專利名稱：內(nèi)燃機(jī)用火花塞及火花塞的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)所使用的火花塞及其制造方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)用火花塞是安裝于內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī))上、用于對燃 燒室內(nèi)的混合氣體進(jìn)行點(diǎn)火的構(gòu)件。通常的火花塞包括具有軸 孔的絕緣體、穿過該軸孔的中心電極、設(shè)于絕緣體外周的金屬 殼體、設(shè)于金屬殼體前端部并在與中心電極之間形成火花放電 間隙的接地電極。
此外，為了提高耐火花消耗性和點(diǎn)火性，在由鎳合金等耐 熱耐腐蝕性金屬構(gòu)成的接地電極的前端部分接合有由鉑等貴金 屬合金構(gòu)成的貴金屬電極頭。在將貴金屬電極頭接合到接地電 極上時(shí)，提出有用激光束沿接地電極與貴金屬電極頭的接合面 外緣部進(jìn)行點(diǎn)焊的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)l )。
專利文獻(xiàn)l:日本專利第3460087號7/^凈艮
然而，近年來，為了謀求發(fā)動(dòng)機(jī)的高輸出功率化，傾向于 開發(fā)高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)，在這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)，貴金屬 電極頭、接地電極等暴露于較高溫條件下。而且，接地電極越 是前端側(cè)越難以散熱，越靠近接地電極前端側(cè)部分越容易產(chǎn)生 高溫。因此，在貴金屬電極頭、接地電極及二者的接合部分處， 有可能作用于接地電極前端側(cè)部分的熱應(yīng)力與作用于基端側(cè)部 分的熱應(yīng)力產(chǎn)生差異。進(jìn)而，在貴金屬電極頭與接地電極的交 界部分等處會(huì)發(fā)生氧化皮、裂紋等，有可能出現(xiàn)貴金屬電極頭 從接地電才及脫落。
此外，迄今為止，由于要求發(fā)動(dòng)機(jī)小型化，則要謀求火花
塞的小型化，傾向于使金屬殼體自身小徑薄壁化，與金屬殼體 接合的接地電極也不得不減小該接地電極與金屬殼體的接合面 積，因此，必須進(jìn)一步減小尺寸。其結(jié)果，接地電極的散熱性 能進(jìn)一步降低，可能使上述問題進(jìn)一步顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，其目的在于提供一種抑 制由于熱應(yīng)力的差異引起的貴金屬電極頭的脫落、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)長 壽命化的內(nèi)燃機(jī)用火花塞及其制造方法。
以下，對于適用于解決上述目的的各技術(shù)方案進(jìn)行分項(xiàng)說 明。另外，對根據(jù)需要對應(yīng)的技術(shù)方案附加特有的作用效果。
技術(shù)方案l:本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，包括具有沿軸 線方向貫通的軸孔的筒狀絕緣體、插設(shè)于上述軸孔中的中心電 極、設(shè)于上述絕緣體外周的筒狀金屬殼體、和接地電極，該接 地電極在自身前端側(cè)的一側(cè)面接合有以貴金屬為主要成分的貴 金屬電極頭的基端，該接地電極設(shè)于上述金屬殼體的前端部， 以使得該貴金屬電極頭的前端面與上述中心電才及的前端面相 對，其特征在于，
通過在上述貴金屬電極頭自身周圍形成該貴金屬電極頭自 身和上述接地電極熔化而成的熔融部，來接合上述貴金屬電極 頭，
的中心軸線的截面的上述熔融部時(shí)，
使位于上述接地電極的基端側(cè)的基端側(cè)熔融部A的截面積 與位于上述接地電極的前端側(cè)的前端側(cè)熔融部B的截面積的合 計(jì)截面積為4mm"X上，并使上述前端側(cè)熔融部B的截面積為上 述基端側(cè)熔融部A的截面積的l.l倍~ 1.3倍。
另外，有時(shí)基端側(cè)熔融部A和前端側(cè)熔融部B中至少一方熔 融部超出貴金屬電極頭的中心軸線而二者重疊地形成。此時(shí)， 優(yōu)選是如下這^f確定截面積。即，在沿"^妻地電才及的長度方向且 包含上述貴金屬電極頭的中心軸線的截面中，用直線將形成基
端側(cè)熔融部A外形的外形線與形成前端側(cè)熔融部B外形的外形 線的兩交點(diǎn)連接起來，將被分向基端側(cè)熔融部A—側(cè)的熔融部 分確定為"基端側(cè)熔融部A",將纟皮分向前端側(cè)熔融部B —側(cè)的 熔融部分確定為"前端側(cè)熔融部B"。此外，"貴金屬材料"不 限于由鉑(Pt)、銥(Ir)等貴金屬構(gòu)成，也包含以貴金屬為主 要成分(指含有量50。/。以上的成分)的材料。
根據(jù)上述技術(shù)方案1,由于在接地電極的前端部分接合有 貴金屬電極頭，因此，可謀求提高耐火花損耗性和點(diǎn)火性。
另一方面，如上所述，由于傾向于越4姿近接地電極的前端 側(cè)越難以散熱，因此，在高溫條件下，在貴金屬電極頭、熔融 部等中的更接近接地電極前端部的部位容易產(chǎn)生更大的熱應(yīng) 力。尤其是著眼于以貴金屬電極頭中心為基點(diǎn)的前端側(cè)和基端 側(cè)時(shí)，處于在 前端側(cè)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力、而在基端側(cè)產(chǎn)生較小 的熱應(yīng)力的狀態(tài)。通過焊接而形成在接地電極與貴金屬電極頭 之間的熔融部起到吸收二者之間的熱膨脹差、抑制貴金屬電極 頭從接地電極剝落的作用，但若前端側(cè)的熔融部和后端側(cè)的熔 融部是相同面積，則不會(huì)吸收上述熱應(yīng)力之差，可能導(dǎo)致貴金 屬電極頭在接地電極與貴金屬電極頭之間的交界部分剝離。
在這點(diǎn)上，在上述技術(shù)方案l中，在看沿接地電極的長度 方向且包含貴金屬電極頭的中心軸線的截面的上述熔融部時(shí)， 使前端側(cè)熔融部B的截面積為基端側(cè)熔融部A的截面積的1.1 倍 1.3倍。因此，可進(jìn)一步增大前端側(cè)熔融部B與貴金屬電極 頭的交界長度(前端側(cè)的熔融部與貴金屬電極頭的接觸面積)、
和前端側(cè)熔融部B與接地電極的交界長度(前端側(cè)的熔融部與 接地電極的接觸面積)。因此，可在上述前端側(cè)熔融部吸收更多 的能量，從而可緩和施加于貴金屬電極頭上的熱應(yīng)力的應(yīng)變。 由此，可抑制熱應(yīng)力平衡的破壞，可謀求提高貴金屬電極頭的 抗剝離性(抗脫落性)。進(jìn)而，可謀求火花塞的長壽命化。
此外，在上述技術(shù)方案l中，使基端側(cè)熔融部A的截面積與 前端側(cè)熔融部B的截面積的合計(jì)截面積為4mm2以上。由此，可 確保充分的焊接強(qiáng)度，并可更可靠地發(fā)揮上述作用效果。
另外，在基端側(cè)熔融部A的截面積與前端側(cè)熔融部B的截面 積的合計(jì)截面積小于4mn^時(shí)，焊接強(qiáng)度不充分，可能不能充 分發(fā)揮上述作用效果。此外，在前端側(cè)熔融部B的截面積小于 基端側(cè)熔融部A的截面積的1.1倍時(shí)，不能充分緩和來自接地電 極前端側(cè)的熱應(yīng)力，可能不能充分發(fā)揮上述作用效果。另一方 面，在前端側(cè)熔融部B的截面積大于基端側(cè)熔融部A的截面積的 1.3倍時(shí)，可能自接地電極前端側(cè)向貴金屬電極頭施加的熱應(yīng)力 被極度過于緩和。結(jié)果，自接地電極前端側(cè)向貴金屬電極頭施 加的熱應(yīng)力小于自接地電極基端側(cè)向貴金屬電極頭施加的熱應(yīng) 力，可能出現(xiàn)熱應(yīng)力平tf向與上述相反的方向石皮壞。
技術(shù)方案2:本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，在 上述技術(shù)方案l中，上述貴金屬電極頭自身的基端被埋入上述 接地電極中，
上述基端側(cè)熔融部A和上述前端側(cè)熔融部B分別；故分為貴 金屬側(cè)熔融部C和接地電極側(cè)熔融部D,該貴金屬側(cè)熔融部C是 在上述熔融部形成前的上述貴金屬電極頭的矩形的第l假想外 形線所劃分出的區(qū)域中的上述貴金屬電極頭一側(cè)的熔融部，該 接地電極側(cè)熔融部D是上述第l假想外形線所劃分出的區(qū)域中 的上述接地電極一側(cè)的區(qū)域中的、且在上述熔融部形成前的由
上述接地電極的第2假想外形線所劃分出的上述接地電極 一 側(cè) 的火容融吾卩，
在上述基端側(cè)熔融部A和上述前端側(cè)熔融部B中的至少一
方熔融部中，使在沿上述接地電極的長度方向且包含上述貴金
屬電極頭的中心軸線的截面中的、上述4妻地電極側(cè)熔融部D的 截面積為上述貴金屬電極頭側(cè)熔融部C的截面積的1.0倍~ 2.0倍。
根據(jù)上述技術(shù)方案2，在基端側(cè)熔融部A和前端側(cè)熔融部B 中的至少一方熔融部中，使接地電極側(cè)熔融部D的截面積為貴 金屬側(cè)熔融部C的截面積的l.O倍~ 2.0倍。由此，熔融部的線膨 脹系數(shù)不會(huì)僅與貴金屬材料或金屬材料中任一材料的線膨脹系 數(shù)過于接近。即，熔融部隨熱膨脹發(fā)生的體積變化與貴金屬材 料隨熱膨脹發(fā)生的體積變化不會(huì)有較大差異，進(jìn)而，熔融部的 體積變化和金屬材料的體積變化也不會(huì)有較大差異。結(jié)果，可 抑制在熔融部與貴金屬電極頭的交界部分、或熔融部與接地電 極的交界部分中出現(xiàn)伴隨熱膨脹的剪切力的增大，進(jìn)而可抑制 在各交界處發(fā)生氧化皮、裂紋等。結(jié)果，可謀求進(jìn)一步提高抗 剝離性。
另外，在接地電極側(cè)熔融部D的截面積小于貴金屬側(cè)炫融 部C的截面積的1倍時(shí)，熔融部的線膨脹系數(shù)更接近貴金屬材料 的線膨脹系數(shù)，因此，熔融部和接地電極之間的線膨脹系數(shù)之 差變得更大。結(jié)果，伴隨著熱膨脹，在熔融部與接地電極的交 界部分中的剪切力增大，可能在熔融部與接地電極之間發(fā)生裂 紋等。另一方面，在接地電極側(cè)熔融部D的截面積大于貴金屬 電極頭側(cè)熔融部C的截面積的2倍時(shí)，熔融部的線膨脹系數(shù)更接 近金屬材料的線膨脹系數(shù)，因此，導(dǎo)致在熔融部與貴金屬電極 頭的交界部分中的剪切力增大，進(jìn)而可能在熔融部與貴金屬電 極頭之間發(fā)生裂紋等。
技術(shù)方案3:本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，在 上述技術(shù)方案1或2中，在沿上述接地電極的長度方向且包含上
述貴金屬電極頭的中心軸線的截面中，將自上述貴金屬電極頭
前端到上述基端側(cè)熔融部A的最短距離設(shè)為E ( mm )，將自上 述貴金屬電極頭前端到上述前端側(cè)熔融部B的最短距離設(shè)為F (mm)時(shí)，滿足下式(1 )和式(2), 1.05SE/F$1.25... ( 1 ) 0.3mm^E^0.5mm…(2)。
通常，將貴金屬電極頭置于高溫條件下時(shí)，抗氧化性降低， 進(jìn)而耐損耗性降低。在此，如上所述，在接地電極中，越靠近 其前端側(cè)越難散熱，越是與接地電極前端側(cè)接近的部位越容易 產(chǎn)生高溫，因此，關(guān)于與接地電極接合的貴金屬電極頭，也是 越位于接地電極前端側(cè)的位置越容易產(chǎn)生高溫。因此，貴金屬 電極頭中位于接地電極前端側(cè)部分比位于基端側(cè)部分容易因放 電而損耗，貴金屬電極頭可能發(fā)生偏損耗。若貴金屬電極頭發(fā) 生偏損耗，則放電位置變得不穩(wěn)定，因此，在火焰擴(kuò)展的部分 產(chǎn)生不均，可能導(dǎo)致燃燒效率的降低。
在這點(diǎn)上，根據(jù)上述技術(shù)方案3，將自貴金屬電極頭前端 到基端側(cè)熔融部A的最短距離設(shè)為E ( mm)，將自貴金屬電極 頭前端到前端側(cè)熔融部B的最短距離設(shè)為F ( mm )時(shí)，滿足 1.05^E/F^1.25地形成熔融部。即，貴金屬電極頭中的位于接 地電極前端側(cè)部分的表面積小于位于接地電極基端側(cè)部分的表 面積。因此，可降低更容易產(chǎn)生高溫的貴金屬電極頭的位于接 地電極前端側(cè)部分的受熱量，進(jìn)而可降低貴金屬電極頭中位于 接地電極前端側(cè)部分與位于接地電極基端側(cè)部分的溫度差。由 此，可有效防止貴金屬電極頭的偏損耗，并可謀求放電位置的
穩(wěn)定化，進(jìn)而可謀求提高燃燒效率。
然而，若減小貴金屬電極頭中的位于接地電極前端側(cè)部分 的表面積，貝'」熔融部中的位于接地電才及前端側(cè)部分的表面積增 大。因此，在該部位處受熱量增大，可能抗剝離性、耐久性會(huì) 降低。但是，通常形成接地電極的金屬材料(例如Ni合金)的 熱導(dǎo)率低于形成貴金屬電極頭的貴金屬材料的熱導(dǎo)率，因此， 形成接地電極的金屬材料與貴金屬材料熔融而成的熔融部的熱 導(dǎo)率小于貴金屬電極頭的熱導(dǎo)率。因此，來自燃燒氣體的熱較 難傳導(dǎo)到熔融部，即使熔融部的表面積增大，也難以引起熔融 部的受熱量極度增大，難以引起抗剝離性、耐久性的降低。
另外，在1.05〉E/F時(shí)，不能充分降低貴金屬電極頭中的位 于接地電極前端側(cè)部分的受熱量，進(jìn)而可能不能充分發(fā)揮上述 作用效果。此外，在E/F〉1.25時(shí)，貴金屬電極頭中的位于接地 電極前端側(cè)部分的受熱量被極度降低，可能在貴金屬電極頭中 的位于接地電極基端側(cè)部分處容易發(fā)生損耗。除此之外，在 0.3mm〉E時(shí)，熔融部形成在與火花放電間隙比較接近的位置， 因此，容易在貴金屬電極頭與熔融部之間產(chǎn)生放電，進(jìn)而可能 不能充分謀求;故電位置的穩(wěn)定化。而且，在EX).5mm時(shí)，貴金 屬電極頭自接地電極突出，貴金屬電極頭的受熱量增大，因此， 在貴金屬電極頭中的位于接地電極前端側(cè)部分與位于基端側(cè)部 分的溫度差的平衡破壞，進(jìn)而可能不能充分發(fā)揮上述作用效果。
技術(shù)方案4:本發(fā)明的火花塞的制造方法，該火花塞包括 具有沿軸線方向貫通的軸孔的筒狀絕緣體、插設(shè)于上述軸孔中 的中心電極、設(shè)于上述絕緣體外周的筒狀金屬殼體、和接地電 極，該接地電極在自身前端側(cè)的一側(cè)面接合有以貴金屬為主要 成分的貴金屬電極頭的基端，該接地電極設(shè)于上述金屬殼體的 前端部，以使得該貴金屬電極頭的前端面與上述中心電極的前
端面相對，通過在上述貴金屬電極頭自身周圍形成該貴金屬電 極頭自身和上述接地電極熔化而成的熔融部，來接合上述貴金 屬電極頭，其特征在于，
該制造方法包含接合工序，通過對上述接地電極和上述貴 金屬電極頭的接合面外緣部照射激光束來形成上述熔融部，將 上述貴金屬電極頭接合到上述接地電極上，
在上述接合工序中，以使對位于上述接地電極前端側(cè)部分 照射的熔融能量大于對位于上述接地電極基端側(cè)部分照射的熔 融能量的方式來照射激光束。
根據(jù)上述技術(shù)方案4，使熔融部中的位于接地電極前端側(cè)
部分(前端側(cè)熔融部B )大于位于基端側(cè)部分(基端側(cè)熔融部A)。
因此，可以比較容易、且更可靠地制造發(fā)揮與上述技術(shù)方案1 等相同作用效果的火花塞。
技術(shù)方案5:本發(fā)明的火花塞的制造方法，是上述技術(shù)方 案l ~ 3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞的制造方法，其特征在 于，
該制造方法包含接合工序，通過對上述接地電極和上述貴 金屬電極頭的接合面外緣部照射激光束來形成上述熔融部，將 上述貴金屬電極頭接合到上述接地電極上，
在上述接合工序中，以使對位于上述接地電極前端側(cè)部分 照射的熔融能量大于對位于上述接地電極基端側(cè)部分照射的熔 融能量的方式來照射激光束。
根據(jù)上述技術(shù)方案5，基本上可發(fā)揮與上述技術(shù)方案4相同 的作用效果。
技術(shù)方案6:本發(fā)明的火花塞的制造方法，其特征在于， 在上述技術(shù)方案4或5中，以從位于上述接地電極基端側(cè)部分向 位于上述接地電極前端側(cè)部分增大熔融能量的方式照射激光
束。
根據(jù)上述技術(shù)方案6，基本上可發(fā)揮與上述技術(shù)方案4等相
同的作用效果。除此之外，根據(jù)上述技術(shù)方案6，以從位于接
地電極基端側(cè)部分向位于接地電才及前端側(cè)部分逐漸增大的方式 形成熔融部。由此，可進(jìn)一步抑制施加于貴金屬電才及頭的熱應(yīng)
力平衡的破壞，可進(jìn)一步提高貴金屬電極頭的抗剝離性。
技術(shù)方案7:本發(fā)明的火花塞的制造方法，是上述技術(shù)方 案4~ 6中任一項(xiàng)所述的火花塞的制造方法，其特征在于，在上 述接合工序中，在固定了激光束的照射方向的基礎(chǔ)上，以上述 貴金屬電極頭的中心軸線與包含上述接地電極一側(cè)面的平面的 交點(diǎn)為基點(diǎn)，以將上述貴金屬電極頭的中心軸線向上述接地電 極基端側(cè)傾斜而成的軸線為旋轉(zhuǎn)軸線地使上述貴金屬電極頭和 上述接地電極進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而來形成上述熔融部。
作為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案3的方法，例如可考慮在位于接地 電極前端側(cè)部分與位于基端側(cè)部分處改變激光束的照射方向 (激光束的射中位置)。但是，在使用該方法時(shí)，需要另外設(shè)置 用于改變照射方向的部件，因此，可能會(huì)導(dǎo)致裝置的復(fù)雜化、 生產(chǎn)效率的降低。
在這點(diǎn)上，如上述技術(shù)方案7所示，通過以將貴金屬電極 頭的中心軸線傾斜而成的軸線作為旋轉(zhuǎn)軸線地使貴金屬電極頭 和接地電極旋轉(zhuǎn)，從而即使在激光束的照射方向?yàn)楣潭顟B(tài)的 情況下，也能實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案3。即，根據(jù)本技術(shù)方案7，可 不會(huì)特別困難地實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案3，可更可靠地防止裝置的 復(fù)雜化、生產(chǎn)效率的降低。


圖l是表示本實(shí)施方式中的火花塞的局部剖主視圖。
圖2是表示本實(shí)施方式中的熔融部等的截面的局部放大剖 視圖。
圖3是表示本實(shí)施方式中的貴金屬電極頭側(cè)熔融部及接地 電才及側(cè)熔融部的局部;改大示意圖。
圖4是表示在抗剝離性評價(jià)試驗(yàn)中貴金屬電極頭側(cè)熔融部 的截面積和4妾地電才及側(cè)熔融部的截面積的合計(jì)截面積為3mm2 時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果的折線圖表。
圖5是表示在抗剝離性評價(jià)試驗(yàn)中貴金屬電極頭側(cè)熔融部 的截面積和接-地電極側(cè)熔融部的截面積的合計(jì)截面積為3mm2 時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果的等高線圖表。
圖6是表示在抗剝離性評價(jià)試驗(yàn)中貴金屬電極頭側(cè)熔融部 的截面積和4妻地電纟及側(cè)熔融部的截面積的合計(jì)截面積為4mm2 時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果的折線圖表。
圖7是表示在抗剝離性評價(jià)試驗(yàn)中貴金屬電極頭側(cè)熔融部 的截面積和接地電纟及側(cè)熔融部的截面積的合計(jì)截面積為4mm2 時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果的等高線圖表。
圖8是表示在抗剝離性評價(jià)試驗(yàn)中貴金屬電極頭側(cè)熔融部 的截面積和4妻地電才及側(cè)熔融部的截面積的合計(jì)截面積為6mm2 時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果的折線圖表。
圖9是表示在抗剝離性評價(jià)試驗(yàn)中貴金屬電極頭側(cè)熔融部 的截面積和接地電極側(cè)熔融部的截面積的合計(jì)截面積為6 m m2 時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果的等高線圖表。
圖10的(a)是表示另 一實(shí)施方式中的前端側(cè)熔融部及基 端側(cè)熔融部等的局部放大剖視圖，圖10的(b)和圖10的(c) 是說明另 一 實(shí)施方式中的前端側(cè)熔融部及基端側(cè)熔融部的截面 積確定方法的示意圖。
圖11是表示第2實(shí)施方式中的接地電極與貴金屬電極頭的
熔融部結(jié)構(gòu)的局部》文大主浮見圖。
圖12是表示第2實(shí)施方式中的基端側(cè)熔融部及前端側(cè)熔融 部與貴金屬電極頭的位置關(guān)系的局部剖視圖。
圖13是用于說明第2實(shí)施方式中的接地電極與貴金屬電極
頭的接合方法的剖視示意圖。
圖14是用于說明第2實(shí)施方式中的接地電極與貴金屬電極 頭的接合方法的剖視示意圖。
圖15是用于說明在耐久性評價(jià)試驗(yàn)中使用的樣品的概念 的剖視圖(為了便于說明，省略了剖面線)。
圖16是表示對將SE及SE/SF進(jìn)行了各種變更后的樣品進(jìn) 行耐久性評價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果的圖表
圖17是表示在不同的貴金屬電極頭中，對將SE及SE/SF進(jìn) 行了各種變更后的樣品進(jìn)行耐久性評價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

實(shí)施方式。 第l實(shí)施方式
圖l是表示火花塞l的局部剖切主視圖。另外，在圖l中， 將火花塞1的軸線X方向作為圖中的上下方向、將下側(cè)作為火花 塞1的前端側(cè)、將上側(cè)作為后端側(cè)，如此進(jìn)^亍-說明。
火花塞1由形成筒狀的作為絕緣體的絕緣電瓷2、保持該絕 緣電瓷2的筒狀金屬殼體3等構(gòu)成。
在絕緣電瓷2上沿軸線X貫通形成有軸孔4。并且，在軸孔4 的前端部側(cè)插入并固定有中心電極5,在軸孔4的后端部側(cè)插入 并固定有端子電極6。在軸孔4內(nèi)的中心電極5與端子電極6之間 配置有電阻體7，該電阻體7的兩端部隔著導(dǎo)電性玻璃密封層8、 9而分別與中心電極5、端子電極6電連接。
中心電極5以自絕緣電瓷2前端突出的狀態(tài)固定，端子電極
6以自絕緣電瓷2后端突出的狀態(tài)被固定。此外，在中心電極5 的前端部通過焊接接合有貴金屬電極頭31 (關(guān)于此將后述)。
另 一 方面，絕緣電瓷2如公知那樣是將氧化鋁等燒制而成， 在其外形部具有形成于后端側(cè)的后端側(cè)主千部10 、在該后端側(cè) 主干部10前端側(cè)向徑向朝外突出形成的大徑部11 、在該大徑部 ll的前端側(cè)形成為直徑小于大徑部ll直徑的中間部12、在該中 間部12的前端側(cè)形成為直徑小于中間部12直徑的腳長部13。絕 緣電瓷2中的大徑部11 、中間部12及大部分的腳長部13收容在 金屬殼體3內(nèi)部。并且，在腳長部13與中間部12的連接部形成 有錐狀的臺(tái)階部21，由該臺(tái)階部21來將絕緣電瓷2卡定于金屬 殼體3上。
金屬殼體3是由低碳鋼等金屬形成為筒狀，在其外周面形 成有用于將火花塞l安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上的螺紋部(外螺紋部) 15。此外，在螺紋部15的后端側(cè)外周面形成有座部16,在螺紋 部15后端的螺紋頭17嵌入環(huán)狀的墊圏18。而且，在金屬殼體3 的后端側(cè)還設(shè)有用于在將金屬殼體3安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上時(shí)卡合 扳手等工具的截面六角形狀的工具卡合部19,并在后端部設(shè)有 用于保持絕緣電瓷2的翻邊部20。
此外，在金屬殼體3的內(nèi)周面設(shè)有用于卡定絕緣電瓷2的錐 狀臺(tái)階部14。并且，在將絕緣電資2被從金屬殼體3的后端側(cè)向 前端側(cè)插入而使絕緣電瓷2自身的臺(tái)階部21卡定于金屬殼體3 的臺(tái)階部14上的狀態(tài)下，將金屬殼體3的后端側(cè)開口部向徑向 內(nèi)側(cè)翻邊，即，形成上述翻邊部20,從而將絕緣電瓷2固定。 另外，在絕緣電瓷2及金屬殼體3這雙方的臺(tái)階部14、 21之間夾 入有圓環(huán)狀的密封墊22。由此，來保持燃燒室內(nèi)的氣密性，使 得進(jìn)入到暴露于燃燒室內(nèi)的絕緣電瓷2的腳長部13與金屬殼體
3內(nèi)周面之間間隙的燃料空氣不會(huì)漏到外部。
而且，為了使利用翻邊形成的密封更加完全，在金屬殼體 3的后端側(cè)，在金屬殼體3與絕緣電乾2之間夾入環(huán)狀的環(huán)構(gòu)件
23、 24，并在環(huán)構(gòu)件23、 24之間填充滑石(滑石)25的粉末。 即，金屬殼體3隔著密封墊22、環(huán)構(gòu)件23、 24及滑石25來保持 絕緣電瓷2。
此外，在金屬殼體3的前端部26接合有呈大致L字形的接地 電極27。即，接地電極27配置成其后端部與上述金屬殼體3 的前端部26熔4妾，并且接地電極27的前端側(cè)折彎而使其側(cè)面與 中心電極5的前端部(貴金屬電極頭31 )相對。另外，在本實(shí) 施方式中，上述接地電極27由Ni - 23Cr - 14.4Fe -1.4Al[Incone1601 (注冊商標(biāo))]形成，該金屬材料的熱導(dǎo)率大 約為0.111W/cm K。
而且，在該接地電極27上以與上述貴金屬電極頭31相對的 方式接合有貴金屬電極頭32 (對此將后述)。并且，這些貴金 屬電極頭31、 32之間的間隙成為火花放電間隙33。另外，在本 實(shí)施方式中，上述貴金屬電極頭31由公知的貴金屬材料(例如 Pt- Ir合金等)構(gòu)成，此外，貴金屬電極頭32由Pt- 20Ir - 5Rh 合金形成。另外，該貴金屬材料的熱導(dǎo)率大約為0.262W/cm -K, 大于構(gòu)成上述接地電極27的金屬材料的熱導(dǎo)率。
中心電極5由內(nèi)層5A和外層5B構(gòu)成，該內(nèi)層5A由銅或銅合 金構(gòu)成，該外層5B由鎳(Ni)合金構(gòu)成。此外，接地電極27 由Ni合金構(gòu)成。
中心電極5的前端側(cè)的直徑縮小，且整體上呈棒狀(圓柱 狀)，其前端面平坦。將呈圓柱狀的上述貴金屬電極頭31疊合 到中心電極5的前端面上，并沿二者的接合面外緣部實(shí)施激光 焊接、電子束焊接、或電阻焊接等，從而將貴金屬電極頭31與中心電極5接合。
另一方面，在將與貴金屬電極頭31相對的貴金屬電極頭32 對位于接地電極27的規(guī)定位置上之后，利用電阻焊接將貴金屬 電極頭32的基端埋入接地電極27,在此狀態(tài)下沿其接合面外緣 部用激光束進(jìn)行點(diǎn)焊。由此，形成貴金屬材料與Ni合金熔融而 成的熔融部34,將接地電極27與貴金屬電極頭32接合。另外， 也可以做成省去中心電極5 —側(cè)的責(zé)金屬電極頭31的結(jié)構(gòu)。在 該情況下，在貴金屬電極頭32與中心電極5的前端部之間形成 火花;汰電間隙33。
除此之外，在本實(shí)施方式中，熔融部34形成為從位于接地 電極27基端側(cè)(圖中左側(cè))的基端側(cè)熔融部A到位于接地電極 27前端側(cè)(圖中右側(cè))的前端側(cè)熔融部B其體積(熔融量)逐 漸增大。進(jìn)一步詳細(xì)而言，如圖2所示，在沿接地電極27的長 度方向、且包含貴金屬電極頭32的中心軸線Y的截面(稱為"中 心軸線截面")中，前端側(cè)熔融部B的截面積成為基端側(cè)熔融部 A的截面積的l.l倍~ 1.3倍(例如1.2倍)。而且，上述基端側(cè)熔 融部A的截面積與上述前端側(cè)熔融部B的截面積的合計(jì)截面積 為4.0mm2以上(例如5.0mm2)。
而且，如圖3所示，上述基端側(cè)熔融部A分為貴金屬側(cè)熔融 部Cl和接地電極側(cè)熔融部Dl,該貴金屬側(cè)熔融部Cl是在熔融
的貴金屬電極頭32的矩形的第l假想外形線Nl所劃分出的區(qū)域 中的上述貴金屬電極頭3 2 —側(cè)的熔融部，該接地電極側(cè)熔融部 Dl是上述第l假想外形線N1所劃分出的區(qū)域中的上述接地電 極27—側(cè)的區(qū)域中的、且在熔融部34形成前的上述接地電極27 的第2假想外形線N2所劃分出的上述接地電極27—側(cè)的熔融 部，上述前端側(cè)熔融部B分為貴金屬側(cè)熔融部C2和接地電極側(cè)
熔融部D2，該貴金屬側(cè)熔融部C2是在熔融部34形成前(貴金 屬電極頭32的端部埋入接地電極27的狀態(tài))的貴金屬電極頭32 的矩形的第l假想外形線N1所劃分出的區(qū)域中的上述貴金屬電 極頭32—側(cè)的熔融部，該接地電極側(cè)熔融部D2是上述第l假想 外形線N1所劃分出的區(qū)域中的上述接地電極27—側(cè)的區(qū)域中 的、且在熔融部34形成前的上述接地電極27的第2假想外形線 N2所劃分出的上述接地電極27—側(cè)的熔融部。另外，貴金屬側(cè) 熔融部C1、 C2是標(biāo)注右上斜線圖示的，接地電極側(cè)熔融部D1、 D2是標(biāo)注右下斜線圖示的。
除此之外，在上述中心軸線截面中，接地電極側(cè)熔融部D1 的截面積是貴金屬側(cè)熔融部C1截面積的l.O倍~ 2.0倍(例如1.5 倍)，并且地電極側(cè)熔融部D 2的截面積是貴金屬側(cè)熔融部C 2 截面積的l.O倍~ 2.0倍(例如1.74咅)。
接著，對上述那樣構(gòu)成的火花塞l的制造方法進(jìn)行說明。 首先，預(yù)先加工出金屬殼體3。即，通過冷鍛造加工將圓柱狀 的金屬坯料(例如稱為S17C和S25C的鐵系坯料、不銹鋼坯料) 形成貫通孔，制造出大致外形。其后，通過實(shí)施切削加工來修 整外形，得到金屬殼體中間體。
接著，在金屬殼體中間體的前端面電阻焊接由Ni合金(例 如鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金系合金等)構(gòu)成的接地電極27。在進(jìn)行 該焊接時(shí)產(chǎn)生所謂的"隆起部"，因此，在除去該"隆起部"后， 通過輥軋?jiān)诮饘贇んw中間體的規(guī)定部位形成螺紋部15。由此， 得到焊接了接地電極27的金屬殼體3。另外，也可以在將后述 的貴金屬電極頭32設(shè)于接地電極27上后，將接地電極27焊接到 金屬殼體中間體上。對焊接有接地電極27的金屬殼體3實(shí)施鍍 鋅或鍍鎳。另外，為了提高耐腐蝕性，也可以在該金屬殼體3 的表面上進(jìn)一步實(shí)施鉻酸鹽處理。
另外，在接地電極27的前端部分接合有上述貴金屬電極頭
32。進(jìn)一步詳細(xì)而言，首先通過電阻焊接以將貴金屬電極頭32 的基端埋入接地電極27的狀態(tài)將該貴金屬電極頭32臨時(shí)固定 于接地電極27的失見定部位。然后，以貴金屬電極頭32的中心軸 線Y為旋轉(zhuǎn)軸線地使貴金屬電極頭3 2相對于激光照射部件進(jìn)行 相對旋轉(zhuǎn)，同時(shí)激光束對接地電極2 7與貴金屬電極頭3 2的接合 面外緣部進(jìn)行間歇照射。進(jìn)一步詳細(xì)而言，以使激光束照射而 成的熔融點(diǎn)的中心彼此間隔大致相等的方式，照射規(guī)定次數(shù)(例 如8次)的激光束。由此，形成從貴金屬電極頭32的前端側(cè)看 去連成環(huán)狀的許多熔融點(diǎn)(熔融部34),接地電極27與貴金屬 電極頭32被接合(點(diǎn)焊法)。此外，在照射激光束時(shí)，階段性 地增減輸出能量，同時(shí)以規(guī)定角度對上述接合面外緣部照射激 光束。具體而言，對接合面外緣部中的位于接地電極27基端側(cè) 部分照射較低能量的激光束，另外對位于接地電極27前端側(cè)部 分照射較高能量的激光束。由此，使形成在接地電極27前端側(cè) 的前端側(cè)熔融部B的熔融量遠(yuǎn)大于形成在接地電極2 7基端側(cè)的 基端側(cè)熔融部A的熔融量。另外，也可以不是如上述那樣增減 輸出能量，而是通過改變激光束的焦距，從而來增減基端側(cè)熔 融部A及前端側(cè)熔融部B的熔融量。
為了使焊接更可靠，在該焊接之前去除焊接部位的鍍層， 或者在電鍍工序時(shí)在焊接預(yù)定部位實(shí)施掩蔽。此外，也可以在 后述的組合之后進(jìn)行該貴金屬電極頭32的焊接。
另一方面，與上述金屬殼體3分開地另外成形加工出絕緣 電瓷2。例如，使用以氧化鋁為主體且含有粘合劑等的原料粉 末，調(diào)制出成型用坯料造粒物，使用該成型用坯料造粒物進(jìn)行 橡膠壓制成形，從而得到筒狀的成形體。對所得到的成形體實(shí) 施磨削加工來進(jìn)行整形。然后，將整形后的成形體投入燒制爐
進(jìn)行燒制。在燒制后實(shí)施各種磨削加工，從而得到絕緣電瓷2。 此外，與上述金屬殼體3、絕緣電瓷2分開地另外制造出中
心電極5。即，對Ni合金進(jìn)行鍛造加工，為了提高散熱性而在 其中央部設(shè)置由銅合金構(gòu)成的內(nèi)層5A。然后，在其前端部通過 電阻焊接、激光焊接等接合上述貴金屬電極頭31。
然后，利用玻璃密封層8、 9來密封固定上述那樣得到的絕 緣電資2和中心電極5、電阻體7、端子電極6。作為玻璃密封層 8、 9,通常是將硼珪酸玻璃和金屬粉末混合而調(diào)制出的，將該 調(diào)制出的構(gòu)件夾著電阻體7地注入到絕緣電瓷2的軸孔4內(nèi)，然 后做成從后方按壓上述端子6的狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上，用燒制爐 將其燒制固接。另外，此時(shí)，既可以在絕緣電瓷2的后端側(cè)主 干部10表面上同時(shí)燒制釉面層，也可以在事前形成釉面層。
其后，將如上述那樣分別制作出的具有中心電極5和端子 電極6的絕緣電資2、與具有接地電極27的金屬殼體3組裝起來。 進(jìn) 一 步詳細(xì)而言，通過將形成為較薄壁厚的金屬殼體3的后端 側(cè)開口部向徑向內(nèi)側(cè)翻邊、即形成上述翻邊部20，而將絕舌彖電 瓷2與金屬殼體3固定。
然后，最后通過使接地電極27彎曲，來實(shí)施調(diào)整設(shè)于中心 電極5前端部的貴金屬電極頭31與設(shè)于接地電極27上的貴金屬 電極頭32之間的上述火花放電間隙33的加工。
經(jīng)過這樣 一 系列的工序，可制造出具有上述結(jié)構(gòu)的火花塞1。
接著，為了確認(rèn)本實(shí)施方式所起到的作用效果，進(jìn)行如下 試驗(yàn)。即，在接地電極上接合貴金屬電極頭，并對基端側(cè)熔融 部截面積(以下稱為"SA")和前端側(cè)熔融部截面積(以下稱 為"SB")的合計(jì)截面積(以下稱為"SA+SB")、 SA與SB的 截面積之比(以下稱為"SA/SB")、 前端側(cè)熔融部側(cè)的貴金屬
電極頭側(cè)熔融部的截面積(以下稱為"SC") 與前端側(cè)熔融部 側(cè)的接地電極側(cè)熔融部的截面積(以下稱為"SD")的截面積 之比(以下稱為"SD/SC")進(jìn)行各種改變來制作火花塞的樣品，
對各樣品進(jìn)行抗剝離性評價(jià)試驗(yàn)。上述SA、 SB、 SC、 SD是看 沿該接地電極的長度方向且通過貴金屬電極頭中心軸線的截面 的熔融部時(shí)的各截面積。將該試驗(yàn)的結(jié)果表示于圖4 圖9的折 線圖表和等高線圖表中。在此，該抗剝離性評價(jià)試驗(yàn)的概要如 下所示。即，將各火花塞的樣品安裝到2000cc直列6缸發(fā)動(dòng)機(jī) 上，將l分鐘的滿載狀態(tài)(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速=5000rpm )之后，將l 分鐘的空轉(zhuǎn)狀態(tài)作為一循環(huán)，測定直到出現(xiàn)貴金屬電極頭的剝 離為止的循環(huán)次數(shù)(電極頭剝離循環(huán)次數(shù))。此外，在該試驗(yàn)中， 將電極頭剝離循環(huán)次數(shù)為IOOO循環(huán)以上的情況判斷為具有充 分的抗剝離性能。
另外，在圖4、圖5中分別表示出SA十SB為3mm2時(shí)的折線 圖表和等高線圖表，在圖6、圖7中分別表示出8八+SB為4mm2 時(shí)的折線圖表和等高線圖表，在圖8、圖9中分別表示出8八+ SB為6mrr^時(shí)的折線圖表和等高線圖表。
在各折線圖表(圖4、 6、 8)中，縱軸表示電極頭剝離循 環(huán)次數(shù)、橫軸表示SD/SC ，對于"1.0"的樣品用黑圓表示SB/SA， 對于"1.1"的樣品用黑三角形表示SB/SA,對于"1.2"的樣 品用黑菱形表示SB/SA，對于"1.3"的樣品用黑正方形表示 SB/SA,對于"1.4"的樣品用x記號表示SB/SA,以此來進(jìn)行 標(biāo)繪。除此之外，用粗線表示作為具有充分的抗剝離性能的火 花塞而可評價(jià)的極限值(剝離極限)、即10000次循環(huán)。
而且，在各等高線圖表(圖5、 7、 9)中，縱軸表示SB/SA, 橫軸表示SD/SC,用空心表示電極頭剝離循環(huán)次數(shù)為IOOOO次 循環(huán)以上的區(qū)域。在此，在電極頭剝離循環(huán)次數(shù)為13000次循
環(huán)以上的情況下，確認(rèn)是具有極其優(yōu)良的抗剝離性能，因此， 特別用虛線表示區(qū)域內(nèi)的交叉線。與此相反，在電極頭剝離循 環(huán)次數(shù)為小于IOOOO次循環(huán)的情況下，抗剝離性能不充分，用散點(diǎn)狀表示該區(qū)域內(nèi)。在該情況下，點(diǎn)的密度越大(濃度越濃), 則表示抗剝離性能越不充分。
如圖4~圖9所示，確認(rèn)到在不考慮SA+SB的值的情況下， 與使SB/SA為"1.0"或"1.4"的情況相比，通過使SB/SA為 "1.1 ~ 1.3"增加了電極頭剝離循環(huán)次數(shù)。認(rèn)為這是由于由 于前端側(cè)熔融部與貴金屬電極頭的交界面積、及前端側(cè)熔融部 與接地電極的交界面積進(jìn)一步增大，因此，自熔融部、接地電 極中位于接地電才及前端側(cè)部分向貴金屬電才及頭施加的熱應(yīng)力#皮 緩和，進(jìn)而保持了自接地電極前端側(cè)施加的熱應(yīng)力與自接地電 才及基端側(cè)施加的熱應(yīng)力的平衡。
而且，還明確了通過使SD/SC為"1.0 2.0"而進(jìn)一步 增加了電極頭剝離循環(huán)次數(shù)。認(rèn)為這是由于由于不會(huì)出現(xiàn)使 熔融部的線膨脹系數(shù)僅與貴金屬材料或金屬材料中任一方的線 膨脹系數(shù)過于接近，因此，可抑制在熔融部與貴金屬電極頭的 交界部分或熔融部與接地電極的交界部分處的剪切力的增大， 進(jìn)而可抑制在各交界處發(fā)生氧化皮、裂紋等。
另一方面，如圖4、圖5所示，在使SA+SB為3mm2的情況 下，通過使SB/SA為"1.1 ~ 1.3"、或使SD/SC為"1.0 2.0"， 確實(shí)提高了抗剝離性，但不認(rèn)為是具有充分的抗剝離性能。認(rèn) 為這是由于熔融部的熔融量過少，所以焊接強(qiáng)度不充分。
與此相反，如圖6、圖7所示，確認(rèn)到在使SA+SB為4mm2 的情況下，通過使SB/SA為"1.1 1.3"、且使SD/SC為"1.0~ 2.0"(圖7的粗線所包圍的區(qū)域內(nèi))，電極頭剝離循環(huán)次數(shù)超過 了 1000()次循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)充分的抗剝離性能。
而且，如圖8、圖9所示，確認(rèn)到在使SA+SB為6mm2的 情況下，在使SB/SA為"1.1 ~ 1.3"、且使SD/SC為"1.0-2.0" (圖9的粗線所包圍的區(qū)域內(nèi))時(shí)，電極頭剝離循環(huán)次數(shù)超過 了 13000次循環(huán)的部分占據(jù)了該區(qū)域的大部分，可實(shí)現(xiàn)非常優(yōu) 良的抗剝離性能。
如上所述，可以說通過使SA+SB為4mn^以上，且使 SB/SA為"1.1 ~ 1.3"、使SD/SC為"1.0 ~ 2.0",可充分提高 貴金屬電極頭的抗剝離性。
第2實(shí)施方式
接著，參照圖11~圖16對第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外， 在本實(shí)施方式中，特別是熔融部34的結(jié)構(gòu)以及接地電極27和貴 金屬電極頭32的接合方法與上述第l實(shí)施方式不同，因此，在 以下的說明中以這些為中心進(jìn)行說明。另外，在本實(shí)施方式中， 也是與上述第l實(shí)施方式相同，在上述中心軸線截面中，形成 為前端側(cè)熔融部B的截面積為基端側(cè)熔融部A的截面積的1.1 倍~ 1.3倍，并且基端側(cè)熔融部A的截面積與前端側(cè)熔融部B的 截面積的合計(jì)截面積為4.0mn^以上。此外，在上述中心軸線截 面中，使接地電極側(cè)熔融部D1、 D2的截面積為貴金屬電極頭 側(cè)熔融部C1、 C2的截面積的l.O倍~ 2.0倍。
下面，對本第2實(shí)施方式中特有的熔融部34的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說 明。如圖11所示，在本實(shí)施方式中，熔融部34的位于貴金屬電 極頭32前端側(cè)的端緣形成為自位于接地電極27基端側(cè)部分向 位于前端側(cè)部分逐漸接近貴金屬電極頭32前端。即，如圖12所 示，形成為前端側(cè)熔融部B比基端側(cè)熔融部A更接近貴金屬電極 頭32前端的狀態(tài)。進(jìn)一步詳細(xì)而言，將上述中心軸線截面中的 自上述貴金屬電極頭32前端到基端側(cè)熔融部A的最短距離設(shè)為 E ( mm),將自上述貴金屬電極頭32前端到前端側(cè)熔融部B的
最短距離設(shè)為F(mm)時(shí)，滿足1.05^E/F^1.25地形成熔融部 34。而且，在本實(shí)施方式中，還滿足0.3mm^E^0.5mm地形成
熔融部34。
此外，如該圖12所示，貴金屬電才及頭32以其前端面32f與 接地電極27的中心電極5—側(cè)的端面27b平行的方式接合于該 接地電極27上。即，貴金屬電極頭32的前端面32f中的位于接 地電極27前端側(cè)的前端側(cè)端部32fl同上述端面27b之間的沿貴 金屬電極頭32中心軸線Y的距離(前端側(cè)突出長度)L1、與上 述貴金屬電極頭3 2的前端面3 2 f中的位于接地電極2 7基端側(cè)的
電極頭32中心軸線Y的距離(基端側(cè)突出長度)L2相等。
除此之外，上述貴金屬電極頭32以其前端面32f從上述接 地電才及27的端面27b沿上述中心軸線Y突出0.8mm的方式4妾合 于4妻地電極27上。
接著，對接地電極27和貴金屬電極頭32的接合方法進(jìn)行說 明。首先通過電阻焊接以將貴金屬電極頭32的基端埋入接地電 極27的狀態(tài)將該貴金屬電極頭32臨時(shí)固定于接地電極27的規(guī) 定部位。然后，如圖13和圖14所示，以貴金屬電極頭32的中心 軸線Y與包含接地電極27—側(cè)面的平面的交點(diǎn)BP為基點(diǎn)，以將 該中心軸線Y向接地電極27基端側(cè)傾斜身見定角度而成的軸線 A R為旋轉(zhuǎn)軸線地使接地電極2 7和貴金屬電極頭3 2進(jìn)行相對旋 轉(zhuǎn)，同時(shí)對接地電極2 7與貴金屬電極頭3 2的接合面外緣部間歇 照射固定了照射方向的激光束(LB )。由此，在位于接地電極 2 7前端側(cè)部分處，在與貴金屬電極頭3 2前端較接近的位置照射 有激光束(LB),而在位于接地電極27基端側(cè)部分處，在與貴 金屬電極頭32前端離開較遠(yuǎn)的位置照射有激光束(LB )。由此， 形成前端側(cè)熔融部B更接近貴金屬電極頭3 2前端的狀態(tài)，基端
側(cè)熔融部A形成在距離貴金屬電極頭3 2前端較遠(yuǎn)的位置。
以上，通過使用上述制造方法，不會(huì)招致裝置的復(fù)雜化、
生產(chǎn)效率的降低，能夠以熔融部34的位于貴金屬電極頭32前端 側(cè)的端纟彖自位于"l妾地電才及27基端側(cè)部分向4立于前端側(cè)部分逐 漸與貴金屬電極頭32前端接近的方式形成熔融部34。
接著，如圖15所示，為了確認(rèn)本實(shí)施方式所起到的作用效 果，對接地電極一側(cè)的貴金屬電極頭前端同基端側(cè)熔融部之間 的最短距離"SE"與該貴金屬電極頭前端同前端側(cè)熔融部之間 的最短距離"SF，，之比("SE/SF")、和上述最短距離"SE，， 進(jìn)行了各種改變而制作出火花塞的樣品，對各樣品進(jìn)行了耐久 性評價(jià)試驗(yàn)。耐久性評價(jià)試驗(yàn)的概要如下所示。即，將各樣品 安裝到2000cc直列6缸發(fā)動(dòng)機(jī)上，使發(fā)動(dòng)機(jī)在滿載狀態(tài)(發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速- 5000rpm)下持續(xù)工作100小時(shí)。其后，對中心電極 一側(cè)的貴金屬電極頭和接地電極一側(cè)的貴金屬電極頭測定位于 接地電極基端側(cè)部分彼此之間距離"G1"和位于接地電極前端 側(cè)部分彼此之間距離"G2"，并算出二者之差的絕對值(IG1 -G21 )。圖16示出表示SE/SF與IG1 - G2l之間關(guān)系的圖表。 另外，在該圖16中，用空心的菱形標(biāo)繪SE為0.3mm時(shí)的試驗(yàn)結(jié) 果，用空心的三角標(biāo)繪SE為0.4mm時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，用空心的圓 形標(biāo)繪SE為0.5mm時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，用x記號標(biāo)繪SE為0.6mm 時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。此外，貴金屬電極頭由Pt- 20Ir - 5Rh合金形 成，接地電極由Incone1601 (注冊商標(biāo))形成。
如圖16所示，可知對于4吏SE為0.3mm以上0.5mm以下、 且使SE/SF為1.05以上1.25以下的樣品，I Gl - G2I為0.05mm 以下，可有效抑制貴金屬電極頭的偏損耗。認(rèn)為這是由于通 過使SE/SF為1.05以上1.25以下，接地電極一側(cè)的貴金屬電極 頭中的位于接地電極前端側(cè)部分的表面積小于位于接地電極基
端側(cè)部分的表面積，因此，可降低位于更容易產(chǎn)生高溫的接地 電極前端側(cè)部分的受熱量，進(jìn)而可降^f氐位于"l妻地電才及前端側(cè)部 分與位于接地電極基端側(cè)部分的溫度差。
另一方面，明確了對于SE/SF小于1.05的樣品及SE/SF 大于1.25的樣品，IG1 - G2I大于0.05mm，貴金屬電極頭出現(xiàn) 偏損耗。認(rèn)為這是由于如下理由導(dǎo)致的。即，在使SE/SF小于 1.05的情況下，貴金屬電極頭中的位于接地電極前端側(cè)部分處 的受熱量未充分降低，因此，該部位容易進(jìn)行損耗。另一方面， 在使SE/SF大于1.25的情況下，由于貴金屬電極頭中的位于接 地電極前端側(cè)部分處的受熱量被極度降低，因此，導(dǎo)致在位于 接地電極基端側(cè)部分處容易進(jìn)行損耗。
此外，對于使SE為0.6mm的樣品，明確了無論SE/SF的 值如何，IG1 - G2l都大于0.05mm，貴金屬電極頭出現(xiàn)偏損耗。 認(rèn)為這是由于接地電極一側(cè)的貴金屬電極頭自接地電極進(jìn)一 步突出，因此，貴金屬電極頭的受熱量增大，進(jìn)而貴金屬電極 頭中的位于接地電極前端側(cè)部分與位于基端側(cè)部分的溫度差的 平衡被打破。
另外，不限于上述實(shí)施方式的記載內(nèi)容，也可以例如如下 述這樣實(shí)施。當(dāng)然，在下面未例示的其他應(yīng)用例、變形例也是 可行的。
(a)在上述實(shí)施方式中，基端側(cè)熔融部A和前端側(cè)熔融部 B沒有超出貴金屬電極頭32的中心軸線Y地形成，但也可以是基 端側(cè)熔融部A和前端側(cè)熔融部B中的至少 一 方超出上述中心軸 線Y地形成。此時(shí)，如圖10(a)所示，基端側(cè)熔融部A和前端 側(cè)熔融部B相互重復(fù)，但在該情況下，優(yōu)選是如下這樣來確定 基端側(cè)熔融部A的截面積和前端側(cè)熔融部B的截面積。即，如圖 10(b)所示，在上述中心軸線截面中，用假想直線S將形成基
端側(cè)熔融部A外形的外形線H 1與形成前端側(cè)熔融部B外形的外
形線H2的兩交點(diǎn)K1、 K2連接起來。然后，如圖10(c)所示， 將被分向基端側(cè)熔融部A —側(cè)的熔融部分A1確定為"基端側(cè)熔 融部A",將 一皮分向前端側(cè)熔融部B —側(cè)的熔融部分B1確定為 "前端側(cè)熔融部B"。
(b) 在上述實(shí)施方式中，使基端側(cè)熔融部A中的接地電極 側(cè)熔融部D1的截面積為貴金屬電極頭側(cè)熔融部C1的截面積的 1.0~ 2.0倍，并使前端側(cè)熔融部B中的接地電極側(cè)熔融部D2的 截面積為貴金屬電極頭側(cè)熔融部C2的截面積的1.0 ~ 2.0倍。對 此，可以使基端側(cè)熔融部A和前端側(cè)熔融部B中任 一 熔融部的接 地電極側(cè)熔融部D1 (D2)的截面積為貴金屬電極頭側(cè)熔融部 CI ( C2)的截面積的1.0 2.0倍。
(c) 在上述實(shí)施方式中沒有特別提及，但鑒于近來對火花 塞的小型化的要求，可以使用前端部分的截面積較小(例如為 2.0mn^以上3.5mn^以下)的接地電極作為接地電極27。在這 樣截面積較小的情況下，接地電極27的散熱性能會(huì)降低，因此， 接地電極27容易產(chǎn)生更高溫，進(jìn)而有可能出現(xiàn)施加于貴金屬電 極頭32上的熱應(yīng)力的平衡容易進(jìn)一步破壞。在這點(diǎn)上，通過采 用上述技術(shù)方案，可穩(wěn)定抑制熱應(yīng)力的平衡的破壞。即，在接 地電極27容易產(chǎn)生更高溫的條件下，更有效地發(fā)揮出利用上述 技術(shù)方案帶來的作用效果。
(d) 在上述實(shí)施方式中，貴金屬電極頭32由Pt- 20Ir-5Rh合金形成，但也可以由其他貴金屬、貴金屬合金來形成貴 金屬電極頭32。因此，可以例如由Pt-20Rh合金形成貴金屬 電極頭32。
但是，通過改變貴金屬電極頭32的組成，可使熔融部34的 熱導(dǎo)率發(fā)生變化。因此，在改變了貴金屬電極頭32的組成的情
況下，為了確認(rèn)是否發(fā)揮出上述實(shí)施方式的作用效果，具有由
Pt - 20Rh合金形成的貴金屬電極頭，并對接地電極一側(cè)的貴金 屬電極頭前端同基端側(cè)熔融部之間的最短距離"SE"與該貴金 屬電極頭前端同前端側(cè)熔融部之間的最短距離"SF，，之比 ("SE/SF")、和上述最短距離"SE，，進(jìn)行了各種改變而制作 出火花塞的樣品，對各樣品進(jìn)行了上述耐久性評價(jià)試驗(yàn)。圖17 中表示該評價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果。另外，Pt - 20Rh合金的熱導(dǎo)率約為 0.372W/cm . K。此外，接地電極由Inconel601 (注冊商標(biāo)) 形成。
如圖17所示，關(guān)于由Pt- 20Rh合金形成的貴金屬電極頭， 也與上述實(shí)施方式同樣，明確了對于〗吏SE為0.3mm以上 0.5mm以下、且使SE/SF為1.05以上1.25以下的樣品，IG1-G2l為0.05mm以下，可有效抑制貴金屬電極頭的偏損耗。即， 認(rèn)為通過用熱導(dǎo)率大于形成接地電極的金屬材料的熱導(dǎo)率的貴 金屬材料來形成貴金屬電極頭，可起到上述實(shí)施方式的作用效 果。因此，只要滿足這樣的關(guān)系，不限于以上述Pt為主要成分， 即使是例如由以I r為主要成分的合金形成的貴金屬電極頭，也 可起到同樣的作用效果。
(e) 在上述實(shí)施方式中，接地電極由Incone1601 (注冊 商標(biāo))形成，但構(gòu)成接地電極27的金屬材料不限于此。另外， 從有效抑制貴金屬電極頭32的偏損耗的方面考慮，優(yōu)選是用熱 導(dǎo)率小于形成貴金屬電極頭32的貴金屬材料的熱導(dǎo)率的金屬 材料來形成接地電極27 。因此，也可以用例如熱導(dǎo)率約為 0.149W/cm . K這樣較小熱導(dǎo)率的金屬材料、即Ni - 15.5Cr-8Fe合金[Incone1600 (注冊商標(biāo))]來形成接地電極27。
(f) 在上述第2實(shí)施方式中，以接地電極27的端面27b與 貴金屬電極頭32的前端面32f平行的方式將貴金屬電極頭32接
合于接地電極27上，前端側(cè)突出長度L1和基端側(cè)突出長度L2 相同，但貴金屬電極頭32只要是以上述端面27b與前端面32f 大致平行的狀態(tài)接合于接地電極27上即可。因此，可以是使上 述前端側(cè)突出長度L1和基端側(cè)突出長度L2之差在規(guī)定范圍(例 如0.05mm )以內(nèi)地將貴金屬電極頭32接合于接地電極27上。
(g) 在上述實(shí)施方式中，舉出具體例子來說明在金屬殼 體3的前端部26接合有接地電極27的情況，但也可適用于切削 金屬殼體的一部分(或預(yù)先焊接在金屬殼體上的前端殼體的一 部分)而形成接地電極的情況(例如參照日本特開2006 -236906號乂>才艮等)。
(h) 在上述實(shí)施方式中，工具卡合部19為截面六角形狀， 但關(guān)于工具卡合部19的形狀并不限定于這樣的形狀。例如也可 以做成Bi- HEX (變形12角)形狀[IS022977: 2005 ( E)] 等。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)用火花塞，包括具有沿筒狀絕緣體的軸線方向延伸的軸孔的筒狀絕緣體、前端面設(shè)在上述軸孔中的中心電極、設(shè)于上述絕緣體外周上的筒狀金屬殼體、和接地電極，該接地電極具有設(shè)在上述金屬殼體的前端部上的基端和包括貴金屬的貴金屬電極頭，該貴金屬電極頭的基端接合到上述接地電極的前端側(cè)面，以使得該貴金屬電極頭的前端面與上述中心電極的前端面相對，其特征在于，上述貴金屬電極頭被接合到上述接地電極，使得上述貴金屬電極頭的一部分和上述接地電極的一部分熔融在一起的熔融接合部形成在上述貴金屬電極頭和上述接地電極之間的交界處，在看沿上述接地電極的長度方向且包含上述貴金屬電極頭的中心軸線的截面時(shí)，使位于上述接地電極的基端側(cè)的基端側(cè)熔融接合部(A)的截面積與位于上述接地電極的前端側(cè)的前端側(cè)熔融接合部(B)的截面積的合計(jì)截面積為4mm2以上，并使上述前端側(cè)熔融接合部(B)的截面積為上述基端側(cè)熔融接合部(A)的截面積的1.1倍～1.3倍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于， 上述貴金屬電極頭自身的基端被埋入上述接地電極中， 上述基端側(cè)熔融接合部(A)和上述前端側(cè)熔融接合部(B )中的每一方均被分為貴金屬電極頭側(cè)熔融接合部(C)和接地 電極側(cè)熔融接合部(D),該貴金屬電極頭側(cè)熔融接合部(C) 位于上述熔融接合部形成前的上述貴金屬電極頭的矩形的第1 假想外形線所劃分出的貴金屬電極頭側(cè)區(qū)域內(nèi)，該接地電極側(cè) 熔融接合部(D)位于上述熔融接合部形成前的上述接地電極 的第2假想外形線所劃分出的區(qū)域內(nèi)、且位于由上述第l假想外 形線所劃分出的區(qū)域外，在上述基端側(cè)熔融接合部(A)和上述前端側(cè)熔融接合部 (B)中的至少一方熔融接合部中，使在沿上述接地電極的長 度方向且包含上述貴金屬電極頭的中心軸線的截面中的、上述 接地電極側(cè)熔融接合部(D)的截面積為上述貴金屬電極頭側(cè) 熔融接合部(C)的截面積的l.O倍~ 2.0倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，中心軸線的截面中，將自上述貴金屬電極頭的前端到上述基端 側(cè)熔融接合部(A)的最短距離設(shè)為(E) ( mm),將自上述貴 金屬電極頭的前端到前端側(cè)熔融接合部(B)的最短距離設(shè)為 (F ) ( mm )時(shí)，滿足下式(1 )和式(2 ),1U/F^1.25…(1 )0.3mm^E￡0.5mm... (2)。
4. 一種內(nèi)燃機(jī)用火花塞的制造方法，該火花塞包括具有 沿筒狀絕緣體的軸線方向延伸的軸孔的筒狀絕緣體、前端面設(shè) 在上述軸孔中的中心電極、設(shè)于上述絕緣體外周上的筒狀金屬 殼體、和接地電極，該接地電極具有設(shè)在上述金屬殼體的前端 部上的基端和包括貴金屬的貴金屬電極頭，該貴金屬電極頭的 基端接合到上述接地電極的前端側(cè)面，以使得該貴金屬電極頭 的前端面與上述中心電極的前端面相對，其中，上述貴金屬電 極頭被接合到上述接地電極，使得上述貴金屬電極頭的 一 部分 和上述接地電極的 一部分熔融在一起的熔融接合部形成在上述 貴金屬電極頭和上述接地電極之間的交界處，該制造方法包括 接合工序，在該接合工序中，通過對上述接地電極和上述貴金 屬電極頭的初步接合面的外緣部照射激光束來形成上述熔融接 合部，將上述貴金屬電極頭接合到上述接地電極上，在上述接合工序中，照射激光束，使得對位于上述接地電極的前端側(cè)的^t照射部分的熔融能量大于對位于上述接地電極的基端側(cè)的纟皮照射部分的熔融能量。
5 .根據(jù)權(quán)利要求4所述的火花塞的制造方法，其特征在于， 照射激光束，使得熔融能量從位于上述接地電極的基端側(cè)的被照射部分向位于上述接地電極的前端側(cè)的被照射部分增大。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的火花塞的制造方法，其特征在于，在上述接合工序中，在固定了激光束的照射方向的基礎(chǔ)上， 通過使上述貴金屬電極頭和上述接地電極繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)來形 成上述熔融接合部，上述旋轉(zhuǎn)軸線繞基點(diǎn)從上述貴金屬電極頭 的中心軸線向上述接地電極的基端側(cè)傾斜，其中，上述貴金屬 電極頭的中心軸線與包含上述接地電極的側(cè)面的平面的交點(diǎn)被 設(shè)定為上述基點(diǎn)。
7. —種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞的制造 方法，其特征在于，該制造方法包括接合工序，在該接合工序中，通過對上述 接地電極和上述貴金屬電極頭的初步接合面的外緣部照射激光 束來形成上述熔融接合部，使得上述貴金屬電極頭接合到上述 4妻地電才及上，在上述接合工序中，照射激光束，使得對位于上述接地電 極的前端側(cè)的被照射部分的熔融能量大于對位于上述接地電極 的基端側(cè)的被照射部分的熔融能量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)用火花塞及火花塞的制造方法，抑制了因熱應(yīng)力的差異而引起的貴金屬電極頭的剝離、進(jìn)而謀求火花塞的長壽命化。火花塞具有接地電極，在接地電極的前端部分接合有貴金屬電極頭。接地電極和貴金屬電極頭通過金屬材料和貴金屬材料熔融而形成的熔融部而接合。熔融部包括形成于接地電極基端側(cè)的基端側(cè)熔融部(A)和形成于接地電極前端側(cè)的前端側(cè)熔融部(B)。在看沿接地電極的長度方向且包含貴金屬電極頭的中心軸線的截面的熔融部時(shí)，使基端側(cè)熔融部(A)的截面積與前端側(cè)熔融部(B)的截面積的合計(jì)截面積為4mm²以上，并使前端側(cè)熔融部(B)的截面積為基端側(cè)熔融部(A)的截面積的1.1倍～1.3倍。
文檔編號H01T13/39GK101359811SQ20081013541
公開日2009年2月4日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者龜田裕之 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社