DE112017006667T5

DE112017006667T5 - Verfahren zur Herstellung von Zündkerzen

Info

Publication number: DE112017006667T5
Application number: DE112017006667.0T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Tenkumo; Susumu Imai
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2019-12-12
Also published as: US20190393683A1; JP6532491B2; CN110235323B; CN110235323A; WO2018139079A1; US10680416B2; JP2018120808A

Abstract

Eine Spitze wird mit einem Energiestrahl angeschweißt. Die Spitze wird an einen Basisabschnitt angeschweißt, indem die Grenzfläche zwischen dem Basisabschnitt und der Spitze mit dem Energiestrahl bestrahlt wird. Das Anschweißen der Spitze an den Basisabschnitt umfasst: kontinuierliches Anlegen des Energiestrahls, während die Bestrahlungsposition des Energiestrahls in eines ersten Zeitraums bewegt wird; und mehrmaliges Anlegen des Energiestrahls gemäß einem gepulsten Ausgangsmuster, während die Bestrahlungsposition des Energiestrahls in einem zweiten Zeitraum nach dem ersten Zeitraum verschoben wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft eine Zündkerze mit einer Elektrode mit einem Basisabschnitt und einer Spitze, die an dem Basisabschnitt befestigt ist.
Stand der Technik
In einigen Fällen wird zur Verbesserung der Haltbarkeit einer Elektrode (z. B. einer Mittelelektrode oder einer Masseelektrode) einer Zündkerze eine sehr haltbare Spitze (z. B. eine Spitze, die ein Edelmetall enthält) an der Elektrode befestigt. Eine vorgeschlagene Technik zum Befestigen einer Masseelektrodenspitze besteht darin, die Spitze an einer Masseelektrode anzuschweißen, indem die Grenzfläche zwischen der Masseelektrode und der Masseelektrodenspitze beispielsweise mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, während der Laserstrahl bewegt wird. Bei einer anderen vorgeschlagenen Technik wird die Leistung des Laserstrahls in Anbetracht der Tatsache, dass durch den Laserstrahl übertragene Wärme durch einen geschmolzenen Abschnitt fließt, allmählich verringert, um zu bewirken, dass die Temperatur eines dem Laserstrahl nicht bestrahlten Abschnitts ansteigt.
Dokumente Standes der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung JP 2012 - 74271 A
Zusammenfassung der Erfindung
Probleme, die mit der Erfindung gelöst werden
Wenn die Leistung des Laserstrahls verringert wird, ist möglicherweise kein ordnungsgemäßes Anschweißen möglich. Beispielsweise wird in einigen Fällen der Laserstrahl instabil und die Bestrahlung mit dem Laserstrahl stoppt ungewollt. Dies ist ein verbreitetes Problem, nicht nur wenn der Laserstrahl verwendet wird, sondern auch wenn Energiestrahlen wie Elektronenstrahlen verwendet werden.
Die vorliegende Beschreibung offenbart eine Technik zum geeigneten Anschweißen einer Spitze unter Verwendung eines Energiestrahls.
Mittel zur Lösung der Probleme
Die vorliegende Beschreibung offenbart beispielsweise die folgenden Anwendungsbeispiele.
[Anwendungsbeispiel 1]
Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze mit einer Elektrode, welche einen Basisabschnitt und eine Spitze, die an dem Basisabschnitt befestigt ist, aufweist, wobei das Verfahren umfasst:

Anschweißen der Spitze an den Basisabschnitt durch Bestrahlen einer Grenzfläche zwischen dem Basisabschnitt und der Spitze mit einem Energiestrahl, wobei das Anschweißen der Spitze an den Basisabschnitt umfasst:
- kontinuierliches Anlegen des Energiestrahls, während eine Bestrahlungsposition des Energiestrahls in einem ersten Zeitraum bewegt wird, und
- mehrmaliges Anlegen des Energiestrahls gemäß einem gepulsten Ausgangsmuster, während die Bestrahlungsposition des Energiestrahls in einem zweiten Zeitraum nach dem ersten Zeitraum bewegt wird.

In dieser Konfiguration wird verhindert, dass der Basisabschnitt und die Spitze in dem ersten Zeitraum einer steilen Temperaturänderung unterliegen, im Gegensatz zu dem Fall, indem der Energiestrahl mehrere Male gemäß einem gepulsten Ausgangsmuster angewendet wird. Daher kann das Auftreten von Rissen im Verbindungsbereich zwischen dem Basisbereich und der Spitze verhindert werden. In dem zweiten Zeitraum wird der Energiestrahl entsprechend den gepulsten Ausgangsmustern mehrere Male angelegt. Daher kann der Durchschnitt der Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des gepulsten Energiestrahls verringert werden, ohne seine Ausgangsenergie pro Zeiteinheit übermäßig zu verhindern. Daher kann ein übermäßiges Schmelzen des Basisabschnitts und der Spitze verhindert werden. In dem zweiten Zeitraum ist es nicht notwendig die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls übermäßig zu reduzieren, so dass die Instabilität des Energiestrahls verhindert werden kann. Daher kann die Spitze unter Verwendung des Energiestrahls in geeigneter Weise an den Basisabschnitt angeschweißt werden.
[Anwendungsbeispiel 2]
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze gemäß Anwendungsbeispiel 1, bei dem in einem bestimmten Zeitraum, der mindestens ein Teil des ersten Zeitraums ist, die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls allmählich verringert wird.
Da in dieser Konfiguration die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls in dem spezifischen Zeitraum allmählich abnimmt, kann ein übermäßiges Schmelzen des Basisabschnitts und der Spitze weiter verhindert werden.
[Anwendungsbeispiel 3]
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze, dass in Anwendungsbeispiel 2 beschrieben ist, wobei der spezifische Zeitraum ein Zeitraum ist, der an den zweiten Zeitraum angrenzt.
In dieser Konfiguration nimmt die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls in dem spezifischen Zeitraum, der ein relativ später Teil des ersten Zeitraums ist, allmählich ab. Daher kann ein übermäßiges Schmelzen des Basisabschnitts und der Spitze verhindert werden.
[Anwendungsbeispiel 4]
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze nach einem der Anwendungsbeispiele 1 bis 3, wobei der zweite Zeitraum einen ersten Teilzeitraum und einen zweiten Teilzeitraum nach dem ersten Teilzeitraum umfasst, und wobei der Durchschnitt der Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls in dem zweiten Teilzeitraum kleiner ist als der Durchschnitt der Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls in dem ersten Teilzeitraum.
In dieser Konfiguration ist in dem zweiten Teilzeitraum, der die zweite Hälfte des zweiten Zeitraums ist, der Durchschnitt der Ausgangsenergie pro Zeiteinheit kleiner als der in dem ersten Teilzeitraum, der die erste Hälfte des zweiten Zeitraums ist. Daher kann ein übermäßiges Schmelzen des Basisabschnitts und der Spitze verhindert werden.
[Anwendungsbeispiel 5]
Verfahren zur Herstellung einer Kerze nach einem der Anwendungsbeispiele 1 bis 4, wobei die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls in dem zweiten Zeitraum gleich der Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls am Ende des ersten Zeitraums ist.
In dieser Konfiguration kann ein Verspritzen von geschmolzenen Teilen des Basisabschnitts und der Spitze zuverlässiger verhindert werden als in dem Fall, in dem die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls, der gemäß dem gepulsten Ausgangsmuster angewendet wird, größer ist als die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls am Ende des ersten Zeitraums. Darüber hinaus ist es möglich, zuverlässiger zu verhindern, dass der Energiestrahl instabil wird, verglichen mit den Fall, in dem die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls, der gemäß dem gepulsten Ausgangsmuster angewendet wird, kleiner ist als die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls am Ende des ersten Zeitraums. Daher kann die Spitze in geeigneter Weise an den Basisabschnitt geschweißt werden.
[Anwendungsbeispiel 6]
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze, das in einem der Anwendungsbeispiele 1 bis 5 beschrieben ist, wobei der zweite Zeitraum einen ersten Teilzeitraum und einen zweiten Teilzeitraum nach dem ersten Teilzeitraum umfasst, und wobei die Pulsbreite des Energiestrahls in dem zweitem Teilzeitraum schmaler ist als die Pulsbreite des Energiestrahls in dem ersten Teilzeitraum.
In dieser Konfiguration kann die Wiederholungsperiode, in der der gepulste Energiestrahl in dem zweiten Teilzeitraum angelegt wird, verkürzt werden, ohne den Durchschnitt der Ausgangsenergie pro Zeiteinheit zu erhöhen. Daher kann eine Zunahme der Zeit zwischen Energiestrahlpulsen, während der der Energiestrahl nicht angewendet wird, verhindert werden. Dies kann eine Abstandsvergrößerung zwischen benachbarten Bestrahlungspositionen des gepulsten Energiestrahls in dem zweiten Teilzeitraum verhindern. Daher kann ein unzureichendes Schmelzen der Spitze und des Basisabschnitts in Bereichen zwischen benachbarten Bestrahlungspositionen verhindert werden.
Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Technik in Formen wie ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze, eine Zündkerze, die durch das Herstellungsverfahren hergestellt ist, eine Zündvorrichtung mit der Zündkerze und ein Verbrennungsmotor mit der Zündkerze ausgeführt werden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht einer Zündkerze 100 einer Ausführungsform, die eine Elektrode mit einer Spitze umfasst.
2 ist ein Flussdiagramm, dass ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Zündkerze 100 zeigt.
3 ist eine schematische Darstellung eines Schweißsystems 900.
4 ist eine Reihe von Darstellungen, die zum Beschreiben des Schweißens verwendet werden.
5 ist ein Diagramm, das Änderungen der Ausgangsbedingungen eines Laserstrahls Lz zeigt.
6 ist ein Paar von Darstellungen, die zum Beschreiben einer anderen Ausführungsform einer Masseelektrode verwendet werden.

Arten zur Ausführung der Erfindung
Erste Ausführungsform:
Aufbau der Zündkerze 100:
1 ist eine Querschnittsansicht einer Zündkerze 100 einer Ausführungsform, die eine Elektrode mit einer Spitze umfasst. Diese Figur zeigt eine Mittelachse CL (die auch als „Axiallinie CL“ bezeichnet werden kann) der Zündkerze 100 und einen flachen Querschnitt der Zündkerze 100, die die Mittelachse CL enthält. Im Folgenden wird eine Richtung parallel zur Mittelachse CL als „Richtung der Axiallinie CL“ oder einfach als „Axiallinie“ oder „Vorder-Hinter-Richtung“ bezeichnet. Eine Richtung senkrecht zur Axiallinie CL wird auch als „radiale Richtung“ bezeichnet. Eine Umfangsrichtung eines Kreises, der an der Axiallinie CL zentriert ist, wird einfach als „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Eine Richtung parallel zur Mittelachse CL und zur unteren Seite in 1 wird als eine Vorwärtsendrichtung Df oder eine Vorwärtsrichtung Df bezeichnet, und eine Richtung in Richtung der Oberseite wird als eine Rückwärtsendrichtung Dfr oder eine Rückwärtsrichtung Dfr bezeichnet. Die Vorwärtsendrichtung Df ist eine Richtung von einem später beschriebenen Metallanschluss 40 zu einer später beschriebenen Mittelelektrode 20. Die Seite der Vorwärtsentrichtung Df in 1 wird als die vordere Endseite der Zündkerze 100 bezeichnet und die Seite der Rückwärtsendrichtung Dfr in 1 wird als die hintere Endseite der Zündkerze 100 bezeichnet.
Die Zündkerze 100 umfasst: einen rohrförmigen Isolator 10 mit einem Durchgangsloch 12 (auch als Axialloch 12 bezeichnet), das sich entlang der Axiallinie CL erstreckt; eine Mittelelektrode 20, die am vorderen Ende des Durchgangslochs 12 gehalten ist; einen Metallanschluss 40, der am hinteren Ende des Durchgangslochs gehalten ist; einen Widerstand 73, der zwischen der Mittelelektrode 20 unter dem Metallanschluss 40 in dem Durchgangsloch 12 angeordnet ist; ein elektrisch leitendes erstes Dichtungselement 72, der in Kontakt mit der Mittelelektrode 20 und dem Widerstand 73 ist, um die Mittelelektrode 20 und den Widerstand 73 elektrisch zu verbinden; ein elektrisch leitendes zweites Dichtungselement 74, der in Kontakt mit den Widerstand 73 und den Metallanschluss 40 ist, um den Widerstand 73 und den Metallanschluss 40 elektrisch zu verbinden; eine rohrförmige Metallhülle 50, die an der Außenumfangsseite des Isolators 10 befestigt ist; und eine Masseelektrode 30 mit einem ersten Ende, das mit einer vorderen Endfläche 55 der Metallhülle 50 verbunden ist, und einem zweiten Ende, dass so angeordnet ist, das es der Mittelelektrode 20 durch einen Spalt G zugewandt ist.
Der Isolator 10 hat einen Abschnitt 40 mit großem Durchmesser, der den größten Außendurchmesser aufweist und ungefähr in der Mitte in Bezug auf die Axialrichtung ausgebildet ist. Ein hinterer Anschlussraumabschnitt 13 ist hinter dem Abschnitt 14 mit großem Durchmesser ausgebildet. Ein vorderer Anschlussraumabschnitt 15 mit einem kleineren Außendurchmesser als der hintere Anschlussraumabschnitt 13 ist vor dem Abschnitt 14 mit großem Durchmesser ausgebildet. Ein Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 und ein Schenkelabschnitt 19 sind vor dem vorderen Anschlussraumabschnitt 15 ausgebildet und in dieser Reihenfolge zur vorderen Endseite hin angeordnet. Der Außendurchmesser des Außendurchmesser-Verringerungsabschnitts 16 nimmt in Vorwärtsrichtung Df allmählich ab. Ein Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 mit einem Innendurchmesser, der in Vorwärtsrichtung Df allmählich abnimmt, ist in der Nähe des Außendurchmesser-Verringerungsabschnitts 16 (in dem vorderen Anschlussraumabschnitt 15 in dem Beispiel in 1) ausgebildet. Es ist bevorzugt, den Isolator 10 unter Berücksichtigung der mechanischen Festigkeit, der thermischen Festigkeit und der elektrischen Festigkeit auszubilden, und der Isolator 10 wird beispielsweise durch Brennen von Aluminiumoxid hergestellt (andere Isoliermaterialien können verwendet werden).
Die Mittelelektrode 20 ist ein metallisches Element und ist in dem Durchgangsloch 12 des Isolators 10 so angeordnet, dass sie sich an einen Endabschnitt auf der Seite der Vorwärtsrichtung Df befindet. Die Mittelelektrode 20 hat einen ungefähr zylindrischen Stangenabschnitt 28 und eine erste Spitze 29, die mit dem vorderen Ende des Stangenabschnitts 28 verbunden (z. B. Lasergeschweißt) ist. Der Stangenabschnitt 28 hat einen Kopfabschnitt 24, der ein Abschnitt auf der Rückseite der Rückwärtsrichtung Dfr ist und einen Schaftabschnitt 27, der mit der Seite des Kopfabschnitts 24 in der Vorwärtsrichtung Df verbunden ist. Der Wellenabschnitt 27 erstreckt sich parallel zu der Axiallinie CL in der Vorwärtsrichtung Df. Ein Abschnitt des Kopfabschnitts 24, der sich auf der Seite der Vorwärtsrichtung Df befindet, bildet einen Flanschabschnitt 23 mit einem größeren Außendurchmesser als der Schaftabschnitt 27. Eine Oberfläche des Flanschabschnitts 23, die sich auf der Seite der Vorwärtsrichtung Df befindet, wird durch den Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 des Isolators 10 gestützt. Der Schaftabschnitt 27 ist mit der Vorwärtsrichtung Df des Flaschenabschnittes 23 verbunden. Die erste Spitze 29 ist mit dem vorderen Ende des Schaftabschnittes 27 verbunden. Die erste Spitze 29 kann weggelassen werden.
Der Stangenabschnitt 28 hat eine Außenschicht 21 und einen Kern 22, der an der Innenumfangsseite der Außenschicht 21 angeordnet ist. Die Außenschicht 21 ist aus einem Material (z.B. einer Legierung, die Nickel als Hauptkomponente entfällt) mit höherer Oxidationsbeständigkeit als der Kern 22 gebildet. Die Hauptkomponente bedeutet eine Komponente mit dem höchsten Gehalt (Gew.-%). Der Kern 22 besteht aus einem Material (wie beispielsweise reinem Kupfer oder einer Legierung, die Kupfer als Hauptbestandteil enthält) mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die Außenschicht 21. Die erste Spitze 29 ist unter Verwendung eines Materials (zum Beispiel eines Edelmetalls wie Iridium (Ir) oder Platin (Pt)) gebildet, das eine höhere Beständigkeit gegen Entladung als der Schaftabschnitt 27 aufweist. Ein vorderer Endabschnitt der Mittelelektrode 20, der die erste Spitze 29 aufweist, ragt aus dem Axialloch 12 des Isolators 10 in Richtung der Seite der Vorwärtsrichtung Df hervor. Der Kern 22 kann weggelassen werden.
Der Metallanschluss 40 ist ein stabförmiges Element, das sich parallel zur Axiallinie CL hin erstreckt. Der Metallanschluss 40 besteht aus einem elektrisch leitenden Material (z. B. ein Metall, das Eisen als Hauptkomponente enthält). Der Metallanschluss 40 hat einen Kappenbefestigungsabschnitt 49, einen Flanschabschnitt 48 und einen Wellenabschnitt 41, die in dieser Reihenfolge in der Vorwärtsrichtung Df angeordnet sind. Der Wellenabschnitt 41 ist in einen Abschnitt des Axiallochs 12 des Isolators 10 eingesetzt, der sich auf der Seite der Rückwärtsrichtung Dfr befindet. Der Kappenbefestigungsabschnitt 49 steht von dem Axialloch 12 an der hinteren Endseite des Isolators 10 nach außen vor.
Der Widerstand 73 zum Reduzieren von elektrischem Rauschen ist zwischen dem Metallanschluss 40 und der Mittelelektrode 20 in dem Axialloch 12 des Isolators 10 angeordnet. Der Widerstand 73 ist unter Verwendung eines elektrisch leitenden Materials (z. B. einer Mischung aus Glas, Kohlenstoffpartikeln und Keramikpartikel) ausgebildet. Das erste Dichtungselement 72 ist zwischen dem Widerstand 73 und der Mittelelektrode 20 angeordnet und das zweite Dichtungselement 74 ist zwischen dem Widerstand 73 und dem Metallanschluss 40 angeordnet. Die Dichtungselemente 72 und 74 sind unter Verwendung eines elektrisch leitenden Materials (z. B. eine Mischung aus Metallpartikeln und dem gleichen Glas wie das in dem Material des Widerstands 73 enthalten gebildet). Die Mittelelektrode 20 ist über das erste Dichtungselement 72, den Widerstand 73 und das zweite Dichtungselement 74 elektrisch mit dem Metallanschluss 40 verbunden.
Die Metallhülle 50 ist ein rohrförmiges Element mit einem Durchgangsloch 59, das sich entlang der Axiallinie CL erstreckt. Der Isolator 10 ist in das Durchgangsloch 59 der Metallhülle 50 eingesetzt und die Metallhülle 50 ist an der Außenumfangsfläche des Isolators 10 befestigt. Die Metallhülle 50 wird unter Verwendung eines elektrisch leitenden Materials (z. B. eines Materials wie Kohlenstoffstahl, der Eisen als Hauptkomponente enthält) gebildet. Ein Teil des Isolators 10, der sich auf der Seite der Vorwärtsrichtung Df befindet, ragt vom dem Durchgangsloch 59 nach außen. Ein Teil des Isolators 10, der sich auf der Seite der Rückwärtsrichtung Dfr befindet, ragt vom dem Durchgangsloch 59 nach außen.
Die Metallhülle 50 weist einen Werkzeugeingriffsabschnitt 51 und einen Anschlussabschnitt 52 auf. Ein Zündkerzenschlüssel (nicht gezeigt) ist an dem Werkzeugeingriffsabschnitt 51 anzubringen. Der Anschlussabschnitt 52 ist ein Abschnitt, der die vordere Endfläche 55 der Metallschale 50 umfasst. Ein Gewindeabschnitt 57, der in ein Befestigungsloch eines Verbrennungsmotors (z. B. eines Benzinmotors) eingeschraubt werden soll, ist an der Außenumfangsfläche des Anschlussabschnitts 52 ausgebildet. Der Gewindeabschnitt 57 ist ein Abschnitt, an dem ein Außengewinde, das sich in Richtung der Axiallinie CL erstreckt, ausgebildet ist und der ein Schraubengewinde (nicht gezeigt) und eine Schraubengewinde nut (nicht gezeigt) aufweist.
Ein Flanschabschnitt 54 mit einer radialen nach außen vorstehenden Flanschform ist an der Außenumfangsfläche der Metallstühle 50 an einer Position zwischen dem Werkzeugeingriffsabschnitt 51 und dem Anschlussabschnitt 52 ausgebildet. Eine ringförmige Dichtung 90 ist zwischen dem Gewindeabschnitt 57 der Anschlussabschnitt 52 und dem Flanschabschnitt 54 angeordnet. Die Dichtung 90 wird z. B. durch Biegen eines metallischen plattenförmigen Elements gebildet und soll zusammengedrückt und verformt werden, wenn die Zündkerze 100 an dem Motor angebracht wird. Die deformierte Dichtung 90 dichtet den Spalt zwischen der Zündkerze 100 (insbesondere einer Oberfläche des Flanschabschnittes 54 auf der Seite der Vorwärtsrichtung Df) und dem Motor ab, wobei ein Austreten von Verbrennungsgas dadurch verhindert wird. Die Dichtung 90 kann weggelassen werden. In diesem Fall kann der Flanschabschnitt 54 in direktem Kontakt mit einem Abschnitt (zum Beispiel einem Motorkopf) des Motors kommen, in dem das Befestigungsloch für die Zündkerze 100 ausgebildet ist.
Ein Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 56, dessen Innendurchmesser zur vorderen Endseite hin allmählich abnimmt, ist im Anschlussabschnitt 52 der Metallhülle 50 ausgebildet. Eine vordere endseitige Packung 8 ist zwischen dem Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 56 der Metallhülle 50 und dem Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 des Isolators 10 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die vordere endseitige Packung 8 beispielsweise ein plattenförmiger Ring aus Eisen (ein anders Material (zum Beispiel ein Metallmaterial wie Kupfer) kann ebenfalls verwendet werden).
Ein dünnwandiger Crimpabschnitt 53 ist hinter dem Werkzeugeingriffsabschnitt 51 der Metallhülle 50 ausgebildet. Ein dünnwandiger Wölbungsabschnitt 58 ist zwischen dem Flanschabschnitt 54 und dem Werkzeugeingriffsabschnitt 51 ausgebildet. Ringelemente 61 und 62 sind zwischen der Außenumfangsfläche des hinteren Anschlussabschnitts 13 des Isolators 10 und den Innenumfangsflächen des Werkzeugeingriffsabschnitts 51 und des Crimpabschnitts 3 der Metallhülle 50 eingefügt. Der Raum zwischen den Ringelementen 61 und 62 ist mit Kalkpulver 70 gefüllt. Bei einem Herstellungsprozess der Zündkerze 100 wird, wenn der Crimpabschnitt 53 nach innen gebogen und gecrimpt wird, eine Druckkraft auf den Wölbungsabschnitt 58 ausgeübt und der Wölbungsabschnitt 58 wird nach außen verformt (gewölbt), wodurch die Metallhülle 50 am Isolator 10 befestigt wird. Der Talk 70 wird in dem Crimpabschnitt zusammengedrückt und die Luftdichtheit zwischen der Metallhülle 50 und dem Isolator 10 wird dadurch verbessert. Die Packung 8 wird zwischen dem Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt 16 des Isolators 10 und dem Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 56 der Metallhülle 50 gedrückt, und der Spalt zwischen der Metallhülle 50 und dem Isolator 10 wird dadurch abgedichtet.
Die Masseelektrode 30 ist ein metallisches Element und hat einen stabförmigen Hauptkörper 37 und einen Spitzenabschnitt 300, der an einen distalen Endabschnitt 34 des Hauptkörpers 37 angebracht ist. Ein anderer Endabschnitt 33 des Hauptkörpers 37 (als proximaler Endabschnitt 33 bezeichnet) ist mit der vorderen Endfläche 55 der Metallhülle 50 verbunden (z. B. widerstandsverschweißt). Der Hauptkörper 37 erstreckt sich von dem proximalen Endabschnitt 33, der mit der Metallhülle 50 in der Vorwärtsendrichtung Df verbunden ist, und in Richtung der Mittelachse CL gebogen ist und erreicht den distalen Endabschnitt 34. Der Spitzenabschnitt 300 ist an der Seite des distalen Endabschnitts 34 I in der Rückwärtsrichtung Dfr befestigt. Der Spalt g ist zwischen dem Spitzenabschnitt 300 der Masseelektrode 30 und der ersten Spitze 29 der Elektrode 20 ausgebildet. Insbesondere ist der Spitzenabschnitt 300 der Masseelektrode 30 auf der Seite der ersten Spitze 29 der Mittelelektrode 20 in der Vorwärtsrichtung Df angeordnet und liegt der ersten Spitze 29 durch den Spalt g gegenüber.
Der rechte Einschub von 1 ist eine vergrößerte Ansicht des Spitzenabschnitts 300. Die vergrößerte Ansicht ist eine Seitenansicht, wenn der Spitzenabschnitt 300 in einer Richtung senkrecht zu der Axiallinie CL betrachtet wird. Der Spitzenabschnitt 300 hat einen Basisabschnitt 320 und eine Spitze 310, die mit dem Basisabschnitt 320 verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Spitze 300 eine annähernd zylindrische Form und deren Mitte fällt mir der Axiallinie CL zusammen. Der Basisabschnitt 320 weist einen Abschnitt 321 mit großem Durchmesser und einen Abschnitt 323 mit kleinem Durchmesser auf, die in der Rückwärtsrichtung Dfr des Abschnitts 321 mit großem Durchmesser angeordnet sind. Jeder dieser Abschnitte 321 und 322 weist eine annähernd zylindrische Form auf und seine Mitte fällt mit dieser der Axiallinie CL zusammen. Der Basisabschnitt 320 weist einen Abschnitt 321 mit großem Durchmesser und einen Abschnitt 322 mit kleinem Durchmesser auf, die in der Rückwärtsrichtung Dfr des Abschnitts 321 mit großem Durchmesser angeordnet sind. Jeder dieser Abschnitte 321 und 322 weist eine annähernd zylindrische Form auf und ihre Mitte fällt mit der Axiallinie CL zusammen. Der Außendurchmesser des Abschnitts 321 mit großem Durchmesser ist größer als der Außendurchmesser des Abschnitts 322 mit kleinem Durchmesser. Der Außendurchmesser des Abschnitts 322 mit kleinem Durchmesser ist ungefähr der gleiche wie der Außendurchmesser der Spitze 310. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Spitze 310 mit einer Oberfläche des Basisabschnitts 320 auf der Seite der Rückwärtsrichtung Dfr (insbesondere eine Oberfläche des Abschnitts 322 mit kleinem Durchmesser in der Rückwärtsrichtung Dfr) laserverschweißt. Ein Verbindungsabschnitt 330 in der Figur ist ein Abschnitt, der die Spitze 310 und den Basisabschnitt 320 miteinander verbindet. Während des Schweißens werden ein Teil der Spitze 310 und ein Teil des Basisabschnitts 320 geschmolzen und dann abgekühlt und verfestigt, um den Verbindungsabschnitt 330 (der auch als geschmolzener Abschnitt 330 bezeichnet wird) zu bilden. Eine Oberfläche der Spitze 310 auf der Seite der Rückwärtsrichtung Dfr bildet den Spalt g. Eine Oberfläche des Basisabschnitts 320 auf der Seite der Vorwärtsrichtung Df ist mit dem Hauptkörper 37 verbunden (zum Beispiel widerstandsgeschweißt).
Der Hauptkörper 37 hat eine Außenschicht 31 und eine Innenschicht 32, die an der Innenumfangseite der Außenschicht 31 angeordnet sind. Die Außenschicht 31 ist aus einem Material (wie einer Legierung, die Nickel als Hauptkomponente enthält) mit einer höheren Oxidationsbeständigkeit als die Innenschicht 32 gebildet. Die Innenschicht 32 ist aus seinem Material (wie beispielsweise reinem Kupfer oder einer Legierung, die Kupfer als Hauptbestandteil enthält) mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die Außenschicht 31 gebildet. Die Innenschicht 32 kann weggelassen werden.
Die Spitze 310 des Spitzenabschnitts 300 ist unter Verwendung eines Materials (zum Beispiel eines Edelmetalls wie Iridium (Ir) oder Platin (Pt)) gebildet, das eine höhere Beständigkeit gegen Entladung als der Hauptkörper 37 aufweist. Der Basisabschnitt 320 des Spitzenabschnitts 300 ist aus einem Material (wie einer Legierung, die Nickel als Hauptkomponente enthält) mit höherer Oxidationsbeständigkeit gebildet, ebenso wie der Hauptkörper 37 (insbesondere die Außenschicht 31).
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze:
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Zündkerze 100 zeigt. In S100 werden Komponenten der Zündkerze 100 vorbereitet. Zum Beispiel werden die Metallhülle 50, der Isolator 10, die Mittelelektrode 20, die Pulvermaterialien für die Dichtungselemente 72 und 74 und den Widerstand 73, den Metallanschluss 40, den stabförmigen Hauptkörper 37 der Masseelektrode 30 und die Spitze 310 und der Basisabschnitt 320 des Spitzenabschnitts 300 vorbereitet. Zur Herstellung dieser Elemente können verschiedene bekannte Verfahren verwendet werden (auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet wird). Beispielsweise können die nicht verbundene Spitze 310 und der nicht verbundene Basisabschnitt 320 durch verschiedene Verfahren wie Schmieden und Schneiden hergestellt werden.
In S100 wird die Spitze 310 an den Basisabschnitt 320 geschweißt. 3 ist eine schematische Darstellung eines Schweißsystems 900, das zum Anschweißen der Spitze 310 an den Basisabschnitt 320 verwendet wird. Das Schweißsystem 900 umfasst einen Laser 920, der einen Laserstrahl Lz zum Schweißen erzeugt und eine Steuerung 910, die den Laser 920 steuert. Die Steuerung 910 ist beispielsweise ein Computer mit einem Prozessor (zum Beispiel einer CPU), einem flüchtigen Speicher (zum Beispiel einem RAM) und einem nicht-flüchtigen Speicher (zum Beispiel einem Flash-Speicher). Programme sind im nicht-flüchtigen Speicher vorgespeichert. Der Prozessor arbeitet gemäß den Programmen zur Steuerung des Lasers 920. Die Ausführung der Verarbeitung durch den Prozessor der Steuerung 910 wird auch als Ausführung der Verarbeitung durch die Steuerung 910 bezeichnet.
S110 in 2 enthält S112 und S114. In S112 werden die Spitze 310 (1) und der Basisabschnitt 320 von einer nicht dargestellten Haltevorrichtung gehalten. 4 ist eine Reihe von Darstellungen, die zum Beschreiben des Schweißens verwendet werden. Die 4(A) und 4(B) zeigen die Anordnung der Spitze 310 und des Basisabschnitts 320 während des Schweißens. Die Mittelachse CL und die Richtungen Df und Dfr in den Figuren repräsentieren die Mittelachse CL und die Richtungen Df bzw. Dfr, gesehen von den Elementen 310 und 320 in der fertigen Zündkerze 100 (1). Ihre Positionsbeziehung wird unter Verwendung der Mittelachse CL und den Richtungen Df und Dfr beschrieben. 4(A) zeigt ihr Aussehen, wenn sie in einer Richtung parallel zur Mittelachse CL (insbesondere in der Vorwärtsrichtung Df) betrachtet werden. 4(B) zeigt ihr Aussehen, wenn sie in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse CL betrachtet werden. In 4(A) ist die Darstellung des Abschnitts 321 mit großem Durchmesser des Basisabschnitts 320 weggelassen. Wie in 4(B) gezeigt, ist ein Vorsprung 321p, der in der Vorwärtsrichtung Df vorsteht, in einem zentralen Abschnitt auf der Seite der Vorwärtsrichtung Df des Abschnitts 321 mit großem Durchmesser angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform fallen die Mittelachsen der Spitze 310 und des Basisabschnitt 320 mit der in den 4(A) und 4(B) gezeigten Mittelachse CL zusammen.
Wie dargestellt, ist die Spitze 310 auf einer Oberfläche des Basisabschnitts 320 in der Rückwärtsrichtung Dfr angeordnet. In S112 in 2 werden die Spitze 310 und der Basisabschnitt 320 in dem obigen Zustand von der nicht dargestellten Stützvorrichtung gestützt.
In S114 in 2 wird die Grenzfläche 312 zwischen der Spitze 310 (4(A) und 4(B)) und dem Basisabschnitt 320 mit dem Laserstrahl Lz bestrahlt. Die Grenzfläche 312 ist ein ebener Bereich, in dem die Spitze 310 und der Basisabschnitt 320 miteinander in Kontakt stehen. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Grenzfläche 312 an der Außenumfangsfläche der Spitze 310 und des Basisabschnitts 320 (in diesem Fall die Kante der Grenzfläche 312) mit dem Laserstrahl Lz bestrahlt. Abschnitte der Spitze 310 und des Basisabschnitts 320, die sich in der Nähe der Bestrahlungsposition Lp des Laserstrahls Lz befinden (insbesondere Abschnitte, die sich von der Bestrahlungsposition Lp in der Bewegungsrichtung des Laserstrahls Lz erstrecken), werden durch die empfangene Wärme von dem Laserstrahl Lz geschmolzen. Ein Prozess zum Bestrahlen der Grenzfläche 312 mit dem Laserstrahl Lz, während die Bestrahlungsposition Lp des Laserstrahls Lz bewegt wird, wird durchgeführt (die Einzelheiten dieses Prozesses werden später beschrieben). In der vorliegenden Ausführungsform werden die Spitze 310 und der Basisabschnitt 320 um die Mittelachse CL gedreht, während der Laserstrahl Lz angelegt wird. Die Bestrahlungsposition Lp des Laserstrahls Lz bewegt sich dabei auf der Außenumfangsfläche der Elemente 310 und 320 in Umfangsrichtung entlang der Grenzfläche 312. Abschnitte der Spitze 310 und des Basisabschnitts 320, die sich in der Nähe der Grenzfläche 312 befinden, werden dabei aufgeschmolzen und dann abgekühlt und verfestigt. Somit wird ein Schweißen über die gesamte Grenzfläche 312 durchgeführt, wodurch die Spitze 310 mit dem Basisabschnitt 320 verbunden wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Laserstrahl Lz in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse CL angewendet. Der Laserstrahl Lz kann jedoch in Bezug auf die Mittelachse CL geneigt sein. Anstatt die Elemente 310 und 320 zu drehen, kann der Laser 920 (3) um die Elemente 310 und 320 bewegt werden, um die Bestrahlungsposition Lp zu bewegen.
4(C) ist eine schematische Darstellung der Spitze 310 und des Basisabschnitts 320, die miteinander verschweißt sind (das heißt des Spitzenabschnitts 300). 4(C) zeigt ihr Aussehen, wenn sie in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse CL betrachtet werden, wie dies in der 4(B) gezeigt ist. Wie dargestellt, ist der Verbindungsabschnitt 330 zwischen der Spitze 310 und dem Basisabschnitt 320 ausgebildet. Markierungen 332, 334a, 334b und 334c, die mit dem Laserstrahl Lz bestrahlte Abschnitte zeigen, sind so auf der Oberfläche des Verbindungsabschnitts 330 ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Markierung 332 ist eine kontinuierliche Markierung, die sich in Umfangsrichtung erstreckt (als kontinuierliche Markierung 332 bezeichnet). Drei Arten von Markierungen 334a, 334b, 334c sind punktförmige Markierungen (auch als Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c bezeichnet). Wie später beschrieben, unterscheiden sich diese Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c in der Größe (zum Beispiel maximaler Außendurchmesser). Die Größe nimmt in der Reihenfolge der Markierung 334a, 334b und 334c ab.
In dem in 4(C) dargestellten Beispiel sind mehrere Punktmarkierungen 334a, mehrere Punktmarkierungen 334b und mehrere Punktmarkierungen 334c ausgebildet. Die drei Arten von Punktmarkierung 334a, 334b und 334c sind so ausgebildet, dass sie von einer Grenze 322e zwischen der durchgehenden Markierung 332 und einer benachbarten Punktmarkierung in Umfangsrichtung in der Reihenfolge der Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c angeordnet sind. Der Grund, warum die durchgehende Markierung 332 und die Vielzahl von Punktmarkierungen 334a, 334b unter 334c gebildet werden, besteht darin, dass während des Schweißens die Ausgangsbedingungen des Laserstrahls Lz geändert werden, während die Bestrahlungsposition des Laserstrahls Lz bewegt wird.
5 ist ein Diagramm, das Änderungen der Ausgangsbedingungen des Laserstrahls Lz des Schweißens zeigt. Die horizontale Achse präsentiert die Zeit T und die vertikale Achse repräsentiert die Ausgangsenergie P pro Zeiteinheit des Laserstrahls Lz (der einfach als Leistung P bezeichnet werden kann). Die Leistung P wird durch die Ausgangsleistung (ihre Einheit ist beispielsweise W) des Lasers 320 dargestellt (zum Beispiel die Ausgangsleistung eines nicht dargestellten Lasersenders, der in dem Laser 920 enthalten ist). In dem Beispiel in 5 wird die Bestrahlung mit dem Laserstrahl Lz zum ersten Zeitpunkt Ta gestartet und zum dritten Zeitpunkt Tc beendet. Während des Zeitraums von dem ersten Zeitpunkt Ta bis zum dritten Zeitpunkt Tc dreht die nicht dargestellte Stützverrichtung die Spitze 310 (4(A) und 4(B)) und den Basisabschnitt 320 um mindestens eine Umdrehung bei einer konstanten Winkelgeschwindigkeit. Die Grenzfläche 312 zwischen der Spitze 310 und dem Basisabschnitt 320 ist dabei über ihren gesamten Umfang verschweißt.
Der Zeitraum vom ersten Zeitpunkt Ta bis zum dritten Zeitpunkt Tc ist in einem ersten Zeitraum T1 vom ersten Zeitpunkt Ta bis zum zweiten Zeitpunkt Tb und einem zweiten Zeitraum T2 vom zweiten Zeitpunkt Tb bis zum dritten Zeitpunkt Tc unterteilt. In dem ersten Zeitraum T1 nimmt die Leistung allmählich von einer ersten Leistung P1 zu einer zweiten Leistung P2 ab. Hier ist P1 > P2 >0. Die erste Leistung P1 und die zweite Leistung P2 sind so eingestellt, dass sie innerhalb des Leistungsbereichs P liegen, indem der Laser 920 den Laserstrahl Lz stabil ausgeben kann. Beispielsweise ist die erste Leistung P1 die maximale Leistung P, die ausgegeben werden kann, und die zweite Leistung P2 ist eine Leistung P, die ungefähr 10 % der ersten Leistung P1 beträgt. In dem ersten Zeitraum T1 wird die Grenzfläche 312 ( 4(B)) kontinuierlich mit dem Laserstrahl Lz bestrahlt und die Leistung wird allmählich verringert.
Der Grund, warum die Leistung P allmählich verringert wird, ist der folgende. Um die Spitze 310 unter Verwendung des Laserstrahls Lz (4(A) und 4(B)) mit dem Basisabschnitt 320 zu verbinden, wird die Leistung des Laserstrahls Lz so eingestellt, dass sie groß genug ist, um die Elemente 310 und 320 zu schmelzen. Wenn dieser Laserstrahl Lz auf die Elemente 310 und 320 angewendet wird, steigt nicht nur die Temperatur des Abschnitts, der mit dem Laserstrahl Lz bestrahlt wird, sondern auch die Temperatur eines Abschnitts, der nicht mit dem Laserstrahl Lz bestrahlt wird. In diesem Zustand wird die Bestrahlungsposition Lp bewegt und eine andere Bestrahlungsposition Lp wird mit dem Laserstrahls Lz bestrahlt. Wenn die Leistung P konstant ist, können die Elemente 310 und 320 übermäßig schmelzen. Wenn die Elemente 310 und 320 übermäßig schmelzen, können die geschmolzenen Elemente spritzen. Wie in der grafischen Darstellung für den ersten Zeitraum T1 in 5 gezeigt, können die Elemente 310 und 320 unabhängig von der Bestrahlungsposition Lp geeignet geschmolzen werden, indem die Leistung mit der Zeit T allmählich verringert wird (das heißt während die Bestrahlungsposition Lp bewegt wird). Die durchgehende Markierung 332 in 4(C) ist eine Markierung, die durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl Lz in dem ersten Zeitraum T1 gebildet wurde.
Der untere Teil von 5 zeigt ein vergrößertes Diagramm in dem zweiten Zeitraum T2. In dem zweiten Zeitraum T2 wird die Leistung P gemäß einem Muster geändert, das mehrere wiederholte Pulse PLa, mehrere wiederholte Pulse PLb und mehrere wiederholte Pulse PLc enthält. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Pulse PLa, PLb und PLc ungefähr Rechteckpulse. Wie oben beschrieben, wird in dem zweiten Zeitraum T2 der Laserstrahl Lz entsprechend dem gepulsten Ausgangsmuster mehrere Male an die Grenzfläche 312 (4(B)) angewendet.
In der vorliegenden Erfindung ist der zweite Zeitraum T2 von dem zweiten Zeitraum Tb in einen Teilzeitraum T2a bis zu einem ersten zwischen Zeitraum Tb unterteilt. Ein Teilzeitraum T2b ist von dem ersten Zwischenzeitraum Tb1 bis zu dem zweiten Zwischenzeitraum Tb2 unterteilt und ein Teilzeitraum T2c ist von dem zweitem Zwischenzeitraum Tb2 bis zu dem dritten Zeitraum Tc unterteilt. In dem ersten Teilzeitraum T2a wird der Puls PLa mehrere Male mit einer konstanten Wiederholungsperiode wiederholt. In dem mittleren Teilzeitraum T2b wird der Puls PLb mehrere Male mit einer konstanten Wiederholungsperiode wiederholt. In dem letzten Teilzeitraum T2c wird der Puls PLc mehrere Male mit einer konstanten Wiederholungsperiode wiederholt. Die Zeitbreiten PWa, PWb und PWc im Diagramm sind die Zeitbreiten der einzelnen Pulse PLa, PLb bzw. PLc (die auch als Pulsbreiten PWa, PWb und PWc bezeichnet werden). Die Zeitbreiten POa, POb und POc in dem Diagramm sind Zeitbreiten zwischen benachbarten Pulsen PLa, PLb und PLc in den Teilzeiträumen T2a, T2b bzw. T2c (die auch als Ausschaltzeiträume POa, POb und POc bezeichnet werden). In den Ausschaltzeiträumen POa, POb und POc zwischen benachbarten Pulsen PLa, PLb und PLc ist die Leistung P Null.
Die Pulse PLa, PLb und PLc haben die gleiche Leistung P. In der vorliegenden Ausführungsleistung ist die Leistung P jedes der Pulse PLa, PLb und PLc die zweite Leistung P2, die die Leistung P am Ende des ersten Zeitraums T1 ist.
In der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich die Pulsbreiten PWa, PWb und PWc der Pulse PLa, PLb und PLc voneinander. Insbesondere ist PWa > Pwb > Pwc > Null. Wie oben beschrieben, ist die Pulsbreite in einem relativ späten Teilzeitraum schmaler als die Pulsbreite in einem relativ frühen Teilzeitraum.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Tastverhältnis in einem relativ späten Teilzeitraum kleiner als das Tastverhältnis in einem relativ frühen Teilzeitraum. Das Tastverhältnis ist das Verhältnis der Zeitdauer, während der der Laserstrahl Lz eingeschaltet ist (das heißt die Pulsbreite), zu der Zeitdauer eines Zyklus, während dem der Laserstrahl Lz1 ein- und ausgeschaltet ist (das heißt die Pulsbreite plus dem Ausschaltzeitraum). Das Tastverhältnis (PWb / (PWb + POb)) in dem mittleren Teilzeitraum T2b ist kleiner als das Tastverhältnis (PWa / (PWa + POa) in dem Teilzeitraum T2a vor dem mittleren Teilzeitraum T2b, und das Tastverhältnis (PWc / (PWc + POc)) in dem letzten Teilzeitraum T2c ist kleiner als das Tastverhältnis (PWb / (PWb + POb)) in dem Teilzeitraum T2b vor dem letzten Teilzeitraum T2c.
Die Durchschnittsleistungen Pa, Pb und Pc in dem Diagramm stellen die Zeitmittelwerte der Leistungen P in den Teilzeitdauern T2a, T2b bzw. T2c dar. Wie oben beschrieben, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Zeitbreite von Pulsen in einem relativ späten Teilzeitraum kleiner als die Zeitbreite von Pulsen in einem relativ frühen Teilzeitraum. Das Tastverhältnis in einem relativ späten Teilzeitraum ist kleiner als das Tastverhältnis in einem relativ frühen Teilzeitraum. Der Durchschnitt der Leistung P in einem relativ späten Teilzeitraum ist kleiner als der Durchschnitt der Leistung P in einem relativ frühen Teilzeitraum. Insbesondere ist P2 > Pa > Pb > Pc > Null. In dem zweiten Zeitraum T2 nimmt der Durchschnitt der Leistung P mit Ablauf der Zeit ab. Wie oben beschrieben, wird in dem zweiten Zeitraum T2 die Bestrahlungsposition Lp bewegt und der Durchschnitt der Leistung P nimmt mit Ablauf der Zeit T ab. Daher kann auch in dem zweiten Zeitraum T2 ein übermäßiges Schmelzen der Elemente 310 und 320 unabhängig von der Bestrahlungsposition Lp verhindert werden. Die mittleren Leistungen Pa, Pb, Pc in dem zweiten Zeitraum T2 sind kleiner als die zweite Leistung P2 am Ende des ersten Zeitraums T1. Daher kann ein übermäßiges Schmelzen der Elemente 310 und 320 über den gesamten ersten und zweiten Zeitraum T1 und T2 verhindert werden. Die Mehrzahl der Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c in 4(C) sind Markierungen, die durch den gepulsten Laserstrahl Lz in den Teilzeiträumen T2a, T2b bzw. T2c gebildet werden.
Ein Programm für die Steuerung 910 (3) ist vorkonfiguriert, um die Leistung P zu steuern, wie in dem Diagramm in 5 gezeigt ist. Die Steuerung 910 steuert die Leistung P des Laserstrahls Lz, der von dem Laser 920 ausgegeben wird, gemäß diesem Programm in der in dem Diagramm in 5 gezeigten Weise. Daher kann das Schweißsystem 900 die Spitze 310 in geeigneter Weise an den Basisabschnitt 320 schweißen. Das heißt, S110 ist damit abgeschlossen.
In S120 in 2 werden die vorbereiteten Komponenten verwendet, um die Zündkerze 100 zusammenzubauen. Beispielsweise wird zuerst eine Baugrube hergestellt, die aus dem Isolator 10, der Mittelelektrode 20 und dem Metallanschluss 40 besteht. Zum Beispiel wird die Mittelelektrode 20 von einer Öffnung des Isolators 10 auf der Seite der Rückwärtsrichtung Dfr eingeführt. Die Mittelelektroden 20 wird von dem Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt 11 des Isolators 10 getragen und ist dadurch in einer vorgeschriebenen Position in dem Durchgangsloch 12 angeordnet. Als nächstes werden die Pulver der Materialien des ersten Dichtungselements 72, des Widerstands 73 und des zweitem Dichtungselements 74 in der Reihenfolge der Elemente 72, 73 und 74 geladen und verdichtet. Die Pulver der Materialien werden von der Öffnung des Isolators 10 auf der Seite der Rückwärtsrichtung Dfr in das Durchgangsloch 12 geladen. Als nächstes wird der Isolator 10 auf eine vorgeschriebene Temperatur erhitzt, die höher als der Erweichungspunkt der in den Pulvern der Materialien der Elemente 72, 73 und 74 enthaltenen Gaskomponente ist. Wenn der Isolator 10 auf die vorgeschriebene Temperatur erwärmt wird, wird der Wellenabschnitt 41 des Metallanschlusses 40 von der Öffnung des Isolators 10 in der Rückwärtsrichtung Dfr in das Durchgangsloch 12 eingeführt. Die Pulver der Materialien der Elemente 72, 73 und 74 werden dadurch komprimiert und gesintert und die Elemente 72, 73 und 74 werden gebildet. Der Metallanschluss 40 ist dadurch am Isolator 10 befestigt.
Der Spitzenabschnitt 300 ist mit dem stabförmigen Hauptkörper 37 der Masseelektrode 30 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Abschnitt des Spitzenabschnitts 300 auf der Seite der Vorwärtsrichtung Df (insbesondere eine Oberfläche des Basisabschnitts 320 (4(B)) auf der Seite der Vorwärtsrichtung Df) mit dem Hauptkörper 37 widerstandsverschweißt. Wie anhand von 4(B) gezeigt, ist der Vorsprung 321 in der Mitte der Oberfläche des Spitzenabschnitts 300 an der Seite der Vorwärtsrichtung Df angeordnet. Während des Schweißens schreitet das Schweißen von dem Kontaktabschnitt zwischen dem Vorsprung 321b des Spitzenabschnitts 300 und dem Hauptkörper 37 fort (das heißt den Mittelabschnitt der Oberfläche des Spitzenabschnitts 300 an der Seite der Vorwärtsrichtung Df). Dies kann verhindern, dass ein nicht geschweißter Abschnitt zwischen dem Spitzenabschnitt 300 und dem Hauptkörper 37 verbleibt. Der proximale Endabschnitt 33 des Hauptkörpers 37 ist mit der Metallhülle 50 verbunden (beispielweise durch Widerstandsschweißen).
Als nächstes wird die Baugrube mit dem Isolator 10 an der Metallhülle 50 befestigt. Insbesondere werden die vordere endseitige Packung 8, die Baugrube, das Ringelement 26, der Talk 70 und das Ringelement 61 in dem Durchgangsloch 59 der Metallhülle 50 angeordnet. Dann wird der Crimpabschnitt 53 der Metallhülle 50 gecrimpt, um nach innen gebogen zu werden, und der Isolator 10 wird dadurch an der Metallhülle 50 befestigt. Dann wird die stabförmige Masseelektrode 30 gebogen, um die Länge des Spalts g einzustellen. Die Zündkerze 100 ist damit fertig.
Wie oben unter Verwendung der 2, 4 und 5 beschrieben, umfasst in der vorliegenden Ausführungsform das Verschweißen der Spitze 310 mit dem Basisabschnitt 320 (2: S110) eine kontinuierliche Bestrahlung mit dem Laserstrahl Lz in dem ersten Zeitraum T1 (5), während die Bestrahlungsposition Lp des Laserstrahls Lz bewegt wird. In diesem Fall ist die Änderung der Leistung P in dem ersten Zeitraum T1 nicht steiler als die, wenn die Grenzfläche 312 (5(B)) mehrmals mit einem gepulsten Laserstrahl Lz bestrahlt wird. Somit kann eine steile Änderung bei den Temperaturen der Teile 310 und 320 in dem ersten Zeitraum T1 verhindert werden. Daher kann das Auftreten eines Problems (wie etwa eines Bruchs) in dem Verbindungsabschnitt 330 zwischen der Spitze 310 und dem Basisabschnitt 320 verhindert werden.
In dem zweiten Zeitraum T2, der auf den ersten Zeitraum T1 folgt, wird der Laserstrahl Lz entsprechend dem gepulsten Ausgangsmuster mehrmals angewendet, während die Bestrahlungsposition Lp des Laserstrahls Lz bewegt wird. Daher kann die durchschnittliche Ausgangsenergie pro Zeiteinheit reduziert werden, ohne die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des gepulsten Laserstrahls Lz übermäßig zu reduzieren. Dies kann ein übermäßiges Schmelzen der Elemente 310 und 320 verhindern. In dem zweiten Zeitraum T2 ist es möglich zu verhindern, dass der Laserstrahl Lz instabil wird, da es nicht notwendig ist, die Ausgangsenergie P pro Zeiteinheit des gepulsten Laserstrahls Lz übermäßig zu verringern. Daher kann die Spitze unter Verwendung des Laserstrahls Lz in geeigneter Weise an den Basisabschnitt geschweißt werden.
Wenn das Schweißen in dem zweiten Zeitraum T2 weggelassen wird, kann die Leistung P des Laserstrahls Lz von der zweiten Leistung P2 steil auf Null abnehmen. Wenn die Leistung P, wie oben beschrieben, stark abnimmt, nehmen die Temperaturen der geschmolzenen Bereiche der Elemente 310 und 320 stark ab, so dass ein Riss in dem Verbindungsbereich 330 gebildet werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Laserstrahl Lz in dem zweiten Zeitraum T2 derart angewendet, dass die mittlere Ausgangsenergie pro Zeiteinheit kleiner als die zweite Leistung P2 wird, so dass eine schnelle Absenkung der Temperatur der Elemente 310 und 320 reduziert werden kann. Daher kann die Bildung eines Risses in dem Verbindungsabschnitt 330 verhindert werden.
Das Anschweißen der Spitze 310 an den Basisabschnitt 320 (2: S110) umfasst das Ändern der Ausgangsbedingungen des Laserstrahls Lz, während die Bestrahlungsposition Lp des Laserstrahls Lz in dem ersten Zeitraum T1 (5) bewegt wird. Insbesondere wird in dem ersten Zeitraum T1, während der Laserstrahl Lz kontinuierlich angelegt wird, die Leistung P des Laserstrahls Lz allmählich verringert. Dies kann ein übermäßiges Schmelzen der Elemente 310 und 320 ver hindern.
Der erste Zeitraum T1 enthält einen Zeitraum, in dem die Leistung P des Laserstrahls Lz allmählich verringert wird, und dieser Zeitraum grenzt (der gesamte erste Zeitraum T1 in der Ausführungsform in 5) an dem zweiten Zeitraum T2. Wie oben beschrieben, nimmt die Leistung P in mindestens einem relativ späten Teil des ersten Zeitraums T1 (ein Teilzeitraum, der an den zweiten Zeitraum T2 angrenzt) allmählich ab. Obwohl den Elementen 310 und 320 weiterhin Energie in einem Zustand zugeführt wird, in denen das Schmelzen der Elemente 310 und 320 als Ergebnis der Bestrahlung mit dem Laserstrahl Lz in einem relativ frühen Teil des ersten Zeitraums T1 fortgeschritten ist, wird verhindert, dass die den Elementen 310 und 320 weiter zugeführte Energiemenge übermäßig groß wird. Dies kann ein übermäßiges Schmelzen der Elemente 310 und 320 verhindern.
Der zweite Zeitraum T2 ist in den Teilzeiträumen T2a, Tsb und T2c unterteilt. Der Durchschnitt der Leistung P des Laserstrahls Lz in einem relativ späten Teilzeitraum ist kleiner als der Durchschnitt der Leistung P des Laserstrahls Lz in einem relativ frühen Teilzeitraum (insbesondere ist Pa > Pb > Pc). Da der Durchschnitt der Leistung P mit Ablauf der Zeit T, wie oben beschrieben, abnimmt, kann ein übermäßiges Schmelzen der Elemente 310 und 320 verhindert werden.
Die Leistung P des Laserstrahls Lz in dem zweiten Zeitraum T2 ist gleich der Leistung P am Ende des ersten Zeitraums T1 (insbesondere der zweiten Leistung P2). Wenn die Leistung P des gepulsten Laserstrahls Lz in dem zweiten Zeitraum T2 größer ist als die Leistung P2 am Ende des ersten Zeitraums T1, kann die Bestrahlung mit dem gepulsten Laserstrahl Lz mit einer großen Leistung P dazu führen, dass geschmolzene Teile der Elemente 310 und 320 spritzen. In der vorliegenden Ausführungsform kann dieses Problem jedoch verhindert werden. Wenn die Leistung des gepulsten Laserstrahls Lz in dem zweiten Zeitraum T2 kleiner ist als die Leistung P2 am Ende des ersten Zeitraums T1, kann der Laserstrahl Lz instabil werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann dieses Problem jedoch verhindert werden.
Der zweite Zeitraum T2 ist in den Teilzeiträumen T2a, T2b und T2c unterteilt. Die Pulsbreite des Laserstrahls Lz in einem relativ späten Teilzeitraum ist schmaler als die Pulsbreite des Laserstrahls Lz in einem relativ frühen Teilzeitraum. Daher kann der Durchschnitt der Leistung in dem relativ späten Teilzeitraum leicht verhindert werden, um kleiner als der Durchschnitt der Leistung in dem relativ frühen Teilzeitraum zu sein.
In der schematischen Darstellung in 4(C) sind die Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c Markierungen, die in den Teilzeiträumen T2a, T2b bzw. T2c gebildet werden. Je größer die Pulsbreite ist, desto größer ist die Größe (zum Beispiel der maximale Außendurchmesser) der Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c. In der vorliegenden Ausführungsform nimmt die Größe in der Reihenfolge der Markierungen 334a, 334b und 334c ab. Die Grenze 322e zwischen der kontinuierlichen Markierung 332 und einer benachbarten Punktmarkierung 334a zeigt den Übergang von dem ersten Zeitraum T1 zu dem zweiten Zeitraum T2 an.
Die Breite der durchgehenden Markierung 332 (die Breite in einer Richtung parallel zur Axiallinie CL) nimmt zu den Punktmarkierung 334a hin allmählich ab. Dies liegt daran, dass in dem ersten Zeitraum T1 die Leistung P allmählich abnimmt, wenn die Zeit T abläuft. Die Breite der durchgehenden Markierung 332 an der Grenze 322e zwischen der durchgehenden Markierung 332 und einer Punktmarkierung 334a ist ungefähr gleich dem maximalen Außendurchmesser der Punktmarkierung 334a. Dies liegt daran, dass die Leistung P am Ende des ersten Zeitraums T1 gleich der Leistung P des gepulsten Laserstrahls Lz in dem Teilzeitraum T2a nach dem ersten Zeitraum T1 ist.
Die tatsächliche Gesamtanzahl von Punktmarkierung 334a, 334b und 334c ist dieselbe wie die Gesamtanzahl von Pulsen in den Teilzeiträumen T2a, T2b bzw. T2c. In 4(C) ist die Darstellung der Mehrzahl von Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c vereinfacht und die Anzahl von Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c ist kleiner als die Anzahl in dem in 5 gezeigten Muster. In dem Beispiel in 4(C) überlappen die Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c ihre benachbarten Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c. Wenn die Wiederholungsperiode der Pulse lang ist, werden Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c so ausgebildet, dass sie voneinander beabstandet sind.
In einer relativ späten Teilzeit kann, da die Pulsbreite des Laserstrahls Lz eng ist, die Wiederholungsperiode der Bestrahlung mit dem gepulsten Laserstrahl Lz verringert werden, ohne den Durchschnitt der Ausgangsenergie pro Zeiteinheit zu erhöhen. Daher wird verhindert, dass die Ausschaltzeitdauer zwischen Pulsen des Laserstrahls Lz, während der der Laserstrahl Lz nicht angewendet wird, zunimmt, so dass verhindert wird, dass der Abstand zwischen benachbarten punktförmigen Bestrahlungspositionen Lp des gepulsten Laserstrahls Lz zunimmt. Dies kann ein unzureichendes Schmelzen der Elemente 310 und 320 in Bereichen zwischen benachbarten Bestrahlungspositionen verhindern.
In der Ausführungsform in 5 ist die Wiederholungsperiode (PWc + POc) der Pulse PLc in dem Teilzeitraum T2c kürzer als die Wiederholungsperioden von Pulsen in dem Teilzeitraum T2c (zum Beispiel die Wiederholungsperiode (PWa + POa) in dem Teilzeitraum T2a und die Wiederholungsperiode (PWb + POb) in dem Teilzeitraum T2b). Dies kann das Auftreten eines Verbindungsversagens aufgrund eines unzureichenden Schmelzens in Teilen der Elemente 310 und 320 (4(B)) verhindern, die durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl Lz in dem Teilzeitraum T2 gespeist werden. Insbesondere ist in der Ausführungsform in 5 die Ausschaltzeitspanne POc in dem Teilzeitraum T2c kürzer als die Ausschaltzeitspannen in Teilzeiträumen vor dem Teilzeitraum T2c (zum Beispiel die Ausschaltzeitspanne POa in dem Teilzeitraum T2a und die Ausschaltzeitspanne POb in dem Teilzeitraum T2b). Dies kam das Auftreten eines Problems in Abschnitten der Elemente 310 und 320 (4(B)), die durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl Lz in dem Teilzeitraum T2c gespeist werden, in geeigneter Weise verhindern.
Zweite Ausführungsform:
6 ist ein Paar von Darstellungen, die zum Beschreiben einer anderen Ausführungsform der Masseelektrode verwendet werden. Ein vorderer Endabschnitt einer Masseelektrode 30b ist in 6 gezeigt. Die Masseelektrode 30b kann anstelle der Masseelektrode 30, der Zündkerze 100 in 1 verwendet werden. Eine Mittelachse CL und Richtungen Df und Dfr in den Figuren repräsentieren die Mittelachse CL und Richtung Df bzw. Dfr, gesehen von dem distalen Endabschnitt 34 des Hauptkörpers 37 der Masseelektrode 30b in der fertigen Zündkerze 100. Ihre Positionsbeziehung wird unter Verwendung der Mittelachse CL und den Richtungen Df und Dfr beschrieben. 6(A) zeigt ihr Aussehen, wenn sie in einer Richtung parallel zur Mittelachse CL (insbesondere in der Vorwärtsrichtung Df) betrachtet werden. 6(B) zeigt ihr Aussehen, wenn sie in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse betrachtet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist anstelle des Spitzenabschnitts 300 (1) eine Spitze 300b an die Seite der Rückwärtsrichtung Dfr des distalen Endabschnitts 34 des Hauptkörpers 37 geschweißt. Die Spitze 310b ist ein ungefähr rechteckiges Element, dessen Zentrum mit der Mittelachse CL zusammenfällt und unter Verwendung eines Materials (zum Beispiel eines Edelmetalls wie Iridium (Ir) oder Platin (Pt)) mit einer höheren Beständigkeit gegen Entladung als der Hauptkörper 37 gebildet ist. Die Strukturen anderer Teile der Masseelektrode 30b sind die gleichen wie die Strukturen der entsprechenden Teile der Masseelektrode 30 in 1 (ihre detaillierte Beschreibung wird weggelassen).
Ein Verfahren zum Herstellen der Zündkerze 100 mit der Masseelektrode 30b ist dasselbe wie das unter Verwendung von 2 beschriebene Verfahren, mit Ausnahme der Verarbeitung in S110 (2). In S110 wird die Spitze 310b an den Hauptkörper 37 geschweißt. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Hauptkörper 37 einem Basisabschnitt, an dem die Spitze 310b befestigt ist.
Wenn die Spitze 310b an den Hauptkörper 37 geschweißt ist, ist die Spitze 310b an der Seite der Rückwärtsrichtung Dfr des distalen Endabschnitts 34 des Hauptkörpers 37 angeordnet, wie in 6(B) gezeigt ist. In S112 in 2 stützt die nicht dargestellte Stützvorrichtung die Spitze 310b und den Hauptkörper 37 in dem obigen Zustand. In S114 bestrahlt das Schweißsystem 900 (3) die Grenzfläche 314 zwischen der Spitze 310b und dem Hauptkörper 37 mit dem Laserstrahl Lz. Der Laserstrahl Lz wird in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Erstreckungsrichtung Dp des distalen Endabschnitts 34 des Hauptkörpers 37 angewendet. Dann wird der Laserstrahl Lz in eine Richtung senkrecht zu der Richtung Dp bewegt, so dass die Bestrahlungsposition Lp (6(A)) des Laserstrahls Lz die gesamte Kante 314L der Grenzfläche 314 auf der Seite der Richtung Dp von einem Ende 314a der Kante 314L zu ihrem gegenüberliegenden Ende 314b abgetastet. Somit wird ein Schweißen über die gesamte Grenzfläche 314 durchgeführt und es wird ein Verbindungsabschnitt 330b (6(A)), der die Spitze 310b und den Hauptkörper 37 miteinander verbindet, gebildet. Die Spitze 310b wird dadurch mit dem Hauptkörper 37 verbunden. Wie oben beschrieben, werden in der vorliegenden Ausführungsform die zu schweißenden Elemente 310b und 37 nicht bewegt, sondern wird der Laserstrahl Lz bewegt.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuerung 910 (3) den Laser 320 gemäß dem in 5 dargestellten Diagramm. Daher werden auch in der vorliegenden Ausführungsform die unter Verwendung von 5 beschriebenen Vorteile erzielt. Da zum Beispiel die Leistung P des Laserstrahls Lz mit Ablauf der Zeit T abnimmt, kann ein übermäßiges Schmelzen der Elemente 310b und 37 verhindert werden.
Modifikationen:
(1) Das Verfahren zum Anschweißen der Spitze an den Basisabschnitt ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt und kann auf eines der verschiedenen Verfahren, bei denen der Laserstrahl Lz angewendet wird, während die Bestrahlungsposition Lp des Laserstrahls Lz bewegt wird, verwendet werden. Die anhand des Diagramms in 5 beschriebene Ausführungsform 5 ist keine Einschränkung und verschiedene Ausführungsformen, einschließlich des ersten Zeitraums und des zweiten Zeitraums nach dem ersten Zeitraum, können verwendet werden. In dem ersten Zeitraum wird der Laserstrahl Lz kontinuierlich angelegt, während die Bestrahlungsposition Lp bewegt wird. In dem zweiten Zeitraum wird, während die Bestrahlungsposition Lp bewegt wird, der Laserstrahl Lz entsprechend dem gepulsten Ausgangsmuster mehrmals angewendet. Insbesondere wird der Laserstrahl Lz mehrmals wiederholt ein- (angelegt) und ausgeschaltet (nicht angelegt).
Beispielsweise können die folgenden Modifikationen als das Verfahren zum Anschweißen der Spitze an den Basisabschnitt verwendet werden. Der erste Zeitraum T1, in dem der Laserstrahl Lz kontinuierlich angelegt wird, enthält einen bestimmten Zeitraum, in dem die Leistung allmählich abnimmt. Dieser bestimmte Zeitraum kann zumindest ein Teil des ersten Zeitraums T1 sein. Der spezifische Zeitraum kann der gesamte Zeitraum T1 sein oder kann Teil des ersten Zeitraums T1 sein. Beispielsweise kann der spezifische Zeitraum ein Teilzeitraum sein, der die Startzeit des ersten Zeitraums T1 einschließt (das heißt ein relativ früher Teilzeitraum), kann ein Teilzeitraum sein, der mit den zweiten Zeitraum T2 kontinuierlich ist (das heißt ein relativ später Zeitraum) oder kann ein Teilzeitraum nach der Startzeit des ersten Zeitraums T1 und vor der Startzeit des zweiten Zeitraums T2 sein. In jedem Fall ist es bevorzugt, dass in einem Zeitraum innerhalb des ersten Zeitraums T1, der sich von dem spezifischen Zeitraum unterscheidet, die Leistung nicht ansteigt und konstant ist. Auf diese Weise kann ein übermäßiges Schmelzen des Basisabschnitts und der Spitze verhindert werden. In dem Zeitraum in dem ersten Zeitraum T1, der sich von dem spezifischen Zeitraum unterscheidet, kann die Leistung P jedoch mit Ablauf des Zeitraums T zunehmen. In dem spezifischen Zeitraum in dem ersten Zeitraum T1 kann die Leistung P im Verlauf der Zeit T linear oder kurvenförmig abnehmen. Wie oben beschrieben, kann die Leistung P mit Ablauf der Zeit T kontinuierlich abnehmen. Alternativ kann die Leistung P mit Ablauf der Zeit T schrittweise abnehmen. In jedem Fall, wenn die Leistung P nicht Null ist, nicht zunimmt und zu einer Vielzahl von Zeitpunkten in dem bestimmten Zeitraum in dem ersten Zeitraum T1 abnimmt, kann gesagt werden, dass die Leistung P in dem bestimmten Zeitraum allmählich abnimmt.
Die Leistung P des gepulsten Laserstrahls Lz in dem zweiten Zeitraum T2 kann größer oder kleiner sein als die Leistung P des Laserstrahls Lz am Ende des ersten Zeitraums T1 (die zweite Leistung P2 in dem Beispiel in 5). In dem zweiten Zeitraum T2 kann die Leistung P des gepulsten Laserstrahls Lz mit Ablauf der Zeit T variieren. Beispielsweise kann die Leistung von Pulsen in einem relativ späten Stadium kleiner sein als die Leistung P von Pulsen in einem relativ frühen Stadium. Die Form eines einzelnen Pulses (auch als eine Wellenform bezeichnet) ist nicht auf eine rechteckige Form beschränkt und kann eine gekrümmte oder Zickzackform sein, die durch die Linie dargestellt wird, die angibt, dass sich die Leistung P im Verlauf der Zeit T ändert. In jedem Fall kann die maximale Leistung eines einzelnen Pulses als die Leistung P des einzelnen Pulses verwendet werden. Die Breite bei der Hälfte der maximalen Leistung (auch als die volle Breite bei dem halben Maximum bezeichnet) kann als die Pulsbreite des einzelnen Pulses verwendet werden.
Ein anderer Zeitraum kann vor dem ersten Zeitraum T1 vorgesehen sein. Beispielsweise kann in dem Zeitraum vor dem ersten Zeitraum T1 die Grenzfläche zwischen der Spitze und dem Basisabschnitt entsprechend einem gepulsten Ausgangsmuster mehrere Male mit dem Laserstrahl Lz bestrahlt werden, während die Bestrahlungsposition Lp bewegt wird.
In der Ausführungsform in 5 ändert sich in dem zweiten Zeitraum T2 die Pulsbreite zwischen den beiden Teilzeiträumen T2a und T2b und zwischen den beiden Teilzeiträumen T2b und T2c. Wie oben beschrieben, ändert sich die Pulsbreite in dem zweiten Zeitraum T2 zweimal. Die Anzahl der Änderungen der Pulsbreite in dem zweiten Zeitraum T2 ist nicht auf zwei beschränkt und kann eins oder drei, oder mehr betragen. Wenn ein Teilzeitraum, der mindestens einen kontinuierlichen Puls mit einer konstanten Pulsbreite enthält, als eine Pulsdauer fester Breite spezifiziert wird, kann der zweite Zeitraum T2 N Pulsdauern fester Breite entfalten (N ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr). Die Pulsbreite kann allmählich variieren, wenn die Zeit T verstrichen ist. In jedem Fall ist es bevorzugt, dass die Pulsbreite in einem relativ späten Teilzeitraum in dem zweiten Zeitraum T2 schmaler ist als die Pulsbreite in einem relativ frühen Teilzeitraum. In dieser Konfiguration kann der Durchschnitt der Leistung P im Verlauf der Zeit T leicht verringert werden, und daher kann ein übermäßiges Schmelzen der Spitze und des Basisabschnitts verhindert werden. Die Pulsbreite in einem relativ späten Teilzeitraum kann jedoch breiter sein als die Pulsbreite in einem relativ frühen Teilzeitraum. Alternativ kann die Pulsbreite über den gesamten zweiten Zeitraum T2 konstant sein. Die Wiederholungsperiode, bei der der gepulste Laserstrahl Lz ausgegeben wird (das heißt die Wiederholungsperiode der Pulse), kann sich mit Ablauf der Zeit T ändern. Die Wiederholungsperiode der Pulse kann über den gesamten zweiten Zeitraum T2 konstant sein.
In den zweiten Zeitraum T2 in der Ausführungsform in 5 ist ein kontinuierlicher Teilzeitraum, in dem der Durchschnitt der Leistung P des Laserstrahls Lz konstant ist, der gleiche wie ein kontinuierlicher Teilzeitraum, in dem die Pulsbreite des Laserstrahls Lz konstant ist (insbesondere jede der drei Teilzeiträume T2a, T2b und T2c). Der Durchschnitt der Leistung P kann jedoch unabhängig von der Änderung der Pulsbreite variieren. Beispielsweise kann sich ein kontinuierlicher Teilzeitraum, in dem der Durchschnitt der Leistung P konstant ist, von einem kontinuierlichen Teilzeitraum unterscheiden, in dem mindestens ein Puls mit einer konstanten Pulsbreite vorliegt. Die Leistung und die Pulsbreite können über den gesamten zweiten Zeitraum T2 konstant sein und die Größenbeziehung zwischen den Ausschaltzeitendauern POa, POb und POc in dem Teilzeitraum T2a, T2b und T2c kann POa < POb < POc sein. In diesem Fall nimmt der Durchschnitt der Leistung P in der Reihenfolge der Teilzeitdauern T2a, T2b und T2c ab.
In der Ausführungsform in 5 wird der Durchschnitt der Leistung P zweimal geändert, ebenso wie die Pulsbreite. Die Häufigkeit, mit der sich der Durchschnitt der Leistung P ändert, ist nicht auf zwei beschränkt und kann eins oder drei oder mehr betragen. Der Durchschnitt der Leistung P kann allmählich variieren, wenn die Zeit T gestrichen ist. Beispielsweise können die Leistung P und die Pulsbreite über den gesamten zweiten Zeitraums T2 konstant sein und die Ausschaltzeitdauer kann sich mit Ablauf des Zeitraums T erhöhen. In jedem Fall ist es bevorzugt, dass in dem zweiten Zeitraum T2 der Durchschnitt der Leistung P in einem relativ späten Teilzeitraum kleiner ist als der Durchschnitt der Leistung in einem relativ frühen Teilzeitraum. In dieser Konfiguration kann der Durchschnitt der Leistung P im Verlauf der Zeit T verringert werden, so dass ein übermäßiges Schmelzen der Spitze und des Basisabschnitts verhindert werden kann.
Vorzugsweise umfasst der zweite Zeitraum T2 keinen Zeitraum, in dem der Durchschnitt der Leistung P ansteigt, und umfasst mindestens einen Zeitraum, in dem der Durchschnitt der Leistung P konstant ist, und einen Zeitraum, in dem der Durchschnitt der Leistung P verringert ist. Insbesondere ist es bevorzugt, dass in dem zweiten Zeitraum T2 die Ausgangsbedingungen des Laserstrahls Lz so gesteuert werden, dass der Durchschnitt der Leistung P mit der Zeit nicht ansteigt und zumindest entweder auf einem konstanten Wert gehalten oder verringert wird. Verschiedene Methoden können verwendet werden, um die Ausgangsbedingungen zum Ändern des Durchschnitts der Leistung P zu steuern. Um den Durchschnitt der Leistung P zu verringern, kann beispielsweise die Leistung P verringert werden, die Pulsbreite kann verringert werden oder die Ausschaltzeitdauer kann erhöht werden.
In jedem Fall ist es bevorzugt, dass die Leistung P am Ende des ersten Zeitraums T1 ein Minimalwert in einem einstellbaren Bereich der Leistung P ist, in dem der Laser 920 (3) den Laserstrahl Lz stabil ausgeben kann (dieser Bereich wird im Folgenden als stabiler Bereich bezeichnet). In dieser Konfiguration kann die Leistung P in den ersten Zeitraum T1 durch effektives Verwenden des stabilen Bereichs der Leistung P des Lasers 920 reduziert werden. Daher kann ein übermäßiges Schmelzen der Spitze und des Basisabschnitts in geeigneter Weise verhindert werden. Die Leistung P am Ende des ersten Zeitraums T1 kann jedoch größer sein als der Minimalwert im stabilen Bereich. Um die Bestrahlung mit dem Laserstrahl Lz zu stabilisieren, ist es im Allgemeinen bevorzugt, dass die Leistung P am Ende des ersten Zeitraums T1 gleich oder größer als der Minimalwert in dem stabilen Bereich ist.
Vorzugsweise ist die Leistung P des gepulsten Laserstrahls Lz in dem zweiten Zeitraum T2 der Minimalwert im stabilen Bereich der Leistung P des Lasers 920. Diese Konfiguration kann das Auftreten von Problemen verhindern, die durch die hohe Leistung P des gepulsten Laserstrahls Lz verursacht werden (zum Beispiel die Bildung eines Risses aufgrund einer plötzlichen Temperaturänderung, das Verspritzen von geschmolzenem Material, das durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl Lz mit einer hohen Leistung P usw. verursacht wird), während verhindert wird, dass die Anwendung des Laserstrahls Lz in dem zweiten Zeitraum T2 instabil zu werden. Die Leistung P des Laserstrahls Lz in dem zweiten Zeitraum T2 kann jedoch größer sein als der Minimalwert im stabilen Bereich. Um die Bestrahlung mit dem Laserstrahl Lz zu stabilisieren, ist es im Allgemeinen bevorzugt, dass die Leistung P des gepulsten Laserstrahls Lz in dem zweiten Zeitraum T2 gleich oder größer als der Minimalwert in dem stabilen Bereich ist. In jedem Fall kann die Leistung P des gepulsten Laserstrahls Lz in dem zweiten Zeitraum T2 gleich der Leistung am Ende der ersten Zeitperiode T1 sein oder kann größer oder kleiner als die Leistung P am Ende des ersten Zeitraums T1 sein.
Vorzugsweise werden die Ausgangsbedingungen in dem zweiten Zeitraum T2 (zum Beispiel die Wiederholungsperiode der Pulse, die Pulsbreite und die Leistung P des Bestrahlungslaserstrahls Lz) so eingestellt, dass die durchschnittliche Ausgangsenergie pro Zeiteinheit in dem zweiten Zeitraum T2 gleich oder kleiner ist als die Ausgangsenergie P pro Zeiteinheit am Ende des ersten Zeitraums T1. In dieser Konfiguration kann ein übermäßiges Schmelzen der Spitze und des Basisabschnitts in dem zweiten Zeitraum T2 verhindert werden. Vorzugsweise werden die Ausgangsbedingungen in dem zweiten Zeitraum T2 so eingestellt, dass die durchschnittliche Ausgangsenergie pro Zeiteinheit mit Ablauf der Zeit abnimmt. Beispielsweise können die Ausgangsbedingungen so eingestellt werden, dass die durchschnittliche Ausgangsenergie pro Zeiteinheit in einer Vielzahl von Teilzeiträumen, die in dem zweiten Zeitraum T2 enthalten sind, schrittweise abnimmt.
(2) Der Basisabschnitt, an den die Spitze angeschweißt wird, kann ein beliebiges anderes Element als eine Basis sein, wie beispielsweise der Basisabschnitt 320 in 3 und ein Stangenelement wie der Hauptkörper 37 in 6. Schweißen der Spitze der Mittelelektrode (zum Beispiel Zusammenschweißen der ersten Spitze 29 und des Stababschnitts 28 der Mittelelektrode 20 in 1), ein Verfahren, das den ersten Zeitraum und den zweiten Zeitraum umfasst, könnte verwendet werden. Während des ersten Zeitraums, in dem die Bestrahlungsposition Lp des Laserstrahls Lz bewegt wird, wird der Laserstrahl Lz kontinuierlich angewendet. In dem zweiten Zeitraum wird, während die Bestrahlungsposition Lp bewegt wird, der Laserstrahl Lz entsprechend dem gepulsten Ausgangsmuster mehrmals angewendet. Das Material der Spitze ist nicht auf ein Material beschränkt, das ein Edelmetall (zum Beispiel Platin) enthält, und kann irgendeines von verschiedenen anderen Materialien sein. Das Material des Basisabschnitts, an den die Spitze angeschweißt wird, ist nicht auf ein Material beschränkt, das Nickel enthält, und kann irgendeines von verschiedenen anderen Materialien sein.
(3) Um die Bestrahlungsposition Lp des Laserstrahls Lz zu verschieben, können verschiedene Verfahren angewendet werden. Ein Verfahren, bei dem der Laserstrahl Lz nicht bewegt wird, sondern die Spitze und der Basisabschnitt (zum Beispiel die Spitze 310 und der Basisabschnitt 320) bewegt werden, kann wie bei der Ausführungsform in 4(A) verwendet werden. Ein Verfahren, bei dem die Spitze und der Basisabschnitt (zum Beispiel die Spitze 310b und der Hauptkörper 37) nicht bewegt werden, sondern der Laserstrahl Lz bewegt wird, kann wie bei der Ausführungsform in 6(A) verwendet werden. Alternativ kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem sowohl ein Element, das aus der Spitze und dem Basisabschnitt besteht, als auch der Laserstrahl Lz bewegt werden. Der Laserstrahl kann über die gesamte Umfangskante der Grenzfläche (zum Beispiel der Grenzfläche 312) zwischen der Spitze und der Basisposition angewendet werden, wie in der Ausführungsform in 4(A) gezeigt. Der Laserstrahl kann nur auf einen Teil der Kante der Grenzfläche (zum Beispiel der Grenzfläche 340) zwischen der Spitze und dem Basisabschnitt angewendet werden, wie in der Ausführungsform in 6(A) gezeigt. In jedem Fall ist es bevorzugt, dass der Laserstrahl Lz eine Leistung P aufweist, die ausreicht, um das Schweißen über die gesamte Grenzfläche durchzuführen.
(4) Anstelle des Laserstrahls können verschiedene Energiestrahlen wie Elektronenstrahlen, die Teile der Spitze schmelzen können, und die mit dem strahlenbestrahlten Basisabschnitt als Strahl zum Anchweißen der Spitze verwendet werden. In jedem Fall verbleiben Markierungen in den mit dem Energiestrahl bestrahlten Abschnitten auf der Außenfläche des Verbindungsabschnitts zwischen der Spitze und dem Basisabschnitt. Wenn die fortlaufende Markierung und die Punktmarkierungen (zum Beispiel die fortlaufende Markierung 332 und die Punktmarkierungen 334a, 334b und 334c) wie in der Ausführungsform in 4(C) gebildet werden, kann gefolgt werden, dass das Schweißen durchgeführt wurde, während die Bestrahlungsposition des Energiestrahls bewegt und die Ausgangsbedingungen geändert wurden (insbesondere wurde das Schweißen unter Verwendung einer kontinuierlichen Bestrahlung mit dem Energiestrahl und einer Bestrahlung mit einem gepulsten Energiestrahl mehrmals wiederholt durchgeführt). Wenn die Grüße (der maximale Außendurchmesser) einer Punktmarkierung, die sich relativ weit von der Grenze zwischen der durchgehenden Markierung und ihrer benachbarten Punktmarkierung befindet, kleiner ist als die Größe einer Punktmarkierung, die sich relativ nahe an der Grenze zwischen der durchgeführten Markierung und ihrer benachbarten Punktmarkierung befindet, kann geschlossen werden, dass in dem Zeitraum, in dem der gepulste Laserstrahl Lz verwendet wird, die Pulsbreite in einem relativ späten Teilzeitraum schmaler ist als die Pulsbreite in einem relativ frühen Teilzeitraum.
(5) Zur Herstellung der Zündkerze 100 kann anstelle des in 2 beschriebenen Verfahrens ein beliebiges von verschiedenen Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann der Schritt des Verbindens der Masseelektrode 30 mit der Metallhülle 50 ausgeführt werden, nachdem der Zusammenbau mit dem Isolator 10, der Mittelelektrode 20 und dem Metallanschluss 40 an der Metallhülle befestigt ist. Der Schritt des Verbindens des Spitzenabschnitts 300 mit dem Hauptkörper 37 kann durchgeführt werden, nachdem der Hauptkörper 37 mit der Metallhülle 50 verbunden ist.
(6) Anstelle der mit Bezug auf 1 beschriebenen Struktur, können verschiedene andere Strukturen als die Struktur der Zündkerze verwendet werden. Beispielsweise können eine Seitenfläche der Mittelelektrode (eine Fläche auf einer Seite, die in einer Richtung senkrecht zur Axiallinie CL angeordnet ist) und die Masseelektrode einen Entladungsspalt bilden. Die Zündkerze kann zwei oder mehr Entladungsspalte aufweisen. Der Widerstand 73 kann weggelassen werden. Ein magnetisches Material kann zwischen der Mittelelektrode 20 und dem Metallanschluss 40 in dem Durchgangsloch 12 des Isolators 10 angeordnet sein.
(7) Die Steuerung 910 in 3 kann in den Laser 920 eingebaut sein (das heißt eine Vorrichtung, die einen Energiestrahl ausgibt). In jeder der obigen Ausführungsformen kann ein Teil der durch Hardware implementierten Komponenten durch Software ersetzt werden. Im Gegenteil, können ein Teil oder alle von Software implementierten Komponenten durch Hardware ersetzt werden. Beispielsweise kann die Funktion zum Ändern der Ausgangsbedingungen des Energiestrahls durch eine dedizierte Hardwareschaltung realisiert werden.
Wenn ein Teil oder alle Funktionen der vorliegenden Erfindung durch Computerprogramme realisiert werden, können die Programme in einem Zustand bereitgestellt werden, indem die Programme auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium (zum Beispiel einem nicht-flüchtigen Aufzeichnungsmedium) gespeichert sind. Die Programme können verwendet werden, während sie auf dem Aufzeichnungsmedium gespeichert sind, das zum Bereitstellen der Programme verwendet wird, oder sie können auf einem anderen Aufzeichnungsmedium (computerlesbarem Aufzeichnungsmedium) gespeichert sein. Das „computerlesbare Aufzeichnungsmedium“ ist nicht auf ein tragbares Aufzeichnungsmedium wie eine Speicherkarte oder eine CD-ROM beschränkt und soll interne Speichervorrichtungen wie ROMs im Computer und externe Speichervorrichtungen, wie angeschlossene Festplattenlaufwerke an den Computer, umfassen.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf der Basis ihrer Ausführungsformen und Modifikationen beschrieben wurde, sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, um des Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und beschränken den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht. Die vorliegende Erfindung kann geändert und verbessert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und umfasst Äquivalente davon.
Bezugszeichenliste
8 vordere endseitige Packung, 10 Isolator, 11 Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt, 12 Axialloch (Durchgangsloch), 13 hinterer Anschlussabschnitt, 14 Abschnitt mit großem Durchmesser, 15 vorderer Anschlussabschnitt, 16 Außendurchmesser-Verringerungsabschnitt, 19 Schenkelabschnitt, 20 Mittelelektrode, 21 Außenschicht, 22 Kern, 23 Flanschabschnitt, 24 Kopfabschnitt, 27 Schaftabschnitt, 28 Stangenabschnitt, 29 erste Spitze, 30, 30b Masseelektrode, 31 Außenschicht, 32 Innenschicht, 33 proximaler Endabschnitt, 34 distaler Endabschnitt, 37 Hauptkörper, 40 Metallanschluss, 41 Schaftabschnitt, 48 Flanschabschnitt, 49 Kappenbefestigungsabschnitt, 50 Metallhülle, 51 Werkzeugeingriffsabschnitt, 52 Anschlussabschnitt, 53 Crimpabschnitt, 54 Flanschabschnitt, 55 vordere Endfläche, 56 Innendurchmesser-Verringerungsabschnitt, 57 Gewindeabschnitt, 58 Wölbungsabschnitt, 59 Durchgangsloch, 61, 62 Ringelement, 70 Talk, 72 erstes Dichtungselement, 73 Widerstand, 74 zweites Dichtungselement, 90 Dichtung, 100 Zündkerze, 300 Spitzenabschnitt, 310 310b Spitze, 312, 314 Schnittstelle, 314L Kante, 314a, 314b, Ende, 320 Basisabschnitt, 321 Abschnitt mit großem Durchmesser, 321b Vorsprung, 322 Abschnitt mit kleinem Durchmesser, 330, 330b Verbindungsabschnitt (verschmolzener Abschnitt), 332 durchgehende Markierung, 332e Grenze, 334a, 334b, 334c Punktmarkierung, 900 Schweißsystem, 910 Steuerung, 920 Laser, g Spalt, CL Mittelachse (Axiallinie), Df Vorwärtsendrichtung (Vorwärtsrichtung), Dfr Rückwärtsendrichtung (Rückwärtsrichtung), Dp Richtung, Lp Bestrahlungsposition, Lz Laserstrahl
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201274271 A [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze mit einer Elektrode, welche einen Basisabschnitt und eine Spitze, die an dem Basisabschnitt befestigt ist, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Anschweißen der Spitze an den Basisabschnitt durch Bestrahlen einer Grenze zwischen dem Basisabschnitt und der Spitze mit einem Energiestrahl, wobei das Anschweißen der Spitze an den Basisabschnitt umfasst: kontinuierliches Anwenden des Energiestrahls, während eine Bestrahlungsposition des Energiestrahls in einem ersten Zeitraum bewegt wird, und mehrmaliges Anwenden des Energiestrahls gemäß einem gepulsten Ausgangsmuster, während die Bestrahlungsposition des Energiestrahls in einem zweiten Zeitraum nach dem ersten Zeitraum bewegt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze nach Anspruch 1, wobei in einem bestimmten Zeitraum, der mindestens Teil des ersten Zeitraums ist, die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls schrittweise reduziert wird.
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze nach Anspruch 2, wobei der spezifische Zeitraum ein Zeitraum ist, der an den zweiten Zeitraum angrenzt.
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Zeitraum einen ersten Teilzeitraum und einen dem ersten Teilzeitraum folgenden zweiten Teilzeitraum umfasst, und wobei der Durchschnitt der Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls in dem zweiten Teilzeitraum kleiner ist als der Durchschnitt der Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls in dem ersten Teilzeitraum.
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls in dem zweiten Zeitraum gleich der Ausgangsenergie pro Zeiteinheit des Energiestrahls am Ende des ersten Zeitraums ist.
Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zweite Zeitraum einen ersten Teilzeitraum und einen zweiten Teilzeitraum, der dem ersten Teilzeitraum folgt, umfasst, und wobei die Pulsbreite des Energiestrahls in dem zweiten Teilzeitraum schmaler ist als die Pulsbreite des Energiestrahls in dem ersten Teilzeitraum.