專利名稱：具有用銥基合金形成的電極的點(diǎn)火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及火花塞和在內(nèi)燃機(jī)中使用的其它點(diǎn)火裝置，特別涉及具有貴金屬點(diǎn)火尖端的點(diǎn)火裝置。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“點(diǎn)火裝置”意思是火花塞、點(diǎn)火器以及其它用于啟動(dòng)燃?xì)饣蛉剂蟽?nèi)燃機(jī)的裝置。
背景技術(shù)：
多種銥基合金已經(jīng)被建議用于火花塞電極以增加電極的點(diǎn)火表面的抗腐蝕性。銥具有相對(duì)較高的熔點(diǎn)并且具有比現(xiàn)今廣泛使用的許多金屬更好的耐受火花腐蝕的性能。銥典型地以襯墊(pad)或鉚釘(rivet)的形式被使用，這里的襯墊或鉚釘以激光焊接或其它冶金焊接方式連接到位于火花隙(sparkgap)任一側(cè)的中心電極和接地電極。但是銥的使用存在著公知的缺點(diǎn)，包括將銥連接到電極的困難性以及銥在較高溫度下的氧化揮發(fā)。本發(fā)明致力于這兩個(gè)問題中的后一個(gè)。
一種已知的用于降低銥的氧化損耗的方法是以與銠組合的合金的形式使用銥。Osamura等人的第6,094,000號(hào)美國(guó)專利和公布的英國(guó)專利申請(qǐng)GB2,302,367披露了這樣一種合金，該合金中可以包括含量為1-60wt％的銠。也可在其中加入諸如氧化釔或氧化鋯的3A和4A族元素，用以幫助降低消耗抵抗性。雖然Osamura等人教導(dǎo)出可以使用含量低至1％的銠，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在較高溫度下使銥的氧化損耗最小化需要更多量的銠。這在Osamura等人提出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到證實(shí)，并且在他們的專利中聲稱銠的含量?jī)?yōu)選地為至少3％。
Matsutani等人的第5,793,793號(hào)美國(guó)專利公布了相似的發(fā)現(xiàn)，其中銠的含量保持在3-50wt％范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地為至少18％。在第5,998,913號(hào)美國(guó)專利中，Matsutani確認(rèn)了包含高百分比的銠的一些缺點(diǎn)，試圖降低合金中銠的含量，并提議加入錸或釕。按照該專利，通過(guò)加入含量至多達(dá)17wt％錸和/或釕，需要維持好的抗氧化損耗的銠的數(shù)量可降到僅0.1wt％。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于這樣一種點(diǎn)火裝置，其具有一對(duì)限定出其間的火花隙的電極，所述電極的至少一個(gè)包括由銥、銠、鎢和鋯的合金形成的點(diǎn)火尖端。這些組成元素的組合物可以實(shí)現(xiàn)已知的良好抗腐蝕性和降低的點(diǎn)火電壓的優(yōu)點(diǎn)，該優(yōu)點(diǎn)可以在銠的百分比遠(yuǎn)低于已被發(fā)現(xiàn)的僅包含銥和銠的合金中所需的銠的百分比的情況下獲得。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的示例性實(shí)施方案進(jìn)行描述，在附圖中相同的標(biāo)號(hào)指代相同的部件。


圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案構(gòu)造的火花塞的片斷圖(fragmentaryview)和局部剖視圖；圖2是可用于代替在圖1所示火花塞上使用的點(diǎn)火尖端襯墊的鉚釘?shù)膫?cè)視圖；圖3表示可用于代替圖1所示的點(diǎn)火尖端襯墊的導(dǎo)線。
優(yōu)選實(shí)施方案的說(shuō)明參照?qǐng)D1，其中示出了火花塞10的工作端，它包括金屬套或罩殼12、固定在罩殼內(nèi)的絕緣體14、中心電極16、接地電極18以及一對(duì)分別位于中心和接地電極16和18上并相互相對(duì)的點(diǎn)火尖端20和22。罩殼12可按傳統(tǒng)的方式構(gòu)造，并可包括帶有環(huán)形下端26的標(biāo)準(zhǔn)螺紋24，接地電極18被焊接或連接至環(huán)形下端26。類似地，火花塞10的所有其它部件(包括那些沒有示出的部件)可使用公知技術(shù)和材料構(gòu)造，當(dāng)然除了如下所述的以點(diǎn)火尖端20和/或22構(gòu)造的接地和/或中心電極16、18之外。
公知地，罩殼12的環(huán)形端26限定出開口28，絕緣體14通過(guò)開口28突出。中心電極16通過(guò)玻璃封口或使用其它合適的技術(shù)被永久地安裝在絕緣體14內(nèi)。它通過(guò)外露的軸向端30從絕緣體14伸出。接地電極18是傳統(tǒng)的九十度彎管的形式，該彎管的一端32機(jī)械地和電氣地連接到罩殼12，其另一端34終止于與中心電極16相對(duì)處。自由端34包括接地電極18的點(diǎn)火端，該點(diǎn)火端連同中心電極16的相應(yīng)的點(diǎn)火端一起定出了其間的火花隙36。
點(diǎn)火尖端20和22分別位于各自的電極16和18的點(diǎn)火端，從而它們可提供點(diǎn)火表面以用于發(fā)射和接收穿過(guò)火花隙36的電子。這些點(diǎn)火端以剖面形式示出，其目的是表示在本實(shí)施方案中的包括焊接到點(diǎn)火端上適當(dāng)位置的襯墊的點(diǎn)火尖端。如圖所示，點(diǎn)火尖端20和22可焊接到各自電極上的局部凹槽內(nèi)?？蛇x地，這些襯墊的一個(gè)或兩個(gè)都可在其相關(guān)的電極上完全凹入，或者可被焊接到電極的外表面上而完全不凹入。
根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)點(diǎn)火尖端用包含銥、銠、鎢和鋯的合金構(gòu)成。優(yōu)選地，該合金由銥、1-3wt％的銠、0.1-0.5wt％的鎢、0.05-0.1wt％的鋯以及不超過(guò)少量的其它物質(zhì)組合而成。這里，“少量”的意思是未確定的基底金屬和PGM(鉑族金屬)雜質(zhì)的組合的最大值為2000ppm。在一非常優(yōu)選的實(shí)施方案中，該合金由約2.5wt％的銠、約0.3wt％的鎢、約0.07wt％的鋯、以及具有不超過(guò)微量其它物質(zhì)的銥構(gòu)成。該合金可通過(guò)公知方法制成，例如將所需數(shù)量的銥、銠、鎢和鋯熔合在一起。如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那樣，在熔合以后，該合金可通過(guò)粉化過(guò)程被轉(zhuǎn)變?yōu)榉勰┬问?。然后粉末化的合金可被均衡地壓成固體形式，如果需要，可使用二次成形操作來(lái)得到所需的最終形態(tài)。實(shí)現(xiàn)這些步驟的技術(shù)和過(guò)程是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。
雖然這些電極可直接由合金制成，但優(yōu)選地，它們可單獨(dú)地由更傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料形成，同時(shí)用合金形成點(diǎn)火尖端以便隨后連接到上述電極。一旦點(diǎn)火尖端和電極都形成，點(diǎn)火尖端隨后通過(guò)冶金接合(例如激光焊接、激光連接或其它適當(dāng)?shù)姆绞?被永久連接(機(jī)械地和電氣地)到它們相關(guān)的電極。這樣可導(dǎo)致每個(gè)電極具有為該電極提供外露的點(diǎn)火表面的集成的點(diǎn)火尖端。激光焊接可按照本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的大量技術(shù)的任何一種進(jìn)行。激光連接包括通過(guò)用激光熔化電極材料以便其能流入點(diǎn)火尖端的凹槽或者其它表面特征中并隨后使電極凝固和鎖定在點(diǎn)火尖端的適當(dāng)位置，從而形成電極與點(diǎn)火尖端的機(jī)械互鎖。這種激光連接技術(shù)在歐洲專利局公開號(hào)為EP 1 286 442A1中得到更充分地描述，其全部公開內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。
可以理解，點(diǎn)火尖端20和22不一定必須為襯墊，其也可為鉚釘40(如圖2所示)、導(dǎo)線(如圖3所示)、球(未示出)的形式或者任何其它適當(dāng)形狀。雖然在圖2中示出的是圓形端的鉚釘，但是也可以使用具有圓錐形或截頭圓錐形頭部的鉚釘。如圖3所示，點(diǎn)火尖端可以(但不是必須)包括一個(gè)或多個(gè)表面特征，例如凹槽44，以允許利用前面所述的激光連接技術(shù)使點(diǎn)火尖端與電極互鎖。這些多種類型的點(diǎn)火尖端的結(jié)構(gòu)和安裝是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。而且，雖然中心電極和接地電極的點(diǎn)火端在圖中都被示出為具有用銥/銠/鎢/鋯合金形成的點(diǎn)火尖端，但可以理解該合金可僅用于這兩個(gè)電極中的一個(gè)。另一個(gè)電極可在不具有點(diǎn)火尖端的情況下使用，或者可包括用其它貴金屬或貴金屬合金形成的點(diǎn)火尖端。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，中心電極點(diǎn)火尖端20可用銥/銠/鎢/鋯合金形成，而接地電極點(diǎn)火尖端20可由鉑或鉑合金形成。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由銥、銠、鎢和鋯的組合產(chǎn)生的合金可表現(xiàn)出良好的抵抗火花和抗氧化損耗的性能，本發(fā)明能夠使用相對(duì)少量的銠來(lái)保持這些優(yōu)點(diǎn)。
顯而易見，按照本發(fā)明提供了一種點(diǎn)火裝置和制造該點(diǎn)火裝置的方法，其能夠獲得本文描述的目的和有益效果。當(dāng)然，可以理解，前面的描述是關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施方案的，本發(fā)明并不局限于特定描述的實(shí)施方案。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，各種變換和修改都是顯而易見的。例如，雖然已經(jīng)描述了火花塞形式的點(diǎn)火裝置，但應(yīng)理解，本發(fā)明也可應(yīng)用于這樣一類點(diǎn)火器，其中點(diǎn)火發(fā)生在穿過(guò)位于中心電極與環(huán)形接地電極之間的半導(dǎo)體材料的表面處。所有這些變換和修改都包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，包括罩殼；絕緣體，其固定在所述罩殼內(nèi)，并且在所述罩殼的開口處具有外露的軸向端；中心電極，其安裝在所述絕緣體中，并且穿過(guò)所述軸向端從所述絕緣體伸出；以及接地電極，其安裝在所述罩殼上，并且終止于處在與所述中心電極相對(duì)的位置處的點(diǎn)火端，從而定出其間的火花隙；其特征在于，所述電極的至少一個(gè)包括由含有銥、銠、鎢和鋯的合金形成的點(diǎn)火尖端。
2.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述合金由銥與1-3wt％的銠、0.1-0.5wt％的鎢以及0.05-0.1wt％的鋯的組合物形成。
3.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述合金由銥與約2.5wt％的銠、約0.3wt％的鎢以及約0.07wt％的鋯的組合物形成。
4.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述點(diǎn)火尖端在所述火花隙處被冶金地接合到所述中心電極。
5.如權(quán)利要求4所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述點(diǎn)火尖端包括一段導(dǎo)線，其通過(guò)激光連接接合至所述中心電極。
6.如權(quán)利要求4所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述接地電極的所述點(diǎn)火端包括點(diǎn)火尖端，其位于與所述中心電極的點(diǎn)火尖端相對(duì)的位置處。
7.如權(quán)利要求6所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述接地電極上的所述點(diǎn)火尖端包括鉑或鉑合金。
8.如權(quán)利要求7所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述中心電極上的所述點(diǎn)火尖端由銥與1-3wt％的銠、0.1-0.5wt％的鎢以及0.05-0.1wt％的鋯的組合物形成。
9.如權(quán)利要求7所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述中心電極上的所述點(diǎn)火尖端由銥與約2.5wt％的銠、約0.3wt％的鎢以及約0.07wt％的鋯的組合物形成。
10.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述點(diǎn)火裝置包括火花塞。
11.如權(quán)利要求1所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述點(diǎn)火尖端基本上由銥、銠、鎢和鋯組成。
12.如權(quán)利要求11所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述中心電極和接地電極包括基本上由銥、銠、鎢和鋯組成的點(diǎn)火尖端。
13.如權(quán)利要求11所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述點(diǎn)火尖端由合金制成，所述合金由銥與1-3wt％的銠、0.1-0.5wt％的鎢以及0.05-0.1wt％的鋯的組合物形成。
14.如權(quán)利要求11所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述點(diǎn)火尖端由合金制成，所述合金由銥與約2.5wt％的銠、約0.3wt％的鎢以及約0.07wt％的鋯的組合物形成。
15.一種制造點(diǎn)火裝置的電極的方法，所述點(diǎn)火裝置具有罩殼、第二電極以及安裝在所述罩殼內(nèi)用于支撐所述兩個(gè)電極并使其電絕緣的絕緣體，所述方法包括如下步驟(a)用包含銥、銠、鎢和鋯的合金形成點(diǎn)火尖端，(b)用不同于所述合金的導(dǎo)電材料形成電極，以及(c)將所述點(diǎn)火尖端連接到所述電極的端部，由此為所述電極提供集成的點(diǎn)火尖端，所述集成的點(diǎn)火尖端為所述電極提供外露的點(diǎn)火表面。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述步驟(a)進(jìn)一步包括用合金形成所述點(diǎn)火尖端，所述合金由銥與1-3wt％的銠、0.1-0.5wt％的鎢以及0.05-0.1wt％的鋯的組合物制成。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述步驟(a)進(jìn)一步包括用合金形成所述點(diǎn)火尖端，所述合金由銥與約2.5wt％的銠、約0.3wt％的鎢以及約0.07wt％的鋯的組合物制成。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述步驟(a)進(jìn)一步包括將所述電極形成為襯墊、鉚釘、球或?qū)Ь€。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述步驟(c)進(jìn)一步包括用激光連接將所述點(diǎn)火尖端接合到中心電極的端面上。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述步驟(c)進(jìn)一步包括將所述點(diǎn)火尖端連接到接地電極的端部上。
21.一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，包括罩殼；絕緣體，其固定在所述罩殼內(nèi)，并且在所述罩殼的開口處具有外露的軸向端；中心電極，其安裝在所述絕緣體中，并且穿過(guò)所述軸向端從所述絕緣體伸出；以及接地電極，其安裝在所述罩殼上，并且終止于處在與所述中心電極相對(duì)的位置處的點(diǎn)火端，從而定出其間的火花隙；其特征在于，所述電極的至少一個(gè)包括由含有銥、1-3wt％的銠以及0.05-0.1wt％的鋯的合金形成的點(diǎn)火尖端。
22.如權(quán)利要求21所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述合金包括0.1-0.5wt％的鎢。
23.如權(quán)利要求21所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述合金由銥與約2.5wt％的銠、約0.3wt％的鎢以及約0.07wt％的鋯的組合物形成。
24.如權(quán)利要求21所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述點(diǎn)火尖端通過(guò)激光連接接合至所述中心電極。
25.如權(quán)利要求24所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述接地電極包括由鉑或鉑合金形成的點(diǎn)火尖端。
26.如權(quán)利要求21所述的點(diǎn)火裝置，其特征在于所述中心電極和接地電極包括由所述合金形成的點(diǎn)火尖端。
全文摘要
一種諸如火花塞的點(diǎn)火裝置，其具有接地電極和中心電極，所述電極中的至少一個(gè)包括由含有銥、銠、鎢和鋯的合金形成的點(diǎn)火尖端。由于該合金中包含了鎢和鋯，所以可在將銠的百分比保持在相對(duì)低水平的情況下，不犧牲該點(diǎn)火尖端的抗腐蝕性或降低的跳火電壓。在一個(gè)實(shí)施方案中，點(diǎn)火尖端包含2.5％的銠、0.3％的鎢、0.07％的鋯和剩余的銥。
文檔編號(hào)H01T1/00GK1820398SQ03816677
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月13日
發(fā)明者居爾代夫·奧杰拉, 保羅·廷威爾, 羅賓·海德, 鄧肯·羅伊·庫(kù)普朗德 申請(qǐng)人:聯(lián)邦摩古公司, 詹森·馬泰公共有限公司