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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze sowie ein Verfahren
zum Herstellen derselben.
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In
Reaktion auf eine erhöhte
Nachfrage nach einer hohen Leistung einer internen Verbrennungsmaschine,
wie zum Beispiel eines Fahrzeug-Benzinmotors,
wurde in den vergangenen Jahren eine Zündkerze zum Bereitstellen einer
Zündung
erforderlich, um eine Zündleistung
zu verbessern und eine Entladungsspannung zu reduzieren. Eine Reduktion des
Durchmessers eines Zündabschnitts
einer Mittelelektrode ist wirksam zum Verbessern einer Zündleistung
und zum Reduzieren einer Entladungsspannung. Somit setzen viele
Zündkerzen
eine Struktur ein, bei welcher ein Edelmetallchip mit einem Durchmesser-reduzierten
Distalende einer Mittelelektrode verbunden wird, um einen Zündabschnitt
zu bilden. Um eine Treibstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und
um strengeren Abgasbestimmungen nachzukommen, geht jedoch seit kurzem
der Trend in Richtung eines mageren Luft-Treibstoff-Gemischs (magere
Verbrennung) und die Zündbedingungen
werden somit zunehmend schwieriger. Unter diesen Umständen ist
selbst eine Erdungselektrode, die tiefer in einer Verbrennungskammer
angeordnet ist, einer solchen Belastung ausgesetzt, dass ein Edelmetallchip mit
der Erdungselektrode verbunden wird, um einen Zündabschnitt zu bilden, der
von der Seitenfläche
der Erdungselektrode in Richtung der Distalendfläche einer Mittelelektrode hervorsteht,
und wobei der Durchmesser des Distalendabschnitts des Edelmetallchips auch
reduziert ist.
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Eine ältere Anmeldung
(japanische offengelegte (kokai) Patentanmeldung Nr. H03-176979),
die von den vorliegenden Erfindern eingereicht wurde, offenbart
eine spezielle Struktur zum Reduzieren des Durchmessers eines Edelmetallzündabschnitts
einer Erdungselektrode. Bei der Zündkerze, die in 2 der
Publikation gezeigt ist, ist ein zylinderförmiger Chip aus Ir oder einer
Ir-Legierung mit
einem kleinen Durchmesser direkt oder über eine Zwischenschicht aus
einem Pt-basierten Metall elektrisch an ein Ni-basiertes Elektrodenbasismetall
geschweißt
(Widerstandsschweißen).
Der Chip wird einem elektrischen Schweißen unterzogen, wobei der Chip
in einen Zustand eintritt, in welchem der Chip durch Bearbeitung deformiert
werden kann. In diesem Zustand wird durch Anwendung von Druck ein
vorderer Abschnitt (Verbindungsseitenabschnitt) des Chips deformiert, wobei
ein Flanschabschnitt gebildet wird. Die Bildung des Flanschabschnitts
steigert einen Verbindungsbereich, wobei der Chip mit kleinem Durchmesser
mit einer ausreichenden Festigkeit verbunden werden kann. Dies ist
der Hauptpunkt der älteren
Erfindung.
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Jedoch
haben die nachfolgenden Studien gezeigt, dass eine Legierungsschicht
mit einer bestimmten Dicke oder größer zwischen dem Edelmetallchip
und einem Hauptmetallabschnitt der Erdungselektrode, mit welcher
der Chip verbunden wird, gebildet werden muss, um ein Edelmetall
mit einer Elektrode mit ausreichender Festigkeit zu verbinden. Ir,
welches bei der älteren
Erfindung als ein Material für
den Edelmetallchip verwendet wird, hat einen hohen Schmelzpunkt,
der größer oder
gleich 2400°C
ist. Somit ist eine Widerstandserwärmung auf beträchtliche
hohe Temperaturen erforderlich, um die Legierungsschicht zu bilden.
Jedoch haben ein Ni-basiertes Elektrodenbasismaterial und eine Zwischenschicht
aus einem Pt-basierten Metall, welche den Hauptmetallabschnitt der
Erdungselektrode bilden, Schmelzpunkte, die weit geringer sind,
als derjenige von Ir (Schmelzpunkt von Ni: 1453°C, und Schmelzpunkt von Pt:
1769°C).
Wie in 13 der beiliegenden Zeichnungen
gezeigt ist, wird deshalb der Hauptmetallabschnitt einer Erdungselektrode 4 übermäßig erweicht
und im Vergleich mit einem Edelmetallchip 32' signifikant deformiert, wenn eine
Widerstandserwärmung
auf eine Temperatur, die für
ein Legieren mit Ir erforderlich ist, durchgeführt wird; demzufolge wird ein
Bilden eines normalen Zündabschnitts
sehr schwierig. Weil die Erdungselektrode 4 wesentlich
erweicht ist, gelingt es der Erdungselektrode 4 auch nicht,
eine ausreichende Druckdeformationskraft aufzunehmen, die auf einen vorderen
Abschnitt (Verbindungsseitenabschnitt) des Edelmetallchips 32' wirkt. Im Ergebnis
wird ein Flanschabschnitt 32t nicht in einem erwarteten
Maß ausgebreitet
und das meiste des Flanschabschnitts wird höchstwahrscheinlich in der Erdungselektrode 4 begraben.
Weil der Flanschabschnitt 32t keine ausreichende Breite
hat oder in der Elektrode begraben ist, wird der so erhaltene Zündabschnitt 32 so
gebildet, dass sein vorderes Endteil, welches von der Erdungselektrode 4 hervorsteht
(ein hervorstehendes vorderes Endteil), unvermeidlich von einer
freiliegenden Fläche
eines Elektrodenbasismaterials 4 umgeben ist, dessen Schmelzpunkt
gering ist.
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Wie
in 14 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt ist, ist
es wie in dem Fall der Mittelelektrode denkbar, dass der Ir-basierte
Edelmetallchip 32' mit der
Erdungselektrode 4 durch Laserschweißen verbunden wird. Wie in 14 gezeigt
ist, wird jedoch bei Einsatz von Laserschweißen ein Schweißfleck WB,
der als ein Verbindungsabschnitt dient, um einen hervorstehenden
vorderen Teil des erhaltenen Zündabschnitts 32 gebildet,
während
er eine beträchtliche
Breite hat (zum Beispiel 0,2 mm oder größer). Weil ein Laserstrahl
LB eine Wärmekonzentration
bewirkt, wird der Schweißfleck
WB in der folgenden Weise gebildet: das Elektrodenbasismaterial
und der Edelmetallchip 32' werden
miteinander verschmolzen, gefolgt von einer Verfestigung. Somit wird
der Schweißfleck
WB gebildet, während
ein beträchtlicher
Abschnitt des Edelmetallchips 32' erodiert wird. Weil der Schweißfleck WB
einen große Menge
an Elektrodenbasismaterial umfasst, welches zum Beispiel ein Nibasiertes
Metall ist, hat der Schweißfleck
WB einen wesentlich geringeren Schmelzpunkt als der Zündabschnitt 32,
der aus einem Ir-basierten Metall gebildet ist. Das heißt, dass ein
hervorstehender vorderer Endteil des erhaltenen Zündabschnitts 32 von
dem Schweißfleck
WB mit geringem Schmelzpunkt umgeben ist.
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Es
ist anzumerken, dass, wenn der Durchmesser des Zündabschnitts 32 der
Erdungselektrode 4 reduziert wird, das folgende Phänomen auftreten kann.
In den vergangenen Jahren hat sich ein Benzineinspritzdruck reduziert,
um bei einem internen Verbrennungsmotor eine Treibstoffsparsamkeit
zu erhöhen
und eine magere Verbrennung zu praktizieren, und ein Einsatz eines
Motors vom Typ Direkteinspritzung, bei dem Treibstoff direkt in
eine Verbrennungskammer eingespritzt wird, wird zunehmend üblich. Demzufolge
ist ein Gasstrom in einer Verbrennungskammer relativ turbulent.
Wenn der Durchmesser des Zündabschnitts 32 reduziert
wird, um eine Zündleistung
zu erhöhen
oder aus anderen Gründen,
wird der Bereich der Oberfläche
eines Distalendes des Zündabschnitts 32,
auf dem Oberflächenzündfunken landen,
verkleinert. Wie in 15 der beiliegenden Zeichnungen
gezeigt ist, driften die Zündfunken
SP ab und laufen von der Oberfläche
des Distalendes des Zündabschnitts 32 ab,
wenn eine Funkenbildung einer starken seitlichen Gasströmung ausgesetzt
ist; im Ergebnis kann der Zündfunke
auf einer Umfangsfläche
einer Elektrode landen, die den hervorstehenden vorderen Endteil
umgibt. Falls zu diesem Zeitpunkt, wie in 13 oder 14 gezeigt
ist, die Umfangsfläche
der Elektrode aus dem Elektrodenbasismaterial oder dem Schweißfleck WB
ist, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als der Zündabschnitt 32 haben,
wird der Landeabschnitt durch eine Funkenabtra gung wie in 15 gezeigt
erodiert, wodurch eine unebene Abtragung bewirkt wird und somit
ein Problem auftritt, dass die Lebensdauer der Erdungselektrode 4 zu
einem frühen
Zeitpunkt beendet ist.
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Die
japanische Patentzusammenfassungen Vol. 018, Nr. 049 und JP-A-05
275157 werden als nächstliegender
Stand der Technik betrachtet und offenbaren eine Zündkerze
gemäß den Oberbegriffen der
Ansprüche
1 und 2.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze bereitzustellen, bei
der ein Edelmetallzündabschnitt
auf einer Erdungselektrode hervorstehend gebildet ist, und welche
so konfiguriert ist, dass es unwahrscheinlich ist, dass die Erdungselektrode
uneben abgetragen wird, selbst wenn sie in einer Umgebung eingesetzt
wird, in der ein Zündfunke unter
einer Gasströmung
abdriften kann, sowie ein Verfahren zum Herstellen der Zündkerze.
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Um
das obige Ziel zu erreichen, wird eine Zündkerze gemäß eines ersten Aspekts der
vorliegenden Erfindung in der folgenden Weise konfiguriert:
Ein
Erdungselektrodenzündabschnitt,
der fest an einer Seitenfläche
einer Erdungselektrode befestigt ist, ist derart angeordnet, um
einem Mittelelektrodenzündabschnitt
gegenüberzuliegen,
der aus einem Edelmetall hergestellt und fest an einem Distalende einer
Mittelelektrode befestigt ist, wodurch ein Zündfunkenentladungsabstand zwischen
dem Mittelelektrodenzündabschnitt
und dem Erdungselektrodenzündabschnitt
gebildet ist;
der Erdungselektrodenzündabschnitt aus einem Edelmetall
gebildet ist, das Pt als einen Hauptbestandteil umfasst; und
der
Erdungselektrodenzündabschnitt
so konfiguriert ist, dass die Oberfläche des Distalendes, die dem Zündfunkenentladungsabstand
gegenüberliegt,
im Durchmesser kleiner ist als eine Bodenfläche, die fest an der Erdungselektrode
befestigt ist; die Oberfläche
des Distalendes ist hervorstehend näher an dem Distalende der Mittelelektrode
angeordnet als es die Seitenfläche
der Erdungselektrode ist; und, wenn der Erdungselektrodenzündabschnitt
auf der Ebene der Oberfläche
des Distalendes betrachtet wird, wird ein Abschnitt einer Oberfläche des
Erdungselektrodenzündabschnitts
als eine Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich betrachtet, die auf der Seitenfläche der
Erdungselektrode derart freiliegend ist, so dass sie die Oberfläche des
Distalendes umgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Erdungselektrodenzündabschnitt
mit der Erdungselektrode über eine
Legierungsschicht verbunden ist, die ein Dicke im Bereich von 0,5 μm bis 100 μm besitzt
und in der das Edelmetall, das den Erdungselektrodenzündabschnitt
bildet, und ein Metall, das die Erdungselektrode bildet, miteinander
legiert sind.
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Hierbei
ist zu beachten, dass der Begriff „Hauptbestandteil" einen Bestandteil
bezeichnet, dessen Inhalt der höchste
der beteiligten Materialien ist.
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In
der oben beschriebenen Zündkerze
der vorliegenden Erfindung nimmt der Erdungselektrodenzündabschnitt
eine solche Form an, dass die Oberfläche des Distalendes hervorstehend
näher an dem
Distalende der Mittelelektrode angeordnet ist, als es die Seitenfläche der
Erdungselektrode ist, und dass die Oberfläche des Distalendes im Durchmesser
kleiner als die Bodenfläche
ist, wodurch zu einer Verbesserung der Zündleistung und zu einer Reduktion
der Entladungsspannung beigetragen wird. Auch empfängt die
Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich aus einem Edelmetall den Zündfunken,
wodurch eine unebene Abtragung der Elektrode verhindert wird, selbst
wenn ein Zündfunke
unter einem Gasstrom abdriftet und von der Oberfläche des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts abläuft, weil
die Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich, die als ein Umfangsbereich der Oberfläche des Distalendes
des Erdungselektrodenzündabschnitts dient,
aus einem Edelmetall ist.
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Der
Erdungselektrodenzündabschnitt
wird aus einem Edelmetall gebildet, welches Pt als Hauptbestandteil
enthält,
und wird mit der Erdungselektrode über eine Legierungsschicht
mit einer Dicke im Bereich von 0,5 μm bis 100 μm verbunden. Weil die Dicke
der Legierungsschicht innerhalb des oben genannten Bereichs liegt,
wird die Edelmetalloberfläche,
die als die Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich dient, durch die Legierungsschicht nicht übermäßig erodiert,
die als ein Ergebnis eines Verbindens gebildet wird. Im Ergebnis
wird eine ausreichend breite Edelmetalloberfläche um die Oberfläche des Distalendes
des Erdungselektrodenzündabschnitts bereitgestellt,
wodurch ein Vorteil in Bezug auf ein Verhindern einer unebenen Abtragung
geboten wird. Hierbei ist zu beachten, dass der Begriff „Dicke
der Legierungsschicht" einen
Abstand bezeichnet, der entlang einer Richtung senkrecht zu der
Grenzfläche zwischen
dem Erdungselektrodenzündabschnitt
und der Legierungsschicht gemessen wird.
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In
dem Falle, wenn der Erdungselektrodenzündabschnitt durch Verbinden
eines Edelmetallchips mit der Erdunselektrode gebildet wird, ist
der oben beschriebene Dickenbereich der Legierungsschicht zum Bilden
einer Verbindung mittels Laserschweißen, das einen relativ breiten
Schweißfleck bildet,
sehr schwierig zu erreichen, er ist aber leicht zu erreichen durch
Einsatz eines Widerstandsschweißprozesses.
Im Gegensatz zu der Zündkerze, die
in der oben genannten offengelegten (kokai) japanischen Patentanmeldung
Nr. H03-176979 offenbart ist
und bei der der Erdungselektrodenzündabschnitt aus einem Ir-basierten
Metall gebildet ist, wird der Erdungselektrodenzündabschnitt gemäß der ersten Konfiguration
der Zündkerze
der vorliegenden Er findung aus einem Edelmetall gebildet, das Pt
als eine Hauptkomponente enthält,
wobei das Metall im Schmelzpunkt geringer als das Ir-basierte Metall
ist, wodurch ein Verbinden durch ein Widerstandsschweißen ohne
Auftreten eines Problems hergestellt werden kann.
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Wenn
die Dicke der Legierungsschicht weniger als 0,5 μm ist, wird die Verbindungsfestigkeit
des Erdungselektrodenzündabschnitts
unzureichend und es wird somit wahrscheinlich, dass eine Trennung des
Zündabschnitts
oder dergleichen auftritt. Wenn ein Widerstandsschweißen unter
normalen Bedingungen eingesetzt wird, wird eine Legierungsschicht mit
einer Dicke von zum Beispiel ungefähr 0,1 μm bis 1 μm gebildet. Jedoch kann mittels
Durchführen
eines thermischen Diffusionsprozesses nach dem Widerstandsschweißen die
Dicke der Legierungsschicht auf ungefähr 100 μm erhöht werden. Jedoch beinhaltet
ein Erhöhen
der Dicke auf 100 μm
oder mehr ein Erhöhen
der thermischen Behandlungszeit, wodurch eine Beeinträchtigung
einer Herstellungseffizienz hervorgerufen wird.
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Der
Erdungselektrodenzündabschnitt
kann so gebildet werden, dass sein vorderes Endteil, welches die
Bodenfläche
umfasst, in der Erdungselektrode eingebettet ist. Eine solche Einbettung
des vorderen Endteils des Erdungselektrodenzündabschnitts verbessert weiter
die Verbindungsfestigkeit des Zündabschnitts.
In diesem Fall wird die Legierungsschicht in einer solchen Weise
gebildet, dass die Seitenfläche
des eingebetteten vorderen Endteils des Zündabschnitts umgeben wird.
Wenn die Dicke der Legierungsschicht 100 μm überschreitet, erodiert die
Legierungsschicht einen Umfangskantenabschnitt der Umfangsfläche mit
freiliegendem Bereich des Zündabschnitts übermäßig, wodurch
die wirkliche Breite der Umfangsfläche mit freiliegendem Bereich
reduziert wird. Im Ergebnis wird der Effekt eines Verhinderns einer
unebenen Abtragung der Elektrode unzureichend.
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Der
Begriff „Legierungsschicht" wird hier definiert
als der Bereich, der eine Zusammensetzung hat, wie sie nachfolgend
beschrieben ist. CPt1 repräsentiert
die Pt-Konzentration eines Abschnitts eines Edelmetallchips, welcher
mittels Schweißen
zum Bilden eines Zündabschnitts
befestigt ist, wobei der Abschnitt frei von einer durch Schweißen bewirkten
Veränderung
der Zusammensetzung ist. CPt2 repräsentiert die Pt-Konzentration
eines Abschnitts einer Erdungselektrode, wobei der Edelmetallchip
an die Erdungselektrode geschweißt ist und der Abschnitt frei ist
von einer durch das Schweißen
bewirkten Veränderung
der Zusammensetzung. Die Legierungsschicht ist als ein Abschnitt
eines Bereichs definiert, der zwischen der Erdungselektrode und
dem Erdungselektrodenzündabschnitt
gebildet ist, und eine Pt-Zwischenkonzentration
zwischen der Pt-Konzentration der Erdungselektrode und derjenigen
des Erdungselektrodenzündabschnitts
hat, wobei der Abschnitt eine Pt-Konzentration hat, die durch CPt3
repräsentiert
wird und 0,2(CPt1 – CPt2) + CPt2 ≤ CPt3 ≤ 0,8(CPt1 – CPt2) +
CPt2.genügt.
Es ist zu beachten, dass die oben genannte Pt-Konzentration durch
eine bekannte analytische Methode ermittelt werden kann, zum Beispiel
durch Mikrosondenanalytik (Electron Probe Micro Analysis, EPMA).
Zum Beispiel werden der Erdungselektrodenzündabschnitt und sein Umfangsabschnitt
von eine Ebene geschnitten, die durch die geometrische Schwerpunktposition
der Oberfläche
des Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts verläuft, und die
eine gerade Linie parallel zu der Achse der Mittelelektrode umfasst.
Die Verteilung der Pt-Konzentration auf dem erhaltenen Abschnitt
wird mittels einer Linien- oder Oberflächenanalyse gemessen, die mittels
EPMA ausgeführt
wird, wobei eine Legierungsschicht identifiziert werden kann.
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Um
das obige Ziel zu erreichen, wird eine Zündkerze gemäß eines zweiten Aspekts der
vorliegenden Erfindung in der folgenden Weise konfiguriert:
Ein
Erdungselektrodenzündabschnitt,
der fest an einer Seitenfläche
einer Erdungselektrode befestigt ist, derart angeordnet, um einem
Mittelelektrodenzündabschnitt
gegenüberzuliegen,
der aus einem Edelmetall hergestellt und fest an einem Distalende einer
Mittelelektrode befestigt ist, wodurch ein Zündfunkenentladungsabstand zwischen
dem Mittelelektrodenzündabschnitt
und dem Erdungselektrodenzündabschnitt
gebildet ist;
der Erdungselektrodenzündabschnitt aus einem Edelmetall
gebildet ist, das Pt als einen Hauptbestandteil umfasst; und
eine
Oberfläche
des Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts so konfiguriert
ist, dass die Oberfläche
des Distalendes, die dem Zündfunkenentladungsabstand
gegenüberliegt,
im Durchmesser kleiner ist als eine Bodenfläche davon; die Oberfläche des
Distalendes ist hervorstehend näher
an dem Distalende der Mittelelektrode angeordnet, als es die Seitenfläche der
Erdungselektrode ist; und, wenn der Erdungselektrodenzündabschnitt
auf der Ebene der Oberfläche
des Distalendes betrachtet wird, wird ein Abschnitt einer Oberfläche des
Erdungselektrodenzündabschnitts
als eine Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich betrachtet, die auf der Seitenfläche der
Erdungselektrode derart freiliegend ist, so dass sie die Oberfläche des
Distalendes umgibt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Erdungselektrodenzündabschnitt über einen
Relaxationsmetallabschnitt fest an einer Seitenfläche der
Erdungselektrode befestigt ist, wobei die Bodenfläche des
Erdungselektrodenzündabschnitts
fest an dem Relaxationsmetallabschnitt befestigt ist, der Relaxationsmetallabschnitt
ist aus einem Metall mit einem Koeffizienten linearer Expansion
gebildet, der zwischen dem eines Metalls, das die Erdungs elektrode
bildet, und dem des Edelmetalls liegt, das den Erdungselektrodenzündabschnitt
bildet; und wobei eine erste Legierungsschicht, die eine Dicke im
Bereich von 0,5 μm bis
100 μm besitzt
und in der das Edelmetall, das den Erdungselektrodenzündabschnitt
bildet, und das Metall, das den Relaxationsmetallabschnitt bildet,
miteinander legiert sind, zwischen dem Erdungselektrodenzündabschnitt
und dem Relaxationsmetallabschnitt geformt ist.
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In
der oben beschriebenen Zündkerze
der vorliegenden Erfindung nimmt der Erdungselektrodenzündabschnitt
eine solche Form an, dass die Oberfläche des Distalendes hervorstehend
näher an dem
Distalende der Mittelelektrode angeordnet ist, als es die Seitenfläche der
Erdungselektrode ist, und dass die Oberfläche des Distalendes im Durchmesser
kleiner als die Bodenfläche
ist, wodurch zu einer Verbesserung der Zündleistung und zu einer Reduktion
der Entladungsspannung beigetragen wird. Auch empfängt die
Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich aus einem Edelmetall den Zündfunken,
wodurch eine unebene Abtragung der Elektrode verhindert wird, selbst
wenn ein Zündfunke
unter einem Gasstrom abdriftet und von der Oberfläche des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts abläuft, weil
die Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich, die als ein Umfangsbereich der Oberfläche des Distalendes
des Erdungselektrodenzündabschnitts dient,
aus einem Edelmetall ist.
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Der
Erdungselektrodenzündabschnitt
wird aus einem Edelmetall gebildet, das Pt als Hauptbestandteil
umfasst, wobei der Relaxationsmetallabschnitt aus einem Metall mit
einem Koeffizient linearer Expansion gebildet ist, der zwischen
demjenigen eines Metalls, das die Erdungselektrode bildet, und demjenigen
des Edelmetalls, das den Erdungselektrodenzündabschnitt bildet, liegt;
und die erste Legierungsschicht, die eine Dicke im Bereich von 0,5 μm bis 100 μm hat und
in der das Edelmetall, das den Erdungselektro denzündabschnitt
bildet, und das Metall, das den Relaxationsmetallabschnitt bildet,
miteinander legiert sind, wird zwischen dem Erdungselektrodenzündabschnitt
und dem Relaxationsmetallabschnitt gebildet. Weil die Dicke der
ersten Legierungsschicht innerhalb des oben genannten Bereichs liegt,
wird die Edelmetalloberfläche,
die als die Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich dient, durch die erste Legierungsschicht
nicht übermäßig erodiert, die
als ein Ergebnis eines Verbindens gebildet wird. Im Ergebnis wird
eine ausreichend breite Edelmetalloberfläche um die Oberfläche des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts bereitgestellt,
wodurch ein Vorteil in Bezug auf ein Verhindern einer unebenen Abtragung
geboten wird. Hierbei ist zu beachten, dass der Begriff „Dicke
der ersten Legierungsschicht" einen
Abstand bezeichnet, der entlang einer Richtung senkrecht zu der
Grenzfläche
zwischen dem Erdungselektrodenzündabschnitt
und der ersten Legierungsschicht gemessen wird.
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In
dem Falle, wenn der Erdungselektrodenzündabschnitt durch Verbinden
eines Edelmetallchips mit der Erdungselektrode gebildet wird, ist
der oben beschriebene Dickenbereich der ersten Legierungsschicht
zum Bilden einer Verbindung mittels Laserschweißen, das einen relativ breiten
Schweißfleck bildet,
sehr schwierig zu erreichen, er ist aber leicht zu erreichen durch
Einsatz eines Widerstandsschweißprozesses.
Des weiteren wird der Erdungselektrodenzündabschnitt aus einem Edelmetall
gebildet, das Pt als einen Hauptbestandteil umfasst, wobei Pt im
Schmelzpunkt geringer als Ir ist, wodurch ein Verbinden durch Widerstandsschweißen ohne Auftreten
von Problemen durchgeführt
werden kann.
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Wenn
die Dicke der Legierungsschicht weniger als 0,5 μm ist, wird die Verbindungsfestigkeit
des Erdungselektrodenzündabschnitts
unzureichend und es wird somit wahrscheinlich, dass eine Trennung des
Zündabschnitts
oder dergleichen auftritt. Wenn ein Widerstandsschweißen unter
normalen Bedingungen eingesetzt wird, wird eine erste Legierungsschicht
mit einer Dicke von zum Beispiel ungefähr 0,1 μm bis 1 μm gebildet. Jedoch kann mittels
Durchführen
eines thermischen Diffusionsprozesses nach dem Widerstandsschweißen die
Dicke der ersten Legierungsschicht auf ungefähr 100 μm erhöht werden. jedoch beinhaltet
ein Erhöhen
der Dicke auf 100 μm oder
mehr ein Erhöhen
der thermischen Behandlungszeit, wodurch eine Beeinträchtigung
einer Herstellungseffizienz hervorgerufen wird.
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Der
Erdungselektrodenzündabschnitt
kann so gebildet werden, dass sein vorderes Endteil, welches die
Bodenfläche
umfasst, in der Erdungselektrode eingebettet ist. Eine solche Einbettung
des vorderen Endteils des Erdungselektrodenzündabschnitts verbessert weiter
die Verbindungsfestigkeit des Zündabschnitts.
In diesem Fall wird die erste Legierungsschicht in einer solchen
Weise gebildet, dass die Seitenfläche des eingebetteten vorderen
Endteils des Zündabschnitts
umgeben wird. Wenn die Dicke der ersten Legierungsschicht 100 μm überschreitet,
erodiert die erste Legierungsschicht einen Umfangskantenabschnitt
der Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich des Zündabschnitts übermäßig, wodurch
die wirkliche Breite der Umfangsfläche mit freiliegendem Bereich
reduziert wird. Im Ergebnis wird der Effekt eines Verhinderns einer
unebenen Abtragung der Elektrode unzureichend.
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Der
Begriff „erste
Legierungsschicht" wird hier
definiert als der Bereich, der eine Zusammensetzung hat, wie sie
nachfolgend beschrieben ist. CPt4 repräsentiert die Pt-Konzentration
eines Abschnitts eines Edelmetallchips, welcher mittels Schweißen zum
Bilden eines Zündabschnitts
befestigt ist, wobei der Abschnitt frei von einer durch Schweißen bewirkten
Veränderung
der Zusammensetzung ist. CPt5 repräsentiert die Pt-Konzentration
eines Teils des Relaxationsmetallabschnitts, wobei der Edelmetallchip
an den Relaxations metallabschnitt geschweißt ist und der Teil frei ist
von einer durch das Schweißen
bewirkten Veränderung
der Zusammensetzung. Die erste Legierungsschicht ist als ein Abschnitt
eines Bereichs definiert, der zwischen dem Relaxationsmetallabschnitt
und dem Erdungselektrodenzündabschnitt
gebildet ist, und eine Pt-Zwischenkonzentration zwischen der Pt-Konzentration des
Relaxationsmetallabschnitts und derjenigen des Erdungselektrodenzündabschnitts
hat, wobei der Abschnitt eine Pt-Konzentration hat, die durch CPt6
repräsentiert
wird und 0,2(CPt4 – CPt5) + CPt5 ≤ CPt6 ≤ 0,8(CPt4 – CPt5) +
CPt5.genügt.
Es ist zu beachten, dass die oben genannten Pt-Konzentration durch
eine bekannte analytische Methode ermittelt werden kann, zum Beispiel
durch Mikrosondenanalytik (Electron Probe Micro Analysis, EPMA).
Zum Beispiel werden der Erdungselektrodenzündabschnitt und sein Umfangsabschnitt
von eine Ebene geschnitten, die durch die geometrische Schwerpunktposition
der Oberfläche
des Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts verläuft, und die
eine gerade Linie parallel zu der Achse der Mittelelektrode umfasst.
Die Verteilung der Pt-Konzentration auf dem erhaltenen Abschnitt
wird mittels einer Linien- oder Oberflächenanalyse gemessen, die mittels
EPMA ausgeführt
wird, wobei eine erste Legierungsschicht identifiziert werden kann.
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Wenn
G den kürzesten
Abstand entlang einer axialen Richtung der Mittelelektrode zwischen der
Oberfläche
des Distalendes des Mittelelektrodenzündabschnitts und der Oberfläche des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts darstellt, und L
eine Länge
eines Linienabschnitts darstellt, der bei einem kürzesten
Abstand die Umfangskante der Oberfläche des Distalendes des Mittelelektrodenzündabschnitts
und die Umfangskante der Umfangsfläche mit freiliegendem Bereich
verbindet, erfüllt
die Zündkerze
der vorliegenden Erfindung vorzugsweise den folgenden relationalen
Ausdruck: 1,3G ≤ L ≤ 3G (1)
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Wenn,
in orthogonalem Überstand
an einer Ebene, welche die Achse der Mittelelektrode senkrecht schneidet,
A die Breite der Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich darstellt, W die Breite der Erdungselektrode
darstellt und d den Durchmesser der Oberfläche des Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts
darstellt, erfüllt
die Zündkerze
der vorliegenden Erfindung vorzugsweise den folgenden relationalen
Ausdruck: 0,15 ≤ A ≤ {(W – d)/2} – 0,4 (Einheit:
mm) (2)
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Hierbei
ist zu beachten, dass der Begriff „Breite der Umfangsfläche mit
freiliegendem Bereich" eine
durchschnittliche Dimension der Umfangsfläche mit freiliegendem Bereich
bezeichnet, wie sie in der oben beschriebenen orthogonalen Projektion
entlang einer radialen Richtung gemessen wird, die von der geometrischen
Schwerpunktposition der Oberfläche des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts ausstrahlt.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird die oben genannte Dimension
L aus einer hervorstehenden Höhe
t einer Oberfläche 32t eines
Distalendes eines Erdungselektrodenzündabschnitts 32, die
von der Referenzposition gemessen wird, und einer Breite A der Umfangsfläche mit
freiliegendem Bereich 32p ermittelt, wenn eine Umfangskante 32e einer
Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich als eine Referenzposition bezüglich der
Richtung einer Achse O einer Mittelelektrode 3 dient. Deshalb
kann L auf die 1,3-fache oder hö here
Dimension G gesetzt werden, was äquivalent
zu der Länge
eines Zündfunkenentladungsabstands
g ist, durch geeignetes Einstellen der hervorstehenden Höhe t der
Oberfläche 32t des
Distalendes, selbst wenn A infinitesimal nahe an Null liegt. Jedoch
landet der Zündfunken
in diesem Fall, wenn ein Zündfunke
abdriftet und von der Oberfläche 32t des
Distalendes abläuft,
abseits der Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich, womit der Effekt eines Verhinderns einer
unebenen Abtragung der Erdungselektrode 4 keinesfalls erreicht
wird.
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In
diesem Zusammenhang führten
die vorliegenden Erfinder experimentelle Studien durch und fanden
folgendes heraus. Wenn ein Zündfunke
unter einem Gasstrom abdriftet, wird der Effekt eines Verhinderns
einer unebenen Abtragung der Elektrode durch Aufnahme des Zündfunkens
auf der Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich besonders deutlich erreicht, wenn die
folgenden beiden Bedingungen erfüllt
sind: die Breite A der Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich ist 0,15 mm oder größer und die oben definierten
G und L erfüllen
1,3G ≤ L.
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Wenn
A < 0,15 ist, wird
der Effekt des Unterdrückens
einer unebenen Abtragung der vorliegenden Erfindung nicht erreicht.
Wenn 1,3G > L ist,
wird der Effekt des Unterdrückens
einer unebenen Abtragung ebenfalls nicht erreicht.
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Wenn
A > {(W – d)/2} – 0,4 ist,
wird die Größe eines
Edelmetallchips, der verwendet wird, um die den Erdungselektrodenzündabschnitt
zu bilden, zu groß,
was in erhöhten
Materialkosten resultiert und zu einem Problem führt, dass der Edelmetallchip selbst
oder eine Schweißsenke
sich in die Breitenrichtung der Erdungselektrode wölbt. Wenn
L > 3G ist, wird die
hervorstehende Höhe
t der Oberfläche 32t des
Distalendes zu groß,
oder die Breite A der Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich wird zu breit. In dem vorge nannten Fall
wird eine Wärmefreisetzung
als Ergebnis eines außerordentlich
hoch werdenden Erdungselektrodenzündabschnitts beeinträchtigt,
und somit erhöht
sich die Temperatur des Distalendes des Zündabschnitts übermäßig, was
zu einem Problem führt,
dass eine Elektrodenabtragung beschleunigt wird, um dadurch einen
frühen
Ablauf der Lebensdauer der Zündkerze
zu bewirken. Der letztgenannte Fall führt zu dem gleichen Problem, wie
dasjenige des Falls, wenn A > {(W – d)/2} – 0,4 ist.
-
Vorzugsweise
nimmt eine hervorstehende Höhe
t der Oberfläche
des Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts einen Wert im
Bereich von 0,3 m bis 1,5 mm an, gemessen von der oben genannten
Referenzposition. Wenn die hervorstehende Höhe t größer als 1,5 mm ist, wird eine
Wärmefreisetzung
beeinträchtigt
und die Temperatur des Distalendes des Zündabschnitts erhöht sich
somit übermäßig, was
zu einem Problem führt,
dass eine Elektrodenabtragung beschleunigt wird, um dadurch einen frühen Ablauf
der Lebensdauer der Zündkerze
zu bewirken. Wenn die hervorstehende Höhe t kleiner als 0,3 mm ist,
wird der Effekt des Erhöhens
einer Zündleistung
durch Hervorstehen des Zündabschnitts
ungenügend.
Es ist zu beachten, dass eine Ebene, die eine Umfangskante der Umfangsfläche mit
freiliegendem Bereich umfasst, als die Referenzposition dient.
-
Im
Hinblick auf eine Verbesserung einer Zündleistung hat die Oberfläche des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts weiterhin bevorzugt
eine hervorstehende Höhe
H, die gleich oder größer als
0,5 mm ist, gemessen von der Seitenfläche der Erdungselektrode. In
diesem Fall wird die hervorstehende Höhe H von der Seitenfläche der
Erdungselektrode so eingestellt, dass die hervorstehende Höhe t von
der Referenzposition 1,5 mm nicht überschreitet. Es ist zu beachten,
dass die hervorstehende Höhe
H von einem flachen Oberflächenbereich
der Seitenfläche
der Erdungselektrode gemessen wird, wobei der flache Oberflächenbereich
ein Bereich ist, der nach einem Ausschluss eines erhöhten Abschnitts
verbleibt, der um den Erdungselektrodenzündabschnitt als Ergebnis des
Verbindens des Edelmetallchips mit der Erdungselektrode gebildet wird.
-
Vorzugsweise
nimmt der Durchmesser d der Oberfläche des Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts
einen Wert im Bereich von 0,3 mm bis 0,9 mm an. Wenn der Durchmesser
d geringer als 0,3 mm ist, wird eine Abtragung des Erdungselektrodenzündabschnitts
zu intensiv, wobei sie potentiell zu einem Problem eines frühen Ablaufs
einer Lebensdauer der Zündkerze
führt.
Wenn der Durchmesser d 0,9 mm überschreitet,
wird der Effekt des Verbesserns einer Zündleistung ungenügend.
-
Vorzugsweise
ist die gesamte Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich näher
an der Mittelelektrode angeordnet, als es die Seitenfläche der
Erdungselektrode ist. Durch Einsatz dieses Merkmals wird der Abstand
zwischen der Oberfläche
des Distalendes des Mittelelektrodenzündabschnitts und der Umfangsfläche mit
freiliegendem Bereich kürzer
als derjenige zwischen der Oberfläche des Distalendes des Mittelelektrodenzündabschnitts
und der Seitenfläche
der Erdungselektrode, wodurch eine Funkenbildung an der Erdungselektrode
nicht auftritt, wodurch eine unebene Abtragung der Elektrode verhindert
wird.
-
Als
nächstes
bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer
Zündkerze nach
Anspruch 1, wobei ein Erdungselektrodenzündabschnitt, der aus einem
Edelmetall hergestellt ist und fest an einer Seitenfläche einer
Erdungselektrode befestigt ist, derart angeordnet ist, um einem Mittelelektrodenzündabschnitt
gegenüberzuliegen, der
aus einem Edelmetall hergestellt ist und fest mit einem Distalende
einer Mittelelektrode verbunden ist, wodurch ein Zündfunkenentladungsabstand
zwischen dem Mittelelektrodenzündabschnitt
und dem Erdungselektrodenzündabschnitt
gebildet wird und wobei der Erdungselektrodenzündabschnitt so konfiguriert
ist, dass die Oberfläche
des Distalendes, die dem Zündfunkenentladungsabstand
gegenüberliegt, im
Durchmesser kleiner ist als eine Bodenfläche, die mit dem Relaxationsmetallabschnitt
verbunden ist; die Oberfläche
des Distalendes ist hervorstehend näher an einer Oberfläche des
Distalendes der Mittelelektrode angeordnet, als es die Seitenfläche der
Erdungselektrode ist; und, wenn der Erdungselektrodenzündabschnitt
auf der Ebene der Oberfläche
des Distalendes betrachtet wird, wird ein Abschnitt einer Oberfläche des
Erdungselektrodenzündabschnitts als
eine Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich betrachtet, die auf der Seitenfläche der
Erdungselektrode derart freiliegend ist, so dass sie die Oberfläche des
Distalendes umgibt. Das Verfahren ist dadurch charakterisiert, dass
es umfasst:
einen Chip-Herstellungsschritt zum Herstellen eines Edelmetallchips,
der als der Erdungselektrodenzündabschnitt
dienen soll und bei dem eine Oberfläche des Distalendes im Durchmesser
kleiner ist als eine Bodenfläche,
indem ein Edelmetall bearbeitet wird, das Pt als einen Hauptbestandteil
enthält,
bevor der Edelmetallchip mit der Erdungselektrode verbunden wird;
und
einen Widerstandsschweißschritt, in dem der hergestellte
Edelmetallchip an der Erdungselektrode so platziert wird, dass die
Bodenfläche
in Kontakt mit der Erdungselektrode ist; und der Edelmetallchip
und die Erdungselektrode werden durch Durchführen von Widerstandsschweißen verbunden,
während
eine Kraft, um den Edelmetallchip und die Erdungselektrode in engen
Kontakt miteinander zu bringen, gezielt auf eine Chipoberfläche angewendet
wird, welche als ein Umfangsbereich der Oberfläche des Distalendes dient,
wenn der Edelmetallchip in einer Ebene der Oberfläche des
Distalendes betrachtet wird.
-
Gemäß des in
der offengelegten (kokai) japanischen Patentanmeldung Nr. H03-176979
offenbarten Verfahrens, um einen Erdungselektrodenzündabschnitt
mit einer Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich zu bilden, wird ein vorderer Endabschnitt
aus einem Ir-basierten Edelmetallchip zu dem Zeitpunkt des Widerstandsschweißens unter Druck
deformiert, um einen Flanschabschnitt zu bilden. Jedoch resultiert
daraus eine ungenügende
Verbindung, weil der Schmelzpunkt eines Ir-basierten Metalls hoch
ist, und eine Deformierung des Chips unter Druck ist praktisch schwierig.
Im Ergebnis kann der Flanschabschnitt nicht ausreichend gebildet
werden und die Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich kann wiederum nicht ausreichend gebildet
werden. Um diesem Problem zu begegnen, wird gemäß dem oben beschriebenen Verfahren
der vorliegenden Erfindung ein Edelmetallchip, der als Erdungselektrodenzündabschnitt
dient und in welchem die Oberfläche
des Distalendes im Durchmesser kleiner als die Bodenfläche ist,
im Voraus durch eine Bearbeitung (Durchführen einer plastischen Bearbeitung („plastic
working"), wie zum
Beispiel einer Stempelbearbeitung („header working")) eines Edelmetalls hergestellt,
welches Pt als Hauptbestandteil enthält. Der so hergestellte Edelmetallchip
wird auf der Erdungselektrode platziert, gefolgt von einem Widerstandsschweißen. Weil
die Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich in dem Stadium des Herstellens des Chips
ausreichend bereitgestellt werden kann, gibt es keinen Bedarf, den
Chip während
des Widerstandsschweißens
zu deformieren. Weil der Erdungselektrodenzündabschnitt nicht aus einem
Ir-basierten Metall, sondern aus einem Pt-basierten Metall gebildet
ist, dessen Schmelzpunkt gering ist, kann eine gute Verbindungsbedingung
einfach durch Widerstandsschweißen
erreicht werden. Des weiteren gibt es keine Gefahr, dass die Oberfläche des
Distalendes des Zündabschnitts
während
des Schweißens
beschädigt
oder deformiert wird, weil der Edelmetallchip und die Erdungselektrode
mittels Durchführen
eines Widerstandsschweißens
verbunden werden, während
eine Kraft zum Bringen des Edelmetallchips und der Erdungselektrode
in einen engen Kontakt miteinander selektiv auf eine Chipoberfläche angewandt
wird, die als ein Umfangsbereich der Oberfläche des Distalendes dient (d.h.
ein Abschnitt, der die Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich wird).
-
Die
vorliegende Erfindung bietet des weiteren ein Verfahren zum Herstellen
einer Zündkerze nach
Anspruch 2, wobei ein Erdungselektrodenzündabschnitt, der aus einem
Edelmetall hergestellt ist und fest über einen Relaxationsmetallabschnitt
an einer Seitenfläche
einer Erdungselektrode befestigt ist, derart angeordnet ist, um
einem Mittelelektrodenzündabschnitt
gegenüberzuliegen,
der aus einem Edelmetall hergestellt ist und fest mit einem Distalende
einer Mittelelektrode verbunden ist, wodurch ein Zündfunkenentladungsabstand
zwischen dem Mittelelektrodenzündabschnitt
und dem Erdungselektrodenzündabschnitt
gebildet wird und wobei der Erdungselektrodenzündabschnitt so konfiguriert
ist, dass die Oberfläche
des Distalendes, die dem Zündfunkenentladungsabstand
gegenüberliegt,
im Durchmesser kleiner ist als eine Bodenfläche, die mit dem Relaxationsmetallabschnitt
verbunden ist; die Oberfläche
des Distalendes ist hervorstehend näher an einer Oberfläche des
Distalendes der Mittelelektrode angeordnet, als es die Seitenfläche der
Erdungselektrode ist; und, wenn der Erdungselektrodenzündabschnitt
auf der Ebene der Oberfläche
des Distalendes betrachtet wird, wird ein Abschnitt einer Oberfläche des
Erdungselektrodenzündabschnitts als
eine Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich betrachtet, die auf der Seitenfläche der
Erdungselektrode derart freiliegend ist, so dass sie die Oberfläche des
Distalerdes umgibt. Das Verfahren umfasst:
einen Chip-Herstellungsschritt
zum Herstellen eines Edelmetallchips, der als der Erdungselektrodenzündabschnitt
dienen soll und bei dem eine Oberfläche des Distalendes im Durchmesser
kleiner ist als eine Bodenfläche, indem
ein Edelmetall bearbeitet wird, das Pt als einen Hauptbestandteil
enthält,
bevor der Edelmetallchip mit der Erdungselektrode verbunden wird;
und
einen Verbindungsschritt, in dem ein zweiter Edelmetallchip,
der als der Relaxationsmetallabschnitt dienen soll und dessen Koeffizient
linearer Expansion zwischen dem eines Metalls, das die Erdungselektrode
bildet, und dem des Edelmetalls liegt, das den Erdungselektrodenzündabschnitt
bildet, an der Bodenfläche
des hergestellten Edelmetallchips platziert wird; und der zweite
Edelmetallchip und der hergestellte Edelmetallchip werden so verbunden,
dass eine erste Legierungsschicht geformt wird, die eine Dicke im
Bereich von 0,5 μm
und 100 μm
besitzt und in der das Metall, das den zweiten Edelmetallchip bildet,
und das Metall, das den hergestellten Edelmetallchip bildet, miteinander
legiert werden.
-
Ein
Edelmetallchip, der als Erdungselektrodenzündabschnitt dient und in welchem
die Oberfläche
des Distalendes im Durchmesser kleiner als die Bodenfläche ist,
im Voraus durch eine Bearbeitung (Durchführen einer plastischen Bearbeitung
(„plastic working"), wie zum Beispiel
einer Stempelbearbeitung („header
working")) eines
Edelmetalls hergestellt, welches Pt als Hauptbestandteil enthält. Der
so hergestellte Edelmetallchip wird auf dem zweiten Edelmetallchip
platziert, gefolgt von einem Widerstandsschweißen. Weil die Umfangsfläche mit
freiliegendem Bereich in dem Stadium des Herstellens des Chips ausreichend
bereitgestellt werden kann, gibt es keinen Bedarf, den Chip während des
Widerstandsschweißens
zu deformieren. Weil der Erdungselektrodenzündabschnitt nicht aus einem
Ir-basierten Metall, sondern aus einem Pt-basierten Metall gebildet
ist, dessen Schmelzpunkt gering ist, kann eine gute Verbindungsbedingung
einfach durch Widerstandsschweißen
erreicht werden. Desweiteren wird der Edelmetallchip mit dem zweiten
Edelmetallchip verbunden, dessen Koeffizient der linearen Expan sion
zwischen demjenigen des Metalls, das die Erdungselektrode bildet,
und demjenigen des Edelmetalls, das den Erdungselektrodenzündabschnitt bildet,
liegt, wodurch der Verbindungsprozess weiter vereinfacht werden
kann.
-
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun lediglich anhand von Beispielen mit Bezug
zu den beiliegenden Figuren beschrieben, in welchen:
-
1 ist
eine teilweise Seitenansicht, die eine Zündkerze 100 der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ist
eine vergrößerte Frontansicht,
die einen Hauptabschnitt der 1 zeigt;
-
3 ist
eine erläuternde
Ansicht, die einen Prozess zum Herstellen der Zündkerze 100 der ersten
Ausführungsform
der 1 zeigt;
-
4 ist
eine erläuternde
Ansicht, die einen Prozess zum Herstellen einer Zündkerze 200 der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
5 ist
eine vergrößerte Draufsicht
und vergrößerte Seitenansicht,
die einen Hauptabschnitt der 4 zeigt;
-
6 ist
eine Draufsicht und Seitenansicht, die ein erstes modifiziertes
Beispiel der 5 zeigt;
-
7 ist
eine Draufsicht und Seitenansicht, die ein zweites modifiziertes
Beispiel der 5 zeigt;
-
8 ist
eine Draufsicht und Seitenansicht, die ein drittes modifiziertes
Beispiel der 5 zeigt;
-
9 ist
ein Graph, der ein erstes Ergebnis von Experimenten zum Verifizieren
des Effekts der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
10 ist
ein Graph, der ein zweites Ergebnis der Experimente zum Verifizieren
des Effekts der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
11 ist
ein Graph, der ein drittes Ergebnis der Experimente zum Verifizieren
des Effekts der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
12 ist
ein Graph, der ein viertes Ergebnis der Experimente zum Verifizieren
des Effekts der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
13 ist
eine erste Ansicht, die ein Problem im Zusammenhang mit einer herkömmlichen Zündkerze
zeigt;
-
14 ist
eine zweite Ansicht, die ein Problem im Zusammenhang mit einer herkömmlichen Zündkerze
zeigt;
-
15 ist
eine dritte Ansicht, die ein Problem im Zusammenhang mit einer herkömmlichen Zündkerze
zeigt;
-
16 ist
ein Graph, der ein fünftes
Ergebnis der Experimente zum Verifizieren des Effekts der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
17 ist
eine vergrößerte Frontansicht,
die einen Hauptabschnitt der Zündkerze
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
18 ist
eine erläuternde
Ansicht, die einen Prozess zum Herstellen eines modifizierten Beispiels
der Zündkerze
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
-
19 ist
ein Graph, der ein sechstes Ergebnis der Experimente zum Verifizieren
des Effekts der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Zum
Identifizieren von in den Zeichnungen gezeigten Gegenständen werden
Bezugszeichen wie folgt verwendet:
-
- 3
- Mittelelektrode
- 4
- Erdungselektrode
- 4s
- Seitenfläche
- 4m
- Elektrodenbasismetall
- 31
- Mittelelektrodenzündabschnitt
- 32
- Erdungselektrodenzündabschnitt
- 32t
- Oberfläche des
Distalendes
- 32u
- Bodenfläche
- 32p
- Umfangsfläche mit
freilegendem Bereich
- g
- Zündfunkenentladungsabstand
- 40
- Legierungsschicht
- 41
- Relaxationsmetallabschnitt
- 100
- Zündkerze
-
1 zeigt
eine Zündkerze
gemäß einer
ersten Ausführungsform,
auf die die Herstellungsmethode der vorliegenden Erfindung angewandt
wird.
-
2 ist
eine vergrößerte Ansicht,
die einen Hauptabschnitt der Zündkerze
zeigt. Eine Zündkerze 100 umfasst
eine röhrenförmige metallische
Hülle 1, einen
Isolator 2, der in die metallische Hülle 1 so eingepasst
ist, dass ein Distalendabschnitt 21 aus der metallischen
Hülle 1 hervorsteht,
eine Mittelelektrode 3, die in dem Isolator 2 so
angeordnet ist, dass dessen Distalendabschnitt von dem Isolator 2 hervorsteht,
und eine Erdungselektrode 4, wobei eines ihrer Enden mit
der metallischen Hülle 1 durch
Schweißen oder
dergleichen verbunden ist und das andere ihrer Enden seitwärts gebogen
ist, so dass dessen Seitenfläche
einem distalen Endabschnitt (hier eine Oberfläche eines Distalendes) der
Mittelelektrode 3 gegenüberliegt.
Ein Edelmetallchip, der aus einem Pt-basierten Metall gebildet ist,
ist an die Seitenfläche 4s der
Erdungselektrode 4 widerstandsgeschweißt, wodurch ein Erdungselektrodenzündabschnitt 32 gebildet
wird. Ein Edelmetallchip, der aus einem Ir-basierten Metall gebildet
ist, ist an das Distalende der Mittelelektrode 3 lasergeschweißt, wodurch
ein Mittelelektrodenzündabschnitt 31 gebildet
wird. Ein Zündfunkenentladungsabstand
g ist zwischen dem Erdungselektrodenzündabschnitt 32 und
dem Mittelelektrodenzündabschnitt 31 gebildet.
-
Der
Erdungselektrodenzündabschnitt 32 kann
aus reinem Pt gebildet sein. Jedoch kann der Erdungselektrodenzündabschnitt 32 aus
einer Pt-Legierung gebildet sein, die Pt als einen Hauptbestandteil
(ein Bestandteil des höchsten
Inhalts) und einen oder zwei Bestandteile enthält, die aus der Gruppe bestehend
aus Ir und Ni als zusätzliche
Bestandteile im Gesamtumfang von 5 Massen% bis 50 Massen% ausgewählt sind,
um den Zündfunkenabtragwiderstand
zu erhöhen.
Der Mittelelektrodenzündabschnitt 31 kann
aus einer Ir-Legierung gebildet sein, die Ir als ein Hauptbestandteil
und einen oder mehrere Bestandteile enthält, die aus der Gruppe bestehend
aus Pt, Rh, Ru und Re als zusätzliche
Bestandteile zur Unterdrückung
einer Oxidationsver dampfung von Ir und zum Verbessern einer Handhabbarkeit
in einem Gesamtumfang von 3 Massen% bis 50 Massen% pro Masse ausgewählt sind.
-
Der
Isolator 2 ist zum Beispiel aus einem Aluminiumoxid- oder
einem gesinterten keramischen Aluminiumnitridkörper gebildet und hat einen
Lochabschnitt 6, der darin entlang seiner axialen Richtung gebildet
und eingerichtet ist, die Mittelelektrode 3 aufzunehmen.
Die metallische Hülle 1 ist
in einer röhrenförmigen Form
aus einem Metall, wie zum Beispiel einem niedrig gekohlten Stahl,
gebildet, dient als ein Gehäuse
für die
Zündkerze 100 und
hat einen Gewindesteckerabschnitt 7, der auf ihrer äußeren Umfangsfläche gebildet
ist und eingerichtet ist, die Zündkerze 100 an
einem nicht dargestellten Motorblock zu befestigen.
-
Wenigstens
die jeweiligen Oberflächenschichtabschnitte
(nachfolgende als Elektrodenbasismetall bezeichnet) 4m und 3m der
Erdungselektrode 4 und der Mittelelektrode 3 sind
aus einer Ni-Legierung gebildet. Spezielle Beispiele der Ni-Legierung
umfassen INCONEL 600 (Marke) (Ni: 76 Massen%, Cr: 15,5 Massen%,
Fe: 8 Massen% (Rest: Spurenelementzusätze oder Verunreinigungen))
und INCONEL 601 (Marke) (Ni: 60,5 Massen%, Cr: 23 Massen%, Fe: 14
Massen% (Rest: Spurenelementzusätze
oder Verunreinigungen)). In der Erdungselektrode 4 und
der Mittelelektrode 3 sind Wärmetransferbeschleunigungselemente 4c und 3c,
die aus Cu oder einer Cu-Legierung gebildet sind, jeweils in den
Elektrodenbasismetallen 4m und 3m eingebettet.
-
Wie
in 2 gezeigt ist, reduziert sich ein Distalendabschnitt 3a der
Mittelelektrode 3 verjüngend
im Durchmesser. Ein Edelmetallchip wird mit der Endfläche des
Distalendabschnitts 3a in Kontakt gebracht. Dann wird ein
Schweißfleck
WB entlang eines Umfangskantenabschnitts der Verbindungs fläche mittels
Laserschweißen
gebildet, wodurch der Mittelelektrodenzündabschnitt 31 gebildet
wird.
-
Der
Erdungselektrodenzündabschnitt 32 ist mit
dem Elektrodenbasismetall 4m der Erdungselektrode 4 über eine
Legierungsschicht 40 verbunden, in der Metalle, die die
beiden Abschnitte (den Erdungselektrodenzündabschnitt 32 und
das Elektrodenbasismetall 4m) bilden, miteinander legiert
sind. Die Dicke B der Legierungsschicht 40 nimmt einen
Wert an, der im Bereich von 0,5 μm
bis 100 μm
liegt. Der Erdungselektrodenzündabschnitt 32 ist
so konfiguriert, dass die Oberfläche 32t des
Distalendes, die dem Zündfunkenentladungsabschnitt
g gegenüberliegt, im
Durchmesser kleiner als eine Bodenfläche 32u ist, die mit
der Erdungselektrode 4 verbunden ist, und so, dass die
Oberfläche 32t des
Distalendes in Richtung des Zündfunkenentladungsabstands
g hervorstehend angeordnet ist, im Vergleich mit der Seitenfläche 4s der
Erdungselektrode 4. Wie in 5 gezeigt ist,
wird ein Abschnitt der Oberfläche
des Erdungselektrodenzündabschnitts 32 als
eine Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich betrachtet, die in Richtung der Oberfläche des
Distalendes der Mittelelektrode auf der Seitenfläche 4s der Erdungselektrode 4 in
einer solchen Weise freigelegt ist, dass die Oberfläche 32t des
Distalendes umgeben wird, wenn der Erdungselektrodenzündabschnitt 32 auf
der Ebene der Oberfläche 32t des
Distalendes betrachtet wird.
-
In
der ersten Ausführungsform
umfasst der Erdungselektrodenzündabschnitt 32 einen
Körperabschnitt 32b mit
einer Bodenfläche 32u,
eine Kopffläche 32p des
Körperabschnitts 32b und
einen hervorstehenden Abschnitt 32a, der von einem Mittelabschnitt
der Kopffläche 32p hervorsteht.
Die Oberfläche 32t des
Distalendes des hervorstehenden Abschnitts 32a liegt gegenüber einer
Oberfläche 31t eines
Distalendes des Mittelelektrodenzündabschnitts 31, wodurch
der Zündfunkenentladungsabstand
g gebildet wird. Wie in 5 gezeigt ist, nehmen der Körperabschnitt 32b und
der hervorstehende Abschnitt 32a entsprechende kreisförmige, ebene
Formen an, die konzentrisch angeordnet sind, und ein ringförmiger Bereich,
der zwischen einer Umfangskante 32e der Kopffläche 32p und
einer Umfangskante 32k der Oberfläche 32t des Distalendes
zu sehen ist, dient als eine Umfangsfläche mit freiliegendem Bereich.
Die äußere Umfangsfläche des
hervorstehenden Abschnitts 32a und diejenige des Körperabschnitts 32b sind
zylinderförmige
Oberflächen.
-
Wie
als nächstes
in 2 gezeigt ist, repräsentiert G den kürzesten
Abstand (Abstandslänge) entlang
der Richtung der Achse O der Mittelelektrode 3 zwischen
der Oberfläche 31t des
Distalendes des Mittelelektrodenzündabschnitts 31 und
der Oberfläche 32t des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts 32. L
repräsentiert
die Länge
des Liniensegments, welches eine Umfangskante 32j der Oberfläche des
Distalendes 31t des Mittelelektrodenzündabschnitts 31 und
eine Umfangskante 32e der Umfangsfläche 32p mit freiliegendem
Bereich durch den kürzesten
Abstand verbindet. G und L stehen wie in dem folgenden relationalen
Ausdruck gezeigt miteinander in Beziehung: 1,3G ≤ L ≤ 3G (1)
-
Gemäß der ersten
Ausführungsform
stimmen die Mitte der Oberfläche 31t des
Distalendes des Mittelelektrodenzündabschnitts 31 und
diejenige der Oberfläche 32t des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts 32 in
einer orthogonalen Projektion auf eine Ebene, die die Achse O senkrecht schneidet,
im wesentlichen überein.
Auch liegen die Oberfläche 31t des
Distalendes des Mittelelektrodenzündabschnitts 31 und
die Oberfläche 32t des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts 32 einander
gegen über,
während
sie sich parallel in eine Ebene erstrecken, die die Achse O senkrecht
schneidet. Der Abstand G ist eine Baulänge zwischen den Oberflächen 31t und 32t,
gemessen entlang der Richtung der Achse O zwischen beliebigen Positionen
auf den Oberflächen 31t und 32t.
Der Abstand L kann als die Länge
eines Erzeugers der Seitenfläche eines
kegelstumpfartigen Konus gemessen werden, dessen gegenüberliegende
Endflächen
durch die Oberfläche 31t des
Distalendes des Mittelelektrodenzündabschnitts 31 und
der Kopffläche 32p des
Körperabschnitts 32b des
Erdungselektrodenzündabschnitts 32 repräsentiert
werden.
-
In
einer orthogonalen Projektion auf einer Ebene, die die Achse O der
Mittelelektrode 3 (siehe 5) senkrecht
schneidet, repräsentiert
A die Breite der Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich, W die Breite der Erdungselektrode W und d
den Durchmesser der Oberfläche 32t des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts 32. A,
W und d stehen gemäß dem folgenden
relationalen Ausdruck miteinander in Beziehung: 0,15 ≤ A ≤ {(W – d)/2} – 0,4 (Einheit: mm) (2)
-
Es
ist in dem ersten Ausführungsbeispiel
anzumerken, dass A gleich (D – d)/2
ist, wenn D den Durchmesser der Bodenfläche 32u des Körperabschnitts 32b repräsentiert.
Die Breite W der Erdungselektrode 4 ist in der folgenden
Weise definiert. In 1 wird die Referenzrichtung
F in einer solchen Weise ermittelt, dass sie die Achse O der Mittelelektrode 3 senkrecht
schneidet und durch die geometrische Schwerpunktposition eines Querschnitts
der Erdungselektrode 4 verläuft, die durch eine Ebene,
die die Achse O senkrecht schneidet, an einer Position geschnitten
wird, die 1 mm entfernt von der Endfläche der metallischen Hülle 1 ist,
mit der die Erdungselektrode 4 verbunden ist. Eine Projektionsebene
PP wird in einer solchen Weise ermittelt, dass sie eine Referenzrichtung
F auf der Seite senkrecht schneidet, die gegenüber der Position des verbundenen vorderen
Endabschnitts der Erdungselektrode 4 in Bezug auf die Achse
O liegt. Wie in 2 gezeigt ist, ist in einer
orthogonalen Projektion auf die Projektionsebene PP die Dimension
der Erdungselektrode 4, gemessen entlang der Richtung,
die die Achse O senkrecht schneidet, als die Breite W definiert.
-
Der
Durchmesser d der Oberfläche 32t des Distalendes
des Erdungselektrodenzündabschnitts 32 nimmt
einen Wert im Bereich von 0,3 mm bis 0,9 mm an. Wenn die Umfangskante 32e der
Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich als eine Referenzposition dient, nimmt die
hervorstehende Höhe
t der Oberfläche 32t des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts 32, gemessen
von der Referenzposition entlang der Richtung der Achse O der Mittelelektrode 3,
einen Wert im Bereich von 0,3 mm bis 1,5 mm an. Die hervorstehende
Höhe H
der Oberfläche 32t des
Distalendes, gemessen von der Seitenfläche 4s der Erdungselektrode 4,
ist größer oder gleich
0,5 mm und wird so ermittelt, dass t 1,5 mm nicht überschreitet.
Die kritische Bedeutung der oben genannten numerischen Bereiche
wird bereits in „Einrichtung
zum Lösen
der Probleme und Ablauf und Effekte" beschrieben und dessen wiederholte Beschreibung
wird deshalb unterlassen.
-
Der
Erdungselektrodenzündabschnitt 32 ist so
angeordnet, dass sein vorderer Endteil, der eine Bodenfläche 32u umfasst,
in der Erdungselektrode 4 (Elektrodenbasismetall 4m)
eingebettet ist. Die vorgenannte Legierungsschicht 40 ist
in einer solchen Weise gebildet, dass sie die Seitenfläche des
eingebetteten vorderen Endteils umgibt. Die Legierungsschicht 40 ist
auch zwischen der Bodenfläche 32u und
dem Elektrodenbasismetall 4m gebildet. In jedem Abschnitt
nimmt die Dicke B der Legierungsschicht 40 einen Wert an,
der zwischen 0,5 μm
und 100 μm
liegt.
-
Ein
Prozess zum Herstellen der Zündkerze 100 der
ersten Ausführungsform
wird als nächstes beschrieben. 3 zeigt
ein Verfahren zum Bilden des Erdungselektrodenzündabschnitts 32. Insbesondere
wird, wie in Schritt 1 gezeigt ist, ein scheibenförmiger Edelmetallchip 32c zum
Bilden des Erdungselektrodenzündabschnitts 32 durch
Zuschneiden eines Edelmetallmaterials, zum Beispiel eines Edelmetalldrahts
NW, vorbereitet, der Pt als einen Hauptbestandteil enthält (oder
durch Ausstanzen aus einer Materialplatte). Vor einem Verbinden
mit der Erdungselektrode 4 wird, wie in Schritt 2 gezeigt
ist, der scheibenförmige
Edelmetallchip 32c einer bekannten Stempelbearbeitung unter
Verwendung eines Stempels P unterzogen, wodurch der Edelmetallchip 32' (umfassend
den Körperabschnitt 32b und
den hervorstehenden Abschnitt 32a) zur Verwendung bei einer
abschließenden
Verbindung erhalten wird.
-
Wie
in Schritt 3 gezeigt ist, wird der so erhaltene Edelmetallchip 32' auf der Seitenfläche 4s der Erdungselektrode 4 (Elektrodenbasismetall 4m)
so platziert, dass die Bodenfläche 32u in
Kontakt mit der Seitenfläche 4s steht.
Wie in Schritt 4 gezeigt ist, wird die resultierende Anordnung
dann zwischen Elektroden 50 und 51 unter Druck
gehalten und eine Wärmeerzeugung
durch eine Elektrizitätsleitung
bewirkt. Demzufolge wird Wärme
zwischen dem Edelmetallchip 32' und dem Elektrodenbasismetall 4m erzeugt. Während der
Edelmetallchip 32' in
das Elektrodenbasismetall 4m eindringt, wird die Legierungsschicht 40 zwischen
dem Edelmetallchip 32' und
dem Elektrodenbasismetall 4m als ein Ergebnis der Wärmeerzeugung
gebildet. Somit wird der Erdungselektrodenzündabschnitt 32 gebildet.
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Bei
diesem Widerstandsschweißen
wird eine Kraft zum miteinander in engen Kotakt bringen des Edelmetallchips 32' und des Elektrodenbasismetalls 4m selektiv
auf die Chipoberfläche 32p (ein
Abschnitt, der die Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich wird) angewandt, welche als Umfangsbereich der
Oberfläche
des Distalendes 32t dient, wenn der Edelmetallchip 32' auf der Ebene
der Oberfläche
des Distalendes 32t betrachtet wird. In der vorliegenden Ausführungsform
wird eine Ausnehmung 50a auf einem Presselement 50 (welches
auch als eine Elektrode zum Widerstandsschweißen dient) an einer Position
gebildet, die mit dem Edelmetallchip 32' korrespondiert, und das Presselement 50 wendet
selektiv eine Presskraft auf die Kopffläche 32p (ein Umfangsbereich
des hervorstehenden Abschnitts 32a) des Körperabschnitts 32b des
Edelmetallchips 32' an. Ein
weiteres Stützelement 51 (welches
als Elektrode fungiert) wird auf der gegenüberliegenden Oberfläche der
Erdungselektrode 4 angeordnet. Die Erdungselektrode 4 und
der Edelmetallchip 32' werden zwischen
dem Presselement 50 und dem Stützelement 51 gehalten,
während
eine Presskraft und Elektrizität über die
Kopffläche 32p auf
sie angewandt wird, wobei die Legierungsschicht 40 (Widerstandsschweißzone) gebildet
werden kann. Es ist zu beachten, dass die Breite A der Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich, die einen Wert größer oder gleich 0,15 mm annimmt,
auch im Hinblick auf ein Sichern eines Oberflächenbereichs bevorzugt ist,
durch welchen der Edelmetallchip 32' mittels des Presselements 50 beim
Durchführen
eines Widerstandsschweißens
durch das oben beschriebene Verfahren gepresst wird.
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Als
nächstes
wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 17 beschrieben.
Eine Zündkerze
der zweiten Ausführungsform
unterscheidet sich von der oben beschriebenen Zündkerze 100 der ersten
Ausführungsform
hauptsächlich
darin, dass ein Relaxationsmetallabschnitt zwischen einem Erdungselektrodenzündabschnitt
und einer Erdungselektrode bereitgestellt ist. Deshalb konzentriert
sich die folgende Beschreibung auf strukturelle Merkmale, die verschieden
von denjenigen der Zündkerze 100 der
ersten Ausführungsform
sind, und eine Beschreibung ähnliche
Merkmale wird unterlassen oder gekürzt.
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In 17 wird
ein Relaxationsmetallabschnitt 41 zwischen dem Erdungselektrodenzündabschnitt 32 und
der Erdungselektrode 4 bereitgestellt. Der Relaxationsmetallabschnitt 41 hat
einen Koeffizienten linearer Expansion, der zwischen demjenigen
des Metalls, das die Erdungselektrode 4 bildet, und demjenigen
des Edelmetalls, das den Erdungselektrodenzündabschnitt 32 bildet,
liegt, und ist zum Beispiel aus einer Pt-Ni-Legierung (jedoch ist die
Pt-Ni-Legierung
geringer im Pt-Inhalt und höher im
Ni-Inhalt als der Erdungselektrodenzündabschnitt 32).
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Eine
erste Legierungsschicht 42, die eine Dicke B im Bereich
von 0,5 μm
bis 100 μm
hat, und in welcher das Metall, das den Erdungselektrodenzündabschnitt 32 bildet,
und das Metall, das den Relaxationsmetallabschnitt 41 bildet,
miteinander legiert sind, ist zwischen dem Erdungselektrodenzündabschnitt 32 und
dem Relaxationsmetallabschnitt 41 gebildet. Somit unterdrückt ein
Einsatz des Relaxationsmetallabschnitts 41, der zwischen
dem Erdungselektrodenzündabschnitt 32 und
der Erdungselektrode 4 eingreift, eine Trennung des Erdungselektrodenzündabschnitts
in einem größeren Ausmaß.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zum Herstellen der Zündkerze des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben.
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4 zeigt
ein Verfahren zum Bilden des Erdungselektrodenzündabschnitts 32. Wie
in Schritt 5 der 4 gezeigt
ist, wird insbesondere ein zweiter Metallchip 41', der der Relaxationsmetallabschnitt 41 wird,
auf der Seitenfläche 4s der
Erdungselektrode 4 platziert, und die resultierende Anordnung
wird zwischen Elektroden 48 und 49 unter Druck
gehalten und es wird bewirkt, dass Wärme durch eine Elektrizitätsleitung
erzeugt wird, wodurch sich der zweite Edelmetallchip 41' mit dem Elektrodenbasismetall 4m verbindet.
In der zweiten Ausführungsform
wird ein Verbinden durchgeführt,
während
bewirkt wird, dass der zweite Edelmetallchip 41' in das Elektrodenbasismetall 4m eindringt,
um eine Verbindungsfestigkeit zu verbessern. Wie in Schritt 6 gezeigt
ist, wird als nächstes
der Edelmetallchip 32',
der verwendet wird, um einen Erdungselektrodenzündabschnitt 32 zu
bilden, und der im Durchmesser kleiner als der zweite Edelmetallchip 41' ist, auf dem
zweiten Edelmetallchip 41' platziert,
der verwendet wird, um den Relaxationsmetallabschnitt 41 zu
bilden, und diese resultierende Anordnung wird unter Druck gehalten und
es wird bewirkt, dass sie Wärme
durch eine Elektrizitätsleitung
erzeugt, wodurch der Edelmetallchip 32' mit dem zweiten Edelmetallchip 41' verbunden wird.
Auch wird in diesem Fall ein Verbinden durchgeführt, während bewirkt wird, dass der
Edelmetallchip 32' in
den zweiten Edelmetallchip 41' eindringt. Als ein Ergebnis der
Ausführung
dieser Schritte werden, wie in Schritt 7 gezeigt ist, der
zweite Edelmetallchip 41' und
der Edelmetallchip 32' jeweils
der Relaxationsmetallabschnitt 41 und der Erdungselektrodenzündabschnitt 32.
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Modifizierte
Beispiele der Zündkerze
der vorliegenden Erfindung werden als nächstes beschrieben.
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Erstens
ist die Form des Erdungselektrodenzündabschnitts 32 nicht
auf die in 2 oder 5 gezeigten
beschränkt,
sondern kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, solange
die Oberfläche des
Distalendes 32t, welche dem Zündfunkenentladungsabstand g
gegenüberliegt,
im Durchmesser kleiner ist als die Bodenfläche 32u, die mit der
Erdungselektrode verbunden ist. Zum Beispiel zeigt 6 ein
Beispiel einer Kopffläche 32p,
die als eine Umfangsfläche
mit freiliegendem Bereich des Körperabschnitts 32b dient,
wobei die Kopffläche 32p die
Form einer sich verjüngenden
Oberfläche
annimmt. 7 und 8 zeigen
beispielhaft Formen, in welchen der Körperabschnitt 32b und
der hervorstehende Abschnitt 32a nicht voneinander unterschieden
werden. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem der
Erdungselektrodenzündabschnitt 32 die
Form eines kegelstumpfartigen kreisförmigen Konus annimmt und 8 zeigt
ein Beispiel, bei dem der Erdungselektrodenzündabschnitt 32 die
Form einer kegelstumpfförmigen
Pyramide annimmt. In jedem Fall dienen die Seitenflächen als
Umfangsflächen 32p mit freiliegendem
Bereich. Wie in dem Fall der 8, wenn
die Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich einen Umriss in einer generellen Form abweichend
von einer kreisförmigen
Form annimmt, ist die Breite A der Umfangsfläche 32p von freiliegendem Bereich
wie nachfolgend mit Bezug auf eine Draufsicht des Erdungselektrodenzündabschnitts 32 beschrieben.
Der Radius auf einem ersten Kreis mit einer Umfangslänge gleich
der Länge
der Umfangskante 32k der Oberfläche 32t des Distalendes
wird durch r1 repräsentiert
und ein zweiter Kreis, der mit dem ersten Kreis konzentrisch ist,
wird so ermittelt, dass der Bereich einer ringförmigen Region zwischen dem
ersten und zweiten Kreis gleich dem Bereich der Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich ist, der in der Draufsicht erscheint. Wenn
der Radius des zweiten Kreises durch r2 repräsentiert wird, wird die Breite
A des Umfangsbereichs mit freiliegendem Bereich 32p durch
Verwendung des oben beschriebenen Radius r1 des ersten Kreises wie
folgt definiert: A ≡ r2 – r1 (3)
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In
der zweiten Ausführungsform
wird ein Herstellungsverfahren verwendet, bei dem der zweite Edelmetallchip 41' an das Elektrodenbasismetall 4m der
Erdungselektrode 4 widerstandsgeschweißt ist und der Edelmetallchip 32' anschließend mit
dem zweiten Edelmetallchip 41' verbunden ist, der mit der Erdungselektrode 4 verbunden
ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das
in 18 gezeigte Herstellungsverfahren kann verwendet
werden. Wie in 8 in Schritt 8 gezeigt
ist, wird der zweite Edelmetallchip 41' mit dem Edelmetallchip 32' durch Widerstandsschweißen oder
einer ähnlichen
Verbindungsmethode verbunden. In Schritt 9 wird der zweite
Edelmetallchip 41',
mit dem der Edelmetallchip 32' verbunden ist, auf dem Elektrodenbasismetall 4m der
Erdungselektrode 4 platziert und wird dann an das Elektrodenbasismetall 4m mittels
Widerstandsschweißen
oder dergleichen geschweißt.
Wie in Schritt 10 gezeigt ist, wird der zweite Edelmetallchip 41' die Relaxationsmetallschicht 41 und
der Edelmetallchip 32' wird
der Erdungselektrodenzündabschnitt 32.
Somit kann der Edelmetallchip 32' einfach verbunden werden, ohne
von dem zweiten Edelmetallchip 41' abzuweichen.
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Beispiele
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Verschiedene
Testproben der Zündkerze 100,
die in den 1 und 2 gezeigt
ist, wurden in der folgenden Weise vorbereitet. Der Erdungselektrodenzündabschnitt 32,
der wie in 2 geformt ist, wurde aus einer
Pt-20-Massen%-Ir-Legierung
durch Stempelbearbeitung wie in den Schritten 1 und 2 der 3 gezeigt
hergestellt, so dass der Körperabschnitt 32b eine
Dicke von 0,3 mm und einen Durchmesser D von 1,5 mm hatte, wobei
der vorstehende Abschnitt 32a eine Höhe t von 0,1 bis 2,0 mm hatte, wobei
die Oberfläche
des Distalendes 32t einen Durchmesser d von 0,3 bis 1,5
mm hatte und die Kopffläche
(Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich) eine Breite A von 0 bis 0,7 mm hatte. Das
resultierende Teil wurde an die Erdungselektrode 4, die aus
INCONEL 600 gebildet war, gemäß der Schritte 3 und 4 der
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3 widerstandsgeschweißt. Die
Widerstandsschweißbedingungen
waren so eingestellt, dass die angewandte Spannung 900A war und
die ange wandte Last 150N war. Der geschweißte Erdungselektrodenzündabschnitt 32,
zusammen mit einem Abschnitt, der umfänglich um ihn angeordnet war,
wurde geschnitten und auf Pt-Konzentrationsverteilung durch eine
EPMA-Oberflächenanalyse
gemessen. Die Messung ergab, dass eine Legierungsschicht mit einer
Dicke von ungefähr
1 μm gebildet wurde.
Der Mittelelektrodenzündabschnitt 31 wurde durch
Laserschweißen
eines Edelmetallchips, der aus einer Ir-20-Massen%-Rh-Legierung
mit einem Durchmesser von 0,6 mm und einer Höhe von 0,8 mm zu der Oberfläche des
Distalendes der Mittelelektrode 3 gebildet, die aus INCONEL
600 hergestellt wurde. Durch Verwendung der Erdungselektrode 4 und
der Mittelelektrode 3 wurde die Zündkerze 100, die in 1 gezeigt
ist, so zusammengesetzt, dass der Zündfunkenentladungsabstand g
eine Abstandslänge
G von 1,1 mm hat.
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Durch
Verwendung der oben beschriebenen Zündkerzentestproben wurden die
folgenden Tests durchgeführt.
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Zündtest
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Jede
Zündkerzentestprobe
wurde auf einem Zylinder eines 6-Zylinder-Benzinmotors mit einem Gesamthubraum
von 2000 cm3 befestigt. Der Motor wurde
unter Leerlaufbedingungen bei 700 Umdrehungen pro Minute betrieben,
während
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
in Richtung der mageren Seite verändert wurde. Ein A/F-Wert,
der gemessen wurde, wenn eine HC-Spitze zehnmal in drei Minuten auftrat,
wurde als Zündlimit
gewertet.
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Zündfunkenabtragungswiderstandstest
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Jede
Zündkerzentestprobe
wurde an einem 6-Zylinder-Benzinmotor mit einem Gesamthubraum von
2000 cm3 befestigt. Der Motor wurde kontinuier lich
für 100
Stunden bei einer Motorgeschwindigkeit von 5000 Umdrehungen pro
Minute betrieben, während
die Ventile vollständig
geöffnet
waren. Nach dem Test wurde eine Vergrößerung des Zündfunkenentladungsabstands
gemessen.
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Prozentsatz
an Fehllandungen von Erdungselektrodenzündfunken Jede Zündkerze
wurde an einer Testkammer befestigt. Es wurde bewirkt, dass die Zündkerze 200 Zündfunkenentladungen 200 bei
einem Entladungsstrom von 20 kV erzeugt, während bewirkt wurde, dass Luft
bei einer Geschwindigkeit von 10 m/s innerhalb der Kammer strömte. Ein
Zündfunkenverhalten
wurde mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeitsvideokamera aufgezeichnet.
Es wurde der Prozentsatz der Zündfunken
ermittelt, die abseits der Umfangsfläche 32p mit freiliegendem
Bereich auf dem Erdungselektrodenzündabschnitt 32 landeten (Prozentsatz
an Fehllandungen von Erdungselektrodenzündfunken).
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12 ist
ein Graph, der zeigt, wie sich der Prozentsatz an Fehllandungen
von Erdungselektrodenzündfunken
mit L/G ändert.
Es ist zu beachten, dass der Durchmesser d der Oberfläche 32p des
Distalendes 0,6 mm war und die Breite A der Umfangsfläche mit
freiliegendem Bereich war 0,2 mm. Es ist anhand des Graphs offensichtlich,
dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Zündfunke abseits der Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich landet, sich wesentlich reduziert, wenn L/G
1,3 oder größer ist,
wodurch auf vorteilhafte Weise eine unebene Abtragung der Erdungselektrode
verhindert wird.
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19 ist
ein Graph, der zeigt, wie der Prozentsatz an Fehllandungen von Erdungselektrodenzündfunken
sich mit der Breite A der Umfangsfläche 32p mit freiliegendem
Bereich ändert.
Es ist zu beachten, dass der Durchmesser d der Oberfläche 32t des
Distalendes 0,6 mm war und L 1,9G war. Es wird anhand des Graphs
deutlich, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Zündfunken
abseits der Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich landete, sich maßgeblich reduzierte, wenn die
Breite A der Umfangsfläche 32p mit
freiliegendem Bereich 0,15 mm oder größer ist, wodurch auf vorteilhafte
Weise eine unebene Abtragung der Erdungselektrode verhindert wurde.
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9 ist
ein Graph, der zeigt, wie sich das Zündungslimit-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit
dem Durchmesser d der Oberfläche 32t des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts 32 ändert. Es ist
zu beachten, dass die Breite A der Umfangsfläche mit freiliegendem Bereich
0,2 mm war, die hervorstehende Höhe
der Oberfläche 32t des
Distalendes war 0,8 mm und L ≥ 1,3G.
Es wird anhand des Graphs deutlich, dass das Limit-Kraftstoff-Verhältnis sich
in Richtung der reichen Seite verschiebt, wenn der Durchmesser d
der Oberfläche 32t des
Distalendes 9 mm überschreitet,
was anzeigt, dass sich eine Zündleistung
verschlechtert. 10 ist ein Graph, der zeigt,
wie sich das Zündlimit-Luft-Treibstoff-Verhältnis mit
der hervorstehenden Höhe
t der Oberfläche 32t des
Distalendes verändert.
Es ist zu beachten, dass der Durchmesser d der Oberfläche 32t des
Distalendes 0,6 mm war, die Breite A der Umfangsfläche mit
freiliegendem Bereich war 0,2 mm und L ≥ 1,3G. Es wird anhand des Graphs
deutlich, dass das Limit-Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich
in Richtung der reichen Seite verschiebt, wenn die hervorstehende Höhe t kleiner
als 0,3 mm ist, was anzeigt, dass eine Zündleistung sich verschlechtert. 11 ist
ein Graph, der zeigt, wie sich die Größe der Abstandsvergrößerung mit
der hervorstehenden Höhe
t verändert.
Es ist zu beachten, dass der Durchmesser d der Oberfläche 32t des
Distalendes 0,6 mm war, die Breite A der Umfangsfläche mit
freiliegendem Bereich war 0,2 mm und L ≥ 1,3G. Es wird anhand des Graphs
deutlich, dass die Größe der Abstandsvergrößerung extrem
groß wird,
wenn die hervorstehende Höhe
t der Oberfläche 32t des
Distalendes 1,5 mm überschreitet,
was anzeigt, dass der Zündfunkenabtragungswiderstand
nicht ausreichend sicher war.
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16 ist
ein Graph, der zeigt, wie sich die Größe einer Abstandsvergrößerung mit
dem Durchmesser d der Oberfläche 32t des
Distalendes des Erdungselektrodenzündabschnitts 32 in
dem Zündfunkenabtragungswiderstandstest ändert. Es
ist zu beachten, dass die Breite A der Umfangsfläche mit freiliegendem Bereich
0,2 mm war, die hervorstehende Höhe
der Oberfläche 32t des
Distalendes war 0,8 mm und L ≥ 1,3G.
Es wird anhand des Graphs deutlich, dass sich die Größe der Abstandsvergrößerung drastisch
erhöht,
wenn der Durchmesser d der Oberfläche des Distalendes 32t geringer
als 0,3 mm ist, was anzeigt, dass ein Zündfunkenabtragungswiderstand
nicht ausreichend sicher war.