugung standhält. In diesem Dokument wird ein Verfahren offenbart, um die Elektrodenspitze durch Laserschweißen mit einem Elektrodenkörper zu verbinden, während ein Schweißnahtteil zwischen deren Kontaktflächen ausgebildet wird, wobei das Schweißnahtteil in der Form variiert. Zur Erhöhung der Festigkeit der Verbindung zwischen der Elektrodenspitze und dem Elektrodenkörper wird diese Verbindung realisiert, indem die gesamten Kontaktflächen dieser Komponenten verbunden werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Das Verbinden der gesamten Kontaktflächen zwischen der Elektrodenspitze und dem Elektrodenkörper durch Laserschweißen verursacht jedoch tendenziell eine Vergrößerung der Menge des aufgeschmolzenen Materialanteils und hat damit zur Folge, dass die Elektrodenspitze während des Laserschweißens in eine Schieflage gerät oder herabsinkt. Das kann unter bestimmten Bedingungen einen sogenannten Schweißmaterialtropfen verursachen. Der Schweißmaterialtropfen kann ein Problem, wie z.B. ein Zündversagen und eine Abnahme der Haltbarkeit, verursachen, wenn er an einer Oberfläche der Elektrode haftet.
In Anbetracht der obigen Darlegungen ist es für das Schweißen der Elektrodenspitze und des Elektrodenkörpers der Zündkerze erwünscht, die Festigkeit der Verbindung zu erhöhen, während das Auftreten eines Schweißmaterialtropfens vermieden wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Zündkerze eine Masseelektrode und eine Mittelelektrode auf, wobei: mindestens eine von der Masseelektrode und der Mittelelektrode als eine erste Elektrode einen Elektrodenkörper, eine Elektrodenspitze, die mit dem Elektrodenkörper in einer Schichtungsrichtung geschichtet ist, und einen Schweißnahtteil aufweist, der zwischen dem Elektrodenkörper und der Elektrodenspitze ausgebildet ist; wobei der Schweißnahtteil in einer orthogonalen Projektion auf eine virtuelle Ebene senkrecht zur Schichtungsrichtung mehrere vorstehende Bereiche aufweist, die sich in einer speziellen Richtung erstrecken und in einer Richtung senkrecht zu der speziellen Richtung angeordnet sind, wobei jeder von den mehreren vorstehenden Bereiche einen Gipfel in der speziellen Richtung aufweist; der Schweißnahtteil einer mathematischen Beziehung B > A genügt, wobei A eine Länge einer ersten Strecke darstellt und B eine Länge einer zweiten Strecke darstellt; die erste Strecke eine virtuelle Strecke ist, die den Gipfel eines ersten von den mehreren vorstehenden Bereichen mit dem Gipfel eines zweiten von den mehreren vorstehenden Bereichen verbindet, der benachbart zum ersten vorstehenden Bereich ist; und die zweite Strecke eine virtuelle Strecke ist, die senkrecht zu der ersten Strecke ist und die erste Strecke mit einem Punkt eines Außenumfangs des Schweißnahtteils verbindet, wobei der Punkt in einem Abschnitt zwischen den Gipfeln des ersten und zweiten vorstehenden Bereichs, die der ersten Strecke zugewandt sind, am weitesten entfernt von der ersten Strecke ist.
Figurenliste

1 ist eine Längsquerschnittansicht einer Zündkerze 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Zündkerze 100, die eine Masseelektrodenspitze 39 einer Masseelektrode 30 aufweist. 2B ist eine vergrößerte Draufsicht des Teils der Zündkerze 100.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der Masseelektrode 30 darstellt.
Die 4A, 4B und 4C sind veranschaulichende Ansichten, die ein Verfahren zur Herstellung der Masseelektrode 30 darstellen.
Die 5A und 5B sind veranschaulichende Ansichten, die zeigen, wie die Masseelektrodenspitze 39 und ein Masseelektrodenkörper 31 der Masseelektrode 30 im Schritt S30 in 3 miteinander in Kontakt sind.
6 ist eine Ansicht, die eine virtuelle Ebene VSb einer Masseelektrode 130 gemäß einer ersten Variante des Ausführungsbeispiels darstellt.
7 ist eine Ansicht, die eine virtuelle Ebene VSc einer Masseelektrode 230 gemäß einer zweiten Variante des Ausführungsbeispiels darstellt.
8 ist eine veranschaulichende Ansicht, die eine Abtastlinie SLb für einen Teil, der mit einem Laserstrahl zu bestrahlen ist, gemäß einer Variante des Ausführungsbeispiels darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aufbau der Zündkerze
1 zeigt eine Längsquerschnittansicht einer Zündkerze 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 1 stellt eine mit einem Punkt unterbrochene Linie CO eine Längsachse der Zündkerze 100 dar und legt eine axiale Richtung der Zündkerze 100 fest. Die Achse CO legt auch eine radiale Richtung und eine Umfangsrichtung der Zündkerze 100 mittels einer radialen Richtung und einer Umfangsrichtung eines gedachten Kreises um die Achse CO herum fest. In 1 werden eine untere Seite und eine obere Seite auch als „Vorderseite“ bzw. „Rückseite“ der Zündkerze 100 bezeichnet. Entsprechend werden in 1 eine Abwärtsrichtung und eine Aufwärtsrichtung auch als „Vorwärtsrichtung FD“ bzw. „Rückwärtsrichtung BD“ der Zündkerze 100 bezeichnet.
Die Zündkerze 100 weist einen Isolator 10, eine Mittelelektrode 20, eine Masseelektrode 30, einen Metallanschluss 40 und einen Metallkörper oder Metallgehäuse 50 auf. Die Zündkerze 100 ist ausgebildet, eine Funkenentladung in einem Spalt zwischen der Mittelelektrode 20 und der Masseelektrode 30 (d.h. auf einer Funkenstrecke) zu erzeugen und auf einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine angebracht und eingesetzt zu werden, um ein Kraftstoffgas in einer Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine zu zünden.
Der Isolator 10 wird durch Sintern eines Materials, wie z.B. Aluminiumoxid, ausgebildet und weist eine im Wesentlichen zylindrische Formgebung auf, die sich in der axialen Richtung erstreckt und ein axiales Loch 12 aufweist, wobei sich das axiale Loch 12 durch den Isolator 10 hindurch in der axialen Richtung erstreckt. Der Isolator 10 weist einen Kragenbereich 19, einen hinteren Körperbereich 18, einen vorderen Körperbereich 17, einen Stufenbereich 15 und einen Schenkelbereich 13 auf. Der hintere Körperbereich 18 liegt hinter dem Kragenbereich 19 und weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner als der des Kragenbereichs 19 ist. Der vordere Körperbereich 17 liegt vor dem Kragenbereich 19 und weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner als der des Kragenbereichs 19 ist. Der Schenkelbereich 13 liegt vor dem vorderen Körperbereich 17 und weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der des vorderen Körperbereichs 17. Der Schenkelbereich 13 ist so strukturiert, dass er in die Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine hineinragt und ihr ausgesetzt ist, wenn die Zündkerze 100 auf der Verbrennungskraftmaschine angebracht ist. Der Stufenbereich 15 ist zwischen dem Schenkelbereich 13 und dem vorderen Körperbereich 17 angeordnet, um dazwischen eine Verbindung herzustellen.
Das Metallgehäuse 50 besteht aus einem leitfähigen Metallmaterial, wie z.B. einem kohlenstoffarmen Stahl, weist eine zylindrische Form auf und dient als ein Bauteil zum Befestigen der Zündkerze 100 an einem nicht dargestellten Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine. Das Metallgehäuse 50 weist ein Durchgangsloch 59 auf, wobei sich das Durchgangsloch 59 entlang der Achse CO durch das Metallgehäuse 50 hindurch erstreckt. Das Metallgehäuse 50 liegt radial außerhalb eines Außenumfangs des Isolators 10 und umschließt ihn. Somit sitzt der Isolator 10 im Durchgangsloch 59 des Metallgehäuses 50 und wird von ihm gehalten. Der Isolator 10 weist ein hinteres Ende auf und ragt mit Bezug auf ein hinteres Ende des Metallgehäuses 50 nach hinten heraus.
Das Metallgehäuse 50 weist einen Werkzeugeingriffsbereich 51, einen Befestigungsgewindebereich 52 und einen Aufsitzbereich 54 auf. Der Werkzeugeingriffsbereich 51 weist eine Form eines hexagonalen Prismas auf und ist so strukturiert, dass er zu einem nicht dargestellten Zündkerzenschlüssel passt. Der Befestigungsgewindebereich 52 ist strukturiert, an der Verbrennungskraftmaschine befestigt zu werden. Der Aufsitzbereich 54 weist eine Kragenform auf und ist zwischen dem Werkzeugeingriffsbereich 51 und dem Befestigungsgewindebereich 52 ausgebildet. Der Befestigungsgewindebereich 52 weist zum Beispiel einen Nenndurchmesser M8 (d.h. 8 mm), M10, M12, M14 oder M18 auf.
Das Metallgehäuse 50 ist mit einer Dichtung 5 versehen, wobei die Dichtung 5 durch Biegen einer Metallplatte so ausgebildet ist, dass sie eine Ringform aufweist und auf einen Bereich zwischen dem Befestigungsgewindebereich 52 und dem Aufsitzbereich 54 des Metallgehäuses 50 passt. Die Dichtung 5 ist strukturiert, einen Spalt zwischen der Zündkerze 100 und dem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine abzudichten, wenn die Zündkerze 100 auf der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist.
Das Metallgehäuse 50 weist ferner auf: einen dünnen Crimpbereich 53, der an einem hinteren Ende des Werkzeugeingriffsbereichs 51 vorgesehen ist, und einen dünnen Kompressionsverformungsbereich 58, der zwischen dem Aufsitzbereich 54 und dem Werkzeugeingriffsbereich 51 vorgesehen ist. In einem ringförmigen Raum, der zwischen einer Außenumfangsfläche des hinteren Körperbereichs 18 des Isolators 10 und einer Innenumfangsfläche des Werkzeugeingriffsbereichs 51 und dem Crimpbereich 53 des Metallgehäuses 50 ausgebildet ist, sind ringförmige Ringbauteile 6 und 7 vorgesehen. Der ringförmige Raum zwischen den Ringbauteilen 6 und 7 ist mit Talkpulver 9 gefüllt. Der Crimpbereich 53 weist ein hinteres Ende auf, das in der radialen Richtung nach innen gecrimpt und an der Außenumfangsfläche des Isolators 10 fixiert ist. Der Kompressionsverformungsbereich 58 des Metallgehäuses 50 wird während der Herstellung der Zündkerze 100 zusammengedrückt und durch Herunterdrücken des Crimpbereichs 53, der an der Außenumfangsfläche des Isolators 10 fixiert ist, zur Vorderseite hin verformt. Diese Kompressionsverformung des Kompressionsverformungsbereichs 58 bewirkt ein Herunterdrücken des Isolators 10 zur Vorderseite hin über die Ringbauteile 6 und 7 und das Talkpulver 9 innerhalb des Metallgehäuses 50. Damit wird der Stufenbereich 15 des Isolators 10 über eine aus Metall bestehende ringförmige Plattenpackung 8 in einen Presskontakt mit einem Stufenbereich 56 des Metallgehäuses 50 gebracht, wobei der Stufenbereich 56 in einem Innenumfang des Befestigungsgewindebereichs 52 ausgebildet ist, und dadurch wird verhindert, dass Gas in der Verbrennungskammer durch einen Spalt zwischen des Metallgehäuses 50 und dem Isolator 10 entweicht.
Die Mittelelektrode 20 weist einen Mittelelektrodenkörper 21 und eine Mittelelektrodenspitze 29 auf. Der Mittelelektrodenkörper 21 weist eine Stabform auf, die sich in der axialen Richtung erstreckt und in einem Vorderendteil des axialen Lochs 12 des Isolators 10 gehalten wird. Der Mittelelektrodenkörper 21 weist ein Elektrodenbasisbauteil 21A and ein Elektrodenkernbauteil 21B auf, das in das Elektrodenbasisbauteil 21A eingebettet ist. Das Elektrodenbasisbauteil 21A besteht aus Nickel oder einer Nickelbasislegierung, wie z.B. NCF600 oder NCF601. Das Elektrodenkernbauteil 21B besteht aus Kupfer oder einer Kupferbasislegierung, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material des Elektrodenbasisbauteils 21A. in der vorliegenden Ausführungsform wird Kupfer für das Elektrodenkernbauteil 21B eingesetzt.
Der Mittelelektrodenkörper 21 weist einen Elektrodenkragenbereich (oder Elektrodenflanschbereich) 24, einen Elektrodenkopfbereich 23 und einen Elektrodenschenkelbereich 25 auf. Der Elektrodenkragenbereich 24 liegt an einem bestimmten Ort des Mittelelektrodenkörpers 21 in der axialen Richtung und wird durch den Stufenbereich 16 des Isolators 10 gestützt. Der Elektrodenkopfbereich 23 und der Elektrodenschenkelbereich 25 bilden mit Bezug auf den Elektrodenkragenbereich 24 einen hinteren Teil bzw. einen vorderen Teil des Mittelelektrodenkörpers 21. Der Elektrodenschenkelbereich 25 weist ein vorderes Ende (d.h. vorderes Ende des Mittelelektrodenkörpers 21) auf, das mit Bezug auf ein vorderes Ende des Isolators 10 nach vorn herausragt.
Die Mittelelektrodenspitze 29 weist eine im Wesentliche zylindrische Gestalt auf und ist mittels Laserschweißung usw. mit dem vorderen Ende des Mittelelektrodenkörpers 21 (d.h. dem vorderen Ende des Elektrodenschenkelbereichs 25) verbunden. Die Mittelelektrodenspitze 29 weist eine Vorderendfläche auf, die als eine erste Entladungsfläche 295 dient, um die Funkenstrecke zwischen der ersten Entladungsfläche 295 und einer weiter unten beschriebenen Masseelektrodenspitze 39 zu erzeugen. Die Mittelelektrodenspitze 29 ist eine Edelmetallspitze, die aus einem Edelmetall mit einem hohen Schmelzpunkt, wie z.B. Iridium, oder einer Legierung besteht, die ein derartiges Edelmetall als einen Hauptbestandteil enthält.
Die Masseelektrode 30 weist die Masseelektrodenspitze 39, welche die Form eines rechteckigen Prismas aufweist, und einen Masseelektrodenkörper 31 mit der Form eines gebogenen Stabes auf, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Masseelektrodenkörper 31 weist als seine Längsenden ein freies Ende 311 und ein Verbindungsende 312 auf und ist über das Verbindungsende 312 mittels Widerstandsschweißung usw. mit einer Vorderendfläche 50A des Metallgehäuses 50 verbunden. Mit dieser Verbindung sind der Masseelektrodenkörper 31 und das Metallgehäuse 50 elektrisch verbunden.
Der Masseelektrodenkörper 31 besteht aus Nickel oder einer Nickelbasislegierung, wie z.B. NCF600 oder NCF601. Der Masseelektrodenkörper 31 kann eine Zweischichtstruktur aufweisen, die aus einem Basisbauteil und einem darin eingebetteten Kernbauteil zusammengesetzt ist, wobei das Basisbauteil aus einem hoch korrosionsbeständigen Metall, wie z.B. einer Nickellegierung, hergestellt ist und das Kernbauteil aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kupfer, hergestellt ist. Ähnlich zur Mittelelektrodenspitze 29 ist die Masseelektrodenspitze 39 eine Edelmetallspitze, die aus einem Edelmetall mit einem hohen Schmelzpunkt, wie z.B. Iridium, oder einer Legierung besteht, die ein derartiges Edelmetall als einen Hauptbestandteil enthält.
Der Metallanschluss 40 weist eine Stabform auf, die sich in der axialen Richtung erstreckt, und aus einem leitfähigen Metallmaterial hergestellt ist, wie z.B. kohlenstoffarmem Stahl, und ist für den Korrosionsschutz mit einer Metallschicht, wie z.B. einer Nickelschicht, bedeckt, die auf seiner Oberfläche mittels Plattieren ausgebildet wird. Der Metallanschluss 40 weist einen Anschlusskragenbereich 42, einen Kappenanbringungsbereich 41 und einen Anschlussschenkelbereich 43 auf. Der Anschlusskragenbereich 42 befindet sich in der axialen Richtung an einem bestimmten Ort des Metallanschlusses 40. Der Kappenanbringungsbereich 41 und der Anschlussschenkelbereich 43 liegen entsprechend hinter bzw. vor dem Anschlusskragenbereich 42. Der Kappenanbringungsbereich 41 ist so strukturiert, dass er mit Bezug auf das hintere Ende des Isolators 10 nach hinten herausragt und dadurch zur Außenseite des Isolators 10 freiliegt und dass eine nicht dargestellte Aufsteckkappe, die mit einem nicht dargestellten Hochspannungskabel verbunden ist, angebracht werden kann und dass eine Hochspannung zur Erzeugung der Funkenentladung aufgenommen werden kann. Der Anschlussschenkelbereich 43 ist in das axiale Loch 12 des Isolators 10 eingefügt.
In dem axialen Loch 12 des Isolators 10 ist ein Widerstand 70 zwischen einem vorderen Ende des Anschlussschenkelbereichs 43 des Metallanschlusses 40 und einem hinteren Ende des Elektrodenkopfbereichs 23 der Mittelelektrode 20 vorgesehen, um zu unterdrücken, dass durch die Funkenentladung ein Funkrauschen verursacht wird. Der Widerstand 70 wird aus einem Gemisch hergestellt, das zum Beispiel als einen Hauptbestandteil Glaspartikel, andere Keramikpartikel und ein leitfähiges Material aufweist. In dem axialen Loch 12 gibt es zwischen dem Widerstand 70 und der Mittelelektrode 20 einen Spalt, wobei der Spalt mit einer leitfähigen Abdichtung 60 gefüllt ist. Ebenso gibt es zwischen dem Widerstand 70 und dem Metallanschluss 40 einen Spalt, wobei der Spalt mit einer leitfähigen Abdichtung 80 gefüllt ist. Die leitfähigen Abdichtungen 60 und 80 bestehen beide aus einem Gemisch, das zum Beispiel Glasteilchen auf der Basis von B₂O₃-SiO₂ und Metallteilchen, z.B. von Cu oder Fe, aufweist.
Konfiguration der Masseelektrodenspitze 39 und ihres Nahbereichs der Masseelektrode 30
Im Folgenden wird die Konfiguration der Masseelektrodenspitze 39 und ihres Nahbereichs der Masseelektrode 30 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die 2A und 2B genau beschrieben. 2A zeigt einen Schnitt CF der Masseelektrodenspitze 39 und ihres Nahbereichs längs einer speziellen Ebene. Die Masseelektrodenspitze 39 weist eine hintere Endfläche als eine zweite Entladungsfläche 395 auf, die der ersten Entladungsfläche 295 (siehe 1) der Mittelelektrodenspitze 29 gegenüberliegt. Der Schnitt CF schneidet einen Schwerpunkt GC der zweiten Entladungsfläche 395 und ist senkrecht zur zweiten Entladungsfläche 395 und parallel zu einer Längsachse des stabförmigen Masseelektrodenkörpers 31. Mit anderen Worten, der Schnitt CF erstreckt sich entlang der Achse CO der Zündkerze 100 und ist parallel zur Achse des Masseelektrodenkörpers 31, da die Achse CO eine Linie ist, die den Schwerpunkt GC der zweiten Entladungsfläche 395 schneidet und senkrecht zur zweiten Entladungsfläche 395 ist. Die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 sind in der axialen Richtung der Zündkerze 100 aufeinander geschichtet. Dementsprechend wird die axiale Richtung der Zündkerze 100 auch als eine Schichtungsrichtung der Masseelektrodenspitze 39 und des Masseelektrodenkörpers 31 bezeichnet.
2B zeigt orthogonale Projektionen des Masseelektrodenkörpers 31, der Masseelektrodenspitze 39 und eines unten beschriebenen Schweißnahtteils 35 auf eine in 2A dargestellte virtuelle Ebene VS, die senkrecht zur Schichtungsrichtung (d.h. der axialen Richtung der Zündkerze 100 in der vorliegenden Ausführungsform) ist. Mit anderen Worten, 2B zeigt den Masseelektrodenkörper 31, die Masseelektrodenspitze 39 und den Schweißnahtteil 35, wie sie in der Schichtungsrichtung in der Durchsicht gesehen werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird die orthogonale Projektion einer jeden Komponente auf die virtuelle Ebene VS einfach als die Komponente selbst (in der orthogonalen Projektion) bezeichnet.
In 2 B ist der Schnitt CF in 2A als eine mit einem Punkt unterbrochene Linie dargestellt. In den 2A und 2B werden eine Richtung nach links und eine Richtung nach rechts entsprechend als eine erste Richtung D1 bzw. eine zweite Richtung D2 bezeichnet. Die erste Richtung D1 ist eine Richtung vom Schwerpunkt GC der zweiten Entladungsfläche 395 zum freien Ende 311 des Masseelektrodenkörpers 31 entlang der zweiten Entladungsfläche 395. Die zweite Richtung D2 ist entgegengesetzt zur ersten Richtung D1.
Der Masseelektrodenkörper 31 weist vier Seitenflächen auf, die eine Ebene des freien Endes 311 schneiden. Von diesen vier Seitenflächen wird eine Seitenfläche, die der ersten Entladungsfläche 295 der Masseelektrode 20 gegenüberliegt, als eine Fläche 315 bezeichnet, und die zwei Seitenflächen, welche die Fläche 315 schneiden, d.h. eine untere Seitenfläche und eine obere Seitenfläche des Masseelektrodenkörpers 31 in 2B, werden entsprechend als die Flächen 313 und 314 bezeichnet. In 2B werden eine Abwärtsrichtung und eine Aufwärtsrichtung entsprechend als eine dritte Richtung D3 und eine vierte Richtung D4 bezeichnet. Die dritte Richtung D3 ist eine Richtung vom Schwerpunkt GC der zweiten Entladungsfläche 395 aus zur Fläche 313 hin. Die vierte Richtung D4 ist eine Richtung entgegengesetzt zur dritten Richtung D3.
Die Masseelektrodenspitze 39 ist ein Plattenbauteil, das in der Schichtungsrichtung der Masseelektrodenspitze 39 und des Masseelektrodenkörpers 31 gesehen eine rechteckige Form (in der vorliegenden Ausführungsform ein Quadrat) aufweist. Jede Seite der rechteckigen Form hat eine Länge von 1,5 mm bis 2,0 mm, d.h. die Masseelektrodenspitze 39 weist zum Beispiel sowohl in der ersten Richtung D1 als auch in der dritten Richtung D3 eine Größe von 1,5 mm bis 2,0 mm auf. Die Masseelektrodenspitze 39 weist zum Beispiel in der axialen Richtung eine mittlere Dicke oder Abmessung von 0,2 mm bis 1,0 mm auf.
Die Masseelektrodenspitze 39 liegt entlang der Fläche 315 in einer Nähe zum freien Ende 311 des Masseelektrodenkörpers 31. Insbesondere weist der Masseelektrodenkörper 31 eine Vertiefung 316 in der Nähe des freien Endes 311 auf, wobei die Vertiefung 316 mit einem Versatz in der Vorwärtsrichtung FD bezüglich der Fläche 315 ausgebildet ist. Die Vertiefung 316 ist einem Vorwärtsteil der Masseelektrodenspitze 39, d.h. einem der zweiten Entladungsfläche 395 gegenüberliegenden Teil der Masseelektrodenspitze 39, zugewandt und nimmt dieses auf. Die zweite Entladungsfläche 395 der Masseelektrodenspitze 39 ist mit einem Versatz in der Rückwärtsrichtung BD bezüglich der Fläche 315 angeordnet. Wie in 2B dargestellt ist, weist die Vertiefung 316 in der axialen Richtung gesehen eine Form auf, die weitgehend ähnlich und ein wenig größer als die Form der Masseelektrodenspitze 39 ist, wobei die Vertiefung 316 und die Masseelektrodenspitze 39 in der vorliegenden Ausführungsform quadratische Formen aufweisen.
Wie in dem Schnitt CF von 2A dargestellt ist, weist die Masseelektrodenspitze 39 eine Seitenfläche 391 in der ersten Richtung D1 auf, wobei die Seitenfläche 391 in der zweiten Richtung D2 entfernt von dem freien Ende 311 des Masseelektrodenkörpers 31 liegt und parallel zu dem freien Ende 311 ist.
Die Masseelektrodenspitze 39 wird mittels Laserschweißen auf dem Masseelektrodenkörper 31 angeschweißt. Das Laserschweißen bildet den Schweißnahtteil 35 zwischen der Masseelektrodenspitze 39 und dem Masseelektrodenkörper 31 aus. Das Ausbilden des Schweißnahtteils 35 erfolgt durch Aufschmelzen mittels Laserschweißen und anschließendes Festwerden eines Teils eines Werkstücks der Masseelektrodenspitze 39 vor dem Verschweißen sowie eines Teils eines Werkstücks des Masseelektrodenkörpers 31 vor dem Verschweißen. Dementsprechend setzt sich der Schweißnahtteil 35 aus Komponenten der Masseelektrodenspitze 39 und Komponenten des Masseelektrodenkörpers 31 zusammen. Der Schweißnahtteil 35 kann auch als ein Verbindungsteil, welcher die Masseelektrodenspitze 39 und den Masseelektrodenkörper 31 verbindet, oder eine Schweißperle bezeichnet werden, welche die Masseelektrodenspitze 39 und den Masseelektrodenkörper 31 verbindet.
In 2B stellt ein schraffierter Bereich den auf die virtuelle Ebene VS projizierten Schweißnahtteil 35 dar. In der virtuellen Ebene VS weist der Schweißnahtteil 35 drei Außenkanten 351, 353 und 354 in den entsprechenden Richtungen D1, D3 und D4 auf. Die Kanten 351, 353 und 354 liegen jeweils parallel zu den entsprechenden Seitenflächen 391, 393 und 394 der Masseelektrodenspitze 39 und außerhalb der entsprechenden Seitenflächen 391, 393 und 394.
In der virtuellen Ebene VS weist der Schweißnahtteil 35 ferner eine Außenkante 352 in der zweiten Richtung D2 auf. Die Kante 352 hat eine Wellenform, die an mehreren Punkten eine entsprechende Seitenfläche 392 der Masseelektrodenspitze 39 in der zweiten Richtung D2 schneidet. Mit anderen Worten, der Schweißnahtteil 35 weist mehrere vorstehende Bereiche Ta bis Te auf der Seite zur zweiten Richtung D2 auf. Die vorstehenden Bereiche Ta bis Te erstrecken sich in eine spezielle Richtung in der virtuellen Ebene VS, d.h. in die zweite Richtung D2, und sind in der dritten Richtung D3 angeordnet. Die Punkte Pa bis Pe in 2B stellen die Gipfel Pa bis Pe der vorstehenden Bereiche Ta bis Te in der zweiten Richtung D2 dar.
Natürlich schließen die fünf vorstehenden Bereiche Ta bis Te vier Paare von zwei benachbarten vorstehenden Bereichen ein, d.h. das Paar aus den vorstehenden Bereichen Ta und Tb, das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tb und Tc, das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tc und Td und das Paar aus den vorstehenden Bereichen Td und Te. Für jedes von den vier Paaren wird eine erste Strecke definiert als eine virtuelle Strecke L1a bis L1d, welche die Gipfel der entsprechenden zwei vorstehenden Bereiche verbindet. Die ersten Strecken L1a bis L1d weisen die entsprechenden Längen Aa bis Ad auf.
Wie in 2B dargestellt ist, wird in der virtuellen Ebene VS ferner eine zu der ersten Strecke L1a gehörende zweite Strecke L2a als die längste von den Strecken definiert, die jeweils so zu zeichnen sind, dass sie senkrecht zu der ersten Strecke L1a sind und einen Punkt auf der ersten Strecke L1a mit einem Punkt auf einem Außenumfang des Schweißnahtteils 35 verbinden. Mit anderen Worten, die zweite Strecke L2a ist definiert als eine Strecke, die senkrecht zu der ersten Strecke L1a ist und die erste Strecke L1a mit einem Punkt auf einem Außenumfang des Schweißnahtteils 35 verbindet, wobei der Punkt am weitesten entfernt von der ersten Strecke L1a zwischen den Gipfeln der zugehörigen zwei vorstehenden Bereiche ist. Auf die gleiche Weise ist jede von den zweiten Strecken L2b bis L2d entsprechend den ersten Strecken L1b bis L1d als die Strecke definiert, die senkrecht zu der zugehörigen ersten Strecke ist und die zugehörige erste Strecke mit einem Punkt des Außenumfang des Schweißnahtteils 35 verbindet, wobei der Punkt am weitesten entfernt von der zugehörigen ersten Strecke zwischen den Gipfeln der zugehörigen zwei vorstehenden Bereiche ist. Die zweiten Strecken L2a bis L2d weisen die entsprechenden Längen Ba bis Bd auf.
Mit Bezug auf das Paar aus den vorstehenden Bereichen Ta und Tb ist die Länge Ba der zweiten Strecke L2a größer als die Länge Aa der ersten Strecke L1a. Insbesondere erfüllt dieses Paar die mathematische Beziehung Ba > Aa.
Auf die gleiche Weise sind mit Bezug auf das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tb und Tc, auf das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tc und Td und auf das Paar aus den vorstehenden Bereichen Td und Te die Längen Bb, Bc und Bd der zweiten Strecken L2b, L2c und L2d jeweils größer als die Längen Aa, Ac und Ad der ersten Strecken L1b, L1c und L1d. Insbesondere erfüllen diese Paare die mathematischen Beziehungen Bb > Ab, Bc > Ac und Bd > Ad.
Der Schweißnahtteil 35 weist eine Fläche in der Rückwärtsrichtung BD, die in Kontakt mit der Masseelektrodenspitze 39 ist, und eine Fläche in der Vorwärtsrichtung FD auf, die in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper 31 ist. Somit werden die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 über den Schweißnahtteil 35 zusammengeschweißt.
Wie in 2A dargestellt ist, weist der Schweißnahtteil 35 die Kante 351 (die auch als freiliegende Kante 351 bezeichnet wird) in der ersten Richtung D1 auf, wobei die Kante 351 vorgewölbt und zur Außenseite an dem freien Ende 311 des Masseelektrodenkörpers 31 freiliegend ist. Andererseits sind die Kanten 352, 353 und 354 des Schweißnahtteils 35 in den Richtungen D2, D3, D4 zur Außenseite der Flächen des Masseelektrodenkörpers 31, wie z.B. den Flächen 313 und 314, nicht freiliegend. Das ist so, weil beim Laserschweißen zum Ausbilden des Schweißnahtteils 35 ein Laserstrahl auf das freie Ende 311 in der zweiten Richtung D2 angewendet wird. Wie in 2A dargestellt ist, weist der Schweißnahtteil 35 eine Dicke (d.h. eine Länge in der axialen Richtung) auf, die nahe an der freiliegenden Kante 351 größer als in dem übrigen Teil und im Wesentlichen in diesem übrigen Teil konstant ist.
In der virtuellen Ebene VS ist die zweite Richtung D2 (d.h. die Richtung nach rechts in 2B), welche die spezielle Richtung ist, in der sich die vorstehenden Bereiche Ta bis Td erstrecken, zum Verbindungsende 312 des Masseelektrodenkörpers 31 hin gerichtet.
Ferner liegen die Gipfel Pa bis Pe der vorstehenden Bereiche Ta bis Te in der virtuellen Ebene VS auf der Seite zur zweiten Richtung D2 der Fläche 392 der Masseelektrodenspitze 39, wobei die Fläche 392 ein Ende der Masseelektrodenspitze 39 in der zweiten Richtung D2 ist. Somit überlappen sich die die Gipfel Pa bis Pe mit dem Masseelektrodenkörpers 31 und überlappen sich nicht mit der Masseelektrodenspitze 39.
Außerdem liegt in der virtuellen Ebene VS zwischen den vorstehenden Bereichen Ta und Tb ein Gebiet DS, in dem sich die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 überlappen. Auf die gleiche Weise weisen sowohl das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tb und Tc als auch das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tc und Td als auch das Paar aus den vorstehenden Bereichen Td und Te ein dazwischenliegendes Gebiet DS auf, in dem sich die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 überlappen. In den Gebieten DS weisen die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 einen direkten Kontakt miteinander auf, ohne dass der Schweißnahtteil 35 dazwischen geschoben ist. Mit den bereitgestellten Gebieten DS ist die Schichtungsrichtung der Masseelektrodenspitze 39 und des Masseelektrodenkörpers 31 eine Richtung senkrecht zu ihren Kontaktflächen in den Gebieten DS.
Ferner weist die rechteckige Form der Masseelektrodenspitze 39 in der virtuellen Ebene VS vier Ecken AG auf, die sich mit dem Schweißnahtteil 35 überlappen.
Herstellungsverfahren
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Zündkerze 100, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung der Masseelektrode 30, mit Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von 3 und die veranschaulichenden Ansichten der 4A, 4B und 4C beschrieben. Das Verfahren wird eingeleitet durch das Vorbereiten eines Werkstücks des stabförmigen Masseelektrodenkörpers 31 vor dem Biegen und eines Werkstücks der Masseelektrodenspitze 39 vor dem Schweißen auf den Masseelektrodenkörper 31.
Im Schritt S10 in 3 wird die Vertiefung 316 auf der Seitenfläche 315 des Masseelektrodenkörpers 31 ausgebildet, wobei die Masseelektrodenspitze 39 in die Vertiefung 316 zu schweißen ist. Insbesondere wird, wie in 4A dargestellt ist, dieser Vorgang ausgeführt, indem zum Beispiel durch eine Pressvorrichtung ein Presswerkzeug 200 auf einen Teil der Fläche 315 in der Nähe des freien Endes 311 gepresst wird, wobei das Presswerkzeug 200 eine Form aufweist, die der Vertiefung 316 entspricht. Somit wird die Vertiefung 316 ausgebildet, wie in 4B dargestellt ist.
Wie in 4C dargestellt ist, wird das Werkstück der Masseelektrodenspitze 39, das die Form eines rechteckigen Prismas aufweist, vor dem Schweißen im Schritt S20 auf der Vertiefung 316 des Masseelektrodenkörpers 31 platziert. In dieser Lage ist die nach vorn liegende Fläche 39S der Masseelektrodenspitze 39 in einem Kontakt mit einer Bodenfläche 316S der Vertiefung 316.
Im Schritt S30 wird die Masseelektrodenspitze 39 durch ein Haltewerkzeug 500 an den Masseelektrodenkörper 31 gepresst und auf ihm gehalten. Wie in 4C dargestellt ist, presst das Haltewerkzeug 500 insbesondere die zweite Entladungsfläche 395 der Masseelektrodenspitze 39 in der Vorwärtsrichtung FD (in 4C nach unten). Somit werden die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 aneinander gehalten, wobei die nach vorn liegende Fläche 39S der Masseelektrodenspitze 39 und die Bodenfläche 316S der Vertiefung 316 in Kontakt miteinander sind.
Die 5A und 5B zeigen, wie die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 der Masseelektrode 30 in einem Kontakt miteinander sind. 5A zeigt die zweite Entladungsfläche 395 der Masseelektrodenspitze 39 und ihren Nahbereich beim Schritt S30, wie sie in der Vorwärtsrichtung FD gesehen werden. 5B zeigt die Masseelektrodenspitze 39 und ihren Nahbereich, wie sie in der zweiten Richtung D2 gesehen werden. In 5A markiert ein schraffiertes Gebiet ein Kontaktgebiet zwischen der nach vorn liegenden Fläche 39S der Masseelektrodenspitze 39 und der Bodenfläche 316S der Vertiefung 316 beim Schritt S30, welches als ein Spitzenkontaktgebiet BS bezeichnet wird, in dem die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 zu verschweißen und miteinander zu verbinden sind. In 5B wird das Spitzenkontaktgebiet BS durch eine Strecke dargestellt, die als eine Spitzenkontaktlinie CL bezeichnet wird.
Im Schritt S40 wird durch Laserschweißen ein Schweißverfahren ausgeführt. Insbesondere wird der Schweißverfahren ausgeführt, indem ein Laserstrahl auf die Spitzenkontaktlinie CL und ihren Nahbereich angewendet wird, um den Schweißnahtteil 35 auszubilden und die Masseelektrodenspitze 39 an den Masseelektrodenkörper 31 zu schweißen. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Faserlaser für das Laserschweißen eingesetzt. Der Faserlaser weist zum Beispiel im Vergleich mit einem Yttrium-Aluminium-Granat(YAG)-Laser ein hohes Lichtsammelvermögen auf und kann deshalb den Schweißnahtteil 35 flexibler formen. Das ermöglicht es, dass der Schweißnahtteil 35 in der Dicke in der axialen Richtung relativ klein und in der ersten Richtung D1 senkrecht zu der axialen Richtung relativ lang ist, wie in 2A dargestellt ist.
In 5B stellt eine fette gestrichelte Linie eine Abtastlinie SL dar, entlang derer der Laserstrahl während des Laserschweißverfahrens geführt wird. Der Laserstrahl bewegt sich entlang der Abtastlinie SL mit einer vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit mit einer konstanten Abgabeleistung (Energie pro Zeiteinheit) während des Scannens. Dementsprechend wird die Abtastlinie SL mit einer konstanten Energie pro Längeneinheit bestrahlt. Wie in 5B dargestellt ist, weist die Abtastlinie SL vier parallele Abtastlinienabschnitte PL parallel zur Spitzenkontaktlinie CL und fünf senkrechte Abtastlinienabschnitte VL senkrecht zur Spitzenkontaktlinie CL auf, wobei die parallelen Abtastlinienabschnitte PL und die senkrechten Abtastlinienabschnitte VL abwechselnd entlang der Abtastlinie SL angeordnet sind. In der dritten Richtung D3 entsprechen die fünf senkrechten Abtastlinienabschnitte VL in ihrer Lage den fünf vorstehenden Bereiche Ta bis Te. Dementsprechend nimmt die Spitzenkontaktlinie CL in der dritten Richtung D3 an den Orten der senkrechten Abtastlinienabschnitte VL eine größere Energie pro Längeneinheit auf als an den Orten der parallelen Abtastlinienabschnitte PL. Das führt zur Ausbildung der vorstehenden Bereiche Ta bis Te, die in der Lage in der dritten Richtung D3 den senkrechten Abtastlinienabschnitten VL entsprechen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, genügt der Schweißnahtteil 35 der Bedingung Ba > Aa in der virtuellen Ebene VS, wobei Aa die Länge der ersten Strecke L1a ist, die so gezeichnet ist, dass sie die Gipfel Pa und Pb der vorstehenden Bereiche Ta und Tb in der speziellen Richtung (zweite Richtung D2) von den fünf vorstehenden Bereiche Ta bis Te verbindet, die sich in der speziellen Richtung erstrecken, wobei Ba die Länge der zweiten Strecke L2a ist, welche die längste von den Strecken ist, die jeweils so gezeichnet sind, dass sie senkrecht zu der ersten Strecke L1a sind und einen Punkt auf der ersten Strecke L1a mit einem Punkt auf dem Außenumfang des Schweißnahtteils 35 verbinden.
Dadurch dass diese Bedingung erfüllt wird, wird die Komplexität der Formen von Kontaktgebieten zwischen dem Schweißnahtteil 35 und dem Masseelektrodenkörper 31 sowie zwischen dem Schweißnahtteil 35 und der Masseelektrodenspitze 39 erhöht, und dadurch nehmen die Abmessungen der Kontaktgebiete zu, ohne dass das Volumen des Schweißnahtteils 35 übermäßig zunimmt. Dies trägt zu einer Erhöhung der Festigkeit der Verbindung zwischen der Masseelektrodenspitze 39 und dem Masseelektrodenkörper 31 bei, während das Auftreten eines sogenannten Schweißmaterialtropfens verhindert wird.
Insbesondere könnte eine übermäßige Zunahme im Volumen des Schweißnahtteils 35 ein Schweißmaterialtropfenproblem verursachen, wobei ein Bereich des Schweißnahtteils 35 in dem geschmolzenen Zustand aus dem Gebiet zwischen der Masseelektrodenspitze 39 und dem Masseelektrodenkörper 31 herausgestoßen wird und an der zweiten Entladungsfläche 395 und deren Nahbereich der Masseelektrodenspitze 39 haftet. Andererseits hat eine Verkleinerung des Volumens des Schweißnahtteils 35 in der Tendenz eine Abnahme in den Abmessungen der Kontaktgebiete zwischen dem Schweißnahtteil 35 und dem Masseelektrodenkörper 31 sowie zwischen dem Schweißnahtteil 35 und der Masseelektrodenspitze 39 und eine Abnahme in der Festigkeit der Verbindung zwischen der Masseelektrodenspitze 39 und dem Masseelektrodenkörper 31 zur Folge. Die Abnahme in der Festigkeit der Verbindung könnte ein Problem, wie z.B. ein Ablöseproblem der Masseelektrodenspitze 39, verursachen. Ein derartiges Problem wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform umgangen.
Die Masseelektrodenspitze 39 erreicht im Einsatz eine hohe Temperatur. Für eine Verringerung des Verbrauchs der Masseelektrodenspitze 39, um eine lange Lebensdauer der Zündkerze 100 zu erreichen, wird deshalb bevorzugt, dass die Zündkerze 100 ein verbessertes Wärmeableitvermögen aufweist, um die Wärme von der Masseelektrodenspitze 39 aus über den Masseelektrodenkörper 31 zum Metallgehäuse 50 hin abzuleiten. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die spezielle Richtung (zweite Richtung D2), in der sich die vorstehenden Bereiche Ta bis Te erstrecken, zum Verbindungsende 312 hin gerichtet, wenn der Masseelektrodenkörper 31 weiter in der Schichtungsrichtung auf die virtuelle Ebene VS in 2B projiziert wird. Diese Struktur dient dazu, die Abmessungen der Kontaktgebiete seitens der Masseelektrodenspitze 39, des Masseelektrodenkörpers 31 und des Schweißnahtteils 35 auf der Seite des Verbindungsendes 312 mit Bezug auf die Masseelektrodenspitze 39 zu vergrößern. Somit dient die Struktur einem wirksamen Ableiten der Wärme aus der Masseelektrodenspitze 39 über den Masseelektrodenkörper 31 zum Metallgehäuse 50 hin und damit einer Verbesserung des Wärmeableitvermögens der Zündkerze 100.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in der virtuellen Ebene VS das Gebiet DS auch zwischen beliebigen zwei benachbarten vorstehenden Bereichen, wie z.B. den vorstehenden Bereichen Ta und Tb oder Tb und Tc, ausgebildet. In den Gebieten DS überlappen die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 einander und sind in einem direkten Kontakt miteinander, ohne dass der Schweißnahtteil 35 dazwischengeschoben ist. Dies dient weiter dazu, das Volumen des Schweißnahtteils 35 gering zu halten und somit das Auftreten eines Schweißmaterialtropfens zu unterbinden.
Ferner überlappen sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Gipfel Pa bis Pe der vorstehenden Bereiche Ta bis Te in der speziellen Richtung (zweite Richtung D2) mit dem Masseelektrodenkörper 31, sie überlappen sich jedoch nicht mit der Masseelektrodenspitze 39. Dementsprechend werden die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 über eine ausreichende Länge des Schweißnahtteils 35 in der speziellen Richtung verschweißt und weisen deshalb ausreichende Kontaktgebiete mit dem Schweißnahtteil 35 auf, während die Bereiche DS verbleiben, in denen die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 in einem direkten Kontakt miteinander stehen. Das dient weiter dazu, die Festigkeit der Verbindung zwischen der Masseelektrodenspitze 39 und dem Masseelektrodenkörper 31 erhöhen, während das Auftreten eines Schweißmaterialtropfens verhindert wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform überlappen darüber hinaus in der virtuellen Ebene VS die vier Ecken AG der rechteckigen Masseelektrodenspitze 39 mit dem Schweißnahtteil 35, wobei es wahrscheinlich ist, dass die Ablösung der Masseelektrodenspitze 39 an den Ecken AG beginnt. Das dient weiter dazu, die Festigkeit der Verbindung zwischen der Masseelektrodenspitze 39 und dem Masseelektrodenkörper 31 zu erhöhen.
Im Allgemeinen sind von den vier Ecken AG die zwei Ecken AG auf der Seite zur speziellen Richtung (zweite Richtung D2) verhältnismäßig schwer zu schweißen, weil sie auf der Seite der Masseelektrodenspitze 39 weiter entfernt von einer Laserstrahlungsquelle liegen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird diesen zwei Ecken AG erlaubt, mit dem Schweißnahtteil 35 zu überlappen und an das Schweißnahtteil 35 geschweißt zu werden, wobei es wahrscheinlich ist, dass die Ablösung der Masseelektrodenspitze 39 an diesen zwei Ecken AG wie auch an den übrigen zwei Ecken AG beginnt. Das trägt erheblich dazu bei, die Festigkeit der Verbindung zwischen der Masseelektrodenspitze 39 und dem Masseelektrodenkörper 31 zu erhöhen.
Außerdem ist gemäß der vorliegenden Erfindung in der virtuellen Ebene VS bezüglich eines jeden Paars von zwei benachbarten vorstehenden Bereichen von den fünf vorstehenden Bereichen Ta bis Te die zweite Strecke länger als die erste Strecke. Insbesondere sind mit Bezug auf das Paar aus den vorstehenden Bereichen Ta und Tb, das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tb und Tc, das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tc und Td und das Paar aus den vorstehenden Bereichen Td und Te die Längen Ba bis Bd der zweiten Strecken L2a bis L2d jeweils länger als die Längen Aa bis Ad der ersten Strecken. Und zwar erfüllt die Struktur die mathematischen Beziehungen Ba > Aa, Bb > Ab, Bc > Ac und Bd > Ad. Das dient der Erhöhung der Komplexität der Formen der Kontaktgebiete bei der Masseelektrodenspitze 39, dem Masseelektrodenkörper 31 und dem Schweißnahtteil 35 und einer effektiven Vergrößerung der Festigkeit der Verbindung zwischen der Masseelektrodenspitze 39 und dem Masseelektrodenkörper 31, während das Auftreten eines Schweißmaterialtropfens verhindert wird.
Varianten des Ausführungsbeispiels
(1) 6 zeigt eine virtuelle Ebene VSb einer Masseelektrode 130 gemäß einer ersten Variante des Ausführungsbeispiels. In dieser Variante weist die Masseelektrode 130 einen Schweißnahtteil 35b anstelle des Schweißnahtteils 35 auf, wobei sich der Schweißnahtteil 35b in der Struktur vom Schweißnahtteil 35 gemäß der Ausführungsform unterscheidet, die in den 2A und 2B dargestellt ist. Die virtuelle Ebene VSb in 6 ist eine virtuelle Ebene, die senkrecht zu der axialen Richtung der Zündkerze 100 ist, auf welche der Schweißnahtteil 35b, die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 in der Schichtungsrichtung der Masseelektrodenspitze 39 und des Masseelektrodenkörpers 31 (d.h. in der axialen Richtung der Zündkerze 100) projiziert sind.
In der virtuellen Ebene VSb weist der Schweißnahtteil 35b eine Außenkante 352b in der zweiten Richtung D2 auf, wobei die Kante 352b in einem Nahbereich der Fläche 392 der Masseelektrodenspitze 39 eine Wellenform aufweist. Mit anderen Worten, weist der Schweißnahtteil 35b an der Seite zur zweiten Richtung D2 mehrere vorstehende Bereiche Tf bis Ti auf, wobei sich die vorstehenden Bereiche Tf bis Ti in der speziellen Richtung (zweite Richtungen D2) parallel zu der virtuellen Ebene VSb erstrecken und in der dritten Richtung D3 angeordnet sind. In 6 sind die Punkte Pf bis Pi die Gipfel der vorstehenden Bereiche Tf bis Ti in der zweiten Richtung D2.
Die vier vorstehenden Bereiche Tf bis Ti weisen drei Paare von zwei benachbarten vorstehenden Bereichen auf, und zwar ein Paar aus den vorstehenden Bereichen Tf und Tg, ein Paar aus den vorstehenden Bereichen Tg und Th und ein Paar aus den vorstehenden Bereichen Th und Ti. Für diese drei Paare sind erste Strecken L1f bis L1h und zweite Strecken L2f bis L2h definiert, wie in 6 dargestellt ist. Die ersten Strecken L1f bis L1h weisen entsprechende Längen Af bis Ah auf. Die zweiten Strecken L2f bis L2h weisen entsprechende Längen Bf bis Bh auf.
Mit Bezugnahme auf die vorstehenden Bereiche Tf und Tg ist die Länge Bf der zweiten Strecke L2f größer als die Länge Af der ersten Strecke L1f. Und zwar erfüllt dieses Paar eine mathematische Beziehung Bf > Af. Ebenso ist mit Bezugnahme auf die vorstehenden Bereiche Th und Ti die Länge Bh der zweiten Strecke L2h größer als die Länge Ah der ersten Strecke L1h. Und zwar erfüllt dieses Paar eine mathematische Beziehung Bh > Ah.
Andererseits ist mit Bezugnahme auf die vorstehenden Bereiche Tg und Th ist die Länge Bg der zweiten Strecke L2g kleiner als die Länge Ag der ersten Strecke L1g. Und zwar erfüllt dieses Paar nicht eine mathematische Beziehung Bg > Ag. Wie in diesem Fall müssen nicht alle Paare von zwei benachbarten vorstehenden Bereichen die entsprechenden mathematischen Beziehungen B > A erfüllen, in denen A die Länge der ersten Strecke und B die Länge der zweiten Strecke ist. Es reicht aus, dass mindestens ein Paar von zwei benachbarten vorstehenden Bereichen die entsprechenden mathematischen Beziehungen B > A erfüllt.
In der virtuellen Ebene VSb weist die Masseelektrodenspitze 39 eine rechteckige Form mit den vier Ecken AG auf. Von den vier Ecken AG überlappt in 6 die obere rechte Ecke nicht den Schweißnahtteil 35b, und die anderen drei Ecken überlappen den Schweißnahtteil 35b. Wie in diesem Fall können alle oder ein Teil der vier Ecken AG der Masseelektrodenspitze 39 in der virtuellen Ebene in einem Abstand vom Schweißnahtteil liegen.
(2) 7 zeigt eine virtuelle Ebene VSc einer Masseelektrode 230 gemäß einer zweiten Variante des Ausführungsbeispiels. In dieser Variante weist die Masseelektrode 230 einen Schweißnahtteil 35c anstelle des Schweißnahtteils 35 auf, wobei sich der Schweißnahtteil 35c in der Struktur vom Schweißnahtteil 35 gemäß der Ausführungsform unterscheidet, die in den 2A und 2B dargestellt ist. Die virtuelle Ebene VSc in 7 ist eine virtuelle Ebene, die senkrecht zu der axialen Richtung ist, auf die der Schweißnahtteil 35c, die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 in der Schichtungsrichtung (d.h. in der axialen Richtung der Zündkerze 100) projiziert sind.
In der virtuellen Ebene VSc weist der Schweißnahtteil 35c eine Außenkante 353c in der dritten Richtung D3 auf, wobei die Kante 353c zur Außenseite an der Fläche 313 des Masseelektrodenkörpers 31 in der dritten Richtung D3 freiliegt. Die anderen drei Außenkanten des Schweißnahtteils 35c, d.h. die Kanten 351c, 352c und 354c des Schweißnahtteils 35c in den Richtungen D1, D2 und D4, liegen nicht zur Außenseite an irgendwelchen Seitenflächen des Masseelektrodenkörpers 31 frei. Diese Struktur wird ausgebildet, indem die Ausbildung des Schweißnahtteils 35c auf der Basis des Laserschweißens realisiert wird, indem im Gegensatz zu der Grundform des Ausführungsbeispiels ein Laserstrahl von der Seite zur dritten Richtung D3 der Fläche 313 aus in die vierte Richtung D4 gerichtet wird.
In der virtuellen Ebene VSc wird die Kante 352c des Schweißnahtteils 35c in der zweiten Richtung D2 entlang der Fläche 392 der Masseelektrodenspitze 39 in der zweiten Richtung D2 ausgebildet und weist im Gegensatz zur Grundform des Ausführungsbeispiels keine Wellenform auf. Stattdessen weist die Kante 354c des Schweißnahtteils 35c in der vierten Richtung D4 eine Wellenform in einem Nahbereich der Fläche 394 der Masseelektrodenspitze 39 in der vierten Richtung D4 auf. Mit anderen Worten, weist der Schweißnahtteil 35c mehrere vorstehende Bereiche Tj bis Tl auf der Seite zur vierten Richtung D4 auf, wobei sich die vorstehenden Bereiche Tj bis Tl in eine spezielle Richtung (vierte Richtung D4) parallel zu der virtuellen Ebene VSc erstrecken und in der zweiten Richtung D2 angeordnet sind. Die Punkte Pj bis PI in 7 sind die Gipfel der in der vierten Richtung D4 vorstehenden Bereiche Tj bis Tl.
Die drei vorstehenden Bereiche Tj bis Tl weisen zwei Paare von zwei benachbarten vorstehenden Bereichen auf, und zwar ein Paar aus den vorstehenden Bereichen Tj und Tk und ein Paar aus den vorstehenden Bereichen Tk und Tl. Für diese zwei Paare sind erste Strecken L1j bis L1k und zweite Strecken L2j bis L2k definiert, wie in 7 dargestellt ist. Die ersten Strecken L1j bis L1k weisen jeweilige Längen Aj und Ak auf. Die zweiten Strecken L2j und L2k weisen jeweilige Längen Bj und Bk auf.
Mit Bezugnahme auf die vorstehenden Bereiche Tj und Tk ist die Länge Bj der zweiten Strecke L2j größer als die Länge Aj der ersten Strecke L1j. Und zwar erfüllt dieses Paar eine mathematische Beziehung Bj > Aj. Mit Bezugnahme auf das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tk und Tl ist die Länge Bk der zweiten Strecke L2k größer als die Länge Ak der ersten Strecke L1k. Und zwar erfüllt dieses Paar eine mathematische Beziehung Bk > Ak.
In der virtuellen Ebene VSc ist die vierte Richtung D4 (d.h. die Aufwärtsrichtung in 7) nicht auf das Verbindungsende 312 des Masseelektrodenkörpers 31 hin gerichtet, wobei die vierte Richtung D4 eine spezielle Richtung ist, in der sich die vorstehenden Bereiche Tj bis Tl erstrecken. Wie in diesem Fall kann die spezielle Richtung, in der sich die vorstehenden Bereiche Tj bis Tl erstrecken, auf eine andere als die Richtung zum Verbindungsende 312 hin eingestellt werden.
Außerdem liegen die Gipfel Pj bis PI der vorstehenden Bereiche Tj bis Tl in der virtuellen Ebene VSc auf der Seite zur dritten Richtung D3 mit Bezug auf die Fläche 394 der Masseelektrodenspitze 39, wobei die Fläche 394 ein Ende der Masseelektrodenspitze 39 in der vierten Richtung D4 ist. Somit überlappen die Gipfel Pj bis PI sowohl den Masseelektrodenkörper 31 als auch die Masseelektrodenspitze 39. Wie in diesem Fall können die Gipfel Pj bis PI der vorstehenden Bereiche Tj bis Tl strukturiert sein, dass sie nicht nur den Masseelektrodenkörper 31 sondern auch die Masseelektrodenspitze 39 überlappen.
Darüber hinaus weist die Masseelektrodenspitze 39 in der virtuellen Ebene VSc die rechteckige Gestalt mit den vier Ecken AG auf. Von den vier Ecken AG überlappt in 7 die linke untere Ecke den Schweißnahtteil 35c, und die anderen drei Ecken überlappen den Schweißnahtteil 35c nicht.
(3) Gemäß dem Ausführungsbeispiel weisen das Paar aus den vorstehenden Bereichen Ta und Tb, das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tb und Tc, das Paar aus den vorstehenden Bereichen Tc und Td und das Paar aus den vorstehenden Bereichen Td und Te alle jeweils dazwischenliegend das Gebiet DS auf, wobei die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 einander in den Gebieten DS überlappen. Als eine Variante der vorliegenden Ausführungsform muss nicht zwischen jedem Paar von zwei benachbarten vorstehenden Bereichen ein derartiges Gebiet DS definiert sein. Zum Beispiel kann die Masseelektrodenspitze 39 über eine ganze Fläche der Masseelektrodenspitze 39 in der Vorwärtsrichtung FD mit dem Schweißnahtteil 35 in Kontakt sein, sodass die Masseelektrodenspitze 39 und der Masseelektrodenkörper 31 nicht in einem direkten Kontakt miteinander sind. In dieser Struktur kann man sich die Schichtungsrichtung der Masseelektrodenspitze 39 und des Masseelektrodenkörpers 31 zum Beispiel als eine Richtung senkrecht zu der zweiten Entladungsfläche 395 der Masseelektrodenspitze 39 vorgestellen.
(4) 8 zeigt als eine Variante des Ausführungsbeispiels eine Abtastlinie SLb für einen Teil, der mit dem Laserstrahl des Laserschweißvorgangs zu bestrahlen ist. Gemäß der Grundform des Ausführungsbeispiels wird der Laserstrahl entlang der Abtastlinie SL in 5B zugeführt, um den Schweißnahtteil 35 auszubilden. Der Schweißnahtteil 35 kann jedoch auf eine andere Weise ausgebildet werden. Gemäß der vorliegenden Variante bewegt sich der Laserstrahl entlang der Abtastlinie SLb bei einer konstanten Geschwindigkeit mit einer konstanten Ausgangsleistung (Energie pro Zeiteinheit) während des Abtastens. Wie in 8 dargestellt ist, erstreckt sich die Abtastlinie SLb im Wesentlichen in der dritten Richtung D3 mit fünf Schleifenabschnitten RP, wobei jeder Schleifenabschnitt RP eine Schleife so beschreibt, dass sich eine elliptische Gestalt ergibt und sie so liegt, dass sie in der in der Lage in der dritten Richtung D3 einem zugehörigen von den fünf vorstehenden Bereichen Ta bis Te in 2B entspricht. Demgemäß nimmt die Spitzenkontaktlinie CL in der dritten Richtung D3 an den Orten der Schleifenabschnitte RP eine größere Energie auf als an den Orten der übrigen Abschnitte. Das führt zum Ausbilden der fünf vorstehenden Bereichen Ta bis Te, die in der Lage in der dritten Richtung D3 den Schleifenabschnitten RP entsprechen.
Das Ausbilden der fünf vorstehenden Bereiche Ta bis Te in 2B kann mittels eines alternativen Verfahrens mit einem geradlinigen Abtasten der Spitzenkontaktlinie CL mit dem Laserstrahl realisiert werden, wobei die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls an den Orten in der dritten Richtung D3, an denen die fünf vorstehenden Bereichen Ta bis Te auszubilden sind, auf einen niedrigeren Wert eingestellt wird, als an den Orten der übrigen Bereiche.
Das Ausbilden der fünf vorstehenden Bereichen Ta bis Te in 2B kann mittels eines weiteren alternativen Verfahrens mit einem geradlinigen Abtasten der Spitzenkontaktlinie CL mit dem Laserstrahl realisiert werden, wobei die Ausgangsleistung des Laserstrahls an den Orten in der dritten Richtung D3, an denen die fünf vorstehenden Bereichen Ta bis Te auszubilden sind, auf einen höheren Wert eingestellt wird als an den Orten der übrigen Bereiche.
(5) Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Form der Masseelektrodenspitze 39 bei einer Betrachtung in der axialen Richtung rechteckig. Die Form ist jedoch nicht derart eingeschränkt, sondern kann ein Kreis, ein Fünfeck usw. sein, solange wie die vorstehenden Bereiche Ta bis Te an der Seite zur zweiten Richtung D2 usw. des Schweißnahtteils 35 ausgebildet werden.
(6) Die vorliegende Erfindung kann auf die Mittelelektrode 20 angewendet werden, um die zylinderförmige Mittelelektrodenspitze 29 an das Vorderende des Elektrodenschenkelbereichs 25 des zylinderförmigen Mittelelektrodenkörpers 21 mittels Laserschweißen anzuschweißen. Zum Beispiel wird ein Schweißnahtteil zwischen der Mittelelektrodenspitze 29 und dem Elektrodenschenkelbereich 25 ausgebildet, indem dazwischen ein Spitzenkontaktgebiet mit dem Laserstrahl in einer speziellen Richtung parallel zum Spitzenkontaktgebiet bestrahlt wird, wobei mehrere vorstehende Bereiche an einer Seite des Schweißnahtteils 35 einer speziellen Richtung ausgebildet werden, wobei sich die mehreren vorstehenden Bereiche in der speziellen Richtung erstrecken.
Nachfolgend werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung zusammengefasst.
<1> Eine Zündkerze (100) weist eine Masseelektrode (30) und eine Mittelelektrode (20) auf, wobei: mindestens eine von der Masseelektrode (30) und der Mittelelektrode (20) als eine erste Elektrode einen Elektrodenkörper (31), eine Elektrodenspitze (39), die mit dem Elektrodenkörper (31) in einer Schichtungsrichtung (FD) geschichtet ist, und einen Schweißnahtteil (35, 35b, 35c) aufweist, der zwischen dem Elektrodenkörper (31) und der Elektrodenspitze(39) ausgebildet ist; der Schweißnahtteil (35, 35b, 35c) eine orthogonale Projektion auf eine virtuelle Ebene (VS, VSb, VSc) senkrecht zur Schichtungsrichtung (FD) definiert oder hat, wobei die orthogonale Projektion mehrere vorstehende Bereiche (Ta-Tl) aufweist, die sich in einer speziellen Richtung (D2; D4) erstrecken und in einer Richtung (D4; D2) senkrecht zu der speziellen Richtung (D2; D4) angeordnet sind, wobei jeder von den mehreren vorstehenden Bereichen (Ta-Tl) einen Gipfel (Pa-Pe) in der speziellen Richtung (D2; D4) aufweist; der Schweißnahtteil (35, 35b, 35c) einer mathematischen Beziehung B > A genügt, wobei A eine Länge einer ersten Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) darstellt und B eine Länge einer zweiten Strecke (L2a-L2d, L2f-L2h, L2j, L2k) darstellt; die erste Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) eine virtuelle Strecke ist, die den Gipfel (Pa-Pe) eines ersten von den mehreren vorstehenden Bereichen (Ta-Tl) mit dem Gipfel (Pa-Pe) eines zweiten von den mehreren vorstehenden Bereichen (Ta-Tl) verbindet, der benachbart zum ersten vorstehenden Bereich (Ta-Tl) ist; und die zweite Strecke (L2a-L2d, L2f-L2h, L2j, L2k) eine virtuelle Strecke ist, die senkrecht zu der ersten Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) ist und die erste Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) mit einem Punkt eines Außenumfangs des Schweißnahtteils (35, 35b, 35c) verbindet, wobei der Punkt am weitesten entfernt von der ersten Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) in einem Abschnitt zwischen den Gipfeln (Pa-Pe) des ersten und zweiten vorstehenden Bereichs (Ta-Tl) ist, die der ersten Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) zugewandt sind. Diese Konfiguration dient der Erhöhung der Komplexität der Formen von Kontaktgebieten zwischen dem Schweißnahtteil (35, 35b, 35c) und dem Elektrodenkörper (31) sowie zwischen dem Schweißnahtteil (35, 35b, 35c) und der Elektrodenspitze (39) sowie der Zunahme der Abmessungen der Kontaktgebiete, ohne dass das Volumen des Schweißnahtteils (35, 35b, 35c) übermäßig zunimmt, und dadurch wird die Festigkeit der Verbindung zwischen der Elektrodenspitze (39) und dem Elektrodenkörper (31) vergrößert, während das Auftreten eines sogenannten Schweißmaterialtropfens verhindert wird.
<2> Die Zündkerze (100) gemäß dem obigen Merkmal <1> weist ferner ein Metallgehäuse (50) auf, wobei: die erste Elektrode die Masseelektrode (30) ist; der Elektrodenkörper (31) ein stabförmiges Bauteil ist, das ein erstes Ende als ein Verbindungsende (312), das mit dem Metallgehäuse (50) verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das ein freies Ende (311) ist; und das Verbindungsende (312) des Elektrodenkörpers (31) eine orthogonale Projektion auf die virtuelle Ebene (VS, Vsb) definiert oder hat, zu der die spezielle Richtung (D2) von der orthogonalen Projektion des Schweißnahtteils (35, 35b, 35c) aus gerichtet ist. Dieses Merkmal dient der Vergrößerung der Abmessungen von Kontaktgebieten an der Elektrodenspitze (39), dem Elektrodenkörper (31) und dem Schweißnahtteil (35, 35b, 35c) auf der Seite des Verbindungsendes (312) bezüglich der Elektrodenspitze (39) und verbessert dadurch das Wärmeableitvermögen der Zündkerze (100).
<3> Die Zündkerze (100) gemäß dem obigen Merkmal <1> oder <2> ist ferner derart eingerichtet, dass der Elektrodenkörper (31) und die Elektrodenspitze (39) zugehörige orthogonale Projektionen auf die virtuelle Ebene (VS, Vsb, VSc) definieren oder haben, wobei die orthogonale Projektion des Elektrodenkörpers (31) und die orthogonale Projektion der Elektrodenspitze (39) einander in einem Gebiet (DS) überlappen, das zwischen den ersten und zweiten vorstehenden Bereichen (Ta-Tl) ausgebildet ist. Dieses Merkmal bringt den Elektrodenkörper (31) und die Elektrodenspitze (39) in einen direkten Kontakt, ohne dass zwischen ihnen der Schweißnahtteil (35, 35b, 35c) eingeschoben ist, und dient ferner dazu, das Volumen des Schweißnahtteils (35, 35b, 35c) gering zu halten und dadurch das Auftreten eines Schweißmaterialtropfens zu unterbinden.
<4> Die Zündkerze (100) gemäß dem obigen Merkmal <3> ist ferner derart eingerichtet, dass mindestens einer der Gipfel (Pa-Pe) des ersten und zweiten vorstehenden Bereichs (Ta-Tl) mit der orthogonalen Projektion des Elektrodenkörpers (31) überlappt und abseits von der orthogonalen Projektion der Elektrodenspitze (39) liegt. Dieses Merkmal dient dazu, bei der Elektrodenspitze (39), dem Elektrodenkörper (31) und dem Schweißnahtteil (35, 35b, 35c) ausreichende Kontaktgebiete zu schaffen, während Gebiete (DS) übrigbleiben, in denen die Elektrodenspitze (39) und der Elektrodenkörper (31) in einem direkten Kontakt miteinander stehen, und dadurch die Festigkeit der Verbindung zu erhöhen, wobei das Auftreten eines Schweißmaterialtropfens verhindert wird.
<5> Die Zündkerze (100) gemäß dem obigen Merkmal <4> ist ferner derart eingerichtet, dass die orthogonale Projektion der Elektrodenspitze (39) eine Rechteckform mit mindestens einer Ecke (AG) aufweist, die sich mit der orthogonalen Projektion des Schweißnahtteils (35, 35b, 35c) überlappt. Dieses Merkmal dient dazu, die Festigkeit der Verbindung durch Schweißen mindestens einer Ecke (AG), die wahrscheinlich ein Ausgangspunkt für die Ablösung der Elektrodenspitze (39) ist, als auch der übrigen drei Ecken (AG) weiter zu erhöhen.
<6> Die Zündkerze (100) gemäß dem obigen Merkmal <5> ist ferner derart eingerichtet, dass die vier Ecken (AG) der Rechteckform zwei Ecken aufweisen, die von den übrigen zwei Ecken aus in der speziellen Richtung (D2) liegen und die sich mit der orthogonalen Projektion des Schweißnahtteils (35) überlappen. Dieses Merkmal dient dazu, die Festigkeit der Verbindung durch Schweißen von zwei Ecken (AG), die wahrscheinlich ein Ausgangspunkt für die Ablösung der Elektrodenspitze (39) sind, als auch an den übrigen zwei Ecken (AG) weiter zu erhöhen.
<7> Die Zündkerze (100) gemäß einem der obigen Merkmale <1>-<6> ist ferner derart eingerichtet, dass die mathematische Beziehung B > A für jedes Paar zweier benachbarter Bereiche von den mehreren vorstehenden Bereichen (Ta-Te, Tj-Tl) als dem ersten und zweiten vorstehenden Bereich erfüllt ist. Dieses Merkmal trägt wirksamer zu einer Erhöhung der Festigkeit der Verbindung bei, während das Auftreten eines Schweißmaterialtropfens verhindert wird.
Die oben beschriebene Technik kann in verschiedenartigen Ausführungsformen ausgeführt werden, wie z.B. bei einer Zündkerze, einer Zündvorrichtung unter Verwendung der Zündkerze, einer Verbrennungskraftmaschine, auf der die Zündkerze angebracht ist, einer Elektrode der Zündkerze, einem Verfahren zum Schweißen einer Elektrodenspitze auf der Elektrode der Zündkerze und einem Verfahren zum Herstellen der Elektrode der Zündkerze.
Der gesamte Inhalt der Japanischen Patentanmeldung 2018-022598 , eingereicht am 10. Februar 2018, wird hier durch Nennung aufgenommen.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf die vorliegende Ausführungsform und ihre Varianten beschrieben worden ist, sind die vorliegende Ausführungsform und ihre Varianten dazu gedacht, das Verständnis der vorliegende Erfindung zu fördern, und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung darauf zu beschränken. An der vorliegenden Ausführungsform und ihren Varianten können verschiedenartige Abänderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die vorliegende Erfindung schließt ihre Äquivalente ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/067199 [0002]
US 9257817 B2 [0002]
JP 2018022598 [0085]

Claims

Zündkerze (100), aufweisend: eine Masseelektrode (30); und eine Mittelelektrode (20); wobei mindestens eine von der Masseelektrode (30) und der Mittelelektrode (20), als eine erste Elektrode, aufweist: einen Elektrodenkörper (31), eine Elektrodenspitze (39), die mit dem Elektrodenkörper (31) in einer Schichtungsrichtung (FD) geschichtet ist, und einen Schweißnahtteil (35, 35b, 35c), der zwischen dem Elektrodenkörper (31) und der Elektrodenspitze (39) ausgebildet ist; der Schweißnahtteil (35, 35b, 35c) in einer orthogonalen Projektion auf eine virtuelle Ebene (VS, VSb, VSc), die senkrecht zur Schichtungsrichtung (FD) ist, mehrere vorstehende Bereiche (Ta-Tl) aufweist, die sich in einer speziellen Richtung (D2, D4) erstrecken und in einer Richtung (D4, D2) senkrecht zu der speziellen Richtung (D2, D4) angeordnet sind, wobei jeder von den mehreren vorstehenden Bereichen (Ta-Tl) einen Gipfel (Pa-Pe) in der speziellen Richtung (D2, D4) aufweist; der Schweißnahtteil (35, 35b, 35c) einer mathematischen Beziehung B > A genügt, wobei A eine Länge einer ersten Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) darstellt und B eine Länge einer zweiten Strecke (L2a-L2d, L2f-L2h, L2j, L2k) darstellt; die erste Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) eine virtuelle Strecke ist, die den Gipfel (Pa-Pe) eines ersten von den mehreren vorstehenden Bereichen (Ta-Tl) mit dem Gipfel (Pa-Pe) eines zweiten von den mehreren vorstehenden Bereichen (Ta-Tl) verbindet, der benachbart zum ersten vorstehenden Bereich (Ta-Tl) ist; und die zweite Strecke (L2a-L2d, L2f-L2h, L2j, L2k) eine virtuelle Strecke ist, die senkrecht zu der ersten Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) ist und die erste Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) mit einem Punkt eines Außenumfangs des Schweißnahtteils (35, 35b, 35c) verbindet, wobei der Punkt am weitesten entfernt von der ersten Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) in einem Abschnitt zwischen den Gipfeln (Pa-Pe) des ersten und zweiten vorstehenden Bereichs (Ta-Tl) ist, die der ersten Strecke (L1a-L1d, L1f-L1h, L1j, L1k) zugewandt sind.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1, ferner mit einem Metallgehäuse (50), wobei die erste Elektrode die Masseelektrode (30) ist, der Elektrodenkörper (31) ein stabförmiges Bauteil ist, das ein erstes Ende als ein Verbindungsende (312), das mit dem Metallgehäuse (50) verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das ein freies Ende (311) ist; und die spezielle Richtung (D2) in einer orthogonalen Projektion des Verbindungsendes (312) des Elektrodenkörpers (31) auf die virtuelle Ebene (VS, Vsb) von der orthogonalen Projektion des Schweißnahtteils (35, 35b, 35c) auf das Verbindungsende (312) gerichtet ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elektrodenkörper (31) und die Elektrodenspitze (39) so angeordnet sind, dass jeweilige orthogonale Projektionen des Elektrodenkörpers (31) und der Elektrodenspitze (39) in einem Gebiet (DS) miteinander überlappen, das zwischen den ersten und zweiten vorstehenden Bereichen (Ta-Tl) ausgebildet ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 3, wobei mindestens einer der Gipfel (Pa-Pe) des ersten und zweiten vorstehenden Bereichs (Ta-Tl) mit der orthogonalen Projektion des Elektrodenkörpers (31) überlappt und abseits von der orthogonalen Projektion der Elektrodenspitze (39) liegt.
Zündkerze (100) nach Anspruch 4, wobei die orthogonale Projektion der Elektrodenspitze (39) eine Rechteckform mit mindestens einer Ecke (AG) aufweist, die sich mit der orthogonalen Projektion des Schweißnahtteils (35, 35b, 35c) überlappt.
Zündkerze (100) nach Anspruch 5, wobei die vier Ecken (AG) der Rechteckform zwei Ecken aufweisen, die von den übrigen zwei Ecken aus in der speziellen Richtung (D2) liegen und die sich mit der orthogonalen Projektion des Schweißnahtteils (35) überlappen.
Zündkerze (100) nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die mathematische Beziehung B > A für jedes Paar zweier benachbarter Bereiche von den mehreren vorstehenden Bereichen (Ta-Te, Tj-Tl) als dem ersten und zweiten vorstehenden Bereich erfüllt ist.