專利名稱：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種火花塞。
背景技術(shù)：
對(duì)于火花塞，不僅需要實(shí)現(xiàn)無維護(hù)的長壽命化，而且需要通過減小電極的尺寸來 提高點(diǎn)火性能和燃燒效率。為了滿足這些要求，大多使用包括接合到中心電極的火花放電 部的鉬、銥等貴金屬電極頭的火花塞。為了進(jìn)一步提高點(diǎn)火性能，已經(jīng)提出了貴金屬電極頭 不僅被接合到中心電極而且被接合到接地電極(外側(cè)電極)的方案(參考專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平11-121142號(hào)公報(bào)當(dāng)接合這種貴金屬電極頭時(shí)，為了防止貴金屬電極頭從電極母材(electrode base member)脫落，使用如下方法例如，在中心電極上，貴金屬電極頭被載置在中心電極 母材的前端，且貴金屬電極頭和中心電極母材的前端之間的交界用激光等直接熔融。通過 如此熔融，具有較大體積的熔融部形成于貴金屬電極頭和中心電極母材之間的接合部。該 熔融部是由含有貴金屬電極頭的成分和中心電極母材的成分(例如，鎳基材料)的合金形 成。結(jié)果，熔融部的熱膨脹系數(shù)在貴金屬電極頭的熱膨脹系數(shù)和中心電極母材的熱膨脹系 數(shù)的中間，且起到具有較大體積的應(yīng)力緩和層的作用。因此，如上所述，防止脫落的效果提 尚ο
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題當(dāng)貴金屬電極頭被設(shè)置在中心電極母材上時(shí)，如果從貴金屬電極頭的前端到形成 在貴金屬電極頭和中心電極母材的前端之間的熔融部的長度為大約0. 3mm，則認(rèn)為能夠確 保在現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)中的點(diǎn)火性能和耐久性。然而，近年來，發(fā)動(dòng)機(jī)自身的性能改進(jìn)，使燃燒 室中的壓縮比更高。結(jié)果，需要對(duì)貴金屬電極頭被接合到中心電極母材的火花塞進(jìn)行進(jìn)一 步改進(jìn)。例如，當(dāng)使接合到中心電極母材的貴金屬電極頭較長時(shí)，火花放電位置靠近燃燒 室的中央側(cè)，由此提高點(diǎn)火性能。另一方面，由于貴金屬電極頭的長度(下文也稱為電極頭 長度)增大，由燃燒室中的燃燒熱引起的貴金屬電極頭的導(dǎo)熱性惡化，這可能劣化耐久性。鑒于上述問題，從關(guān)注傳統(tǒng)尚未嘗試過的貴金屬電極頭的長度和熔融部的形狀的 角度著眼，本發(fā)明的課題是實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火性能和耐久性二者的提高。本發(fā)明的目的是提供一種 能夠在使接合到中心電極母材的前端的貴金屬電極頭較長的狀態(tài)下提高點(diǎn)火性能和耐久 性二者的新型火花塞。用于解決問題的方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下構(gòu)造。適用例火花塞一種火花塞包括中心 電極；絕緣體，其具有沿軸線方向延伸的軸向孔，并且所述絕緣體在所述軸向孔中保持所述中心電極；金屬殼，其保持所述絕緣體并且包圍所述絕緣體外周；以及接地電極，該接地電極的一端部被接合到所述金屬殼，該接地電極的另一端部 被彎曲成使得所述另一端部與所述中心電極的前端部相對(duì)，以在所述另一端部和所述中心 電極之間形成火花間隙，其中，所述中心電極包括電極母材，該電極母材包括前端部以直 徑朝向前端側(cè)減小的方式成錐狀的電極母材座；和貴金屬電極頭，該貴金屬電極頭被接合 到所述電極母材座的前端面，所述貴金屬電極頭和所述電極母材經(jīng)由熔融部接合，在該熔 融部中，所述貴金屬電極頭的成分和所述電極母材座的成分熔融，且滿足CL》0. 5mm，其中 CL是從在所述熔融部和所述貴金屬電極頭之間限定的電極頭側(cè)交界到所述貴金屬電極頭 的前端的軸線方向最短距離，以及滿足Sl < S2且5 < (S3-S2)/D ^ 50，其中Sl是所述電 極頭側(cè)交界的截面積，S2是在所述熔融部和所述電極母材座之間限定的電極母材側(cè)交界的 截面積，S3是所述電極母材座的基部的截面積，以及D是從所述電極母材側(cè)交界到所述基 部的軸線方向最短距離。在這種情況下，適于對(duì)于實(shí)際情況根據(jù)安裝到內(nèi)燃機(jī)中的火花塞的實(shí)際尺寸，計(jì) 算在上述關(guān)系式中的以毫米為單位的截面積Sl S3和最短距離(長度)D和CL。作為實(shí) 際尺寸的示例，用于計(jì)算上述截面積Sl S3的上述交界處的半徑為大約1. 5mm以下。在如上所述構(gòu)造的火花塞中，當(dāng)貴金屬電極頭經(jīng)由熔融部被熔化并接合到錐狀電 極母材座的前端面時(shí)，熔融部和貴金屬電極頭之間的電極頭側(cè)交界的截面積Si與熔融部 和電極母材座之間的電極母材側(cè)交界的截面積S2被設(shè)定成滿足第一關(guān)系式Sl < S2。電極 母材座為直徑朝向前端側(cè)減小的錐狀。當(dāng)然，電極母材座的基部的截面積S3比電極母材側(cè) 交界的截面積S2大。因此，從貴金屬電極頭到電極母材座的基部，截面積以貴金屬電極頭、 熔融部和電極母材座的順序增大。因此，只要貴金屬電極頭為傳統(tǒng)的短長度貴金屬電極頭， 則從貴金屬電極頭的導(dǎo)熱沒有特別問題。另一方面，當(dāng)單純地使截面積之間維持上述關(guān)系 且增大貴金屬電極頭的長度(從電極頭側(cè)交界到貴金屬電極頭的前端的軸線方向的最短 距離CL(對(duì)應(yīng)于電極頭長度)被設(shè)定成0.5mm以上)時(shí)，截面積變?yōu)閺馁F金屬電極頭到電 極母材座的基部逐漸增大，但是可以想到的是隨著電極頭長度的增大，從貴金屬電極頭的 導(dǎo)熱變慢。另一方面，在如上所述構(gòu)造的火花塞中，除了上述關(guān)系(Si < S2)之外，熔融部和 電極母材座之間的電極母材側(cè)交界的截面積S2與電極母材座的基部的截面積S3被設(shè)定成 滿足第二關(guān)系式5 ^ (S3-S2)/D ^ 50，這表示示出從電極母材側(cè)交界到基部的單位長度面 積增加率為5 50，其中D是從電極母材側(cè)交界到基部的軸線方向最短距離。因此，當(dāng)貴金 屬電極頭的熱經(jīng)由熔融部被傳導(dǎo)到電極母材座的基部時(shí)，在電極母材座的軸線方向上從電 極母材側(cè)交界到基部的熱傳播距離變短。此外，如由第二關(guān)系式5 < (S3-S2)/D<50所限 定的，在熱傳播時(shí)的熱傳播面積迅速擴(kuò)大。因此，即使在使貴金屬電極頭的電極頭長度比現(xiàn) 有的貴金屬電極頭的長度長(0.5mm以上)時(shí)，可以無問題地從貴金屬電極頭導(dǎo)熱。結(jié)果， 在使貴金屬電極頭長的狀態(tài)下，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)火性能和耐久性二者的提高?；鸹ㄈ梢詫?shí)施如下。例如，在所述火花塞中，所述絕緣體以至少所述貴金屬電極 頭、所述熔融部和所述電極母材座從所述絕緣體露出的狀態(tài)保持所述中心電極，所述接地 電極被彎曲成使得所述接地電極的所述另一端部與所述貴金屬電極頭的側(cè)面相對(duì)，并且在 所述接地電極的所述另一端部和所述貴金屬電極頭的所述側(cè)面之間形成火花間隙GA，以及滿足GB/GA> 1.05，其中GB是從所述接地電極的所述另一端部到所述電極頭側(cè)交界的最短 距離。由此，通過將接地電極的另一端部和貴金屬電極頭的側(cè)面之間的火花間隙GA與從接 地電極的另一端部到電極頭側(cè)交界的最短距離GB限定成滿足上述關(guān)系式(GB/GA ^ 1. 05)， 即使在熔融部的表面形成微小凹凸或在其上形成氧化膜，能夠減小從熔融部到接地電極的 另一端部的飛火。因此，能夠提高具有形成在接地電極的另一端面和貴金屬頭的側(cè)面之間 的火花間隙的火花塞的點(diǎn)火性能。此外，從電極頭側(cè)交界到貴金屬電極頭的前端的軸線方向的最短距離CL和電 極頭側(cè)交界的截面積Sl被設(shè)定成滿足關(guān)系式1. 4 ^ CL/S1 ^ 7. 2。通過滿足關(guān)系式 (1. 4 ( CL/S1 ( 7. 2)，能夠在實(shí)現(xiàn)提高點(diǎn)火性能和耐久性二者的狀態(tài)下，使貴金屬電極頭 較長。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的火花塞的部分截面圖；圖2是火花塞的中心電極的前端附近的放大圖；圖3是僅示出圖2所示的中心電極的前端部的圖；圖4是示出對(duì)中心電極的前端處截面積Sl S3和最短距離D進(jìn)行各種改變的狀 態(tài)下以電極頭的消耗度作為評(píng)價(jià)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果的圖；圖5是示出在截面積Sl S3固定而改變(S3_S2)/D時(shí)形狀變化的樣子的圖；圖6是在另一實(shí)施方式的火花塞的中心電極的前端附近的放大圖；圖7是示出在對(duì)火花間隙GA進(jìn)行各種改變的狀態(tài)下以從熔融部到電極頭的飛火 發(fā)生率(incidence ratio of sparkdischarge)為熔融部飛火率來進(jìn)行評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)試驗(yàn)的 結(jié)果的圖；以及圖8是示出從傳統(tǒng)火花塞到實(shí)施例樣品A的形態(tài)變化和從該實(shí)施例樣品A的其它 形態(tài)變化的圖。附圖標(biāo)記說明3:陶瓷電阻4 密封構(gòu)件5 墊圈6:圈構(gòu)件8:板狀密封件9 滑石10 絕緣體11 前端部12:軸向孔13 腿部15:臺(tái)階部17 前端側(cè)體部18 后端側(cè)體部19:凸緣部
20:中心電極21:電極母材22 電極母材座23 熔融部25 芯材30 接地電極30A:接地電極31 前端部3IA 前端部32 基部32A:基部40 端子配件50 金屬殼51 工具接合部52 安裝螺紋部53 彎邊部54 密封部55 座面56:臺(tái)階部57 前端面58 彎曲部59 螺紋頸90 電極頭91:電極頭100 火花塞100A 火花塞200 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋201 安裝螺紋孔205:開口周緣部0 軸線Kl:電極頭側(cè)交界K2 電極母材側(cè)交界K2 錐狀基部G、GA:火花間隙GB 最短距離CL 電極頭有效長度
具體實(shí)施例方式下文，將基于實(shí)施例 對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的火花塞100的部分截面圖，圖2是火花塞100中的中心電極20的前端附近的放大圖。在下 面的說明中，當(dāng)說上下方向時(shí)，圖1中所示的火花塞100的軸線O的方向被定義為上下方 向，下側(cè)被定義為火花塞100的前端側(cè)，上側(cè)被定義為后端側(cè)。如圖1所示，火花塞100包括作為絕緣體的絕緣體10 ；保持絕緣體10的金屬殼 50 ；沿軸線0的方向被保持在絕緣體10中的中心電極20 ；接地電極30 ；以及被設(shè)置在絕緣 體10的后端部的端子配件40。 已知的是，絕緣體10是由燒結(jié)氧化鋁等制成的，并且絕緣體10為筒狀，在軸中心 沿軸線O的方向延伸而形成有軸向孔12。絕緣體10包括凸緣部19、后端側(cè)體部18 (rear end side bodyportion)、前端側(cè)體部17和腿部13。凸緣部19形成于絕緣體10的軸線0 的方向上的大體中央的位置，并且在絕緣體10中，凸緣部19的外徑最大。后端側(cè)體部18 形成于凸緣部19的后端側(cè)(圖1中的上側(cè))。前端側(cè)體部17形成于凸緣部19的前端側(cè) (圖1中的下側(cè))并且前端側(cè)體部17的外徑比后端側(cè)體部18的外徑小。腿部13形成于前 端側(cè)體部17的前端側(cè)，并且腿部13的外徑比前端側(cè)體部17的外徑小。腿部13的直徑朝 向前端側(cè)減小，且當(dāng)火花塞100被安裝到內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋200時(shí)，腿部13暴露至燃燒室。 在腿部13和前端側(cè)體部17之間形成臺(tái)階部15。如圖2所示，中心電極20包括電極母材21和埋設(shè)在電極母材21的內(nèi)部的芯材 25，并且中心電極20為棒狀。電極母材21是由鎳或含有鎳作為主成分的如INC0NEL(商標(biāo) 名)600或601等合金制成。芯材25是由導(dǎo)熱性比電極母材21的導(dǎo)熱性好的銅或者由含 有銅作為主成分的合金制成。通常，通過將芯材25填充到形成為帶底的筒狀的電極母材21 內(nèi)部并且從底側(cè)通過擠出成型而拉伸電極母材21來制造中心電極20。芯材25在其體部的 外徑大致恒定，然而，芯材25可在前端側(cè)為錐狀。中心電極20的前端部，具體地，電極母材21的前端部包括電極母材座22，電極 母材座22成直徑朝向前端減小的錐狀；熔融部23 ；以及電極頭90。包括電極頭90的該前 端部從絕緣體10的前端部11進(jìn)一步向前端側(cè)突出。通過包含具有高熔點(diǎn)的貴金屬作為主 成分來形成電極頭90，以提高其耐火花消耗性。該電極頭90可以例如由銥(Ir)或Ir合金 制成。Ir合金是含Ir作為主成分的Ir合金，Ir合金中添加了鉬(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、鈀 (Pd)和錸(Re)中的一種或兩種或多種。作為具體示例，多使用Ir-5Pt合金(含有質(zhì)量占 5%的鉬的銥合金)和Ir-llRu-8Rh-lNi合金(含有質(zhì)量占11 %的釕、質(zhì)量占8%的銠以及 質(zhì)量占的鎳的銥合金)。通過將電極頭90焊接到電極母材座22來形成熔融部23，例如通過激光焊接來進(jìn) 行焊接，其中，照射激光，并且激光的熱熔融電極母材座22和電極頭90。換言之，在電極頭 90被配置在電極母材座22的前端面的狀態(tài)下，在將激光照射到電極母材座22和電極頭90 之間的交界面的同時(shí)，照射點(diǎn)繞交界面的整周移動(dòng)一圈。在該激光焊接中，兩種材料(電極 母材座22的構(gòu)成材料和電極頭90的貴金屬)被激光照射熔融并且混合。因此，電極頭90 和電極母材座22被牢固地彼此接合，并且形成連接電極母材座22和電極頭90的熔融部 23。通過熔融兩種材料而使該熔融部23形成為這兩種材料的合金。中心電極20在軸向孔12內(nèi)朝向后端側(cè)延伸，并且在后側(cè)(圖1中的上側(cè))經(jīng)由 密封構(gòu)件4和陶瓷電阻3 (參考圖1)電連接到端子配件40。高壓電纜(未示出)經(jīng)由火花 塞插頭(未示出)被連接到端子配件40，從而將高電壓施加到端子配件40。
接地電極30是由高耐腐蝕性的金屬制成，并且，例如使用如INC0NEL (商標(biāo)名)600 或601等鎳合金。該接地電極30沿著其長度方向在基端部(一個(gè)端部)32和前端部(另 一端部)31之間延伸。該接地電極30的在與接地電極30的長度方向垂直的方向上的截面 為大致矩形。基端部32通過焊接接合到金屬殼50的前端面57。接地電極30被彎曲成使 前端部31的一側(cè)面在軸線0上與中心電極20的電極頭90相對(duì)。該接地電極30在前端部 31的一側(cè)面與電極頭90的前端面之間形成火花間隙G。在該實(shí)施方式的火花塞100中，該 火花間隙G被設(shè)定成0. 6 1. 2mm。金屬殼50是筒狀配件，用于將火花塞100固定到內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋200中。金屬 殼50在其內(nèi)部以包圍絕緣體10的從后端側(cè)體部18的一部分到腿部13的部位的方式保持 絕緣體10的從后端側(cè)體部18的一部分到腿部13的部位。金屬殼50是由低碳鋼材料制 成，并且包括與未示出的火花塞扳手接合的工具接合部51和形成有螺紋的安裝螺紋部52， 安裝螺紋部52的螺紋被旋到設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的上部的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋200的安裝螺紋孔201。在該 實(shí)施方式中，該安裝螺紋部52的外徑M(公稱尺寸)被設(shè)定成標(biāo)準(zhǔn)外徑M14，或者比M14小 的 M12 到 M10。凸緣狀密封部54形成在金屬殼50的工具接合部51和安裝螺紋部52之間。通過 彎曲板狀構(gòu)件而形成的環(huán)狀墊圈5嵌插在安裝螺紋部52和密封部54之間的螺紋頸59。當(dāng) 將火花塞100安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)蓋200時(shí)，墊圈5在密封部54的座面55和安裝螺紋孔201的 開口周緣部205之間被擠壓變形。墊圈5的該變形實(shí)現(xiàn)火花塞100和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋200之間的 密封，由此防止空氣經(jīng)由安裝螺紋孔201從發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部泄漏。在金屬殼50的工具接合部51的后端側(cè)設(shè)置薄彎邊部53。與彎邊部53類似的薄 彎曲部(buckling portion) 58被設(shè)置在密封部54和工具接合部51之間。環(huán)狀圈構(gòu)件6 和7介于金屬殼50的從工具接合部51到彎邊部53的內(nèi)周面和絕緣體10的后端側(cè)體部18 的外周面之間，并且滑石9的粉末被填充在圈構(gòu)件6和7之間。通過向內(nèi)彎曲彎邊部53以 使彎邊部53彎邊，使絕緣體10經(jīng)由圈構(gòu)件6、7和滑石9在金屬殼50內(nèi)朝向前端側(cè)擠壓。 由此，絕緣體10的臺(tái)階部15經(jīng)由環(huán)形板狀密封件8被支撐在臺(tái)階部56，該臺(tái)階部56形成 于金屬殼50的內(nèi)周的安裝螺紋部52的位置，使金屬殼50和絕緣體10 —體化。此時(shí)，由板 狀密封件8來保持金屬殼50和絕緣體10之間的氣密性，且防止燃燒氣體流出。彎曲部58 被構(gòu)造成在彎邊時(shí)伴隨著壓縮力的施加而向外彎曲變形，使滑石9的軸線0的方向的壓縮 長度變大，并且，增大金屬殼50內(nèi)的氣密性。在位于臺(tái)階部56的前端側(cè)的區(qū)域中，在金屬 殼50和絕緣體10之間設(shè)置預(yù)定尺寸的間隔。上述火花塞100例如可以根據(jù)以下制造方法來制造。首先，制備中心電極20、絕 緣體10、金屬殼50和接地電極30，在該中心電極20上，上述電極頭90已經(jīng)經(jīng)由熔融部23 被接合到電極母材座22。然后，中心電極20裝配到絕緣體10，使在中心電極20的前端部 (具體地，電極頭90、熔融部23和電極母材座22)露出的狀態(tài)下絕緣體10覆蓋中心電極20 的外周。此后，金屬殼50被裝配到絕緣體10的外周，使絕緣體10的前端部從金屬殼50的 前端面突出1. 5mm以上，并且將接地電極30的基端部接合到金屬殼50的前端面57。此后， 彎曲接地電極30，以使接地電極30的前端部31與中心電極20的前端部相對(duì)。接著，將詳細(xì)說明書該實(shí)施方式的火花塞100中的中心電極20。圖3是僅示出圖2 所示的中心電極20的前端部的圖。如上所述，在中心電極20中，電極頭90通過激光焊接被接合到錐狀電極母材座22，如上所述，電極母材座22和電極頭90被作為合金的熔融部23 牢固地連接。電極母材座22、熔融部23和電極頭90具有不同的構(gòu)成材料，并且通過焊接接 合而形成。因此，在電極頭90和熔融部23之間的接合部處，出現(xiàn)交界(電極頭側(cè)交界K1)。 此外，在熔融部23和電極母材座22的接合部處，出現(xiàn)交界(電極母材側(cè)交界K2)。這些K1 和K2可以從外部視覺地看到。這里，在該實(shí)施方式中，從電極頭側(cè)交界K1到電極頭90的 前端的軸線方向的最短距離CL(下文稱為電極頭有效長度)不小于0. 5mm(CL彡0. 5mm)。在該實(shí)施方式中，在電極頭90已經(jīng)經(jīng)由熔融部23被接合到電極母材座22的狀態(tài) 下，熔融部23和電極頭90之間的電極頭側(cè)交界K1的截面積S1與熔融部23和電極母材座 22之間的電極母材側(cè)交界K2的截面積S2滿足SI < S2的關(guān)系式。可以通過將電極頭90 的截面積設(shè)定成等于或略小于錐狀電極母材座22的前端面積來滿足該關(guān)系式。電極母材 座22為錐狀，從而電極母材座22的基部K3的截面積S3當(dāng)然大于電極母材側(cè)交界K2的截 面積S2。在該實(shí)施方式中，除了限定交界處的截面積之外，電極母材側(cè)交界K2的截面積S2 和電極母材座22的基部K3的截面積S3被限定如下。如圖3所示，當(dāng)D為從電極母材側(cè)交 界K2到基部K3的軸線方向的最短距離時(shí)，表示從電極母材側(cè)交界K2到基部K3的單位長 度的面積增加率的(S3-S2)/D滿足關(guān)系式5 ( (S3-S2)/D ( 50。此外，關(guān)于電極頭90，從電極頭側(cè)交界K1到電極頭90的前端的軸線方向的最短距 離(電極頭有效長度)CL與電極頭側(cè)交界K1的截面積S1之間的關(guān)系滿足關(guān)系式1. 4 < CL/ SI ^ 7. 2。下文，電極頭側(cè)交界K1除以截面積S1的值(CL/S1)表示電極頭單位面積長度。在這種情況下，在電極頭90和接地電極30的前端部31被置于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋200的燃 燒室中之后，火花塞100被外徑(公稱直徑)為M10 M14的安裝螺紋部52裝配到內(nèi)燃機(jī)。 從這些情況，可以自然地限定電極頭側(cè)交界K1的截面積S1、電極母材側(cè)交界K2的截面積 S2、基部K3的截面積S3、從電極母材側(cè)交界K2到基部K3的沿軸線方向的最短距離D以及 電極頭90的電極頭有效長度CL的可能值。此外，將這些截面積S1 S3、最短距離D和電 極頭有效長度CL設(shè)定成滿足上述關(guān)系式。具體地，電極頭有效長度CL在大約0. 5 1. 7mm 的范圍內(nèi)，用于計(jì)算截面積SI的電極頭側(cè)交界K1的半徑、用于計(jì)算截面積S2的電極母材 側(cè)交界K2的半徑和用于計(jì)算截面積S3的基部K3的半徑在約0. 7 1. 5mm的范圍內(nèi)。圖4是示出在將電極頭有效長度CL設(shè)定為不小于0. 5mm且對(duì)在中心電極20的前 端部的截面積S1 S3和最短距離D進(jìn)行各種改變的狀態(tài)下以電極頭90的消耗度作為評(píng)價(jià) 項(xiàng)目來進(jìn)行評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果的圖。在評(píng)價(jià)試驗(yàn)中，在火花塞100被裝配到2000cc/6 缸發(fā)動(dòng)機(jī)之后，以恒定的轉(zhuǎn)數(shù)5000rpm連續(xù)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)100小時(shí)，測量試驗(yàn)開始前后電極頭 90的消耗度(消耗體積mm3)。作為測量所用的樣品的火花塞是電極頭90的電極頭單位面 積長度(CL/S 1)為如圖4所示的6種類的火花塞，并且在改變(S3-S2)/D的狀態(tài)下，測量 這6種類的火花塞。圖5是示出在固定截面積S1 S3而改變(S3-S2)/D時(shí)中心電極20 的前端部的形狀變化的圖。從圖4的試驗(yàn)結(jié)果中，可以確認(rèn)無論電極頭90的電極頭單位面積長度(CL/S1) 如何，通過將(S3-S2)/D設(shè)定成不小于5，能夠減小電極頭90的消耗。還能夠確認(rèn)，在 (S3-S2)/D變?yōu)椴恍∮?0之后，電極頭90的消耗減小效果變?yōu)榇笾潞愣?。還考察電極頭90的電極頭單位面積長度(CL/S1)，當(dāng)將該值(CL/S1)設(shè)定成滿足1. 4彡CL/S1彡7. 2時(shí)，與值(CL/S1)位于該范圍之外的樣品No.(號(hào))1和No. 6相比，電極 頭90的消耗減小效果顯著。從這些結(jié)果，在電極頭有效長度CL不小于0. 5mm的長的電極頭90經(jīng)由熔融部23 被接合到電極母材座22的情況下，在將從電極母材側(cè)交界K2到基部K3的(S3-S2)/D設(shè) 定成5彡(S3-S2)/D <50時(shí)，當(dāng)電極頭90的電極頭單位面積長度(CL/S1)為1. 4彡CL/ Sl ^ 7. 2時(shí)，在使電極頭90較長的狀態(tài)下，能顯著增大電極頭90的消耗減小效果。由于電極頭90的消耗度受從電極頭90導(dǎo)熱的影響，將關(guān)于導(dǎo)熱來說明圖4所示 的試驗(yàn)結(jié)果。如圖3所示，電極頭90經(jīng)由熔融部23被接合到電極母材座22，且從電極頭90經(jīng) 由熔融部23到電極母材座22的基部K3，截面積從電極頭90側(cè)起依次增大，Sl < S2 < S3。 在電極頭90的電極頭單位面積長度(CL/S1)小于1.4的范圍中，電極頭90的電極頭有效長 度CL短并且電極頭90自身小。由此構(gòu)造的火花塞對(duì)應(yīng)于圖4的樣品No. 1 (CL/S1 = 1.2), 并且電極頭90的導(dǎo)熱令人滿意。因此，如樣品No. 1(CL/S1 = 1.2)所示，由于電極頭90小， 因此電極頭90的消耗度自然地小，并且無論(S3-S2)/D如何，電極頭90的消耗度不變。換 言之，當(dāng)截面積如上所述擴(kuò)大時(shí)，從電極頭90自身作為對(duì)象的導(dǎo)熱小，從而從電極頭90導(dǎo) 熱相應(yīng)地令人滿意，改變(S3-S2)/D不會(huì)減小電極頭90的消耗度。另一方面，在電極頭90的電極頭單位面積長度(CL/S1)大于7. 2的樣品No. 6 (CL/ Sl = 9. 6)中，電極頭90的電極頭有效長度CL特別長，使得電極頭90變大。因此，即使截 面積如上所述地?cái)U(kuò)大時(shí)，電極頭90自身的導(dǎo)熱很差，使得如圖4所示，即使(S3-S2)/D改 變，電極頭90的消耗度仍然顯現(xiàn)為高。另一方面，電極頭單位面積長度(CL/S1)滿足關(guān)系式1. 4 < CL/S1 ( 7. 2的樣品 No. 2到No. 5中，當(dāng)(S3-S2) /D變?yōu)椴恍∮?時(shí)，電極頭90的消耗度大幅減小并且提高耐久 性。這歸因于以下事實(shí)除了從電極頭90到熔融部23和基部K3的截面積如上所述擴(kuò)大之 夕卜，電極母材側(cè)交界K2和基部K3之間的最短距離D由于(S3-S2)/D的值大而變小(見圖 5)，也就是，從電極母材側(cè)交界K2到電極母材座22的基部K3的熱傳播距離變短，且熱傳播 時(shí)的熱傳播面積由于(S3-S2)/D的值大而快速擴(kuò)散。因此，即使使電極頭有效長度CL長以 滿足關(guān)系式1. 4 < CL/S1 ^ 7. 2，也就是，即使使電極頭90長，也能夠令人滿意的實(shí)現(xiàn)從電 極頭90的導(dǎo)熱。結(jié)果，在使電極頭90較長的狀態(tài)下，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)火性能和耐久性兩者的提 尚ο接著，將說明另一實(shí)施方式。圖6是在另一實(shí)施方式的火花塞100A的中心電極20 的前端附近的放大圖。該實(shí)施方式與上述實(shí)施方式的構(gòu)造的不同在于接地電極30A以使 前端部(另一端部)31A與電極頭90的側(cè)面相對(duì)的方式形成火花間隙GA。如圖中所示，如上所述，在火花塞100A中，電極頭90經(jīng)由熔融部23接合到位于電 極母材21的前端的電極母材座22?；鸹ㄈ?00A包括接地電極30A。接地電極30A的基端 部( 一端部)32A被焊接接合到金屬殼50的前端面57。接地電極30A被彎曲成使得接地電 極30A的前端部(另一端部)31A的端面與中心電極20的電極頭90的側(cè)面相對(duì)。電極頭 91被接合到接地電極30A的前端部31A的端面。電極頭91的前端面在與軸線0垂直的軸 線Q上與電極頭90的側(cè)面相對(duì)，并且在電極頭91的前端面和電極頭90的側(cè)面之間形成火 花間隙GA0在該實(shí)施方式的火花塞100A中，該火花間隙GA也被設(shè)定成0. 3 1. 2mm。與位于中心電極20側(cè)的電極頭90類似地，接地電極30A側(cè)的電極頭91是通過含有貴金屬作 為主成分而形成的貴金屬電極頭，多使用Pt-20Rh合金(含有質(zhì)量占20%的銠的鉬合金) 和Pt-20Ir-5Rh合金(含有質(zhì)量占20%的銥且質(zhì)量占5%的銠的鉬合金)等。在圖6所示的火花塞100A中，以從電極頭90到電極母材座22的截面積的上述關(guān) 系來配置電極頭90。為了在電極頭91的前端面和電極頭90的側(cè)面之間形成火花間隙GA， 定義以下關(guān)系式。也就是，如圖6所示，由電極頭90的側(cè)面和電極頭91的前端面形成的火 花間隙GA被設(shè)定成相對(duì)于從電極頭91的前端面到電極頭側(cè)交界K1的最短距離GB滿足關(guān) 系式GB/GA> 1.05。盡管圖6示出的火花塞中，電極頭91的前端面在與軸線0垂直的軸 線Q上與電極頭90的側(cè)面相對(duì)，但是電極頭91的前端面可以在預(yù)定的角度交叉軸線0的 軸線上與電極頭90的側(cè)面相對(duì)。即使在這種情況下，火花間隙GA和最短距離GB被限定成 滿足上述關(guān)系式。圖7是示出在對(duì)火花間隙GA進(jìn)行各種改變的狀態(tài)下以從熔融部23到電極頭91 的飛火發(fā)生率為熔融部飛火率來進(jìn)行評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果的圖。該評(píng)價(jià)試驗(yàn)用于分析在 將樣品火花塞安裝到大氣氛圍下為0. 4MPa的壓力的壓力室中向樣品火花塞施加高壓時(shí)向 熔融部23的飛火率。像該實(shí)施方式中那樣，由于通過激光焊接熔融來形成將電極頭90接 合到電極母材座22的熔融部23，因此熔融部的表面具有微小凹凸和氧化膜，使得可以發(fā)生 從熔融部23的表面到電極頭91的飛火，更具體地，從與電極頭91的前端周緣相距最短距 離的電極頭側(cè)交界K1到電極頭91的飛火。決定對(duì)熔融部飛火率進(jìn)行測量的原因如下。近年來高壓縮比內(nèi)燃機(jī)被廣泛使用， 燃燒室壓力高。因此，對(duì)于朝向中心電極側(cè)彎曲延伸的接地電極，在高壓縮比和高燃燒壓力 環(huán)境下的彎曲部的強(qiáng)度需要比現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的有所增強(qiáng)，期望減小接地電極的長度。 從短長度接地電極和中心電極之間的放電可靠性的角度，在具有形成在中心電極周圍的火 花間隙的火花塞中，接地電極與中心電極的側(cè)面相對(duì)，更具體地，與位于中心電極的前端的 貴金屬電極頭(電極頭90)的側(cè)面相對(duì)。在這種情況下，如果接地電極簡單地與位于中心 電極的前端的貴金屬電極頭的側(cè)面相對(duì)，則點(diǎn)火性能可能惡化。換言之，由于作為貴金屬電 極頭和中心電極前端的接合部的熔融部是通過熔融電極構(gòu)成材料(例如鎳)和貴金屬而 形成的合金，在熔融部的表面上存在由于熔融而形成的微小凹凸或氧化膜，從而可能發(fā)生 會(huì)引起熔融部和接地電極之間的放電的熔融部飛火。由于熔融部位于貴金屬電極頭的基部 側(cè)，也就是遠(yuǎn)離燃燒室，因此估計(jì)到即使在熔融部和接地電極之間發(fā)生飛火，飛火也不會(huì)導(dǎo) 致燃燒室中的燃料著火。因此，調(diào)查從熔融部23的側(cè)面飛火的發(fā)生狀況，調(diào)查結(jié)果在圖7 的圖中示出。在圖7所示的圖中，X軸表示最短距離GB與火花間隙GA的比GB/GA，Y軸表示熔融 部飛火率(％)。從圖7所示的試驗(yàn)結(jié)果，可以確認(rèn)的是，無論火花間隙GA如何，通過將最 短距離GB與火花間隙GA的比設(shè)定成不小于1. 05，可以將熔融部飛火率減小到20%以下。 此外，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)最短距離GB與火花間隙GA的比率超過1. 2時(shí)，可以幾乎完全抑制熔融 部飛火率。盡管上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，然而本發(fā)明不限于這些實(shí)施方式，在 不背離本發(fā)明的范圍的前提下，可以采用各種構(gòu)造。例如，以下變形是可以的。在圖1至圖3示出的火花塞100中，電極頭90的前端面與接地電極30的一側(cè)面相對(duì)。然而，圖6中示出的電極頭91可以設(shè)置在接地電極30的與電極頭90相對(duì)的面上。此外，只要從電極母材側(cè)交界K2到基部K3的(S3_S2)/D和電極頭90的電極頭單 位面積長度(CL/S1)分別滿足5彡(S3-S2)/D彡50的關(guān)系和1. 4彡CL/S1彡7. 2的關(guān)系， 則可以形成各種電極頭90和電極母材座22。圖8是示出從傳統(tǒng)火花塞到實(shí)施例樣品A的 形態(tài)變化和從該實(shí)施例樣品A的其它形態(tài)變化。只要(S3-S2)/D和 電極頭單位面積長度 (CL/S1)滿足上述關(guān)系式，對(duì)于圖8示出的任意形式，當(dāng)然可以通過令人滿意的從電極頭90 的導(dǎo)熱而獲得上述效果。如圖8所示，實(shí)施例樣品A對(duì)應(yīng)于上述火花塞100或100A，通過僅使電極頭90的 電極頭有效長度CL長，而增大電極頭單位面積長度(CL/S1)。當(dāng)電極頭有效長度CL由此增 大時(shí)，在使熔融部23和電極頭91像圖6所示的那樣可靠地分開的狀態(tài)下，能夠確保最短距 離GB，從而減小熔融部飛火的實(shí)效性增大。實(shí)施例樣品B形成為在電極頭單位面積長度(CL/S1)滿足上述關(guān)系的范圍內(nèi)使電 極頭有效長度CL比實(shí)施例樣品A的電極頭有效長度CL長。在實(shí)施例樣品C中，通過縮短 從電極母材側(cè)交界K2到基部K3的最短距離D而增大(S3-S2)/D，從而使從電極頭90的導(dǎo) 熱增大。實(shí)施例樣品D形成為在縮短最短距離D時(shí)增大電極頭側(cè)交界Kl的截面積Sl (電 極頭截面積)，在該形式下，通過增大(S3-S2)/D和截面積Si，能夠增大從電極頭90的導(dǎo) 熱。實(shí)施例樣品E形成為在電極頭單位面積長度(CL/S1)滿足上述關(guān)系的范圍內(nèi)使電極頭 90的截面積、即電極頭側(cè)交界Kl的截面積Sl相比于實(shí)施例樣品A小。本申請(qǐng)基于2007年11月20日提交的日本專利申請(qǐng)(No. 2007-300824)和2008 年2月7日提交的日本專利申請(qǐng)(No. 2008-27969)，其內(nèi)容通過引用的方式包含于此。
權(quán)利要求
一種火花塞，其包括中心電極(20)；絕緣體，其具有沿軸線方向延伸的軸向孔，并且所述絕緣體在所述軸向孔中保持所述中心電極(20)；金屬殼(50)，其保持所述絕緣體并且包圍所述絕緣體外周；以及接地電極(30A)，該接地電極的一端部被接合到所述金屬殼(50)，該接地電極的另一端部被彎曲成使得所述另一端部與所述中心電極(20)的前端部相對(duì)，以在所述另一端部和所述中心電極(20)之間形成火花間隙，其中，所述中心電極(20)包括電極母材，該電極母材包括前端部以直徑朝向前端側(cè)減小的方式成錐狀的電極母材座(22)；和貴金屬電極頭(90)，該貴金屬電極頭被接合到所述電極母材座(22)的前端面，所述貴金屬電極頭(90)和所述電極母材經(jīng)由熔融部(23)接合，在該熔融部(23)中，所述貴金屬電極頭(90)的成分和所述電極母材座(22)的成分熔融，且滿足CL≥0.5mm，其中CL是從在所述熔融部(23)和所述貴金屬電極頭(90)之間限定的電極頭側(cè)交界(K1)到所述貴金屬電極頭(90)的前端的軸線方向最短距離，以及滿足S1＜S2且5≤(S3-S2)/D≤50，其中S 1是所述電極頭側(cè)交界(K1)的截面積，S2是在所述熔融部(23)和所述電極母材座(22)之間限定的電極母材側(cè)交界(K2)的截面積，S3是所述電極母材座(22)的基部(K3)的截面積，以及D是從所述電極母材側(cè)交界(K2)到所述基部(K3)的軸線方向最短距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述絕緣體以至少所述貴金屬電極頭(90)、所述熔融部(23)和所述電極母材座(22) 從所述絕緣體露出的狀態(tài)保持所述中心電極(20)，所述接地電極(30A)被彎曲成使得所述接地電極的所述另一端部與所述貴金屬電極 頭(90)的側(cè)面相對(duì)，并且在所述接地電極(30A)的所述另一端部和所述貴金屬電極頭(90) 的所述側(cè)面之間形成火花間隙GA，以及滿足GB/GA ^ 1. 05，其中GB是從所述接地電極(30A)的所述另一端部到所述電極頭側(cè) 交界(K1)的最短距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，滿足1.4 ^ CL/S1 ^ 7. 2。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種能夠在使接合到中心電極母材的前端的貴金屬電極頭較長的狀態(tài)下提高點(diǎn)火性能和耐久性二者的新型火花塞。中心電極包括錐狀電極母材座和經(jīng)由熔融部接合到電極母材座的貴金屬電極頭，在該熔融部中，貴金屬電極頭的成分和電極母材座的成分熔融。在這種狀態(tài)下，在熔融部和貴金屬電極頭之間的電極頭側(cè)交界的截面積S1以及熔融部和電極母材座之間的電極母材側(cè)交界的截面積S2滿足關(guān)系式S1＜S2。關(guān)于電極母材座的基部的截面積S3，(S3-S2)/D滿足關(guān)系式5≤(S3-S2)/D≤50。D是從電極母材側(cè)交界到基部的軸線方向的最短距離。
文檔編號(hào)H01T13/32GK101868891SQ20088011711
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社