專(zhuān)利名稱(chēng)：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的火花塞，所述火花塞包括銥合金點(diǎn)火端，該銥合金點(diǎn)火端連接到中心電極和接地電極中的至少一個(gè)的相對(duì)部分上，該中心電極和接地電極跨過(guò)介于它們之間的放電間隙而相對(duì)。本實(shí)用新型可用于諸如車(chē)輛、熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備、氣壓泵等使用的各種類(lèi)型的火花塞。
背景技術(shù)：
通常，一個(gè)火花塞具有中心電極、保持所述中心電極的絕緣裝置、用于保持并固定所述絕緣裝置的殼體以及接地電極，該接地電極的一端部與所述殼體相連，另一端部跨過(guò)放電間隙與所述中心電極相對(duì)。
對(duì)于這種類(lèi)型的火花塞，為了確保較長(zhǎng)使用壽命以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能以及易于維護(hù)需求，銥合金點(diǎn)火端被設(shè)置在中心電極或接地電極的火花放電部上，所述火花放電部是面向放電間隙的中心電極或接地電極的一個(gè)相對(duì)部分。
銥合金在熱膨脹系數(shù)方面不同于電極基底材料(例如鎳合金等等)。因此，應(yīng)當(dāng)防止銥合金點(diǎn)火端由于熱應(yīng)力的產(chǎn)生而從電極上脫落。為此，應(yīng)用了一種激光焊接技術(shù)，以在所述銥合金點(diǎn)火端和所述電極基底材料之間形成熔合層，從而使得所述熔合層與所述銥合金和所述電極基底材料相比，具有一個(gè)居中的熱膨脹系數(shù)，進(jìn)而減少作用在所述銥合金點(diǎn)火端和所述電極之間的熱應(yīng)力，并且確保兩者之間良好的粘合性能。
按照這種激光焊接方法，所述銥合金點(diǎn)火端事先通過(guò)電阻焊等方法和所述電極基底材料結(jié)合在一起，隨后激光照射至所述銥合金點(diǎn)火端的整個(gè)圓周上，同時(shí)所述結(jié)合組件圍繞所述銥合金點(diǎn)火端的軸線旋轉(zhuǎn)。
在這種情況下，激光焊接性能極大程度地受到每一激光照射位置處的點(diǎn)火端和電極基底材料結(jié)構(gòu)的影響。如果銥合金和電極基底材料的結(jié)構(gòu)相對(duì)于激光束在每一激光照射位置不一致，則所述被焊接部分的熔融過(guò)程在每一激光照射位置是不同的。所述銥合金點(diǎn)火端和所述電極基底材料之間的粘合性能不能得以確保。相應(yīng)地，已有的銥合金點(diǎn)火端通常構(gòu)造成圓柱形，以使得當(dāng)所述點(diǎn)火端在焊接過(guò)程中繞其軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述點(diǎn)火端的結(jié)構(gòu)在每一激光照射位置是不變的。
但是，使所述銥合金點(diǎn)火端構(gòu)造成圓柱形，大體需要滾壓工序、拉絲工序以及許多其它工序(例如，參見(jiàn)與美國(guó)專(zhuān)利US5,977,695相對(duì)應(yīng)的日本專(zhuān)利No.3000955)。
此外，為了減少制造成本，通常建議采用如下的銥合金點(diǎn)火端，所述點(diǎn)火端沿與其軸線垂直的平面所取的橫截面為方形或六邊形結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)激光焊接粘合到所述電極上(例如，參見(jiàn)與美國(guó)專(zhuān)利US 5,977,695相對(duì)應(yīng)的日本專(zhuān)利No.3000955)。
但是，按照本專(zhuān)利的發(fā)明者所進(jìn)行的評(píng)估，橫截面為方形或六邊形結(jié)構(gòu)的點(diǎn)火端具有較小的頂角或面角，因此由于邊緣效應(yīng)，將使得所述點(diǎn)火端和所述電極的焊接部產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。因此，所述方形或六邊形點(diǎn)火端與圓柱形點(diǎn)火端相比，不能提供令人滿(mǎn)意的粘合性能。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到前述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種不僅能夠簡(jiǎn)化銥合金點(diǎn)火端的制造及加工步驟，并且能夠確保通過(guò)激光焊接操作而粘合在電極基底材料上的銥合金點(diǎn)火端的粘合性能。
盡管本實(shí)用新型的發(fā)明者認(rèn)識(shí)到在激光焊接操作中圓形點(diǎn)火端所帶來(lái)的良好的粘合性能，但是他們把重點(diǎn)放在制造圓柱形銥合金點(diǎn)火端所需的復(fù)雜加工步驟的缺陷上。因此，本實(shí)用新型的發(fā)明者研究將非圓柱形點(diǎn)火端的粘合性能提高至可與圓柱形點(diǎn)火端相比較的一個(gè)級(jí)別上的可能。
更準(zhǔn)確地說(shuō)，在所述桿狀銥合金點(diǎn)火端沿垂直于其軸線的平面所取的橫截面區(qū)域?yàn)榉菆A形時(shí)仍可適用的情況下，加工所述點(diǎn)火端的步驟能夠大大簡(jiǎn)化。因此，本實(shí)用新型研究了就粘合性能而言點(diǎn)火端的橫截面區(qū)域的非圓度的允許范圍。
為此，本實(shí)用新型的發(fā)明者假設(shè)，在所有與所述橫截面區(qū)域的可見(jiàn)外輪廓線的至少三個(gè)部分接觸的假想圓中存在一個(gè)具有最大直徑的外接圓，以及在所有與所述外接圓共軸的內(nèi)切圓中的存在一個(gè)具有最大直徑的內(nèi)切圓(參見(jiàn)圖3A和圖3B)。
此外，本實(shí)用新型的發(fā)明者將上述內(nèi)切圓直徑B與上述外接圓直徑A的比值B/A，作為在激光焊接操作中用于評(píng)價(jià)所述點(diǎn)火端粘合性能的所述銥合金點(diǎn)火端非圓度的參數(shù)。當(dāng)比值B/A接近1時(shí)，所述橫截面的結(jié)構(gòu)接近于圓形。當(dāng)比值B/A遠(yuǎn)離1時(shí)，所述橫截面的結(jié)構(gòu)偏離圓形結(jié)構(gòu)。
作為結(jié)果，本實(shí)用新型的發(fā)明者已經(jīng)得出結(jié)論，當(dāng)比值B/A在接近圓形的一個(gè)預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，所述非圓柱形銥合金點(diǎn)火端能夠確保具有和圓柱形銥合金點(diǎn)火端相同的粘合性能。如此一來(lái)，本實(shí)用新型是基于發(fā)明者獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和評(píng)估。
為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述及其它的目的，本實(shí)用新型提供了一種火花塞，其包括中心電極；保持所述中心電極的絕緣裝置；保持并固定所述絕緣裝置的殼體；以及接地電極，所述接地電極的一端部連接到所述殼體上，另一端部與所述中心電極相對(duì)，在所述另一端部與所述中心電極之間具有放電間隙。由桿狀銥合金制成的銥合金點(diǎn)火端，連接到所述中心電極和所述接地電極中的至少一個(gè)的面向所述放電間隙的部分上。根據(jù)本實(shí)用新型的火花塞，所述銥合金點(diǎn)火端沿垂直于其軸線的平面所取的橫截面區(qū)域?yàn)榉菆A結(jié)構(gòu)。在所述銥合金點(diǎn)火端的所述橫截面區(qū)域，當(dāng)假設(shè)所有與所述橫截面區(qū)域的可見(jiàn)外輪廓線的至少三個(gè)部分接觸的假想圓中的一個(gè)外接圓具有最大直徑A，以及所有與所述外接圓共軸的內(nèi)切圓中的一個(gè)內(nèi)切圓具有最大直徑B時(shí)，所述直徑B與所述直徑A的比值B/A等于或大于0.8，并且小于1。所述橫截面區(qū)域的可見(jiàn)外輪廓線由至少七個(gè)直線單元或曲線單元順序連接構(gòu)成，并且每一線單元與相鄰線單元之間的夾角不小于125°，且不大于235°。
按照本實(shí)用新型的火花塞，所述火花塞點(diǎn)火端的形狀沿垂直于其軸線平面所取的橫截面呈非圓形。因此，本實(shí)用新型使得有可能選擇性地使用橫截面結(jié)構(gòu)為多邊形或非圓形的多種類(lèi)型的銥合金點(diǎn)火端。與圓柱形結(jié)構(gòu)的點(diǎn)火端相比，非圓柱形結(jié)構(gòu)的點(diǎn)火端能夠大大地減少加工的成本。因此，加工所述銥合金點(diǎn)火端的工序能夠得以簡(jiǎn)化。
本實(shí)用新型的發(fā)明者已經(jīng)通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)，即使所述銥合金點(diǎn)火端的橫截面結(jié)構(gòu)為非圓形，但是當(dāng)比值B/A等于或大于0.8且小于1時(shí)，所獲得的粘合性能等同于所述圓柱形點(diǎn)火端的粘合性能。
此外，按照本實(shí)用新型的火花塞，所述點(diǎn)火端橫截面的可見(jiàn)外輪廓線由至少七條直線或曲線單元順序連接而構(gòu)成，并且每一線單元與相鄰線單元之間的夾角不小于125°，且不大于235°。
相應(yīng)地，本實(shí)用新型提供一種火花塞，其使得能夠簡(jiǎn)化銥合金點(diǎn)火端的加工步驟，并且能夠確保在激光焊接操作中所述銥合金點(diǎn)火端的粘合性能。
所述比值B/A優(yōu)選不大于0.96。
優(yōu)選地，基于下面的原因，所述外接圓的直徑A優(yōu)選不小于0.3毫米，且不大于1.5毫米。
如果所述外接圓的直徑A小于0.3毫米，則即使所述銥合金點(diǎn)火端具有良好的耐耗損性，所述銥合金點(diǎn)火端的熱容量也太小。當(dāng)所述點(diǎn)火端溫度升高時(shí)，所述點(diǎn)火端的耗損將加劇，從而無(wú)法得到令人滿(mǎn)意的使用壽命。另一方面，如果所述外接圓的直徑大于1.5毫米，即使通過(guò)激光焊接的方法形成一個(gè)作為緩解層的熔合層，所述點(diǎn)火端的尺寸也將過(guò)大而不能減少熱應(yīng)力以確保足夠粘合性能。
所述銥合金點(diǎn)火端優(yōu)選包括50％重量或更多的銥以及至少一種添加物，并且熔點(diǎn)不低于2000℃。為了確保滿(mǎn)意的點(diǎn)火耐損耗性，所述銥合金的熔點(diǎn)不低于2000℃是重要的，所述銥合金取決于本身具有高熔點(diǎn)的銥的良好特性。此外，使用不包括添加物的純銥點(diǎn)火端將面臨銥氧化以及揮發(fā)的問(wèn)題。
所述銥合金點(diǎn)火端中所包括的至少一種添加物優(yōu)選選自鉑、銠、鎳、鎢、鈀、鋨、釕、鋁、釔以及三氧化二釔。這些添加物具有在所述點(diǎn)火端的表面形成薄膜的作用，并且相應(yīng)地有效抑制銥的氧化及揮發(fā)。


結(jié)合附圖，通過(guò)下面的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的上述以及其它目的、特征以及有益效果將變得更明顯，其中圖1是按照本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的火花塞整體結(jié)構(gòu)的半剖視圖；圖2是圖1所示火花塞的點(diǎn)火放電部分及其鄰近區(qū)域的放大剖視圖；圖3A以及圖3B是圖1所示桿狀銥合金點(diǎn)火端沿垂直于其軸線的平面所取的端部橫截面區(qū)域的視圖；圖4A以及圖4B是用于解釋將所述桿狀銥合金點(diǎn)火端與所述電極基底材料粘合在一起的方法的視圖；圖5A至圖5F是用于發(fā)明者的評(píng)估試驗(yàn)的各種類(lèi)型桿狀銥合金點(diǎn)火端的端部橫截面結(jié)構(gòu)的視圖；圖6是解釋評(píng)價(jià)粘合性能的參數(shù)—脫落率的定義的視圖；圖7是在評(píng)估試驗(yàn)中使用的各種類(lèi)型桿狀銥合金點(diǎn)火端的橫截面結(jié)構(gòu)與所述脫落率之間關(guān)系的圖表；圖8是在評(píng)估試驗(yàn)中使用的各種類(lèi)型桿狀銥合金點(diǎn)火端的B/A比值與所述脫落率之間關(guān)系的圖表；圖9是橫截面為八邊形的另一桿狀銥合金點(diǎn)火端的B/A比值與所述脫落率之間關(guān)系的圖表；圖10A至圖10E示出了所述可見(jiàn)外輪廓線包括至少一個(gè)曲線單元的不同點(diǎn)火端橫截面區(qū)域的示例的視圖；圖11A是解釋激光焊接操作的視圖，其中所使用的8點(diǎn)等角激光束只照射至八邊形點(diǎn)火端相應(yīng)的多面體的面上；圖11B是解釋激光焊接操作的視圖，其中所使用的8點(diǎn)等角激光束只照射在八邊形點(diǎn)火端相應(yīng)的頂點(diǎn)上；以及圖12A以及圖12B是解釋另一種激光焊接操作的視圖。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。
下面將參照附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。圖1是按照本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的火花塞S1整體結(jié)構(gòu)的半剖視圖。圖2是圖1所示火花塞S1的點(diǎn)火放電部分及其鄰近區(qū)域的放大剖視圖。
火花塞S1用于車(chē)輛的內(nèi)燃機(jī)?；鸹ㄈ鸖1插入并固定在一個(gè)螺紋孔中，所述螺紋孔在構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的一個(gè)氣缸頭(未示出)中開(kāi)口。
火花塞S1具有一個(gè)柱狀金屬殼體10，所述殼體10由一種低碳鋼或者一種類(lèi)似的導(dǎo)電鋼部件制成。金屬殼體10具有一個(gè)外螺紋部分(未示出)?；鸹ㄈ鸖1通過(guò)將金屬殼體10的螺紋部分接合到所述氣缸頭螺紋孔中，被牢固地固定在內(nèi)燃機(jī)的氣缸頭上，從而使得一個(gè)中心電極30以及一個(gè)接地電極40暴露于所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中。一個(gè)由氧化鋁(Al2O3)等制成且具有良好絕緣特性的圓柱形絕緣裝置20固定在金屬殼體10的內(nèi)側(cè)。絕緣裝置20的一端部(即末端)21突伸出金屬殼體10的軸端部11(即末端)。
中心電極30被牢固地支承在所述絕緣裝置20的一個(gè)軸向孔22中。換言之，中心電極30通過(guò)所述絕緣裝置20與金屬殼體10絕緣。中心電極30是一個(gè)圓柱形且具有內(nèi)層以及外層的金屬桿件，所述內(nèi)層由銅或具有良好導(dǎo)熱性能的類(lèi)似金屬件制造而成，所述外層由鎳基合金、鐵基合金、鈷基合金或具有良好的耐熱性以及耐腐蝕性的類(lèi)似金屬件制成。如圖2所示，中心電極30的一端部31突伸出所述絕緣裝置20的端部21。
接地電極40是一個(gè)形狀為彎曲直角桿或類(lèi)似形狀的金屬桿件，并且由鎳基合金等制造而成。接地電極40包括一個(gè)大致沿平行中心電極30軸線方向延伸的支腿部41以及一個(gè)大致沿垂直中心電極30軸線方向延伸的相對(duì)部42。支腿部41的一端部(最末端一側(cè))焊接至金屬殼體10的軸端部11。支腿部41的另一端部在其中間區(qū)域彎曲且連續(xù)變化，或合并入位于所述基底電極40末端一側(cè)的所述相對(duì)部42。所述相對(duì)部42和位于中心電極30軸線方向上的中心電極30的末端(即頂部)相對(duì)而設(shè)置。
由桿狀銥(iridium)合金制成的貴金屬點(diǎn)火端50粘合到中心電極30的所述端部31上，以作為中心電極點(diǎn)火端。由桿狀銥合金制成的另一貴金屬點(diǎn)火端60粘合在接地電極40的相對(duì)部42，以作為一個(gè)接地電極點(diǎn)火端。接地電極點(diǎn)火端60以及所述中心電極點(diǎn)火端50之間形成一個(gè)放電間隙70。
如圖2所示，通過(guò)作用于中心電極點(diǎn)火端50的整個(gè)圓周面上的激光焊接，所述中心電極點(diǎn)火端50被焊接至作為電極基底材料的中心電極30上。類(lèi)似地，通過(guò)作用于接地電極點(diǎn)火端60的整個(gè)圓周面上的激光焊接，接地電極點(diǎn)火端60被焊接至作為電極基底材料的接地電極40上。所施加的激光焊接使得所述中心電極點(diǎn)火端50和電極基底材料30之間形成熔合層35，接地電極點(diǎn)火端60和所述電極基底材料40之間形成熔合層45。換言之，桿狀電極點(diǎn)火端50、60分別通過(guò)熔合層35、45和電極基底材料30、40粘合在一起。
按照上述的實(shí)施例，銥合金點(diǎn)火端50、60粘合到中心電極30、接地電極40的表面上，中心電極30、接地電極40的表面跨過(guò)放電間隙70而彼此相對(duì)。然而，本實(shí)用新型還適用于僅在中心電極30或接地電極40上具有一個(gè)銥合金點(diǎn)火端的火花塞。
此外，每一銥合金點(diǎn)火端50和60包括50％重量或更多的銥以及至少一種添加物。每一銥合金點(diǎn)火端50和60的熔點(diǎn)不小于2000℃。銥合金點(diǎn)火端50和60的添加物選自鉑、銠、鎳、鎢、鈀、鋨、釕、鋁、釔以及三氧化二釔。
為了確保滿(mǎn)意的點(diǎn)火耐損耗性，所述銥合金的熔點(diǎn)不低于2000℃是重要的，所述銥合金取決于本身具有高熔點(diǎn)的銥的良好特性。
此外，使用不包括添加物的純銥點(diǎn)火端將面臨銥氧化以及揮發(fā)的問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，采用上述的添加物材料使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間在所述點(diǎn)火端表面有可能形成薄膜，因此可以有效地抑制銥的氧化以及揮發(fā)。
此外，按照上述的實(shí)施例，所述桿狀銥合金點(diǎn)火端50和60采用一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，以使得沿垂直于所述點(diǎn)火端軸線的平面所所取的所述橫截面區(qū)域(下面稱(chēng)作點(diǎn)火端橫截面區(qū)域)的結(jié)構(gòu)為非圓形。圖3A以及圖3B示出了相應(yīng)的銥合金點(diǎn)火端50和60的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55的實(shí)例。圖3A所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55是正八邊形或等邊八邊形，圖3B所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55是不對(duì)稱(chēng)八邊形。
在如圖3A以及圖3B所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55中，假設(shè)與所述點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55的所有外輪廓線至少三個(gè)部分接觸的假想圓中的一個(gè)外接圓C1具有最大直徑A，同時(shí)所有與外接圓C1共軸的內(nèi)切圓中的一個(gè)內(nèi)切圓C2具有最大直徑B。
按照?qǐng)D3A所示的實(shí)例，外接圓C1與正八邊形的八個(gè)頂點(diǎn)相接觸。內(nèi)切圓C2與所述正八邊形的八個(gè)線單元接觸。另一方面，按照?qǐng)D3B所示的實(shí)例，外接圓C1只是與不對(duì)稱(chēng)八邊形的八個(gè)頂點(diǎn)中位于上半部的四個(gè)頂點(diǎn)相接觸。內(nèi)切圓C2只與所述不對(duì)稱(chēng)八邊形的八個(gè)線單元中位于上部以及下部的兩個(gè)線單元接觸。按照本實(shí)施例，所述比值B/A(即直徑B與直徑A的比值)等于或大于0.8，且小于1。
一個(gè)已有的公知制造方法可用于制造火花塞S1。下面將參照?qǐng)D4A以及圖4B，描述將銥合金點(diǎn)火端50和60與相應(yīng)的電極基底材料30和40粘合在一起的方法。圖4A以及4B作為示例，用于解釋中心電極點(diǎn)火端50與電極基底材料30的粘合。然而，同樣的示例將用于解釋接地電極點(diǎn)火端60與所述電極基底材料40的粘合。
首先，銥合金點(diǎn)火端50和60優(yōu)選按照上述現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)所描述的方法對(duì)銥合金坯料進(jìn)行滾壓、拉絲以及切削加工而形成。
如圖4A所示，銥合金點(diǎn)火端50預(yù)先通過(guò)電阻焊和電極基底材料30(即中心電極)的一端部31一體地連接。一束激光R照射至銥合金點(diǎn)火端50的整個(gè)圓周表面，同時(shí)結(jié)合組件圍繞銥合金點(diǎn)火端50的軸線旋轉(zhuǎn)。按照所示的實(shí)施例，中心電極30具有一個(gè)從所述一端部31外凸的小徑部分。當(dāng)所述激光束R從側(cè)面照射時(shí)，中心電極30的小徑部分被熔融。
因此，如圖4B所示，所述激光束R的照射使得所述電極基底材料和所述銥合金被熔融并混合在一起而形成熔合層35。所述桿狀點(diǎn)火端50的一端部通過(guò)熔合層35粘合到中心電極30。與所述銥合金以及所述電極基底材料相比，熔合層35具有一個(gè)居中的熱膨脹系數(shù)，并相應(yīng)地減少了作用于所述銥合金點(diǎn)火端和所述電極基底材料之間的熱應(yīng)力，從而確保兩者之間的良好粘合性能。
下面將對(duì)上述實(shí)施例中所述比值B/A應(yīng)當(dāng)被設(shè)置成等于或大于0.8且小于1.0的原因予以解釋。這一最優(yōu)選擇基于針對(duì)所述點(diǎn)火端橫截面結(jié)構(gòu)和所述粘合性能之間關(guān)系而進(jìn)行的下列評(píng)估結(jié)果。
圖5A至圖5E示出了用于評(píng)估試驗(yàn)的各種類(lèi)型的桿狀銥合金點(diǎn)火端。所述每一桿狀銥合金點(diǎn)火端的橫截面區(qū)域55為正多邊形結(jié)構(gòu)。更準(zhǔn)確地說(shuō)，圖5A所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55是正四邊形(即正方形)。圖5B所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55是正六邊形。圖5C所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55是正七邊形。圖5D所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55是正八邊形。圖5E所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55是正十二邊形。作為比較，圖5F示出了一個(gè)具有圓形橫截面結(jié)構(gòu)的桿狀銥合金點(diǎn)火端。即圖5F所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55是圓形。圖5A至圖5F所示的銥合金點(diǎn)火端相應(yīng)地被稱(chēng)作“樣本1”。
在圖5A至圖5E中，與所述每一多邊形橫截面區(qū)域55的各個(gè)頂點(diǎn)相連的所述外接圓C1的直徑A是0.7毫米。圖5F所示圓的直徑為0.7毫米。
同時(shí)，為了評(píng)估對(duì)銥合金點(diǎn)火端的多邊形橫截面區(qū)域55對(duì)稱(chēng)性的限制，準(zhǔn)備了各種類(lèi)型的桿狀銥合金點(diǎn)火端。所準(zhǔn)備的用于所述這種評(píng)估的桿狀銥合金點(diǎn)火端全部為八邊形，但是B/A比值不同，從0.7到0.92不等(對(duì)應(yīng)于正八邊形)。這些八邊形桿狀銥合金點(diǎn)火端相應(yīng)地被稱(chēng)作“樣本2”。
在上述評(píng)估中作為樣本1以及樣本2所使用的銥合金點(diǎn)火端是銥與銠的混合物(即一種在重量上包括90％銥和10％銠的合金)。一種耐熱鎳合金用作所述電極基底材料，其上焊接有所述銥合金點(diǎn)火端。將樣本1和2中的所述每一點(diǎn)火端焊接在所述電極基底材料上的激光焊接操作，按照?qǐng)D4A以及圖4B所示的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述激光束采用8點(diǎn)照射的方式照射在所述粘合面的整個(gè)圓周上。
粘合性能的評(píng)估通過(guò)下列的方式得出。在一個(gè)容積為2000cc的發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述每一銥合金點(diǎn)火端樣本承受包括3000個(gè)溫度周期的熱沖擊試驗(yàn)。每一溫度周期包括在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為6000rpm的一分鐘全速驅(qū)動(dòng)以及一分鐘怠速驅(qū)動(dòng)。所述熱沖擊試驗(yàn)大致等于一個(gè)普通汽車(chē)10×104千米的行程。在上述熱沖擊試驗(yàn)中的粘合性能，可通過(guò)圖6中所確定的脫落率來(lái)進(jìn)行評(píng)估。
正如參見(jiàn)圖6所示，所述脫落率通過(guò)方程式{(Y1+Y2)/X}×100(％)而確定，其中X表示電極基底材料30和銥合金點(diǎn)火端50之間初始粘合接觸面的長(zhǎng)度，Y1以及Y2表示由于所述熱沖擊試驗(yàn)已經(jīng)與電極基底材料30局部脫離的銥合金點(diǎn)火端50的一部分的長(zhǎng)度。當(dāng)所述脫落率不大于25％時(shí)，可以認(rèn)為所述粘合性能得以保證。
圖7至圖9是針對(duì)熱沖擊試驗(yàn)以及由與所述電極基底材料相粘合的所述銥合金點(diǎn)火端樣本1和樣本2所導(dǎo)出的脫落率而得出的評(píng)估結(jié)果。
圖7是被試驗(yàn)的銥合金點(diǎn)火端(即樣本1)的脫落率的圖表，其中銥合金點(diǎn)火端的橫截面區(qū)域55是不同的。圖8是與比值B/A相關(guān)的被試驗(yàn)的銥合金點(diǎn)火端(即樣本1)的脫落率的圖表。所述比值B/A隨著所述點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55的變化而變化。圖9是與比值B/A相關(guān)的另一被試驗(yàn)的銥合金點(diǎn)火端(即樣本2)的脫落率的圖表。所述比值B/A隨著所述八邊形點(diǎn)火端橫截面形狀的對(duì)稱(chēng)性的變化而變化。
由圖7所示的評(píng)估結(jié)果能夠得出結(jié)論，與所述圓形橫截面結(jié)構(gòu)相比，盡管所述六邊形點(diǎn)火端橫截面結(jié)構(gòu)的脫落率的等級(jí)不令人滿(mǎn)意，但是其達(dá)到了一個(gè)目標(biāo)等級(jí)。另一方面，所述七邊形、八邊形以及十二邊形點(diǎn)火端橫截面的結(jié)構(gòu)，能夠確保獲得與所述圓形橫截面結(jié)構(gòu)相同的可靠粘合性能。
通過(guò)微觀觀察可以證實(shí)，對(duì)于所述六邊形點(diǎn)火端以及所具有的面?zhèn)€數(shù)少于六邊形點(diǎn)火端的面?zhèn)€數(shù)的其他多邊形點(diǎn)火端，其不足之處在于，熔融所述點(diǎn)火端的步驟及其程度有很大差異。所述被熔融部分的深度在所述激光照射的每一頂點(diǎn)及其附近區(qū)域很淺。由于邊緣效應(yīng)，產(chǎn)生了應(yīng)力集中。可以相信，所述粘合性能基于這些原因而被降低。
此外，由圖9所示的評(píng)估結(jié)果可以得出結(jié)論，當(dāng)比值B/A被設(shè)定成等于或大于0.8時(shí)，這使得粘合性能有可能與圓形點(diǎn)火端橫截面結(jié)構(gòu)的粘合性能相同?？梢韵嘈牛?dāng)比值B/A等于或大于0.8時(shí)，能夠充分地減少在激光焊接操作過(guò)程中熔融步驟及其程度的差異。
此外，當(dāng)多邊形點(diǎn)火端橫截面區(qū)域的頂角較小時(shí)，應(yīng)力集中很大。這將會(huì)對(duì)粘合性能帶來(lái)不利的影響?？紤]到上述的評(píng)估結(jié)果，所述頂角優(yōu)選等于或大于125℃。正如參照?qǐng)D7以及圖8所示的評(píng)估結(jié)果所進(jìn)行的解釋?zhuān)@是因?yàn)樗哂械拿鎮(zhèn)€數(shù)等于或大于六邊形點(diǎn)火端的面?zhèn)€數(shù)的多邊形點(diǎn)火端，能夠確保具有和所述圓形點(diǎn)火端相同的可靠粘合性能。
此外，限定所述點(diǎn)火端橫截面區(qū)域的所有線單元不必是直線。其中的一部分或所有的線單元可以由曲線構(gòu)成。只要所述點(diǎn)火端的頂角(即兩個(gè)相鄰的線單元的夾角)滿(mǎn)足上述的關(guān)系，所述銥合金點(diǎn)火端的粘合性能就能夠確保。
此外，所述多邊形點(diǎn)火端橫截面區(qū)域的一部分頂點(diǎn)可以凹入。在這種情況下，所述凹入頂點(diǎn)的頂角優(yōu)選不大于235℃，這樣一來(lái)，由所述邊緣效應(yīng)帶來(lái)的應(yīng)力集中能夠被減少到與所述外凸頂點(diǎn)相同的程度。
基于上述的評(píng)估結(jié)果，本實(shí)施例采用如下特有的方案，各個(gè)銥合金點(diǎn)火端50和60的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55(即沿垂直于所述點(diǎn)火端軸線的平面所取的橫截面區(qū)域)為非圓形結(jié)構(gòu)，并且點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55中的比值B/A(即內(nèi)切圓C2的直徑B與外接圓C1的直徑A的比值)被設(shè)定成等于或大于0.8，且小于1.0。
按照這種方案，銥合金點(diǎn)火端50和60的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55能夠由非圓形狀的材料例如多面體桿制造而成。與所述圓柱形點(diǎn)火端相比，銥合金點(diǎn)火端50和60的制造以及加工成本能夠被大大地減少。所述制造以及加工步驟能夠被簡(jiǎn)化。
實(shí)驗(yàn)證明，即使所述點(diǎn)火端橫截面區(qū)域的結(jié)構(gòu)為非圓結(jié)構(gòu)，將比值B/A設(shè)定成等于或大于0.8且小于1.0，可以確保具有與所述圓柱形點(diǎn)火端相同的良好粘合性能。
相應(yīng)地，上述的實(shí)施例提供了一種火花塞，所述火花塞不僅能夠簡(jiǎn)化所述銥合金點(diǎn)火端的制造以及加工步驟，而且能夠確保通過(guò)激光焊接操作被焊接到所述電極基底材料上的所述點(diǎn)火端的粘合性能。
所述比值B/A的上限優(yōu)選是0.96。在圖8所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，比值B/A為0.96大致是具有十二邊形點(diǎn)火端橫截面區(qū)域的點(diǎn)火端所具有的比值B/A。因此，這是被實(shí)驗(yàn)證明的用于確保所述粘合性能的比值B/A的上限。
此外，為了實(shí)現(xiàn)所述點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55的比值B/A的上述優(yōu)選范圍，所述點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55的可見(jiàn)外輪廓線由至少七個(gè)直線或曲線單元(即線部分)順序連接而成，并且每一線單元與相鄰線單元的夾角在125℃-235℃之間。下面將對(duì)采用上述方案的原因進(jìn)行描述。
圖10A至圖10E示出了所述點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55的不同實(shí)例，所述橫截面區(qū)域的可見(jiàn)外輪廓線包括至少一個(gè)曲線部分作為線單元的組成部分?？梢愿淖兩鲜鰧?shí)施例的銥合金點(diǎn)火端50和60，從而具有圖10A至圖10E所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55。在圖10C以及圖10D所示的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55的實(shí)例中，所述兩個(gè)相鄰的線單元之間形成了一個(gè)內(nèi)凹的部分。圖10E示出了一個(gè)橢圓形的點(diǎn)火端橫截面區(qū)域55，其中其短軸半徑與長(zhǎng)軸半徑的比值等于或大于0.8，且小于1.0。
此外，按照上述的實(shí)施例，基于如下的原因，所述外接圓C1的直徑A不小于0.3毫米，且不大于1.5毫米。
如果所述外接圓C1的直徑A小于0.3毫米，則即使所述銥合金點(diǎn)火端具有良好的耐耗損性，所述銥合金點(diǎn)火端的熱容量也太小。當(dāng)所述點(diǎn)火端溫度升高時(shí)，所述點(diǎn)火端的耗損將加劇，從而無(wú)法得到令人滿(mǎn)意的使用壽命。另一方面，如果所述外接圓C1的直徑大于1.5毫米，即使通過(guò)激光焊接的方法形成一個(gè)作為緩解層的熔合層，所述點(diǎn)火端的尺寸也將過(guò)大而不能減少熱應(yīng)力以確保足夠粘合性能。
此外，按照上述的實(shí)施例，銥合金點(diǎn)火端50和60沿其整個(gè)圓周面通過(guò)激光焊接粘合到中心電極30與接地電極40的面向所述放電間隙70的相對(duì)部分(即電極基底材料)上。
當(dāng)在同樣的情況下實(shí)施所述激光焊接時(shí)，即使所述激光束照射在粘合接觸面的任意部分，也能夠確保所述粘合可靠性。例如，圖11A以及圖11B示出了8點(diǎn)等角照射的激光焊接操作，其中8點(diǎn)照射中的每個(gè)照射在相同的情況下作用于具有正八邊形橫截面結(jié)構(gòu)的銥合金點(diǎn)火端50上，該正八邊形橫截面結(jié)構(gòu)預(yù)先和電極基底材料30結(jié)合在一起。在圖11A所示的激光焊接操作中，8點(diǎn)等角激光束只是照射在八邊形點(diǎn)火端的各個(gè)多面體面上。在圖11B所示的激光焊接操作中，8點(diǎn)等角激光束只是照射在八邊形點(diǎn)火端的各個(gè)頂點(diǎn)上。
通過(guò)圖11A和圖11B所示的激光焊接操作可以證實(shí)，粘合可靠性與所述8點(diǎn)等角激光束的位置無(wú)關(guān)。因此，按照上述的實(shí)施例，使得有可能所述激光束，或者只照射在所述八邊形點(diǎn)火端的各個(gè)多面體的面上，或者只照射在所述八邊形點(diǎn)火端的各個(gè)頂點(diǎn)上，或者照射在所述八邊形點(diǎn)火端的各個(gè)多面體的面以及頂點(diǎn)上。因此，上述實(shí)施例具有如下的優(yōu)點(diǎn)，即所述焊接條件無(wú)需根據(jù)所述點(diǎn)火端的結(jié)構(gòu)而變化，同時(shí)所述激光束的照射位置不需要限定。
此外，按照?qǐng)D4A和圖4B所示的實(shí)施例，中心電極30具有一個(gè)從一端部31外凸的小徑部分。當(dāng)激光R從側(cè)面方向照射時(shí)，中心電極30的小徑部分被熔融。但是，省略小徑部分也是可能的。
例如，如圖12A所示，有可能將銥合金點(diǎn)火端50放置并結(jié)合在不具有小徑部分的電極基底材料30的一個(gè)平直端面上，同時(shí)所述激光R從斜上方照射?？蛇x地，如圖12B所示，有可能將銥合金點(diǎn)火端50放置且結(jié)合到電極基底材料30的端面上形成的凹槽中，同時(shí)所述激光R從斜上方照射。換言之，上述的實(shí)施例對(duì)通過(guò)激光焊接粘合在一起的所述點(diǎn)火端和所述電極基底材料的相對(duì)關(guān)系以及激光束的照射角度沒(méi)有嚴(yán)格的限制。
從前面的描述可明顯看出，本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種火花塞，其包括一個(gè)中心電極(30)；一個(gè)保持所述中心電極的絕緣裝置(20)；一個(gè)保持并固定所述絕緣裝置的殼體(10)；以及一個(gè)接地電極(40)，所述接地電極的一端部連接到所述殼體上，另一端部跨過(guò)一個(gè)放電間隙(70)而與所述中心電極相對(duì)，所述放電間隙介于所述接地電極的另一端部和所述中心電極之間；其中一個(gè)由桿狀銥合金制成的銥合金點(diǎn)火端(50，60)，連接到所述中心電極和所述接地電極中的至少一個(gè)的面向所述放電間隙的部分上，其特征在于所述銥合金點(diǎn)火端沿垂直于其軸線的平面所取的橫截面區(qū)域(55)為非圓結(jié)構(gòu)，在所述銥合金點(diǎn)火端的所述橫截面區(qū)域，當(dāng)假設(shè)所有與所述橫截面區(qū)域的外輪廓線的至少三個(gè)部分接觸的假想圓中的一個(gè)外接圓(C1)具有最大直徑A，以及所有與所述外接圓(C1)共軸的內(nèi)切圓中的一個(gè)內(nèi)切圓(C2)具有最大直徑B時(shí)，所述直徑B與所述直徑A的比值B/A等于或大于0.8，并且小于1，所述橫截面區(qū)域(55)的可見(jiàn)外輪廓線由至少七個(gè)直線單元或曲線單元順序連接構(gòu)成，并且每一線單元與相鄰線單元之間的夾角不小于125°，且不大于235°。
上面括號(hào)中的附圖標(biāo)記與上述本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中所披露的元件或部分相關(guān)聯(lián)或相對(duì)應(yīng)。
按照本實(shí)用新型的火花塞，所述銥合金點(diǎn)火端沿垂直于其軸線的平面所取的橫截面區(qū)域的形狀為非圓形。因此，這就使得有可能使用橫截面結(jié)構(gòu)為多邊形或非圓形的各種類(lèi)型的銥合金點(diǎn)火端。同時(shí)與點(diǎn)火端為圓柱形的情況相比，其加工以及制造成本也能夠大大地減小。因此，制造或加工所述銥合金點(diǎn)火端的步驟能夠被簡(jiǎn)化。
相應(yīng)地，本實(shí)用新型提供一種能夠簡(jiǎn)化所述銥合金點(diǎn)火端加工步驟并且能夠在激光焊接操作中確保所述銥合金點(diǎn)火端的粘合性能的火花塞。
優(yōu)選地，所述比值B/A不大于0.96。
優(yōu)選地，所述外接圓(C1)的直徑A不小于0.3毫米，且不大于1.5毫米。
所述銥合金點(diǎn)火端優(yōu)選包括50％重量或更多的銥以及至少一種添加物，并且熔點(diǎn)不低于2000℃。
所述銥合金點(diǎn)火端(50，60)中所包括的至少一種添加物優(yōu)選選自鉑、銠、鎳、鎢、鈀、鋨、釕、鋁、釔以及三氧化二釔。這些添加物具有在所述點(diǎn)火端的表面形成薄膜的作用，并因此有效抑制銥的氧化及揮發(fā)。
此外，本實(shí)用新型提供了一種制造火花塞的方法，其中所述火花塞包括一個(gè)中心電極(30)、一個(gè)保持所述中心電極的絕緣裝置(20)、一個(gè)保持并固定所述絕緣裝置的殼體(10)以及一個(gè)接地電極(40)，所述接地電極的一端部連接到所述殼體上，另一端部跨過(guò)一個(gè)放電間隙(70)與所述中心電極相對(duì)，所述放電間隙介于所述接地電極的另一端部和所述中心電極之間，其中由桿狀銥合金制成的銥合金點(diǎn)火端(50，60)，連接到所述中心電極和所述接地電極中的至少一個(gè)的面向所述放電間隙的部分上，其特征在于所述銥合金點(diǎn)火端沿垂直于其軸線的平面所取的橫截面區(qū)域(55)呈非圓結(jié)構(gòu)，在所述銥合金點(diǎn)火端的所述橫截面區(qū)域中，當(dāng)假設(shè)所有與所述橫截面區(qū)域的可見(jiàn)外輪廓線的至少三個(gè)部分接觸的假想圓中的一個(gè)外接圓(C1)具有最大直徑A，以及與所述外接圓(C1)共軸的所述內(nèi)切圓中的一個(gè)內(nèi)切圓(C2)具有最大直徑B時(shí)，所述直徑B與所述直徑A的比值B/A等于或大于0.8，并且小于1。
本實(shí)用新型的制造方法包括以下步驟構(gòu)造所述銥合金點(diǎn)火端的所述橫截面區(qū)域(55)，以使得外輪廓線由至少七個(gè)直線或曲線單元順序連接構(gòu)成，并且每一線單元與相鄰線單元之間的夾角不小于125°，且不大于235°；以及通過(guò)激光焊接方法，將所述銥合金點(diǎn)火端的整個(gè)圓周面焊接到所述中心電極和所述接地電極中的至少一個(gè)的面向所述放電間隙的所述部分上。
權(quán)利要求1.一種火花塞，包括中心電極(30)；保持所述中心電極的絕緣裝置(20)；保持并固定所述絕緣裝置的殼體(10)；以及接地電極(40)，其一端部連接到所述殼體上，另一端部與所述中心電極相對(duì)，在它們之間具有放電間隙(70)；其中，由桿狀銥合金制成的銥合金點(diǎn)火端(50，60)，連接到所述中心電極和所述接地電極中的至少一個(gè)的面向所述放電間隙的部分上，其特征在于所述銥合金點(diǎn)火端沿垂直于其軸線的平面所取的橫截面區(qū)域(55)為非圓結(jié)構(gòu)，在所述銥合金點(diǎn)火端的所述橫截面區(qū)域，當(dāng)假設(shè)所有與所述橫截面區(qū)域的外輪廓線的至少三個(gè)部分相接觸的假想圓中的一個(gè)外接圓(C1)具有最大直徑A，以及所有與所述外接圓(C1)共軸的內(nèi)切圓中的一個(gè)內(nèi)切圓(C2)具有最大直徑B時(shí)，所述直徑B與所述直徑A的比值B/A等于或大于0.8，并且小于1，所述橫截面區(qū)域(55)的外輪廓線由至少七個(gè)直線單元或曲線單元順序連接構(gòu)成，并且每一線單元與相鄰線單元之間的夾角不小于125°，且不大于235°。
2.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于所述比值B/A不大于0.96。
3.如權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于所述外接圓(C1)的直徑A不小于0.3毫米，且不大于1.5毫米。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的火花塞，其特征在于所述銥合金點(diǎn)火端(50，60)包括50％重量或更多的銥以及至少一種添加物，并且熔點(diǎn)不低于2000℃。
5.如權(quán)利要求4所述的火花塞，其特征在于所述銥合金點(diǎn)火端(50，60)中所包括的所述至少一種添加物選自鉑、銠、鎳、鎢、鈀、釕、鋨、鋁、釔以及三氧化二釔。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種火花塞，其中絕緣裝置(20)保持在殼體(10)中。中心電極(30)保持在所述絕緣裝置(20)中并跨過(guò)放電間隙(70)而與接地電極(40)的端部相對(duì)。由桿狀銥合金制成的銥合金點(diǎn)火端(50，60)粘合在所述中心電極(30)和所述接地電極(40)面向所述放電間隙(70)的相對(duì)表面上。所述火花塞點(diǎn)火端沿垂直于其軸線的平面所取的橫截面區(qū)域的結(jié)構(gòu)為非圓形。在所述銥合金點(diǎn)火端的所述橫截面區(qū)域中，當(dāng)假設(shè)所有與所述橫截面區(qū)域的外輪廓線的至少三個(gè)部分接觸的假想圓中的一個(gè)外接圓(C1)具有最大直徑A以及與所述外接圓(C1)共軸的所有內(nèi)切圓中的一個(gè)內(nèi)切圓(C2)具有最大直徑B時(shí)，所述直徑B與所述直徑A的比值B/A等于或大于0.8，并且小于1。
文檔編號(hào)H01T13/20GK2703344SQ20042004246
公開(kāi)日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
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