DE19925672B4

DE19925672B4 - Zündkerze

Info

Publication number: DE19925672B4
Application number: DE19925672A
Authority: DE
Inventors: Ken Kariya Hanashi; Keiji Kariya Kanao; Tsunetoshi Kariya Goto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2019-06-05
Also published as: US6337533B1; DE19925672A1

Abstract

Zündkerze, mit
einer Mittelelektrode (3) mit einem Führungsende (3a),
einem Gehäuse (1), das die Mittelelektrode (3) isoliert hält,
einer Masseelektrode (4), die an dem Gehäuse (1) befestigt ist und ein bearbeitetes Führungsende (4b) hat, das dem Führungsende (3a) der Mittelelektrode (3) über einen Funkenentladungsspalt (6) gegenüberliegt,
einem säulenförmigen Edelmetalleinsatzstück (52), dessen Längsseitenfläche mit einer Endfläche des bearbeiteten Führungsendes (4b) der Masseelektrode (4) so verbunden ist, dass sie eine Verbindungslinie (60) zwischen den Oberflächen des Edelmetalleinsatzstücks (52) und des bearbeiteten Führungsendes (4b) der Masseelektrode (4) bilden, wobei die Verbindungslinie (60) die am weitesten in das bearbeitete Führungsende (4b) der Masseelektrode (4) eingegrabene Mantellinie des säulenförmigen Edelmetalleinsatzstücks (52) ist, wobei eine Fläche des Edelmetalleinsatzstücks (52) eine Funkenentladungsoberfläche ist, die direkt dem Funkenentladungsspalt zugewandt ist, und
einem Schmelzabschnitt (70), der aus der geschmolzenen Mischung von Material des Edelmetalleinsatzstücks (52) und des bearbeiteten Führungsendes (4b) der Masseelektrode (4) gebildet...

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze.
Die vorliegende Patentschrift bezieht sich auf eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, die mit einem Edelmetalleinsatzstück versehen ist, das an einer Mittel- und/oder Masseelektrode befestigt ist, und bezieht sich insbesondere auf eine Lebensdauerverbesserung der Verbindungsfestigkeit des Edelmetalleinsatzstückes.
Eine Zündkerze hat allgemein eine Mittelelektrode, die über einen Isolator in ein Gehäuse eingesetzt ist, und eine Masseelektrode, die mit dem Gehäuse integriert ist. Der Abschnitt der Mittelelektrode, der aus dem Ende des Isolators vorsteht, liegt der Masseelektrode gegenüber, um einen Funkenspalt zu bilden, in welchem ein Funken entladen wird. Um die Lebensdauer und die Leistung der Zündkerze zu verbessern, ist ein Edelmetalleinsatzstück an der Mittel- und/oder Masseelektrode befestigt, um einen Funkenentladungspunkt für den Funkenspalt zu bilden.
Üblicherweise wurde eine Platin(Pt)-Legierung verbreitet als Material für das Edelmetalleinsatzstück verwendet. Jedoch hat die Pt-Legierung den Nachteil, daß die Abbrandfestigkeit davon vermutlich nicht ausreichend ist, um härtere Motoranforderungen für Fahrzeuge in der Zukunft zu erfüllen. Folglich wurde die Verwendung einer Iridium(Ir)-Legierung mit einem Schmelzpunkt, der höher ist, als der der Pt-Legierung, kürzlich untersucht und es wurden eine Iridium-Rhodium (Ir-Rh)-Legierung und dergleichen vorgeschlagen, wie in der JP 09-07 733 A gezeigt ist.
Im Fall des Edelmetalleinsatzstückes aus der Pt-Legierung wurde im Hinblick auf leichte Fertigung und niedrige Kosten allgemein Widerstandsschweißen verwendet, um das Edelmetalleinsatzstück und die Mittel- und/oder Masseelektrode miteinander zu verbinden. Jedoch ist üblicherweise das Material der Mittel- und/oder Masseelektrode, an der das Edelmetalleinsatzstück befestigt ist, eine Nickel (Ni) basierte Legierung und der Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der Ni-Legierung und dem der Ir-Legierung ist größer als der Unterschied zwischen dem der Ni-Legierung und dem der Pt-Legierung. Wenn folglich die Zündkerze, die das an der Elektrode durch Widerstandsschweißen befestigte Edelmetalleinsatzstück aus Ir-Legierung hat, in einer Brennkammer mit hoher Temperatur verwendet wird, kann eine große Wärmespannung, die an der Verbindung des Einsatzstückes mit der Elektrode infolge des vorgenannten größeren Unterschieds der linearen Ausdehnungskoeffizienten auftritt, Risse oder ein Lösen der Verbindung des Einsatzstückes und der Elektrode hervorrufen, und schlimmstenfalls kann sich das Edelmetalleinsatzstück von der Elektrode lösen.
Wenn das aus der Ir-Legierung hergestellte Edelmetalleinsatzstück an der Elektrode befestigt wird, wird Laserstrahlschweißen als vorteilhaft angesehen, um die mögliche Trennung von Edelmetalleinsatzstück und Elektrode während der Lebensdauer zu begrenzen, weil durch die hohe Energiedichte das Edelmetalleinsatzstück und die Elektrode ausreichend aufgeschmolzen werden können. Wenn eine Ni und Ir enthaltende Legierung in ausreichendem Maß als ein geschmolzener Abschnitt (Schmelzzone) gebildet wird, der sich von der Verbindungsstelle des Edelmetalleinsatzstückes und der Elektrode zu beiden Seiten des Edelmetalleinsatzstückes und der Elektrode erstreckt, kann eine zuverlässige Verbindungsfestigkeit der Verbindung sichergestellt werden, weil die Wärmespannung absorbiert und ausgeglichen werden kann.
Jedoch neigt der geschmolzene Abschnitt aus der Ni und Ir Legierung dazu, nicht gleichmäßig sondern örtlich gebildet zu werden, so daß die Qualität der Verbindung hinsichtlich der Festigkeit vermindert sein kann. Es ist insbesondere beim Laserstrahlschweißen des Edelmetalleinsatzstückes an die Masseelektrode schwierig, wirksam um den gesamten Umfang des Edelmetalleinsatzstückes zu schweißen, ohne eine Funkenentladungsfläche des Edelmetalleinsatzstückes zu beeinträchtigen, indem die Masseelektrode über der festen Laserstrahlabgabeeinrichtung gedreht wird, weil die Masseelektrode, die einen L-förmigen Aufbau hat und sich von dem den Außenumfang der Mittelelektrode umgebenden Gehäuse erstreckt, gebogen ist, um einem Führungsende der Mittelelektrode gegenüberzuliegen. Das Laserstrahlschweißen des Edelmetalleinsatzstückes bevor die Elektrode mit dem Gehäuse verbunden wird, wird die gleichen Schwierigkeiten mit sich bringen.
Ferner wurde gemäß einem herkömmlichen Beispiel, das in dem US Patent US 4 771 210 A1 beschrieben ist, die Masseelektrode mit einer Bohrung versehen, die von der Oberfläche auf der Seite des Entladungsspalts zu der gegenüberliegenden Oberfläche reichte und in die ein stiftförmiger Edelmetalleinsatzstück eingeführt wurde und an der Masseelektrode auf der Rückseite durch Laser oder Schutzgas verschweißt oder verstemmt wurde, um die Befestigung des Edelmetalleinsatzstückes an der Masseelektrode zu sichern. Jedoch ist keine gute Produktivität darin zu erkennen, die Bohrung in der Elektrode vorsehen zu müssen, weil eine extreme Genauigkeit für die Fertigung der Bohrung erforderlich ist, damit ein geschmolzener Abschnitt nicht auf der Funkenentladungsfläche des Edelmetalleinsatzstückes gebildet wird.
Die Druckschrift DE 697 04 598 T2 offenbart für eine Zündkerze eine Mittelelektrode mit einem Einsatzstück in vier Ausführungsbeispielen und zahlreichen Abwandlungen. Ein Schmelzabschnitt befindet sich dabei stets am Umfang einer Verbindung zwischen der Mittelelektrode und dem Einsatzstück.
Die Druckschrift DE 197 19 937 A1 offenbart für eine Zündkerze eine Mittelelektrode mit ihrem Einsatzstück und eine Masseelektrode mit ihrem Einsatzstück. Ein per Laserschweißen erzeugter Schmelzabschnitt befindet sich in verschiedenen Formen am Umfang der Verbindung zwischen der Mittelelektrode und dem Einsatzstück der Mittelelektrode. Das Einsatzstück der Masseelektrode hat eine Säulenform und ist an der Innenfläche der Masseelektrode durch Widerstandsschweißen befestigt.
Die Druckschrift DE 196 50 728 B4 offenbart für eine Zündkerze eine Mittelelektrode mit ihrem Einsatzstück und eine Masseelektrode mit ihrem Einsatzstück. Ein Schmelzabschnitt befindet sich am Umfang der Verbindung zwischen der Mittelelektrode und dem Einsatzstück der Mittelelektrode.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Zündkerze ein zuverlässiges Widerstandsvermögen gegenüber Wärmespannungen am Schmelzabschnitt eines Einsatzstücks der Elektrode zu erreichen.
Diese Aufgabe ist durch eine Zündkerze mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.
Hierbei ist ein Aufbau vorgesehen, in welchem das Edelmetalleinsatzstück an einer Oberfläche des Führungsendes der Masse- und/oder Mittelelektroden befestigt ist, um einen geschmolzenen Abschnitt zu bilden, wobei der geschmolzene Abschnitt jedoch nicht auf der Funkenentladungsfläche des Edelmetalleinsatzstückes gebildet wird.
Wie in 3 gezeigt ist, erstreckt sich der geschmolzene Abschnitt 70, der von einer Ni und Ir enthaltenden Legierung gebildet ist, von der Innenseite des Edelmetalleinsatzstückes 52 durch die Verbindung 60 des Edelmetalleinsatzstückes 52 und der Elektrode 3 oder 4 ziemlich tief in die Elektrode 3 oder 4. Es ist wichtig, wie der geschmolzene Abschnitt geformt ist, insbesondere inwieweit der geschmolzene Abschnitt die Länge der Verbindungsstelle oder Verbindung zwischen dem Edelmetalleinsatzstück und der Elektrode überdeckt und wie tief der geschmolzene Abschnitt in die Elektrode vorsteht, sind wichtige Faktoren. Ein Verhältnis B/A ist erfindungsgemäß nicht weniger als 0,5, wobei A eine maximale Länge vom Ende 61 der Verbindungsstelle 60 auf der Seite der Mittelelektrode zu dem Ende 72 des geschmolzenen Abschnitts an der Verbindungsstelle 60 auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelelektrode ist und innerhalb der Länge A die Länge B eine Länge zwischen beiden Enden 71 und 72 des geschmolzenen Abschnitts ist. Ferner ist es so, daß ein Verhältnis von d/t nicht weniger als 2 aber mehr als 4 ist, wobei t eine Länge des Edelmetalleinsatzstückes 52 ist, der sich senkrecht von der Verbindungsstelle 60 erstreckt, und d eine Summe der Länge t und einer Länge des geschmolzenen Abschnitts 70 ist, der von der Verbindungsstelle 60 in die Masseelektrode 4 vorsteht.
Wenn das Verhältnis von B/A nicht weniger als 0,5 ist, kann das Lösen des Edelmetalleinsatzstückes von der Elektrode infolge der Wärmespannung verhindert werden. Ferner kann, wenn das Verhältnis von d/t nicht weniger als 2 ist, das Lösen des geschmolzenen Abschnitts von der Elektrode infolge der Wärmespannung verhindert werden, weil der geschmolzene Abschnitt mehr als 20 Gew.-% von Ir in Form einer Ir und Ni Legierung enthält, und wenn das Verhältnis von d/t nicht mehr als 4 ist, kann die Trennung des geschmolzenen Abschnitts von dem Edelmetalleinsatzstück infolge der Wärmespannung verhindert werden, weil der geschmolzene Abschnitt weniger als 80 Gew.-% von Ir in einer Ir und Ni Legierung enthält.
Gemäß einem Vergleichsbeispiel ist eine Längsseitenfläche des säulenförmigen Edelmetalleinsatzstückes an einer Endfläche, einer inneren Fläche oder einer Endfläche des Führungsendes der Masseelektrode oder einer Endfläche der Mittelelektrode angebracht, so daß die Endfläche des Edelmetalleinsatzstückes eine Funkenentladungsfläche bilden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen zu schaffen, die einen vergleichsweise kleines Edelmetalleinsatzstück hat, das an einer Masseelektrode angebracht ist, wobei der Laserstrahl von der Außenfläche des Führungsendes der Masseelektrode aufgebracht wird, um einen geschmolzenen Abschnitt zu bilden, der sich von der Masseelektrode in das Innere des Edelmetalleinsatzstückes erstreckt. Die Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung kann zu geringen Kosten hergestellt werden, weil die Menge des zu verwendenden Edelmetalls minimiert ist und die bei der zuvor genannten herkömmlichen Zündkerze erforderliche Bohrung in der Masseelektrode nicht erforderlich ist.
Um die zuvor genannte Zündkerze zu fertigen, kann das Edelmetalleinsatzstück vorübergehend oder vorläufig an einer Oberfläche der Elektrode durch Widerstandsschweißen befestigt werden und dann durch Laserstrahlschweißen verbunden werden, um einen geschmolzenen Abschnitt zu bilden, wodurch das Laserstrahlschweißen einfach gemacht ist.
Weil bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ferner der geschmolzene Abschnitt, der hinsichtlich der Abbrandfestigkeit nicht besonders gut ist, nicht an der Funkenentladungsfläche des Edelmetalleinsatzstückes eingebracht ist, kann eine längere Lebensdauer und höhere Leistung der Zündkerze realisiert werden.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile werden aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung deutlicher. In der Zeichnung ist:
1 eine Teilschnittansicht einer Zündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2A eine teilweise vergrößerte Schrägansicht von 1, die einen Abschnitt der Masseelektrode zeigt, die der Mittelelektrode gegenüberliegt;
2B eine Ansicht in Richtung eines Pfeils IIB in 2A;
2C eine Ansicht längs eines Pfeils IIC in 2A;
3 eine Schnittansicht längs einer Linie III-III in 2B;
4A ein Graph, der die Beziehung zwischen der Laserstrahlbestrahlungszeit und dem Verhältnis von d/t zeigt;
4B ein Graph, der die Beziehung zwischen der Laserstrahlbestrahlungszeit und dem Ir und Ni Gehalt in Prozenten (%) angibt;
5A eine Darstellung zur Erläuterung der Definition der Verbindungsstelle L1 des geschmolzenen Abschnitts der Elektrode und der Verbindungsstelle L2 des geschmolzenen Abschnitts des Edelmetalleinsatzstückes;
5B ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Trennungsanteil und dem Verhältnis von d/t an der entsprechenden Verbindungsstelle des geschmolzenen Abschnitts der Elektrode und der Verbindungsstelle des geschmolzenen Abschnitts des Edelmetalleinsatzstückes zeigt;
6A eine Darstellung zur Erläuterung des Trennungswinkels des Edelmetalleinsatzstückes;
6B ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Verhältnis von B/A und dem Trennungswinkel zeigt;
7A eine Teilansicht der Zündkerze gemäß einem zweiten Beispiel (Vergleichsbeispiel);
7B eine Teilansicht der Zündkerze gemäß einem dritten Beispiel (Vergleichsbeispiel);
8A eine Teilansicht der Zündkerze gemäß einem vierten Beispiel (Vergleichsbeispiel);
8B eine Teilansicht der Zündkerze gemäß einem fünften Beispiel (Vergleichsbeispiel);
9A eine Teilansicht der Zündkerze gemäß einem sechsten Beispiel (Vergleichsbeispiel);
9B eine vergrößerte Ansicht des verschweißten Abschnitts des Edelmetalleinsatzstückes in 9A;
9C eine Ansicht von oben in 9B;
10 eine Teilschnittansicht einer Zündkerze gemäß einem siebten Beispiel (Vergleichsbeispiel) der vorliegenden Erfindung;
11A eine teilweise vergrößerte Schrägansicht, die ein Führungsende der Masseelektrode in 10 zeigt;
11B eine Ansicht längs eines Pfeils XIB in 11A;
12 eine Schnittansicht längs einer Linie XII-XII in 11B;
13A eine Ansicht einer ersten Variation des siebten Beispiels;
13B eine Schnittansicht längs einer Linie XIIIB-XIIIB in 13A;
13C eine Ansicht einer zweiten Variation des siebten Beispiels;
13D eine Schnittansicht längs einer Linie XIIID-XIIID in 13C;
13E eine Ansicht einer dritten Variation des siebten Beispiels;
13F eine Schnittansicht längs einer Linie XIIIF-XIIIF in 13E;
13G eine Ansicht einer vierten Variation des siebten Beispiels; und
13H eine Schnittansicht längs einer Linie XIIIH-XIIIH in 13G.
1 zeigt eine Teilschnittansicht einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Zündkerze hat ein rohrförmiges Gehäuse 1 mit einem Gewinde 1a zur Montage an einem Motorblock (nicht gezeigt). Ein aus Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃) gemachter Isolator 2 ist in das Gehäuse 1 eingesetzt und ein Endabschnitt 2a des Isolators 2 steht aus dem Ende des Gehäuses 1 hervor.
Eine Mittelelektrode 3 ist in ein Durchgangsloch 2b des Isolators 2 eingesetzt und fixiert, um gegenüber dem Gehäuse 1 durch den Isolator isoliert und gehalten zu sein. Ein Führungsende 3a der Mittelelektrode 3 steht aus dem Endabschnitt 2a des Isolators 2 hervor. Die Mittelelektrode 3 ist säulenförmig geformt, wobei ihr inneres Element aus einem metallischen Material mit guter thermischer Leitfähigkeit, wie Kupfer gebildet ist, und deren äußeres Element aus einem Metall gebildet ist, das eine gute Wärmebständigkeit und Korrosionsbeständigkeit hat, wie eine Ni-basierte Legierung.
Ein befestigtes Führungsende 4a einer Masseelektrode 4 ist durch Schweißen an dem Ende des Gehäuses 1 befestigt und erstreckt sich nahezu L-förmig. Ein Führungsende 4b, das dem befestigten Führungsende 4a gegenüberliegt, liegt dem Führungsende 3a der Mittelelektrode 3 mit einem Spalt 6 zur Funkenentladung gegenüber. 2A ist eine teilweise vergrößerte Schrägansicht, die ein Führungsende 4b der Masseelektrode zeigt, 2B ist eine Ansicht längs eines Pfeils IIB in 2A und 2C ist eine Ansicht längs eines Pfeils IIC in 2A. Die Masseelektrode 4 besteht aus einer Ni-basierten Legierung, die Ni als Grundbestandteil enthält (beispielsweise ”Inconel”, Handelsmarke), und ist nahezu L-förmig geformt, indem eine rechteckige Säule mit einem flachen Querschnitt (beispielsweise beträgt die Breite W 2,8 mm und die Dicke H 1,6 mm, wie in 2A, 2B und 2C gezeigt ist) gebogen ist.
Ein säulenförmiges Einsatzstück ist durch Laserstrahlschweißen an dem Führungsende 3a der Mittelelektrode 3 angebracht. Das Einsatzstück 51 ist an einer Endfläche des Führungsendes 3a der säulenförmigen Mittelelektrode 3 verschweißt. Andererseits ist eine Längsseitenfläche eines säulenförmigen Edelmetalleinsatzstückes 52 durch Laserstrahlschweißen an einer Endfläche 4c des Führungsendes 4b der Masseelektrode 4 angeschweißt. Die Einsatzstücke 51 und 52 (entspricht dem Elektrodenmaterial für die Funkenentladung) sind aus einer Ir-Legierung (beispielsweise Ir-10 Rh, enthält 90 Gew.-% Ir und 10 Gew.-% Rh) gemacht. Der Entladungsspalt 6 ist ein Raum zwischen den Einsatzstücken 51 und 52 und beträgt beispielsweise 1 mm.
Das Edelmetalleinsatzstück 52, das das Wesentliche des vorliegenden Ausführungsbeispiels darstellt, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2A, 2B und 2C beschrieben. Das Einsatzstück 52 ist wie in Säule geformt, wobei ihre Länge nahezu gleich der Dicke H der Masseelektrode 4 ist. Ein Teil der Längsseitenfläche der Säule ist in die Endfläche 4c des Führungsendes 4b eingegraben oder versenkt. Die Grenze zwischen der Seitenfläche des Einsatzstückes 52 und der Endfläche 4c des Führungsendes 4b bildet eine Verbindungsstelle 60. Das Schweißbild oder die Schweißnaht des Einsatzstückes 52 und der Masseelektrode 4 an der Verbindungsstelle 60 wird unter Bezugnahme auf 3 erläutert, welche eine Schnittansicht längs einer Linie III-III in 2B zeigt, d. h. eine Schnittansicht längs der Längsmittelachse des säulenförmigen Einsatzstückes 52. In 3 ist die obere Seite die Seite der Mittelektrode 3. Die Länge der Linie, die als die Verbindungsstelle 60 bezeichnet wird, ist die gleiche, wie die Länge der Säule des Einsatzstückes 52, d. h. die Dicke H der Masseelektrode 4 (beispielsweise 1,6 mm) in 3.
Wenn das Einsatzstück 52 und die Masseelektrode 4 durch das Laserstrahlschweißen verbunden sind, erstreckt sich ein geschmolzener Abschnitt 70, der durch Schmelzen des Materials sowohl von dem Einsatzstück 52 als auch der Masseelektrode 4 gebildet ist, von dem Einsatzstück 52 durch die Verbindungsstelle 60 in die Masseelektrode 4, wie durch einen halbelliptischen schraffierten Abschnitt in 3 gezeigt ist. Eine Ir- und Ni-Legierung (Ir-Ni-Legierung) bildet den geschmolzenen Abschnitt 70, weil das Einsatzstück aus der Ir-Legierung gemacht ist und die Masseelektrode 4 aus der Ni-basierten Legierung gemacht ist, wie zuvor beschrieben wurde.
Die Laserstrahlen des Laserstrahlschweißens werden nahezu senkrecht auf die Endfläche 4c des Führungsendes 4b durch die Längsmittelachse des säulenförmigen Einsatzstückes 52 eingestrahlt, wie durch einen Pfeil R in 2B, 2C und 3 jeweils gezeigt ist. 3 zeigt den Querschnitt, der längs der Linie genommen ist, die zu der Mittelachse des Einsatzstückes 52 parallel ist, und in welcher die Laserenergie am intensivsten aufgebracht wird, d. h. der Querschnitt, in welchem der geschmolzene Abschnitt 70 an der Verbindungsstelle 60 am stärksten ausgebildet wird.
”A” gemäß 3 ist die längste Länge (nachfolgend als Maximallänge A bezeichnet) unter den Längen verschiedener gerader Linien, die das Ende 61 der Verbindungsstelle 60 auf der Seite der Mittelelektrode 3 mit dem Ende 72 des geschmolzenen Abschnitts 70 an der Verbindungsstelle 60 auf der Seite gegenüber der Mittelelektrode 3 verbinden. ”B” gemäß 3 ist eine Länge des geschmolzenen Abschnitts 70 (nachfolgend als Länge des geschmolzenen Abschnitts B bezeichnet) innerhalb der maximalen Länge A, d. h. eine Länge zwischen dem Ende 71 des geschmolzenen Abschnitts 70 auf der Seite der Mittelelektrode 3 und dem anderen Ende 72 des geschmolzenen Abschnitts 70.
An der Verbindungsstelle 60 (erster nicht geschmolzener Abschnitt) zwischen dem Ende 62 der Verbindungsstelle 60 auf der Seite gegenüber der Mittelelektrode 3 und dem Ende 72 des geschmolzenen Abschnitts 70 auf der Seite gegenüber der Mittelelektrode 3 und an der Verbindungsstelle 60 (zweiter nicht geschmolzener Abschnitt) zwischen dem anderen Ende 61 der Verbindungsstelle 60 und dem anderen Ende 71 des geschmolzenen Abschnitts 70 sind das Einsatzstück 52 und die Masseelektrode 4 nicht geschmolzen, wie in 3 gezeigt ist. Die maximale Länge A ist eine Länge zwischen den beiden Enden 61 und 62 der Verbindungsstelle 60 mit Ausnahme der Länge des ersten nicht geschmolzenen Abschnitts. Der erste nicht geschmolzene Abschnitt ist für die vorliegende Erfindung nicht immer erforderlich, obwohl es vorzuziehen ist, daß der erste nicht geschmolzene Abschnitt vorgesehen wird, im Hinblick auf die Tatsache, daß kein geschmolzener Abschnitt in der Nähe der Funkenentladungsfläche des Einsatzstückes vorliegen soll.
3 zeigt eine Schnittansicht längs einer Linie, auf der die Laserenergie am intensivsten aufgebracht wird, wobei die Schmelzlänge des geschmolzenen Abschnitts 70, der sich von der Verbindungsstelle 60 in das Führungsende 4b der Masseelektrode 4 erstreckt, eine längste Schmelzlänge zeigt (nachfolgend als maximale Schmelzlänge bezeichnet). In 3 ist t eine Länge des Einsatzstückes (nachfolgend als Vorspringlänge t bezeichnet), der senkrecht aus der Verbindungsstelle 60 vorspringt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Vorspringlänge t nahezu gleich dem Durchmesser des säulenförmigen Einsatzstückes 52 (beispielsweise 0,7 mm). Eine Summe der Vorspringlänge t und der maximalen Schmelzlänge die in die Masseelektrode vorsteht, ist d (nachfolgend als Summenlänge d bezeichnet). Die Vorspringlänge t ist eine Länge, die von der Verbindungsstelle 60 in der Verlängerung der maximalen Schmelzlänge (d – t) vorspringt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen von A, B, d und t wie nachfolgend gezeigt definiert, um die Zuverlässigkeit der Verbindung sicherzustellen. Insbesondere ist ein Verhältnis (B/A) der maximalen Länge A zur Länge des geschmolzenen Abschnitts B nicht weniger als 0,5 und ein Verhältnis (d/t) der Vorspringlänge t zu der Summenlänge d nicht weniger als 2, jedoch nicht mehr als 4.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Befestigung des Einsatzstückes 52 an der Masseelektrode 4 erläutert. Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der Zündkerze gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das weitere Verfahren zur Herstellung der anderen als der vorgenannten Abschnitte bekannt und dessen Erläuterung unterbleibt. Das Einsatzstück 52 wird allgemein durch Laserstrahlschweißen an der zuvor an dem Gehäuse 1 befestigten Masseelektrode 4 befestigt, es kann jedoch befestigt werden, bevor die Masseelektrode 4 an dem Gehäuse 1 befestigt wird.
Bevor das Laserstrahlschweißen ausgeführt wird, wird das Einsatzstück 52 vorübergehend durch Widerstandsschweißen an der Endfläche 4c des Führungsendes 4b der Masseelektrode 4 befestigt, so daß eine Bewegung des Einsatzstückes 52 bei der Ausführung des Laserschweißens verhindert werden kann. Ein Teil des Einsatzstückes 52 ist in der Endfläche 4c des Führungsendes 4b in dem zuvor genannten Schritt der vorübergehenden oder vorläufigen Befestigung versenkt. Für den leichteren Einbau des Einsatzstückes 52 kann eine Vorbereitung wie eine Nut oder eine Vertiefung an dem Verbindungsabschnitt der Masseelektrode 4 vorgesehen werden. Nach der vorläufigen Befestigung wird das Laserstrahlschweißen in der durch den Pfeil R gezeigten Richtung ausgeführt.
Bedingungen für das Laserstrahlschweißen sind beispielsweise: der Energiebetrag beträgt 33 J (15 ms Pulsbreite, 360 V Ladespannung), die Defokusierung beträgt +2 mm (der Brennpunkt des Laserstrahls liegt 2 mm tiefer als die Oberfläche des Einsatzstückes 52, wo der Strahl aufgestrahlt wird) und der Laserstrahldurchmesser beträgt 0,4 mm.
Der geschmolzene Abschnitt 70 wird beispielsweise durch kontinuierliches Aufstrahlen (beispielsweise 3 mal) des Laserstrahls unter den vorgenannten Bedingungen gebildet. Der Durchmesser des Einsatzstückes 52 (entspricht der Vorspringlänge t in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) wird nicht verändert und bleibt konstant vor und nach dem Laserstrahlschweißen.
Der Grund warum der Laserstrahl kontinuierlich aufgestrahlt wird, indem er in verschiedene Zeiten unterteilt wird, wird nachfolgend beschrieben. Der Laserstrahl wird von der Seite des Einsatzstückes 52 aufgestrahlt, wie durch den Pfeil R gezeigt ist, und wenn die Energie des Laserstrahls niedrig ist, kann das Basismaterial der Masseelektrode 4 nicht ausreichend geschmolzen werden und die in dem geschmolzenen Abschnitt 70 enthaltene Ir Komponente nimmt zu, und wenn er zu stark ist, werden Ir-Legierung und Basismaterial der Masseelektrode 4 über die Luft verströmt. Um folglich den geschmolzenen Abschnitt zu bilden, der eine Materialzusammensetzung hat, die zwischen jener des Einsatzstückes 52 und der Masseelektrode 4 liegt, wird die Laserstrahlenergie, deren Dichte bis zu einem gewissen Grad begrenzt ist, mehrere Male aufgestrahlt, so daß die entsprechenden Gehalte von der Ir-Komponente und der Ni-Komponente, die in dem geschmolzenen Abschnitt vorhanden sein sollen, allmählich bei jeder Bestrahlung durch den Laserstrahl vermindert und erhöht werden können.
Die Bedingungen für das Laserstrahlschweißen einschließlich der Wiederholungen der Laserstrahlbestrahlung können festgelegt werden, indem zuvor die Beziehungen zwischen den Konfigurationen des geschmolzenen Abschnitts 70 und den Bedingungen für das Laserstrahlschweißen untersucht werden. Um den geschmolzenen Abschnitt 70 zu untersuchen, werden die Masseelektrode 4 und das Einsatzstück 52 nach dem Laserstrahlschweißen aufgeschnitten, um den in 3 gezeigten Querschnitt zu zeigen und jede Abmessung für A, B, d und t des geschmolzenen Abschnitts 70 können in einer mikroskopischen Untersuchung betrachtet werden. Ferner können die Zusammensetzung in Prozent durch eine Analyse erhalten werden, welche ein Energieverteilungsanalysegerät, wie ein IDS verwendet.
4A und 4B zeigen als Beispiele die Untersuchungsergebnisse des geschmolzenen Abschnitts 70. 4A zeigt die Beziehung zwischen der Laserstrahlbestrahlungszeit und dem Verhältnis von d/t unter den vorgenannten Bedingungen für das Laserstrahlschweißen. 4B zeigt die Beziehung zwischen der Laserstrahlbestrahlungszeit und dem Ni- und Ir-Gehalt in Prozent (Gew.-%) unter der Annahme, daß die Summe der Ni-Gew.-% und der Ir-Gew.-%, die in dem geschmolzenen Abschnitt 70 vorliegen, 100 Gew.-% beträgt. Es ist anzumerken, daß entsprechend dem Anstieg der Laserstrahlbestrahlungszeit das Verhältnis von d/t zunimmt und ferner der Ni-Gehalt in dem geschmolzenen Abschnitt 70 zunimmt und der Ir-Gehalt abnimmt.
Die Basis, auf der jede Abmessung von A, B, d und t an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Einsatzstück 52 und der Masseelektrode 4 wie oben beschrieben definiert ist, sind experimentelle Versuchsergebnisse. Um die Anbindungsfestigkeit des Einsatzstückes 52 zu untersuchen, wurde das Einsatzstück 52 aus Ir-10Rh gemacht und die Vorspringlänge t (Durchmesser des Einsatzstückes 52) betrug 0,7 mm. Unter den festen Bedingungen, daß die Maximallänge 1,6 mm beträgt, die Länge des geschmolzenen Abschnitts 1,0 mm beträgt und das Verhältnis von B/A 0,63 ist, wurde eine Mehrzahl von Proben gemacht, die verschiedene maximale Schmelzlängen (d – t) haben, indem die Laserstrahlbestrahlungszeit verändert wurde.
Der Haltbarkeitstest der Proben wurde in einem 6-Zylinder, 2000 ccm Motor ausgeführt, der über 100 Stunden mit einer Wiederholung eines Zyklus betrieben wurde, in welchem ein Leerlaufbetrieb (etwa 300°C) für 1 Minute gehalten wurde, und ein Vollgasbetrieb (Drosselklappe voll geöffnet) (etwa 900°C) bei 6000 U/min für 1 Minute gehalten wurde. Die Anbindungsfestigkeit oder Befestigungsfestigkeit wurde ausgewertet, indem das Trennungsbild des Einsatzstückes 52 bei Proben Untersucht wurde, die innerhalb des Bereichs von 1,5 bis 5 für das Verhältnis von d/t lagen. Die obigen Haltbarkeitstestergebnisse sind den in 5A und 5B gezeigt.
Wie in 5A gezeigt ist, ist L1 eine Länge der Verbindungsstelle zwischen der Masseelektrode 4 und dem geschmolzenen Abschnitt 70 (geschmolzener Verbindungsabschnitt der Elektrode) und L2 ist eine Länge der Verbindungsstelle zwischen dem Einsatzstück 52 und dem geschmolzenen Abschnitt 70 (geschmolzener Verbindungsabschnitt des Einsatzstückes). Um den Trennungs- oder Lösungsanteil an dem geschmolzenen Abschnitt der Elektrode bzw. dem geschmolzenen Abschnitt des Einsatzstückes zu untersuchen, wurde eine mikroskopische Untersuchung ausgeführt, um jeweils die Trennungslänge L3 und L4 in jeweils L1 und L2 zu betrachten. Der Trennungsanteil an dem geschmolzenen Verbindungsabschnitt der Elektrode ist mit (L1 – L3)/L1 × 100(%) angegeben und der Trennungsanteil an dem geschmolzenen Verbindungsabschnitt des Einsatzstückes ist als (L2 – L4)/L2 × 100(%) wiedergegeben.
5B zeigt die Beziehung zwischen dem Trennungsanteil und dem Verhältnis von d/t an dem jeweiligen geschmolzenen Verbindungsabschnitt der Elektrode und dem geschmolzenen Verbindungsabschnitt des Einsatzstückes. Schwarze Kreise geben den geschmolzenen Verbindungsabschnitt der Elektrode wieder und weiße Kreise geben den geschmolzenen Verbindungsabschnitt des Einsatzstückes wieder. Im Fall des geschmolzenen Verbindungsabschnitts der Elektrode ist die Anbindungsfestigkeit ohne Riß und Trennung erfüllt, wenn das Verhältnis von d/t nicht weniger als 2 beträgt. Andererseits ist im Fall des geschmolzenen Verbindungsabschnitts des Einsatzstückes die Anbindungsfestigkeit erfüllt, wenn das Verhältnis von d/t nicht mehr als 4 ist. Folglich ist es vorzuziehen, daß das Verhältnis d/t: 2 ≤ d/t ≤ 4 ist.
Es wird angenommen, daß die Trennung infolge der großen Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem geschmolzenen Abschnitt 70 und der Masseelektrode 4 auftrat, weil der Ir-Gehalt (etwa 85 Gew.-%) in dem geschmolzenen Abschnitt 70 im Fall von d/t = 1,5 zu hoch ist, wie in 4A und 4B gezeigt ist. Es wird andererseits angenommen, daß die Trennung infolge des großen Unterschieds des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem geschmolzenen Abschnitt 70 und dem Ir-Legierungseinsatzstück 52 auftrat, weil der Ir-Gehalt (etwa 15 Gew.-%) in dem geschmolzenen Abschnitt 70 im Fall von d/t = 5 nicht ausreichend ist. Zu diesem Zweck ist es zur Sicherstellung der Anbindungsfestigkeit vorzuziehen, daß innerhalb des vorgenannten Bereichs von d/t der Ir-Gehalt in dem geschmolzenen Abschnitt 70 innerhalb des Bereichs von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% liegt, unter der Annahme, daß die Summe des Ir-Gehalts und des Ni-Gehalts 100 Gew.-% beträgt.
6A und 6B zeigen das Ergebnis eines dem vorgenannten Haltbarkeitstest gleichenden Haltbarkeitstest bezüglich Proben, die durch Veränderung des Verhältnisses von B/A unter der festen Bedingung des Verhältnisses von d/t = 3 gemacht wurden. Die Anbindungsfestigkeit ist durch einen Winkel θ ausgewertet, unter dem sich das Einsatzstück 52 von der Verbindungsstelle 60 löst, wie in 6A gezeigt ist. Solange das Verhältnis von B/A nicht weniger als 0,5 beträgt, wird die Anbindungsfestigkeit erfüllt, ohne daß eine Neigung des Einsatzstückes 52 auftritt, wie in 6B gezeigt ist. Wenn das Verhältnis von B/A zu klein ist, wird das Einsatzstück 52 infolge der Wärmespannung getrennt oder gelöst und geneigt, weil die Befestigung des Einsatzstückes 52 hauptsächlich auf der vorläufigen Widerstandsschweißung beruht, so daß ein passender Entladungsspalt zu der Mittelelektrode 3 nicht aufrechterhalten werden kann.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt die Konfiguration des geschmolzenen Abschnitts 70 die Bedingung B/A ≥ 0,5, so daß die Trennung des Einsatzstückes 52 von der Masseelektrode an der Verbindungsstelle 60 infolge der Wärmespannung vermieden werden kann. Weil ferner 2 ≤ d/t ≤ 4 ebenfalls erfüllt ist, kann die Trennung des Einsatzstückes 52 von dem geschmolzenen Abschnitt 70 und die Trennung des geschmolzenen Abschnitts 70 von der Masseelektrode 4 infolge der Wärmespannung verhindert werden. Somit kann eine Konfiguration des geschmolzenen Abschnitts verwirklicht werden, die eine hohe Verbindungszuverlässigkeit gegen Wärmespannung bietet.
7A, 7B, 8A, 8B, 9A, 9B, und 9C zeigen zweite bis sechste Beispiele (Vergleichsbeispiele). In 7A ist ein Teil der Längsseitenfläche des säulenförmigen Einsatzstückes 52 durch das Laserstrahlschweißen an einer inneren Oberfläche des Führungsendes 4b der Masseelektrode 4 befestigt, die dem Führungsende 3a der Mittelelektrode 3 gemäß dem zweiten Beispiel gegenüberliegt. In 7B ist ein Paar von Masseelektroden 4 jeweils an dem Gehäuse 1 befestigt und liegt der Seitenfläche des Führungsendes 3a der verlängerten Mittelelektrode 3 gegenüber und entsprechende Längsseitenflächen eines Paars von säulenförmigen Einsätzen 52 sind durch Laserstrahlschweißen an den entsprechenden Außenflächen der Führungsenden 4b der Massenelektrode 4 gemäß dem dritten Beispiel befestigt. Der geschmolzene Abschnitt, der von außen nicht zu sehen ist, ist in 7A und 7B sowie auch in 8A, 8B, 9B und 9C mit Schraffierungen gezeigt.
Obwohl 7A und 7B Vergleichsbeispiele zeigen, in denen der vorgenannte erste nicht geschmolzene Abschnitt nicht vorliegt, kann der erste nicht geschmolzene Abschnitt vorliegen, wie in 8A und 8B als viertes und fünftes Beispiel (Vergleichsbeispiele) gezeigt ist.
9A, 9B und 9C zeigen ein sechstes Beispiel (Vergleichsbeispiel), in welchem eine Längsseitenfläche eines säulenförmigen Einsatzstückes 51 durch Laserstrahlschweißen an der Endfläche des Führungsendes 3a der Mittelelektrode 3 befestigt ist, wobei die Mittelelektrode und das Paar von Masseelektroden auf die gleiche Weise angeordnet ist, wie in 7B und 8B gezeigt ist. 9B zeigt eine vergrößerte Ansicht des geschweißten Abschnitts des Einsatzstückes 51. 9C ist eine Darstellung einer Ansicht der 9B von oben.
In dem in 9B gezeigten sechsten Beispiel sind die vorgenannten Längen A und B mit Bezug auf die Masseelektrode 4 auf der rechten Seite (nachfolgend rechtsseitige Masseelektrode 4 genannt) gezeigt, die in 9A gezeigt ist. Dies bedeutet, daß die maximale Länge A die längste Länge von den Längen verschiedener gerader Linien ist, die das Ende 63 des Verbindungsabschnitts 60 auf der Seite der rechtsseitigen Masseelektrode 4 und das Ende 73 des geschmolzenen Abschnitts 70 an der Verbindung auf der rechtsseitigen Masseelektrode 4 gegenüberliegenden Seite verbinden. Die Länge des geschmolzenen Abschnitts B ist eine Länge des geschmolzenen Abschnitts 70 innerhalb der maximalen Länge A.
Die Beziehung zwischen den Längen A und B ist die gleiche wie die Beziehung zur Masseelektrode 4 auf der linken Seite, die unter Bezugnahme auf 9A beschrieben ist. Bei der Zündkerze gemäß dem sechsten Beispiel (Vergleichsbeispiel), die in 9A, 9B und 9C gezeigt ist, ist jede der Abmessungen A, B, d und t so bestimmt, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, so daß die hohe Verbindungszuverlässigkeit gegen Wärmespannung an dem geschmolzenen Abschnitt der Mittelelektrode 3 verwirklicht werden kann. Es ist klar, daß die in 9A, 9B und 9C gezeigte Konstruktion mit der in 7B oder 8B gezeigten Konstruktion kombiniert werden kann.
Die Form des Einsatzstückes 51 oder 52 ist nicht auf die Säulenform beschränkt, sondern er kann balkenförmig oder eine Scheibe sein. Jedoch ist es vorzuziehen, daß die Dicke dem Laserstrahlschweißen angepaßt ist, d. h. eine Vorspringlänge t von der Verbindungsstelle zu haben, die zur Bildung des geschmolzenen Abschnitts 70 ausreicht.
Als nächstes wird ein siebtes Beispiel (Vergleichsbeispiel) erläutert. 10 zeigt eine Teilschnittansicht einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine gemäß einem siebten Beispiel. Das siebte Beispiel gleicht dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, daß bei dem siebten Beispiel eine Endfläche eines säulenförmigen Einsatzstückes 52 an einer inneren Oberfläche 4e des Führungsendes 4b der Masseelektrode 4 befestigt ist, während gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Längsseitenfläche des säulenförmigen Einsatzstückes an der Endfläche 4c des Führungsendes 4b der Masseelektrode 4 befestigt ist.
Bezüglich des Einsatzstückes 52, der der Kern des siebten Beispiels ist, werden die Einzelheiten nachfolgend unter Bezugnahme auf 11A, 11B und 12 beschrieben. 11A ist eine teilweise vergrößerte Schrägansicht, die ein Führungsende 4b der Masseelektrode 4 zeigt, 11B ist eine Ansicht in Richtung eines Pfeils XIB in 11A und 12 ist eine Schnittansicht längs einer Linie XII-XII in 11B. Das Einsatzstück 52 ist als eine einer Säule ähnliche Scheibe geformt, wobei der Durchmesser D etwa 0,7 mm beträgt und die Länge L etwa 0,6 mm beträgt. Ein Längsabschnitt des säulenförmigen Einsatzstückes 52 ist in die Innenfläche 4e des Führungsendes 4b der Masseelektrode 4 (die Breite W beträgt beispielsweise 2,6 mm und die Dicke H beträgt 1,4 mm im Fall der Masseelektrode 4) versenkt. Die Einsenktiefe des Einsatzstückes 52 beträgt beispielsweise 0,5 mm.
Der geschmolzene Abschnitt 70, der aus der Legierung besteht, die Ni und Ir als Grundkomponenten enthält, der durch die Materialschmelze des Einsatzstückes 52 und der Masseelektrode 4 gebildet ist, ist von der Außenfläche 4d (auf der Seite gegenüber der inneren Oberfläche 4e) des Führungsendes 4b durch das Innere der Masseelektrode 4 in einen Teil der Innenseite des Einsatzstückes 52 gebildet. Der geschmolzene Abschnitt 70 ist nahezu wie eine Halbellipse geformt und die Dicke (Länge auf einer kürzeren Achse der Halbellipse) ist an der Außenoberfläche 4d am dicksten und wird in Richtung auf die innere Oberfläche 4e dünner, wie in 12 gezeigt ist. Als Abmessungen des geschmolzenen Abschnitts 70, der in 12 gezeigt ist, beträgt beispielsweise eine Länge K1 des geschmolzenen Abschnitts 70 entlang der Dickenrichtung H der Masseelektrode 4 etwa 1,1 mm und eine Länge M2 des geschmolzenen Abschnitts 70, die in das Einsatzstück 52 eingreift, beträgt etwa 0,2 mm. Eine Länge K2 des geschmolzenen Abschnitts 70 an der Außenfläche 4d der Masseelektrode 4 beträgt etwa 1,0 mm.
Als ein Verfahren zur Befestigung des Einsatzstückes 52 an der Elektrode 4, wird das Einsatzstück 52 eingesetzt und zunächst vorübergehend an der Innenfläche 4e der Masseelektrode 4 befestigt, bevor ein Laserstrahlschweißen ausgeführt wird. Um vorübergehend zu befestigen, kann ein Widerstandsschweißen ausgeführt werden, indem das Einsatzstück 52 durch Verwendung von Werkzeugen und Einspannvorrichtungen in Richtung der inneren Oberfläche 4e gepreßt wird, so daß ein Teil des Einsatzstückes 52 in die Masseelektrode 4 versenkt werden kann. Als Bedingungen für das Widerstandsschweißen kann eine Kraft von 294 N (= 30 kgf) und 850 A (Ampere) Strom beispielsweise verwendet werden.
Der Grund, warum das Einsatzstück 52 teilweise in die innere Oberfläche 4e bei der Widerstandsschweißung versenkt wird, ist, daß die Masseelektrode 4 weicher wird und mit Aussparungen versehen wird, weil der Schmelzpunkt der aus Ni-basierten Legierung gemachten Masseelektrode 4 etwa 1500 bis 1600°C beträgt, und der des Einsatzstückes 52, der aus Ir-Legierung gemacht ist, etwa 2500°C beträgt. Für den leichteren Einbau des Einsatzstückes 52 in der Masseelektrode 4 kann eine Aussparung oder eine Nut zur passenden Positionierung des Einsatzstückes 52 zuvor an der inneren Oberfläche 4e vorgesehen werden.
Als nächstes wird das Laserstrahlschweißen in der mit einem Pfeil R in 12 gezeigten Richtung ausgeführt. Die Bedingungen für das Laserstrahlschweißen sind beispielsweise 60 J Energie (20 ms Pulsbreite und 420 V Ladespannung), +2 mm Defokusierung und 0,4 mm Laserstrahldurchmesser. Wenn der Laserstrahl unter den zuvor genannten Bedingungen kontinuierlich aufgestrahlt wird (beispielsweise 3 mal), wird der zuvor beschriebene geschmolzene Abschnitt 70 gebildet und die Masseelektrode 4 und das Einsatzstück 52 werden verbunden.
Bei dem siebten Beispiel (Vergleichsbeispiel) wird der geschmolzene Abschnitt 70, der keine gute Abbrandfestigkeit hat, nicht auf der Funkenentladungsfläche des Einsatzstückes 52 gebildet, weil das Laserstrahlschweißen von der äußeren Oberfläche 4d der Masseelektrode 4 gegenüber der Funkenentladungsfläche ausgeführt wird, wodurch die längere Lebensdauer und höhere Leistungsfähigkeit der Zündkerze realisiert werden können.
Ferner kann die Zündkerze gemäß dem siebten Beispiel mit niedrigen Kosten gefertigt werden, weil die zu verwendende Menge an Edelmetall minimiert ist und die herkömmliche Bohrung in der Masseelektrode, in welche das Einsatzstück eingesetzt und durch Schweißen befestigt wird, nicht erforderlich ist.
Die Form des Einsatzstückes 52 gemäß dem siebten Beispiel ist nicht auf die vorgenannte Säulenform beschränkt, sondern es kann verschiedene Formen haben, wie in 13A bis H gezeigt ist. Jede der 13B, 13D, 13F und 13H zeigt eine Schnittansicht entlang entsprechenden Linien XIIIB-XIIIB in 13A, XIIID-XIIID in 13C, XIIIF-XIIIF in 13E und XIIIH-XIIIH in 13E. Aus diesen Figuren ist klar zu ersehen, daß der geschmolzene Abschnitt 70 in das Einsatzstück 52 eindringt.
Das Einsatzstück 52 in 13A und 13B ist säulenförmig und hat einen Stiftabschnitt 52A, der von der Seitenfläche des Einsatzstückes 52 vorsteht und in die innere Oberfläche 4e der Masseelektrode 4 versenkt ist. Das Einsatzstück 52 in 13C und 13D ist säulenförmig geformt, wobei eine Längsseitenfläche davon in der inneren Oberfläche 4e versenkt ist. Das Einsatzstück 52 in 13E und 13F hat die Form eines Dreiecksbalkens und das Einsatzstück 52 in 14G und 13H ist als ein quadratischer Balken geformt, wobei jede Längskante der Säulen oder Balken nahezu parallel zu inneren Oberfläche 4e ist.
Bei den vorgenannten Beispielen kann die längere Lebensdauer der Zündkerze erwartet werden, wobei das Wechselintervall der Zündkerzen in großem Maß verlängert ist, weil die zuvor genannte hohe Befestigungszuverlässigkeit vorliegt. Die obige Zündkerze ist in einer Umgebung mit schwerer Wärmebelastung anwendbar. Ferner macht das Laserstrahlschweißen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Befestigung des Einsatzstückes sehr leicht, verglichen mit dem Widerstandsschweißen, in welchem der Druck auf das Einsatzstück aufgebracht werden muß, so daß die Herstellungskosten gesenkt werden können. Ferner können andere Schweißverfahren, wie Schutzgasschweißen oder Lichtbogenschweißen anstelle des Laserstrahlschweißens verwendet werden, solange der zuvor genannte geschmolzene Abschnitt in ausreichendem Maß gebildet wird.
Ferner ist das Material für das Einsatzstück 51 oder 52 nicht nur die Ir-10Rh-Legierung, die 90 Gew.-% Ir und 10 Gew.-% Rh enthält, sondern irgendeine Ir-Legierung, die Ir als Basisbestandsteil und mindestens einen der Bestandteile Pt, Ru, Pd und Rh enthält, wie eine Ir-Rh-Pt-Legierung. Ferner ist das Material der Mittel- und/oder Masseelektrode nicht auf die Ni-basierte Legierung beschränkt, sondern kann jedes Material sein, das eine gute Wärmebeständigkeit hat.
In einer Zündkerze 100 ist das Einsatzstück 51, 52, das aus Ir-Legierung gemacht ist, teilweise in die Masseelektrode 4, die aus Ni-basierter Legierung gemacht ist, versenkt und durch Laserstrahlschweißen befestigt. Ein geschmolzener Abschnitt 70 erstreckt sich von der Innenseite der Masseelektrode durch eine Verbindungsstelle 60 des Einsatzstückes und der Masseelektrode in das Innere des Einsatzstückes, ist jedoch nicht auf der Funkenentladungsfläche des Einsatzstückes ausgebildet. Wenn A eine maximale Länge von dem Ende 61 der Verbindungsstelle auf der Seite der Mittelelektrode zu dem Ende 72 des geschmolzenen Abschnitts an der Verbindungsstelle auf der Seite gegenüber der Mittelelektrode ist, ist, innerhalb der Länge A, B eine Länge beider Enden 71, 72 des geschmolzenen Abschnitts, t eine Länge des sich senkrecht von der Verbindungsstelle erstreckenden Einsatzstückes und d eine Summe der Länge t und einer Länge des geschmolzenen Abschnitts, der von der Verbindungsstelle in die Masseelektrode vorsteht, wobei ein Verhältnis B/A nicht weniger als 0,5 beträgt und ein Verhältnis d/t nicht weniger als 2 und nicht mehr als 4 beträgt. Wenn eine Endfläche des Einsatzstückes die Funkenentladungsfläche ist, wird Laserstrahlschweißen von der Masseelektrode in Richtung auf eine Seite der anderen Endfläche oder von der Längsseitenfläche des Einsatzstückes in Richtung auf die Masseelektrode ausgeführt.

Claims

Zündkerze, mit einer Mittelelektrode (3) mit einem Führungsende (3a), einem Gehäuse (1), das die Mittelelektrode (3) isoliert hält, einer Masseelektrode (4), die an dem Gehäuse (1) befestigt ist und ein bearbeitetes Führungsende (4b) hat, das dem Führungsende (3a) der Mittelelektrode (3) über einen Funkenentladungsspalt (6) gegenüberliegt, einem säulenförmigen Edelmetalleinsatzstück (52), dessen Längsseitenfläche mit einer Endfläche des bearbeiteten Führungsendes (4b) der Masseelektrode (4) so verbunden ist, dass sie eine Verbindungslinie (60) zwischen den Oberflächen des Edelmetalleinsatzstücks (52) und des bearbeiteten Führungsendes (4b) der Masseelektrode (4) bilden, wobei die Verbindungslinie (60) die am weitesten in das bearbeitete Führungsende (4b) der Masseelektrode (4) eingegrabene Mantellinie des säulenförmigen Edelmetalleinsatzstücks (52) ist, wobei eine Fläche des Edelmetalleinsatzstücks (52) eine Funkenentladungsoberfläche ist, die direkt dem Funkenentladungsspalt zugewandt ist, und einem Schmelzabschnitt (70), der aus der geschmolzenen Mischung von Material des Edelmetalleinsatzstücks (52) und des bearbeiteten Führungsendes (4b) der Masseelektrode (4) gebildet ist und sich von der Innenseite des Edelmetalleinsatzstücks (52) durch die Verbindungslinie (60) in das Innere des bearbeiteten Führungsendes (4b) der Masseelektrode (4) erstreckt, wobei der Schmelzabschnitt (70) nicht an der Funkenentladungsfläche des Edelmetalleinsatzstücks (52) ausgebildet ist, wobei ein Verhältnis B/A nicht kleiner als 0,5 ist, wobei A ein maximales Längenmaß von dem der Mittelelektrode (3) zugewandten Ende (61) der Verbindungslinie (60) bis zu dem der Mittelelektrode (3) entgegengesetzten Ende (72) des Schmelzabschnittes (70) an der Verbindungslinie (60) ist, und – innerhalb des Längenmaßes A – B ein Längenmaß von dem der Mittelelektrode (3) zugewandten Ende (71) des Schmelzabschnittes (70) an der Verbindungslinie (60) bis zu dem der Mittelelektrode (3) entgegengesetzten Ende (72) des Schmelzabschnittes (70) an der Verbindungslinie (60) ist, wobei ein Verhältnis d/t nicht kleiner als 2 und nicht größer als 4 ist, wobei t das Längenmaß des Edelmetalleinsatzstücks (52) ist, das sich senkrecht von der Verbindungslinie erstreckt, und d die Summe aus dem Längenmaß t und einem Längenmaß des Schmelzabschnitts ist, das von der Verbindungslinie in das bearbeitete Führungsende (4b) der Masseelektrode (4) hinein ragt, und wobei das Edelmetalleinsatzstück (52) aus einer Ir-Legierung gebildet ist, das bearbeitete Führungsende (4b) der Masseelektrode (4) aus einer Legierung auf Ni-Basis gebildet ist und der Schmelzabschnitt (70) eine Ir-Ni-Legierung ist, die durch Laserstrahlschweißen gebildet ist.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei das Edelmetalleinsatzstück (52) aus einer Ir-Legierung gebildet ist, die zumindest entweder Pt, Ru, Pd oder Rh enthält.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei der Gehalt an Ir des Schmelzabschnitts (70) 20 bis 80 Gew.-% beträgt unter der Annahme, dass die Summe der Gehalte an Ir und Ni 100 Gew.-% beträgt.