DE102019117866A1

DE102019117866A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102019117866A1
Application number: DE102019117866.5A
Authority: DE
Inventors: Junji Kimura
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2020-01-16
Also published as: US10651632B2; US20200021084A1; CN110718857A; CN110718857B; JP2020009691A; JP6731450B2

Abstract

Eine Zündkerze beinhaltet eine Spitze (26), die sich in eine erste Richtung erstreckt, und ein Elektrodengrundmetall (22) mit einem sich in die erste Richtung erstreckenden Erstreckungsabschnitt (23), der mit der Spitze (26) durch eine Schmelzzone (25) verbunden ist. In einem Schnitt, der entlang der ersten Richtung genommen wurde und eine Mittelachse (C) der Spitze (26) enthält, wird in einem Fall, in dem zwei Enden (51, 52) der Grenzfläche (50) zwischen dem Erstreckungsabschnitt (23) und der Schmelzzone (25) an der gleichen Position in Bezug auf die erste Richtung angeordnet sind, der lineare Abstand zwischen den Enden durch A bezeichnet, oder, in einem Fall, in dem sich ein Ende (51) vor dem anderen Ende (52) befindet, der Abstand von dem einen Ende (51) zu einem Schnittpunkt (56) zwischen einer das eine Ende (51) passierenden Geraden (55), die sich senkrecht zur Mittelachse (C) erstreckt, und dem Umriss (25a) der Schmelzzone (25) durch A bezeichnet. Die Grenzflächenlänge B erfüllt einen Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze, insbesondere auf eine Zündkerze, bei der eine Spitze mit einem Elektrodengrundmetall verbunden ist.
Hintergrund der Erfindung
Es ist eine Zündkerze bekannt, bei der eine Spitze über eine Schmelzzone mit einem Elektrodengrundmetall verbunden ist (siehe z.B. Japanische Patentanmeldung Laid-Open (kokai) Nr. 2017-228430 ).
Eine solche Zündkerze ist erforderlich, um eine Technik zur Einschränkung der Trennung an der Grenzfläche zwischen einem Elektrodengrundmetall und einer Schmelzzone anzuwenden, um ein Ablösen einer Spitze vom Elektrodengrundmetall auch bei Rissbildung an einem Ende der Grenzfläche zwischen dem Elektrodengrundmetall und der Schmelzzone zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung ist so konzipiert, dass sie die oben genannte Anforderung erfüllt. Ein Vorteil der Erfindung ist eine Zündkerze, die in der Lage ist, die Trennung an der Grenzfläche zwischen einem Elektrodengrundmetall und einer Schmelzzone zu verhindern.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, die eine Spitze umfasst, die sich in eine erste Richtung erstreckt, die von einer hinteren Endseite zu einer vorderen Endseite gerichtet ist, und ein Elektrodengrundmetall mit einem sich in die erste Richtung erstreckenden Erstreckungsabschnitt, dessen vorderer Endabschnitt mit einem hinteren Endabschnitt der Spitze durch eine Schmelzzone verbunden ist. In einem Abschnitt, der entlang der ersten Richtung verläuft und eine Mittelachse der sich in der ersten Richtung erstreckenden Spitze enthält, erfüllen A und B einen Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2, wenn in einem Fall, in dem zwei Enden einer Linie, die eine Grenzfläche zwischen dem Erstreckungsabschnitt und der Schmelzzone anzeigt, an der gleichen Position in Bezug auf die erste Richtung angeordnet sind, A eine lineare Entfernung zwischen den beiden Enden ist, oder in einem Fall, in dem sich eines der beiden Enden vor dem anderen Ende in Bezug auf die erste Richtung befindet, A ist ein Abstand auf einer Geraden, die das eine Ende passiert und sich senkrecht zur Mittelachse erstreckt, vom einen Ende bis zu einem Schnittpunkt zwischen der Geraden und einem Umriss der Schmelzzone auf einer Seite zum anderen Ende, und B ist eine Länge der Linie, die die Grenzfläche anzeigt.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Zündkerze erfüllen in einem Abschnitt, der die Mittelachse der Spitze enthält, die Länge B der Linie, die die Grenzfläche zwischen dem Elektrodengrundmetall und der Schmelzzone anzeigt, und die Länge A des Liniensegments senkrecht zur Mittelachse, das die Enden der Grenzfläche enthält, den Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich Risse von einem Ende zum anderen Ende der Grenzfläche zwischen dem Elektrodengrundmetall und der Schmelzzone entwickeln, geringer, wodurch eine Trennung an der Grenzfläche eingedämmt werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze wie vorstehend beschrieben vorgesehen, wobei die die Grenzfläche anzeigende Linie mindestens ein Vorsprung zur vorderen Endseite hin aufweist. Da der(die) Vorsprung(Vorsprünge) den Grad der Rissbildung von einem Ende oder dem anderen Ende entlang einer Richtung senkrecht zur Mittelachse reduzieren können, kann die Wirkung des ersten Aspekts der Erfindung erreicht werden, und die Trennung an der Grenzfläche zwischen dem Elektrodengrundmetall und der Schmelzzone kann weiter eingeschränkt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze wie vorstehend beschrieben vorgesehen, wobei ein erster Scheitelpunkt, der sich am weitesten vor den Scheitelpunkten des Vorsprungs befindet, in einem ersten Bereich der Linie vorhanden ist, der die Grenzfläche anzeigt, die sich zu dem einen Ende in Bezug auf die Mittelachse befindet, oder ein zweiter Bereich der Linie, der die Grenzfläche anzeigt, die sich zu dem anderen Ende in Bezug auf die Mittelachse befindet. Somit kann im Vergleich zu dem Fall, dass der erste Scheitelpunkt auf der Mittelachse vorhanden ist, der Grad der Rissbildung von einem Ende oder dem anderen Ende entlang einer Richtung senkrecht zur Mittelachse weiter reduziert werden. Dadurch kann die Wirkung des zweiten Aspekts der Erfindung erreicht und die Trennung an der Grenzfläche zwischen dem Elektrodengrundmetall und der Schmelzzone weiter eingeschränkt werden.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze wie vorstehend beschrieben vorgesehen, wobei die Linie, die die Grenzfläche anzeigt, zwei oder mehr Vorsprünge aufweist. In dem ersten Bereich oder dem zweiten Bereich, in dem der erste Scheitelpunkt fehlt, ist ein zweiter Scheitelpunkt vorhanden, der sich an der gleichen Position in Bezug auf die erste Richtung wie der erste Scheitelpunkt befindet oder welcher der sich zweitvorderste neben dem ersten Scheitelpunkt ist. Durch den zweiten Scheitelpunkt kann der Grad der Rissbildung von einem Ende oder dem anderen Ende entlang einer Richtung senkrecht zur Mittelachse reduziert werden. Darüber hinaus kann im Vergleich zu dem Fall, dass der zweite Scheitelpunkt auf der Mittelachse vorhanden ist, der Grad der Rissbildung von einem Ende oder dem anderen Ende entlang einer Richtung senkrecht zur Mittelachse weiter reduziert werden. Dadurch kann die Wirkung des dritten Aspekts der Erfindung erreicht und die Trennung an der Grenzfläche weiter eingeschränkt werden.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze wie vorstehend beschrieben vorgesehen, wobei in jedem Abschnitt, der die Mittelachse enthält, der Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2 erfüllt ist. Dadurch kann die Wirkung eines der vorgenannten Aspekte der Erfindung erreicht werden, und die Trennung an der Grenzfläche zwischen dem Elektrodengrundmetall und der Schmelzzone kann weiter eingeschränkt werden.
Figurenliste

1 ist ein halber Schnitt durch eine Zündkerze gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Schnittansicht einer Mittelelektrode, die die Mittelachse einer Spitze enthält.
3 ist eine Schnittansicht einer Masseelektrode, die die Mittelachse einer Spitze enthält.
4 ist eine Schnittansicht einer Mittel elektrode, die die Mittelachse einer Spitze in einer Zündkerze gemäß einer zweiten Ausführungsform enthält.
5A ist eine Seitenansicht eines Elektrodengrundmetalls und einer Spitze, und 5B ist ein Korrelationsdiagramm, das die Beziehung zwischen B/A und dem Prozentsatz der Länge des Risses in einer Grenzfläche zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein halber Schnitt, der von einer axialen Linie O begrenzt ist, einer Zündkerze 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. In 1 wird die untere Seite als vordere Endseite der Zündkerze 10 und die obere Seite als hintere Endseite der Zündkerze 10 bezeichnet. Wie in 1 dargestellt, weist die Zündkerze 10 eine Mittelelektrode 20 und eine Masseelektrode 40 auf.
Ein Isolator 11 ist ein etwa zylindrisches Element mit einem axialen Loch 12 entlang der axialen Linie O und ist aus Keramik, wie beispielsweise Aluminiumoxid, gebildet, das sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften und Isolierleistung bei hohen Temperaturen auszeichnet. Der Isolator 11 weist eine nach hinten gerichtete Oberfläche 13 oder eine nach hinten gerichtete ringförmige Oberfläche auf, die auf der vorderen Endseite der inneren Umfangsfläche des axialen Lochs 12 ausgebildet ist. Die nach hinten gerichtete Fläche 13 reduziert sich im Durchmesser zur vorderen Endseite hin.
Die Mittelelektrode 20 ist ein stabförmiges Element, das auf der nach hinten gerichteten Fläche 13 sitzt. Das vordere Ende der Mittelelektrode 20 ragt vom vorderen Ende des Isolators 11 nach vorne. Die Mittelelektrode 20 ist so konfiguriert, dass ein Kern 21, der Kupfer als Hauptkomponente enthält, mit einem geschlossen-bödigen zylindrischen Elektrodengrundmetall 22 bedeckt ist. Das Elektrodengrundmetall 22 weist eine chemische Zusammensetzung auf, die Ni in einer Menge von 50 Gew.-% oder mehr enthält. Der Kern 21 kann weggelassen werden.
Das Elektrodengrundmetall 22 weist einen Erstreckungsabschnitt 23 auf, dessen vorderer Endabschnitt 24 vom vorderen Ende des Isolators 11 vorsteht. Der Erstreckungsabschnitt 23 ist ein Abschnitt des Elektrodengrundmetalls 22 und ist zu einer kreisförmigen säulenförmigen Form geformt, die sich in axialer Richtung erstreckt. Ein hinterer Endabschnitt 27 einer scheibenförmigen Spitze 26 ist mit dem vorderen Endabschnitt 24 des Erstreckungsabschnitts 23 durch eine Schmelzzone 25 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Spitze 26 eine chemische Zusammensetzung auf, die ein oder mehrere Edelmetalle von Pt, Rh, Ir, Ru usw. in einer Menge von 50 Gew.-% oder mehr enthält. Eine Entladungsfläche 28 der Spitze 26 liegt der Masseelektrode 40 gegenüber. Die Mittelelektrode 20 ist elektrisch mit einer Metallklemme 29 in dem axialen Loch 12 verbunden.
Die Metallklemme 29 ist ein stabförmiges Element zum Anschluss an ein Hochspannungskabel (nicht dargestellt) und ist aus einem elektrisch leitfähigen Metallmaterial (z.B. kohlenstoffarmer Stahl) gebildet. Die Metallklemme 29 ist an der hinteren Endseite des Isolators 11 befestigt, während eine vordere Endseite davon in das axiale Loch 12 eingesetzt wird.
Am Außenumfang eines vorderen Endabschnitts des Isolators 11 ist ein metallisches Gehäuse 30 durch Crimpen befestigt. Das metallische Gehäuse 30 ist ein etwa zylindrisches Element, das aus einem elektrisch leitfähigen Metallmaterial (z.B. kohlenstoffarmer Stahl) gebildet ist. Die metallische Schale 30 weist einen Sitzabschnitt 31 auf, der in kragenartiger Form radial nach außen ragt, und einen Schraubenabschnitt 32, der auf einer äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist, die vor dem Sitzabschnitt 31 angeordnet ist. Die metallische Schale 30 wird durch Einschrauben des Schraubenabschnitts 32 in eine Gewindebohrung (nicht dargestellt) eines Motors (Zylinderkopf) befestigt. Die Masseelektrode 40 ist mit einem vorderen Endabschnitt des metallischen Gehäuses 30 verbunden.
Die Masseelektrode 40 ist ein stabförmiges Element, das aus einem elektrisch leitfähigen Metallmaterial gebildet ist. Die Masseelektrode 40 weist ein mit dem metallischen Gehäuse 30 verbundenes Elektrodengrundmetall 41 und eine Spitze 46 auf. Das Elektrodengrundmetall 41 weist einen Stützabschnitt 42 auf, dessen Endabschnitt mit der metallischen Schale 30 verbunden ist, und einen Erstreckungsabschnitt 43, der mit dem Stützabschnitt 42 durch Widerstandsschweißen, Laserschweißen oder dergleichen verbunden ist. Der Stützabschnitt 42 und der Erstreckungsabschnitt 43 weisen eine chemische Zusammensetzung auf, die Ni in einer Menge von 50 Gew.-% oder mehr enthält.
Der Erstreckungsabschnitt 43 ist zu einer kreisförmigen säulenförmigen Form geformt, die sich in axialer Richtung erstreckt. Ein hinterer Endabschnitt 47 einer scheibenförmigen Spitze 46 ist mit einem vorderen Endabschnitt 44 des Erstreckungsabschnitts 43 durch eine Schmelzzone 45 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Spitze 46 eine chemische Zusammensetzung auf, die ein oder mehrere Edelmetalle von Pt, Rh, Ir, Ru usw. in einer Menge von 50 Gew.-% oder mehr enthält. Eine Entladungsfläche 48 der Spitze 46 liegt der Mittelelektrode 20 gegenüber. Zwischen der Entladungsfläche 48 der Spitze 46 und der Mittelelektrode 20 bildet sich eine Funkenstrecke.
Insbesondere wird zur Übereinstimmung der vorderen Endseite und der hinteren Endseite des Erstreckungsabschnitts 43 und der Spitze 46 der Masseelektrode 40 mit der vorderen Endseite und der hinteren Endseite des Erstreckungsabschnitts 23 und der Spitze 26 der Mittelelektrode 20, anders als die vordere Endseite und die hintere Endseite der Zündkerze 10, ein Teil des Erstreckungsabschnitts 43, der mit dem Stützabschnitt 42 verbunden ist, als hinteres Ende bezeichnet, und die Entladefläche 48 der Spitze 46 wird als vorderes Ende bezeichnet.
2 ist eine Schnittansicht der Mittelelektrode 20 mit der Mittelachse C der Spitze 26. Die Mittelachse C verläuft über den Flächenschwerpunkt der Entladefläche 28 der Spitze 26 und erstreckt sich in die Richtung, in die sich der Erstreckungsabschnitt 23 erstreckt. Der Pfeil F zeigt eine erste Richtung an, die vom hinteren Endabschnitt 27 zur Entladefläche 28 der Spitze 26 gerichtet ist. In der vorliegenden Ausführungsform stimmt die Mittelachse C mit der axialen Linie O (siehe 1) der Zündkerze 10 überein. Die Spitze 26 ist mit dem Erstreckungsabschnitt 23 durch die Schmelzzone 25 verbunden. In der Schmelzzone 25 sind die Spitze 26 und der Erstreckungsabschnitt 23 miteinander verschmolzen. Die Linie, die eine Grenzfläche 50 zwischen der Schmelzzone 25 und dem Erstreckungsabschnitt 23 anzeigt, ist unterteilt in einen ersten Bereich 58, der sich auf einer Seite in Richtung eines Endes 51 der Grenzfläche 50 in Bezug auf die Mittelachse C befindet, und einen zweiten Bereich 59, der sich auf einer Seite in Richtung des anderen Endes 52 der Grenzfläche 50 in Bezug auf die Mittelachse C befindet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Schmelzzone 25 durch Laserschweißen gebildet. Das eine Ende 51 und das andere Ende 52 (zwei Enden der Grenzfläche 50), an denen sich die Linie, die die Grenzfläche 50 anzeigt, und ein Umriss 23a des Erstreckungsabschnitts 23 schneiden, sind so beschaffen, dass das eine Ende 51 in Bezug auf die Richtung des Pfeils F (erste Richtung) vor dem anderen Ende 52 angeordnet ist. In diesem Fall ist der Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2 erfüllt, wobei A ein Abstand auf einer Geraden 55 ist, die das eine Ende 51 passiert und sich senkrecht zur Mittelachse C erstreckt, von einem Schnittpunkt 56 zwischen der Geraden 55 und einem Umriss 25a der Schmelzzone 25 bis zum einen Ende 51, und B die Länge der Grenzfläche 50 ist (Länge entlang der Grenzfläche 50 von dem einen Ende 51 bis zum anderen Ende 52).
Insbesondere schneidet die Gerade 55 mit der Kontur der Schmelzzone 25 auch an einem Schnittpunkt 57 zusätzlich zum Schnittpunkt 56. Ein Schnittpunkt, der verwendet wird, um den Abstand A von dem einen Ende 51 zu erhalten, ist jedoch der Schnittpunkt 56 mit dem Umriss 25a, der auf eine äußerlich sichtbare Form der Schmelzzone 25 hinweist, nicht der Schnittpunkt 57, der nur auf einem Schnitt (von außen unsichtbar) sichtbar ist. Dies hat folgenden Grund: Da die Länge B entlang der Grenzfläche 50 von der Kreuzung (dem anderen Ende 52) zwischen der Umriss 23a des Erstreckungsabschnitts 23 und der Grenzfläche 50 zu dem einen Ende 51 liegt, wird aus Gründen der Übereinstimmung mit der Länge B der Kreuzungspunkt 56 zwischen der Geraden 55 und der Umriss 25a zum Erhalten der Entfernung A verwendet.
Die Länge B kann wie folgt erhalten werden: ein Abschnitt, der die Mittelachse C enthält, wird bildlich erfasst; 100 gleiche Teilungspunkte der Grenzfläche 50 (erhalten durch Projizieren gleicher Teilungspunkte der Geraden 55 auf die Grenzfläche 50) werden durch Bildverarbeitung aufgezeichnet; dann werden lineare Abstände zwischen den benachbarten Punkten summiert.
Da die Zündkerze 10 innerhalb eines Motors wiederholt erwärmt und gekühlt wird, ist eine thermische Belastung geeignet, die Erzeugung eines Risses in der Grenzfläche 50 zwischen dem Erstreckungsabschnitt 23 und der Schmelzzone 25 zu bewirken. Risse von einem Ende 51 und dem anderen Ende 52 der Grenzfläche 50 entstehen durch den Kontakt mit Hochtemperatur-Verbrennungsgas. In der Zündkerze 10, in einem Abschnitt, der die Mittelachse C der Spitze 26 enthält, da A und B den Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2 erfüllen, wobei B die Länge der Grenzfläche 50 und A die Länge eines Liniensegments ist, dass das eine Ende 51 der Grenzfläche 50 enthält und sich senkrecht zur Mittelachse C erstreckt, ist es unwahrscheinlich, dass sich Risse von dem einen Ende 51 zum anderen Ende 52 der Grenzfläche 50 oder vom anderen Ende 52 zum einen Ende 51 entwickeln. Daher kann ein Bruch der Grenzfläche 50 vermieden werden, der sonst durch Rissbildung entstehen könnte.
Die Grenzfläche 50 weist eine Vorsprung 53 auf, die zur vorderen Endseite hin vorsteht. Ein erster Scheitelpunkt 54, der sich am weitesten vorne auf dem Vorsprung 53 befindet, befindet sich an einer anderen Position als der des einen Endes 51 und des anderen Endes 52 der Grenzfläche 50. Da der erste Scheitelpunkt 54 auf dem Vorsprung 53 vorhanden ist, ändert sich die Neigungsrichtung des Vorsprungs 53 in Bezug auf die Mittelachse C am ersten Scheitelpunkt 54. Dadurch kann der Vorsprung 53 den Grad der Rissbildung in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse C reduzieren. Dadurch kann die Trennung an der Grenzfläche 50 weiter eingeschränkt werden.
Der erste Scheitelpunkt 54 des Vorsprungs 53 befindet sich im zweiten Bereich 59 der Grenzfläche 50, der sich zum anderen Ende 52 in Bezug auf die Mittelachse C hin befindet. Dadurch kann im Vergleich zu dem Fall, dass der erste Scheitelpunkt 54 auf der Mittelachse C vorhanden ist, der Grad der Rissbildung vom anderen Ende 52 in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse C weiter reduziert werden. Dadurch kann im Vergleich zu dem Fall, dass der erste Scheitelpunkt 54 auf der Mittelachse C vorhanden ist, die Trennung an der Grenzfläche 50 weiter eingeschränkt werden.
Insbesondere, vorzugsweise, gilt die Bedingung von B/A ≥ 1,2, die die Grenzfläche 50 der Schmelzzone 25 erfüllt, in jedem Abschnitt, der die Mittelachse C enthält. Jeder Abschnitt, der die Mittelachse C enthält, kann durch Bildverarbeitung erhalten werden. Das Verfahren ist wie folgt. Zunächst wird die Mittelelektrode 20 nach und nach senkrecht zur Mittelachse C geschliffen und der resultierende Abschnitt wiederholt bildaufgezeichnet. Die resultierenden Bilder werden verarbeitet, um eine dreidimensionale Struktur der Grenzfläche 50 zu erhalten. Anschließend werden die Länge B der Grenzfläche 50 und der Abstand A in jedem Abschnitt gemessen, der die Mittelachse C der erhaltenen dreidimensionalen Struktur enthält, wobei beurteilt werden kann, ob der Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2 in dem Abschnitt, der die Mittelachse C enthält, erfüllt ist oder nicht. Durch die Erfüllung des Vergleichsausdrucks B/A ≥ 1,2 in jedem Abschnitt, der die Mittelachse C enthält, kann die Trennung an der Grenzfläche 50 weiter eingeschränkt werden.
3 ist eine Schnittansicht der Masseelektrode 40 mit der Mittelachse C der Spitze 46. Die Mittelachse C verläuft über den Flächenschwerpunkt der Entladefläche 48 der Spitze 46 und erstreckt sich in die Richtung, in der sich der Erstreckungsabschnitt 43 erstreckt. Der Pfeil F zeigt eine erste Richtung an, die vom hinteren Endabschnitt 47 zur Entladefläche 48 der Spitze 46 gerichtet ist. In der vorliegenden Ausführungsform stimmt die Mittelachse C mit der axialen Linie O (siehe 1) der Zündkerze 10 überein. Die Spitze 46 ist mit dem Erstreckungsabschnitt 43 durch die Schmelzzone 45 verbunden. Die Linie, die eine Grenzfläche 60 zwischen der Schmelzzone 45 und dem Erstreckungsabschnitt 43 anzeigt, ist unterteilt in einen ersten Bereich 68, der sich auf einer Seite in Richtung eines Endes 61 der Grenzfläche 60 in Bezug auf die Mittelachse C befindet, und einen zweiten Bereich 69, der sich auf einer Seite in Richtung des anderen Endes 62 der Grenzfläche 60 in Bezug auf die Mittelachse C befindet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Schmelzzone 45 durch Laserschweißen gebildet. Das eine Ende 61 und das andere Ende 62 (zwei Enden der Grenzfläche 60), an denen sich die Linie, die die Grenzfläche 60 anzeigt, und die Umrisse 43a und 45a des Erstreckungsabschnitts 43 und der Schmelzzone 45 schneiden, befinden sich an der gleichen Stelle in Bezug auf die Richtung des Pfeils F (erste Richtung). In diesem Fall erfüllt der lineare Abstand A (Länge eines Liniensegments) zwischen dem einen Ende 61 und dem anderen Ende 62 und die Länge B der Grenzfläche 60 den Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2. Die Länge B der Grenzfläche 60 wird auf eine ähnliche Weise erhalten wie bei der Länge B der Grenzfläche 50. Durch die Erfüllung des Vergleichsausdrucks B/A ≥ 1,2 ist es unwahrscheinlich, dass sich Risse von einem Ende 61 zum anderen Ende 62 der Grenzfläche 60 oder von dem anderen Ende 62 zum einen Ende 61 entwickeln. Daher kann eine Trennung an der Grenzfläche 60 unterdrückt werden, die sonst durch Rissbildung entstehen könnte.
Die Grenzfläche 60 weist eine Vielzahl von Vorsprüngen 63 und 65 auf, die zur vorderen Endseite hin vorstehen. Ein erster Scheitelpunkt 64, der sich am weitesten vorwärts auf dem Vorsprung 63 befindet, befindet sich im ersten Bereich 68 der Grenzfläche 60 (mit Ausnahme des einen Endes 61 und der Mittelachse C), der sich in Richtung des einen Endes 61 in Bezug auf die Mittelachse C befindet. Ein zweiter Scheitelpunkt 66, der sich am weitesten vorwärts auf dem Vorsprung 65 befindet, befindet sich im zweiten Bereich 69 der Grenzfläche 60 (mit Ausnahme des anderen Endes 62 und der Mittelachse C), der sich in Richtung des anderen Endes 62 in Bezug auf die Mittelachse C befindet. Der zweite Scheitelpunkt 66 befindet sich am weitesten vorwärts neben dem ersten Scheitelpunkt 64 in Bezug auf die erste Richtung (Richtung des Pfeils F).
Da der zweite Scheitelpunkt 66 auf dem Vorsprung 65 vorhanden ist, ändert sich die Neigungsrichtung des Vorsprung 65 in Bezug auf die Mittelachse C am zweiten Scheitelpunkt 66. Zusätzlich zum ersten Scheitelpunkt 64 kann der zweite Scheitelpunkt 66 den Grad der Rissbildung vom anderen Ende 62 zum einen Ende 61 der Grenzfläche 60 in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse C reduzieren. Somit kann die Wirkung und der Effekt auf die Grenzfläche 50 der Schmelzzone 25 der Mittelelektrode 20 erreicht werden, und die Trennung an der Grenzfläche 60 kann weiter eingeschränkt werden.
Eine zweite Ausführungsform wird anschließend mit Bezug auf 4 beschrieben. Die erste Ausführungsform wurde unter Bezugnahme auf die Grenzflächen 50 und 60 mit einem oder zwei Vorsprünge beschrieben. Im Gegensatz dazu wird die zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Grenzfläche 72 mit einer größeren Anzahl von Vorsprüngen beschrieben. Insbesondere werden ähnliche strukturelle Merkmale der ersten und zweiten Ausführungsform durch gleiche Bezugsziffern gekennzeichnet, und eine wiederholte Beschreibung wird vermiedent. 4 ist eine Schnittansicht einer Mittelelektrode 70, die die Mittelachse C der Spitze 26 in einer Zündkerze gemäß der zweiten Ausführungsform enthält.
Die Spitze 26 ist über eine Schmelzzone 71 mit dem Erstreckungsabschnitt 23 verbunden. Auch in der vorliegenden Ausführungsform wird die Schmelzzone 71 durch das Laserschweißen gebildet. Ein Ende 73 und das andere Ende 74 (zwei Enden der Grenzfläche 72), an denen sich die Linie, die die Grenzfläche 72 zwischen der Schmelzzone 71 und dem Erstreckungsab schnitt 23 anzeigt, und der Umriss 23a des Erstreckungsabschnitts 23 schneiden, sind so dass sich das eine Ende 73 vor dem anderen Ende 74 in Bezug auf die Richtung des Pfeils F (erste Richtung) befindet. In diesem Fall ist der Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2 erfüllt, wobei A ein Abstand auf einer Geraden 83 ist, die das eine Ende 73 passiert und sich senkrecht zur Mittelachse C erstreckt, von einem Schnittpunkt 84 zwischen der Geraden 83 und einem Umriss 71a der Schmelzzone 71 bis zum einen Ende 73, und B die Länge der Grenzfläche 72 ist (Länge entlang der Grenzfläche 72 von dem einen Ende 73 bis zum anderen Ende 74).
Die Grenzfläche 72 weist eine Vielzahl von Vorsprüngen 75, 77, 79 und 81 auf, die zur vorderen Endseite hin vorstehen. Ein erster Scheitelpunkt 76, der sich am weitesten vorwärts auf der Vorsprung 75 befindet, befindet sich an der gleichen Position in Bezug auf die erste Richtung (Richtung des Pfeils F) wie der zweite Scheitelpunkt 78, der sich am weitesten vorwärts auf der Vorsprung 77 befindet. Ein dritter Scheitelpunkt 80, der sich am weitesten vorne auf dem Vorsprung 79 befindet, und ein vierter Scheitelpunkt 82, der sich am weitesten vorne auf dem Vorsprung 81 befindet, befinden sich rückwärts vom ersten Scheitelpunkt 76 und vom zweiten Scheitelpunkt 78 in Bezug auf die erste Richtung (Richtung des Pfeils F). Der zweite Scheitelpunkt 78 befindet sich im ersten Bereich 58 der Grenzfläche 72 (mit Ausnahme des einen Endes 73 und der Mittelachse C), der sich in Richtung des einen Endes 73 in Bezug auf die Mittelachse C erstreckt. Der erste Scheitelpunkt 76 befindet sich im zweiten Bereich 59 der Grenzfläche 72 (mit Ausnahme des anderen Endes 74 und der Mittelachse C), der sich in Bezug auf die Mittelachse C in Richtung des anderen Endes 74 befindet. Nach der vorliegenden Zündkerze kann ein Ergebniss und eine ähnliche Wirkung wie bei der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Masseelektrode 40 erzielt werden.
Beispiel
Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Beispiels näher beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das Beispiel beschränkt. 5A ist eine Seitenansicht, die ein Elektrodengrundmetall (Erstreckungsabschnitt 23) einer Mittelelektrode und die Spitze 26 zeigt, die zur Vorbereitung von Proben einer Zündkerze im Beispiel verwendet wird.
Wie in 5A dargestellt, weist der Erstreckungsabschnitt 23 eine Kegelstumpfform auf, und eine Endfläche 24a des vorderen Endabschnitts 24 weist eine kreisförmige Form auf. Der Erstreckungsabschnitt 23 ist aus einer Ni-Legierung (NCF601) gebildet. Die Spitze 26 ist aus einer Ir-Legierung (Ir: 68 Gew.-%; Ru: 11 Gew.-%; Rh: 20 Gew.-%; und Ni: 1 Gew.-%) gebildet und hat eine kreisförmige Säulenform. Eine Endfläche 27a des hinteren Endabschnitts 27 der Spitze 26 gegenüber der Entladefläche 28 hat eine kreisförmige Form.
Wenn die Endfläche 27a der Spitze 26 mit der Endfläche 24a des Erstreckungsabschnitts 23 in Kontakt steht, wurde das Werkstück um die Mittelachse C gedreht und die Grenze zwischen der Spitze 26 und dem Erstreckungsabschnitt 23 mit einem Laserstrahl bestrahlt, der vom Arbeitskopf eines Laserschweißgerätes emittiert wurde (nicht dargestellt). Verschiedene Proben wurden so vorbereitet, dass ihre Schmelzzonen einen Gesamtgehalt an Ir, Ru und Rh (Komponenten der Spitze 26) von 50 Gew.-% oder mehr enthielten und ungefähr den gleichen Gesamtgehalt an Ir, Ru und Rh enthielten, und wurden so hergestellt, dass sie sich in B/A durch Änderung des Punktdurchmessers des Laserstrahls, der Laserleistung usw. unterscheiden.
Für jede der vorbereiteten Proben wurde ein Haltbarkeitstest durchgeführt. Im Haltbarkeitstest wurde ein Wärmezyklus mit 2-minütiger Wärmeanwendung auf die Spitzen 26, Erstreckungsabschnitte 23 und Schmelzzonen durch einen Gasbrenner und anschließender 1-minütiger Strahlungskühlung 1000-fach wiederholt. Während des Erwärmens in jedem Zyklus erreichte die Temperatur des Erstreckungsabschnitts 23 1000°C. Jede Probe wurde geschnitten, um einen Schnitt zu erhalten, der die Mittelachse C enthält; der Schnitt wurde poliert, um eine polierte Oberfläche vorzubereiten; die polierte Oberfläche wurde mittels eines Metallographen bildaufgezeichnet; und das Bild wurde durch Bildverarbeitung für die Länge B der Grenzfläche zwischen der Schmelzzone und dem Erstreckungsabschnitt, den Abstand A und den Prozentsatz (%) der Länge des Risses in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse C zum Abstand A vermessen. Die Länge B wurde durch Summierung der linearen Abstände zwischen benachbarten gleich teilenden Punkten von 100 die Grenzfläche gleich teilenden Punkten erhalten.
5B ist ein Korrelationsdiagramm, das die Beziehung zwischen B/A und der Länge des Risses in der Grenzfläche darstellt. Die horizontale Achse repräsentiert B/A, und die vertikale Achse repräsentiert den Prozentsatz (%) der Länge des Risses. Wenn der Prozentsatz (%) der Länge des Risses 100 beträgt, bedeutet dies einen Bruch der Grenzfläche. Wie in 5B dargestellt, wurde festgestellt, dass bei einem B/A von 1,2 oder mehr der Prozentsatz (%) der Länge des Risses deutlich reduziert wurde. In einigen der Proben, die den Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2 erfüllten, hatte die Grenzfläche keine einen Vorsprung. Nach dem vorliegenden Beispiel ist es offensichtlich, dass durch Erfüllung des Vergleichsausdrucks B/A ≥ 1,2 ein Bruch der Grenzfläche vermieden werden kann, der sonst durch die Entwicklung von Rissen entstehen könnte.
Das vorliegende Beispiel ist der Fall, wenn die Schmelzzone die Edelmetallkomponenten der Spitze 26 in einer Menge von 50 Gew.-% oder mehr enthält. Selbst in einem Fall, in dem die Schmelzzone die Edelmetallkomponenten der Spitze 26 in einer Menge von weniger als 50 Gew.-% enthielt, wurde jedoch eine ähnliche Tendenz wie im vorliegenden Beispiel beobachtet, wenn der Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2 erfüllt war.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die vorstehenden Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und verschiedene Verbesserungen und Modifikationen sind möglich, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
Die vorstehenden Ausführungsformen wurden unter Bezugnahme auf die Erstreckungsabschnitte 23 und 43 und die Spitzen 26 und 46 mit einer kreisförmigen Säulenform oder einer Kegelstumpfform beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Erstreckungsabschnitt und die Spitze können eine polygonale Säulenform aufweisen.
Die vorstehenden Ausführungsformen wurden unter Bezugnahme auf den Fall beschrieben, dass die Mittelachse C der Spitzen 26 und 46 mit der axialen Linie O der Zündkerze 10 übereinstimmt; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die axiale Linie O der Zündkerze 10 und die Mittelachse C der Spitze müssen auch nicht übereinstimmen.
Obwohl in den vorstehenden Ausführungsformen nicht beschrieben, wird ein großer Effekt erzielt, wenn die Schmelzzone 25, 45 oder 71 die Edelmetallkomponenten der Spitze 26 oder 46 in einer Menge von 50 Gew.-% oder mehr enthält. Dies hat folgenden Grund: Da mit zunehmendem Verschmelzungsgrad der Spitze 26 oder 46 zur Bildung der Schmelzzone 25, 45 oder 71 die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Schmelzzone 25, 45 oder 71 und dem Erstreckungsabschnitt 23 oder 43 zunimmt, nimmt die in der Grenzfläche 50, 60 oder 72 erzeugte thermische Spannung zwischen der Schmelzzone 25, 45 oder 71 und dem Erstreckungsabschnitt 23 oder 43 zu. Insbesondere auch dann, wenn die Menge der in der Schmelzzone enthaltenen Edelmetallkomponenten der Spitze 26 oder 46 weniger als 50 Gew.-% beträgt, ergibt sich die in den Schnitten der Ausführungsformen beschriebene Wirkung, da an der Grenzfläche zwischen der Schmelzzone und dem Erstreckungsabschnitt aufgrund des Vorhandenseins einer Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten dazwischen weiterhin thermische Spannungen erzeugt werden.
Die vorstehenden Ausführungsformen wurden unter Bezugnahme auf die Grenzflächen 50, 60, 72 mit den Vorsprüngen 53, 63, 65, 75, 77, 79 und 81 beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Vorhandensein eines oder mehrerer Vorsprünge an der Grenzfläche ist nicht unbedingt erforderlich. Selbst wenn die Grenzfläche keine Vorsprünge hat, wird bei Erfüllung des Vergleichsausdrucks B/A ≥ 1,2 die in der Grenzfläche erzeugte Spannung aufgelöst, wodurch die Trennung an der Grenzfläche eingeschränkt werden kann.
Die vorstehenden Ausführungsformen wurden unter Bezugnahme auf die Strahlung eines Laserstrahls zum Bilden der Schmelzzonen 25, 45 und 71 beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Natürlich kann die Schmelzzone durch die Strahlung anderer hochenergetischer Strahlen, wie beispielsweise eines Elektronenstrahls, gebildet werden.
Die obigen Ausführungsformen wurden unter Bezugnahme auf den Fall beschrieben, dass sowohl die Mittelelektrode 20 als auch die Masseelektrode 40 den Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2 erfüllen, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist ausreichend, dass entweder die Mittelelektrode oder die Masseelektrode den oben genannten Vergleichsausdruck erfüllt. Denn in der Elektrode, die den obigen Vergleichsausdruck erfüllt, kann die Trennung an der Grenzfläche eingeschränkt werden.
Bezugszeichenliste

10:: Zündkerze
22, 41:: Elektrodengrundmetall
23, 43:: Erstreckungsabschnitt
24, 44:: vorderer Endabschnitt des Erstreckungsabschnitts
25, 45, 71:: Schmelzzone
25a, 45a, 71a:: Umriss
26, 46:: Spitze
27, 47:: hinterer Endabschnitt der Spitze
50, 60, 72:: Grenzfläche
51, 61, 73:: ein Ende (Ende)
52, 62, 74:: das andere Ende (Ende)
53, 63, 65, 75, 77, 79, 81:: Vorsprung
54, 64, 76:: erster Scheitelpunkt
55, 67, 83:: gerade Linie
56, 84:: Schnittpunkt
58, 68:: erster Bereich
59, 69:: zweiter Bereich
66, 78:: zweiter Scheitelpunkt
A:: Entfernung
C:: Mittelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017228430 [0002]

Claims

Zündkerze (10), aufweisend: eine Spitze (26, 46), die sich in einer ersten Richtung erstreckt, die von einer hinteren Endseite zu einer vorderen Endseite gerichtet ist; und ein Elektrodengrundmetall (22, 41) mit einem sich in die erste Richtung erstreckenden Erstreckungsabschnitt (23, 43), dessen vorderer Endabschnitt mit einem hinteren Endabschnitt der Spitze (26, 46) durch eine Schmelzzone (25, 45, 71) verbunden ist, wobei in einem Schnitt, der entlang der ersten Richtung genommen wird und eine Mittelachse (C) der Spitze (26, 46) enthält, die sich in der ersten Richtung erstreckt, A und B einen Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2 erfüllen, wobei in einem Fall, in dem zwei Enden (51, 52, 61, 62, 72, 73) einer Linie, die eine Grenzfläche (50, 60, 72) zwischen dem Erstreckungsabschnitt (23, 43) und der Schmelzzone (25, 45, 71) anzeigt, an der gleichen Position in Bezug auf die erste Richtung angeordnet sind, A ein linearer Abstand zwischen den beiden Enden ist, oder, in einem Fall, in dem eins der beiden Enden (51, 52, 61, 62, 72, 73) in Bezug auf die erste Richtung vor dem anderen Ende angeordnet ist, A ein Abstand auf einer geraden Linie (55, 67, 83), die das eine Ende passiert und sich senkrecht zur Mittelachse (C) erstreckt, von dem einen Ende bis zu einem Schnittpunkt (56, 84) zwischen der geraden Linie (55, 83) und einem Umriss (25a, 71a) der Schmelzzone (25, 71) auf einer Seite zum anderen Ende hin, ist, und B eine Länge der Linie ist, die die Grenzfläche anzeigt.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei die die Grenzfläche (50, 60, 72) anzeigende Linie mindestens einen Vorsprung (53, 63, 65, 75, 77, 79, 81) aufweist, der zur vorderen Endseite hin vorsteht.
Zündkerze (10) nach Anspruch 2, wobei ein erster Scheitelpunkt (54, 64, 76), der sich am weitesten vom unter den Scheitelpunkten der Vorsprünge (53, 63, 65, 75, 77, 79, 81) befindet, in einem ersten Bereich (58, 68) der Linie, der die Grenzfläche (50, 60, 72) anzeigt, vorhanden ist, wobei der erste Bereich in Bezug auf die Mittelachse (C) in Richtung des einen Endes angeordnet ist, oder in einem zweiten Bereich (59, 69) der Linie, der die Grenzfläche (50, 60, 72) anzeigt, vorhanden ist, wobei der zweite Bereich in Bezug auf die Mittelachse (C) in Richtung des anderen Endes angeordnet ist.
Zündkerze (10) nach Anspruch 3, wobei die Linie, die die Grenzfläche (60, 72) anzeigt, zwei oder mehr Vorsprünge (63, 65, 75, 77, 79, 81) aufweist, und in dem ersten Bereich (58, 68) oder dem zweiten Bereich (59, 69), in dem der erste Scheitelpunkt (64, 76) nicht vorhanden ist, ein zweiter Scheitelpunkt (66, 78) vorhanden ist, der sich an der gleichen Position wie der erste Scheitelpunkt (64, 76) in Bezug auf die erste Richtung befindet oder sich an zweitvorderster Position neben dem ersten Scheitelpunkt (64, 76) in Bezug auf die erste Richtung befindet.
Zündkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in jedem Schnitt, der die Mittelachse (C) enthält, der Vergleichsausdruck B/A ≥ 1,2 erfüllt ist.