專利名稱：內(nèi)燃機用的火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與內(nèi)燃機用的火花塞有關(guān)以及與火花塞電極上的貴金屬片有關(guān)。
有關(guān)內(nèi)燃機用的火花塞，需要連續(xù)不斷地改進其壽命(即改進其抗揮發(fā)損耗)和性能(即改進火花的跳火性及點火性)，目的在于想要用一貴金屬片，特別是用鉑片作為內(nèi)燃機火花塞的一個放電元件。
最近有一種迫切需要來進一步改進其壽命和性能，目的在于想用一種熔點高于鉑的銥金屬制成的貴金屬片對其進行研究。
雖然銥的優(yōu)點在于熔點高達2454℃，該熔點大大地高于鉑的熔點，其缺點也在于在溫升高于900℃時會加快所不希望的揮發(fā)損耗。
為了抑制銥的揮發(fā)損耗，日本未經(jīng)審查的專利申請公開文件No.2-186579提出引進鋁、釔或其它元素，它們具有與氧強烈的親和力以及其能把氧析出而在銥電極的表面形成一層氧保護膜從而防止銥的揮發(fā)損耗。
然而，上述方案有一個缺陷即由氧化鋁、氧化釔或其它陶瓷構(gòu)成的氧化保護膜與銥貴金屬的結(jié)合不牢靠從而使其易于剝落。
日本未經(jīng)審查的專利申請公開文件NO2-49388提議用鉑加入銥內(nèi)但是仍舊不能使貴金屬片具有滿意的足以改進高溫下它的抗揮發(fā)損耗及抗熱能力。
本發(fā)明的目的是提供一種具有貴金屬片的火花塞，該貴金屬片連到火花塞的放電點處且具有在高溫下改進的耐熱性和抗揮發(fā)損耗性。
本發(fā)明的另一目的是提供一利用于火花塞的貴金屬片，該貴金屬片具有在高溫下改進的耐熱性和抗揮發(fā)損耗性。
為了達到本發(fā)明的目的，火花塞有一個連到其放電點處的貴金屬片，該貴金屬片是由含一定量的銠(Rh)的銥-銠合金構(gòu)成，以使銠濃縮和析出在貴金屬表面，該析出的銠就形成一層氧化保護膜，因為銠是一種有高熔點的貴金屬且與銥-銠合金的片體形成一牢固的連結(jié)。本發(fā)明的氧化保護膜提供了在高溫下改進的抗揮發(fā)損耗和耐熱性。
銥-銠合金最好提供一種在高溫下具有改進的抗揮發(fā)損耗和耐熱性的貴金屬片，這樣本發(fā)明的貴金屬片在用于內(nèi)燃機的火花塞上時會減小電極的直徑從而改進內(nèi)燃機用的火花塞性能，特別是減小了放電電壓和改進的點火性。


圖1是本發(fā)明內(nèi)燃機用的火花塞的半剖視圖；圖2是圖1所示的火花塞放大的局部剖視圖；圖3表示作為測試時間函數(shù)的各種貴金屬片揮發(fā)損耗的坐標圖。
根據(jù)本發(fā)明，用于內(nèi)燃機的火花塞有一個具有一通孔(2a)的絕緣陶瓷體(2)；一個固定在通孔(2a)一端的中心電極(3)；一個固定絕緣陶瓷體(2)的殼體(1)；
一個安置在殼體(1)前端且面向中心電極(3)的接地電極(4)；一個由中心電極(3)和接地電極(4)所限定的火花間隙(7)；以及中心電極(3)和/或接地電極(4)有一個連到其前端放電點的貴金屬片，其中，貴金屬片(5，6)是由含有1％-60％重量百分比最好為3％-30％重量百分比的銠組成的銥銠合金。
銥-銠合金最好還含有元素周期表中3A或4A組重量含量為0.5％至5％的該元素的氧化物，周期表3A組中的元素氧化物最好由Y2O3(三氧化二釔)所構(gòu)成而周期表4A組中的元素氧化物最好由ZrO3(三氧化鋯)所構(gòu)成。
在本發(fā)明的最佳實施例中，中心電極的貴金屬片是外徑為A，高度為B，其中A和B限定在下列范圍內(nèi)0.5毫米≤A≤2.0毫米，和0.3毫米≤B≤2.5毫米在本發(fā)明另一個最佳實施例中，接地電極是一個外徑為C和高度為D的貴金屬片，其中C和D限定在下列范圍內(nèi)，0.5毫米≤C≤1.7毫米，和0.3毫米≤D≤1.0毫米中心電極和/或接地電極最好有一個由鎳合金組成的殼體部分且有用激光焊或電阻焊而連到殼體前端放電點的貴金屬片。
圖1是本發(fā)明內(nèi)燃機用的火花塞的半剖視圖，圖2是圖1所示的火花塞放大的局部剖視圖。火花塞有一由鐵或其它金屬制成的管狀殼體1且有一個在殼體下部外周面上的螺紋1a。
一管狀絕緣陶瓷體2是由氧化鋁或其它絕緣材料制成且有一個與殼體1同軸嚙合的下部而殼體的上端1b連到殼體1且堵住縫口這樣和絕緣陶瓷體2就形成一個整體。一個中心電極3呈裝配地嚙合在絕緣陶瓷體2的通孔(或中空部分)2a的一端(或一下端)。
一接地電極4從殼體1的一端面向下延伸且呈直角彎曲這樣接地電極的前端就面向中心電極3的前端3a，接地電極也由鎳合金制成。貴金屬片5和6各自用激光焊或電阻焊連到中心電極3的前端3a處和面向前端3a的接地電極4的放電點處使它們之間形成一個火花間隙7。
如先有技術(shù)中所知，一個中心銷8或一個接線柱9電路相連到中心電極3的上端，接線柱9再連到加有高電壓的外電路從而產(chǎn)生一個火花，裝在發(fā)動機塞座螺紋1a上端處的殼體1周圍有密封墊10。
本發(fā)明的最重要特點在于貴金屬片5和6的合金材料，即至少貴金屬片5和6之一是由銥為基體的銥-銠合金組成，該合金具有高的熔點和良好的抗損耗性而且合金中含有銠使銥不會在高溫下?lián)]發(fā)掉。
本發(fā)明人已進行了實驗以確定由銥-銠合金組成的貴金屬片5和6，其結(jié)果如圖3所示。
圖3示出在對銥金屬片和含有任何鉑族即鉑、鈀或銠貴金屬的銥基合金片的發(fā)動機耐力測試中，根據(jù)火花間隙7的增量所測得到金屬片的揮發(fā)損耗。
上述測試是在四循環(huán)、四缸、2000毫升的發(fā)動機且在4000轉(zhuǎn)/分全負載下連續(xù)運轉(zhuǎn)下進行，在測試中，對火花間隙增量進行測量，所測的火花塞有一個帶有同一金屬或合金制成的貴金屬片的中心電極3和接地電極4。
中心電極4有各種不同材料制成的貴金屬片5，包括100％銥金屬、10％重量鈀的銥合金、10％重量鉑的銥合金以及10％重量銠的銥合金。
金屬片5有外徑A為1.0毫米和高度B為1.5毫米的統(tǒng)一尺寸。
接地電極4有與對應(yīng)中心電極3的金屬片相同材料制成的貴金屬片6并且有外徑C為1毫米、高度D為0.5毫米的統(tǒng)一尺寸。
從圖3能看出，測試結(jié)果表明在銥中添加另一種貴金屬就可減小金屬片的損耗從而改進了其抗損耗特性和增加壽命，在銠加入銥時，這種改進最明顯。
100％銥金屬片只提供小量改進，因為銥在溫度接近1000℃時形成一種易揮發(fā)的三氧化銥(IrO3)，即使銥具有一高的熔點也會引起一較大的損耗。
隨后，添加任何不易揮發(fā)的貴金屬諸如鈀、鉑或銠來防止銥的揮發(fā)損耗。添加銠是最有效，因為銠有高于鉑的熔點1769℃和高于鈀的熔點1552℃，其熔點為1960℃。
雖然，在所測的火花塞中，中心電極3的貴金屬片5有外徑A為1毫米和高度B為1.5毫米的尺寸，而中心電極3的貴金屬片5最好其外徑A為0.5毫米到2毫米。當金屬片5的外徑A小于0.5毫米時，該金屬片的抗損耗特性就銳降、壽命也就縮短。另一方面，當金屬片5的外徑A大于2毫米則其點火性能就降低，放電電壓增大，因此就不利火花塞性能的改進。
上述貴金屬片5的高度B最好在0.3毫米到2.5毫米的范圍內(nèi)，該貴金屬片5的高度B一定要在0.3毫米或大于0.3毫米才能保證它與中心電極3的穩(wěn)定焊接。另一方面，當貴金屬片5高度大于2.5毫米則該貴金屬片5易于斷裂。
雖然在所測火花塞中，接地電極4的貴金屬片6有外徑C為1毫米和高度D為0.5毫米的尺寸，而接地電極4的貴金屬片6最好其外徑C為0.5毫米到1.7毫米。當金屬片6的外徑C小于0.5毫米時，該金屬片的抗損耗特性就銳降，壽命也隨之縮短。另一方面，當金屬片6的外徑C大于1.7毫米則金屬片6就不能進行穩(wěn)定焊接，由于相對于接地電極4的尺寸，該金屬片的尺寸顯得過大。
上述貴金屬片6的高度D最好在0.3毫米到1.0毫米的范圍內(nèi)，該貴金屬片6的高度D一定要在0.3毫米或大于0.3毫米才能保證它與接地電極4的穩(wěn)定焊接，另一方面，當貴金屬片6的高度大于1毫米則由于金屬片的溫度迅速提高而銳增金屬片6的揮發(fā)損耗。
根據(jù)把銠加到銥內(nèi)的效果是增加其抗損耗特性并對銥-銠合金的抗損耗特性的評價進行詳細研究。測試了14種具有不同銠含量的銥-銠合金片以確定用在上述測試中包括金屬片的尺寸相同條件下的抗損耗性能，上述測試結(jié)果匯總在表1，表1中，在400小時發(fā)動機耐力試驗后，依據(jù)火花間隙的增量來示出合金片的損耗量。
從表1能看出，當銥-銠合金的含銠量在1％或超過1％重量時，金屬片的損耗量為0.18毫米或更小，表明其抗損耗特性顯著改進，因為當銠的含量增加時貴金屬片5或6在邊緣處更易斷裂?；鸹ㄈ馁F金屬片5或6的銠含量一定不要超過60％的重量含量。
如果把周期表中3A組元素的氧化物或4A組元素的氧化物加入到銥-銠合金中，諸如3A組的三氧化二釔(Y2O3)和4A組的二氧化鋯(ZrO2)，也能從表1中的金屬片11至14的數(shù)據(jù)中看出。
本發(fā)明的銥-銠合金中還可含有一種或多種除了銠以外的鉑族元素，即鉑、鈀和/或一種或多種耐熱金屬諸如鎳(Ni)，所加的量不要減小由銥和銠組合的合金產(chǎn)生的有益效果，這可在表1的金屬片8至10所示的數(shù)據(jù)中看出。
銠即可以用熔融法也可以用燒結(jié)法加入銥內(nèi)，本發(fā)明人確認上述兩種方法都可對金屬片的抗損耗特性提供大致相同的改進。
雖然上文討論了在火花塞的中心電極3和接地電極4帶有貴金屬片5和6，本發(fā)明也能很好地應(yīng)用在僅僅中心電極3具有貴金屬片5而接地電極4未帶有貴金屬片6的火花塞上。
表1<
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權(quán)利要求
1.一個內(nèi)燃機所用的火花塞，有一個開有一通孔的絕緣陶瓷體；一個固定在通孔一端的中心電極；一個用來固定絕緣陶瓷體的殼體；一個安置在殼體前端且面向中心電極的接地電極；一個由中心電極和接地電極所限定的火花間隙；以及中心電極和接地電極中至少一個有一個連到火花塞前端放電點的貴金屬片，其特征在于該貴金屬片是由重量含量為1％到60％銠含量組成的銥-銠合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于銥-銠合金中所含銠的量從3％到30％重量百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于銥-銠合金還包含有周期表中3A組或4A組元素的氧化物，其含量從0.5％到5％重量百分比。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的火花塞，其特征在于周期表中3A組中元素的氧化物是由Y2O3(三氧化二釔)所組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的火花塞，其特征在于周期表中4A組中元素的氧化物是由ZrO3(三氧化鋯)所組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5任何一項所述的火花塞，其特征在于中心電極的貴金屬片是外徑為A，高度為B，其中A和B限定在下列范圍內(nèi)0.5毫米≤A≤2.0毫米，和0.3毫米≤B≤2.5毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一項所述的火花塞，其特征在于接地電極的貴金屬片是外徑為C，高度為D，其中C和D限定在下列范圍內(nèi)0.5毫米≤C≤1.7毫米，和0.3毫米≤D≤1.0毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7任何一項所述的火花塞，其特征在于中心電極有一個由鎳合金組成的殼體部分并有用激光焊或電阻焊連到殼體前端放電點的貴金屬片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到7任何一項所述的火花塞，其特征在于接地電極有一個由鎳合金組成的殼體部分并有用激光焊或電阻焊連到殼體前端放電點的貴金屬片。
10.一個內(nèi)燃機中火花塞用的貴金屬片，該金屬片適于連到殼體前端放電點處的中心電極和接地電極中至少一個上，其特征在于該貴金屬是由含銠量從1％到60％重量百分比的銥-銠合金組成
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的貴金屬片，其特征在于銥-銠合金還含有周期表中3A組和4A組中元素的氧化物，其含量從0.5％到5％的重量百分比。
全文摘要
為了改進火花塞的抗損耗特性和壽命，一內(nèi)燃機的火花塞有一個有通孔的絕緣陶瓷體；一個固定在通孔一端的中心電極；一個用來固定絕緣陶瓷體的殼體；一個安置在殼體前端且面向中心電極的接地電極；一個由中心電極和接地電極所限定的火花間隙，中心電極和接地電極中至少一個電極有一個連到殼體前端放電點的貴金屬片，其特征在于貴金屬片由銥-銠合金組成，其中銠含量為1％至60％的重量百分比。
文檔編號H01T13/20GK1139303SQ9610228
公開日1997年1月1日 申請日期1996年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月15日
發(fā)明者長村弘法, 阿部信男, 金生啟二, 堀部縣司 申請人:日本電裝株式會社