DE19641856A1 - Zündkerze für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zünd­ kerze für einen Verbrennungsmotor mit einem Edelmetall­ plättchen, das an der Spitze einer Mittelelektrode und/oder einer Masseelektrode vorgesehen ist, welche zusammenwirkend als ein Zündfunkenentladungsbereich dienen.

Herkömmliche Zündkerzen für einen Verbrennungsmotor, welche für ihre ausgezeichnete Haltbarkeit bekannt sind, enthalten wie in den Fig. 4A und 4B dargestellt ist ei­ nen Edelmetallchip bzw. ein Edelmetallplättchen 5, welches an der Spitze einer aus der Reihe der Nickellegierungen hergestellten Mittelelektrode 3 befestigt ist. Das Edelme­ tallplättchen 5 ist aus einer Ir- oder Pt-Ir-Legierung mit einem extrem hohen Schmelzpunkt hergestellt. Bei der Zünd­ kerze, welche in der 1990 veröffentlichten, ungeprüften ja­ panischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 2-49388 offenbart ist, ist gemäß der Darstellung in Fig. 4A eine Bohrung 3b an der Spitze der Mittelelektrode 3 ausgebildet. Ein draht­ artiges Edelmetallplättchen 5, welches aus einer Pt-Ir-Le­ gierung hergestellt ist, wird durch Pressen in diese Boh­ rung 3b unter Verwendung von Ultraschallwellen eingefügt. Anschließend wird das Edelmetallplättchen 5 durch einen La­ serstrahl (der durch L in Fig. 4A angedeutet wird) längs seiner ganzen Peripherie bestrahlt.

Gemäß der 1982 veröffentlichten, ungeprüften japani­ schen Patentanmeldung Nr. SHO 57-130385 wird das Edelme­ tallplättchen 5 ferner durch einen Widerstandschweißvorgang mit der Spitze der Mittelelektrode 3 verbunden, und die Mittelelektrode 3 und das Edelmetallplättchen 5 werden dann gemäß der Darstellung in Fig. 4B längs ihrer Verbindungs­ fläche durch Laserschweißen zuverlässig aneinander befe­ stigt.

Gemäß der oben beschriebenen herkömmlichen Technologien wird eine Schmelzschicht (die durch B in Fig. 4B angedeu­ tet wird) derart ausgebildet, daß sie die Mittelelektrode 3 und das Edelmetallplättchen 5 durch das zusätzliche Ausfüh­ ren des Laserschweißvorgangs zum Widerstandschweißvorgang überbrückt bzw. verbindet. Die so ausgebildete Schmelz­ schicht dient als eine Einrichtung zur Verringerung der Wärmebeanspruchung, die im Schweißabschnitt (der durch S in Fig. 4B angedeutet wird) zwischen der Mittelelektrode 3 und dem Edelmetallplättchen 5 aufgrund des Unterschieds im Längenausdehnungskoeffizienten zwischen der Mittelelektrode 3 und dem Edelmetallplättchen 5 auftritt.

Die in Fig. 4A dargestellte Zündkerze erfordert jedoch zwingend den Verfahrens schritt der Ausbildung der Bohrung 3b an der Spitze der Mittelelektrode 3. Folglich sind die Herstellungskosten aufgrund der Ausbildung der Bohrung 3b hoch. Zusätzlich erschwert die Durchführung des Ultra­ schall-Preßeinfügevorganges den Montagevorgang, was zu Schwierigkeiten beim Verschweißen des Edelmetallplättchens 5 auf der Spitze der Mittelelektrode 3 führt. Ferner ist die Bohrung 3b in dieser Konfiguration tief genug, um sie fest mit dem Edelmetallplättchen 5 zu koppeln und es exakt zu positionieren. Dies ist angesichts der Tatsache, daß die Gesamtmenge des Edelmetallmaterials im wesentlichen durch die Summe der tatsächlich benötigten Menge für den Zündfun­ kenentladungsbereich und der in der Bohrung 3b versenkten Menge bestimmt wird, nachteilig hinsichtlich der Menge des verwendeten Edelmetallmaterials. Daher entstehen höhere Ko­ sten. Insbesondere ist die Dicke des Edelmetallplättchen 5 bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technologie nicht geringer als 1 mm.

Wenn das Edelmetallplättchen 5 und die Mittelelektrode 3 durch den Laserstrahl L geschmolzen werden, werden die durch den Laserstrahl L bestrahlten Abschnitte und ihre Um­ gebung zudem auf eine Temperatur erwärmt, die nahe dem Sie­ depunkt der Mittelelektrode 3 ist, welche einen geringen Schmelzpunkt aufweist. Und die Mittelelektrode 3 kann mög­ licherweise verdampfen. Mit anderen Worten kommt die Schmelzschicht B außer Verbindung mit der Komponente der Mittelelektrode 3, was den Effekt der Unterdrückung der Wärmebeanspruchung verringert, welche am Schweißabschnitt zwischen dem Edelmetallplättchen 5 und der Mittelelektrode 3 auftritt. Überdies führt die Verdampfung der Mittelelek­ trode 3 zu einer bedeutenden Größenverringerung des Ab­ schnitts, der dem Laserschweißvorgang ausgesetzt ist. Dem­ entsprechend verschlechtert sich die Verbindungsfestigkeit des oben beschriebenen Schweißabschnitts.

Die folgenden Aspekte sind Bewertungen, welche aus Er­ gebnissen einer Studie abgeleitet sind, die von den Erfin­ dern der vorliegenden Erfindung an der Zündkerze gemäß der Darstellung in Fig. 4B durchgeführt wurden.

Bei der Zündkerze gemäß der Darstellung in Fig. 4B wird das Laserschweißen vertikal auf das Edelmetall­ plättchen 5 an dem Abschnitt aufgebracht, der dem Zentrum der Verbindungsfläche zwischen dem Edelmetallplättchen 5 und der Mittelelektrode 3 näher liegt. Folglich wird die durch das Laserschweißen ausgebildete Schmelzschicht B durch den nicht geschmolzenen umliegenden Abschnitt be­ grenzt.

Wie oben erläutert ist, verdampft die Mittelelektrode 3 in der Schmelzschicht und dehnt sein Volumen aus, was eine Kraft bewirkt, die den sie umgebenden Abschnitt nach außen preßt oder schiebt. Nach Beendigung des Schweißvorganges verringert sich die Temperatur und die verdampfte Mittel­ elektrode 3 kehrt in ihren ursprünglichen festen Zustand zurück, während sie die ausgedehnte Gestalt des rund herum vorliegenden festen (nicht geschmolzenen) Abschnitts beibe­ hält. Als ein Ergebnis hieraus wird in der Mittelelektrode 3 am Schmelzabschnitt S ein Hohlraum mit einem Volumen aus­ gebildet, das äquivalent zum ausgedehnten Volumen ist. Die Ausbildung eines derartigen Hohlraumes ist nachteilig für die Beibehaltung der Verbindungsfestigkeit auf einem geeig­ neten Wert.

Ferner weisen das Edelmetallplättchen 5 und die Mittel­ elektrode 3 vor dem Verschweißen jeweils zahlreiche Mikro­ löcher auf. Diese Mikrolöcher kommen zusammen und wachsen beim Schmelzen des Edelmetallplättchens 5 und der Mittel­ elektrode 3 beim Schweißvorgang zu einem großen Lunker. Der so ausgebildete große Lunker kann nicht aus dem Schweißab­ schnitt S herausgelangen, da dieser vollständig durch einen nicht geschmolzenen Abschnitt begrenzt wird. Daher ver­ bleibt ein großer Lunker im Schweißabschnitt S, der die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Edelmetallplättchen 5 und der Mittelelektrode 3 verringert.

Dementsprechend ist es angesichts der oben beschriebe­ nen Probleme beim Stand der Technik Aufgabe der vorliegen­ den Erfindung, eine Zündkerze für eine Verbrennungsmotor zu schaffen, welche in der Lage ist, die im Schweißabschnitt zwischen der Elektrode und dem Edelmetallplättchen bewirkte Wärmebeanspruchung zu reduzieren und dabei eine hinreichen­ de Verbindungsfestigkeit in diesem Schweißabschnitt zwi­ schen der Elektrode und dem Edelmetallplättchen beizubehal­ ten, und die ferner eine Vereinfachung des Fügevorgangs wie auch eine Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht.

Um diese Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Er­ findung eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor und ein Herstellungsverfahren hierfür mit verschiedenen Gesichts­ punkten, die nachfolgend zusammen mit den in Klammern ange­ gebenen Bezugsnummern erläutert werden, welche die Verbin­ dung mit den Komponenten der später beschriebenen, bevor­ zugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer Mit­ telelektrode (3), einer Masseelektrode (4) und einem Edel­ metallplättchen (5, 5), welches an die Mittelelektrode (3) und/oder an die Masseelektrode (4) geschweißt ist, wobei ein überstehender Abschnitt (3c, 4c) um die äußere Periphe­ rie des Edelmetallplättchen (5, 5) herum durch zwangsweises Einpressen des Edelmetallplättchens (5, 5) in Teile der Elektrode (3, 4) ausgebildet wird. Das Edelmetallplättchen (5, 5) wird durch diesen überstehenden Abschnitt (3c, 4c) an der Elektrode (3, 4) gehalten. Durch den so ausgebilde­ ten überstehenden Abschnitt (3c, 4c) wird das Edelmetall­ plättchen (5, 5) mit Licht (L) bestrahlt, welches eine der­ artige verdichtete Energie ermöglicht, daß das Edelmetall­ plättchen (5, 5) mit der Elektrode (3, 4) verschweißt wer­ den kann.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird es möglich, den Positionier- und Befestigungsvorgang gleichzeitig durch einfaches Einpressen des Edelmetallplättchen (5, 5) in eine vorbestimmte Befestigungslage auf der Elektrode (3, 4) aus­ zuführen. Dies führt zu einer Verringerung der Herstel­ lungsschritte beim Ausbilden der Zündkerze für einen Ver­ brennungsmotor.

Überdies ermöglicht vorliegende Erfindung die Verwen­ dung eines dünnen, scheibenförmigen Edelmetallplättchens (5, 5), da keine weitere Notwendigkeit zum Einfügen des Edelmetallplättchens (5, 5) in die tiefe Bohrung (siehe Fig. 4A) besteht, welche an der Spitze der Elektrode (3, 4) ausgebildet ist. Ein derartiges Ineinandergreifen ist dage­ gen in den zuvor beschriebenen, herkömmlichen Fällen zwin­ gend erforderlich. Es ist erkennbar, daß die ermöglichte Verwendung eines dünnen, scheibenförmigen Edelmetall­ plättchens in großem Maß zu einer Verringerung des für das Edelmetallplättchen (5, 5) verwendeten Materials führt.

Ferner liegt der überstehende Abschnitt (3c, 4c) gemäß der vorliegenden Erfindung frei an der Außenseite vor. Folglich können sowohl der überstehende Abschnitt (3c, 4c) als auch die Elektrode (3, 4) durch Bestrahlen des überste­ henden Abschnitts (3c, 4c) mit Licht hoher Energiedichte bzw. energieverdichtetem Licht (L) verdampft werden und dann in die äußere Atmosphäre verdampfen. Dementsprechend besteht auch nachdem der Schweißvorgang beendet ist keine Möglichkeit dazu, einen Hohlraum in der Schmelzschicht (A, B) oder in deren Nachbarschaft zu bewirken, obwohl im zuvor beschriebenen herkömmlichen Fall ein derartiges Problem auftrat.

Überdies löst die vorliegende Erfindung das Problem der Mikrolöcher, die im Edelmetallplättchen (5, 5) und in den Elektroden (3, 4) vor Durchführung des Schweißvorganges vorliegen, da diese Mikrolöcher frei aus dem Edelmetall­ plättchen (5, 5) oder der Elektrode (3, 4) entweichen und in die äußere Atmosphäre gehen können, wenn sie beim Schmelzen des Edelmetallplättchens (5, 5) und der Elektrode (3, 4) zu einem großen Lunker wachsen. Folglich kann die Verbindungsfestigkeit des Schmelzabschnitts (S, S) zwischen der Elektrode (3, 4) und dem Edelmetallplättchen (5, 5) ge­ eignet beibehalten werden.

Ferner ermöglicht die Ausbildung des überstehenden Ab­ schnitts (3c, 4c) längs der äußeren Peripherie des Edelme­ tallplättchens (5, 5) eine gleichmäßige Vermischung des überstehenden Abschnitts (3c, 4c) mit dem Edelmetall­ plättchen (5, 5), wenn diese durch Aufnahme der Energie des Lichts (L) geschmolzen werden. Mit anderen Worten wird es möglich, die durch die Schmelzschicht (A, B) hervorgerufe­ ne, unerwünschte Verringerung der Komponente der Elektrode (3, 4) zu vermeiden, während die am Schweißabschnitt (S, S) auftretende thermale Belastung wirksam verringert wird.

Überdies verhindert das Vorsehen des überstehenden Ab­ schnitts (3c, 4c) zuverlässig eine Größenverringerung des Schweißabschnitts (S, S), auch wenn der überstehende Ab­ schnitt (3c, 4c) mehr oder weniger verdampft wird. Daher kann die Verbindungsfestigkeit zwischen der Elektrode (3, 4) und dem Edelmetallplättchen (5, 5) korrekt beibehalten werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der überstehende Abschnitt (3c, 4c) ausgebildet durch in Kontakt bringen des Edelmetallplättchens (5, 5) mit der Elektrode (3, 4), nachfolgendem Schmelzen der Elektrode (3, 4) an einem Oberflächenbereich, der mit dem Edelmetall­ plättchen (5, 5) in Kontakt gebracht wurde, und anschlie­ ßendem Einsenken des Edelmetallplättchens (5, 5) in die Elektrode (3, 4), welche derart geschmolzen wird, daß die geschmolzene Elektrode (3, 4) um die äußere Peripherie des Edelmetallplättchens (5, 5) herum angehoben wird.

Dementsprechend kann das Edelmetallplättchen (5, 5) auf einfache Weise in die Elektrode (3, 4) versenkt werden, da die in Kontakt mit dem Edelmetallplättchen (5, 5) gebrachte Oberfläche der Elektrode (3, 4) geschmolzen wird. Daher kann der überstehende Abschnitt (3c, 4c) einfach ausgebil­ det werden.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der überstehende Abschnitt (3c, 4c) ferner eine Höhe von nicht weniger als 0,1 mm und eine Breite von nicht we­ niger als 0,1 mm auf. Mit dieser Konfiguration kann eine Verringerung der Komponente der Elektrode (3, 4) in der Schmelzschicht (A, B) weiter wirksam vermieden werden. Da­ her kann die im Schweißabschnitt (S, S) auftretende thermi­ sche Beanspruchung wirksam verringert werden.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Edelmetallplättchen (5, 5) aus einem Edelmetallma­ terial hergestellt, das aus der Gruppe mit Ir, Ir-Pt, Ir- Pt-Ni, Ir-Rh, Ir-W, Ir-Al, Ir-Si, Ir-Y, Ir-Y₂O₃ ausgewählt ist, und die Elektrode (3, 4) wird aus einer wärmeresisten­ ten Legierung der Ni-Gruppe mit Fe und Cr hergestellt.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Edelmetallplättchen (5, 5) aus einer Ir-Legierung mit einem Längenausdehnungskoeffizienten α von wenigstens 8×10^-6 und die Elektrode (3, 4) aus einer wärmebeständi­ gen Legierung mit einem Längenausdehnungskoeffizienten α von wenigstens 13×10^-6 hergestellt. Kurz ausgedrückt er­ möglicht es die vorliegende Erfindung eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer exzellenten Verbindungs­ festigkeit zwischen der Elektrode (3, 4) und dem Edelme­ tallplättchen (5, 5) zu erzielen, auch wenn deren Längen­ ausdehnungskoeffizienten wie oben beschrieben sehr unter­ schiedlich sind.

Weitere Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren der Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Zündkerze für einen Verbrennungsmotor im Halbschnitt;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht, welche die detaillierte Anordnungsweise eines wesentlichen Teils der Zünd­ kerze gemäß der Darstellung in Fig. 1 zeigt;

Fig. 3A bis 3C Ansichten, die aufeinanderfolgend ein Schweißverfahren gemäß der Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung zeigen;

Fig. 3D eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ausfüh­ rungsform;

Fig. 3E eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform; und

Fig. 4A und 4B vergrößerte Ansichten einer herkömmlichen Zündkerze eines Verbrennungsmotors.

In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind identische Teile in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine Zündkerze eines Verbrennungsmotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 1 ist ein Gehäuse 1 in zylinderför­ miger Gestalt und aus wärmebeständigen, nicht korrodieren­ den und elektrisch leitfähigem Metall ausgebildet. Das Ge­ häuse 1 weist einen Gewindeabschnitt 1a auf, der mit einem nicht dargestellten Motorblock in Eingriff bringbar ist, wenn die Zündkerze fest am Motorblock installiert wird.

Ein Isolierteil 2, welches aus Aluminium-Keramik etc. hergestellt ist, ist fest im Gehäuse 1 aufgenommen. Eine Mittelelektrode 3 ist in einem axialen Loch 2a befestigt, das sich längs der Achse dieses Isolierteils 2 erstreckt. Die Mittelelektrode 3 ist aus wärmebeständigen, nicht kor­ rodierenden und elektrisch leitfähigem Metall hergestellt, wie z. B. wärmebeständigen Legierungen der Nickel-Gruppe mit Fe und Cr (z. B. INCONEL 600, das von Inconel Co., Ltd. ver­ trieben wird: Längenausdehnungskoeffizient α = 13,3×10^-6, Schmelzpunkt T_m = 1400°C). Die Mittelelektrode 3 weist ei­ nen Durchmesser von 2,7 mm auf. Ferner ist eine Masseelek­ trode 4 fest an eine Seite des Gehäuses 1 geschweißt. Diese Masseelektrode 4 ist ebenfalls aus einem wärmebeständigen, nicht korrodierenden und elektrisch leitfähigem Metall her­ gestellt.

Edelmetallplättchen 5 und 5 sind jeweils an eine Spitze 3a der Mittelelektrode 3 und eine Spitze 4a der Masseelek­ trode 4 geschweißt. Diese Edelmetallplättchen 5 und 5 sind aus einem wärmebeständigen, nicht korrodierenden und elek­ trisch leitfähigem Metall wie z. B. Ir (Längenausdehnungs­ koeffizient α = 6,8×10^-6, Schmelzpunkt T_m = 2450°C) her­ gestellt, mit einem Durchmesser von ungefähr 0,9 mm und ei­ ner Dicke von ungefähr 0,4 mm.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 sind jeweilige Schweißabschnitte S und S ferner gekennzeichnet durch eine Schmelzschicht A, die zwischen der Masseelektrode 4 und dem damit verbundenen Edelmetallplättchen 5 ausgebildet ist, und eine Schmelzschicht B, die zwischen der Mittelelektrode 3 und dem damit verbundenen Edelmetallplättchen 5 ausgebil­ det ist. Beide Schmelzschichten A und B erstrecken sich von der zylindrischen Seitenwandung des Edelmetallplättchens 5 zur Außenseite, so daß die Schmelzschichten A und B frei in der äußeren Atmosphäre vorliegen.

Das Schweißverfahren und die diesbezügliche Struktur zum Befestigen des Edelmetallplättchens 5 an der Mittel­ elektrode 3 wird nachfolgend anhand der Fig. 3A bis 3C näher erläutert. Das Schweißverfahren zum Befestigen des Edelmetallplättchens 5 an der Masseelektrode 4, die Struk­ tur des Schweißabschnitts S und seiner Umgebung, und ihre Funktion und Wirkung wird nachfolgend nicht erläutert, da sie im wesentlichen identisch mit der nachfolgend anhand der Mittelelektrode 3 beschriebenen ist.

Zunächst wird gemäß der Darstellung in Fig. 3A ein Edelmetallplättchen 5 auf der Spitze 3a der Mittelelektrode 3 positioniert. Dann wird der Widerstandschweißvorgang zwi­ schen der Mittelelektrode 3 und dem Edelmetallplättchen 5 unter Verwendung einer Schweißelektrode 7 einer Wider­ standsschweißmaschine ausgeführt.

Dieser Widerstandschweißvorgang wird kontinuierlich während eines Zeitraums ausgeführt, der äquivalent zu 10 Zyklen einer alternierenden Wellenform unter den Bedingun­ gen ist, daß der Druck P = 25 kg/cm² ist und der Schließ­ strom I = 800 A beträgt. In diesem Fall besteht eine Mikro­ schwingung längs der Kontaktfläche "s", wo das Edelmetall­ plättchen 5 vor dem Ausführen des Widerstandschweißvorgan­ ges in Kontakt mit der Mittelelektrode 3 gebracht wurde. Aufgrund einer derartigen Schwingung weist der Widerstand an dieser Kontaktfläche "s" unmittelbar nach dem Beginn des Widerstandschweißvorganges einen sehr großen Widerstands­ wert auf (insbesondere während des Zeitraums entsprechend den mehreren ersten Zyklen der alternierenden Wellenform). Dementsprechend wird diese Kontaktfläche "s" der stärksten Wärmeerzeugung ausgesetzt.

Die Mittelelektrode 3 nahe der Kontaktfläche "s" wird geschmolzen, während das Edelmetallplättchen 5 jedoch unge­ schmolzen bleibt, da die Mittelelektrode 3 wie oben be­ schrieben einen geringeren Schmelzpunkt als des Edelmetall­ plättchen 5 aufweist. Nachdem sie geschmolzen ist, wird die Mittelelektrode 3 mit einem größeren Bereich in einer be­ netzten bzw. weichen Art und Weise in Kontakt mit dem Edel­ metallplättchen 5 gebracht, so daß die Schwingung im we­ sentlichen ausgelöscht wird. Daher wird der Widerstand der Kontaktfläche "s" stark verringert.

Dann wird das Edelmetallplättchen 5 durch den aufge­ brachten Druck P zur Mittelelektrode 3 gedrückt. Gemäß der Darstellung in Fig. 3B wird die geschmolzene Mittelelek­ trode 3 rund um die äußeren Peripherie des Edelmetall­ plättchen 5 fließgepraßt bzw. extrudiert und derart angeho­ ben, daß sie den überstehenden Abschnitt 3c ausbildet. Auf diese Weise wird das Edelmetallplättchen 5 sicher an der Mittelelektrode 3 befestigt. Der überstehende Abschnitt 4c der Masseelektrode 4 wird in der gleichen wie in Fig. 2 dargestellt Weise ausgebildet.

Nachfolgend wird gemäß der Darstellung in Fig. 3B ein Laserschweißen längs der äußeren Peripherie des Edelmetall­ plättchen 5 vorgenommen. Gewöhnlich wird das Laserschweißen durch Verdichten der Energie an einen gewünschten Punkt des Kontaktabschnitts zwischen den beiden Teilen ausgeführt, um diese bestimmten Abschnitte und ihre Umgebung zu schmelzen, wodurch diese beiden Teile verschweißen. Diese Ausführungs­ form nutzt einen YAG-Laser mit einer Strahlungsenergie von 5 J und einer Bestrahlungszeit von 5 ms mit einem genauen Fokus (just focus) (0 am überstehenden Abschnitt 3c).

Insbesondere wird der Laserstrahl L am überstehenden Abschnitt 3c oder seiner Nachbarschaft an der Mittelelek­ trode 3 mit einem Einfallswinkel von 45° bezüglich der Achse der Mittelelektrode 3 gebündelt. Auf diese Weise wird das Edelmetallplättchen 5 mit dem Laserstrahl L (d. h. dem energieverdichteten Licht) durch den überstehenden Ab­ schnitt 3c bestrahlt. Die Energie des Laserstrahles L wird genutzt, um den überstehenden Abschnitt 3c entsprechend in Spitzenrichtung des Pfeiles L zu schmelzen und die Spitze 3a der Mittelelektrode 3 und den zentralen Abschnitt der Seitenfläche des Edelmetallplättchens 5 in der Nachbar­ schaft des obengenannten überstehenden Abschnitts 3c zu schmelzen. Diese geschmolzenen Abschnitte können miteinan­ der vermischt werden, da der überstehende Abschnitt 3c der geschmolzenen Mittelelektrode 3 das geschmolzene Edelme­ tallplättchen 5 abdeckt.

Dementsprechend wird die Schmelzschicht B gemäß der Darstellung in Fig. 3C an einem Abschnitt ausgebildet, der in Spitzenrichtung des Pfeiles L liegt. Insbesondere er­ streckt sich die Schmelzschicht B im wesentlichen von der zylinderförmigen Seitenwandung des Edelmetallplättchens 5 durch den überstehenden Abschnitt 3c an der Außenseite längs der Zielrichtung des energieverdichteten Lichtes L.

Die Mittelelektrode 3 und das Edelmetallplättchen 5 werden wirksam in dieser Schmelzschicht B vermischt. Dann wird das oben beschriebene Laserschweißen durch Drehen der Mittelelektrode 3 um ihre Achse gänzlich längs der äußeren Peripherie des Edelmetallplättchens 5 ausgeführt. Auf diese Weise wird die Schmelzschicht B gemäß der Darstellung in Fig. 3D längs der gesamten Peripherie des Edelmetall­ plättchens 5 ausgebildet.

Diese Schmelzschicht B weist einen Längenausdehnungs­ koeffizienten auf, dessen Wert irgendwo zwischen dem der Mittelelektrode 3 und dem Edelmetallplättchen 5 liegt; da­ her wird es möglich, die am Schweißabschnitt S auftretende thermische Beanspruchung zu verringern, wenn die Zündkerze für einen Verbrennungsmotor wiederholt verwendet wird.

Nachfolgend wird die Funktion und Wirkungsweise dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.

Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann der überstehende Abschnitt 3c durch Einsenken des Edelmetall­ plättchens 5 in die Mittelelektrode 3 durch Ausführen des Widerstandschweißens ausgebildet werden. Und das Edelme­ tallplättchen 5 kann durch den so ausgebildeten überstehen­ den Abschnitt 3c auf einfache Weise befestigt werden. Auf diese Weise wird es möglich, einen Schritt beim Montagevor­ gang zum Befestigen des Edelmetallplättchens 5 an der Mit­ telelektrode 3 einzusparen.

Durch Ausführen des Laserschweißens durch den überste­ henden Abschnitt 3c wird es ferner möglich, die Schmelz­ schicht B auszubilden, die eine wirksame Verringerung der im Schweißabschnitt S zwischen dem Edelmetallplättchen 5 und der Mittelelektrode 3 auftretenden thermischen Bean­ spruchung ermöglicht. Mit anderen Worten hat der überste­ hende Abschnitt 3c in der vorliegenden Ausführungsform eine Funktion zum Ausbilden der Schmelzschicht B wie auch eine Funktion zum Befestigen des Edelmetallplättchens 5.

Bei den herkömmlichen Fällen war es überdies notwendig, daß das Edelmetallplättchen 5 eine Dicke von mehr als 1 mm hatte, angesichts der Notwendigkeit eines tiefen Einfügens oder in Eingriff bringen des Edelmetallplättchens 5 in die Bohrung (siehe Fig. 4A), die in der Mittelelektrode 3 aus­ gebildet war. In dieser Hinsicht ermöglicht die vorliegende Ausführungsform die Verwendung eines dünnen Edelmetall­ plättchens 5 mit einer Dicke von ungefähr 0,4 mm, was zu einer wesentlichen Verringerung der Materialmenge des Edel­ metallplättchens 5 führt.

Ferner liegt der überstehenden Abschnitt 3c in der vor­ liegenden Ausführungsform frei an der Außenseite vor. Folg­ lich können sowohl der überstehende Abschnitt 3c als auch die Mittelelektrode 3, wenn sie durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L verdampft sind, in die äußere Atmosphäre verdampfen. Dementsprechend besteht keine Möglichkeit einen Hohlraum in der Schmelzschicht B oder in dessen Nachbar­ schaft zu bewirken, auch nachdem der Schweißvorgang beendet ist, obwohl dieses Problem in den zuvor beschriebenen her­ kömmlichen Fällen auftrat. Überdies löst die vorliegende Ausführungsform das Problem der Mikrolöcher, die im Edelme­ tallplättchen 5 und der Elektrode 3 vor dem Ausführen des Schweißvorganges vorliegen, da diese Mikrolöcher frei aus dem Edelmetallplättchen 5 oder Elektrode 3 austreten und in die äußere Atmosphäre gehen können, wenn sie beim Schmelzen des Edelmetallplättchens 5 und der Elektrode 3 zu großen Lunkern anwachsen.

Ferner ist die Bestrahlung des Edelmetallplättchens 5 über den überstehenden Abschnitt 3c mit dem Laserstrahl L dahingehend vorteilhaft, daß die in die Schmelzschicht B einbezogene Komponente der Mittelelektrode 3 nicht redu­ ziert wird. Obwohl der Laserstrahl L ein mehr oder weniger großes Ausmaß an Verdampfung bewirken kann, wird ein An­ schwellen des überstehenden Abschnitts 3c wirksam, um eine unerwünschte Größenverminderung des Schweißabschnitts S zu verhindern.

Mit der so ausgebildeten Schmelzschicht B wird es mög­ lich, die im Schweißabschnitt S bewirkte thermische Bean­ spruchung zu verringern und die Verbindungsfestigkeit zwi­ schen der Mittelelektrode 3 und dem Edelmetallplättchen 5 korrekt aufrecht zu erhalten.

Gemäß dem Schweißverfahren in der oben beschriebenen Ausführungsform können das Edelmetallplättchen 5 und die Mittelelektrode 3, welche hinsichtlich ihrer Längenausdeh­ nungskoeffizienten α sehr unterschiedlich sind, ferner fest mit einer ausgezeichneten Verbindungsfestigkeit gefügt wer­ den.

Geht man davon aus, daß H und W die Höhe und die Breite des überstehenden Abschnitts 3c gemäß der Darstellung in Fig. 3B darstellen, ermöglicht die Bestimmung die Größe des überstehenden Abschnitts 3c unter Erfüllung der Glei­ chungen H 0,1 mm und W 0,1 mm eine gleichmäßige Vermi­ schung des überstehenden Abschnitts 3c und des Edelmetall­ plättchens 5 beim Laserschweißvorgang. Mit derartigen Grö­ ßenfestsetzungen wird es infolge der ausgebildeten Schmelz­ schicht B möglich, die Möglichkeit eines Loslösens der Kom­ ponente der Mittelelektrode 3 besser zu beseitigen. Dement­ sprechend verringert die Schmelzschicht B wirksam die vom Schweißabschnitt S bewirkte thermische Beanspruchung.

Obwohl der Laserschweißvorgang gemäß der oben beschrie­ benen Ausführungsform längs der gesamten Peripherie des Edelmetallplättchens 5 ausgeführt wird, ist es überflüssig zu erklären, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausgestaltungsweise beschränkt ist. Zum Beispiel ist es ge­ mäß der Darstellung in Fig. 3E möglich, den Laserschweiß­ vorgang nur an zwei Punkten an der äußeren Peripherie des Edelmetallplättchens 5 auszuführen. Alternativ kann das La­ serschweißen an drei Punkten oder mehr ausgeführt werden.

Ferner ist die Mittelelektrode 3 gemäß der oben be­ schriebenen Ausführungsform aus einer wärmebeständigen Le­ gierung der Nickel-Gruppe (INCONEL 600, vertrieben von In­ conel Co., Ltd.) und das Edelmetallplättchen 5 ist aus Ir hergestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Materialien beschränkt. Die Mittelelektrode 3 kann auch aus einem anderen wärmeresistenten Legierungsmaterial hergestellt sein. Und das Edelmetallplättchen 5 kann aus anderen Edelmetallmaterialien hergestellt sein, die aus der Gruppe mit Pt (Längenausdehnungskoeffizient α = 9×10^-6, Schmelzpunkt T_m = 1770°C), 20Ir-80Pt (Längenausdehnungs­ koeffizient α = 8,4×10^-6, Schmelzpunkt T_m = 1850°C), 80Pt-20Ni (Längenausdehnungskoeffizient α = 9,4×10^-6, Schmelzpunkt T_m = 1550°C), Ir-Pt, Ir-Pt-Ni, Ir-Rh, Ir-W, Ir-Al, Ir-S, Ir-Y, Ir-Y₂O₃ hergestellt sein.

Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Laserschweißen überdies als ein Verschweißen auf der Basis verdichteter Energie angewendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Laserschweißen beschränkt. Zum Beispiel kann auch ein Elektronenstrahlschweißen als alter­ natives Schweißverfahren mit einer verdichteten Energie an­ gewendet werden.

Claims (7)

1. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer Mittel­ elektrode (3), einer Masseelektrode (4) und einem Edel­ metallplättchen (5, 5), welches an die Mittelelektrode (3) und/oder an die Masseelektrode (4) geschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
ein überstehender Abschnitt (3c, 4c) um eine äußere Peripherie des Edelmetallplättchens (5, 5) herum durch zwangsweises Einpressen des Edelmetallplättchens (5, 5) in Teile der zumindest einen Elektrode (3, 4) derart ausgebildet ist, daß der überstehende Abschnitt (3c, 4c) das Edelmetallplättchen (5, 5) auf der zumindest einen Elektrode (3, 4) hält, und
wobei das Edelmetallplättchen (5, 5) an die zumindest eine Elektrode (3, 4) durch Bestrahlung des Edelmetall­ plättchens (5, 5) mit energieverdichtetem Licht (L) durch den überstehenden Abschnitt (3c, 4c) geschweißt ist.

2. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer Mittel­ elektrode (3), einer Masseelektrode (4) und einem Edel­ metallplättchen (5, 5), welches an die Mittelelektrode (3) und/oder an die Masseelektrode (4) geschweißt ist, gekennzeichnet durch
einen überstehenden Abschnitt (3c, 4c), der um eine äußere Peripherie des Edelmetallplättchens (5, 5) herum durch teilweises Extrudieren der Spitze (3a, 4a) der zu­ mindest einen Elektrode (3, 4) derart ausgebildet wird, daß das Edelmetallplättchen (5, 5) an der zumindest ei­ nen Elektrode (3, 4) durch den überstehenden Abschnitt (3c, 4c) gehalten wird, und
eine Schmelzschicht (A, B), die einen Teil des Edelme­ tallplättchens (5, 5) und einen Teil der zumindest einen Elektrode (3, 4) umfaßt, welche geschmolzen und mitein­ ander vermischt sind, wobei sich die Schmelzschicht (A, B) derart vom Edelmetallplättchen (5, 5) zur Außenseite des überstehenden Abschnitts (3c, 4c) erstreckt, daß die Schmelzschicht (A, B) frei an der äußeren Atmosphäre vorliegt.

3. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der überstehende Abschnitt (3c, 4c) ausge­ bildet wird durch in Kontakt bringen des Edelmetall­ plättchens (5, 5) mit der zumindest einen Elektrode (3, 4) und Schmelzen der zumindest einen Elektrode (3, 4) an der Oberfläche, welche in Kontakt mit dem Edelmetall­ plättchen (5, 5) gebracht wurde, und anschließendem Ein­ senken des Edelmetallplättchens (5, 5) in den geschmol­ zenen Abschnitt der zumindest einen Elektrode (3, 4) in der Art, daß der geschmolzene Abschnitt der zumindest einen Elektrode (3, 4) um die äußere Peripherie des Edelmetallplättchens (5, 5) herum angehoben wird.

4. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, wobei der überstehende Abschnitt (3c, 4c) eine Höhe (H) von nicht weniger als 0,1 mm und eine Breite (W) von nicht weniger als 0,1 mm aufweist.

5. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, wobei das Edelmetallplättchen (5, 5) aus einem Edelmetallmaterial hergestellt ist, das aus der Gruppe mit Ir, Ir-Pt, Ir-Pt-Ni, Ir-Rh, Ir-W, Ir-Al, Ir-Si, Ir-Y, Ir-Y₂O₃ ausgebildet ist, und wobei die zu­ mindest eine Elektrode (3, 4) aus einer wärmebeständigen Legierung der Nickel-Gruppe hergestellt ist.

6. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, wobei das Edelmetallplättchen (5, 5) aus einer Ir-Legierung mit einem Längenausdehnungskoeffi­ zienten α von nicht weniger als 8×10^-6 hergestellt ist, und wobei die zumindest eine Elektrode (3, 4) aus einer wärmebeständigen Legierung der Nickel-Gruppe mit einem Längenausdehnungskoeffizienten α von nicht weniger als 13×10^-6 hergestellt ist.

7. Verfahren zu Herstellung einer in einem Verbrennungsmo­ tor verwendeten Zündkerze mit den Schritten:
Schmelzen eines Teils einer Elektrode (3, 4) in einem vorbestimmten Bereich, in dem ein Edelmetallplättchen (5) fixiert ist;
Einsenken des Edelmetallplättchens (5) in den ge­ schmolzenen Abschnitt der Elektrode (3, 4) durch Auf­ bringen einer Druckkraft;
Ausbilden eines überstehenden Abschnitts (3c, 4c) um eine äußere Peripherie des Edelmetallplättchens (5, 5) herum durch Extrudieren des geschmolzenen Abschnitts der Elektrode (3, 4), wenn das Edelmetallplättchen (5) in den geschmolzenen Abschnitt der Elektrode (3, 4) einge­ senkt wird; und
Verschweißen des Edelmetallplättchens (5, 5) mit der Elektrode (3, 4) durch Bestrahlung mit energieverdichte­ tem Licht (L) durch den überstehenden Abschnitt (3c, 4c).