專利名稱：：具有回流焊點(diǎn)火端頭的點(diǎn)火裝置及其構(gòu)成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大致上涉及火花塞以及其他點(diǎn)火裝置，更具體地，涉及在內(nèi)燃機(jī)中使用的火花塞或其他點(diǎn)火裝置上的具有點(diǎn)火端頭的電極以及它們的構(gòu)成方法。
背景技術(shù)：
：在火花塞領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)于火花塞中央及接地電極，或者在多電極設(shè)計(jì)中，對(duì)于多個(gè)接地電極，存在著增強(qiáng)抗腐蝕性和減小火花電壓的持續(xù)需求。已有采用貴金屬電極，或者更普遍地，采用貴金屬點(diǎn)火端頭應(yīng)用到標(biāo)準(zhǔn)金屬電極的多種設(shè)計(jì)。典型地，點(diǎn)火端頭形成為墊或鉚釘，然后焊接到電極的末端。鉑和銥合金是兩種最常用于這些點(diǎn)火端頭的貴金屬。例如，參見(jiàn)授予Kondo等人的美國(guó)專利No.4，540，910，其披露了由70%至90%重量比(wt%)的鉑和10%至30%重量比(wt%)的銥制成的中央電極點(diǎn)火端頭。如該專利所述，鉑-鎢合金也可用于這些點(diǎn)火端頭。該鉑-鎢合金也在授予Chang等人的美國(guó)專利No.6，045，424中進(jìn)行了披露，其進(jìn)一步披露了采用鉑-銠合金和鉑-銥-鎢合金的點(diǎn)火端頭的構(gòu)成。除了這些基本的貴金屬合金之外，也有建議使用氧化物彌散強(qiáng)化合金(oxidedispersionstrengthenedalloy),其禾擁上述金屬與不同量的稀土金屬氧化物的組合。例如，參見(jiàn)授予Heywood等人的美國(guó)專利No.4，081，710。出于該考慮，已有提議應(yīng)用氧化釔(YA)于多種特定的鉑和銥基合金。特別的，發(fā)明人為Moore等人的美國(guó)專利No.5，456，624披露了一種由包括<2%氧化釔的鉑合金制成的點(diǎn)火端頭。授予Katoh等人的美國(guó)專利No.5，990，602披露了一種含有在0.01至2%之間的氧化釔的鉑-銥合金。授予Oshima的美國(guó)專利No.5，461，275披露了含有在5和15%之間的氧化釔的銥合金。雖然通常包括少量(例如，<2%)的氧化釔以增強(qiáng)所得合金的強(qiáng)度和/或穩(wěn)定性，但據(jù)0shima專利披露，當(dāng)氧化釔與銥的體積比>5%時(shí)，可降低火花塞電壓。另外，如授予Lykowski等人的美國(guó)專利No.6,412，465Bl所披露，已確定通過(guò)將氧化釔結(jié)合入鎢和鉑的合金，可以比Oshima專利中披露的低得多的氧化釔百分比，實(shí)現(xiàn)腐蝕的減少和火花電壓的降低。該Lykowski專利披露了一種具有接地電極和中央電極的點(diǎn)火裝置，其中這兩種電極中的至少一種具有由包括鉑、鎢、和氧化釔的合金所形成的點(diǎn)火端頭。優(yōu)選地，該合金由以下重量比結(jié)合形成91.7%-97.99%的鉑，2%-8%的鎢，以及0.01%-0.3%的釔，以及在一個(gè)更優(yōu)選的構(gòu)成中，95.68%-96.120/o的鉑，3.8%-4.2%的鎢，以及0.08%-0.12%的釔。該點(diǎn)火端頭可采用墊狀、鉚釘狀、球狀、或其他形狀，并可焊接在電極的特定位置上。雖然這些和多種其他貴金屬系統(tǒng)典型地提供了可以滿足需求的火花塞性能，但仍然存在有與用于將該貴金屬點(diǎn)火端頭連接到電極的方法相關(guān)的固有性能局限，尤其是多種形式的焊接方法。具體地，在火花塞工作環(huán)境內(nèi)的周期熱應(yīng)力，例如由用于點(diǎn)火端頭的上述貴金屬和貴金屬合金、以及用于電極的Ni、Ni合金和其他金屬之間熱膨脹系數(shù)的不匹配所導(dǎo)致的熱應(yīng)力，已知可導(dǎo)致裂化、熱疲勞以及其他可導(dǎo)致焊接處以及整個(gè)火花塞失效的相互作用現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容—種制造用于點(diǎn)火裝置的電極的方法，包括提供由一種金屬材料構(gòu)成的電極主體；提供具有自由末端的狹長(zhǎng)金屬絲，并且該金屬絲由另一種與該電極主體的金屬材料不同的金屬材料形成，以及提供高能量發(fā)射設(shè)備。進(jìn)一步地，將該金屬絲的自由末端輸送入由該高能量發(fā)射設(shè)備發(fā)射出的高能量的聚焦區(qū)，并在該電極主體的表面上，由該自由末端形成該金屬絲材料的熔化池。接下來(lái)，冷卻該熔化池，以在電極上形成固化的點(diǎn)火端頭。本發(fā)明的另一個(gè)方面包括一種制造用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置的方法，該方法包括提供外殼并在該外殼內(nèi)固定絕緣體，其中該絕緣體的一個(gè)末端通過(guò)外殼內(nèi)的開(kāi)口暴露在外。進(jìn)一步地，在該絕緣體內(nèi)安裝中央電極，其中該中央電極的自由末端延伸出該絕緣體，以及從該外殼延伸接地電極，其中該接地電極的一部分相對(duì)該中央電極的自由末端設(shè)置，以在其間限定火花間隙。另外，提供具有自由末端的狹長(zhǎng)金屬絲以及提供高能量發(fā)射設(shè)備。接下來(lái)，當(dāng)朝向中央電極或接地電極中選擇的至少一個(gè)輸送該金屬絲的自由末端時(shí)，利用該高能量發(fā)射設(shè)備，熔化該狹長(zhǎng)金屬絲的自由末端，以在該選擇的電極上形成熔化池。進(jìn)一步地，冷卻該熔化池，以在該選擇的電極上形成固化的點(diǎn)火端頭。本發(fā)明的另一個(gè)方面包括一種用于點(diǎn)火裝置的電極。該電極具有由一種金屬材料構(gòu)成的主體，以及在所述主體上形成的點(diǎn)火端頭。該點(diǎn)火端頭至少部分地由與該主體不同的材料形成，并限定從該主體延伸的過(guò)渡梯度。該過(guò)渡梯度包括鄰近該主體的金屬材料的均勻混合物，其中該均勻混合物包括形成該主體的材料以及形成該點(diǎn)火端頭至少一部分的不同的材料。本發(fā)明的再一個(gè)方面包括一種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置。該點(diǎn)火裝置包括具有開(kāi)口的外殼，其中在該外殼內(nèi)固定有絕緣體，該絕緣體的一個(gè)末端通過(guò)外殼內(nèi)的開(kāi)口暴露在外。中央電極安裝于在該絕緣體，并具有延伸出該絕緣體的自由末端。接地電極從該外殼延伸，其中該接地電極的一部分相對(duì)該中央電極的自由末端設(shè)置，以在其間限定火花間隙。所述中央電極或所述接地電極的選擇的至少一個(gè)具有點(diǎn)火端頭，該點(diǎn)火端頭至少部分地由與所述選擇的電極不同的材料形成。過(guò)渡梯度從該選擇的電極延伸，并包括形成該主體的材料和形成該點(diǎn)火端頭至少一部分的不同材料的大致上均勻的混合物。結(jié)合以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選和最佳實(shí)施方式的具體描述以及附圖，本發(fā)明的這些和其他特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)將會(huì)被更容易地理解，其中相同的特征用相同的參考標(biāo)號(hào)表示，其中-圖l是根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式，構(gòu)成的火花塞的局部橫截面視圖；圖2A是根據(jù)圖1中火花塞區(qū)域2的第一個(gè)實(shí)施方式的橫截面視圖；圖2B是根據(jù)圖1中火花塞區(qū)域2的第二個(gè)實(shí)施方式的橫截面視圖；圖2C是根據(jù)圖1中火花塞區(qū)域2的第三個(gè)實(shí)施方式的橫截面視圖；圖2D是根據(jù)圖1中火花塞區(qū)域2的第四個(gè)實(shí)施方式的橫截面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式，構(gòu)成的火花塞的橫截面視圖；圖4是圖3中火花塞區(qū)域4的橫截面視圖；圖5A是圖3中火花塞區(qū)域4的區(qū)域5的一個(gè)實(shí)施方式的橫截面視圖；圖5B是圖3中火花塞區(qū)域4的區(qū)域5的第二個(gè)實(shí)施方式的橫截面視圖；圖5C是圖3中火花塞區(qū)域4的區(qū)域5的第三個(gè)實(shí)施方式的橫截面視圖；圖5D是圖3中火花塞區(qū)域4的區(qū)域5的第四個(gè)實(shí)施方式的橫截面視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式構(gòu)成火花塞的方法的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的圖6中方法的部分示意圖，顯示出在電極的表面上形成點(diǎn)火端頭；圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的圖6中方法的部分示意圖，顯示出至少部分地在電極的凹槽內(nèi)形成點(diǎn)火端頭，圖9是根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)方面的圖6中方法的部分示意圖，顯示出在電極上形成點(diǎn)火端頭；圖10是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式，根據(jù)構(gòu)成中央電極的方法的進(jìn)絲機(jī)構(gòu)的示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式,根據(jù)構(gòu)成接地電極的方法的進(jìn)絲機(jī)構(gòu)的示意圖。具體實(shí)施例方式參考圖1，顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選的制造方法構(gòu)成的火花塞10的工作末端?；鸹ㄈ?0包括金屬罩或外殼12，固定在該外殼12內(nèi)的絕緣體14，中央電極16，接地電極18，以及分別在中央電極和接地電極16、18上相對(duì)彼此設(shè)置的一對(duì)點(diǎn)火端頭20、22。外殼12可以常規(guī)的方式由金屬外罩構(gòu)成，并可包括標(biāo)準(zhǔn)螺紋24以及環(huán)狀的下部末端26，接地電極18從該下部末端26延伸，其通過(guò)例如焊接或其他方式連接到該下部末端26。類似地，火花塞10的所有其他部件(包括圖未示的那些)可利用現(xiàn)有技術(shù)和材料構(gòu)成，但不同的是，中央和/或接地電極16、18配置有根據(jù)本發(fā)明所述的點(diǎn)火端頭20和/或22。已知，外殼12的環(huán)形末端26限定開(kāi)口28，絕緣體14優(yōu)選地通過(guò)該開(kāi)口28延伸。中央電極16通過(guò)玻璃密封或利用任何其他合適技術(shù)安裝于絕緣體14內(nèi)。中央電極16可具有任何合適的形狀，但通常為大致上柱狀的形狀，其在點(diǎn)火端頭20相對(duì)的末端上具有增大的直徑的彎曲構(gòu)造或錐部，以利于在絕緣體14內(nèi)安裝和密封該末端。中央電極16—般穿過(guò)暴露的軸向末端30延伸出絕緣體14。中央電極16大致上由任何在火花塞制造領(lǐng)域熟知的合適的導(dǎo)體構(gòu)成，例如多種Ni和Ni基合金，并且該中央電極16也可包括在Cu或Cu基合金芯上涂覆這些導(dǎo)體材料。以示例而非局限的方式，該接地電極18顯示為常規(guī)的弧曲九十度彎肘的大致為矩形橫截面的形狀。接地電極18在一個(gè)末端32連接到外殼12，用于與其電連接，并優(yōu)選地終止于大致上與該中央電極16相對(duì)的自由末端34。鄰近接地電極18的自由末端34限定點(diǎn)火部分或末端，接地電極18與中央電極16的對(duì)應(yīng)點(diǎn)火末端在二者之間限定火花間隙36。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，接地電極18可具有多種形狀和尺寸。例如，如圖3所示，其中外殼12延伸以大致上圍繞中央電極16，接地電極18可大致上從外殼12的下部末端26垂直延伸，并大致上平行于中央電極16，從而限定火化間隙36(圖5A-5D)。還應(yīng)當(dāng)理解，點(diǎn)火端頭20可設(shè)置于中央電極16的末端或側(cè)壁，并且點(diǎn)火端頭22可如圖所示設(shè)置或者設(shè)置于接地電極18的自由末端34，從而火花間隙36可具有不同的設(shè)置和方向。點(diǎn)火端頭20、22各設(shè)置于它們各自電極16、18的點(diǎn)火末端，從而它們分別提供火花表面21、23，用于發(fā)射和接收穿過(guò)火花間隙36的電子。如上述點(diǎn)火端頭20、22的點(diǎn)火端頭表面21、23(圖2A-2D)所示，點(diǎn)火端頭表面21、23可具有任何合適的形狀，包括矩形、正方形、三角形、圓形、橢圓形、多邊形(規(guī)則的或不規(guī)則的)或任何其它合適的幾何形狀。如圖所示的這些點(diǎn)火末端僅為說(shuō)明點(diǎn)火端頭20、22，在本發(fā)明的此實(shí)施例中，該點(diǎn)火端頭20、22包括金屬，其至少一些為不同于電極金屬的金屬，例如貴金屬，其根據(jù)本發(fā)明回流焊置于點(diǎn)火端頭上。如圖2A和2B所示，點(diǎn)火端頭20、22可根據(jù)本發(fā)明分別回流焊到電極16、18的大致上平坦表面37、38上?？蛇x地，如圖2C和2D所示，點(diǎn)火端頭20、22可根據(jù)本發(fā)明回流焊入由各自電極16、18的表面中的一個(gè)或兩個(gè)所提供的對(duì)應(yīng)凹槽40、42內(nèi)。用于中央和接地電極16、18的表面回流焊和凹槽回流焊的任何組合都是可能的。因此，端頭20、22中的至少一個(gè)可完全或部分地在其相聯(lián)電極上凹陷，或在不凹陷的情況下回流焊到電極的外表面。在回流焊點(diǎn)火端頭20、22之前形成于電極16、18內(nèi)的凹槽40、42可以是任何合適的橫截面形狀，包括矩形、正方形、三角形、圓形或半圓形、橢圓形或半橢圓形、多邊形(規(guī)則或不規(guī)則的)或其他任何合適的幾何形狀。凹槽40、42限定側(cè)壁43、45，其可能垂直于點(diǎn)火端頭表面21、23，或者向內(nèi)或向外地傾斜。另外，側(cè)壁輪廓可以是直線或曲線型輪廓。由此，凹槽40、42可采用任何合適的三維形狀，包括例如盒狀、錐臺(tái)狀、金字塔狀、半球狀、和半橢圓狀。點(diǎn)火端頭20、22可以是相同的形狀并具有相同的表面面積，或者它們可具有不同的形狀和表面面積。例如，可將點(diǎn)火端頭22制成具有比點(diǎn)火端頭20大的表面面積，以在使用中容許電極16、18的一定量的軸向?qū)χ衅?，同時(shí)不會(huì)對(duì)火花塞10的火花傳送性能產(chǎn)生負(fù)面影響。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的點(diǎn)火端頭僅應(yīng)用到電極16、18中的一個(gè)是可行的，但是，己知兩個(gè)電極16、18均帶有點(diǎn)火端頭20、22，可以增強(qiáng)火花塞10的整體性能，尤其可增強(qiáng)在點(diǎn)火末端的抗腐蝕和磨損性能。除非文中特別聲明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所稱點(diǎn)火端頭20、22可以是點(diǎn)火端頭20、22中的任一個(gè)或兩個(gè)。如圖3-5所示，根據(jù)本發(fā)明的回流焊電極16、18也可使用其他點(diǎn)火裝置電極配置。參考圖3，顯示了其結(jié)構(gòu)類似于圖1和圖2A-2D所描述的多電極火花塞IO，其中該火花塞10具有中央電極16，其帶有點(diǎn)火端頭20，以及多個(gè)具有點(diǎn)火端頭22的接地電極18。點(diǎn)火端頭20、22各設(shè)置于它們各自電極16、18的點(diǎn)火末端，從而它們提供火花表面21、23，以用于穿過(guò)火花間隙36發(fā)射和接收電子。為說(shuō)明點(diǎn)火端頭目的，該點(diǎn)火末端顯示為軸向橫截面，該點(diǎn)火端頭在該實(shí)施方式中包括回流焊到點(diǎn)火端頭位置的金屬材料。點(diǎn)火端頭20、22可如圖5A或5B所示形成在電極20、22各自的外表面37、38上，或者如圖5C或5D所示形成在凹槽40、42內(nèi)。如上所述，凹槽的外部形狀和橫截面形狀可以變化。根據(jù)本發(fā)明，各點(diǎn)火端頭20、22優(yōu)選地至少部分地由從由鉑、銥、鈀、銠、鋨、金和銀所組成的組中選取的至少一種貴金屬形成，并可包括這些貴金屬的一種以上的組合(例如，Pt-Ir合金的所有形式)。點(diǎn)火端頭20、22還可包括從由鎢、釔、鑭、釕、和鋯所組成的組中的選取的一種或多種金屬作為合金成分的。另外，確信本發(fā)明適合于使用所有已知的用作火花塞或其他點(diǎn)火裝置應(yīng)用中的點(diǎn)火端頭所使用的貴金屬合金，包括在共同轉(zhuǎn)讓的授予Lykowski等人的美國(guó)專利No.6，412，465中所描述的合金組成，其通過(guò)引用整體合并入此處，以及如在美國(guó)專利6,304,022(描述了某種分層的合金結(jié)構(gòu))和6，346，766(描述了使用某種貴金屬端頭以及相關(guān)聯(lián)的應(yīng)力消除層)中所述的那些，其通過(guò)引用整體合并入此處。另外，用于電極16、18結(jié)構(gòu)的金屬材料，例如Ni或Ni基合金，也可用作形成各自點(diǎn)火端頭20、22的合金成分，從而利于從電極材料到點(diǎn)火端頭材料形成平滑的、均勻的過(guò)渡梯度界面區(qū)域46，如圖2B、2D、5B和5D所示。該平滑的過(guò)渡梯度區(qū)域46降低了內(nèi)部熱應(yīng)力，并由此減少了開(kāi)裂擴(kuò)展的可能性。因此，可增加點(diǎn)火裝置的使用壽命。參考圖6-11，在電極16、18的點(diǎn)火末端上點(diǎn)火端頭20、22的期望區(qū)域，利用高強(qiáng)度或能量密度能量源54(例如激光或電子束)，通過(guò)回流焊或熔接期望金屬的連續(xù)金屬絲48(圖7-9)或多個(gè)金屬絲48、52、52(圖10-11)的末端部分47而形成點(diǎn)火端頭20、22，這些金屬的一種或多種優(yōu)選地為貴金屬及其合金。能量源54的局部應(yīng)用可足以導(dǎo)致金屬絲末端或多個(gè)末端47的熔化，并足以在能量源54應(yīng)用的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生熔化池56。根據(jù)界面的形狀，如圖2B、2D、5B、5D所示，點(diǎn)火端頭/電極交界區(qū)域46可在電極16、18以及點(diǎn)火端頭20、22的活性部分的不同材料化學(xué)成分之間包括大致上均勻的過(guò)渡梯度，這確信可降低在使用環(huán)境中，因電極16、18所經(jīng)歷的熱周期所導(dǎo)致的開(kāi)裂擴(kuò)展和過(guò)早失效的傾向。如圖6所示，本發(fā)明還可包括制造用于點(diǎn)火裝置的帶有引燃端頭的金屬電極的方法100。該方法包括形成歩驟110，其中具有點(diǎn)火末端和點(diǎn)火端頭部分的金屬電極16、18的至少一部分被形成。另一個(gè)步驟120包括以連續(xù)的金屬絲形式提供選擇的點(diǎn)火端頭材料，并將該金屬絲的末端47設(shè)置在電極16、18的點(diǎn)火端頭部分上。另外，另一個(gè)步驟130包括回流焊該連續(xù)金屬金屬絲的末端，以形成熔化池56，其然后在冷卻步驟140過(guò)程中形成點(diǎn)火端頭20、22。該方法可選地包括在回流焊步驟130之前，在金屬電極16、18內(nèi)形成凹槽40、42，從而點(diǎn)火端頭20、22至少部分地形成于該凹槽內(nèi)。該方法還可選地包括在冷卻步驟140之后，精修成形點(diǎn)火端頭20、22的步驟150。另外，如有必要，可重復(fù)回流焊步驟130，以增加額外的材料層到點(diǎn)火端頭20、22，或形成具有不同材料的多個(gè)層的點(diǎn)火端頭20、22。形成金屬電極16、18至少一部分的步驟IIO可利用用于制造中央和/或接地電極的任何常規(guī)方法進(jìn)行。如上所述，電極16、18可由常規(guī)的火花塞電極材料制造，例如，Ni和Ni基合金。如圖3所示，中央電極16通常成形為大致上柱狀的形狀，并且可具有多種點(diǎn)火端頭配置，包括不同的收縮(necked-down)柱狀或矩形的端頭形狀。接地電極18大致上以直條狀、L形軸狀和其他形狀形成，并典型地具有矩形的橫向橫截面形狀，但也可使用任何合適的幾何形狀。在電極16、18內(nèi)形成凹槽40、42的步驟140可通過(guò)任何合適的方法實(shí)施，例如沖壓、軋制、機(jī)械加工、鉆孔、研磨、蝕刻或其他形成或去除材料以產(chǎn)生相應(yīng)凹槽40、42的熟知方法。凹槽40、42可以是任何合適的尺寸和形狀，包括盒狀、錐臺(tái)狀、金字塔狀以及上述的其他形狀。以連續(xù)金屬絲48、50、52提供可選擇的點(diǎn)火端頭材料的步驟120包括提供一種或多種選擇的點(diǎn)火端頭材料，其具有自由末端部分47以及由進(jìn)絲機(jī)構(gòu)58(圖10-11)承載的另一末端。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，如需要，進(jìn)絲機(jī)構(gòu)58的數(shù)目可以變化，從而以需要的輸送速率，提供期望數(shù)量的金屬絲。通過(guò)示例而非局限性的方式，進(jìn)絲機(jī)構(gòu)58此處示意性地表示為一個(gè)或多個(gè)巻軸，其適于以選擇的輸送速率推進(jìn)或進(jìn)給承載于其上的金屬絲或多個(gè)金屬絲48、50、52。進(jìn)絲機(jī)構(gòu)58可以是能夠承載狹長(zhǎng)的、優(yōu)選地超細(xì)尺寸(例如，直徑約為100pm-l腿)金屬絲的任何設(shè)備，并優(yōu)選地能夠在輸送步驟170中以選擇的輸送速率輸送金屬絲，例如約100-200mm/min。因此，可使用進(jìn)絲機(jī)構(gòu)58承載第一類型的貴金屬絲材料，用于以一個(gè)輸送速率引入到點(diǎn)火端頭區(qū)域20、22內(nèi)，以及可使用另一個(gè)輸送機(jī)構(gòu)58承載不同的第二金屬絲材料，例如不同的貴金屬絲材料，和/或大致上與電極材料相同的金屬絲材料，用于以與該第一金屬絲相同或不同的輸送速率，與該第一金屬絲同時(shí)地引入到點(diǎn)火端頭區(qū)域內(nèi)。由此，根據(jù)期望的點(diǎn)火端頭性質(zhì)，可有選擇地控制進(jìn)絲機(jī)構(gòu)的數(shù)量、金屬絲材料的數(shù)量和類型、以及各自的金屬絲輸送速率。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，除了可變化由進(jìn)絲機(jī)構(gòu)58所承載的金屬絲材料類型之外，金屬絲48、50、52的橫截面幾何形狀可以彼此不同，例如具有不同的直徑，和/或不同的形狀，例如圓形、橢圓形，或扁平的等。因此，不僅被熔化的點(diǎn)火端頭材料的類型可被控制，并且也可控制選擇的點(diǎn)火端頭材料的量。因此，通過(guò)選擇金屬絲材料的期望類型和參數(shù)，以及通過(guò)選擇用于不同金屬絲的合適的輸送速率，可精確地控制各自點(diǎn)火端頭20、22的所得的合金物，從而達(dá)到期望的點(diǎn)火端頭化學(xué)特性。應(yīng)當(dāng)理解，在處理中，所選的金屬絲的任何一個(gè)輸送速率在過(guò)程中可被連續(xù)地改變，以進(jìn)一步提供所需的最終點(diǎn)火端頭化學(xué)特性。通過(guò)能夠謹(jǐn)慎地選擇和改變上述變量，可將通常難以結(jié)合的兩個(gè)或更多個(gè)不相同的亞穩(wěn)定(meta-stable)的材料能夠通過(guò)逐漸的過(guò)渡梯度彼此相互擴(kuò)散，以產(chǎn)生使用當(dāng)中具有高效、持久特性的點(diǎn)火端頭?！┻x擇的金屬絲的末端或多個(gè)末端47在置位步驟120中相對(duì)于電極16、18的點(diǎn)火末端設(shè)置在期望的位置，該方法100繼續(xù)進(jìn)行步驟130，回流焊金屬絲48、50、52的相應(yīng)末端47，以形成點(diǎn)火端頭20、22。回流焊與利用貴金屬合金形成點(diǎn)火端頭的現(xiàn)有方法相反，尤其是那些采用多種形式焊接和/或機(jī)械連接的方法，這些方法中，通過(guò)非常局部化的熔化，將貴金屬蓋體連接到電極，該熔化發(fā)生在熔化熱影響的區(qū)域(例如，蓋體和電極之間的界面區(qū)域)，但是其中蓋體的全部或大體上全部區(qū)域沒(méi)有融化。該差異產(chǎn)生了最終點(diǎn)火端頭結(jié)構(gòu)的多種不同，或影響該點(diǎn)火端頭的結(jié)構(gòu)和性能。一個(gè)明顯的不同是所得的點(diǎn)火端頭的形狀?，F(xiàn)有技術(shù)的通過(guò)熔接形成的點(diǎn)火端頭趨于保持有熔接到電極的蓋體大致的形狀。在本發(fā)明中，各自金屬絲末端或多個(gè)末端47的熔化提供了該金屬絲材料的液體流，其流動(dòng)可產(chǎn)生當(dāng)點(diǎn)火端頭20、22固化后的期望形狀。另外，熔化池56內(nèi)的表面張力效應(yīng)與電極16、18點(diǎn)火末端的設(shè)計(jì)一起，可用于形成任何數(shù)量的形狀，其在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中不可能實(shí)現(xiàn)或非常難以實(shí)現(xiàn)。例如，如果電極16、18在電極內(nèi)結(jié)合有底切的凹槽，則可利用根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的流動(dòng)的金屬絲材料，創(chuàng)造出之前不可能的形狀。回流焊步驟130示意性地顯示于圖7-9。能量輸入54可在移動(dòng)步驟180中相對(duì)于電極16、18移動(dòng)。具有連續(xù)或脈沖式的輸出的激光器的掃描光束64或靜止光束66可作為合適的能量輸入54，其優(yōu)選地聚焦應(yīng)用，但也可離焦應(yīng)用，這取決于期望的能量密度、光束形式和其他期望的因素。因?yàn)榧す馄骶哂斜匾哪芰枯敵鲆匀刍撨B續(xù)金屬絲或多個(gè)金屬絲的末端，并具有足夠的能量以使鄰近將被熔接的金屬絲末端47的電極表面熔化，可利用掩?；蚍雷o(hù)罩(例如氬、氮或氦的氣體防護(hù)罩)達(dá)到要求，，其可繞該點(diǎn)火端頭區(qū)域通過(guò)噴嘴同軸地釋放，或者金屬掩模60可繞該點(diǎn)火端頭區(qū)域設(shè)置。金屬掩模60優(yōu)選地具有拋光的表面62，其適于反射電極16、18臨近點(diǎn)火端頭區(qū)域的那些部分上的激光能量，從而大致上將熔化限制在點(diǎn)火端頭區(qū)域內(nèi)連續(xù)金屬絲48、50、52的末端47，以及當(dāng)期望該熔化時(shí)可能及于在電極16、18臨近點(diǎn)火端頭20、22的部分。圖7中，掃描光束64用于回流焊連續(xù)金屬絲48的一個(gè)或多個(gè)末端47，以形成相應(yīng)的點(diǎn)火端頭20、22。圖8類似于圖7，只是點(diǎn)火端頭20、22在相應(yīng)電極16、18的凹槽40、42內(nèi)形成。圖9也類似于圖7，只是用于熔化該連續(xù)金屬絲48末端的光束是靜止光束而不是掃描光束。應(yīng)當(dāng)理解，盡管該光束是靜止的，電極20、22和/或掩模60在移動(dòng)步驟180過(guò)程中可在靜止光束下旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，使用許多類型的工業(yè)激光器，包括其光束具有大約12皿乘0.5mm焦平面的分布面積，以及C02和二極管激光器，但優(yōu)選地可使用在焦平面具有單點(diǎn)形狀的激光器，例如由小光斑Neodymium:YAG激光器所提供。另外，激光器54的光束相對(duì)電極16、18的表面和/或被熔化的金屬絲表面具有大體上垂直入射。根據(jù)金屬絲的直徑和/或形狀與光束的尺寸的比例和其他因素，例如期望的加熱率、金屬絲48、50、52的熱傳導(dǎo)率和反射率，以及上述的影響加熱和/或金屬絲熔化特性的其他因素，在移動(dòng)步驟180過(guò)程中，激光器54以任何產(chǎn)生期望的加熱/回流焊效果的形式，可相對(duì)于電極16、18和金屬絲48、50、52保持靜止，或者穿過(guò)電極16、18表面以及沿金屬絲48、50、52長(zhǎng)度掃描。另外，在移動(dòng)步驟180過(guò)程中，電極16、18可相對(duì)于激光器光束旋轉(zhuǎn)和/或垂直移動(dòng)。在激光器54和電極16、18之間的彼此遠(yuǎn)離的相對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)確信可提供熔化池56的更快固化，從而減少了生產(chǎn)點(diǎn)火端頭20、22所需的時(shí)間，并由此提高了制造效率?？蛇x的或附加的，激光器光束掃描，可相對(duì)于激光光束54掃描電極16、18，以提供期望的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。以示例而非局限的方式，移動(dòng)步驟180中的上述任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)可通過(guò)線性滑動(dòng)器、輪盤、多軸機(jī)器人、或光束控制光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)。另外，還可采用用于快速加熱金屬金屬絲47的任何其它合適的機(jī)構(gòu)，例如多種高密度的近紅外加熱器，只要它們適于回流悍金屬絲末端47并可控制為限制對(duì)電極16、18的不期望被加熱。與回流焊步驟130相結(jié)合，可結(jié)合包括有反饋系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)步驟190，以加強(qiáng)點(diǎn)火端頭20、22的形成。以示例而非限制的方式，該反饋系統(tǒng)可包括可視系統(tǒng)以及控制環(huán)路，以監(jiān)測(cè)熔化池56?？刂骗h(huán)路可將被監(jiān)測(cè)的熔化池特性(例如溫度)回傳給至少部分影響形成點(diǎn)火端頭的一個(gè)或多個(gè)因素，17例如激光器54、進(jìn)絲機(jī)構(gòu)58，或任何控制電極16、18對(duì)激光器54的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，從而容許進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。由此，可實(shí)時(shí)調(diào)整任何一個(gè)參數(shù)，以提供優(yōu)化的成形點(diǎn)火端頭20、22。例如，激光強(qiáng)度可增加或減弱，金屬絲輸送速率可提高或降低，和/或電極相對(duì)于激光器的相對(duì)掃描和/或垂直運(yùn)動(dòng)的速率可提高或降低。精修成形該回流焊金屬點(diǎn)火端頭20、22的步驟160可使用任何合適的成形方法，例如，沖壓、鍛造，或任何熟知的金屬成形方法，以及機(jī)械加工、研磨、拋光或其他金屬去除/精加工方法?？梢佬枰貜?fù)回流焊步驟130，以將材料添加到點(diǎn)火端頭20、22。添加的材料層可以是相同的組成或不同的組成，因此，點(diǎn)火端頭的熱膨脹系數(shù)(CTE)在其厚度上變化，其中臨近電極的點(diǎn)火端頭層的CET大致上類似于電極，而與電極間隔開(kāi)的點(diǎn)火端頭層的CTE符合點(diǎn)火端頭20、22點(diǎn)火表面21、23的需要。因此，顯而易見(jiàn)地，已根據(jù)本發(fā)明提供的點(diǎn)火裝置和制造方法實(shí)現(xiàn)了上述目的和優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，前述說(shuō)明是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明并不僅限于以上描述和顯示的特定實(shí)施方式。因此，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員，多種改變和修正都是可能的。所有的改變和修正均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明由后附權(quán)利要求所限定。權(quán)利要求1.一種制造用于點(diǎn)火裝置的電極的方法，包括提供具有點(diǎn)火端頭區(qū)域的電極主體；提供金屬絲，其具有自由末端和由進(jìn)給機(jī)構(gòu)承載的相對(duì)末端；提供高能量發(fā)射設(shè)備；通過(guò)所述進(jìn)給結(jié)構(gòu)，將所述金屬絲的自由末端輸送入所述點(diǎn)火端頭區(qū)域；回流焊所述自由末端，并在所述點(diǎn)火端頭區(qū)域上形成熔化池；以及冷卻所述熔化池，以形成固化的點(diǎn)火端頭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括提供多個(gè)金屬絲，其具有自由末端和由所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)承載的相對(duì)末端，所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)同時(shí)將多個(gè)金屬絲的自由末端輸送入該點(diǎn)火端頭區(qū)域。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括提供由彼此不同的材料所形成的多個(gè)金屬絲。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括提供所述多個(gè)金屬絲中的至少一個(gè)是由與所述電極主體材料相同的材料形成。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括將所述多個(gè)金屬絲中的至少一個(gè)的自由末端以與其他自由末端不同的速率輸送入所述點(diǎn)火端頭區(qū)域。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括將所述自由末端中的每一個(gè)以彼此不同的速率輸送入該點(diǎn)火端頭區(qū)域。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括提供所述金屬絲中的至少一個(gè)，其具有與其他金屬絲不同的橫截面幾何形狀。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括在單個(gè)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)上分別承載所述金屬絲。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，改變所述金屬絲中至少一個(gè)的輸送速率。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，改變所述自由末端進(jìn)入該點(diǎn)火端頭區(qū)域的輸送速率。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在回流焊步驟過(guò)程中，所述電極主體以及所述高能量發(fā)射設(shè)備相對(duì)彼此移動(dòng)。12.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，進(jìn)一步包括在回流焊步驟過(guò)程中，將所述電極主體與所述高能量發(fā)射設(shè)備彼此相對(duì)移開(kāi)。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以貴金屬作為該金屬絲。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述電極主體內(nèi)形成凹槽，并在所述凹槽內(nèi)形成所述熔化池。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，朝向所述點(diǎn)火端頭區(qū)域輸送所述金屬絲。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，改變所述金屬絲朝向所述點(diǎn)火端頭區(qū)域的輸送速率。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，相對(duì)所述電極主體移動(dòng)所述高能量發(fā)射設(shè)備。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，將所述高能量發(fā)射設(shè)備與所述電極主體移開(kāi)。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，改變所述高能量發(fā)射設(shè)備的能量輸出的強(qiáng)度。20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，利用監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)該熔化池特性。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括將來(lái)自于所述監(jiān)測(cè)設(shè)備的信息轉(zhuǎn)送給所述高能量發(fā)射設(shè)備或所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，響應(yīng)所述信息，改變由所述能量發(fā)射設(shè)備發(fā)射的能量的強(qiáng)度，或由所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)輸送所述金屬絲的速率的至少一個(gè)。23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括利用激光作為所述高能量發(fā)射設(shè)備。24.—種制造用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置的方法，包括提供外殼；'在該外殼內(nèi)固定絕緣體，其中該絕緣體的一個(gè)末端通過(guò)外殼內(nèi)的開(kāi)口暴露在外；在該絕緣體內(nèi)安裝中央電極，其中該中央電極的點(diǎn)火端頭區(qū)域延伸出該絕緣體；從該外殼延伸接地電極，其中該接地電極的點(diǎn)火端頭區(qū)域相對(duì)該中央電極的點(diǎn)火端頭區(qū)域設(shè)置，以在其間界定火花間隙；提供金屬絲，其具有自由末端和由進(jìn)給機(jī)構(gòu)承載的相對(duì)末端；提供高能量發(fā)射設(shè)備；通過(guò)所述進(jìn)給結(jié)構(gòu)，將所述金屬絲的自由末端輸送入至少一個(gè)所述點(diǎn)火端頭區(qū)域；利用該高能量發(fā)射設(shè)備，回流焊該金屬絲的自由末端，以在所述中央電極或所述接地電極的至少一個(gè)所選的所述點(diǎn)火端頭區(qū)域上，形成熔化池；以及冷卻所述熔化池，以形成固化的點(diǎn)火端頭。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括提供多個(gè)金屬絲，其具有自由末端和由進(jìn)給機(jī)構(gòu)承載的相對(duì)末端，并將所述自由末端輸送入該點(diǎn)火端頭區(qū)域。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括在單個(gè)進(jìn)絲機(jī)構(gòu)上分別承載所述金屬絲。27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括提供由彼此不同的材料所形成的多個(gè)金屬絲。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括提供由與所述電極不同的材料所形成的所述金屬絲。29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括提供所述多個(gè)金屬絲中的一個(gè)是由與所述電極主體材料相同的材料形成。30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括以貴金屬作為所述金屬絲，該貴金屬取自銥、鉑、鈀、銠、金、銀和鋨以及其合金所組成的組。31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括由鉤、釔、鑭、釕和鋯所組成的組中作為合金成分加入該貴金屬。32.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，改變所述自由末端進(jìn)入該點(diǎn)火端頭區(qū)域的輸送速率。33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，將所述金屬絲的至少一個(gè)的自由末端以不同于其他金屬絲的速率輸送入該點(diǎn)火端頭區(qū)域。34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，改變至少一個(gè)所述自由末端朝向該點(diǎn)火端頭區(qū)域的輸送速率。35.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括在回流焊步驟過(guò)程中，所述點(diǎn)火裝置以及所述高能量發(fā)射設(shè)備相對(duì)彼此移動(dòng)。36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，進(jìn)一步包括在回流焊步驟過(guò)程中，將所述點(diǎn)火裝置與所述高能量發(fā)射設(shè)備相對(duì)彼此移開(kāi)。37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，進(jìn)一步包括在回流焊步驟過(guò)程中，將所述點(diǎn)火裝置與所述高能量發(fā)射設(shè)備相對(duì)彼此移開(kāi)。38.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括在所述中央電極或所述接地電極的所述點(diǎn)火端頭區(qū)域中選擇一個(gè)，在其內(nèi)形成凹槽，并在所述凹槽內(nèi)形成所述熔化池。39.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，利用監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)該熔化池的選擇特性。40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，進(jìn)一步包括將來(lái)自于所述監(jiān)測(cè)設(shè)備的信號(hào)轉(zhuǎn)送給所述高能量發(fā)射設(shè)備或所述進(jìn)絲機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)。41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，進(jìn)一步包括在該回流焊步驟過(guò)程中，響應(yīng)所述信號(hào)，改變由所述能量發(fā)射設(shè)備發(fā)射的能量的強(qiáng)度或由所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)輸送所述金屬絲的速率的至少一個(gè)。42.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括提供所述金屬絲中的至少一個(gè)，其具有與其他金屬絲不同的橫截面幾何形狀。43.—種用于內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置，包括具有開(kāi)口的外殼；在該外殼內(nèi)固定的絕緣體，其中該絕緣體的一個(gè)末端通過(guò)外殼內(nèi)的開(kāi)口暴露在外；在該絕緣體內(nèi)安裝的中央電極，并具有延伸出該絕緣體的自由末端；從該外殼延伸的接地電極，其中該接地電極的一部分相對(duì)該中央電極的自由末端設(shè)置，以在其間界定火花間隙；以及在所述中央電極或所述接地電極中至少選擇一個(gè)，其具有點(diǎn)火端頭，所述點(diǎn)火端頭至少部分地由與所述選擇的電極不同的材料形成，并限定從所述選擇的電極延伸的過(guò)渡梯度，所述過(guò)渡梯度包括所選電極的材料和鄰近所選電極的所述不同材料的大致上均勻的混合物。44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的點(diǎn)火裝置，其中從所述選擇的電極延伸的所述過(guò)渡梯度包括較少的所選電極的材料。45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的點(diǎn)火裝置，其中所述不同材料包括貴金屬。46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的點(diǎn)火裝置，其中所述選擇的電極材料包括鎳。47.—種用于點(diǎn)火裝置的電極，包括由一種金屬材料構(gòu)成的主體；以及在所述主體上形成的點(diǎn)火端頭，所述點(diǎn)火端頭至少部分地由與所述一種金屬材料不同的材料形成，并限定從所述主體延伸的過(guò)渡梯度，所述過(guò)渡梯度包括所述一種金屬材料和鄰近所述主體的所述不同材料的大致上均勻的混合物。48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的電極，其中從所述主體延伸的所述過(guò)渡梯度包括較少的所述一種金屬材料。49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的電極，其中所述不同材料包括貴金屬。50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的電極，其中所述一種金屬材料包括鎳。全文摘要一種火花塞，其具有包括點(diǎn)火端頭的接地和/或中央電極，該點(diǎn)火端頭通過(guò)金屬絲一個(gè)末端的回流焊形成，其相對(duì)末端由進(jìn)絲機(jī)構(gòu)承載。本發(fā)明還包括制造具有點(diǎn)火端頭的點(diǎn)火裝置和電極的方法，包括提供具有點(diǎn)火端頭區(qū)域的金屬電極；提供具有自由末端和由進(jìn)絲機(jī)構(gòu)承載的另一個(gè)末端的金屬絲；以及回流焊該自由末端，以形成點(diǎn)火端頭。文檔編號(hào)H01T13/20GK101589525SQ200780035310公開(kāi)日2009年11月25日申請(qǐng)日期2007年8月8日優(yōu)先權(quán)日2006年8月8日發(fā)明者威廉·J·茲德布利克,沃倫·博伊德·萊恩托恩申請(qǐng)人:費(fèi)德羅-莫格爾公司