(57)【要約】【課題】点火プラグの電極２２と貴金属片３１とを接合する方法であって、貴金属片をレーザビーム４１によって発生された熱の導入によって電極に接合し、この場合レーザビームをレーザスポットの領域７０で貴金属片に、かつ必要に応じて電極に当てる形式のものにおいて、従来の欠点を避ける。【解決手段】貴金属片を、熱導入中に少なくともほぼレーザスポットの領域内に位置させる。熱導入中にレーザスポットを貴金属片に対して相対的に運動させないようにする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグ（１０）の電極（２１，２２）と貴金属片（３１）とを接合する方法であって、貴金属片（３１）をレーザビーム（４１）によって発生された熱の導入によって電極（２１，２２）に接合し、この場合に、レーザビーム（４１）をレーザスポット（７０）の領域で貴金属片（３１）に、かつ必要に応じて電極（２１，２２）に当てるようにする形式のものにおいて、貴金属片（３１）を、熱導入中に少なくともほぼレーザスポット（７０）の領域内に位置させることを特徴とする、点火プラグの電極と貴金属片とを接合する方法。
【請求項２】
熱導入中にレーザスポット（７０）を貴金属片（３１）に対して相対的に運動させないようにする請求項１記載の方法。
【請求項３】
点火プラグ（１０）の電極（２１，２２）と貴金属片（３１）とを接合する方法であって、貴金属片（３１）をレーザビーム（４１）によって発生された熱の導入によって電極（２１，２２）に接合する形式のものにおいて、レーザビーム（４１）と貴金属片（３１）とを、熱導入中に互いに相対的に運動させないようにすることを特徴とする、点火プラグの電極と貴金属片とを接合する方法。
【請求項４】
貴金属片（３１）の第１領域におけるレーザビームの強度を、貴金属片（３１）の第２領域よりも高くする請求項３記載の方法。
【請求項５】
熱導入中に貴金属片（３１）を第１領域で溶融して、電極（２１，２２）の材料との合金を形成する請求項４記載の方法。
【請求項６】
熱導入の後に貴金属片（３１）が第１領域において、第２領域よりも電極（２１，２２）の材料の高い割合を有している請求項４又は５記載の方法。
【請求項７】
貴金属片（３１）がエッジ域（６１）と中央域（６２）とを有しており、レーザビーム（４１）の強度が貴金属片（３１）のエッジ域（６１）で貴金属片（３１）の中央域（６２）よりも高くなっている請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
電極（２１，２２）がベース材料としてニッケルを有しており、貴金属片（３１）が、白金、イリジウム、ロジウム、ルテニウム及びパラジウムのうちの一種類又は複数種類の金属を含んでいる請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
貴金属片（３１）を少なくとも部分的に、電極（２１，２２）に設けられたレセス内に配置する請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
点火プラグ（１０）が、１つの中央電極（２１）と少なくとも１つの接地電極（２２）とを有しており、中央電極（２１）が絶縁体（２４）によって点火プラグ（１０）のケーシング（２３）から電気絶縁されており、接地電極（２２）が点火プラグ（１０）のケーシング（２３）に取り付けられている請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
電極が、接地電極（２２）及び／又は中央電極（２１）である請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
レーザビーム（４１）を連続的に作用させる請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
貴金属片（３１）が、純然たる貴金属、若しくは貴金属合金を有し、若しくは貴金属を含む合金を有している請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
電極（２１，２２）と貴金属片（３１）との接合を、レーザビーム（４１）を用いて熱伝導溶接によって行う請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
電極（２１，２２）を備えた点火プラグ、殊に請求項１から１４に記載の点火プラグであって、耐食性の改善された貴金属片（３１）を含んでおり、貴金属片（３１）が、少なくとも１つの貴金属及び電極（２１，２２）の材料から成る合金を有している形式のものにおいて、貴金属片（３１）内の、電極（２１，２２）の材料の割合が変化していることを特徴とする点火プラグ。
【請求項１６】
貴金属片（３１）がエッジ域（６）と中央域（６２）を有しており、エッジ域（６）が、中央域（６２）よりも電極（２１，２２）の材料の高い割合を有している請求項１５記載の点火プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグの電極と貴金属片とを接合する方法であって、貴金属片をレーザビームによって発生された熱の導入によって電極に接合し、この場合に、レーザビームをレーザスポットの領域で貴金属片に、かつ必要に応じて電極に当てる、即ち照射するようにする形式のもの、並びに電極を備えた点火プラグであって、耐食性の改善された貴金属片を含んでおり、貴金属片が、少なくとも１つの貴金属及び電極の材料から成る合金を有している形式のものにおいて関する。
【背景技術】
【０００２】
前記形式の接合法は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１０３０４５Ａ１号明細書により公知である。中央電極を貴金属と接合する場合、貴金属は線材として中央電極上に載置され、かつレーザビームが点状フォーカスで以て貴金属線材片に照射され、貴金属が熱導入によって溶融して中央電極に接合される。中央電極、ひいては貴金属線材片をレーザビームに対して回動することによって、貴金属線材片はその全長にわたってレーザビームによってとらえられて、中央電極に接合される。貴金属は、中央電極自体の材料よりも優れた耐食性及び耐浸食性を有している。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７２７５２６号明細書により、類似の方法が公知であり、この場合も中央電極を、該中央電極の縦方向に方位づけられたパルスレーザビームに対して回動させるようになっている。
【０００４】
さらに、接地電極をレーザビームに対して並進運動させることにより、レーザ溶接によって接地電極に貴金属線材片を装着することも公知である。この種の方法においては欠点として、レーザビームに対する電極及び貴金属片の相対運動によって製作技術費がコスト高になる点にある。さらにこのような接合方法の場合、溶接シームに不都合な隆起若しくは凹みが生じてしまう。
【０００５】
さらに例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３１３２８１４Ａ１号明細書により、貴金属小板を抵抗溶接によって電極に装着することも公知である。このような従来技術の場合には、しかしながら電極材料と貴金属との間に、わずかな拡散区域しか得られないので、接合耐久性に限度がある。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１０３０４５Ａ１号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７２７５２６号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３１３２８１４Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明の効果】
【０００６】
本発明の接合方法では、貴金属片を、熱導入中に少なくともほぼレーザスポットの領域内に位置させることによって利点として、簡単かつ経済的な接合が達成され、それというのは電極に対してレーザビームを相対運動させるためのメカニズムが省略され、熱導入中にレーザスポットを貴金属片に対して相対的に運動させない、即ち貴金属片とレーザビームのレーザスポットとが熱導入中には相互の相対位置を固定されるようになっているからであり、特に経済的なレーザ、例えばダイオードレーザを使用可能であるからである。さらに、電極と貴金属片との特に均等な接合が得られ、これによって貴金属片が大きな隆起及び凹みのない均等な表面を形成している。
【０００７】
従属請求項に記載の構成手段によって、独立請求項に記載した接合方法若しくは構成の有利な実施態様が可能である。
【０００８】
貴金属片並びに電極が、貴金属の領域においてレーザビームの熱導入によって溶融される場合には、電極と貴金属片との確実な接合が得られる。この場合には、貴金属片の材料と電極の材料が混合されて、合金を形成する。このような合金は、貴金属片の純然たる材料に比べて低い耐食性及び耐浸食性を有するものである。従って、本発明の有利な構成手段ではレーザビームは、適当なビーム案内及びビーム形状によって、レーザビームの強度を変化させて、レーザビームを貴金属片の第１領域には、貴金属片の第２領域よりも高い強度で照射するように構成される。これによって貴金属片は第１領域では完全に溶融し、かつ電極の材料と合金を形成し、これによって貴金属片と電極との確実な接合が保証されている。貴金属片の第２領域では貴金属は完全には溶融されないので、第２領域における電極の材料の割合は著しく低く、従って耐食性及び耐浸食性が第１領域よりも優れている。有利には第１領域が、貴金属片のエッジ域であり、第２領域が、貴金属片の中央域である。
【０００９】
有利には、電極と貴金属片との間の接合を熱伝導溶接によって発生させる連続動作式のダイオードレーザ（連続波レーザ）が使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１乃至図５に、本発明の方法によって製作される点火プラグの種々異なった実施例が図示してある。以下において、互いに同一の構成部材には同じ符号が付けてある。
【００１１】
点火プラグの原理的な構造及び機能は、従来技術として公知であり、例えばドイツ国出版の技術文献「“Bosch-technischen Unterrichtung-Zuendkerzen”Robert Bosch GmbH 1985年発行」の記載から理解されうるものである。図１及び図２に、点火プラグ１０の燃焼室寄り端部が概略側面図で示されている。点火プラグ１０は、ほぼ回転対称的な金属製管形ケーシング２３を有している。金属製ケーシング２３の対称軸線に沿った中央孔内に、同軸的に延びる絶縁体２４が配置されている。絶縁体の縦軸線に沿って延びる中心孔内で、燃焼室寄り端部に中央電極２１が配置されており、該中央電極は、絶縁体２４の燃焼室寄り端部で中心孔から突出している。別の実施例（図示せず）として、中央電極２１が絶縁体２４の中心孔から突出しないように配置されていてよい。
【００１２】
中央電極２１の燃焼室から離隔した方の端部で、絶縁体２４の中心孔内に図示してない導電性のガラスエレメント（溶融ガラス）が設けられており、該ガラスエレメントは中央電極２１を、絶縁体の中心孔内に配置された図示してない接続ピン（ターミナルボルト）に接続している。金属製ケーシングの燃焼室寄り端部に、さらに単数又は複数の接地電極２２が配置されている。該接地電極２２は、ケーシング２３を起点としてまずケーシング２３の対称軸線に対して平行に延び、次いでケーシング２３の対称軸線の方向にほぼ直角に屈曲されている。前記の接続ピン、ガラスエレメント及び中央電極２１を介して点火プラグ１０の燃焼室寄り端部に導かれる電気エネルギーによって、中央電極２１と接地電極２２との間に電気火花が火花ギャップ２５にわたって発生して、燃焼室内にある空気・燃料混合気を点火する。接地電極２２の種々異なる実施例が、図３ａ乃至図３ｃ及び図４に示してある。中央電極２１は図５に示してある。
【００１３】
図１及び図２に示した点火プラグは、接地電極２２の構造の点で相違している。図１の点火プラグでは、接地電極２２は、中央電極２１の端面の上まで延びたいわゆるルーフ形電極として構成されている。接地電極２２をルーフ形電極として構成した場合、火花ギャップ２５は、ケーシング２３及び絶縁体２４の対称軸線の領域に位置し、かつ中央電極２１の端面と接地電極２２の終端区分との間を延びる。図２に示した点火プラグの場合には、接地電極２２は、ケーシング２３の対称軸線までは延びていない。接地電極２２の、中央電極２１寄り端部区分は、中央電極２１の側方に位置しており、かつ該中央電極２１の外周面に向けられている。従って接地電極２２は、中央電極２１の端面を超えて突出しておらず、若しくはわずかしか突出していない。これによって、火花ギャップは中央電極２１の外周面と接地電極２２の端面との間に形成される。
【００１４】
図３ａ乃至図３ｃ及び図４には、接地電極２２の燃焼室寄り端部の種々異なる実施例が断面図で示されている。図３ａ乃至図３ｃに示した実施例は特に、図１に示した点火プラグのために適し、かつ図４に示した実施例は、図２に示した点火プラグのために適している。
【００１５】
接地電極２２はその終端区分に貴金属片３１（図１及び図２には図示せず）を有している。貴金属片３１は、熱負荷若しくは火花浸食及び腐食に対して高い抵抗を有する点で優れ、かつ点火プラグの長い寿命を保証するものである。貴金属片３１は、火花ギャップ２５の一端を形成するので、電気火花が直接に接地電極２２の貴金属片３１の領域で発生される。
【００１６】
図３ａ乃至図３ｃに示した実施例は、接地電極２２における貴金属片３１の配置の点で相違している。図３ａでは貴金属片３１が接地電極２２の外面に設けられているのに対して、図３ｃでは貴金属片３１は接地電極２２のレセス（凹設部）内に配置されており、かつ接地電極２２の外周面を超えて張出してはいない。図３ｂでは、貴金属片３１が図３ｃと同様に接地電極２２のレセス内に配置されていると共に、図３ａと同様に接地電極２２の外周面を超えて張出している。
【００１７】
図４では貴金属片３１は接地電極２２の端面に設けられている。図５に示した中央電極２１は、同じくその端面に貴金属片３１を有している。貴金属片３１を少なくとも部分的に内部に配置した１つのレセスを接地電極２２内に設けた図３ｂ及び図３ｃに示した異なった実施例は、図４及び図５に示した実施例にも適用することができる。
【００１８】
中央電極２１及び接地電極２２は、ほぼニッケル又はニッケル合金から成っていて、かつ少なくとも１つの銅コアを有しており、該銅コアによって優れた熱伝導が保証されている。貴金属片３１はほぼ白金から成っている。白金の他に、イリジウム、ロジウム、ルテニウム又はパラジウム並びに、これらの金属のうちの二種類又はそれ以上の金属から成る合金が貴金属片３１の構成成分として適している。
【００１９】
図６は本発明の方法の実施のための装置を示している。レーザ５１及び光学系（光学レンズ）５２によって、レーザビーム４１が電極２１，２２（図６及び図７では接地電極２２）の貴金属片３１に向けられる。レーザ５１、例えばダイオードレーザが、連続的に、即ち連続波モードで作動する。レーザスポット７０の領域でレーザビーム４１が貴金属片３１に当たり、貴金属片内に熱を生ぜしめ、熱が貴金属片３１及び接地電極２２の領域を溶融する。このような溶融過程は熱伝導溶接と呼ばれ、貴金属片３１と接地電極２２とを確実に接合する。
【００２０】
光学系５２によってレーザビーム４１が、レーザスポット７０で貴金属片３１全体を覆うように成形されるので、貴金属片３１の各領域がレーザビーム４１で負荷され、即ち照射される。レーザ５１並びにレーザビーム４１は、接地電極２２に対して空間的に位置固定されていて、従って互いに相対運動を行うことはない。
【００２１】
レーザとしては、コンパクトなビーム源及び高い効率を実現可能にする半導体レーザが適している（典型的な作動値：Ｊ＝５×１０４Ｗ／ｃｍ２，λ＝８０８／９４０ｍｍ）。
【００２２】
図７に示した本発明の方法の実施のための装置が、図６の実施例と相違している点は、レーザスポット７０が貴金属片３１よりも幅広に形成されており、かつ貴金属片３１の両側近傍の、接地電極２２の領域も負荷することである。
【００２３】
図８は、ｘ軸の方向に沿った、即ち切断平面において接地電極２２の表面及び貴金属片３１の表面に沿ったレーザビーム４１の強度Ｉの経過を示している。該切断平面は、接地電極２２の終端区分の縦軸線及び点火プラグ１０の縦軸線によって、即ちケーシングの対称軸線によって規定されたものである。レーザビーム４１は光学系５２によって、貴金属片３１のエッジ域６１におけるレーザビーム４１の強度が、貴金属片３１の中央域６２のレーザビーム強度よりも大になるように形成されている。実線で示した第１の強度曲線７１は、図６に示したレーザビーム４１の例に相当し、破線で示した第２の強度曲線７２は図７に示したレーザビーム４１の例に相当する。第２の強度曲線７２は中央域６２において第１の強度曲線７１と合致している。
【００２４】
レーザビーム４１の強度はコンスタントであるが、例えば耐食性をあまり重要視しないような適用例の場合には、別の形式で設定されてよい。
【００２５】
図９は、図８に示した実施例において貴金属片３１が細長く成形されていて、かつ線材の溶融によって接地電極２２に装着される場合の、レーザビーム４１の強度の経過を示している。線材は例えば２ｍｍの長さ、かつ０．３ｍｍ〜０．６ｍｍの直径を有している。レーザビームは、貴金属片３１の幾何学形状に相応して線形フォーカスを有している。このような貴金属片３１は例えば図３ａ乃至図３ｃに示した実施例の場合に適用される。図９において第３の強度曲線７３は、ｙ軸の方向に沿った、即ち、接地電極２２の終端区分の縦軸線に対して垂直に延びる切断平面において接地電極２２及び貴金属片３１の表面に沿ったレーザビーム４１の強度Ｉの経過を示している。貴金属片３１の形状に相応して、レーザビーム４１はｘ軸方向でｙ軸方向でよりも幅広に形成されている。
【００２６】
貴金属片３１は任意の形状で形成できるものである。レーザスポット７０によって貴金属片３１を少なくともほぼ完全に覆うようにすると、貴金属片３１を電極２０，２１に接合するために、レーザビーム４１と貴金属片３１との間の相対運動を全く必要としなくてすむ。
【００２７】
レーザビームの強度は貴金属片の領域において、レーザビームによって貴金属片の前記領域内に導入される熱が貴金属を溶融するのには十分でない程度に低くてよい。このような貴金属片領域は、例えば貴金属片の中央域である。この場合に重要なことは、レーザビームが接合過程中、貴金属片及び電極に対して空間的に位置固定されていることである。
【００２８】
本発明は、終端区分に貴金属片の設けられた電極を有する点火プラグに有利に用いられるものであるものの、図示の実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】点火プラグの燃焼室寄り区分の実施例の概略側面図
【図２】点火プラグの燃焼室寄り区分の別の実施例の概略側面図
【図３ａ】接地電極の第１実施例の概略断面図
【図３ｂ】接地電極の第２実施例の概略断面図
【図３ｃ】接地電極の第３実施例の概略断面図
【図４】接地電極の第４実施例の概略断面図
【図５】中央電極の実施例の概略断面図
【図６】電極区分並びにレーザを示す概略図
【図７】別の実施例の電極区分並びにレーザを示す概略図
【図８】レーザビームの強度をｘ軸方向部位の関数として示す線図若しくは分布図並びに接地電極の縦軸線の方向に断面した断面図
【図９】レーザビームの強度をｙ軸方向部位の関数として示す線図若しくは分布図並びに接地電極の図８のＩＸ−ＩＸ断面線に沿って断面した、即ち接地電極の縦軸線に対して垂直に断面した断面図
【符号の説明】
【００３０】
１０    点火プラグ、  ２１    中央電極、  ２２    接地電極、  ２３    金属製管形ケーシング、  ２４    絶縁体、  ２５    火花ギャップ、  ３１    貴金属片、  ４１    レーザビーム、  ５１    レーザ、  ５２    光学系、  ６１    エッジ域、  ６２    中央域、  ７０    レーザスポット、  ７１    第１強度曲線、  ７２    第２強度曲線、  ７３    第３強度曲線
【図１】
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【図２】
2004179167.tif 000004
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
2004179167.tif 000009
【図６】
2004179167.tif 000010
【図７】
2004179167.tif 000011
【図８】
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【図９】
2004179167.tif 000013