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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach dem
Oberbegriff der Ansprüche
1 und 2 auf ein Herstellungsverfahren nach Anspruch.
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Herkömmliche
Zündkerzen
für einen
Verbrennungsmotor, welche für
ihre ausgezeichnete Haltbarkeit bekannt sind, enthalten wie in den
4A und
4B dargestellt ist einen Edelmetallchip
bzw. ein Edelmetallplättchen
5,
welches an der Spitze einer aus der Reihe der Nickellegierungen
hergestellten Mittelelektrode
3 befestigt ist. Das Edelmetallplättchen
5 ist
aus einer Ir- oder Pt-Ir-Legierung mit einem extrem hohen Schmelzpunkt
hergestellt. Bei der Zündkerze,
welche in der 1990 veröffentlichten,
ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
JP 2-49388 A offenbart ist, ist gemäß der Darstellung in
4A eine Bohrung
3b an
der Spitze der Mittelelektrode
3 ausgebildet. Ein drahtartiges
Edelmetallplättchen
5,
welches aus einer Pt-Ir-Legierung hergestellt ist, wird durch Pressen
in diese Bohrung
3b unter Verwendung von Ultraschallwellen
eingefügt.
Anschließend
wird das Edelmetallplättchen
5 durch
einen Laserstrahl (der durch L in
4A angedeutet wird)
längs seiner
ganzen Peripherie bestrahlt. Eine Werkstoffausnehmung am Elektrodenende
zeigt auch die Auslegeschrift
DE
1 274 405 B .
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Gemäß der 1982
veröffentlichten,
ungeprüften
japanischen Patentanmeldung JP 57-130385 A wird das Edelmetallplättchen 5 ferner
durch einen Widerstandschweißvorgang
mit der Spitze der Mittelelektrode 3 verbunden, und die
Mittelelektrode 3 und das Edelmetallplättchen 5 werden dann
gemäß der Darstellung
in 4B längs ihrer
Verbindungsfläche durch
Laserschweißen
zuverlässig
aneinander befestigt.
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Gemäß der oben
beschriebenen herkömmlichen
Technologien wird eine Schmelzschicht (die durch B in 4B angedeutet wird) derart
ausgebildet, daß sie
die Mittelelektrode 3 und das Edelmetallplättchen 5 durch
das zusätzliche
Ausführen
des Laserschweißvorgangs
zum Widerstandschweißvorgang überbrückt bzw.
verbindet. Die so ausgebildete Schmelzschicht dient als eine Einrichtung
zur Verringerung der Wärmebeanspruchung,
die im Schweißabschnitt
(der durch S in 4B angedeutet
wird) zwischen der Mittelelektrode 3 und dem Edelmetallplättchen 5 aufgrund
des Unterschieds im Längenausdehnungskoeffizienten
zwischen der Mittelelektrode 3 und dem Edelmetallplättchen 5 auftritt.
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Die
in 4A dargestellte Zündkerze
erfordert jedoch zwingend den Verfahrensschritt der Ausbildung der
Bohrung 3b an der Spitze der Mittelelektrode 3.
Folglich sind die Herstellungskosten aufgrund der Ausbildung der
Bohrung 3b hoch. Zusätzlich
erschwert die Durchführung
des Ultraschall-Preßeinfügevorganges
den Montagevorgang, was zu Schwierigkeiten beim Verschweißen des Edelmetallplättchens 5 auf
der Spitze der Mittelelektrode 3 führt. Ferner ist die Bohrung 3b in
dieser Konfiguration tief genug, um sie fest mit dem Edelmetallplättchen 5 zu
koppeln und es exakt zu positionieren. Dies ist angesichts der Tatsache,
daß die
Gesamtmenge des Edelmetallmaterials im wesentlichen durch die Summe
der tatsächlich
benötigten
Menge für
den Zündfunkenentladungsbereich
und der in der Bohrung 3b versenkten Menge bestimmt wird,
nachteilig hinsichtlich der Menge des verwendeten Edelmetallmaterials.
Daher entstehen höhere
Kosten. Insbesondere ist die Dicke des Edelmetallplättchen 5 bei
der oben beschriebenen herkömmlichen
Technologie nicht geringer als 1 mm.
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Wenn
das Edelmetallplättchen 5 und
die Mittelelektrode 3 durch den Laserstrahl L geschmolzen werden,
werden die durch den Laserstrahl L bestrahlten Abschnitte und ihre
Umgebung zudem auf eine Temperatur erwärmt, die nahe dem Sie depunkt
der Mittelelektrode 3 ist, welche einen geringen Schmelzpunkt
aufweist. Und die Mittelelektrode 3 kann möglicherweise
verdampfen. Mit anderen Worten kommt die Schmelzschicht B außer Verbindung
mit der Komponente der Mittelelektrode 3, was den Effekt
der Unterdrückung
der Wärmebeanspruchung
verringert, welche am Schweißabschnitt
zwischen dem Edelmetallplättchen 5 und
der Mittelelektrode 3 auftritt. Überdies führt die Verdampfung der Mittelelektrode 3 zu einer
bedeutenden Größenverringerung
des Abschnitts, der dem Laserschweißvorgang ausgesetzt ist. Dementsprechend
verschlechtert sich die Verbindungsfestigkeit des oben beschriebenen
Schweißabschnitts.
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Die
folgenden Aspekte sind Bewertungen, welche aus Ergebnissen einer
Studie abgeleitet sind, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung
an der Zündkerze
gemäß der Darstellung
in 4B durchgeführt wurden.
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Bei
der Zündkerze
gemäß der Darstellung
in 4B wird das Laserschweißen vertikal
auf das Edelmetallplättchen 5 an
dem Abschnitt aufgebracht, der dem Zentrum der Verbindungsfläche zwischen dem
Edelmetallplättchen 5 und
der Mittelelektrode 3 näher
liegt. Folglich wird die durch das Laserschweißen ausgebildete Schmelzschicht
B durch den nicht geschmolzenen umliegenden Abschnitt begrenzt.
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Wie
oben erläutert
ist, verdampft die Mittelelektrode 3 in der Schmelzschicht
und dehnt ihr Volumen aus, was eine Kraft bewirkt, die den sie umgebenden
Abschnitt nach außen
preßt
oder schiebt. Nach Beendigung des Schweißvorganges verringert sich
die Temperatur und die verdampfte Mittelelektrode 3 kehrt
in ihren ursprünglichen
festen Zustand zurück,
während
sie die ausgedehnte Gestalt des rund herum vorliegenden festen (nicht
geschmolzenen) Abschnitts beibehält.
Als ein Ergebnis hieraus wird in der Mittelelektrode 3 am
Schmelzabschnitt S ein Hohlraum mit einem Volumen aus gebildet, das äquivalent
zum ausgedehnten Volumen ist. Die Ausbildung eines derartigen Hohlraumes
ist nachteilig für die
Beibehaltung der Verbindungsfestigkeit auf einem geeigneten Wert.
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Ferner
weisen das Edelmetallplättchen 5 und
die Mittelelektrode 3 vor dem Verschweißen jeweils zahlreiche Mikrolöcher auf.
Diese Mikrolöcher kommen
zusammen und wachsen beim Schmelzen des Edelmetallplättchens 5 und
der Mittelelektrode 3 beim Schweißvorgang zu einem großen Lunker.
Der so ausgebildete große
Lunker kann nicht aus dem Schweißabschnitt S herausgelangen,
da dieser vollständig
durch einen nicht geschmolzenen Abschnitt begrenzt wird. Daher verbleibt
ein großer
Lunker im Schweißabschnitt
S, der die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Edelmetallplättchen 5 und
der Mittelelektrode 3 verringert.
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Dementsprechend
ist es angesichts der oben beschriebenen Probleme beim Stand der
Technik Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze
für einen
Verbrennungsmotor zu schaffen, welche in der Lage ist, die im Schweißabschnitt
zwischen der Elektrode und dem Edelmetallplättchen bewirkte Wärmebeanspruchung
zu reduzieren und dabei eine hinreichende Verbindungsfestigkeit
in diesem Schweißabschnitt
zwischen der Elektrode und dem Edelmetallplättchen beizubehalten, und die
ferner eine Vereinfachung des Fügevorgangs
wie auch eine Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
schafft die vorliegende Erfindung eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch
1 und 2 und ein Herstellungsverfahren Anspruch 7 hierfür mit verschiedenen
Gesichtspunkten, die nachfolgend zusammen mit den in Klammern angegebenen
Bezugsnummern erläutert
werden, welche die Verbindung mit den Komponenten der später beschriebenen,
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Zündkerze
für einen
Verbrennungsmotor mit einer Mittelelektrode (3), einer
Masseelektrode (4) und einem Edelmetallplättchen (5, 5),
welches an die Mittelelektrode (3) und/oder an die Masseelektrode
(4) geschweißt
ist, wobei ein überstehender
Abschnitt (3c, 4c) um die äußere Peripherie des Edelmetallplättchen (5, 5)
herum durch zwangsweises Einpressen des Edelmetallplättchens
(5, 5) in Teile der Elektrode (3, 4)
ausgebildet wird. Das Edelmetallplättchen (5, 5)
wird durch diesen überstehenden
Abschnitt (3c, 4c) an der Elektrode (3, 4)
gehalten. Durch den so ausgebildeten überstehenden Abschnitt (3c, 4c)
wird das Edelmetallplättchen
(5, 5) mit Licht (L) bestrahlt, welches eine derartige
verdichtete Energie hat, daß das
Edelmetallplättchen
(5, 5) mit der Elektrode (3, 4)
verschweißt
werden kann.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung wird es möglich,
den Positionier- und Befestigungsvorgang gleichzeitig durch einfaches
Einpressen des Edelmetallplättchen
(5, 5) in eine vorbestimmte Befestigungslage auf
der Elektrode (3, 4) auszuführen. Dies führt zu einer
Verringerung der Herstellungsschritte beim Ausbilden der Zündkerze
für einen
Verbrennungsmotor.
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Überdies
ermöglicht
vorliegende Erfindung die Verwendung eines dünnen, scheibenförmigen Edelmetallplättchens
(5, 5), da keine weitere Notwendigkeit zum Einfügen des
Edelmetallplättchens (5, 5)
in die tiefe Bohrung (siehe 4A) besteht, welche
an der Spitze der Elektrode (3, 4) ausgebildet ist.
Ein derartiges Ineinandergreifen ist dagegen in den zuvor beschriebenen,
herkömmlichen
Fällen zwingend
erforderlich. Es ist erkennbar, daß die ermöglichte Verwendung eines dünnen, scheibenförmigen Edelmetallplättchens
in großem
Maß zu
einer Verringerung des für
das Edelmetallplättchen
(5, 5) verwendeten Materials führt.
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Ferner
liegt der überstehende
Abschnitt (3c, 4c) gemäß der vorliegenden Erfindung
frei an der Außenseite
vor. Folglich können
sowohl der überstehende
Abschnitt (3c, 4c) als auch die Elektrode (3, 4) durch
Bestrahlen des überstehenden
Abschnitts (3c, 4c) mit Licht hoher Energiedichte
bzw. energieverdichtetem Licht (L) verdampft werden und dann in
die äußere Atmosphäre verdampfen.
Dementsprechend besteht auch nachdem der Schweißvorgang beendet ist keine
Möglichkeit
dazu, einen Hohlraum in der Schmelzschicht (A, B) oder in deren
Nachbarschaft zu bewirken, obwohl im zuvor beschriebenen herkömmlichen
Fall ein derartiges Problem auftrat.
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Überdies
löst die
vorliegende Erfindung das Problem der Mikrolöcher, die im Edelmetallplättchen (5, 5)
und in den Elektroden (3, 4) vor Durchführung des
Schweißvorganges
vorliegen, da diese Mikrolöcher
frei aus dem Edelmetallplättchen
(5, 5) oder der Elektrode (3, 4)
entweichen und in die äußere Atmosphäre gehen
können,
wenn Sie beim Schmelzen des Edelmetallplättchens (5, 5)
und der Elektrode (3, 4) zu einem großen Lunker
wachsen. Folglich kann die Verbindungsfestigkeit des Schmelzabschnitts
(S, S) zwischen der Elektrode (3, 4) und dem Edelmetallplättchen (5, 5)
geeignet beibehalten werden.
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Ferner
ermöglicht
die Ausbildung des überstehenden
Abschnitts (3c, 4c) längs der äußeren Peripherie des Edelmetallplättchens
(5, 5) eine gleichmäßige Vermischung des überstehenden
Abschnitts (3c, 4c) mit dem Edelmetallplättchen (5, 5),
wenn diese durch Aufnahme der Energie des Lichts (L) geschmolzen
werden. Mit anderen Worten wird es möglich, die durch die Schmelzschicht
(A, B) hervorgerufene, unerwünschte
Verringerung der Komponente der Elektrode (3, 4)
zu vermeiden, während
die am Schweißabschnitt
(S, S) auftretende thermale Belastung wirksam verringert wird.
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Überdies
verhindert das Vorsehen des überstehenden
Abschnitts (3c, 4c) zuverlässig eine Größenverringerung
des Schweißabschnitts
(S, S), auch wenn der überstehende
Abschnitt (3c, 4c) mehr oder weniger verdampft
wird. Daher kann die Verbindungsfestigkeit zwischen der Elektrode
(3, 4) und dem Edelmetallplättchen (5, 5)
korrekt beibehalten werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der überstehende
Abschnitt (3c, 4c) ausgebildet durch in Kontakt
bringen des Edelmetallplättchens
(5, 5) mit der Elektrode (3, 4),
nachfolgendem Schmelzen der Elektrode (3, 4) an
einem Oberflächenbereich,
der mit dem Edelmetallplättchen
(5, 5) in Kontakt gebracht wurde, und anschließendem Einsenken
des Edelmetallplättchens
(5, 5) in die Elektrode (3, 4),
welche derart geschmolzen wird, daß das geschmolzene Elektrodenmaterial
(3, 4) um die äußere Peripherie
des Edelmetallplättchens
(5, 5) herum angehoben wird.
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Dementsprechend
kann das Edelmetallplättchen
(5, 5) auf einfache Weise in die Elektrode (3, 4) versenkt
werden, da die in Kontakt mit dem Edelmetallplättchen (5, 5)
gebrachte Oberfläche
der Elektrode (3, 4) geschmolzen wird. Daher kann
der überstehende
Abschnitt (3c, 4c) einfach ausgebildet werden.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der überstehende
Abschnitt (3c, 4c) ferner eine Höhe von nicht
weniger als 0,1 mm und eine Breite von nicht weniger als 0,1 mm
auf. Mit dieser Konfiguration kann eine Verringerung der Komponente
der Elektrode (3, 4) in der Schmelzschicht (A,
B) weiter wirksam vermieden werden. Daher kann die im Schweißabschnitt
(S, S) auftretende thermische Beanspruchung wirksam verringert werden.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Edelmetallplättchen (5, 5)
aus einem Edelmetallma terial hergestellt, das aus der Gruppe mit
Ir, Ir-Pt, Ir-Pt-Ni,
Ir-Rh, Ir-W, Ir-Al, Ir-Si, Ir-Y, Ir-Y2O3 ausgewählt
ist, und die Elektrode (3, 4) wird aus einer wärmeresistenten
Legierung der Ni-Gruppe mit Fe und Cr hergestellt.
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Gemäß einem
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Edelmetallplättchen (5, 5)
aus einer Ir-Legierung mit einem Längenausdehnungskoeffizienten α von wenigstens
8 × 10–6 und
die Elektrode (3, 4) aus einer wärmebeständigen Legierung
mit einem Längenausdehnungskoeffizienten α von wenigstens
13 × 10–6 hergestellt.
Kurz ausgedrückt
ermöglicht
es die vorliegende Erfindung eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit
einer exzellenten Verbindungsfestigkeit zwischen der Elektrode (3, 4)
und dem Edelmetallplättchen
(5, 5) zu erzielen, auch wenn deren Längenausdehnungskoeffizienten wie
oben beschrieben sehr unterschiedlich sind.
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Weitere
Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine
Ansicht einer erfindungsgemäßen Zündkerze
für einen
Verbrennungsmotor im Halbschnitt;
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2 eine
vergrößerte Ansicht,
welche die detaillierte Anordnungsweise eines wesentlichen Teils
der Zündkerze
gemäß der Darstellung
in 1 zeigt;
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3A bis 3C Ansichten,
die aufeinanderfolgend ein Schweißverfahren gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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3D eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform;
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3E eine
Draufsicht auf eine andere Ausführungsform;
und
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4A und 4B vergrößerte Ansichten einer
herkömmlichen
Zündkerze
eines Verbrennungsmotors.
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In
den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind identische Teile in allen Figuren mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine Zündkerze
eines Verbrennungsmotors gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Gemäß 1 ist
ein Gehäuse 1 in
zylinderförmiger
Gestalt und aus wärmebeständigen,
nicht korrodierendem und elektrisch leitfähigem Metall ausgebildet. Das
Gehäuse 1 weist
einen Gewindeabschnitt 1a auf, der mit einem nicht dargestellten
Motorblock in Eingriff bringbar ist, wenn die Zündkerze fest am Motorblock
installiert wird.
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Ein
Isolierteil 2, welches aus Aluminium-Keramik etc. hergestellt
ist, ist fest im Gehäuse 1 aufgenommen.
Eine Mittelelektrode 3 ist in einem axialen Loch 2a befestigt,
das sich längs
der Achse dieses Isolierteils 2 erstreckt. Die Mittelelektrode 3 ist
aus wärmebeständigem nicht
korrodierendem und elektrisch leitfähigem Metall hergestellt, wie
z.B. wärmebeständigen Legierungen
der Nickel-Gruppe mit Fe und Cr (z.B. INCONEL 600, das von Inconel
Co., Ltd. vertrieben wird: Längenausdehnungskoeffizient α = 13,3 × 10–6,
Schmelzpunkt Tm = 1400°C). Die Mittelelektrode 3 weist
einen Durchmesser von 2,7 mm auf. Ferner ist eine Masseelektrode 4 fest
an eine Seite des Gehäuses 1 geschweißt. Diese
Masseelektrode 4 ist ebenfalls aus einem wärmebeständigen,
nicht korrodierenden und elektrisch leitfähigem Metall hergestellt.
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Edelmetallplättchen 5 und 5 sind
jeweils an eine Spitze 3a der Mittelelektrode 3 und
eine Spitze 4a der Masseelek trode 4 geschweißt. Diese
Edelmetallplättchen 5 und 5 sind
aus einem wärmebeständigen,
nicht korrodierenden und elektrisch leitfähigem Metall wie z.B. Ir (Längenausdehnungskoeffizient α = 6,8 × 10–6,
Schmelzpunkt Tm = 2450°C) hergestellt, mit einem Durchmesser
von ungefähr
0,9 mm und einer Dicke von ungefähr
0,4 mm.
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Gemäß der Darstellung
in 2 sind jeweilige Schweißabschnitte S und S ferner
gekennzeichnet durch eine Schmelzschicht A, die zwischen der Masseelektrode 4 und
dem damit verbundenen Edelmetallplättchen 5 ausgebildet
ist, und eine Schmelzschicht B, die zwischen der Mittelelektrode 3 und dem
damit verbundenen Edelmetallplättchen 5 ausgebildet
ist. Beide Schmelzschichten A und B erstrecken sich von der zylindrischen
Seitenwandung des Edelmetallplättchens 5 zur
Außenseite,
so daß die Schmelzschichten
A und B frei in der äußeren Atmosphäre vorliegen.
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Das
Schweißverfahren
und die diesbezügliche
Struktur zum Befestigen des Edelmetallplättchens 5 an der Mittelelektrode 3 wird
nachfolgend anhand der 3A bis 3C näher erläutert. Das Schweißverfahren
zum Befestigen des Edelmetallplättchens 5 an
der Masseelektrode 4, die Struktur des Schweißabschnitts
S und seiner Umgebung, und ihre Funktion und Wirkung wird nachfolgend
nicht erläutert,
da sie im wesentlichen identisch mit der nachfolgend anhand der
Mittelelektrode 3 beschriebenen ist.
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Zunächst wird
gemäß der Darstellung
in 3A ein Edelmetallplättchen 5 auf der Spitze 3a der
Mittelelektrode 3 positioniert. Dann wird der Widerstandschweißvorgang
zwischen der Mittelelektrode 3 und dem Edelmetallplättchen 5 unter
Verwendung einer Schweißelektrode 7 einer
Widerstandsschweißmaschine
ausgeführt.
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Dieser
Widerstandschweißvorgang
wird kontinuierlich während
eines Zeitraums ausgeführt,
der äquivalent
zu 10 Zyklen einer alternierenden Wellenform unter den Bedingungen
ist, daß der
Druck P = 25 kg/cm2 ist und der Schließstrom I
= 800 A beträgt. In
diesem Fall besteht eine Mikroschwingung längs der Kontaktfläche "s", wo das Edelmetallplättchen 5 vor
dem Ausführen
des Widerstandschweißvorganges
in Kontakt mit der Mittelelektrode 3 gebracht wurde. Aufgrund
einer derarten Schwingung weist der Widerstand an dieser Kontaktfläche "s" unmittelbar nach dem Beginn des Widerstandschweißvorganges einen
sehr großen
Widerstandswert auf (insbesondere während des Zeitraums entsprechend
den mehreren ersten Zyklen der alternierenden Wellenform). Dementsprechend
wird diese Kontaktfläche "s" der stärksten Wärmeerzeugung ausgesetzt.
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Die
Mittelelektrode 3 nahe der Kontaktfläche "s" wird
geschmolzen, während
das Edelmetallplättchen 5 jedoch
ungeschmolzen bleibt, da die Mittelelektrode 3 wie oben
beschrieben einen geringeren Schmelzpunkt als das Edelmetallplättchen 5 aufweist.
Nachdem sie geschmolzen ist, wird die Mittelelektrode 3 mit
einem größeren Bereich
in einer benetzten bzw. weichen Art und Weise in Kontakt mit dem
Edelmetallplättchen 5 gebracht,
so daß die Schwingung
im wesentlichen ausgelöscht
wird. Daher wird der Widerstand der Kontaktfläche "s" stark verringert.
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Dann
wird das Edelmetallplättchen 5 durch den
aufgebrachten Druck P zur Mittelelektrode 3 gedrückt. Gemäß der Darstellung
in 3B wird die geschmolzene Mittelelektrode 3 rund
um die äußeren Peripherie
des Edelmetallplättchen 5 fließgepreßt bzw.
extrudiert und derart angehoben, daß sie den überstehenden Abschnitt 3c ausbildet.
Auf diese Weise wird das Edelmetallplättchen 5 sicher an
der Mittelelektrode 3 befestigt. Der überstehende Abschnitt 4c der
Masseelektrode 4 wird in der gleichen wie in 2 dargestellt
Weise ausgebildet.
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Nachfolgend
wird gemäß der Darstellung
in 3B ein Laserschweißen längs der äußeren Peripherie des Edelmetallplättchen 5 vorgenommen.
Gewöhnlich
wird das Laserschweißen
durch Verdichten der Energie an einen gewünschten Punkt des Kontaktabschnitts
zwischen den beiden Teilen ausgeführt, um diese bestimmten Abschnitte
und ihre Umgebung zu schmelzen, wodurch diese beiden Teile verschweißen. Diese
Ausführungsform
nutzt einen YAG-Laser mit einer Strahlungsenergie von 5 J und einer
Bestrahlungszeit von 5 ms mit einem genauen Fokus (just focus) (0
am überstehenden
Abschnitt 3c).
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Insbesondere
wird der Laserstrahl L am überstehenden
Abschnitt 3c oder seiner Nachbarschaft an der Mittelelektrode 3 mit
einem Einfallswinkel von 45° bezüglich der
Achse der Mittelelektrode 3 gebündelt. Auf diese Weise wird
das Edelmetallplättchen 5 mit
dem Laserstrahl L (d.h. dem energieverdichteten Licht) durch den überstehenden
Abschnitt 3c bestrahlt. Die Energie des Laserstrahles L
wird genutzt, um den überstehenden
Abschnitt 3c entsprechend in Spitzenrichtung des Pfeiles
L zu schmelzen und die Spitze 3a der Mittelelektrode 3 und
den zentralen Abschnitt der Seitenfläche des Edelmetallplättchens 5 in
der Nachbarschaft des obengenannten überstehenden Abschnitts 3c zu schmelzen.
Diese geschmolzenen Abschnitte können
miteinander vermischt werden, da der überstehende Abschnitt 3c der
geschmolzenen Mittelelektrode 3 das geschmolzene Edelmetallplättchen 5 abdeckt.
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Dementsprechend
wird die Schmelzschicht B gemäß der Darstellung
in 3C an einem Abschnitt ausgebildet, der in Spitzenrichtung
des Pfeiles L liegt. Insbesondere erstreckt sich die Schmelzschicht
B im wesentlichen von der zylinderförmigen Seitenwandung des Edelmetallplättchens 5 durch den überstehenden
Abschnitt 3c an der Außenseite längs der
Zielrichtung des energieverdichteten Lichtes L.
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Die
Mittelelektrode 3 und das Edelmetallplättchen 5 werden wirksam
in dieser Schmelzschicht B vermischt. Dann wird das oben beschriebene
Laserschweißen
durch Drehen der Mittelelektrode 3 um ihre Achse gänzlich längs der äußeren Peripherie
des Edelmetallplättchens 5 ausgeführt. Auf
diese Weise wird die Schmelzschicht B gemäß der Darstellung in 3D längs der
gesamten Peripherie des Edelmetallplättchens 5 ausgebildet.
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Diese
Schmelzschicht B weist einen Längenausdehnungskoeffizienten
auf, dessen Wert irgendwo zwischen dem der Mittelelektrode 3 und
dem Edelmetallplättchen 5 liegt;
daher wird es möglich, die
am Schweißabschnitt
S auftretende thermische Beanspruchung zu verringern, wenn die Zündkerze für einen
Verbrennungsmotor wiederholt verwendet wird.
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Nachfolgend
wird die Funktion und Wirkungsweise dieser Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung erläutert.
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Gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
kann der überstehende
Abschnitt 3c durch Einsenken des Edelmetallplättchens 5 in
die Mittelelektrode 3 durch Ausführen des Widerstandschweißens ausgebildet
werden. Und das Edelmetallplättchen 5 kann
durch den so ausgebildeten überstehenden
Abschnitt 3c auf einfache Weise befestigt werden. Auf diese
Weise wird es möglich,
einen Schritt beim Montagevorgang zum Befestigen des Edelmetallplättchens 5 an
der Mittelelektrode 3 einzusparen.
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Durch
Ausführen
des Laserschweißens durch
den überstehenden
Abschnitt 3c wird es ferner möglich, die Schmelzschicht B
auszubilden, die eine wirksame Verringerung der im Schweißabschnitt
S zwischen dem Edelmetallplättchen 5 und
der Mittelelektrode 3 auftretenden thermischen Beanspruchung ermöglicht.
Mit anderen Worten hat der überstehende
Abschnitt 3c in der vorliegenden Ausführungsform eine Funktion zum
Ausbilden der Schmelzschicht B wie auch eine Funktion zum Befestigen
des Edelmetallplättchens 5.
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Bei
den herkömmlichen
Fällen
war es überdies
notwendig, daß das
Edelmetallplättchen 5 eine Dicke
von mehr als 1 mm hatte, angesichts der Notwendigkeit eines tiefen
Einfügens
oder In-Eingriff-Bringens des Edelmetallplättchens 5 in die Bohrung
(siehe 4A), die in der Mittelelektrode 3 ausgebildet
war. In dieser Hinsicht ermöglicht
die vorliegende Ausführungsform
die Verwendung eines dünnen
Edelmetallplättchens 5 mit
einer Dicke von ungefähr
0,4 mm, was zu einer wesentlichen Verringerung der Materialmenge
des Edelmetallplättchens 5 führt.
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Ferner
liegt der überstehenden
Abschnitt 3c in der vorliegenden Ausführungsform frei an der Außenseite
vor. Folglich können
sowohl der überstehende
Abschnitt 3c als auch die Mittelelektrode 3, wenn
sie durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L verdampft sind,
in die äußere Atmosphäre verdampfen.
Dementsprechend besteht keine Möglichkeit
einen Hohlraum in der Schmelzschicht B oder in dessen Nachbarschaft
zu bewirken, auch nachdem der Schweißvorgang beendet ist, obwohl
dieses Problem in den zuvor beschriebenen herkömmlichen Fällen auftrat. Überdies
löst die
vorliegende Ausführungsform
das Problem der Mikrolöcher,
die im Edelmetallplättchen 5 und
der Elektrode 3 vor dem Ausführen des Schweißvorganges
vorliegen, da diese Mikrolöcher
frei aus dem Edelmetallplättchen 5 oder Elektrode 3 austreten
und in die äußere Atmosphäre gehen
können,
wenn sie beim Schmelzen des Edelmetallplättchens 5 und der
Elektrode 3 zu großen Lunkern
anwachsen.
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Ferner
ist die Bestrahlung des Edelmetallplättchens 5 über den überstehenden
Abschnitt 3c mit dem Laserstrahl L dahingehend vorteilhaft,
daß die
in die Schmelzschicht B einbezogene Komponente der Mittelelektrode 3 nicht
reduziert wird. Obwohl der Laserstrahl L ein mehr oder weniger großes Ausmaß an Verdampfung
bewirken kann, wird ein. Anschwellen des überstehenden Abschnitts 3c wirksam,
und eine unerwünschte
Größenverminderung des
Schweißabschnitts
S verhindert.
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Mit
der so ausgebildeten Schmelzschicht B wird es möglich, die im Schweißabschnitt
S bewirkte thermische Beanspruchung zu verringern und die Verbindungsfestigkeit
zwischen der Mittelelektrode 3 und dem Edelmetallplättchen 5 korrekt
aufrecht zu erhalten.
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Gemäß dem Schweißverfahren
in der oben beschriebenen Ausführungsform
können
das Edelmetallplättchen 5 und
die Mittelelektrode 3, welche hinsichtlich ihrer Längenausdehnungskoeffizienten α sehr unterschiedlich
sind ferner fest mit einer ausgezeichneten Verbindungsfestigkeit
zusammengefügt werden.
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Geht
man davon aus, daß H
und W die Höhe und
die Breite des überstehenden
Abschnitts 3c gemäß der Darstellung
in 3B darstellen, ermöglicht die Bestimmung die Größe des überstehenden
Abschnitts 3c unter Erfüllung
der Gleichungen H ≥ 0,1 mm
und W ≥ 0,1
mm eine gleichmäßige Vermischung des überstehenden
Abschnitts 3c und des Edelmetallplättchens 5 beim Laserschweißvorgang.
Mit derartigen Größenfestsetzungen
wird es infolge der ausgebildeten Schmelzschicht B möglich, die
Möglichkeit
eines Loslösens
der Komponente der Mittelelektrode 3 besser zu beseitigen.
Dementsprechend verringert die Schmelzschicht B wirksam die vom Schweißabschnitt
S bewirkte thermische Beanspruchung.
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Obwohl
der Laserschweißvorgang
gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
längs der gesamten
Peripherie des Edelmetallplättchens 5 ausgeführt wird,
ist es überflüssig zu
erklären,
daß die
vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausgestaltungsweise beschränkt ist.
Zum Beispiel ist es gemäß der Darstellung
in 3E möglich,
den Laserschweiß vorgang
nur an zwei Punkten an der äußeren Peripherie
des Edelmetallplättchens 5 auszuführen. Alternativ
kann das Laserschweißen
an drei Punkten oder mehr ausgeführt
werden.
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Ferner
ist die Mittelelektrode 3 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform
aus einer wärmebeständigen Legierung
der Nickel-Gruppe (INCONEL 600, vertrieben von Inconel Co., Ltd.)
und das Edelmetallplättchen 5 ist
aus Ir hergestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf
diese Materialien beschränkt.
Die Mittelelektrode 3 kann auch aus einem anderen wärmeresistenten
Legierungsmaterial hergestellt sein. Und das Edelmetallplättchen 5 kann aus
anderen Edelmetallmaterialien hergestellt sein, die aus der Gruppe
mit Pt (Längenausdehungskoeffizient α = 9 × 10–6,
Schmelzpunkt Tm = 1770°C), 20Ir-80Pt (Längenausdehnungskoeffizient α = 8,4 × 10–6,
Schmelzpunkt Tm = 1850°C), 80Pt-20Ni (Längenausdehnungskoeffizient α = 9,4 × 10–6,
Schmelzpunkt Tm = 1550°C), Ir-Pt, Ir-Pt-Ni, Ir-Rh,
Ir-W, Ir-Al, Ir-S, Ir-Y, Ir-Y2O3 hergestellt
sein.
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Gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
wird das Laserschweißen überdies
als ein Verschweißen
auf der Basis verdichteter Energie angewendet. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht auf dieses Laserschweißen beschränkt. Zum Beispiel kann auch
ein Elektronenstrahlschweißen
als alternatives Schweißverfahren
mit einer verdichteten Energie angewendet werden.