專利名稱：內燃機用火花塞及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種內燃機用火花塞及其制造方法。
背景技術：
一種用于如汽車發(fā)動機等內燃機的火花塞包括中心電極， 其沿軸線方向延伸；絕緣體，其布置在中心電極的徑向外側； 筒狀金屬殼，其布置在絕緣體的徑向外側；以及接地電極，其 具有接合到金屬殼的前端面的基端部。接地電極具有大致矩形 形狀的截面，接地電極的遠端部的內表面^皮彎曲成面對中心電 極的前端部。結果，在中心電極的前端部和接地電極的遠端部 之間限定火花ii電間隙。
近年來，含有貴金屬合金的電極頭(tip)(貴金屬電極頭)被 分別接合到中心電極的前端部和接地電極的遠端部，用于提高 耐火花磨損性。另外，為了提高可點燃性或火花傳播 (propagation)能力，將棱柱狀貴金屬電極頭焊接到接地電極以 使該貴金屬電極頭從接地電極的位于軸線側的遠端面朝向軸線 突出，沿與軸線方向垂直的方向在貴金屬電極頭和中心電極的 前端部的外周(中心電極用貴金屬電極頭的外周)之間進行火花 放電(例如參見JP-A-61-45583)。
通常如下制造這種火花塞將接地電極用貴金屬電極頭焊 接到直纟奉狀接地電極的前端部的預定部分，其后彎曲接地電極。
然而，如上所述，在沿與軸線方向垂直的方向進行火花放 電的火花塞中，接地電極的彎曲部變得緊密(tighten)。具體地， 為了沿軸線方向進行火花放電，接地電極形成為使得接地電極 的遠端部到達軸線，并且接地電極能夠一皮容易地彎曲。換句話說，使接地電極的遠端部變直不是太難。另一方面，為了沿與 軸線方向垂直的方向進行火花》文電，不允許^妄地電極的遠端面 到達軸線。因此，仍然保留接地電極的遠端部處的彎曲形狀(即 難以使遠端部變直)，或者將殘留由彎曲引起的應力。如果在接 地電極的遠端部處殘留殘余應力的狀態(tài)下使用火花塞，由于重 復冷熱循環(huán)導致施加到貴金屬電極頭和接地電極之間的焊接部 的應力可能增加，這可使貴金屬電極頭的耐剝離性劣化。
特別地，近年來，存在對更小直徑的火花塞的需求，且金 屬殼的直徑也更小，這可能顯著地引起上述問題。另外，當金 屬殼的直徑小時，不僅在沿與軸線方向垂直的方向進行火花放 電的類型的火花塞中發(fā)現上述問題，而且在沿軸線方向進行火 花放電的類型的火花塞中也發(fā)現上述問題。
另 一 方面，通過增大接地電極的彎曲部的曲率(減小曲率半 徑)，在一定程度上解決了上述問題。然而，在該情況下，不能 確保彎曲部的強度，并且可能發(fā)生如彎曲部的折損等其它問題。

發(fā)明內容
考慮到上述情況完成了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種 內燃機用火花塞及其制造方法，該火花塞能夠防止由于由接地 電極的彎曲產生的殘余應力導致的接地電極的耐剝離性等的劣化。
下面對被分類成適于解決上述問題的每一 方面進行說明。 如果需要，增加對應的方面特有的作用和效果。
在第一方面中，本發(fā)明提供一種內燃機用火花塞，所述火
花塞包括棒狀的中心電極，其沿軸線方向延伸；大致筒狀的 絕緣體，其設置在所述中心電極的外周；筒狀的金屬殼，其設 置在所述絕緣體的外周；接地電極，其具有接合到所述金屬殼
9的前端部的基端和朝向所述軸線彎曲的遠端，所述接地電極包 括厚部，其設置在基端側，薄部，其設置在遠端側，以及臺
階部，其設置在所述厚部和所述薄部之間的內周面上；第一貴 金屬電極頭，其被接合到所述薄部的內周面并且被部分埋設在 所述薄部的內周面中，所述第一貴金屬電極頭被布置成在所述 第 一 貴金屬電極頭和所述中心電極的前端部之間形成間隙。
根據第一方面，通過在其遠端朝向軸線彎曲來布置接地電 極。因此，在4妄地電極的遠端部，特別是遠離接地電極的沿厚 度方向的中心(線)的位置，可能殘留由彎曲產生的殘余應力(例 如，壓縮應力)。
這樣，在第一方面中，接地電極包括設置在基端側的厚部、 設置在遠端側的薄部以及設置在厚部和薄部之間的內周面上的 臺階部。然后，將第一貴金屬電極頭接合到薄部的內周面并且 部分埋設在薄部的內周面中。因此，與未設置臺階部和薄部的 情況相比，可以使第 一 貴金屬電極頭的接合面更靠近接地電極 的沿厚度方向的中心。換句話說，第一貴金屬電極頭的接合部 可以被定位在由彎曲產生的殘余應力比較小的部分。因此，即 使當長時間使用火花塞時，也能夠防止由于殘余應力導致的耐 剝離性的劣化。如果薄部過長，則通過設置厚部和薄部而獲得 的優(yōu)勢可能減少。這樣，從接地電極遠端到臺階部的長度(薄部 的長度)優(yōu)選為1.2(mm)以下。
另外，近年來，要求火花塞的直徑更小，且金屬殼的直徑 趨于更小。這樣，在下面的第二方面中，更有效地荻得上述作 用和效果。
在第二方面中，本發(fā)明提供根據第一方面的火花塞，其中， 滿足關系B/A^2.5,其中，當從所述接地電極的側面觀察時， A(mm)是所述接地電極的所述厚部的厚度，以及B(mm)是所述接地電才及的內周面的基端和所述4妄地電才及的遠端面之間的沿水 平方向的距離。
從而，在第二方面中，滿足B/A^2.5， -使得4妻地電極緊密地 彎曲，其中，A(mm)是接地電極的厚部的厚度，B(mm)是接地 電極的內周面的基端和接地電極的遠端面之間的沿水平方向 (與軸線方向垂直的方向)的距離。在該情況下，在遠離"l妻地電 極的沿厚度方向的中心(線)的位置，可能殘留由彎曲產生的較 大的殘余應力。
這樣，如上所述，將第一貴金屬電極頭接合到薄部的內周 面并且部分埋設在薄部的內周面中，使得貴金屬電極頭的接合 面更靠近接地電極的沿厚度方向的中心。結果，即使當長時間 使用火花塞時，也能夠防止由于殘余應力導致的耐剝離性的劣化。
從將接地電極用第 一貴金屬電極頭的接合部定位在由彎曲 產生的殘余應力較小的部分的方面考慮，優(yōu)選下面的第三方面。
在第三方面中，本發(fā)明提供根據第一或第二方面的火花塞， 其中，滿足關系-0.750:'長度L2，，-"長度L1，^0.250,其中，當從 所述接地電極的側面觀察時，A(mm)是所述接地電極的所述厚 部的厚度；Ll是作為從所述接地電極的外周線向內周側移位 [A/2]的曲線的中心線；第 一 點"a"是所述中心線L1與所述接地 電極的遠端面的交點；第二點"b"是所述中心線L1與包括所述金 屬殼的前端面的平面的交點；"長度Ll"(inm)是所述中心線Ll 的所述第 一 點"a，，和所述第二點"b"之間的長度；C(mm)是所述 遠端面的厚度；第一曲線L2是從所述中心線L1向內周側移位 [C-A/2]的曲線；第三點"c，，是所述第 一 曲線L2與所述遠端面的 交點；第四點"d"是所述第一曲線L2與包括所述金屬殼的所述前 端面的平面的交點；以及"長度L2"(mm)是所述第 一 曲線L2的所述第三點"C，，和所述第四點"d，，之間的長度。
順^f更提及，在第三方面中說明"從所述中心線L1向內周側
移位[C-A/2]的曲線"。當[C-A/2]為負值時，即當C〈A/2時，第 一曲線L2被定位成比中心線L1更靠近外周側。在該情況下，"長 度L2"-"長度L1"為正值。
根據第三方面，中心線L1和第 一曲線L2可4皮此比較接近 (當然，可以彼此重疊)。換句話說，接合第一貴金屬電極頭的 平坦面被定位在由彎曲產生的殘余應力較小的部分，從而能夠 更可靠地獲得第一方面的作用和效果。
在第四方面中，本發(fā)明提供根據第三方面的火花塞，其中， 所述第一貴金屬電極頭從所述接地電極的所述遠端面突出，以 及滿足以下關系0.1^E^0.5;以及("長度L3"-"長 度L2")/DS0.30，其中，當從所述接地電極的側面觀察時，第五 點"e，，是所述第 一貴金屬電極頭的位于所述第 一貴金屬電極頭 的突出端面的相對側的基端面與所述薄部的內周面的交點；第 二曲線L3是從所述中心線Ll移位且穿過所述第五點"e"的曲 線；第六點"f ，是所述第二曲線L 3與所述接地電極的所述遠端面 的交點；第七點"g"是所述第二曲線L3與包括所述金屬殼的所述
前端面的平面的交點；"長度L3"(mm)是所述第二曲線L3的所述 第六點"f ，和所述第七點"g"之間的長度；D(mm)是所述遠端面 和所述第五點"e，，之間的距離；以及E(mm)是所述第一貴金屬電 極頭相對所述薄部的內周面的埋設量。
根據第四方面，貴金屬電極頭從接地電極的(軸線側的)遠
端面突出。在該情況下，當在中心電極和貴金屬電極頭的沿突 出方向的突出端部之間進行火花放電時，能夠提高可點燃性或 火花傳播能力以及耐火花消耗性。
根據第四方面，在薄部內周面上，與接合第一貴金屬電極頭的部分的徑向距離對應的D滿足0.5SDS1.5,且第 一貴金屬電 極頭相對薄部內周面的埋設量E滿足0.1^E^0.5。因此，幾乎不 形成氧化皮(oxide scale),結果，能夠進一步提高耐剝離性。這 里，如果D小于0.5mm,則不能確保足夠的接合面積。另一方面， 如果D大于1.5mm,則第 一貴金屬電極頭到接地電極的熔合難以 變得均一，結果，接合強度(焊接強度)變得不均一，耐剝離性 可能劣化。
如果貴金屬電極頭的埋設量E小于0.1mm，則焊接不充分， 不能充分地確保接合強度。另一方面，如果E大于0.5mm,則提 高了接合強度，但是焊接變得困難。特別地，當通過電阻焊接 進行接合時，使第一貴金屬電極頭埋設在接地電極中大于 0.5mm需要過大的電流流過，并且在接地電極的母材中，形成 被稱作樹枝狀晶體(dendrite)的熔化凝固物，這可能使抗氧化性 劣化。
此外，在第四方面中，滿足("長度L3"-"長度L2")/D^0.30, 其中，第二曲線L3是從中心線L1移位以穿過第五點"e"的曲線， "長度L3，，(mm)是第二曲線L3的第六點"f，和第七點"g"之間的長 度。這里，("長度L3，，-"長度L2")/D表示第一貴金屬電極頭的位 于接地電極遠端部上的接合面相對于水平面的傾斜，當該值超 過0.3時，可能使耐剝離性劣化。
從接地電極的厚部的厚度A與接地電極的遠端面的厚度C 之間的關系考慮，可采用下面的第五方面或第六方面。
在第五方面中，本發(fā)明提供根據第三或第四方面的火花塞， 其中，滿足關系0.30xA^C^0.95xA。
可采用第六方面代替第五方面。
在第六方面中，本發(fā)明提供根據第三或第四方面的火花塞， 其中，滿足0.40xA^CS0.80xA。根據第五或第六方面，貴金屬電極頭的接合部可以被定位 在由彎曲產生的殘余應力較小的部分。特別地，通過采用第六 方面，能夠更可靠地獲得提高耐剝離性的作用和效果。
在第七方面中，本發(fā)明提供根據第一至第六方面中的任一 方面的火花塞，其中，所述中心電極包括焊接到所述中心電極 的主體的前端的第二貴金屬電極頭，所述中心電極的所述主體 與所述第二貴金屬電極頭經由熔化結合部彼此接合，在所述熔 化結合部中，所述中心電極的所述主體和所述第二貴金屬電極 頭中包含的金屬成分熔化在一起，在所述第二責金屬電極頭的 外周面和所述第一貴金屬電極頭之間形成所述間隙，以及滿足
關系F^1.05xG,其中F(mm)是所述第一貴金屬電極頭和所述 熔化結合部之間的最短距離，以及G(mm)是所述間隙的最短距 離。
如在第七方面中那樣，當中心電極包括熔化結合部和中心 電極用第二貴金屬電極頭時，如果沿與軸線交叉的方向、例如 沿橫向或傾斜方向進行火花放電，則可能在熔化結合部和第一 貴金屬電極頭之間發(fā)生火花放電。這樣，在第七方面中，滿足 F^1.05xG,其中，F(mm)是第一貴金屬電極頭和熔化結合部之 間的最短距離，G(mm)是間隙的最短距離。因此，能夠使熔化 結合部和第 一貴金屬電極頭之間的飛火率(flying sparks ratio) 很低，并且能夠可靠地防止由熔化結合部和第一貴金屬電極頭 之間的火花放電產生的故障，例如，第二貴金屬電極頭的脫落。
在第八方面中，本發(fā)明提供根據第一至第七方面中的任一 方面的火花塞，其中，通過切割或按壓直棒狀的所述接地電極 的遠端部來形成所述臺階部和所述薄部，其后，將所述第一貴 金屬電極頭焊接到所述接地電極，其后，彎曲所述接地電極。
當加工接地電極時，例如，如在第八方面中那樣，通過切割由厚度均勻的厚部形成的直棒狀的接地電極的遠端部的一部 分或者通過按壓接地電極的遠端部，來形成臺階部和薄部。另 外，焊接第一貴金屬電極頭，其后，彎曲接地電極，因此，能 夠容易地微調間隙。另一方面，與在彎曲之后焊接第一貴金屬 電極頭的情況相比，殘余應力更容易傳遞到第 一 貴金屬電極頭 的接合面。然而，如上所述，第一貴金屬電極頭被焊接到通過 切割或按壓形成的薄部的內周面。因此，第一貴金屬電極頭的 接合部可以被定位在由彎曲產生的殘余應力4交小的部分，使得 能夠防止耐剝離性的劣化。
在第九方面中，本發(fā)明提供根據第一至第八方面中的任一 方面的火花塞，其中，所述第一貴金屬電極頭呈棱柱狀。
如在第九方面中那樣，棱柱狀的第一貴金屬電極頭能夠抑 制放電電壓的增加。特別地，當在第一貴金屬電極頭和中心電 極的前端部的外周之間進行放電時，容易實現穩(wěn)定的火花放電。
在第十方面中，本發(fā)明提供根據第一至第九方面中的任一 方面的火花塞，其中，所述臺階部的深度大于所述第一貴金屬 電極頭的厚度。
根據第十方面，臺階部的深度大于第一貴金屬電極頭的厚 度，因此，薄部變薄。因此，能夠使由薄部的彎曲產生的殘余 應力更小，結果，能夠可靠地獲得上述作用和效果。
上述方面的火花塞中的放電方向不受特別限制，而可以是 如下面的第十一方面、第十二方面或第十三方面所示的放電方 向。
在第十一方面中，本發(fā)明提供根據第一至第十方面中的任 一方面的火花塞，其中，所述第一貴金屬電極頭從所述接地電 極的遠端面突出，以及所述第一貴金屬電極頭的沿突出方向的 突出端面被布置成面對所述中心電極的前端部，以基本上沿著與所述軸線方向垂直的方向進4于火花》文電。
如在第十一方面中那樣，認為在沿橫向(水平方向)進行火 花放電的火花塞中實現上述任一方面的技術構思。因此，能夠
進一步提高火花傳播能力。
特別地，在第十一方面的火花塞中，接地電極的遠端面未 到達軸線，在接地電極的遠端部可能殘留由彎曲產生的應力。 然而，如上所述，第一貴金屬電極頭的接合部可以被定位在由 彎曲產生的殘余應力較小的部分。因此，即使長時間使用火花 塞，也能夠防止由殘余應力引起的耐剝離性的劣化。
在第十二方面中，本發(fā)明提供根據第一至第十方面中的任
一方面的火花塞，其中，所述第一貴金屬電極頭從所述接地電 極的遠端面突出，以及所述第一貴金屬電極頭的位于沿所述軸 線方向的端部的端面被布置成面對所述中心電極的前端部，以 基本上沿著所述軸線方向進行火花》1電。
如在第十二方面中那樣，可以在以某種方式沿縱向進行火 花放電的火花塞中實現上述方面的技術構思。
在第十三方面中，本發(fā)明提供根據第一至第十方面中的任 一方面的火花塞，其中，所述第一貴金屬電極頭從所述接地電 極的遠端面突出，以及所述第一貴金屬電極頭的沿突出方向的 突出端面被布置成面對所述軸線的位于比所述中心電極更遠的 前端側的一部分，以相對于所述軸線方向傾斜地進行火花放電。
如在第十三方面中那樣，可以在沿傾斜方向進行火花放電
的火花塞中實現上述方面的技術構思。
在第十四方面中，本發(fā)明提供根據第一至第十三方面中的
任一方面的火花塞，其中，所述接地電極的所述薄部的內周面 具有與所述軸線方向垂直的平坦面。
根據第十四方面，接合貴金屬電極頭的表面是平坦面，使得與貴金屬電極頭被接合到曲面或斜面的情況相比，能夠使接 合狀態(tài)穩(wěn)定。
在第十五方面中，本發(fā)明提供一種火花塞的制造方法，所
述火花塞包括棒狀的中心電極，其沿軸線方向延伸；大致筒 狀的絕緣體，其設置在所述中心電極的外周；筒狀的金屬殼， 其設置在所述絕緣體的外周；接地電極，其具有接合到所述金 屬殼的前端部的基端以及朝向所述軸線彎曲的遠端，所述接地 電極包括設置在基端側的厚部、設置在遠端側的薄部以及設置 在所述厚部和所述薄部之間的內周面上的臺階部；貴金屬電極 頭，其被接合到所述接地電極的遠端部的內周面并且被部分埋 設在所述接地電極的所述遠端部的內周面中，所述貴金屬電極 頭被布置成在所述貴金屬電極頭和所述中心電極的前端部之間 形成間隙，所述制造方法包括朝向所述軸線彎曲所述接地電 極；以及將所述貴金屬電極頭接合到所述接地電極的所述遠端 部的內周面，其中，在朝向所述軸線彎曲所述接地電極之后，
將所述貴金屬電極頭接合到所述接地電極的所述遠端部的內周 面。
根據第十五方面，在朝向軸線彎曲接地電極之后，將貴金 屬電極頭接合到接地電極的遠端部(薄部)。因此，能夠抑制由 彎曲產生的接地電極的彎曲應力施加到貴金屬電極頭，且能夠 進一步提高貴金屬電極頭的耐剝離性。
在第十六方面中，本發(fā)明提供根據第十五方面的制造方法， 所述制造方法還包括使所述接地電極的所述遠端部的內周面 平坦化，其中，在朝向所述軸線彎曲所述接地電極之后、但是 在將所述貴金屬電極頭接合到所述接地電極的所述遠端部的內 周面之前，使所述接地電極的所述遠端部的內周面平坦化。
當采用第十五方面時，由于接地電極的彎曲，接地電極的接合貴金屬電極頭的部分被彎曲，最后，將貴金屬電極頭接合 到接地電極變得比較困難。另外，將貴金屬電極頭接合到接地 電極變得比較困難，使得這些部件之間的接合強度變得不足。 特別地，當通過電阻焊接來接合貴金屬電極頭時，由于接地電 極的彎曲，貴金屬電極頭和接地電極之間的接觸部變得比較小， 使得將貴金屬電極頭接合到接地電極變得更加困難，最后，接 合強度可能劣化。
這樣，根據第十六方面，在彎曲接地電極之后，在接合貴 金屬電極頭之前，使接地電極的遠端部(薄部)的內周面平坦化。 因此，能夠將貴金屬電極頭比較容易且穩(wěn)定地接合到接地電極， 因此，能夠進一步提高這些部件的接合強度。結果，能夠進一 步提高貴金屬電極頭的耐剝離性。
在第十七方面中，本發(fā)明提供根據第十五或第十六方面的
制造方法，所述制造方法還包括將前端部接合了所述接地電 極的所述金屬殼裝配到安裝了所述中心電極的所述絕緣體，其 中，在將所述貴金屬電極頭接合到所述接地電極的所述遠端部 的內周面之后，將所述金屬殼和所述絕緣體彼此裝配。
在火花塞的制造方法中，通常，在將具有尚未彎曲(直棒狀) 的接地電極的金屬殼和具有中心電極的絕緣體彼此裝配之后， 將貴金屬電極頭接合到接地電極，然后彎曲接地電極。然而， 如在第十五方面中那樣，在接合貴金屬電極頭之前彎曲接地電 極的情況下，如果使用在接合貴金屬電極頭之前將金屬殼和絕 緣體彼此裝配的上述方法，則接地電極的遠端部和中心電極的 前端部的位置彼此比較接近，使得不能確保用于接合貴金屬電 極頭的充足空間。
這樣，根據第十七方面，在接合貴金屬電極頭之后，將金 屬殼和絕緣體彼此裝配，從而能夠確保用于將貴金屬電極頭接
18合到接地電極的充足空間。結果，能夠大大提高操作性。另夕卜， 能夠更可靠且更精確地將貴金屬電極頭接合到接地電極，因此， 能夠進一步提高接合強度。


圖l是示出了本實施例的火花塞的構造的部分剖視圖； 圖2是火花塞的部分放大剖視圖； 圖3是以放大方式示出主要部分的示意性側視圖； 圖4是示意性示出接地電極的主要部分以說明中心線等的 概念的側浮見圖5A是示意性示出接地電極的主要部分的側視圖，圖5B 是示出從突出側的突出端面?zhèn)扔^察的接地電極的主視圖(未示 出背面?zhèn)?；
圖6A和圖6B是用于說明第 一 曲線和第二曲線等的概念的 圖，其中，圖6A是示意性示出接地電極的遠端部的側視圖，圖 6B是示意性示出接地電極的基端部的側視圖7A和圖7B是用于說明評價實驗中要使用的樣品的概念 的兩個剖視圖(為了方便，未示出陰影)；
圖8是示出了在接地電極樣品中達到50%氧化皮的循環(huán)次 數和遠端直線長度ST的關系的曲線圖，在該接地電極樣品中， 接觸面的距離D1和遠端直線長度ST不同地變化；
圖9是示出了耐久時間和B/A的關系的曲線圖，示出了加熱 和振動試驗結果；
圖IO是示出了在樣品中達到50%氧化皮的循環(huán)次數和("長 度L2"-"長度L1")的值的關系的曲線圖，在該樣品中，("長度 L3"-"長度L2")/D的值不同地變化；
圖ll是示出了在樣品中達到50%氧化皮的循環(huán)次數和("長度L3"-"長度L2")/D的值的關系的曲線圖，在該樣品中，("長度 L2"-"長度L1")的值不同地變化；
圖12是示出了在貴金屬電極頭的埋設量E不同地變化的樣 品中達到50%氧化皮的循環(huán)次數和與^r觸面的距離對應的D的 關系的曲線圖，當接合貴金屬電極頭時，貴金屬電極頭與該接 觸面4妻觸；
圖13是示出了達到50%氧化皮的循環(huán)次數和遠端面的厚度 C與主要部分的厚度A的比值的關系的曲線圖14是示出了熔化結合部與貴金屬電極頭之間的飛火率和 F/G的關系的曲線圖15是示出了接地電極等的放大主視圖，用于說明第二實 施例的火花塞的制造方法；
圖16是示出了接地電極等的放大主視圖，用于說明第二實 施例的火花塞的制造方法；
圖17是示出了貴金屬電極頭等的放大主視圖，用于說明第 二實施例的火花塞的制造方法；
圖18是示出了絕緣體2等的放大主視圖，用于說明第二實施 例的火花塞的制造方法；
圖19是示出了在根據不同的制造方法制造的樣品中達到 50%氧化皮的循環(huán)次數的曲線圖20是以放大方式示出另 一個實施例的火花塞的主要部分 的示意性側一見圖；以及
圖21是以放大方式示出另 一個實施例的火花塞的主要部分 的示意性側浮見圖。
具體實施例方式
參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。然而，本發(fā)明不應該:故解釋為限于該實施例。 第一實施例
圖l是火花塞l的部分剖視圖。在說明書中，火花塞l的軸線 CL1方向(也被稱為軸向)與圖1中的上下方向對應。另外，圖l 中的下側與火花塞l的前端側對應，圖l中的上側與火花塞l的基 端側對應。
火花塞1包括用作絕緣材料的絕緣體2和保持絕緣體2的筒 狀金屬殼3。
絕緣體2具有沿著軸線CL1貫通該絕緣體2的軸向孔4。中心 電極5被插入并固定到軸向孔4的前端部，而端子電極6被插入并 固定到軸向孔4的基端部。電阻器7被布置在軸向孔4中的中心電 極5和端子電極6之間。電阻器7的兩端經由導電性玻璃密封層8 和9分別電連接到中心電極5和端子電極6。
中心電極5被固定成從絕緣體2的前端突出，并且以從絕緣 體2的基端突出的狀態(tài)固定端子電極6。通過焊接將含有銥作為 主要成分的貴金屬電極頭(中心電極用貴金屬電極頭)31接合到 中心電才及5的前端。
另一方面，通過燒結氧化鋁等形成絕緣體2，該絕緣體2具 有包括凸緣狀大直徑部ll、中間主干部(barrel portion)12、腿部 13的外形，該凸纟彖狀大直徑部ll在軸線CLl方向的大致中央部 徑向向外突出，該中間主干部12被布置在大直徑部11的前端側 且直徑小于大直徑部ll的直徑，該腿部13被布置在中間主干部 12的前端側且直徑小于中間主干部12的直徑且暴露于內燃機的 燃燒室。包括大直徑部ll、中間主干部12和腿部13的絕緣體2 的前端部容納在筒狀金屬殼3中。臺階部14形成在腿部13和中間 主干部12之間的連接部分并且使絕緣體2與金屬殼3牢固地接 合。金屬殼3含有如低碳鋼等金屬且形成為筒狀。金屬殼3的外 周面設置有用于將火花塞1安裝到發(fā)動機的缸蓋的螺紋部15(外 螺紋部)。座部16形成在螺紋部15的基端側的外周面上。環(huán)狀墊 圏18被裝配到形成在螺紋部15的基端的螺紋頸部17。當金屬殼3 被安裝到缸蓋時用于接合如扳手等工具的截面為六邊形的工具 接合部19被布置在金屬殼3的基端側。另外，用于在其基端部保 持絕緣體2的彎邊部20被布置在金屬殼3的基端側。
金屬殼3的內周面設置有用于接合絕緣體2的臺階部21。從 金屬殼3的基端側朝向前端側插入絕緣體2，絕緣體2的臺階部14 與金屬殼3的臺階部21牢固地接合。在該狀態(tài)下，金屬殼3的基 端側的開口徑向向內擰緊，即形成彎邊部20，結果，絕緣體2 被牢固地固定。環(huán)狀板片密封墊(platepacking)22被置于絕緣體 2的臺階部14和金屬殼3的臺階部21之間。因此，保持了燃燒室 的氣密性，使得進入絕緣體2的暴露于燃燒室的腿部13和金屬殼 3的內周面之間的間隙的燃料空氣不能向外泄漏。
另外，為了通過彎邊更加完全地密封，環(huán)狀的環(huán)構件23、 24被置于金屬殼3和金屬殼3的基端側的絕緣體2之間，且用滑石 粉25填充環(huán)構件23和24之間的間隙。換句話說，金屬殼3借助于 板片密封墊22、環(huán)構件23和24以及滑石粉25來保持絕緣體2。
接地電極27被接合到金屬殼3的前端面26。更具體地，接地 電極27包括焊接到金屬殼3的前端面26的基端部以及朝向軸線 C L1側彎曲使得遠端部的遠端面幾乎能夠精確地面對貴金屬電 極頭31的外周面的遠端部。在本實施例中，接地電極27設置有 被布置成面對貴金屬電極頭31的貴金屬電極頭(接地電極用貴 金屬電極頭)32。更具體地，貴金屬電極頭32被焊接到接地電極 27，使得貴金屬電極頭32的一部分被埋設在接地電極27中，并 且貴金屬電極頭32的其它部分從接地電極27的軸線CL1側的遠端面27s朝向軸線CL1突出(參見圖2)。貴金屬電極頭31和32之間 的間隙用作火花放電間隙33。因此，在本實施例中，將沿與軸 線CL1方向基本上垂直的方向進行火花放電。
如圖2所示，中心電極5的主體包括含有銅或銅合金的內層 5A和含有鎳(Ni)合金的外層5B。中心電極5的主體包括直徑減 小的前端部，整體上呈棒狀(圓柱狀)，且具有形成為平坦面的 前端面。圓柱狀貴金屬電極頭31置于該前端面上，并且對得到 的接合區(qū)域的外邊緣進行激光束焊接或電子束焊接等。結果， 貴金屬電極頭31和中心電極5的主體熔化在一起，形成熔化結合 部41。換句話說，通過熔化結合部41的牢固固定將貴金屬電極 頭31接合到中心電極5的主體的前端。
結構。本實施例中的外層27B含有如INCONEL(商品名)600或 601等鎳合金，而內層27A含有作為導熱性比上述鎳合金的導熱 性優(yōu)異的金屬的銅合金或純銅。由于設置了內層27A，因此能 夠提高散熱性。在本實施例中，基本地，接地電極27具有大致 矩形形狀的截面。
雖然上面已經說明了布置在中心電極5側的貴金屬電極頭 31含有銥作為主要成分的事實，但是布置在接地電極27側的貴 金屬電極頭32含有這樣的貴金屬合金，該貴金屬合金含有20質 量％的量的銠以及如鉑等主要成分。然而，提及這些材料成分 作為例子，但不限于此。例如，如下制造貴金屬電極頭31和32。 首先，制備含有銥或鉑作為主要成分的坯料，然后，使各合金 元素混合且熔化以形成上述預定成分，然后，再次形成用于熔 化合金的坯料，并且對該坯料進行熱鍛和熱軋(槽軋)。其后， 對該坯料進行抽絲，結果，獲得棒狀材料。其后，將該棒狀材 料切割成具有預定長度，結果，能夠獲得圓柱狀貴金屬電極頭
2331和棱柱狀貴金屬電極頭32。
如上所述， 一皮接合到接地電極27的貴金屬電極頭32從接地 電極27的軸線CL1側的遠端面27s朝向軸線CL1突出。特別地， 在本實施例中，如圖2和圖3所示，接地電才及27包括被定位在接 地電極27的基端側的厚部271、被定位在接地電極27的遠端側的 薄部272以及設置在厚部271和薄部272之間的內周面?zhèn)?圖2和 圖3中的下表面?zhèn)?的臺階部273。在本實施例中，薄部272的內 周面具有沿與軸線CL1垂直的方向延伸的平坦面27f 。換句話
部273和平坦面27f 。貴金屬電極頭32被焊接到平坦面27f且被部 分埋設在平坦面27f中。
如圖3所示，滿足B/A^2.5,其中，當從接地電極27的側面 觀察時，A(mm)是接地電極27的厚部271的厚度，B(mm)是接地 電極27的內周面的基端和接地電極27的遠端面之間的沿水平方 向(在一些情況下，被稱為"徑向")的距離。因此，以比較緊密 的方式彎曲接地電極27。
此外，在本實施例中，如圖4所示，當從接地電極27的側面 觀察時，Ll是作為從接地電極27的外周線27o向內周側移位(偏 移)[A/2]的曲線的中心線，第一點"a"是中心線L1與接地電極27 的遠端面27s的交點，第二點"b"是中心線L1與4妄地電極27的祐: 接合到金屬殼3的前端面26的基端部的交點(中心線L1與包括金 屬殼3的前端面26的平面的交點)，"長度Ll"(mm)是中心線L1的 第 一 點"a"和第二點"b"之間的長度。
此外，C(mm)是接地電極27的遠端面的厚度(也參見圖5A 和圖5 B等)，第 一 曲線L 2是從中心線L1向內周側移位[C - A / 2 ]的 曲線，第三點"c，，是第一曲線L2與遠端面27s的交點，第四點"d" 是第 一曲線L2與接地電極27的被接合到金屬殼3的前端面26的基端部的交點(第 一 曲線L2與包括金屬殼3的前端面26的平面的 交點)，"長度L2"(mm)是第 一 曲線L2的第三點"c"和第四點"d，， 之間的長度。在該情況下，在本實施例中，滿足-0.750^'長度 L2，，國"長度L1，，S0.250。
順便說明"從中心線L1向內周側移位[C-A/2]的曲線"。當 [C-A/2]為負值時，即當CXA/2時，第一曲線L2^皮定位成比中心 線L1更靠近外周側。在圖中，示出了 [C-A/2]為正值的情況。
另外，在本實施例中，當從接地電極27的側面觀察時，第 五點"e"是貴金屬電極頭32的突出側的突出端面的相對側(圖6A 中的左側)的基端面32b與平坦面27f的交點，第二曲線L3是從中 心線L1移位從而穿過第五點"e，，的曲線。第六點"f，是第二曲線 L3與接地電極27的遠端面27s的交點，第七點"g，，是第二曲線L3 與接地電極27的被接合到金屬殼3的前端面26的基端部的交點 (第二曲線L3與包括金屬殼3的前端面26的平面的交點)，"長度 L3，，(mm)是第二曲線L3的第六點"f ，和第七點"g，，之間的長度。
在本實施例中，滿足0.5SDSL5，其中，D(mm)是遠端面27s 和第五點"e"之間的距離。此外，滿足0.1SES0.5，其中，E(mm) 是貴金屬電極頭32相對平坦面27f的埋設量。此外，還滿足("長 度L3"-"長度L2")/D^0.30。
另夕卜，在本實施例中，如圖5A和圖5B所示，滿足 0.30xA^C^0.95xA,凈爭另'Ji也，滿足0.40xA^C^0.80xA。
此外，上面說明了中心電極5的主體和中心電極用貴金屬電 極頭31經由熔化結合部41接合，在本實施例中，如圖3所示，滿 足F2l.05xG,其中，F(mm)是熔化結合部41和貴金屬電極頭32 之間的最短距離，G(mm)是火花放電間隙33的最短距離。因此， 抑制了熔化結合部41和貴金屬電極頭32之間的火花放電。
接著，將給出火花塞l的制造方法的說明，重點說明接地電極27等的制造過程。首先，對金屬殼3進行預處理。更具體地， 對圓柱狀金屬材料(例如，如S15C或S25C等不銹材料或鐵基材 料)進行冷鍛以形成通孔并且形成其輪廓。其后，對得到的材料 進行切割處理以調整輪廓，從而獲得金屬殼中間體。
另 一方面，制造截面為矩形形狀的用于接地電極27的半成 品材料。也就是說，用于接地電極27的半成品材料是尚未彎曲 的棒狀材料。例如，可以如下獲得尚未彎曲的接地電極27。
具體地，制備含有用于內層27A的金屬材料的芯部和含有 用于外層27B的金屬材料的有底筒狀體(兩者均未示出)。其后， 通過將芯部裝配到有底筒狀體的凹部而形成杯狀材料。其后， 對具有雙層結構的杯狀材料進行冷細化(cold thinning)處理。例 如，可以提及使用模具等的抽絲處理或者使用陰模等的擠出成 型處理作為冷細化處理。其后，對得到的材料進行例如型鍛處 理(swaging process), 結果，形成直徑減小的才奉狀體。
其后，通過電阻焊接將尚未彎曲且尚未安裝電極頭的接地 電極27(棒狀體)接合到金屬殼中間體的前端面。由于在進行電 阻焊接時產生所謂的"垂流物(sag)"，因此，進行去除"垂流物" 的操作。在該例子中，在進行型鍛處理、切割處理等之后，根 據電阻焊接接合尚未彎曲的接地電極27。然而，在進行細化處 理之后，棒狀體可被接合到金屬殼中間體。其后，可進行型鍛 處理，然后可進行切割處理。如果這樣，當進行型鍛處理時， 能夠在保持金屬殼中間體的狀態(tài)下將接合到金屬殼中間體的前 端面的棒狀體從前端側導入到型鍛機的加工部分(型鍛模)中。
用于保持該棒狀體的一部分。
其后，通過攻螺紋在金屬殼中間體的預定部分形成螺紋部 15。結果，獲得焊接有彎曲前的接地電極27的金屬殼3。對金屬殼3和其它元件進行鍍鋅或鍍鎳。為了提高耐腐蝕性，可對金屬 殼3的表面進一步進行鉻酸鹽處理。
通過切割或按壓使接地電極27的遠端部開槽為鉤狀以形成 平坦面27f(薄部272和臺階部273)。可在對螺紋部15進行螺紋成 型(roll-threading)之后或之前進行開槽。當在對螺紋部15進行螺 紋成型之前進行開槽時，可在將接地電極2 7焊接到金屬殼中間 體之前或之后進4于開槽。
另一方面，如上所述，制備棱柱狀貴金屬電極頭32,且通 過電阻焊接將該貴金屬電極頭32接合到接地電極27。此時，在 貴金屬電極頭32壓靠接地電極27的平坦面27f的狀態(tài)下進行電 阻焊接，使得貴金屬電極頭32在平坦面27f中的埋設量E(mm)滿 足0.1^E^0.5。為了使焊接更可靠，在焊接之前，進行焊接部處 的鍍層去除，或者在電鍍步驟中對要進行焊接的部分應用掩模。 還可以在稍后說明的裝配之后(彎曲之前)焊接貴金屬電極頭 32。
另一方面，獨立于金屬殼3來成型絕緣體2。例如，使用含 有氧化鋁作為主要成分和粘合劑的原料粉末來制備用于成型的 基本顆粒材料(basis granulation material),并iU吏用該基本顆粒 材料進行橡膠按壓成型，結果，獲得筒狀成型體。對得到的成 型體進行研磨和成型。其后，將成型后的成型體放入烘焙爐中 進行烘焙，結果，獲得絕緣體2。
另外，獨立于金屬殼3和絕緣體2制造中心電極5。具體地， 對鎳基合金進行鍛造并且將銅芯部布置在鎳基合金的中間，以 提高散熱性，從而獲得主體。其后，通過激光束焊接等將上述 貴金屬電極頭3 l接合到中心電極的前端部。
借助于玻璃密封材料(未示出)將獲得的中心電極5和端子 電極6密封地固定到絕緣體2的軸向孔4,貴金屬電極頭31被接合到該中心電極5。通常，將通過將硼硅酸鹽玻璃和金屬粉末混合 在一起制備而形成的密封材料用作玻璃密封材料。其后，首先
使中心電極5處于被插入到絕緣體2的軸向孔4中的狀態(tài)，然后將 制備的密封材料放入絕緣體2的軸向孔4中，然后從背面按壓端 子電極6，并且在烘焙爐中烘焙這些部件。此時，可在絕緣體2 的基端側的主干部的表面上同時烘焙釉層，或者可預先形成釉 層。
其后，將具有分別如上所述構造的中心電極5和端子電極6 的絕緣體2以及具有如上所述構造的直棒狀接地電極27的金屬 殼3組裝在一起。更具體地，對金屬殼3的形成為比較薄的基端 部進行冷彎邊或熱彎邊，因此保持該基端部使得由金屬殼3從圓 周方向圍繞絕緣體2的一部分。
最后，彎曲直棒狀接地電極27,并且對中心電極5(貴金屬 電極頭31)和接地電極27(貴金屬電極頭32)之間的火花放電間 隙33進行調整處理。
由下面這 一 系列的步驟制造如上所述構造的火花塞1 。
如上面詳細說明的那樣，根據本實施例，棱柱狀貴金屬電 極頭32被焊接成從接地電極27的遠端面27s朝向軸線CL1突出， 并且沿橫向進行火花放電。因此，能夠提高可點火性或火花傳 播能力以及耐火花磨損性。
另一方面，本實施例的接地電極27比較緊密地彎曲，在接 地電極27的遠端部，特別地，在遠離軸線CL1的位置，可殘留 由彎曲產生的比4交大的殘余應力(例如，壓縮應力)。這樣，在
27f ，貴金屬電極頭32被焊接到平坦面27f且被部分埋設在平坦 面27f中?？梢允官F金屬電極頭32的接合面更靠近接地電極27 的沿厚度方向的中心。換句話說，貴金屬電極頭32的接合部可以被定位在由彎曲產生的殘余應力比較小的部分。因此，即使 當長時間使用火花塞時，也能夠防止由殘余應力引起的耐剝離 性的劣化。
這里，為了確定上述效果，形成了多種樣品，并且進行了 多種評價。下面說明實驗結果。
在說明本實施例的效果的評價之前，對以下情況進行了多
種實驗貴金屬電極頭被焊接到接地電極的內周面以使其沿軸 線方向突出，內周面未被開槽(即，接地電極僅由厚部形成)。 首先，如圖7A所示，距離D1被定義為當從接地電極的側面觀察 時內周面的當接合貴金屬電極頭時接觸貴金屬電極頭的接觸面 的兩端之間的距離(與上述實施例中的"D"對應)，直線長度ST 被定義為接地電極的從截面看為平坦面的遠端部的長度[即，遠 端內側面形成為平坦面(截面為直線)的部分的長度]。制備距離 Dl被設定為0.5mm、 1 .Omm和1.5mm的樣品，并且為每個D1設 定多個直線長度ST，然后針對每個樣品評價氧化皮的發(fā)展趨 勢。具體地，制造距離D1和遠端直線長度ST不同地變化的接地 電極樣品(未開槽)，并且進行臺式燃燒器評價試驗(desk burner test)。臺式燃燒器評價試驗包括重復的循環(huán)，且每個循環(huán)包括 用燃燒器加熱樣品2分鐘，使得遠端溫度達到1100°C;然后慢慢 冷卻樣品l分鐘。其后，通過觀察樣品的截面，來測量形成的氧 化皮的長度K(參見圖7A的示意圖)與接地電極和貴金屬電極頭 之間的界面區(qū)域的長度J (也參見圖7 A)的比率，并且估算當氧化 皮比率超過50%時的循環(huán)次數。這里，剝離界限被定義為當氧 化皮比率超過50%時的循環(huán)次數小于1000。然而，當甚至在重 復冷熱循環(huán)1500次之后氧化皮比率也沒有超過50%時，評價為 耐剝離性足夠，并且在達到1500次循環(huán)時結束試驗。圖8中示出 了該試驗的結果。如圖8所示，發(fā)現在距離Dl為0.5mm至1.5mm的范圍內， 當接地電極的遠端部的直線長度ST為l.Omm以上時，達到50% 氧化皮的循環(huán)次數超過IOOO。換句話說，當接地電極的遠端部 的直線長度ST為l.Omm以上時，不必4a心貴金屬電;f及頭的耐剝 離性。另一方面，發(fā)現當接地電極的遠端部的直線長度ST僅 小于1.0mm時，不利地影響貴金屬電極頭的耐剝離性。換句話 說，當在"^妻地電才及遠端部上殘留彎曲應力時，貴金屬電極頭的 耐剝離性容易劣化。
從試驗的結果看出，當接地電極的遠端部(內側)的直線長 度ST為1.0mm以上時，不必擔心貴金屬電極頭的耐剝離性。這 樣，制造不同地變化使得接地電極的遠端部(內側)的直線長度 ST變成1.0mm， 4妻地電才及的厚部的厚度A變?yōu)? .Omm、 1.3mm和 1.6mm， B/A的值變?yōu)?1.5"、 "2.0"、 "2.5，，和"3 .O，，的樣品，并且 對該樣品進行耐熱和耐振動試驗。具體地，在每個樣品中的接 地電極的彎曲部被加熱到900。C的同時，對該彎曲部持續(xù)施加頻 率為200Hz的振動，測量直到彎曲部折損所需的時間(耐久時 間)。當在10小時或更長時間內沒有發(fā)生折損時，評價為具有足 夠的折損強度。圖9中示出了該情況的結果。
如圖9所示，當B/A的值為2.5以上時，折損強度是足夠的。 另一方面，當B/A的值小于2.5時，彎曲部容易折損，且不能獲 得足夠的折損強度。換句話說，如果強制彎曲接地電極以確保 接地電極的遠端部(內側)的直線長度為l.Omm以上，則彎曲部的
折損強度可能劣化。
另一方面，在本實施例中，對B/A的值必須為2.5以下的接 地電極進行開槽，以形成薄部272和臺階部273。換句話說，當 B/A的值為2.5以下時，為了確保預定的直線長度，不可避免地 進行高曲率的強制彎曲，這使得折損強度劣化。另一方面，在本實施例中，通過由開槽形成平坦面27f,即使當B/A的值為2.5 以下時，也不會產生由于高曲率的強制彎曲導致的折損強度的 劣化，確保了足夠的直線長度，且防止了耐剝離性的劣化。
接著，制造如下樣品相對于上述中心線Ll的第一點"a，， 和第二點"b，，之間的"長度L1"不同地變化第 一 曲線L2的第三點 "c，，和第四點"d，，之間的"長度L2，，以及第二曲線L3的第六點"f， 和第七點"g"之間的"長度L3"，對該樣品進行臺式燃燒器評價試 驗(與上述試驗相同)，且估算當氧化皮比率超過5 0 %時的循環(huán)次 數。在該試驗之后，在通過對接地電極的遠端部開槽來設置平 坦面的情況下進行多種試驗。換句話說，氧化皮比率意味著具 有平坦面的接地電極中的如圖7B的示意圖所示的形成的氧化 皮的長度K與接地電極和貴金屬電極頭之間的界面區(qū)域的長度 J的比率。圖10和圖11中示出了試驗的結果。然而，圖10示出了 在("長度L3"-"長度L2")/D的值為"0"、 "0.1"、 "0.2"、 "0.3"和"0.4" 的樣品中當("長度L2，，-"長度L1")的值在-1.0至0.5的范圍內不同 地變化時達到50%氧化皮的循環(huán)次數。圖ll示出了在("長度 L2"-"長度Ll")的值為"-0.75"、 "-0.5"、 "-0.25"、 "0"和"0.25"的 樣品中當("長度L3，，-"長度L2，，)/D的值在0至0.4的范圍內不同地 變化時達到5 0 %氧化皮的循環(huán)次數。
如圖IO所示，在"長度L1"和"長度L2"之間的關系中，在("長 度L2，，-"長度Ll")的值在"-0.75"至"0.25，，的范圍內的情況下，當 氧化皮比率超過50%時的循環(huán)次數超過1000，從而示出了滿意 的耐剝離性?？紤]其原因是中心線L1和第一曲線L2變得彼此 比較接近，并且焊接了貴金屬電極頭32的平坦面27f被定位在由 彎曲產生的殘余應力較小的部分，使得獲得穩(wěn)定的接合強度。 另一方面，發(fā)現當("長度L2"-"長度L1")的值不在上述范圍內 時，耐剝離性劣化。然而，當("長度L3"-"長度L2")/D的值超過0.3(例如是0.4) 時，即使("長度L2"-"長度L1")的值在上述范圍內，耐剝離性也 劣化。這也可以參見圖ll的曲線圖。換句話說，("長度L3"-"長 度L2")/D表示貴金屬電極頭32的位于接地電極27的遠端部處的 接合面相對水平面的傾斜，如果該值超過"0.3"，則擔心該值將 使耐剝離性劣化。
接著，估算貴金屬電極頭32的埋設量E(mm)為"0.05"、 "0.1"、 "0.2"、 "0.3，，和"0.5，，的樣品在與當從接地電極的側面觀 察時內周面的當接合貴金屬電極頭時接觸貴金屬電極頭32的接 觸面的兩端之間的距離對應的D(mm)在0.3mm至1.7mm的范圍 內不同地變化時的達到50%氧化皮的循環(huán)次數。圖12中示出了 結果。
如該圖所示，當距離D滿足0.5SD^1.5時，耐剝離性變得優(yōu) 良。另一方面，當D小于0.5mm時，耐剝離性不足?？紤]其原因 是不能確保足夠的接合面積。另一方面，當D大于1.5mm時， 耐剝離性也不足?？紤]其原因是如果D超過1.5mm，則貴金屬 電極頭到接地電極的熔合難以變得均一，結果，焊接強度變得 不均一。
發(fā)現當貴金屬電極頭的埋設量E(mm)滿足0.1^E^0.5時， 耐剝離性變得優(yōu)良。另一方面，當E小于0.1mm時，耐剝離性不 足?？紤]其原因是焊接不充分，不能確保滿意的接合強度。 此外，當E大于0.5mm時，提高了接合強度，然而，焊接變得困 難。實際上，嘗試過制造E-0.6mm的樣品，證明了該樣品很難 制造。即使能夠制造該樣品，當貴金屬電極頭埋設大于0.5mm 時，需要過大的電流流過，并且在接地電極的母材中形成被稱 為樹枝狀晶體的熔化凝固物。因此，由于熔化凝固物的存在導 致抗氧化性劣化。
32接著，估算接地電極的遠端面的厚度C(mm)不同地變化的 樣品中達到50%氧化皮的循環(huán)次數。圖13中示出了結果。如該 圖所示，發(fā)現通過滿足0.30xA^CS0.95xA,達到50%氧化皮 的循環(huán)次數超過500。特別地，發(fā)現通過滿足0.35xA^C^0.80xA 或0.40xASC^0.80xA，達到50%氧化皮的循環(huán)次數超過1000。 另一方面，當C小于0.30xA或大于0.95xA時，達到50%氧化皮的 循環(huán)次數小于500?？紤]其原因是貴金屬電極頭的接合部被定 位在由彎曲產生的殘余應力較大的部分。
隨后，在貴金屬電極頭3 2和熔化結合部41之間的最短距離 F(mm)與火花放電間隙33的最短距離G(mm)之比、即F/G不同地 變化的火花塞樣品中，估算熔化結合部和貴金屬電極頭之間的 飛火率。具體地，將火花塞樣品安裝到預定加壓室的內部(壓力
0.4Mpa,大氣環(huán)境)，通過從視覺上觀察冒火花時的圖像來計算 飛火率。圖14中示出了結果。
如該圖所示，當F/G為"1.05"以上時，熔化結合部和貴金屬 電極頭之間的飛火率明顯小，也就是說，進行正常的火花放電。 另一方面，發(fā)現當F/G小于"1.05"時，熔化結合部和貴金屬電 極頭之間的飛火率大大增加。從這些結果看出，為了避免熔化 結合部處的飛火，優(yōu)選將F/G設定為"1.05"以上。
第二實施例
接著，將參照圖15至圖19說明第二實施例。然而，該第二 實施例具有火花塞的制造方法的特征，從而，下文將主要說明 火花塞的制造方法、特別是說明與上述第 一 實施例的不同之處。
在第一實施例中，在將貴金屬電極頭32焊接到被接合到金 屬殼3的前端部的直棒狀接地電極27的遠端部(薄部272)的內周 面之后，金屬殼3和具有中心電極5的絕緣體2彼此裝配。其后， 通過彎曲接地電極27,獲得火花塞l。另一方面，在該第二實施例中，首先，如圖15所示，在絕
緣體2和金屬殼3彼此裝配之前，朝向軸線CL1彎曲接合到金屬 殼3的前端部的直棒狀接地電極2 7 。該直棒狀接地電極2 7略長于 第一實施例中的4妄地電極27。因此，能夠更可靠地彎曲接地電 極27，因此，能夠更可靠地使接地電極27的遠端部變直。
接著，如圖16所示，切割接地電極27的遠端部(該圖中的陰 影部分)，通過切割或按壓將切割后的接地電極27的遠端部的內 部(該圖中的用點表示的部分)開槽為鉤狀以形成平坦面27f(薄 部272和臺階部273)。還可以在通過按壓接地電才及27的遠端部形 成平坦面27f之后，切割接地電極27的遠端部。
接著，如圖17所示，在貴金屬電極頭32壓靠接地電極27的 平坦面27f的同時進行電阻焊接，以將貴金屬電極頭32接合到接 地電纟及27。
然后，如圖18所示，通過將具有接地電極27的金屬殼3和具 有中心電極5等的絕緣體2彼此裝配來獲得火花塞1。在將金屬殼 3和絕緣體2彼此裝配之后，可稍微彎曲接地電極2 7以微調火花 放電間隙33的尺寸(在該情況下，向接地電才及27施加彎曲應力， 然而，彎曲應力非常小，因此不會使貴金屬電極頭32的耐剝離 性劣化)。
如以上詳細說明的那樣，根據第二實施例，能夠抑制接地 電極27的由彎曲產生的彎曲應力被施加到貴金屬電極頭32。結 果，能夠進一步提高貴金屬電極頭32的耐剝離性。
另外，將貴金屬電極頭3 2接合到形成在接地電極2 7的遠端 部(薄部272)的內周面上的平坦面27f,使得能夠比較容易地將 貴金屬電極頭接合到接地電極27。結果，能夠進一步提高貴金 屬電極頭32的接合強度，并且能夠進一步提高貴金屬電極頭32 的耐剝離性。在接合貴金屬電極頭32之后，將金屬殼3和絕緣體2彼此裝 配，從而能夠確保用于將貴金屬電極頭32接合到接地電極27的 充足空間。結果，能夠大大提高操作性。此外，能夠更可靠且 更精確地將貴金屬電極頭32接合到接地電極27,因此，能夠進 一步提高接合強度。
接著，為了確定由本實施例的制造方法獲得的作用和效果， 對根據第 一 實施例的制造方法制造的火花塞樣品1 (在接合貴金 屬電極頭之后彎曲接地電極)以及根據第二實施例的制造方法 制造的火花塞樣品2(在彎曲接地電極之后接合貴金屬電極頭) 進行上述臺式燃燒器評價試驗，并且測量達到50%氧化皮的循 環(huán)次數。圖19中示出了試驗結果。
如圖19所示，證明在兩個樣品中，達到50%氧化皮的循環(huán) 次數超過1000且火花塞具有優(yōu)良的耐剝離性。特別地，在樣品2 中，證明達到50%氧化皮的循環(huán)次數為1500以上，使得火花塞 具有極好的耐剝離性?？紤]其原因是能夠防止接地電極的由 彎曲產生的彎曲應力被施加到貴金屬電極頭。
本發(fā)明不限于上述實施例，并且下面的變型例適用于本發(fā)明。
(a) 在以上實施例中，在借助于電阻焊接將貴金屬電極頭32 接合到接地電極27的情況下示例了貴金屬電極頭32，然而，本 發(fā)明不限于電阻焊接。因此，可通過激光焊接或電子束焊接來 接合貴金屬電極頭。
(b) 在以上實施例中，示出了設置有一個接地電極27的火花 塞，然而，可以在具有兩個以上的接地電極的火花塞中實現本 發(fā)明。
(c) 在上述實施例中，使用具有大致矩形截面的接地電極 27,然而，也允許接地電極的背面?zhèn)葟澢蚓哂刑菪谓孛妗?d) 在以上實施例中，示例了通過焊接將貴金屬電極頭31接 合到中心電才及5的主體的前端的情況，然而，可以省略該中心電
極用貴金屬電極頭31。在該情況下，主體形成中心電極5。
(e) 在以上實施例中，為了方便說明，^接地電極27被說明為 具有簡單的雙層結構。然而，接地電極27b可具有三層結構或包 括四層以上的多層結構。優(yōu)選外層27B的內側的層含有導熱性 比外層27B的導熱性優(yōu)異的金屬。例如，在外層27B的內側，可 設置由銅合金或純銅制成的中間層，在中間層的內側，可設置 由純鎳制成的最內層。也可使用僅具有單一鎳層的接地電極27 來代替多層結構。
(f) 在以上實施例中，貴金屬電極頭32從接地電極27的遠端 面27s朝向軸線CLl突出，并且在中心電極用貴金屬電極頭31的 外周和貴金屬電極頭32之間形成火花放電間隙33。換句話說， 在以上實施例中，基本上沿著與軸線CL1方向垂直的方向(即橫 向)進行火花放電。另一方面，如圖20所示，貴金屬電極頭32 的沿軸線CL1方向的端面(圖中的下端面)^皮布置成面對中心電 極用貴金屬電極頭3 1的前端面(或中心電極5的前端面)。換句話 說，可以在基本上沿著軸線CL1方向進行火花放電的火花塞中 實現本發(fā)明。
如圖21所示，貴金屬電極頭32的沿突出方向的突出端面也 可以被布置成面對軸線CL1的位于比中心電才及用貴金屬電極頭 31更遠的前端側的一部分。換句話說，可以在相對軸線CL1方 向傾斜地進行火花放電的火花塞中實現本發(fā)明。
(g) 在以上實施例中，沒有特別提及臺階部273的深度和貴 金屬電極頭32的厚度之間的關系，然而，更優(yōu)選臺階部273的深 度大于貴金屬電極頭32的厚度。因此，薄部272變得更薄，能夠 使薄部272處的由彎曲產生的殘余應力更小。(h)如果薄部272過長，則即使在上述實施例中沒有特別提 及，通過設置厚部271和薄部272獲得的優(yōu)勢也可能減少。這樣， 從接地電4及27的遠端面27s到臺階部273的長度(薄部272的長度) ^尤選為1.2mm以下。
本申請基于2007年11月20日提交的日本專利申請 No.2007-300824 、 2007年12月28曰才是交的曰本專利申i青 No.2007-338712和2008年5月2日提交的日本專利申請 No.2008-120065,上述申請的全部內容通過引用包含于此。
權利要求
1. 一種內燃機用火花塞(1)，所述火花塞(1)包括棒狀的中心電極(5)，其沿軸線(CL1)方向延伸；大致筒狀的絕緣體(2)，其設置在所述中心電極(5)的外周；筒狀的金屬殼(3)，其設置在所述絕緣體(2)的外周；接地電極(27)，其具有接合到所述金屬殼(3)的前端部的基端和朝向所述軸線(CL1)彎曲的遠端，所述接地電極(27)包括厚部(271)，其設置在基端側，薄部(272)，其設置在遠端側，以及臺階部(273)，其設置在所述厚部(271)和所述薄部(272)之間的內周面上；第一貴金屬電極頭(32)，其被接合到所述薄部(272)的內周面并且被部分埋設在所述薄部(272)的內周面中，所述第一貴金屬電極頭(32)被布置成在所述第一貴金屬電極頭(32)和所述中心電極(5)的前端部之間形成間隙(33)。
2. 根據權利要求l所述的火花塞(l),其特征在于， 滿足關系B/A^2.5,其中，當從所述接地電極(27)的側面觀察時，A(mm)是所述接地電極(27)的所述厚部(271)的厚度，以及B(mm)是所述接地電極(27)的內周面的基端和所述接 地電極(27)的遠端面(27s)之間的沿水平方向的距離。
3. 根據權利要求1或2所述的火花塞(1),其特征在于， 滿足關系-0.750S"長度L2"-"長度Lr，S0.250,其中，當從所述接地電極(2 7)的側面觀察時，A(mm)是所述接地電極(27)的所述厚部(271)的厚度； L1是作為從所述接地電極(27)的外周線(270)向內周側移位CA/2]的曲線的中心線；第 一 點"a"是所述中心線L1與所述接地電極(27)的遠 端面(27s)的交點；第二點"b"是所述中心線L1與包括所述金屬殼(3)的前 端面的平面(26)的交點；"長度L1 "(mm)是所述中心線L1的所述第 一 點"a"和所 述第二點"b"之間的長度；C(mm)是所述遠端面的厚度；第一曲線L2是從所述中心線L1向內周側移位[C-A/2]的曲線；第三點"c"是所述第 一 曲線L2與所述遠端面(27s)的交點；第四點"d"是所述第一曲線L2與包括所述金屬殼(3)的 所述前端面的平面(26)的交點；以及"長度L2，，(mm)是所述第 一 曲線L2的所述第三點"c"和 所述第四點"d，，之間的長度。
4.根據權利要求3所述的火花塞(1)，其特征在于， 所述第一貴金屬電極頭(32)從所述接地電極(27)的所述遠 端面(27s)突出，以及 滿足以下關系0.1SES0.5;以及("長度L3"-"長度L2")/D^0.30,其中，當從所述接地電極(27)的側面觀察時，第五點"e，，是所述第 一貴金屬電極頭(32)的位于所述第 一貴金屬電極頭(32)的突出端面的相對側的基端面與所述薄部(272)的內周面的交點；第二曲線L3是從所述中心線Ll移位且穿過所述第五點"e"的曲線；第六點"f"是所述第二曲線L3與所述接地電極(27)的 所述遠端面(27s)的交點；第七點"g"是所述第二曲線L3與包括所述金屬殼(3)的 所述前端面的平面(2 6)的交點；"長度L3，，(mm)是所述第二曲線L3的所述第六點"f ，和 所述第七點"g"之間的長度；D(mm)是所述遠端面(27s)和所述第五點"e"之間的距離；以及E(mm)是所述第 一貴金屬電極頭(32)相對所述薄部 (272)的內周面的埋設量。
5. 根據權利要求3所述的火花塞(1),其特征在于，滿足關 系0.30xASC^0.95xA。
6. 根據權利要求3所述的火花塞(l),其特征在于，滿足 0眉xASCS0.80xA。
7. 根據權利要求1或2所述的火花塞(1),其特征在于， 所述中心電極(5)包括焊接到所述中心電極的主體的前端的第二貴金屬電極頭(31)，所述中心電極(5)的所述主體與所述第二貴金屬電極頭(31) 經由熔化結合部(41)彼此接合，在所述熔化結合部(41)中，所述 中心電極(5)的所述主體和所述第二貴金屬電極頭(31)中包含的金屬成分熔化在一起，在所述第二貴金屬電極頭(31)的外周面和所述第一貴金屬電極頭(32)之間形成所述間隙，以及 滿足關系F21.05xG,其中F(mm)是所述第一貴金屬電極頭(32)和所述熔化結合 部(41)之間的最短距離，以及G(mm)是所述間隙(33)的最短距離。
8. 根據權利要求1或2所述的火花塞(1),其特征在于，通階部(273)和所述薄部(272)，其后，將所述第一貴金屬電極頭(32) 焊接到所述接地電極(27)，其后，彎曲所述接地電極(27)。
9. 根據權利要求1或2所述的火花塞(1)，其特征在于，所 述第一貴金屬電極頭(32)呈棱柱狀。
10. 根據權利要求1或2所述的火花塞(1),其特征在于，所 述臺階部(273)的深度大于所述第一貴金屬電極頭(32)的厚度。
11. 根據權利要求1或2所述的火花塞(1),其特征在于，所述第 一 貴金屬電極頭(32)從所述接地電極(27)的遠端面 (27s)突出，以及所述第一貴金屬電極頭(32)的沿突出方向的突出端面被布 置成面對所述中心電極(5)的前端部，以基本上沿著與所述軸線 CCL1)方向垂直的方向進行火花放電。
12. 根據權利要求1或2所述的火花塞(1),其特征在于， 所述第 一貴金屬電極頭(32)從所述接地電極(27)的遠端面(27s)突出，以及所述第一貴金屬電極頭(32)的位于沿所述軸線(CL1)方向 的端部的端面被布置成面對所述中心電極(5)的前端部，以基本 上沿著所述軸線(CL1)方向進行火花》t電。
13. 根據權利要求1或2所述的火花塞(1),其特征在于，所述第 一 貴金屬電極頭(32)從所述接地電極(27)的遠端面 (27s)突出，以及所述第一貴金屬電極頭(32)的沿突出方向的突出端面被布 置成面對所述軸線(CL1)的位于比所述中心電極(5)更遠的前端電。
14. 根據權利要求1或2所述的火花塞(1),其特征在于，所 述接地電極(27)的所述薄部(272)的內周面具有與所述軸線(CL 1) 方向垂直的平坦面(27f)。
15. —種火花塞(l)的制造方法，所述火花塞包括 棒狀的中心電極(5)，其沿軸線(CL1)方向延伸；大致筒狀的絕緣體(2),其設置在所述中心電極(5)的外周； 筒狀的金屬殼(3),其設置在所述絕緣體(2)的外周； 接地電極(27),其具有接合到所述金屬殼(3)的前端部的基 端以及朝向所述軸線(CL 1)彎曲的遠端，所述接地電極(27)包括 設置在基端側的厚部(271)、設置在遠端側的薄部(272)以及設置 在所述厚部(271)和所述薄部(272)之間的內周面上的臺階部 (273);貴金屬電極頭(32)，其被接合到所述接地電極(27)的遠端部 的內周面并且被部分埋設在所述接地電極(27)的所述遠端部的 內周面中，所述貴金屬電極頭(32)被布置成在所述貴金屬電極 頭(32)和所述中心電極(5)的前端部之間形成間隙(33),所述制造方法包4舌朝向所述軸線(CL1)彎曲所述接地電極(27);以及將所述貴金屬電極頭(32)接合到所述接地電極(27)的所述遠端部的內周面，其中，在朝向所述軸線(CL1)彎曲所述接地電極(27)之后，將所述貴金屬電極頭(32)接合到所述接地電極(27)的所述遠端部的內周面。
16. 根據權利要求15所述的制造方法，其特征在于，所述 制造方法還包括但是在將所述貴金屬電極頭(3 2)接合到所述接地電極(2 7)的所 述遠端部的內周面之前，使所述接地電才及(27)的所述遠端部的 內周面平坦化。
17.根據權利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述 制造方法還包括將前端部接合了所述接地電極(27)的所述金屬殼(3)裝配到 安裝了所述中心電極(5)的所述絕緣體(2),其中，在將所述貴金屬電極頭(32)接合到所述接地電極(27) 的所述遠端部的內周面之后，將所述金屬殼(3)和所述絕緣體(2)4皮此裝配。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種內燃機用火花塞及其制造方法。該火花塞包括中心電極；大致筒狀的絕緣體；筒狀的金屬殼；接地電極，其具有接合到金屬殼的前端部的基端以及朝向軸線彎曲的遠端。接地電極包括設置在基端側的厚部、設置在遠端側的薄部以及設置在厚部和薄部之間的內周面上的臺階部。貴金屬電極頭被接合到薄部的內周面并且被部分埋設在薄部的內周面中，并且被布置成在貴金屬電極頭和中心電極的前端部之間形成間隙。
文檔編號H01T13/20GK101442189SQ200810180980
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權日2007年11月20日
發(fā)明者中山勝稔, 長澤聰史, 龜田裕之 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社