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Die
vorliegende Erfindung betrifft Zündkerzen
zur Verwendung in Verbrennungsmotoren und insbesondere eine Zündkerze,
in die ein Widerstand zum Verhindern des Auftretens von Hochfrequenzrauschen
integriert ist.
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Als
diese Art von Zündkerze
ist herkömmlicherweise
eine Zündkerze
mit einem Aufbau bekannt, bei der eine Anschlussklemme in eine entlang
der Achsenrichtung eines Isolators ausgebildete Durchgangsbohrung
von einer Endseite der Durchgangsbohrung eingeführt und befestigt ist, während eine
Mittelelektrode analog von der anderen Endseite der Durchgangsbohrung
eingeführt
und befestigt ist, und in der in der Durchgangsbohrung ein Widerstand
zwischen der Anschlussklemme und der Mittelelektrode angeordnet
ist. Zwischen dem Widerstand und der Anschlussklemme oder zwischen
dem Widerstand und der Mittelelektrode ist im Allgemeinen ein elektrisch
leitender Glasabdichtteil zum Miteinanderverbinden der beiden Elemente
angeordnet. Diese Zündkerze
wird zum Beispiel durch den folgenden Prozess hergestellt.
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D.h.
in die Durchgangsbohrung des Isolators wird nach dem Einführen der
Mittelelektrode leitendes Glaspulver gegeben, dann Materialpulver
der Widerstandszusammensetzung, gefolgt von weiterem Glaspulver.
Dadurch werden in der Durchgangsbohrung eine leitende Glaspulverschicht,
eine Widerstandszusammensetzungspulverschicht und eine weitere leitende
Glaspulverschicht in dieser Reihenfolge von der Seite der Mittelelektrode
gebildet. Dann wird in diesem Zustand der Isolator über den
Glaserweichungspunkt erhitzt und weiterhin wird eine Anschlussklemme
von der Seite gegenüber
der Mittelelektrode in die Bohrung eingepresst, wobei in dieser
Anordnung die geschichteten Lagen axial gepresst werden, um zusammengepresst
und gesintert zu werden, wodurch jeweils ein leitender Glasabdichtteil,
ein Widerstand und ein weiterer leitender Glasabdichtteil gebildet
werden.
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Bei
dem obigen Zündkerzenherstellungsverfahren
ist es üblich,
dass nach Ausbilden der leitenden Glaspulverschicht, der Widerstandszusammensetzungspulverschicht
und einer weiteren leitenden Glaspulverschicht nacheinander und
Erhitzen mit der Mittelelektroden unten die einzelnen Schicht in
einer Achsenrichtung von der Seite gegenüber der Mittelelektrode zusammengepresst
werden, wodurch die Glasabdichtteile und der Widerstand gebildet
werden. In diesem Fall kommt es gelegentlich vor, dass aufgrund
der Reibung zwischen dem oberen Füllmaterial und der Durchgangsbohrungswandfläche nicht
genügend
Presskraft auf die an der untersten Seite angeordnete leitende Glaspulverschicht
wirkt, so dass das Zusammenpressen bzw. die Fluidisation nach dem
Glasschmelzen und ferner das Sintern der leitenden Glaspulverschicht
nicht ausreichend ablaufen. Wird die Zündkerze lange Zeit in einem
solchen Zustand eingesetzt, kann es vorkommen, dass Kohlenstoff
in dem leitenden Glasabdichtteil ausbrennt oder die Metallkomponente
oxidiert, so dass der leitende Zustand zwischen dem Widerstand und
der Mittelelektrode unvollständig
wird, was ein Ansteigen des Leitungswiderstands bewirkt, was die
normale Zündung
behindern kann.
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Wenn
ferner die Außenmaße des Isolators
durch die Spezifikationen der Zündkerze
oder dergleichen festgelegt werden, ist eine Längenzunahme des Widerstands
beschränkt.
In diesem Fall wäre
ein verfügbares Verfahren,
dass die Stelle der den Vorsprungteil aufnehmenden Fläche hin
zum Vorderende der Mittelelektrode bewegt wird, so dass die axiale
Länge des
zweiten Teils der Durchgangsbohrung verlängert wird, wodurch die Länge des
Widerstands um den Teil vergrößert wird.
Dieses Verfahren hat aber einen Nachteil, da der Isolator an der
Stelle der den Vorsprungteil aufnehmenden Fläche von dünnerer Wanddicke ist, so dass
diesem Teil wahrscheinlich Festigkeit fehlt. In diesem Fall kann
der schneidende Teil zwischen der den Vorsprungteil aufnehmenden
Fläche
und dem zweiten Teil als eine Art Kerbe dienen, die häufig Probleme
bezüglich
Festigkeit verursacht.
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EP-A2-0,377,938
offenbart eine Zündkerze
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Eine
erste Aufgabe von erfindungsgemäßen Ausführungen
besteht darin, eine Zündkerze
mit verbessertem Leiten zwischen dem Widerstand und der Mittelelektrode
zu bieten, wobei der Glasabdichtteil dazwischen sandwichartig eingeschlossen
ist. Eine zweite Aufgabe von erfindungsgemäßen Ausführungen besteht darin, eine
Zündkerze
vorzusehen, bei der die Länge
des Widerstands vergrößert werden
kann, selbst wenn Außenmaße des Isolators
beschränkt
sind, und die eine ausgezeichnete Hochfrequenzrauschen verhindernde Wirkung
hat.
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Zündkerze vor, welche umfasst:
eine entlang einer axialen Richtung eines Isolators ausgebildete
Durchgangsbohrung; eine an einem Ende der Durchgangsbohrung angeordnete
Anschlussklemme; eine an dem anderen Ende der Durchgangsbohrung
angeordnete Mittelelektrode; und einen zwischen der Anschlussklemme
und der Mittelelektrode in der Durchgangsbohrung befindlichen Widerstand;
wobei ein Stabquerschnittdurchmesser der Mittelelektrode kleiner
als ein Stabquerschnittdurchmesser des Widerstands festgelegt ist
und wobei, wenn die Seite hin zu einem vorderen Ende der Mittelelektrode
als Vorderseite genommen wird, die Durchgangsbohrung des Isolators
einen ersten Teil, der das Einführen
der Mittelelektrode durch diesen ermöglicht, und einen zweiten Teil,
der an einer hinteren Seite des ersten Teils so ausgebildet ist,
dass er von größerem Durchmesser
als der erste Teil ist, und der den Widerstand darin aufnimmt, aufweist,
wobei ein elektrisch leitender Glasabdichtteil an einer dem Verbindungsteil
zwischen dem Widerstand und der Mittelelektrode entsprechenden Position
angeordnet ist und das elektrisch leitende Glas des Glasabdichtteils
in den schmalen Spalt zwischen der Außenfläche der Mittelelektrode und
dem Verbindungsteil der Durchgangsbohrung eingebracht ist; dadurch
gekennzeichnet, dass der zweite Teil mittels eines Verbindungsteils,
der einen mehrstufigen Durchmesserreduzierungsteil aufweist, mit
dem ersten Teil verbunden ist.
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In
dieser Zündkerze
ist ein Verbindungsteil, der einen Mehrstufen- oder zwei- bzw. mehrstufigen
Teil reduzierten Durchmessers aufweist, zwischen dem zweiten Teil
eines größeren Durchmessers,
an dem der Widerstand in der Durchgangsbohrung des Isolators angeordnet
ist, und dem ersten Teil eines kleineren Durchmessers, in den die
Mittelelektrode eingeführt
ist, ausgebildet, und ein elektrisch leitender Glasabdichtteil ist
an einer dem Verbindungsteil entsprechenden Stelle zwischen dem
Widerstand und der Mittelelektrode angeordnet. Bei diesem Aufbau
wird bei Bilden des Glasabdichtteils durch Einfüllen elektrisch leitenden Glaspulvers
und dessen Erhitzen und Zusammenpressen die druckbeaufschlagende
Querschnittfläche
in der axialen Richtung durch den Teil reduzierten Durchmessers
auf eine Größe der Durchmesserreduzierung
reduziert, so dass eine ausreichende Zusammenpresskraft sichergestellt
werden kann, falls die Druckbeaufschlagungskraft verloren geht,
zum Beispiel aufgrund von Reibung zwischen dem oberen Füllmaterial
(z.B. Widerstandsmaterialpulver) und der Wandfläche der Durchgangsbohrung.
Sobald die Zusammenpresskraft sichergestellt ist, schreitet das
Sintern der Glaspulverschicht ausreichend fort, so dass das Eintreten
von Brennen von Kohlenstoff in dem Glasabdichtteil und die Oxidierung
von Metallkomponenten unwahrscheinlich wird. Somit kann ein leitender
Zustand mittels des Glasabdichtteils mühelos und in erfolgreicher
Weise zwischen dem Widerstand und der Mittelelektrode sichergestellt
werden, und ferner kann ein Problem wie Anstieg von Leitungswiderstand
langfristig vermieden werden.
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Als
Nächstes
kann ein Elektroden befestigender Vorsprungteil an einem hinteren
Endteil der Mittelelektrode so vorgesehen werden, dass er von seiner Außenumfangsfläche nach
außen
ragt. Ferner kann an dem Verbindungsteil eine den Vorsprungteil
aufnehmende Fläche
zum Aufnehmen des Elektroden befestigenden Vorsprungteils so ausgebildet
sein, dass sie sich neben einer hinteren Endkante des ersten Teils
befindet und von der Innenumfangsfläche des ersten Teils nach außen ragt.
Auf diese Weise kann eine Vorsprungfläche entsprechend einer Stelle
gebildet werden, an der sich eine nach außen verlängerte Fläche der Vorsprungteil aufnehmenden
Fläche
und eine verlängerte
Fläche
des zweiten Teils hin zu der Vorsprungteil aufnehmenden Fläche schneiden,
so dass sich die Vorsprungfläche über diese
beiden verlängerten
Flächen
erstreckt.
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Wenn
ein Vorsprungteil (dessen Oberfläche
ist die oben erwähnte
Vorsprungfläche)
entsprechend der Stelle gebildet wird, an der sich die nach außen verlängerte Fläche der
Vorsprungteil aufnehmenden Fläche und
die verlängerte
Fläche
des zweiten Teils hin zu der Vorsprungteil aufnehmenden Fläche schneiden,
so dass der Vorsprungteil von diesen beiden verlängerten Flächen vorsteht, dann ist das
Raumvolumen zwischen der Seitenfläche des Elektroden befestigenden
Vorsprungteils und dem zweiten Teil verringert, so dass die zusammenpressende
Kraft für
die einzufüllende
elektrisch leitende Glaspulverschicht verbessert werden kann. Dadurch
können
die oben erwähnten
Wirkungen der vorliegenden Erfindung auf bemerkenswerte Weise verwirklicht
werden.
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Zudem
können
durch Vorsehen eines solchen Vorsprungteils auch die folgenden zusätzlichen
Wirkungen kombiniert erreicht werden. D.h. selbst wenn die Position
der den Vorsprungteil aufnehmenden Fläche so geändert wird, dass die axiale
Länge des
zweiten Teils verlängert
wird, wird der Vorsprungteil so gebildet, dass er sich über die
einzelnen verlängerten
Flächen
der Vorsprungteil aufnehmenden Fläche und des zweiten Teils ausdehnt,
wodurch wie vorstehend erwähnt
ein Dünnerwerden
der Wanddicke des Isolators verhindert wird. Da ferner der schneidende
Teil der verlängerten
Flächen
in dem Vorsprungteil eingebettet ist, wird die Kerbwirkung gemildert.
Dadurch kann die Länge
des Widerstands vergrößert werden,
während
eine ausreichende Festigkeit des Isolators sichergestellt wird,
so dass eine Zündkerze
ausgezeichneter Leistung bei Unterbindung von Hochfrequenzrauschen
verwirklicht werden kann. Somit kann die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung
gelöst
werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Zündkerze
ist es wünschenswert,
dass bei einem Querschnitt, der eine Mittelachsenlinie des Isolators
umfasst, wenn ein Abstand in der Richtung der Mittelachsenlinie
von einem Verbindungspunkt P zwischen der Vorsprungteil aufnehmenden
Fläche
und dem ersten Teil zu einem Verbindungspunkt S zwischen der Vorsprungfläche und
dem zweiten Teil 1 ist und ein Abstand in der Richtung der Mittelachsenlinie
von dem Verbindungspunkt P zu der hinteren Endkante der Mittelelektrode
L ist, dann ein Wert von I/L nicht kleiner als 0,5 ist. Wird der
Wert I/L kleiner als 0,5, dann wird der schmale Spaltteil zwischen der
Vorsprungfläche
und der Seitenfläche
des Elektroden befestigenden Vorsprungteils der Mittelelektrode entlang
der Richtung der Mittelachsenlinie des Isolators zu lang ausgebildet,
so dass sich in manchen Fällen ein
ungenügendes
Füllen
der elektrisch leitenden Glaspulverschicht zu dem Teil ergeben kann.
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Im
Einzelnen kann der zweite Teil der Durchgangsbohrung zu einer im
Allgemeinen zylindrischen Fläche
gebildet werden, und die Vorsprungfläche des Verbindungsteil kann
so gebildet werden, dass sie eine im Allgemeinen zylindrische Schalenfläche, die
mit der Vorsprungteil aufnehmenden Fläche verbunden ist und konzentrisch
zu dem zweiten Teil angeordnet ist, und eine Fläche reduzierten Durchmessers,
die den zweiten Teil und die Schalenfläche miteinander verbindet,
aufweist. Der Verbindungsteil mit einer solchen Konfiguration ist
insbesondere von ausgezeichneter Festigkeit und weist einen Vorteil
auf, da die Stehspannung des Isolators verbessert werden kann.
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Bei
einem als D ausgedrückten
Innendurchmesser des zweiten Teils der Durchgangsbohrung und einem
als d ausgedrückten
Innendurchmesser der Schalenfläche
wird ein Wert von d/D bevorzugt in einen Bereich von 0,5 bis 0,95
fallend angepasst. Wenn der Wert d/D unter 0,5 fällt, dann hat der Verbindungsteil
einen übermäßig reduzierten
Durchmesser, so dass der Spalt zwischen der Schalenfläche und
der Seitenfläche
des Elektroden befestigen Vorsprungteils extrem schmal wird, so
dass das Einfüllen
der elektrisch leitenden Glaspulverschicht beeinträchtigt werden
kann. Wenn dagegen der Wert d/D 0,95 überschreitet, wird die Durchmesserreduzierung
des Verbindungsteil ungenügend,
so dass die Wirkung des Anstiegs der zusammenpressenden Kraft für die elektrisch
leitende Glaspulverschicht nicht so stark erwartet werden könnte, und
daher könnten
in manchen Fällen
die erwarteten Wirkungen der vorliegenden Erfindung nicht verwirklicht
werden. Ferner ist erwünschter,
dass der Wert d/D in einen Bereich von 0,75-0,8 fallend angepasst
wird.
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Ferner
kann die Fläche
reduzierten Durchmessers der Vorsprungfläche zu einer zulaufenden Fläche ausgebildet
werden, die hinauf hin zur Außenseite
geneigt ist, wenn der Isolator aufrecht mit dem ersten Teil der
Durchgangsbohrung unten positioniert ist. Da bei dieser Anordnung
der Teil reduzierten Durchmessers durch die zulaufende Fläche an einer
Stelle nahe der Endfläche
des Widerstands gebildet wird, wird die Zusammenpresswirkung für die elektrisch
leitende Glaspulverschicht an der Stelle verbessert, so dass der
leitende Zustand zwischen dem Widerstand und der Mittelelektrode
mittels des Glasabdichtteils noch besser ausgelegt werden kann.
Ferner wird der durch den zweiten Teil der Durchgangsbohrung und
den Teil reduzierten Durchmessers gebildete Winkel ein stumpfer
Winkel, was das Eintreten der Kerbwirkung an deren Verbindungsteil
recht unwahrscheinlich macht und somit einen Vorteil ergibt, da
die Festigkeit des Isolators verbessert wird. In diesem Fall ist
die oben erwähnte
Vorsprungteil aufnehmende Fläche
ferner bevorzugt eine ähnlich
zulaufende Fläche.
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Zudem
ist es bevorzugt, dass bei Nehmen einer zur Mittelachsenlinie der
Durchgangsbohrung senkrechten Ebene als Bezugsebene der Neigungswinkel der
Fläche
reduzierten Durchmessers zur Bezugsebene in einen Bereich von 20
bis 80° angepasst
wird. Wenn der Neigungswinkel unter 20° liegt, dann läuft die
Richtung der zulaufenden Fläche
weitgehend der Richtung des Zusammenpressens des elektrisch leitenden
Glaspulvers entgegen, was eine Behinderung des Strömens des
Pulvers bewirkt, so dass der elektrisch leitende Glasabdichtteil
ungleichmäßig ausgebildet
wird, in welchem Fall der leitenden Zustand zwischen dem Widerstand
und der Mittelelektrode umgekehrt schlechter werden kann. Wenn dagegen
der Neigungswinkel 80° übersteigt,
dann wird die Länge
der zulaufenden Fläche
in Richtung der Mittelachsenlinie der Durchgangsbohrung sehr lang,
so dass die erwartete Durchmesserreduzierungswirkung und zudem die
Zusammenpresswirkung der elektrisch leitenden Glaspulverschicht
in manchen Fällen
nicht verwirklicht werden konnte.
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Nach
einem zweiten Aufbau wird bevorzugt ein Elektroden befestigender
Vorsprungteil an einem hinteren Endteil der Mittelelektrode so vorgesehen,
dass er von der Außenumfangsfläche der
Mittelelektrode nach außen
ragt, und an dem Verbindungsteil zwischen dem ersten und zweiten
Teil wird eine Vorsprungteil aufnehmende Fläche zum Aufnehmen des Elektroden
befestigenden Vorsprungteils so ausgebildet, dass sie neben einer
hinteren Endkante des ersten Teils ist und von der Innenumfangsfläche des
ersten Teils absteht, und weiterhin wird ein Vorsprungteil entsprechend
einer Stelle ausgebildet, an der sich eine nach außen verlängerte Fläche der
Vorsprungteil aufnehmenden Fläche
und eine verlängerte
Fläche
des zweiten Teils hin zu der Vorsprungteil aufnehmenden Fläche schneiden,
so dass sich der Vorsprungteil über
diese beiden verlängerten Flächen ausdehnt.
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Mit
diesem Aufbau kann die oben erwähnte
zweite Aufgabe der Erfindung verwirklicht werden.
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Konkret
kann der zweite Teil der Durchgangsbohrung zu einer im Allgemeinen
zylindrischen Fläche ausgebildet
werden, und ein Fläche
(eine Vorsprungfläche)
des Vorsprungteils des Verbindungsteils hat eine im Allgemeinen
zylindrische Schalenfläche,
die mit der Vorsprungteil aufnehmenden Fläche verbunden und konzentrisch
zum zweiten Teil angeordnet ist, und eine Fläche reduzierten Durchmessers,
die den zweiten Teil und die Schalenfläche miteinander verbindet.
Der Verbindungsteil mit einem solchen Aufbau ist insbesondere von
ausgezeichneter Festigkeit und weist einen Vorteil auf, da die Stehspannung
des Isolators verbessert werden kann.
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Ferner
ist in dem Verbindungsteil die Fläche reduzierten Durchmessers
der Vorsprungfläche
zu einer zulaufenden Fläche
ausgebildet, die hinauf hin zur Außenseite geneigt ist, wenn
der Isolator aufrecht mit dem ersten Teil der Durchgangsbohrung
unten positioniert ist. Bei dieser Anordnung wird der durch den
zweiten Teil der Durchgangsbohrung und den Teil reduzierten Durchmessers
gebildete Winkel ein stumpfer Winkel, was die Kerbwirkung an deren
Verbindungsteil verhindert oder hemmt und somit einen Vorteil ergibt,
da die Festigkeit des Isolators verbessert wird. In diesem Fall
ist die oben erwähnte
Vorsprungteil aufnehmende Fläche
ferner wünschenswerterweise
eine ähnlich
zulaufende Fläche.
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Nun
werden Ausführungen
der Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 eine
Längsschnittansicht,
die ein Beispiel einer Zündkerze
nach Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
vordere Schnittansicht, die den Hauptteil der Zündkerze zeigt;
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3 eine
vordere Schnittansicht des Hauptteils, die eine erste Abwandlung
der erfindungsgemäßen Zündkerze
zeigt;
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4 eine
vordere Schnittansicht des Hauptteils, die eine zweite Abwandlung
derselben zeigt;
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5A eine
vordere Schnittansicht des Hauptteils, die eine dritte Abwandlung
derselben zeigt;
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5B eine
vordere Schnittansicht des Hauptteils, die eine vierte Abwandlung
derselben zeigt;
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6 eine
vordere Schnittansicht des Hauptteils, die eine fünfte Abwandlung
derselben zeigt;
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7A eine
erläuternde
Ansicht, die einen Herstellungsprozess für die Zündkerze von 1 zeigt;
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7B eine
auf 7A folgende erläuternde Ansicht;
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7C eine
auf 7B folgende erläuternde Ansicht;
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7D eine
auf 7C folgende erläuternde Ansicht;
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8A eine
auf 7D folgende erläuternde Ansicht;
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8B eine
auf 8A folgende erläuternde Ansicht;
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9 eine
Vorgehen erläuternde
Ansicht des Vorsprungteils der Zündkerze
von 1;
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10A eine vordere Schnittansicht, die ein weiteres
Beispiel des Isolators zeigt;
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10B eine vordere Schnittansicht, die ein noch
weiteres Beispiel desselben zeigt;
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11A eine erläuternde
Ansicht, die eine Zündkerze
nach dem Stand der Technik zeigt;
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11B eine erläuternde
Ansicht, die Probleme derselben zeigt.
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Beispiel 1
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1 zeigt
ein Beispiel der Zündkerze
nach dem ersten und zweiten erfindungsgemäßen Aufbau. D.h. eine Zündkerze 100 umfasst
einen zylindrischen Metallmantel 1, einen an dem Metallmantel 1 angebrachten Isolator 2,
so dass dessen vorderer Endteil hervorragt, eine in dem Isolator 2 vorgesehene
Mittelelektrode 3, eine Masseelektrode 4, deren
eines Ende mit dem Metallmantel 1 verbunden und so angeordnet
ist, dass es der Mittelelektrode 3 gegenüberliegt,
und dergleichen, wobei ein Spalt g zwischen der Masseelektrode 4 und der
Mittelelektrode 3 vorgesehen ist. Die untere Endseite der
Masseelektrode 4 ist dagegen an dem Metallmantel 1 durch
Schweißen
oder dergleichen befestigt und damit verbunden. Der Metallmantel 1 besteht
aus Kohlenstoffstahl oder dergleichen, und ein Gewindeteil 12 zum
Anbringen an dem Verbrennungsmotor ist an dessen Außenumfangsfläche ausgebildet,
wie in 1 gezeigt wird. Ferner besteht die Mittelelektrode 3 aus Ni-Legierung
oder dergleichen. Ferner ist der Isolator 2 aus einem gesinterten
Keramikkörper
wie Aluminiumoxid gebildet.
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Axial
in dem Isolator 2 ist eine Durchgangsbohrung 50 gebildet,
wobei eine Anschlussklemme 13 an einer Endseite der Durchgangsbohrung 50 eingeführt und
an dieser befestigt ist, während
die Mittelelektrode 3 analog in die andere Endseite der
Durchgangsbohrung 50 eingeführt und an dieser befestigt
ist. Ferner ist in der Durchgangsbohrung 50 ein Widerstand 15 zwischen
der Anschlussklemme 13 und der Mittelelektrode 3 angeordnet.
Beide Endteile dieses Widerstands 15 sind mit der Mittelelektrode 3 und
der Anschlussklemme 13 mittels leitender Glasabdichtteile 16, 17 jeweils
elektrisch verbunden. Der Widerstand 15 ist aus einer Widerstandszusammensetzung
gebildet, die durch Mischen eines Glaspulvers und eines leitenden
Materialpulvers (und nach Bedarf eines anderen Keramikpulvers als
Glas) und Sintern des Gemisches mit einer Heizpresse oder dergleichen
erhalten wird. Die leitenden Glasabdichtteile 16, 17 werden
aus einem Glas gemischt mit einem Metallpulver von Cu, Fe (oder
deren Legierungen) und dergleichen gebildet.
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Als
Nächstes
wird ein Stabquerschnittdurchmesser der Mittelelektrode 3 kleiner
als der Stabquerschnittdurchmesser des Widerstands 15 festgelegt.
Unter der Annahme, dass eine Seite hin zu dem vorderen Ende der
Mittelelektrode 3 als Vorderseite genommen wird, umfasst
die Durchgangsbohrung 50 des Isolators 2 einen
ersten Teil 51, der das Einführen der Mittelelektrode 3 durch
diesen ermöglicht,
und einen zweiten Teil 52, der an der hinteren Seite (in
der Figur der oberen Seite) des ersten Teils 51 so ausgebildet
ist, dass er von größerem Durchmesser
als der erste Teil 51 ist, und der den Widerstand 15 darin
aufnimmt. Dann wird der zweite Teil 52 mittels eines Verbindungsteils 55,
der einen Teil reduzierten Durchmessers mit zwei Stufen umfasst,
mit dem ersten Teil 51 verbunden, und an einer dem Verbindungsteil 55 entsprechenden
Stelle wird der leitende Glasabdichtteil 16 zwischen den
Widerstand 15 und die Mittelelektrode 3 gesetzt.
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2 ist
eine Schnittansicht des Hauptteils nahe des Verbindungsteils 55 durch
eine eine Mittelachsenlinie O des Isolators 2 enthaltende
Ebene. D.h. an einem hinteren Endteil der Mittelelektrode 3 ist
ein Elektroden befestigender Vorsprungteil 3a so ausgebildet,
dass er von der Außenumfangsfläche der
Mittelelektrode 3 nach außen ragt. Dann ist an dem Verbindungsteil 55 der
Durchgangsbohrung 50 eine Vorsprungteil aufnehmende Fläche 20 zum
Aufnehmen des Elektroden befestigenden Vorsprungteils 3a in
solcher Form ausgebildet, dass sie neben der hinteren Endkante des
ersten Teils 51 liegt und von der Innenumfangsfläche des ersten
Teils 51 nach außen
ragt.
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Ferner
ist in dem Verbindungsteil 55 ein Vorsprungteil 60 entsprechend
einem schneidenden Teil zwischen einer nach außen verlängerten Fläche 20a der Vorsprungteil
aufnehmenden Fläche 20 und
einer verlängerten
Fläche 52a des
zweiten Teils 52 hin zur Vorsprungteil aufnehmenden Fläche 20 ausgebildet,
so dass sich der Vorsprungteil 60 über diese beiden verlängerten
Flächen 20a, 52a ausdehnt,
wobei die Fläche
des Vorsprungteils 60 als Vorsprungfläche 53 gegeben ist.
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Wenn
in der Zündkerze 100 die
Länge in
Richtung der Mittelachsenlinie von einem Verbindungspunkt P zwischen
der Vorsprungteil aufnehmenden Fläche 20 und dem ersten
Teil 51 zu einem Verbindungspunkt S zwischen der Vorsprungfläche 53 und
dem zweiten Teil 51 l ist und wenn die Länge in der
Richtung der Mittelachsenlinie von dem Verbindungspunkt P zu der
hinteren Endkante der Mittelelektrode 3 L ist, dann wird der Wert
I/L auf nicht weniger als 0,5 (wünschenswerterweise
nicht weniger als 1,0) festgelegt.
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Als
Nächstes
wird die Innenumfangsfläche
des zweiten Teils 52 der Durchgangsbohrung 50 zu
einer im Allgemeinen zylindrischen Fläche ausgebildet. Zudem können auch
winzige Verjüngungen
hinzugefügt
werden, mit dem Ziel, ein einfacheres Entfernen von Formstiften
während
des Formprozesses zu ermöglichen, oder
für andere
Zwecke. Der Winkel dieser Verjüngungen
liegt, als mit der Mittelachsenlinie O gebildeter Winkel, bei etwa
1-1,2°. Ferner
umfasst die Vorsprungfläche 53 des
Verbindungsteils 55 eine im Allgemeinen zylindrische Schalenfläche 53a,
die mit der Vorsprungteil aufnehmenden Fläche 20 verbunden und
konzentrisch mit dem zweiten Teil 52 angeordnet ist, und
eine Fläche
reduzierten Durchmessers 53b zum Verbinden der Schalenfläche 53a und
des zweiten Teils 52 miteinander. Wenn bei dieser Verbindung
der Innendurchmesser des zweiten Teils 52D und der Innendurchmesser
der Schalenfläche 53ad ist,
dann wird der Wert d/D in einen Bereich von 0,5-0,95 (wünschenswerterweise
0,75- 0,8) fallend angepasst.
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Ferner
wird die Fläche
reduzierten Durchmessers 53b der Vorsprungfläche 53 zu
einer zulaufenden Fläche
ausgebildet, die hinauf hin zur Außenseite geneigt ist, wenn
der Isolator 2 aufrecht mit dem ersten Teil 51 unten
positioniert ist.
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Unter
der Annahme, dass eine Ebene senkrecht zur Mittelachsenlinie O des
Isolators 2 (Durchgangsbohrung 50) als Bezugsebene
Q genommen wird, wird dann der Neigungswinkel Θ der zulaufenden Fläche zur
Bezugsebene Q in einen Bereich von 20-80° (wünschenswerterweise 30-50°) fallend
angepasst. In dem Verbindungsteil 55 bildet diese Fläche reduzierten
Durchmessers 53b einen Teil reduzierten Durchmessers einer
ersten Stufe, und die Vorsprungteil aufnehmende Fläche 20 bildet
einen Teil reduzierten Durchmessers einer zweiten Stufe.
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Bezüglich dieser
Zündkerze 100 kann
die Anordnung der Mittelelektrode 3 und der Anschlussklemme 13 zum
Isolator 2 sowie die Bildung des Widerstands 15 und
der leitenden Glasabdichtteile 16, 17 in folgender Weise
verwirklicht werden. Zunächst
wird, wie in 7A bezüglich der Durchgangsbohrung 50 des
Isolators 2 gezeigt wird, die Mittelelektrode 3 in
ihren ersten Teil 51 eingeführt, und dann wird wie in 7B gezeigt leitendes
Glaspulver H dorthinein gefüllt.
Dann wird wie in 7C gezeigt eine Pressstange 90 in
die Durchgangsbohrung 50 eingeführt und das eingefüllte Pulver
H wird gepresst, wodurch eine erste leitende Glaspulverschicht 71 gebildet
wird. Anschließend
wird Materialpulver der Widerstandszusammensetzung dorthinein gefüllt, ähnlich gepresst,
und während
leitendes Glaspulver weiter eingefüllt wird, wird das sich ergebende
Erzeugnis gepresst. Dadurch werden wie in 7D gezeigt
in der Durchgangsbohrung 50 die erste leitende Glaspulverschicht 71,
eine Widerstandszusammensetzungspulverschicht 72 und eine
zweite leitende Glaspulverschicht 73 von der Seite der
Mittelelektrode 3 aus gesehen (von unten) aufeinander geschichtet.
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Anschließend wird,
wie in 8A gezeigt, das gesamte Produkt,
so wie es ist, in einen Ofen F gegeben, wo es auf eine Temperatur
von 900-1.000°C
erhitzt wird, was höher
als der Glaserweichungspunkt ist. Danach wird die Anschlussklemme 13 in
die Durchgangsbohrung 50 von einer Seite gegenüber der
Mittelelektrode 3 eingepresst, so dass die Schichten 71 bis 73 in
dem Schichtzustand axial gepresst werden. Dadurch werden wie in 8B gezeigt die
einzelnen Schichten zusammengepresst und gesintert, was den leitenden Glasabdichtteil 16,
den Widerstand 15 und den leitenden Glasabdichtteil 17 jeweils
bildet.
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Nun
werden Vorteile der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 gegenüber dem
Stand der Technik erläutert.
Zunächst
würden
bei der vorbekannten Zündkerze,
wie sie in 11A gezeigt wird, bei der Bildung
eines zweiten Teils 152 und eines ersten Teils 151 in
einer Durchgangsbohrung 150 eines Isolators 102 diese
Teile im Allgemeinen durch eine einstufige zulaufende Fläche (Vorsprungteil
aufnehmende Fläche) 120 verbunden werden,
so dass diese zulaufende Fläche 120 veranlasst
wird, einen Elektroden befestigenden Vorsprungteil 103a einer
Mittelelektrode 103 zu lagern. Wenn der Verbindungsteil
zu der einstufigen zulaufenden Fläche 120 in dieser
Weise ausgebildet wird, würde
leider ein recht breiter Raum U zwischen der Seitenfläche des
Elektroden befestigenden Vorsprungteils 103a und dem zweiten
Teil 152 gebildet werden. Wenn daher die Presskraft durch
die Reibung zwischen den oberen Schichten 72, 73 (7D)
und der Wandfläche
der Durchgangsbohrung 50 bei dem obigen Herstellungsprozess
verringert wird, ist die Zusammenpresskraft für das leitende Glaspulver eher
ungenügend,
so dass in manchen Fällen
kein erfolgreicher Verbindungszustand erreicht werden könnte.
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Bei
der erfindungsgemäßen Zündkerze 100,
wie sie in 2 gezeigt wird, sind aber eine
Vorsprungteil aufnehmende Fläche 20 sowie
ein Vorsprungteil 60 (Vorsprungfläche 53) vorgesehen,
die entsprechend eines schneidenden Teils zwischen der nach außen verlängerten
Fläche 20a der
Vorsprungteil aufnehmenden Fläche 20 und
einer verlängerten
Fläche 52a des
zweiten Teils 52 hin zu der Vorsprungteil aufnehmenden
Fläche 20 ausgebildet
sind, so dass sich der Vorsprungteil 60 über diese
beiden verlängerten
Flächen 20a, 52a erstreckt.
Dadurch werden, wie in 9 gezeigt, das Raumvolumen zwischen
der Seitenfläche
des Elektroden befestigenden Vorsprungteils 3a und dem
zweiten Teil 52 und zudem die axiale druckbeaufschlagende
Querschnittfläche der
ersten leitenden Glaspulverschicht 71 (7C, 7D),
die in den Raum gefüllt
wird, verringert, so dass eine ausreichende zusammenpressende Kraft
sichergestellt werden kann, selbst wenn die Presskraft durch die
Reibung verringert wird. Folglich beginnt das leitende Glaspulver,
das durch Erhitzen halb geschmolzen wurde, gut in enge Spalte zwischen
dem Elektroden befestigenden Vorsprungteil 3a der Mittelelektrode 3 und
dem Vorsprungteil 60 und dergleichen zu fließen. Dadurch
schreitet das Sintern des Glasabdichtteils ausreichend fort, so
dass das Eintreten von Brennen des Kohlenstoffs in dem Glasabdichtteil
und die Oxidation von Metallkomponenten unwahrscheinlich wird. Somit
kann ein leitender Zustand mittels des Glasabdichtteils 16 zwischen
dem Widerstand 15 und der Mittelelektrode 3 in 1 mühelos und
in erfolgreichem Zustand sichergestellt werden.
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Zurück zu 2 lässt das
Vorsehen des Vorsprungteils in dem Verbindungsteil 55 das
Erreichen folgender Wirkungen zu. D.h. die Wirkung des Verhinderns
von Hochfrequenzrauschen bei der Zündkerze pflegt im Allgemeinen
besser zu werden, wenn die Länge
des Widerstands zunimmt. Es ist aber aufgrund der Spezifikationen
der Zündkerze
nicht zulässig,
die Außenmaße des Isolators
frei zu ändern,
während
bei der Vergrößerung der
Länge des
Widerstands eine Beschränkung
vorliegt, solange die Außenmaße des Isolators
unverändert
beibehalten werden. Man könnte
sich zum Beispiel vorstellen, dass, wie in 11B gezeigt,
die Position der Vorsprungteil aufnehmenden Fläche 120 hin zum Vorderende
der Mittelelektrode 103 bewegt wird, wodurch der zweit
Teil 152 der Durchgangsbohrung 150 in seiner axialen
Länge verlängert und
dadurch die Länge
des Widerstands 115 proportional bewirkt wird. Dieses Verfahren
hat aber einen Nachteil, da der Isolator 102 an einer der
Vorsprungteil aufnehmenden Fläche 120 entsprechenden
Position bezüglich
der Wanddicke dünner
wird, wie in 11B gezeigt wird, so dass die
Festigkeit dieses Teils wahrscheinlich mangelhaft wird. In diesem
Fall kann insbesondere der schneidende Teil C zwischen der Vorsprungteil
aufnehmenden Fläche 120 und
dem zweiten Teil 152 als eine Art Kerbe dienen, die häufig bezüglich Festigkeit
Probleme verursacht.
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Bei
dem obigen Aufbau wird aber, wie in 2 gezeigt,
selbst wenn die Position der Vorsprungteil aufnehmenden Fläche 20 so
geändert
wird, dass sie die axiale Länge
des zweiten Teils 52 verlängert, der Vorsprungteil 60 so
ausgebildet, dass er sich über
die verlängerten
Flächen 20a, 52a der
Vorsprungteil aufnehmenden Fläche 20 und
des zweiten Teils 52 erstreckt, wodurch verhindert wird,
dass der Isolator 2 wie oben erwähnt in seiner Wanddicke dünner wird.
Da weiterhin der schneidende Teil C der verlängerten Flächen 20a, 52a in
dem Vorsprungteil 60 eingebettet ist, tritt die Kerbwirkung
nicht ein. Dadurch kann die Länge
des Widerstands 15 vergrößert werden, während eine
ausreichende Festigkeit des Isolators 2 sichergestellt
wird, so dass eine Zündkerze
ausgezeichneter Leistung bei Unterbindung von Hochfrequenzrauschen
verwirklicht werden kann.
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Ferner
zeigen 10A, 10B ein
anderes Beispiel des Isolators 2. Ein Eingriffvorsprungteil 2e wird zum
Beispiel in einer Flanschform an einem axialen Zwischenteil des
Isolators 2, der in 10A gezeigt
wird, gebildet. Dann ist unter der Annahme, dass eine Seite hin
zum Vorderende der Mittelelektrode 3 (1)
als Vorderseite betrachtet wird, in dem Isolator 2 die
Hinterseite des Isolators 2 über dem Eingriffvorsprungteil 2e ein
Körperteil 2b,
der von dünnerem
Durchmesser als die Vorderseite ausgebildet ist. An der Vorderseite
des Eingriffvorsprungteils 2e sind dagegen ein erster Stabteil 2g,
der dünner
als der Eingriftvorsprungteil 2e ist, und ein zweiter Stabteil 2i,
der noch dünner
als der erste Stabteil 2g ist, in dieser Reihenfolge ausgebildet.
Ferner wird an der Außenumfangsfläche des
Körperteils 2b eine
Glasierung aufgebracht, während
an dem hinteren Endteil der Außenumfangsfläche eine
Faltung 2c ausgebildet ist. Weiterhin ist die Außenumfangsfläche des ersten
Stabteils 2g zu einer im Allgemeinen zylindrischen Form
ausgebildet, und die Außenumfangsfläche des zweiten
Stabteils 2i ist zu einer im Allgemeinen konischen Fläche ausgebildet,
die bei zunehmender Nähe
zum Vorderende von verringertem Durchmesser ist.
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Die
Durchgangsbohrung 50 des Isolators 2 weist einen
im Allgemeinen zylindrischen ersten Teil 51, der das Einführen der
Mittelelektrode 3 durch diesen ermöglicht, sowie einen im Allgemeinen
zylindrischen zweiten Teil 52 auf, der an der Hinterseite
(Oberseite in der Figur) des ersten Teils 51 so ausgebildet
ist, dass er von größerem Durchmesser
als der erste Teil 51 ist. Dann werden wie in 1 die
Anschlussklemme und der Widerstand in dem zweiten Teil 52 aufgenommen,
während
die Mittelelektrode in den ersten Teil 51 eingeführt wird.
Der erste Teil 51 und der zweite Teil 52 der Durchgangsbohrung 50 sind
in dem ersten Stabteil 2g in 10A miteinander
verbunden, und an deren Verbindungsstelle sind eine Vorsprungteil
aufnehmende Fläche 20 und
ein Vorsprungteil 60 ausgebildet.
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Die
Maße der
obigen einzelnen Teile in einem in 10A gezeigten
Isolator 2 sind zum Beispiel wie folgt: L1 = etwa 60 mm,
L2 = etwa 10 mm, L3 = etwa 14 mm, D1 = etwa 11 mm, D2 = etwa 13
mm, D3 = etwa 7,3 mm, D4 = 5,3 mm, D5 = 4,3 mm, D6 = 3,9 mm, D7
= 2,6 mm, t1 = 3,3 mm, t2 = 1,4 mm, t3 = 0,9 mm, tA = 1,2 mm.
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In
einem anderen in 10B gezeigten Isolator 2 haben
der erste Stabteil 2g und der zweite Stabteil 2i Außenmaße, die
etwas größer als
die des in 10A gezeigten Isolators 2 sind.
Die Maße
der einzelnen Teile sind zum Beispiel wie folgt: L1 = etwa 60 mm,
L2 = etwa 10 mm, L3 = etwa 14 mm, D1 = etwa 11 mm, D2 = etwa 13
mm, D3 = etwa 9,2 mm, D4 = 6,9 mm, D5 = 5,1 mm, D6 = 3,9 mm, D7
= 2,7 mm, t1 = 3,3 mm, t2 = 2,1 mm, t3 = 1,2 mm, tA = 1,7 mm.
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Nachstehend
werden Abwandlungsbeispiele der oben beschriebenen Zündkerze
erläutert.
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Zunächst wurde
der Vorsprungteil 60 in 2 so ausgebildet,
dass der Verbindungspunkt S zwischen der Vorsprungfläche 53 und
dem zweiten Teil 52 (d.h. eine hintere Endkantenposition
des Vorsprungteils 60) so positioniert ist, dass er in
Richtung der Mittelachsenlinie O weiter hinten als die hintere Endkante
der Mittelelektrode 3 ist. Wie jedoch in 3 gezeigt
wird, kann der Vorsprungteil 60 so ausgebildet werden,
dass die vorstehende Positionsbeziehung innerhalb eines solchen
Bereichs umgekehrt ist, so dass der Wert von I/L nicht unter 0,5
liegt.
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Ferner
wurde die Vorsprungfläche 53 des
Vorsprungteils 60 in 2 als gestufte
Fläche
ausgebildet, die kombiniert eine zulaufende Fläche (Fläche reduzierten Durchmessers) 53b und
eine aufrecht geschnittene Schalenfläche 53a umfasst. Die
Vorsprungfläche 53 kann
aber auch so ausgebildet werden, dass der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 50 in
Richtung von dem Verbindungspunkt S zum Verbindungspunkt P in solchen
Aspekten der Außenlinie
im Querschnitt der Vorsprungfläche 53 als
gleichmäßige konvexe
gebogene Linie, wie in 4 gezeigt, lineare Form (zulaufende
Fläche),
wie in 5A gezeigt, und ferner konkave gebogene
Linie, wie in 5B gezeigt, kontinuierlich reduziert
wird. Daneben kann der Verbindungsteil 55 so ausgebildet
werden, dass er Teile reduzierten Durchmessers mit drei oder mehr
Stufen aufweist, wie in 6 gezeigt wird.
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Nun
wurden zum Prüfen
der Wirkungen der Zündkerze
des obigen Beispiels 1 die folgenden Experimente durchgeführt. Zunächst wurden
wie in
1 und
2 gezeigt Zündkerzen, bei denen d, D, Θ, I und
L wie vorstehend beschrieben bei verschiedenen Werte festgelegt
waren, hergestellt. Dann wurde die Temperatur der Zündkerzen
als beschleunigter Haltbarkeitstest auf 350°C angehoben, und sie wurden
300 Stunden entsprechend dem in Abschnitt JISB8031 : 6.10 beschriebenen
Verfahren entladen, um die Normaltemperatur zurückzuerhalten. Danach wurden
Widerstandswerte gemessen, und Änderungsraten
der anfänglichen
Widerstandswerte, die vor Beginn des Tests gemessen worden waren,
wurden berechnet, woraus die Widerstandsänderungsraten der Zündhaltbarkeit
ermittelt wurden. Diese Ergebnisse werden in den Tabellen 1 und 2
gezeigt:
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Folglich
versteht sich, dass die zum Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
gehörenden
Zündkerzen
jeweils eine niedrige Widerstandsänderungsrate bei Zündhaltbarkeit
zeigten und dass die Zündkerzen
mit einem Wert I/L von nicht unter 0,5, einem Wert d/D von 0,5-0,95,
einem Wert Θ von
20°-80° besonders
gute Ergebnisse zeigten.
