DE112010002045B4

DE112010002045B4 - Zündkerze

Info

Publication number: DE112010002045B4
Application number: DE112010002045.0T
Authority: DE
Inventors: Mamoru Musasa; Naomichi Miyashita
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2030-04-06
Also published as: US20120062099A1; DE112010002045T5; WO2010134254A1; US8664844B2; JP2010272212A

Abstract

Zündkerze (100; 100b), bei der eine im Wesentlichen säulenförmige Elektrodenspitze (70; 71) an einen distalen Endabschnitt einer Masseelektrode (30) geschweißt ist und durch die Schweißung an einem Grenzabschnitt zwischen der Masseelektrode (30) und der Elektrodenspitze (70; 71) eine Verschmelzungszone (23; 24) gebildet ist, wobei die Zündkerze (100; 100b) eine Bedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze (70; 71) enthält, betrachtet, A1 [Hv] die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt und außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze (70; 71) ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze (100; 100b) zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Elektrodenspitze (70; 71) als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Elektrodenspitze (70; 71) befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt und in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze (70; 71) ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze mit Elektrodenspitzen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Zur Verbesserung der Erosionsbeständigkeit eines Elektrodenabschnitts einer Zündkerze ist herkömmlich eine Elektrodenspitze, die aus einem Edelmetall wie etwa Platin, Iridium, Ruthenium oder Rhodium oder aus einer Edelmetalllegierung gebildet ist, an einem distalen Endabschnitt einer Masseelektrode und an einem vorderen Endabschnitt einer Mittelelektrode gebildet (siehe JP 2006 - 32 185 A ). Derartige Elektrodenspitzen sind gewöhnlich an die Mittelelektrode und an die Masseelektrode lasergeschweißt.
Im Allgemeinen unterscheiden sich die Metalle, die zur Bildung der Mittelelektrode und der Masseelektrode verwendet werden, von jenen, die zur Bildung der Elektrodenspitzen verwendet werden. Entsprechend unterscheiden sich die Mittelelektrode und die Masseelektrode hinsichtlich des Wärmedehnungskoeffizienten von den Elektrodenspitzen. Daher kann sich die Elektrodenspitze bei einem bestimmten Schweißzustand, in dem die Elektrodenspitze an die Mittelelektrode oder an die Masseelektrode geschweißt ist, von der Mittelelektrode oder von der Masseelektrode trennen, zum Beispiel bei einem Wärmebelastungsversuch, bei dem ein Erhitzen und ein Abkühlen wiederholt werden, oder im Verlauf des Betriebs eines Verbrennungsmotors.
DE 699 08 674 T2 beschreibt eine Zündkerze mit einer Edelmetallspitze, die mit einer elektrischen Entladungselektrode verbunden ist.
JP 2008 - 277 272 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze.
DE 101 37 523 A1 beschreibt eine Zündkerze sowie ein Verfahren zur ihrer Herstellung.
WO 2009/ 081 562 A1 beschreibt ebenfalls eine Zündkerze sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DIE ERFINDUNG LÖSEN SOLL
Angesichts des obigen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Abtrennung einer Elektrodenspitze von einer Masseelektrode oder von einer Mittelelektrode zu unterdrücken.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Die vorliegende Erfindung wurde zur zumindest teilweisen Lösung des obigen Problems erdacht und kann auf die folgenden Weisen oder in den folgenden Anwendungsbeispielen ausgeführt werden.
Ausführungsbeispiel 1: Eine Zündkerze, bei der eine im Wesentlichen säulenförmige Elektrodenspitze an einen distalen Endabschnitt einer Masseelektrode geschweißt ist und durch die Schweißung an einem Grenzabschnitt zwischen der Masseelektrode und der Elektrodenspitze eine Verschmelzungszone gebildet ist, wobei die Zündkerze eine Bedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze enthält, betrachtet, A1 [Hv] die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt und außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze ist, wobei ein Grenzpunkt zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze auf einer Oberfläche der Zündkerze als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt und in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze ist.
Anwendungsbeispiel 2: Eine Zündkerze nach dem Anwendungsbeispiel 1, die eine Bedingung von 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,5 erfüllt, wobei, an der Schnittfläche betrachtet, B1 die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Masseelektrode ist, wobei ein Grenzpunkt zwischen der Verschmelzungszone und der Masseelektrode auf einer Oberfläche der Zündkerze als die Mitte des Kreises dient, und B2 die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Masseelektrode ist.
Anwendungsbeispiel 3: Eine Zündkerze nach dem Anwendungsbeispiel 1 oder 2, wobei die Masseelektrode einen Sockelabschnitt aufweist, der von ihrem distalen Endabschnitt vorspringt, und die Elektrodenspitze an dem Sockelabschnitt angeordnet ist und mit dem Sockelabschnitt verbunden ist, indem ein Grenzabschnitt zwischen dem Sockelabschnitt und der Elektrodenspitze einer Schweißung unterzogen ist.
Anwendungsbeispiel 4: Eine Zündkerze nach einem der Anwendungsbeispiele 1 bis 3, wobei die Masseelektrode einen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als jener der Elektrodenspitze ist.
Anwendungsbeispiel 5: Eine Zündkerze, bei der eine im Wesentlichen säulenförmige Elektrodenspitze an eine obere Fläche einer konvexen Zwischenspitze mit einem Flanschabschnitt an ihrer Unterseite geschweißt ist, um dadurch eine zusammengesetzte Spitze mit einer durch die Schweißung an einem Grenzabschnitt gebildeten Verschmelzungszone zwischen der Zwischenspitze und der Elektrodenspitze zu bilden, und die zusammengesetzte Spitze über den Flanschabschnitt mit einem distalen Endabschnitt der Masseelektrode verbunden ist, wobei die Zündkerze eine Bedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze enthält, betrachtet, A1 [Hv] die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt und außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt und in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze ist.
Anwendungsbeispiel 6: Eine Zündkerze nach dem Anwendungsbeispiel 5, die eine Bedingung von 0,5 ≤ B2/B1 ≤ 2,5 erfüllt, wobei, an der Schnittfläche betrachtet, B1 die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Masseelektrode ist, wobei ein Grenzpunkt zwischen der Verschmelzungszone und der Zwischenspitze auf einer Oberfläche der Zündkerze als die Mitte des Kreises dient, und B2 die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Zwischenspitze ist.
Anwendungsbeispiel 7: Eine Zündkerze nach dem Anwendungsbeispiel 5 oder 6, wobei die Zwischenspitze einen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als jener der Elektrodenspitze ist.
Anwendungsbeispiel 8: Eine Zündkerze nach einem der Anwendungsbeispiele 1 bis 7, die eine Bedingung von 60 ° ≤ θ ≤ 150° erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze enthält und eine entlang der Mittelachse gemessene maximale Breite der Verschmelzungszone bereitstellt, betrachtet, θ ein Winkel zwischen der Mittelachse und einer senkrechten Winkelhalbierenden eines Liniensegments, das ein oberes Ende und ein unteres Ende der Verschmelzungszone auf einer Oberfläche der Zündkerze verbindet, ist.
Anwendungsbeispiel 9: Eine Zündkerze, wobei eine im Wesentlichen säulenförmige Elektrodenspitze an einen vorderen Endabschnitt einer Mittelelektrode geschweißt ist und durch die Schweißung an einem Grenzabschnitt zwischen der Mittelelektrode und der Elektrodenspitze eine Verschmelzungszone gebildet ist, wobei die Zündkerze eine Bedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze enthält, betrachtet, A1 [Hv] die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt und außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze ist, wobei ein Grenzpunkt zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze auf einer Oberfläche der Zündkerze als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt und in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze ist.
Anwendungsbeispiel 10: Eine Zündkerze nach dem Anwendungsbeispiel 9, die eine Bedingung von 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,3 erfüllt, wobei, an der Schnittfläche betrachtet, B1 [Hv] die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Mittelelektrode ist, wobei ein Grenzpunkt zwischen der Verschmelzungszone und der Mittelelektrode auf einer Oberfläche der Zündkerze als die Mitte des Kreises dient, und B2 die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Mittelelektrode ist.
Anwendungsbeispiel 11: Eine Zündkerze nach dem Anwendungsbeispiel 9 oder 10, wobei die Mittelelektrode einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als jener der Elektrodenspitze ist.
Anwendungsbeispiel 12: Eine Zündkerze, wobei eine im Wesentlichen säulenförmige Elektrodenspitze an eine obere Fläche einer konvexen Zwischenspitze mit einem Flanschabschnitt an ihrer Unterseite geschweißt ist, um dadurch eine zusammengesetzte Spitze mit einer durch die Schweißung an einem Grenzabschnitt zwischen der Zwischenspitze und der Elektrodenspitze gebildeten Verschmelzungszone zu bilden, und die zusammengesetzte Spitze über den Flanschabschnitt mit einem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode verbunden ist, wobei die Zündkerze eine Bedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze enthält, betrachtet, A1 [Hv] die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt und außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt und in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze ist.
Anwendungsbeispiel 13: Eine Zündkerze nach dem Anwendungsbeispiel 12, die eine Bedingung von 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,3 erfüllt, wobei, an der Schnittfläche betrachtet, B2 [Hv] die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Mittelelektrode ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze zwischen der Verschmelzungszone und der Zwischenspitze als die Mitte des Kreises dient, und B2 die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Zwischenspitze ist.
Anwendungsbeispiel 14: Eine Zündkerze nach dem Anwendungsbeispiel 12 oder 13, wobei die Zwischenspitze einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als jener der Elektrodenspitze ist.
Anwendungsbeispiel 15: Eine Zündkerze nach einem der Anwendungsbeispiele 9 bis 14, die eine Bedingung von 30° ≤ θ ≤ 90° erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze enthält und eine entlang der Mittelachse gemessene maximale Breite der Verschmelzungszone bereitstellt, betrachtet, θ ein Winkel zwischen der Mittelachse und einer senkrechten Winkelhalbierenden eines Linienelements, das ein oberes Ende und ein unteres Ende der Verschmelzungszone auf einer Oberfläche der Zündkerze verbindet, ist.
Anwendungsbeispiel 16: Eine Zündkerze nach einem der Anwendungsbeispiele 1 bis 15, wobei die Elektrodenspitze eine Breite D aufweist, die entlang einer senkrecht zu der Mittelachse der Elektrodenspitze verlaufenden Richtung gemessen ist und eine Bedingung von 0,4 mm ≤ D ≤ 1,2 mm erfüllt.
Anwendungsbeispiel 17: Eine Zündkerze nach einem der Anwendungsbeispiele 1 bis 16, wobei die Elektrodenspitze ein Element ist, das zumindest eines aus Platin, Iridium, Ruthenium und Rhodium enthält.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 1 kann bei einem Aufbau, in dem die Elektrodenspitze direkt mit der Masseelektrode verbunden ist, eine bevorzugte Beziehung zwischen der Härte A2 der Elektrodenspitze, die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt gemessen wird, und der Härte A1 der Elektrodenspitze, die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt gemessen wird, hergestellt werden. Daher kann eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der an die Masseelektrode geschweißten Elektrodenspitze an einem Grenzabschnitt zwischen der Elektrodenspitze und der Verschmelzungszone unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 2 kann bei einem Aufbau, bei dem die Elektrodenspitze direkt mit der Masseelektrode verbunden ist, eine bevorzugte Beziehung zwischen der Härte B2 der Masseelektrode, die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Masseelektrode befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt gemessen wird, und der Härte B1 der Masseelektrode, die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt gemessen wird, hergestellt werden. Daher kann eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der Elektrodenspitze zusammen mit der Verschmelzungszone von der Masseelektrode unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 3 kann bei einem Aufbau, bei dem die Elektrodenspitze mit einem Sockelabschnitt, der von einem distalen Ende der Masseelektrode vorspringt, verbunden ist, eine Abtrennung der Elektrodenspitze von dem Sockelabschnitt unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 4 kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Härtebedingungen selbst in dem Fall, in dem der Längenausdehnungskoeffizient der Masseelektrode größer als jener der Elektrodenspitze ist, eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der Elektrodenspitze unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 5 kann bei einem Aufbau, bei dem die Elektrodenspitze über die Zwischenspitze mit der Masseelektrode verbunden ist, eine bevorzugte Beziehung zwischen der Härte A2 der Elektrodenspitze, die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt gemessen wird, und der Härte A1 der Elektrodenspitze, die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt gemessen wird, hergestellt werden. Daher kann eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der an die Zwischenspitze geschweißten Elektrodenspitze an einem Grenzabschnitt zwischen der Elektrodenspitze und der Verschmelzungszone unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 6 kann bei einem Aufbau, bei dem die Elektrodenspitze über die Zwischenspitze mit der Masseelektrode verbunden ist, eine bevorzugte Beziehung zwischen der Härte B2 der Zwischenspitze, die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Zwischenspitze befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt gemessen wird, und der Härte B1 der Masseelektrode, die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt gemessen wird, hergestellt werden. Daher kann eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der Elektrodenspitze zusammen mit der Verschmelzungszone von der Zwischenspitze unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 7 kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Härtebedingungen selbst in dem Fall, in dem der Längenausdehnungskoeffizient der Zwischenspitze größer als jener der Elektrodenspitze ist, eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der Elektrodenspitze unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 8 kann eine Zunahme der Beanspruchung, die durch eine Wärmeverformung verursacht wird, unterdrückt werden, da die Elektrodenspitze in einem bevorzugten Schweißwinkel an die Masseelektrode geschweißt werden kann. Daher kann die Abtrennung der Elektrodenspitze noch wirksamer unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 9 kann bei einem Aufbau, bei dem die Elektrodenspitze direkt mit der Mittelelektrode verbunden ist, eine bevorzugte Beziehung zwischen der Härte A2 der Elektrodenspitze, die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt gemessen wird, und der Härte A1 der Elektrodenspitze, die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt gemessen wird, hergestellt werden. Daher kann eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der an einen vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode geschweißten Elektrodenspitze an einem Grenzabschnitt zwischen der Elektrodenspitze und der Verschmelzungszone unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 10 kann bei einem Aufbau, bei dem die Elektrodenspitze direkt mit der Mittelelektrode verbunden ist, eine bevorzugte Beziehung zwischen der Härte B2 der Mittelelektrode, die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Mittelelektrode befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt gemessen wird, und der Härte B1 der Mittelelektrode, die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt gemessen wird, hergestellt werden. Daher kann eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der Elektrodenspitze zusammen mit der Verschmelzungszone von der Mittelelektrode unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 11 kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Härtebedingungen selbst in dem Fall, in dem der Längenausdehnungskoeffizient der Mittelelektrode größer als jener der Elektrodenspitze ist, eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der Elektrodenspitze unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 12 kann bei einem Aufbau, bei dem die Elektrodenspitze über die Zwischenspitze mit der Mittelelektrode verbunden ist, eine bevorzugte Beziehung zwischen der Härte A2 der Elektrodenspitze, die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Elektrodenspitze befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt gemessen wird, und der Härte A1 der Elektrodenspitze, die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt gemessen wird, hergestellt werden. Daher kann eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der über die Zwischenspitze an einen vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode geschweißten Elektrodenspitze an einem Grenzabschnitt zwischen der Elektrodenspitze und der Verschmelzungszone unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 13 kann bei einem Aufbau, bei dem die Elektrodenspitze über die Zwischenspitze mit der Mittelelektrode verbunden ist, eine bevorzugte Beziehung zwischen der Härte B2 der Zwischenspitze, die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und der Zwischenspitze befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt gemessen wird, und der Härte B1 der Mittelelektrode, die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt gemessen wird, hergestellt werden. Daher kann eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der Elektrodenspitze zusammen mit der Verschmelzungszone von der Zwischenspitze unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 14 kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Härtebedingungen selbst in dem Fall, in dem der Längenausdehnungskoeffizient der Zwischenspitze größer als jener der Elektrodenspitze ist, eine durch eine Wärmebelastung verursachte Abtrennung der Elektrodenspitze unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 15 kann eine Zunahme der Beanspruchung, die durch eine Wärmeverformung verursacht wird, unterdrückt werden, da die Elektrodenspitze in einem bevorzugten Schweißwinkel an einen vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode geschweißt werden kann. Daher kann eine Abtrennung der Elektrodenspitze noch wirksamer unterdrückt werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 16 kann die für das Laserschweißen benötigte Breite der Elektrodenspitze sichergestellt werden und kann die Wirkung der Unterdrückung der Abtrennung durch die Erfüllung der oben erwähnten Härtebedingungen und Winkelbedingungen vorteilhaft erbracht werden.
Nach der Zündkerze von Anwendungsbeispiel 17 kann die Erosionsbeständigkeit der Masseelektrode oder der Mittelelektrode verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, die eine Zündkerze 100 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen distalen Endabschnitt einer Masseelektrode 30 der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die einen distalen Endabschnitt der Masseelektrode 30 der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen distalen Endabschnitt der Masseelektrode 30 einer zweiten Ausführungsform zeigt.
5 ist eine Schnittansicht, die einen distalen Endabschnitt der Masseelektrode 30 der zweiten Ausführungsform zeigt.
6 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen distalen Endabschnitt der Masseelektrode 30 einer dritten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine Schnittansicht, die einen distalen Endabschnitt der Masseelektrode 30 der dritten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen vorderen Endabschnitt einer Mittelelektrode 20 einer vierten Ausführungsform zeigt.
9 ist eine Schnittansicht, die einen vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 20 der vierten Ausführungsform zeigt.
10 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 20 einer fünften Ausführungsform zeigt.
11 ist eine Schnittansicht, die einen vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 20 der fünften Ausführungsform zeigt.
12 ist eine Ansicht, die imaginäre Kreise mit einem Grenzpunkt PA, welcher als ihre Mitten dient, auf der Schnittfläche einer Elektrodenspitze 70 zeigt.
13 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse von Messungen der Härte in den imaginären Kreisen zeigt.
14 ist ein Diagramm, in dem die Härteverhältnisse in den imaginären Kreisen graphisch dargestellt sind.
15 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse der Beurteilung hinsichtlich der Abtrennung bei der ersten bis dritten Ausführungsform zeigt.
16 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse der Beurteilung hinsichtlich der Abtrennung bei der vierten und fünften Ausführungsform zeigt.
17 ist eine Ansicht, die die Definition einer Abtrennungsrate zeigt, welche als Kriterium für die Beurteilung hinsichtlich der Abtrennung verwendet wird.
18 ist eine Schnittansicht der Masseelektrode 30 bei einem Schweißwinkel von 90 ° oder mehr.
19 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse eines Abtrennungsbewertungsversuchs zeigt, der an Versuchsstücken (Proben) der zweiten Ausführungsform mit unterschiedlichen Schweißwinkeln θ durchgeführt wurde.
20 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse eines Abtrennungsbewertungsversuchs zeigt, der an Versuchsstücken (Proben) der vierten Ausführungsform mit unterschiedlichen Schweißwinkeln θ durchgeführt wurde.
AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
Als nächstes werden in der folgenden Reihenfolge Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden:

A. Erste Ausführungsform (Masseelektrode mit einer Elektrodenspitze vom Typ 1);
B. Zweite Ausführungsform (Masseelektrode mit einer Elektrodenspitze vom Typ 2);
C. Dritte Ausführungsform (Masseelektrode mit einer Elektrodenspitze vom Typ 3);
D. Vierte Ausführungsform (Mittelelektrode mit einer Elektrodenspitze vom Typ 1);
E. Fünfte Ausführungsform (Mittelelektrode mit einer Elektrodenspitze vom Typ 2);
F. Bewertungsversuche; und
G. Schlussfolgerung.

A. Erste Ausführungsform (Mittelelektrode mit einer Elektrodenspitze vom Typ 1)
1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer Zündkerze 100 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Zündkerze 100 umfasst einen Keramikisolator 10, eine Mittelelektrode 20, eine Masseelektrode 30, eine Metallklemme oder Metallanschluss 40 und einen Metallmantel 50. Die Mittelelektrode 20 weist eine stabartige Form auf, springt von einem Ende des Keramikisolators 10 vor, und ist durch das Innere des Keramikisolators 10 hindurch elektrisch mit der Metallklemme 40, die an dem anderen Ende des Keramikisolators 10 bereitgestellt ist, verbunden. Der Außenumfang der Mittelelektrode 20 wird durch den Keramikisolator 10 gehalten, und der Außenumfang des Keramikisolators 10 wird durch den Metallmantel 50 an einer Position gehalten, die sich von der Metallklemme 40 entfernt befindet. Die Masseelektrode 30 ist elektrisch mit dem Metallmantel 50 verbunden und bildet zusammen mit dem vorderen Ende der Mittelelektrode 20 eine Funkenstrecke, über die Funken erzeugt werden. Die Zündkerze 100 ist über den Metallmantel 50 an einer Anbringungsgewindeöffnung 201 angebracht, die in einem Motorkopf 200 eines Verbrennungsmotors gebildet ist. Wenn eine Hochspannung von 20.000 bis 30.000 Volt an die Metallklemme 40 angelegt wird, werden über die Funkenstrecke, die zwischen der Mittelelektrode 20 und der Masseelektrode 30 gebildet ist, Funken erzeugt.
Der Keramikisolator 10 ist ein Isolator, der durch Brennen eines Keramikmaterials wie etwa Aluminiumoxid gebildet ist. Der Keramikisolator 10 ist ein röhrenförmiges Element mit einer axialen Bohrung, die in seiner Mitte gebildet ist und zur Aufnahme der Mittelelektrode 20 und der Metallklemme bzw. Metallanschluss 40 geeignet ist. Der Keramikisolator 10 weist einen mittleren Rumpfabschnitt 19 auf, der in seiner axialen Mitte gebildet ist und einen großen Außendurchmesser aufweist. Der Keramikisolator 10 weist einen hinteren Rumpfabschnitt 18 auf, der sich in Bezug auf den mittleren Rumpfabschnitt 19 an einer Seite in Richtung der Metallklemme 40 befindet und dazu ausgelegt ist, die Metallklemme 40 und den Metallmantel 50 elektrisch voneinander zu isolieren. Der Keramikisolator 10 weist einen vorderen Rumpfabschnitt 17 auf, der sich in Bezug auf den mittleren Rumpfabschnitt 19 an einer Seite in Richtung der Mittelelektrode 20 befindet und einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als jener des hinteren Rumpfabschnitts 18 ist. Der Keramikisolator 10 weist einen Schenkelabschnitt 13 auf, der sich vor dem vorderen Rumpfabschnitt 17 befindet und einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als jener des vorderen Rumpfabschnitts 17 ist und sich in Richtung des vorderen Endes der Mittelelektrode 20 verringert.
Der Metallmantel 50 ist ein zylinderförmiges Metallelement, das im Inneren den Keramikisolator 10 hält, während es einen Bereich des Keramikisolators 10, welcher sich von einem Unterabschnitt des hinteren Rumpfabschnitts 18 zu dem Schenkelabschnitt 13 erstreckt, umgibt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Metallmantel 50 aus Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt gebildet. Der Metallmantel 50 umfasst einen Werkzeugeingriffsabschnitt 51, einen Anbringungsgewindeabschnitt 52 und einen Dichtungsabschnitt 54. Der Werkzeugeingriffsabschnitt 51 des Metallmantels 50 gestattet, dass daran ein Werkzeug (nicht gezeigt) zur Anbringung der Zündkerze 100 an dem Motorkopf 200 gepasst wird. Der Anbringungsgewindeabschnitt 52 des Metallmantels 50 weist ein Gewinde auf, das in einen Schraubeingriff mit der Anbringungsgewindeöffnung 201 des Motorkopfs 200 gebracht wird. Der Dichtungsabschnitt 54 des Metallmantels 50 ist ein flanschartiger Abschnitt, der an der Basis des Anbringungsgewindeabschnitts 52 gebildet ist. Eine ringförmige Dichtung 5, die durch Falten einer Platte gebildet ist, ist zwischen dem Dichtungsabschnitt 54 und dem Motorkopf 200 angebracht. Eine vordere Endfläche 57 des Metallmantels 50 weist eine Ringform auf. In der Mitte der vorderen Endfläche 57 springt die Mittelelektrode 20 von dem Schenkelabschnitt 13 des Keramikisolators 10 vor.
Die Mittelelektrode 20 ist eine stabartige Elektrode mit einem Aufbau, bei dem ein Kern 25, der einem Elektrodenbasismetall 21 hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit überlegen ist, in das Elektrodenbasismetall 21, das eine Röhrenform mit einem geschlossenen Boden aufweist, eingebettet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Elektrodenbasismetall 21 aus einer Nickellegierung gebildet, die als Hauptbestandteil Nickel enthält. Der Kern 25 ist aus Kupfer oder aus einer Legierung, die als Hauptbestandteil Kupfer enthält, gebildet. Die Mittelelektrode 20 ist auf eine solche Weise in die axiale Bohrung 12 des Keramikisolators 10 eingesetzt, dass das vordere Ende des Elektrodenbasismetalls 21 von der axialen Bohrung 12 des Keramikisolators 10 vorspringt. Die Mittelelektrode 20 ist über einen Keramikwiderstand 3 und einen Dichtungskörper 4 elektrisch mit der Metallklemme 40 verbunden.
Die Masseelektrode 30 ist mit der vorderen Endfläche 57 des Metallmantels 50 verbunden und in eine Richtung gebogen, die die Richtung einer Achse O der Mittelelektrode 20 schneidet, und derart gebogen, dass die Innenfläche ihres distalen Endabschnitts zu dem vorderen Ende der Mittelelektrode 20 gerichtet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Masseelektrode 30 aus einer Nickellegierung wie etwa INCONEL gebildet, die als Hauptbestandteil Nickel enthält.
2 ist eine Ansicht, die einen distalen Endabschnitt der Masseelektrode 30 in einem vergrößerten Maßstab zeigt. Wie in 2 gezeigt ist eine runde säulenförmige Elektrodenspitze 70 an einer Position, die zu der Mittelelektrode 20 gerichtet ist, durch Laserschweißen mit einem distalen Endabschnitt der Masseelektrode 30 verbunden. In 2 ist an der linken Seite der Achse O das Aussehen vor dem Laserschweißen und an der rechten Seite ein nach dem Laserschweißen vorgenommener Schnitt gezeigt. Die Elektrodenspitze 70 ist ein Element, das zur Verbesserung der Beständigkeit gegenüber einer funkeninduzierten Erosion der Masseelektrode 30 bereitgestellt ist. Die Elektrodenspitze 70 ist aus einem Material gebildet, das als Hauptbestandteil ein Edelmetall mit einem hohen Schmelzpunkt enthält. Die Elektrodenspitze 70 ist zum Beispiel aus Platin (Pt), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru) oder Rhodium (Rh) oder aus einer Legierung davon gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Elektrodenspitze 70 aus einer Pt-Ir-Legierung gebildet.
Wie in 2 gezeigt sind die Masseelektrode 30 und die Elektrodenspitze 70 durch die Strahlung eines Laserstrahls entlang des gesamten Umkreises auf die Grenze zwischen der Masseelektrode 30 und der Elektrodenspitze 70 aus einer schräg zu der Grenze verlaufenden Richtung miteinander laserverschweißt. Als Ergebnis dieses Laserschweißens wird ein Grenzabschnitt zwischen der Masseelektrode 30 und der Elektrodenspitze 70 geschmolzen, wodurch eine Verschmelzungszone 23 gebildet wird. Die Masseelektrode 30 und die Elektrodenspitze 70 weisen unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten auf. Der Längenausdehnungskoeffizient der Masseelektrode 30 ist größer als jener der Elektrodenspitze 70. Im Besonderen ist die Masseelektrode 30 der vorliegenden Ausführungsform aus INCONEL 601 (Handelsname) gebildet und weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von 17,8 auf. Die Elektrodenspitze 70 ist aus einer Pt-Ir-Legierung gebildet und weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von 10,0 auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform und den folgenden Ausführungsformen ist der Längenausdehnungskoeffizient ein Wert, der bei 1.000°C und in [× 10^–6] gemessen wird.
3 ist eine Ansicht, die den Schnitt eines distalen Endabschnitts der Masseelektrode 30 zeigt, der die Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält. In 3 ist eine Spitzenbreite D die in eine orthogonal zu der Mittelachse O verlaufende Richtung gemessene Breite der Elektrodenspitze 70, die 0,4 mm bis 1,2 mm (inklusive) betragen kann. Die vorliegende Ausführungsform setzt eine Elektrodenspitze 70 mit einer Spitzenbreite D von 0,6 mm ein.
Die Zündkerze 100 der ersten Ausführungsform ist auf eine solche Weise gebildet, dass sie die Bedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei A1 [Hv], an einer Schnittfläche, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält, betrachtet, die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze 70 ist, wobei ein Grenzpunkt PA auf einer Oberfläche der Zündkerze 100 zwischen der Verschmelzungszone 23 und der Elektrodenspitze 70 als Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze 70 ist. Diese Bedingung wird nachstehend als die „Spitzenhärtebedingung“ bezeichnet. Bei dem Aufbau der Masseelektrode 30 der ersten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Spitzenhärtebedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 70 von der Verschmelzungszone 23 unterdrückt werden. Die Härte [Hv] ist die durch das Härtemessverfahren, das in den Japanischen Industrienormen (JIS) „Z 2244“ bestimmt ist, unter den folgenden Bedingungen – eine Versuchskraft von 1,961 N und eine Haltezeit von 15 Sekunden – gemessene Vickers-Härte.
Außerdem ist die Zündkerze 100 der ersten Ausführungsform auf eine solche Weise gebildet, dass sie die Bedingung von 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,5 erfüllt, wobei B1 [Hv], an der Schnittfläche, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält, betrachtet, die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 gemessene Härte der Masseelektrode 30 ist, wobei ein Grenzpunkt PB auf einer Oberfläche der Zündkerze 100 zwischen der Verschmelzungszone 23 und der Masseelektrode 30 als die Mitte des Kreises dient, und B2 die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Masseelektrode 30 ist. Diese Bedingung wird nachstehend als die „Masseelektrodenhärtebedingung“ bezeichnet. Bei dem Aufbau der Masseelektrode 30 der ersten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Masseelektrodenhärtebedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 70 zusammen mit der Verschmelzungszone 23 von der Masseelektrode 30 unterdrückt werden.
Darüber hinaus sind bei der ersten Ausführungsform die Elektrodenspitze 70 und die Masseelektrode 30 auf eine solche Weise aneinander lasergeschweißt, dass sie die Bedingung von 60° ≤ θ ≤ 150° erfüllen, wobei θ (nachstehend als der „Schweißwinkel θ“ bezeichnet), an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält und die maximale senkrechte Breite der Verschmelzungszone 23 bereitstellt, betrachtet, ein Winkel zwischen der Mittelachse O und einer senkrechten Halbierungslinie einer Strecke, welche den Grenzpunkt PA und den Grenzpunkt PB verbindet, ist. Diese Bedingung wird nachstehend als die „Schweißwinkelbedingung“ bezeichnet. Bei dem Aufbau der Masseelektrode 30 der ersten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Schweißwinkelbedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 70 von der Masseelektrode 30 noch wirksamer unterdrückt werden.
Die Spitzenhärtebedingung, die Masseelektrodenhärtebedingung und die Schweißwinkelbedingung, die oben für die erste Ausführungsform erwähnt wurden, sind auf der Basis der Ergebnisse verschiedenster später erwähnter Bewertungsversuche bestimmt. Die Inhalte der Bewertungsversuche werden später ausführlich beschrieben werden.
B. Zweite Ausführungsform (Masseelektrode mit einer Elektrodenspitze vom Typ 2)
4 ist eine Ansicht, die einen distalen Endabschnitt der Masseelektrode 30 einer Zündkerze 100b der zweiten Ausführungsform in einem vergrößerten Maßstab zeigt. Wie in 4 gezeigt springt bei der zweiten Ausführungsform ein Sockelabschnitt 31 von einer Seite eines distalen Endabschnitts der Masseelektrode 30, die zu der Mittelelektrode 20 gerichtet ist, vor, und ist die Elektrodenspitze 70 an den Sockelabschnitt 31 geschweißt. Der Sockelabschnitt 31 kann gebildet werden, indem das Basismetall der Masseelektrode 30 zum Beispiel einer Pressformung oder einem Schneiden unterzogen wird. Außerdem ist bei der zweiten Ausführungsform der Längenausdehnungskoeffizient der Masseelektrode 30 größer als jener der Elektrodenspitze 70. Im Besonderen ist die Masseelektrode 30 aus INCONEL 601 gebildet und weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von 17,8 auf. Die Elektrodenspitze 70 ist aus einer Pt-Ni-Legierung gebildet und weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von 13,4 auf.
5 ist eine Ansicht, die einen Schnitt eines distalen Endabschnitts der Masseelektrode 30 zeigt, der die Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält. Außerdem kann die Spitzenbreite D bei der vorliegenden Ausführungsform ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform 0,4 bis 1,2 mm (inklusive) betragen. Die vorliegende Ausführungsform setzt eine Elektrodenspitze 70 mit einer Spitzenbreite D von 0,6 mm ein.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist die Zündkerze 100b der zweiten Ausführungsform auf eine solche Weise gebildet, dass sie die Spitzenhärtebedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei A1 [Hv], an einer Schnittfläche, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält, betrachtet, die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze 70 ist, wobei ein Grenzpunkt PA auf einer Oberfläche der Zündkerze 100b zwischen der Verschmelzungszone 23 und der Elektrodenspitze 70 als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze 70 ist. Bei dem Aufbau der Masseelektrode 30 der zweiten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Spitzenhärtebedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 70 von der Verschmelzungszone 23 unterdrückt werden.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist die Zündkerze 100b der zweiten Ausführungsform auf eine solche Weise gebildet, dass sie die Masseelektrodenhärtebedingung von 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,5 erfüllt, wobei B1 [Hv], an der Schnittfläche, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält, betrachtet, die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 gemessene Härte der Masseelektrode 30 ist, wobei ein Grenzpunkt PB auf einer Oberfläche der Zündkerze 100b zwischen der Verschmelzungszone 23 und der Masseelektrode 30 als die Mitte des Kreises dient, und B2 die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Masseelektrode 30 ist. Bei dem Aufbau der Masseelektrode 30 der zweiten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Masseelektrodenhärtebedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 70 zusammen mit der Verschmelzungszone 23 von dem Sockelabschnitt 31 der Masseelektrode 30 unterdrückt werden.
Darüber hinaus sind bei der zweiten Ausführungsform die Elektrodenspitze 70 und der Sockelabschnitt 31 der Masseelektrode 30 ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform auf eine solche Weise aneinander lasergeschweißt, dass sie die Schweißwinkelbedingung von 60° ≤ θ ≤ 150° erfüllen. Bei dem Aufbau der Masseelektrode 30 der zweiten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Schweißwinkelbedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 70 von dem Sockelabschnitt 31 der Masseelektrode 30 noch wirksamer unterdrückt werden.
Die Spitzenhärtebedingung, die Masseelektrodenhärtebedingung und die Schweißwinkelbedingung, die oben für die zweite Ausführungsform erwähnt wurden, sind auf der Basis der Ergebnisse verschiedenster später erwähnter Bewertungsversuche bestimmt. Die Inhalte der Bewertungsversuche werden später ausführlich beschrieben werden.
C. Dritte Ausführungsform (Masseelektrode mit einer Elektrodenspitze vom Typ 3)
6 ist eine Ansicht, die einen distalen Endabschnitt der Masseelektrode 30 einer Zündkerze 100c der dritten Ausführungsform in einem vergrößerten Maßstab zeigt. Wie in 6 gezeigt ist die Elektrodenspitze 70 an die obere Fläche einer konvexen Zwischenspitze 33 mit einem Flanschabschnitt 32 an ihrem unteren Ende lasergeschweißt, um dadurch eine zusammengesetzte Spitze 34 zu bilden, und ist die zusammengesetzte Spitze 34 über den unteren Flanschabschnitt 32 an einen distalen Endabschnitt der Masseelektrode 30 widerstandsgeschweißt. Die zusammengesetzte Spitze 34 kann zum Beispiel aus dem gleichen Material wie jenem, das zur Bildung der Masseelektrode 30 verwendet wird, gebildet werden. Der Längenausdehnungskoeffizient der Zwischenspitze 33 ist größer als jener der Elektrodenspitze 70. Im Besonderen ist die Zwischenspitze 34 aus INCONEL 601 gebildet und weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von 17,8 auf. Die Elektrodenspitze 70 ist aus einer Pt-Ni-Legierung gebildet und weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von 15,0 auf.
7 ist eine Ansicht, die einen Schnitt eines distalen Endabschnitts der Masseelektrode 30 zeigt, der die Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält. Außerdem kann die Spitzenbreite D bei der vorliegenden Ausführungsform ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform usw. 0,4 bis 1,2 mm (inklusive) betragen. Die vorliegende Ausführungsform setzt eine Elektrodenspitze 70 mit einer Spitzenbreite D von 0,6 mm ein.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist die Zündkerze 100c der dritten Ausführungsform auf eine solche Weise gebildet, dass sie die Spitzenhärtebedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei A1 [Hv], an einer Schnittfläche, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält, betrachtet, die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze 70 ist, wobei ein Grenzpunkt PA auf einer Oberfläche der Zündkerze 100c zwischen der Verschmelzungszone 23 und der Elektrodenspitze 70 als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze 70 ist. Bei dem Aufbau der Masseelektrode 30 der dritten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Spitzenhärtebedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 70 von der Verschmelzungszone 23 unterdrückt werden.
Die Zündkerze 100c der dritten Ausführungsform ist auf eine solche Weise gebildet, dass sie die Masseelektrodenhärtebedingung von 0,5 ≤ B2/B1 ≤ 2,5 erfüllt, wobei B1 [Hv], an der Schnittfläche, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält, betrachtet, die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 gemessene Härte der Masseelektrode 30 ist, wobei ein Grenzpunkt PB auf einer Oberfläche der Zündkerze 100c zwischen der Verschmelzungszone 23 und der Zwischenspitze 33 als die Mitte des Kreises dient, und B2 [Hv] die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Zwischenspitze 33 ist. Bei dem Aufbau der Masseelektrode 30 der dritten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Masseelektrodenhärtebedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 70 zusammen mit der Verschmelzungszone 23 von der Zwischenspitze 34 unterdrückt werden.
Darüber hinaus sind bei der dritten Ausführungsform die Elektrodenspitze 70 und die Zwischenspitze 33 ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform auf eine solche Weise aneinander lasergeschweißt, dass sie die Schweißwinkelbedingung von 60° ≤ θ ≤ 150° erfüllen. Bei dem Aufbau der Masseelektrode 30 der dritten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Schweißwinkelbedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 70 von der Zwischenspitze 33 noch wirksamer unterdrückt werden.
Die Spitzenhärtebedingung, die Masseelektrodenhärtebedingung und die Schweißwinkelbedingung, die oben für die dritte Ausführungsform erwähnt wurden, sind auf der Basis der Ergebnisse verschiedenster später erwähnter Bewertungsversuche bestimmt. Die Inhalte der Bewertungsversuche werden später ausführlich beschrieben werden.
D. Vierte Ausführungsform (Mittelelektrode mit einer Elektrodenspitze vom Typ 1)
8 ist eine Ansicht, die einen vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 20 einer Zündkerze 100d der vierten Ausführungsform in einem vergrößerten Maßstab zeigt. 8 zeigt den vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 20 in einem Zustand, in dem die in 1 gezeigte Zündkerze 100 um 180° gedreht ist. Wie in 8 gezeigt ist eine runde säulenförmige Elektrodenspitze 71 anstatt mit der Masseelektrode 30 vielmehr mit der Mitte der vorderen Endfläche der Mittelelektrode 20 verbunden. Die Mittelelektrode 20 und die Elektrodenspitze 71 sind durch die Strahlung eines Laserstrahls entlang des gesamten Umkreises auf die Grenze zwischen der Mittelelektrode 20 und der Elektrodenspitze 71 miteinander laserverschweißt. Der Längsausdehnungskoeffizient der Mittelelektrode 20 ist größer als jener der Elektrodenspitze 71. Im Besonderen ist die Mittelelektrode 20 aus INCONEL 600 gebildet und weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von 16,4 auf. Die Elektrodenspitze 71 ist aus einer Ir-Pt-Legierung gebildet und weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von 8,9 auf.
9 ist eine Ansicht, die den Schnitt eines vorderen Endabschnitts der Mittelelektrode 20 zeigt, der die Mittelachse O der Elektrodenspitze 71 enthält. In 9 ist eine Spitzenbreite D die in eine orthogonal zu der Mittelachse O verlaufende Richtung gemessene Breite der Elektrodenspitze 71, die 0,4 mm bis 1,2 mm (inklusive) betragen kann. Die vorliegende Ausführungsform setzt eine Elektrodenspitze 71 mit einer Spitzenbreite D von 0,6 mm ein.
Ähnlich wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Zündkerze 100d der vierten Ausführungsform auf eine solche Weise gebildet, dass sie die Spitzenhärtebedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei A1 [Hv], an einer Schnittfläche, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 71 enthält, betrachtet, die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze 71 ist, wobei ein Grenzpunkt PA auf einer Oberfläche der Zündkerze 100d zwischen einer Verschmelzungszone 24 und der Elektrodenspitze 71 als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze 71 ist. Bei dem Aufbau der Mittelelektrode 20 der vierten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Spitzenhärtebedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 71 von der Verschmelzungszone 24 unterdrückt werden.
Die Zündkerze 100d der vierten Ausführungsform ist auf eine solche Weise gebildet, dass sie die Bedingung von 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,3 erfüllt, wobei B1 [Hv], an der Schnittfläche, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 71 enthält, betrachtet, die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 gemessene Härte der Mittelelektrode 20 ist, wobei ein Grenzpunkt PB auf einer Oberfläche der Zündkerze 100d zwischen der Verschmelzungszone 24 und der Mittelelektrode 20 als die Mitte des Kreises dient, und B2 [Hv] die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Mittelelektrode 20 ist. Diese Bedingung wird nachstehend als die „Mittelelektrodenhärtebedingung“ bezeichnet. Bei dem Aufbau der Mittelelektrode 20 der vierten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Mittelelektrodenhärtebedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 71 zusammen mit der Verschmelzungszone 24 von der Mittelelektrode unterdrückt werden.
Darüber hinaus sind bei der vierten Ausführungsform die Elektrodenspitze 71 und die Mittelelektrode 20 auf eine solche Weise aneinander lasergeschweißt, dass sie die Schweißwinkelbedingung von 30° ≤ θ ≤ 90° erfüllen, wobei θ (der Schweißwinkel θ), an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse O der Elektrodenspitze 71 enthält und die maximale senkrechte Breite der Verschmelzungszone 24 bereitstellt, betrachtet, ein Winkel zwischen der Mittelachse O und einer senkrechten Halbierungslinie einer Strecke, welche den Grenzpunkt PA und den Grenzpunkt PB verbindet, ist. Bei dem Aufbau der Mittelelektrode 20 der vierten Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Schweißwinkelbedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 71 von der Mittelelektrode 20 noch wirksamer unterdrückt werden.
Die Spitzenhärtebedingung, die Mittelelektrodenhärtebedingung und die Schweißwinkelbedingung, die oben für die vierte Ausführungsform erwähnt wurden, sind auf der Basis der Ergebnisse verschiedenster später erwähnter Bewertungsversuche bestimmt. Die Inhalte der Bewertungsversuche werden später ausführlich beschrieben werden.
E. Fünfte Ausführungsform (Mittelelektrode mit einer Elektrodenspitze vom Typ 2)
10 ist eine Ansicht, die einen vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 20 einer Zündkerze 100e der fünften Ausführungsform in einem vergrößerten Maßstab zeigt. Wie in 10 gezeigt ist die aus der Zwischenspitze 33 und der Elektrodenspitze 71 bestehende zusammengesetzte Spitze 34 an die vordere Endfläche der Mittelelektrode 20 der Zündkerze 100e der fünften Ausführungsform widerstandsgeschweißt. Der Aufbau der zusammengesetzten Spitze 34 ist jenem der dritten Ausführungsform ähnlich. Der Längenausdehnungskoeffizient der Zwischenspitze 33 ist größer als jener der Elektrodenspitze 71. Im Besonderen ist die Zwischenspitze 33 aus dem gleichen Material wie jenem, das zur Bildung der Mittelelektrode 20 verwendet wird, d.h., INCONEL 600, gebildet und weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von 16,4 auf. Die Elektrodenspitze 71 ist aus einer Ir-Pt-Legierung gebildet und weist einen Längenausdehnungskoeffizienten von 8,9 auf.
11 ist eine Ansicht, die den Schnitt eines vorderen Endabschnitts der Mittelelektrode 20 zeigt, der die Mittelachse O der Elektrodenspitze 71 enthält. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Spitzenbreite D ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform 0,4 mm bis 1,2 mm (inklusive) betragen. Die vorliegende Ausführungsform setzt eine Elektrodenspitze 71 mit einer Spitzenbreite von 0,6 mm ein.
Ähnlich wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Zündkerze 100e der fünften Ausführungsform auf eine solche Weise gebildet, dass sie die Spitzenhärtebedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei A1 [Hv], an einer Schnittfläche, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 71 enthält, betrachtet, die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze 71 ist, wobei ein Grenzpunkt PA auf einer Oberfläche der Zündkerze 100e zwischen der Verschmelzungszone 24 und der Elektrodenspitze 71 als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze 71 ist. Bei dem Aufbau der Mittelelektrode 20 der fünften Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Spitzenhärtebedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 71 von der Verschmelzungszone 24 unterdrückt werden.
Die Zündkerze 100e der fünften Ausführungsform ist auf eine solche Weise gebildet, dass sie die Mittelelektrodenhärtebedingung von 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,3 erfüllt, wobei B1 [Hv], an der Schnittfläche, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 71 enthält, betrachtet, die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 gemessene Härte der Mittelelektrode 20 ist, wobei ein Grenzpunkt PB auf einer Oberfläche der Zündkerze 100e zwischen der Verschmelzungszone 24 und der Zwischenspitze 33 als die Mitte des Kreises dient, und B2 [Hv] die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Zwischenspitze 33 ist. Bei dem Aufbau der Mittelelektrode 20 der fünften Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Mittelelektrodenhärtebedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 71 zusammen mit der Verschmelzungszone 24 von der Zwischenspitze 33 unterdrückt werden.
Darüber hinaus sind bei der Zündkerze 100e der fünften Ausführungsform die Elektrodenspitze 71 und die Zwischenspitze 33 ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform auf eine solche Weise miteinander laserverschweißt, dass sie die Schweißwinkelbedingung von 30° ≤ θ ≤ 90° erfüllen. Bei dem Aufbau der Mittelelektrode 20 der fünften Ausführungsform kann durch die Erfüllung der oben erwähnten Schweißwinkelbedingung eine Abtrennung der Elektrodenspitze 71 von der Zwischenspitze 33 noch wirksamer unterdrückt werden.
F. Bewertungsversuche
F-1. Gründe für die Fokussierung auf einen Kreis mit einem Radius von 0,2 mm, wobei ein Grenzpunkt als die Mitte des Kreises dient
Als nächstes werden auf der Basis der Ergebnisse von Bewertungsversuchen die Gründe für die Spitzenhärtebedingung, die Masseelektrodenhärtebedingung, die Mittelelektrodenhärtebedingung und die Schweißwinkelbedingung, die bei den oben beschriebenen Ausführungsformen bestimmt sind, beschrieben werden. Zuerst werden im Hinblick auf die Spitzenhärtebedingung, die Masseelektrodenhärtebedingung und die Mittelelektrodenhärtebedingung die Gründe für die Fokussierung auf die Härte von Material, das sich außerhalb und innerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm befindet, wobei der Grenzpunkt PA oder PB als die Mitte des Kreises dient, wobei sich die Grenzpunkte PA und PB am oberen Ende bzw. am unteren Ende der Verschmelzungszone befinden, beschrieben werden.
12 zeigt imaginäre Kreise, die auf eine Schnittfläche gezeichnet sind, die die Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 enthält. Die imaginären Kreise sind konzentrische Kreise, deren Mitte sich an dem Grenzpunkt PA befindet, und deren Radien von dem innersten Kreis her immer um 0,1 mm zunehmen. Die Härte der Elektrodenspitze 70 wurde an Messpunkten A, B, C und D gemessen, die Mittelpunkte zwischen den imaginären Kreisen sind und sich auf einer Halbierungslinie (Winkelhalbierenden) des Winkels zwischen der Seitenfläche der Elektrodenspitze 70 und der Grenzlinie zwischen der Verschmelzungszone 23 und der Elektrodenspitze 70 befinden. Als Musterstück für die Messung wurde die aus einer Pt-Legierung gebildete Elektrodenspitze 70 verwendet. Der Messpunkt „E“, der in 12 erscheint, befindet sich auf der Mittelachse O der Elektrodenspitze 70 und ausreichend von der Verschmelzungszone entfernt. Die an dem Punkt E gemessene Härte ist die Härte der Elektrodenspitze 70 selbst.
13 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse der Messung der Härte in den imaginären Kreisen zeigt. 13 zeigt die Härten, die an den Messpunkten gemessen wurden, wie auch die Verhältnisse der Härten, die an den Messpunkten gemessen wurden, zu der Härte der Spitze selbst (nachstehend als das (die) „Härteverhältnis(se)“ bezeichnet). 14 ist ein Diagramm, in dem die Härteverhältnisse in den imaginären Kreisen graphisch dargestellt sind. Wie in 13 und 14 gezeigt nehmen die Härte und das Härteverhältnis der Elektrodenspitze 70 mit der Entfernung von dem Grenzpunkt PA allmählich zu. An dem Punkt C und außerhalb davon, d.h., außerhalb des imaginären Kreises mit einem Radius von 0,2 mm, steigen die Härte und das Härteverhältnis steil an und konvergiert das Härteverhältnis zu „1“. Das heißt, eine Veränderung der Härte, die durch den Einfluss der Hitze des Laserschweißens verursacht wird, siedelt sich im Wesentlichen in einen Kreis mit einem Radius von 0,2 mm, wobei der Endpunkt der Verschmelzungszone als die Mitte des Kreises dient, an, und außerhalb des Kreises mit einem Radius von 0,2 mm ist die Härte in Bezug auf die Hitze des Laserschweißens beinahe unempfindlich. Somit wurde in den nachstehend beschriebenen Experimenten der Einfluss des Unterschieds in der Härte (des Härteverhältnisses) zwischen einem Bereich, der durch die Hitze des Laserschweißens beeinflusst wird (innerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm, wobei der Grenzpunkt als die Mitte des Kreises dient), und einem Bereich, der von dem Einfluss durch die Hitze des Laserschweißens frei ist (außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm, wobei der Grenzpunkt als die Mitte des Kreises dient), auf die Abtrennung der Elektrodenspitze 70 untersucht. Dadurch wurden die optimalen Bereiche der Härtebedingungen bestimmt.
F-2. Gründe für die Härtebedingungen
Als nächstes werden die Gründe für die oben erwähnten Härtebedingungen beschrieben. Es wurden Musterstücke der Zündkerzen nach den oben beschriebenen Ausführungsformen angefertigt, pro Ausführungsform sechs oder sieben Stück. Die Musterstücke wurden an Messpunkten innerhalb und außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm, wobei der Endpunkt der Verschmelzungszone als die Mitte des Kreises diente, hinsichtlich der Härten der maßgeblichen Elemente gemessen. 15 und 16 zeigen die Ergebnisse der Messung. Die Härtemesspunkte A1, A2, B1 und B2 sind in 3 für die erste Ausführungsform gezeigt; in 5 für die zweite Ausführungsform gezeigt; in 7 für die dritte Ausführungsform gezeigt; in 8 für die vierte Ausführungsform gezeigt; und in 10 für die fünfte Ausführungsform gezeigt.
15 und 16 zeigen die Ergebnisse der Messung der Härte an den Messpunkten; das Härteverhältnis (A2/A1) in Bezug auf den Grenzpunkt PA; das Härteverhältnis (B1/B2) in Bezug auf den Grenzpunt PB; und die Beurteilung hinsichtlich der Abtrennung, die angibt, ob es zu einer Abtrennung gekommen ist, oder nicht, und durch „gut“ oder „Defekt“ dargestellt ist. „Defekt“ steht für die Beurteilung, dass es zu einer Abtrennung gekommen ist.
Ob es zu einer Abtrennung gekommen ist, oder nicht, wurde durch das folgende Verfahren beurteilt. Zuerst wird jedes der Versuchsstücke (Probe) unter Verwendung eines Brenners an einer Elektrodenspitze und in deren Umgebung für zwei Minuten auf eine Temperatur von 1.000 °C erhitzt. Anschließend werden die Versuchsstücke der Atmosphäre ausgesetzt und für eine Minute abgekühlt. Eine Abfolge dieser Tätigkeiten wird als ein Versuchszyklus betrachtet. Die Versuchsstücke werden 1.000 Versuchszyklen unterzogen. Anschließend werden die Versuchsstücke so durchgeschnitten, dass eine Schnittfläche erhalten wird, die die Mittelachse O enthält. 17 zeigt die so erhaltene Schnittfläche der Elektrodenspitze wie auch die Definition einer Abtrennungsrate, die als Kriterium für die Beurteilung hinsichtlich der Abtrennung verwendet wird.
Dann werden, wie an der Schnittfläche einer jeden der Elektrodenspitzen gesehen, Risse, die sich von den entgegengesetzten Seitenflächen der Elektrodenspitze entlang der Grenzlinien zwischen der Elektrodenspitze und der Verschmelzungszonen erstrecken, hinsichtlich ihrer waagerechten Breiten T1 und T2 gemessen. Es wird der Prozentsatz der Summe der Rissbreiten in Bezug auf die Summe der waagerechten Breiten S1 und S2 der Verschmelzungszonen erhalten. Der so erhaltene Prozentsatz wird nachstehend als die „Abtrennungsrate“ bezeichnet. Wenn die Abtrennungsrate 50 % oder mehr beträgt, wird die Beurteilung vorgenommen, dass es zu einer Abtrennung gekommen ist. Wenn die Abtrennungsrate geringer als 50 % ist, wird die Beurteilung vorgenommen, dass es nicht zu einer Abtrennung gekommen ist. Eine Abtrennungsrate von 50 % wird aus den folgenden Gründen als Kriterium zur Beurteilung verwendet: Wenn die Abtrennungsrate geringer als 50 % ist, kommt es praktisch nicht zu einem Lösen der Elektrodenspitze von der Masseelektrode 30 oder von der Mittelelektrode 20.
Unter den in 15 gezeigten Versuchsstücken (Proben) der ersten Ausführungsform weisen die Versuchsstücke, die in Bezug auf die Abtrennung als „gut“ beurteilt werden, den folgenden mit dem Grenzpunkt PA zusammenhängenden Bereich des Härteverhältnisses A1/A2 bzw. den folgenden mit dem Grenzpunkt PB zusammenhängenden Bereich des Härteverhältnisses auf: 0,80 ≤ A1/A2 ≤ 1,90, und 0,70 ≤ B2/B1 ≤ 2,50.
Unter den Versuchsstücken (Proben) der zweiten Ausführungsform weisen die Versuchsstücke, die in Bezug auf die Abtrennung als „gut“ beurteilt werden, den folgenden Bereich des Härteverhältnisses A1/A2 bzw. den folgenden Bereich des Härteverhältnisses B2/B1 auf: 0,78 ≤ A1/A2 ≤ 1,92, und 0,62 ≤ B2/B1 ≤ 2,51.
Unter den Versuchsstücken (Proben) der dritten Ausführungsform weisen die Versuchsstücke, die in Bezug auf die Abtrennung als „gut“ beurteilt werden, den folgenden Bereich des Härteverhältnisses A1/A2 bzw. den folgenden Bereich des Härteverhältnisses B2/B1 auf: 0,82 ≤ A1/A2 ≤ 1,91, und 0,50 ≤ B2/B1 ≤ 2,50.
Für die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform wurde aus den obigen Ergebnissen wie oben erwähnt der Bereich des Härteverhältnisses A1/A2, der als die Spitzenhärtebedingung dient, als 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 bestimmt und der Bereich des Härteverhältnisses B2/B1, der als die Masseelektrodenhärtebedingung dient, als 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,5 bestimmt.
Für die dritte Ausführungsform wurde ähnlich wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform der Bereich des Härteverhältnisses A1/A2, der als die Spitzenhärtebedingung dient, als 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 bestimmt und der Bereich des Härteverhältnisses B2/B1, der als die Masseelektrodenhärtebedingung dient, als 0,5 ≤ B2/B1 ≤ 2,5 bestimmt.
Unter den in 16 gezeigten Versuchsstücken (Proben) der vierten Ausführungsform weisen die Versuchsstücke, die in Bezug auf die Abtrennung als „gut“ beurteilt werden, den folgenden Bereich des Härteverhältnisses A1/A2 bzw. den folgenden Bereich des Härteverhältnisses B2/B1 auf: 0,80 ≤ A1/A2 ≤ 1,90, und 0,70 ≤ B2/B1 ≤ 2,32.
Unter den Versuchsstücken (Proben) der fünften Ausführungsform weisen die Versuchsstücke, die in Bezug auf die Abtrennung als „gut“ beurteilt werden, den folgenden des Härteverhältnisses A1/A2 bzw. den folgenden Bereich des Härteverhältnisses B2/B1 auf: 0,80 ≤ A1/A2 ≤ 1,91, und 0,70 ≤ B2/B1 ≤ 2,33.
Für die vierte Ausführungsform und die fünfte Ausführungsform wurde aus den obigen Ergebnissen der Bereich des Härteverhältnisses A1/A2, der als die Spitzenhärtebedingung dient, als 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 bestimmt und der Bereich des Härteverhältnisses B2/B1, der als die Mittelelektrodenhärtebedingung dient, als 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,3 bestimmt.
Im Allgemeinen wird bei einem Laserverschweißen der Elektrodenspitze und des Basismetalls (der Masseelektrode, der Zwischenspitze oder der Mittelelektrode) nach dem Schweißen in der Nähe der Grenze zwischen der Elektrodenspitze und der Verschmelzungszone eine Restspannung erzeugt. Daher wird es im Hinblick auf eine Verhinderung der Abtrennung der Elektrodenspitze bei einer erhöhten Temperatur als wünschenswert angesehen, die Härte A1 in der Nähe der Grenze zwischen der Elektrodenspitze und der Verschmelzungszone höher als die Härte A2 der Elektrodenspitze selbst einzurichten. Doch wenn die Härte übermäßig hoch ist, werden in der Grenze der Verschmelzungszone unmittelbar nach dem Schweißen Risse erzeugt. Von diesem Gesichtspunkt her wurde in den oben erwähnten Bewertungsversuchen eine obere Grenze des Härteverhältnisses A1/A2 von 1,9 erhalten. Doch in den oben erwähnten Bewertungsversuchen wurde eine untere Grenze des Härteverhältnisses A1/A2 von 0,8 erhalten, was anzeigt, dass ein Lösen der Elektrodenspitze selbst dann praktisch unterdrückt werden kann, wenn die Härte A2 höher als die Härte A1 ist.
Als nächstes wird die Beziehung zwischen der Verschmelzungszone und dem Basismetall betrachtet werden. Falls die Härte B2 in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und dem Basismetall niedriger als B1 ist, wird bei einer erhöhten Temperatur eine stärkere Wirkung einer Druckspannung erhalten, weshalb es als unwahrscheinlich angesehen wird, dass sich die Verschmelzungszone von dem Basismetall trennt. Von diesem Gesichtspunkt her wurde in den oben erwähnten Bewertungsversuchen eine untere Grenze für das Härteverhältnis B2/B1 von 0,7 oder 0,5 erhalten. Indessen werden in der Grenze unmittelbar nach dem Schweißen Risse erzeugt, wenn die Härte B2 in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone und dem Basismetall übermäßig hoch ist. Die oben erwähnten Bewertungsversuche haben gezeigt, dass praktisch kein großer Riss erzeugt wird, wenn die obere Grenze des Härteverhältnisses B2/B1 2,5 oder 2,3 beträgt, so dass ein Lösen der Elektrodenspitze unterdrückt werden kann.
F-3. Gründe für die Schweißwinkel(θ)bedingung
Schließlich werden die Gründe für den Bereich des Schweißwinkels θ beschrieben. Es wurden sieben Versuchsstücke (Proben) der Zündkerze nach der zweiten Ausführungsform angefertigt, während der Schweißwinkel θ von 43° bis 163° verändert wurde. Die Versuchsstücke wurden einem Abtrennungsbewertungsversuch auf Basis der Abtrennungsrate unterzogen. In diesem Versuch wurde der Schweißwinkel θ durch Verändern des Durchmessers des Sockelabschnitts 31, der an der Masseelektrode 30 gebildet war, reguliert, während die Elektrodenspitze 70 mit einer Spitzenbreite D von 0,8 mm verwendet wurde. 5 zeigt den Schnitt der Masseelektrode 30 bei einem Schweißwinkel θ von weniger als 90°. Wenn der Schweißwinkel 90° oder größer wird, wird wie in 18 gezeigt die Breite des Sockelabschnitts 31 schmäler als die Spitzenbreite D.
19 zeigt die Ergebnisse des Abtrennungsbewertungsversuchs, der an den Versuchsstücken (Proben) der zweiten Ausführungsform mit unterschiedlichen Schweißwinkeln θ vorgenommen wurde. 19 zeigt zusätzlich zu dem Schweißwinkel θ die Härte an den Messpunkten B1 und B2, das Härteverhältnis B2/B1 und das Ergebnis der Beurteilung hinsichtlich der Abtrennung. Wie in 19 gezeigt erhielten die Versuchsstücke mit einem Schweißwinkel θ von 60° bis 150° eine Beurteilung hinsichtlich der Abtrennung von „gut“. Daher wurde die Schweißwinkelbedingung für die erste bis dritte Ausführungsform, bei denen die Elektrodenspitze 70 an der Masseelektrode bereitgestellt ist, wie oben erwähnt als 60° ≤ θ ≤ 150° bestimmt. Aufgrund der einfachen Regulierung des Schweißwinkels setzte der vorliegende Versuch für die Bewertung die Versuchsstücke der zweiten Ausführungsform ein. Doch dieses Bewertungsverfahren kann auch auf die erste und die dritte Ausführungsform angewendet werden.
Es wurden sieben Versuchsstücke (Proben) der Zündkerze nach der vierten Ausführungsform angefertigt, während der Schweißwinkel θ von 28° bis 127° verändert wurde. Die Versuchsstücke wurden einem Abtrennungsbewertungsversuch auf Basis der Abtrennungsrate unterzogen. In diesem Versuch wurde der Schweißwinkel θ durch Verändern des Durchmessers eines vorderen Endabschnitts der Mittelelektrode 20 reguliert, während die Elektrodenspitze 71 mit einer Spitzenbreite D von 0,6 mm verwendet wurde.
20 zeigt die Ergebnisse des Abtrennungsbewertungsversuchs, der an den Versuchsstücken (Proben) der vierten Ausführungsform mit unterschiedlichen Schweißwinkeln θ vorgenommen wurde. Wie in 20 gezeigt erhielten die Versuchsstücke mit einem Schweißwinkel θ von 30° bis 90° eine Beurteilung hinsichtlich der Abtrennung von „gut“. Daher wurde die Schweißwinkelbedingung für die vierte und die fünfte Ausführungsform, bei denen die Elektrodenspitze 71 an der Mittelelektrode bereitgestellt ist, wie oben erwähnt als 30° ≤ θ ≤ 90° bestimmt. Aufgrund der einfachen Regulierung des Schweißwinkels setzte der vorliegende Versuch für die Bewertung die Versuchsstücke der vierten Ausführungsform ein. Doch dieses Bewertungsverfahren kann auch auf die fünfte Ausführungsform angewendet werden.
G. Schlussfolgerung
Nach den Zündkerzen der oben beschriebenen Ausführungsformen kann selbst dann eine gute Beziehung zwischen der Härte in der Nähe der Verschmelzungszone und der Härte des Basismetalls hergestellt werden, wenn die Elektrodenspitze und das Basismetall (die Masseelektrode, die Zwischenspitze oder die Mittelelektrode), die unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen, miteinander laserverschweißt sind. Daher kann eine Abtrennung oder ein Lösen der Elektrodenspitze von dem Basismetall, die bzw. das durch die Erzeugung von Wärmebeanspruchungen in den Elementen zum Beispiel im Verlauf des Betriebs eines Verbrennungsmotors verursacht wird, unterdrückt werden. Als Ergebnis kann die Erosionsbeständigkeit der Zündkerze verbessert werden; darüber hinaus kann das Auftreten von Fehlzündungen, die durch eine Vergrößerung des Spalts verursacht werden, unterdrückt werden. Außerdem ist in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht nur die Härte in der Nähe der Verschmelzungszone sondern auch der Schweißwinkel θ bestimmt, wodurch eine Zunahme der mit der Wärmeverformung zusammenhängenden Beanspruchung unterdruckt wird. Daher kann die Abtrennung oder das Lösen der Elektrodenspitze noch wirksamer unterdrückt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die verschiedenen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann sie in verschiedenen anderen Gestaltungen ausgeführt werden, ohne von dem durch die Patentansprüche definierten Schutzumfang abzuweichen. Zum Beispiel kann die Elektrodenspitze mit der Mittelelektrode 20 oder der Masseelektrode 30 verbunden sein, oder die Mittelelektrode 20 und die Masseelektrode 30 können jeweils mit einer Elektrodenspitze verbunden sein.
Bezugszeichenliste

3: Keramikwiderstand
4: Dichtungskörper
5: Dichtung
10: Keramikisolator
12: axiale Bohrung
13: Schenkelabschnitt
17: vorderer Rumpfabschnitt
18: hinterer Rumpfabschnitt
19: mittlerer Rumpfabschnitt
20: Mittelelektrode
21: Elektrodenbasismetall
22: Elektrodenbasismetallsockel
23, 24: Verschmelzungszone
25: Kern
30: Masseelektrode
31: Sockelabschnitt
32: Flanschabschnitt
33: Zwischenspitze
34: zusammengesetzte Spitze
40: Metallklemme
50: Metallmantel
51: Werkzeugeingriffsabschnitt
52: Anbringungsgewindeabschnitt
54: Dichtungsabschnitt
70, 71: Elektrodenspitze
100, 100b, 100c, 100d, 100e: Zündkerze
200: Motorkopf und
201: Anbringungsgewindeöffnung

Claims

Zündkerze (100; 100b), bei der eine im Wesentlichen säulenförmige Elektrodenspitze (70; 71) an einen distalen Endabschnitt einer Masseelektrode (30) geschweißt ist und durch die Schweißung an einem Grenzabschnitt zwischen der Masseelektrode (30) und der Elektrodenspitze (70; 71) eine Verschmelzungszone (23; 24) gebildet ist, wobei die Zündkerze (100; 100b) eine Bedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze (70; 71) enthält, betrachtet, A1 [Hv] die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt und außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze (70; 71) ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze (100; 100b) zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Elektrodenspitze (70; 71) als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Elektrodenspitze (70; 71) befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt und in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze (70; 71) ist.
Zündkerze (100; 100b) nach Anspruch 1, die eine Bedingung von 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,5 erfüllt, wobei, an der Schnittfläche betrachtet, B1 die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Masseelektrode (30) ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze (100; 100b) zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Masseelektrode (30) als die Mitte des Kreises dient, und B2 die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Masseelektrode (30) ist.
Zündkerze (100b) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Masseelektrode (30) einen Sockelabschnitt (31) aufweist, der von ihrem distalen Endabschnitt vorspringt, und die Elektrodenspitze (70; 71) an dem Sockelabschnitt (31) angeordnet ist und mit dem Sockelabschnitt (31) verbunden ist, indem ein Grenzabschnitt zwischen dem Sockelabschnitt (31) und der Elektrodenspitze (70; 71) einer Schweißung unterzogen ist.
Zündkerze (100; 100b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Masseelektrode (30) einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als jener der Elektrodenspitze (70; 71) ist.
Zündkerze (100c), bei der eine im Wesentlichen säulenförmige Elektrodenspitze (70; 71) an eine obere Fläche einer konvexen Zwischenspitze (33) mit einem Flanschabschnitt (32) an einer Unterseite davon geschweißt ist, um dadurch eine zusammengesetzte Spitze (34) mit einer durch die Schweißung an einem Grenzabschnitt zwischen der Zwischenspitze (33) und der Elektrodenspitze (70; 71) gebildeten Verschmelzungszone (23; 24) zu bilden, und die zusammengesetzte Spitze (34) über den Flanschabschnitt (32) mit einem distalen Endabschnitt der Masseelektrode (30) verbunden ist, wobei die Zündkerze (100c) eine Bedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze (70; 71) enthält, betrachtet, A1 [Hv] die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt und außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze (70; 71) ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze (100c) zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Elektrodenspitze (70; 71) als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Elektrodenspitze (70; 71) befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt und in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze (70; 71) ist.
Zündkerze (100c) nach Anspruch 5, die eine Bedingung von 0,5 ≤ B2/B1 ≤ 2,5 erfüllt, wobei, an der Schnittfläche betrachtet, B1 die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Masseelektrode (30) ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze (100c) zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Zwischenspitze (33) als die Mitte des Kreises dient, und B2 die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Zwischenspitze (33) ist.
Zündkerze (100c) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Zwischenspitze (33) einen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als jener der Elektrodenspitze (70; 71) ist.
Zündkerze (100; 100b; 100c) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die eine Bedingung von 60 ° ≤ θ ≤ 150 ° erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze (70; 71) enthält und eine entlang der Mittelachse gemessene maximale Breite der Verschmelzungszone (23; 24) bereitstellt, betrachtet, θ ein Winkel zwischen der Mittelachse und einer senkrechten Winkelhalbierenden einer Strecke, die ein oberes Ende und ein unteres Ende der Verschmelzungszone (23; 24) auf einer Oberfläche der Zündkerze (100) verbindet, ist.
Zündkerze (100d), bei der eine im Wesentlichen säulenförmige Elektrodenspitze (70; 71) an einen vorderen Endabschnitt einer Mittelelektrode (20) geschweißt ist und durch die Schweißung an einem Grenzabschnitt zwischen der Mittelelektrode (20) und der Elektrodenspitze (70; 71) eine Verschmelzungszone (23; 24) gebildet ist, wobei die Zündkerze (100d) eine Bedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze (70; 71) enthält, betrachtet, A1 [Hv] die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt und außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze (70; 71) ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze (100d) zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Elektrodenspitze (70; 71) als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Elektrodenspitze (70; 71) befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt und in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze (70; 71) ist.
Zündkerze (100d) nach Anspruch 9, die eine Bedingung von 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,3 erfüllt, wobei, an der Schnittfläche betrachtet, B1 die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Mittelelektrode (20) ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze (100d) zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Mittelelektrode (20) als die Mitte des Kreises dient, und B2 die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Mittelelektrode (20) ist.
Zündkerze (100d) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Mittelelektrode (20) einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als jener der Elektrodenspitze (70; 71) ist.
Zündkerze (100e), bei der eine im Wesentlichen säulenförmige Elektrodenspitze (70; 71) an eine obere Fläche einer konvexen Zwischenspitze (33) mit einem Flanschabschnitt (32) an einer Unterseite davon geschweißt ist, um dadurch eine zusammengesetzte Spitze (34) mit einer durch die Schweißung an einem Grenzabschnitt zwischen der Zwischenspitze (33) und der Elektrodenspitze (70; 71) gebildeten Verschmelzungszone (23; 24) zu bilden, und die zusammengesetzte Spitze (34) über den Flanschabschnitt (32) mit einem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode (20) verbunden ist, wobei die Zündkerze (100e) eine Bedingung von 0,8 ≤ A1/A2 ≤ 1,9 erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze (70; 71) enthält, betrachtet, A1 [Hv] die an einem nicht durch das Schweißen beeinflussten Abschnitt und außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze (70; 71) ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze (100e) zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Elektrodenspitze (70; 71) als die Mitte des Kreises dient, und A2 [Hv] die an einem in der Nähe der Grenze zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Elektrodenspitze (70; 71) befindlichen und durch die Schweißhitze beeinflussten Abschnitt und in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Elektrodenspitze (70; 71) ist.
Zündkerze (100e) nach Anspruch 12, die eine Bedingung von 0,7 ≤ B2/B1 ≤ 2,3 erfüllt, wobei, an der Schnittfläche betrachtet, B1 [Hv] die außerhalb eines Kreises mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte der Mittelelektrode (20) ist, wobei ein Grenzpunkt auf einer Oberfläche der Zündkerze (100e) zwischen der Verschmelzungszone (23; 24) und der Zwischenspitze (33) als die Mitte des Kreises dient, und B2 die in dem Kreis mit einem Radius von 0,2 mm gemessene Härte [Hv] der Zwischenspitze (33) ist.
Zündkerze (100e) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Zwischenspitze (33) einen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als jener der Elektrodenspitze (70; 71) ist.
Zündkerze (100d; 100e) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, die eine Bedingung von 30 ° ≤ θ ≤ 90 ° erfüllt, wobei, an einer Schnittfläche, die eine Mittelachse der Elektrodenspitze (70; 71) enthält und eine entlang der Mittelachse gemessene maximale Breite der Verschmelzungszone (23; 24) bereitstellt, betrachtet, θ ein Winkel zwischen der Mittelachse und einer senkrechten Winkelhalbierenden einer Strecke, die ein oberes Ende und ein unteres Ende der Verschmelzungszone (23; 24) auf einer Oberfläche der Zündkerze (100d; 100e) verbindet, ist.
Zündkerze (100; 100b; 100c; 100d; 100e) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Elektrodenspitze (70; 71) eine Breite D aufweist, die entlang einer senkrecht zu der Mittelachse der Elektrodenspitze (70; 71) verlaufenden Richtung gemessen ist und eine Bedingung von 0,4mm ≤ D ≤ 1,2mm erfüllt.
Zündkerze (100; 100b; 100c; 100d; 100e) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Elektrodenspitze (70; 71) ein Element ist, das zumindest eines aus Platin, Iridium, Ruthenium und Rhodium enthält.