火花塞及其制造方法

專利名稱：火花塞及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種用在內燃機等中的火花塞及其制造方法。
背景技術：
內燃機等燃燒裝置用的火花塞例如包括沿軸線方向延伸的中心電極、設置在該中 心電極的外周的絕緣體、組裝在該絕緣體外側的圓筒狀的主體金屬殼、和基端部與上述主 體金屬殼的前端部接合的接地電極。彎折接地電極自身的大致中間部分地配置該接地電 極，以使該接地電極的前端部與上述中心電極的前端部面對，從而在中心電極的前端部與 接地電極的前端部之間形成火花放電間隙。另外，近年公知一種通過使貴金屬電極頭(tip)與接地電極的前端部中的形成上 述火花放電間隙的部位接合而謀求提高耐消耗性的技術。這里，作為使貴金屬電極頭與接 地電極接合的方法，通常采用如下方法，即，向貴金屬電極頭與接地電極接觸的接觸面的外 緣照射激光束，形成由構成貴金屬電極頭和接地電極的金屬材料熔合而成的熔融部，從而 將貴金屬電極頭和接地電極接合起來(例如參照專利文獻1等)。另外，從謀求進一步提高耐消耗性的觀點出發，可以使用直徑比較大的貴金屬電 極頭，進一步增大貴金屬電極頭的形成上述火花放電間隙的面(放電面)的面積。專利文獻1 日本特開2005-158323號公報但是，接地電極與直徑比較大的貴金屬電極頭之間的熱應力差比較大。另外，在使 貴金屬電極頭與接地電極接合時，由于貴金屬電極頭的直徑較大，因此與貴金屬電極頭的 尺寸相比，熔融部的熔透深度可能過小。即，在使用了大徑的貴金屬電極頭的情況下，接地 電極與貴金屬電極頭之間的熱應力差增大，而且不易以充分的深度形成具有可吸收該熱應 力差的作用的熔融部。因而，擔心接地電極與貴金屬電極頭接合的接合部分中的氧化皮擴 展，進而使貴金屬電極頭自接地電極剝離。針對該問題，可以通過增大激光束的照射能量來增大熔融部的熔透深度，但只是 增大照射能量，可能使熔融部到達或接近上述放電面，從而可能無法充分地發揮通過設置 貴金屬電極頭而獲得的耐消耗性的提高效果。另外，也可以通過增加貴金屬電極頭的壁厚來防止熔融部到達或接近放電面。但 是，由于構成貴金屬電極頭的貴金屬合金較昂貴，因此若將已經是大徑的貴金屬電極頭進 一步形成為厚壁的電極頭，則可能明顯增加成本。實際情況反而是，為了極力抑制由大徑化 引發的成本的增加，謀求貴金屬電極頭的薄壁化。

發明內容
本發明是鑒于上述情況而做成的，目的在于提供一種由接地電極與直徑比較大的 貴金屬電極頭接合而成、能夠充分確保貴金屬電極頭的耐剝離性、并且能夠抑制成本的增 加的火花塞及其制造方法。下面，對適用于達到上述目的的各技術方案進行分項說明。另外，依據需要在對應
4的技術方案處備注該技術方案特有的作用效果。技術方案1.本技術方案的火花塞包括筒狀的絕緣體，其具有沿軸線方向貫穿的軸孔；中心電極，其插入設置在上述軸孔的前端側；筒狀的主體金屬殼，其設置在上述絕緣體的外周；接地電極，其配置在上述主體金屬殼的前端部；貴金屬電極頭，其與上述接地電極的前端部接合，且在該貴金屬電極頭與上述中 心電極的前端部之間形成有間隙，上述貴金屬電極頭的形成上述間隙的面的面積為0. 9mm2以上，該火花塞的特征在 于，上述貴金屬電極頭借助熔融部與上述接地電極接合，該熔融部是通過將激光束或 電子束照射在上述接地電極的前端面和側面中的至少一個面上而形成的、且由上述接地電 極與上述貴金屬電極頭熔合而成，在使上述貴金屬電極頭和上述熔融部沿上述貴金屬電極頭的中心軸線投影到與 上述中心軸線正交的投影面上而形成的投影面中，相對于上述貴金屬電極頭投影而形成的 區域，上述貴金屬電極頭與上述熔融部的重疊區域所占的比例為70%以上。另外，“接地電極的側面”是指，接地電極的與上述中心電極面對的面的鄰接面(不 包括接地電極的前端面)。如上述技術方案1所述，采用形成上述間隙的面(放電面)的面積為0. 9mm2以上 的直徑比較大的貴金屬電極頭，能夠提高耐消耗性，但另一方面卻更加擔心該種貴金屬電 極頭發生上述那樣的自接地電極剝離的現象。針對該問題，采用上述技術方案1，在使貴金屬電極頭和熔融部沿貴金屬電極頭的 中心軸線投影到與該中心軸線正交的投影面上而形成的投影面中，相對于貴金屬電極頭投 影而形成的區域，貴金屬電極頭與熔融部的重疊區域所占的比例為70%以上。即，能夠借助 充分寬的熔融部使貴金屬電極頭與接地電極接合。因而，即使在接地電極與大徑的貴金屬 電極頭之間產生比較大的熱應力差，也能利用該熔融部充分吸收該熱應力差，從而能夠更 加可靠地防止貴金屬電極頭與接地電極接合的接合部分中的氧化皮擴展。結果，能夠更加 可靠地提高貴金屬電極頭的耐剝離性。另外，以下述方式形成熔融部，即，將激光束或電子束照射在接地電極的前端面和 側面中的至少一個面上、而非照射在接地電極與貴金屬電極頭接觸的接觸面的外緣。因而， 即使如上所述地確保了充分寬的熔融部，熔融部也不易到達或接近放電面，從而能夠充分 地發揮通過設置貴金屬電極頭而獲得的耐消耗性的提高效果。結果，能夠與將貴金屬電極 頭的放電面的面積比較大地形成為0. 9mm2以上的這一做法互起作用，飛躍性地提高耐消耗 性。此外，由于能夠抑制熔融部到達或接近放電面，因此能夠使用壁厚比較小(例如 0. 5mm以下)的貴金屬電極頭作為本發明的貴金屬電極頭。由此，能夠有效抑制與使用大徑 的貴金屬電極頭相對應的制造成本的增加。技術方案2.本技術方案的火花塞在上述技術方案1所述的火花塞的基礎上，其特 征在于，遍布上述貴金屬電極頭的基端部的外周部分與上述接地電極之間的整個區域地形成上述熔融部。采用上述技術方案2，覆蓋貴金屬電極頭與接地電極的交界部分地形成熔融部。因 而，由于存在熔融部，所以能夠有效地防止腐蝕氣體進入到上述交界部分，能夠更加可靠地 防止貴金屬電極頭與接地電極接合的接合部分中的氧化皮擴展。結果，能夠進一步提高貴 金屬電極頭的耐剝離性。技術方案3.本技術方案的火花塞在上述技術方案1或2所述的火花塞的基礎上， 其特征在于，將激光束或電子束照射在上述接地電極的前端面和側面中的至少第一面和與 該第一面不同的第二面上，從而形成上述熔融部；并且，上述熔融部形成有重疊熔融區域，該重疊熔融區域由第一熔融區域和第二 熔融區域重合而成，通過將激光束或電子束照射在上述第一面上而形成上述第一熔融區 域，通過將激光束或電子束照射在上述第二面上而形成上述第二熔融區域。采用上述技術方案3，在熔融部中形成有由第一熔融區域和第二熔融區域重合而 成的重疊熔融區域。即，遍布接地電極的前端面與接地電極中的至少一側面之間的區域地 形成熔融部、或者遍布接地電極的側面彼此間的區域地形成熔融部、或者遍布接地電極的 前端面與兩側面的彼此間的區域地形成熔融部。因而，能夠進一步提高貴金屬電極頭相對 于接地電極的接合強度，從而能夠進一步提高貴金屬電極頭的耐剝離性。技術方案4.本技術方案的火花塞在上述技術方案3所述的火花塞的基礎上，其特 征在于，使上述貴金屬電極頭、上述熔融部和通過上述貴金屬電極頭的中心軸線且沿上述 接地電極的長度方向延伸的直線沿上述貴金屬電極頭的中心軸線進行投影，在由此形成的 投影面中，上述重疊熔融區域在投影上述貴金屬電極頭而形成的區域內位于上述直線上。采用上述技術方案4，能夠更加可靠地利用熔融部吸收在接地電極與貴金屬電極 頭之間產生的熱應力差。由此，能夠極有效地抑制接地電極與貴金屬電極頭接合的接合部 分中的氧化皮擴展，從而能夠進一步提高貴金屬電極頭的耐剝離性。技術方案5.本技術方案的火花塞在上述技術方案3所述的火花塞的基礎上，其特 征在于，在使上述貴金屬電極頭的中心軸線和上述熔融部沿上述貴金屬電極頭的中心軸線 投影而形成的投影面中，上述重疊熔融區域位于上述貴金屬電極頭的中心軸線上。采用上述技術方案5，能夠更加可靠地利用熔融部吸收在接地電極與貴金屬電極 頭之間產生的熱應力差，從而能夠飛躍性地提高貴金屬電極頭的耐剝離性。技術方案6.本技術方案的火花塞在上述技術方案1 5中任意一項所述的火花 塞的基礎上，其特征在于，上述熔融部不露出于上述貴金屬電極頭的形成上述間隙的面。采用上述技術方案6，由于耐消耗性比貴金屬電極頭差的熔融部并未露出于放電 面，因此能夠更加可靠地發揮通過設置貴金屬電極頭而獲得的耐消耗性的提高效果。技術方案7.本技術方案的火花塞在上述技術方案1 6中任意一項所述的火花 塞的基礎上，其特征在于，上述貴金屬電極頭含有銥(Ir)、鉬(Pt)、銠(1 )、釕(Ru)、鈀(Pd) 和錸(Re)中的至少一種。如上述技術方案7所述，通過用含有Pt、Ir等的材料作為構成貴金屬電極頭的金 屬材料，能夠更進一步地提高耐消耗性。技術方案8.本技術方案的火花塞的制造方法用于制造上述技術方案1 7中任 意一項所述的火花塞，其特征在于，將上述貴金屬電極頭載置在上述接地電極上，然后從朝向上述貴金屬電極頭的形成上述間隙的面的相反側傾斜的方向將上述激光束或電子束照 射在上述貴金屬電極頭與上述接地電極接觸的接觸面上，從而使上述貴金屬電極頭與上述 接地電極接合。采用上述技術方案8，在使貴金屬電極頭與接地電極接合時，從與貴金屬電極頭的 形成上述間隙的面(放電面)平行的方向且以朝向接地電極的背面側傾斜的方向照射激光 束或電子束。因而，能夠減少貴金屬電極頭的在接合時熔融的部分，從而能夠使接合后的貴 金屬電極頭具有充分的厚度。結果，能夠進一步提高耐消耗性。另外，通過照射激光束或電子束而形成的熔融部在表面上能夠形成微小的凹凸， 因此在放電時，可能在中心電極與電場強度比較高的上述凹凸部分之間發生放電，使耐久 性下降，但采用上述技術方案8，比較容易以不在上述間隙(火花放電間隙)側露出的方式 形成熔融部。因而，在采用上述技術方案8而形成熔融部不在上述間隙側露出的技術方案 時，能夠有效抑制上述熔融部與中心電極之間發生放電，從而能夠提高耐久性。技術方案9.本技術方案的火花塞的制造方法在上述技術方案8的基礎上，其特征 在于，利用光纖維激光(fiber laser)或電子束使上述貴金屬電極頭與上述接地電極接合。采用上述技術方案9，能夠在將熔融部維持成比較薄的狀態不變的情況下，使熔融 部到達接地電極等的更內部側。因此，即使如上所述遍布比較大的區域地形成熔融部，也能 夠將熔融部的體積控制成比較小的尺寸。因而，能夠進一步減少貴金屬電極頭的在接合時 熔融的部分，即使使用更薄的貴金屬電極頭，仍然能使接合后的貴金屬電極頭具有充分的 厚度(體積)。結果，能夠更進一步地提高耐消耗性。


圖1是表示火花塞的結構的局部剖切主視圖。圖2的(a)是表示相對于接地電極的貴金屬電極頭的接合位置等的局部放大圖， (b)是表示火花塞的前端部的結構的局部剖切放大主視圖。圖3的(a)是表示熔融部等的結構的局部放大側視圖，(b)是表示使貴金屬電極 頭、熔融部等投影而形成的投影面的投影圖。圖4是表示熔融部的截面形狀等的局部放大剖視圖。圖5是用于說明重疊熔融區域的形狀、位置的指定方法的圖，(a)是接地電極等的 立體示意圖，(b)是(a)的J-J線剖視圖，(c)是(a)的K-K線剖視圖，(d)是(a)的L-L線 剖視圖，(e)是(a)的M-M線剖視圖，(f)是(a)的N_N線剖視圖。圖6是用于說明重疊熔融區域的形狀、位置的指定方法的圖，(a)是接地電極等的 立體示意圖，(b)是(a)的J-J線剖視圖，(c)是(a)的K-K線剖視圖，(d)是(a)的L-L線 剖視圖。圖7是用于說明重疊熔融區域的形狀、位置的指定方法的圖，(a)是接地電極等的 立體示意圖，(b)是(a)的J-J線剖視圖，(c)是(a)的K-K線剖視圖。圖8是用于說明第二實施方式的熔融部的結構的圖，(a)是表示接地電極的前端 部等的局部放大側視圖，(b)是表示使貴金屬電極頭、熔融部等投影而形成的投影面的投影 圖。圖9是表示對熔融部的比例進行了各種改變后得到的樣品的實驗臺火花試驗的試驗結果的曲線圖。圖10是表示各樣品中的熔融部的形狀的圖，(a)是使樣品1的熔融部等投影而得 到的投影圖，(b)是使樣品2的熔融部等投影而得到的投影圖，(c)是使樣品3的熔融部等 投影而得到的投影圖，(d)是使樣品4的熔融部等投影而得到的投影圖。圖11是表示點火性評價試驗的試驗結果的曲線圖。圖12是用于說明另一實施方式的激光束的照射方向等的局部放大剖視圖。圖13是表示另一實施方式的熔融部等的結構的局部放大側視圖。圖14的(a)、(b)是用于說明另一實施方式的熔融部的結構的投影圖。圖15的(a)、(b)是用于說明另一實施方式的熔融部的結構的投影圖。圖16是用于說明另一實施方式的熔融部的結構的投影圖。
具體實施例方式第一實施方式接下來，參照

實施方式。圖1是表示火花塞1的局部剖視主視圖。另外， 在圖1中，將火花塞1的軸線CLl方向視作圖中的上下方向，將圖中的下側視作火花塞1的 前端側，將圖中的上側視作火花塞1的后端側。火花塞1包括筒狀的作為絕緣體的瓷絕緣體2、和保持該絕緣子2的筒狀的主體金 屬殼3等構件。如公知的那樣通過燒結氧化鋁等而形成瓷絕緣體2，該瓷絕緣體2的外形部包括 后端側主體部10，其形成在后端側；大徑部11，其朝向徑向外側突出地形成在該后端側主 體部10的前端側；中主體部12，其以比大徑部11細的直徑形成在該大徑部11的前端側； 長腿部13，其以比中主體部12細的直徑形成在中主體部12的前端側。而且，瓷絕緣體2中 的大徑部11、中主體部12及大部分的長腿部13收容在主體金屬殼3的內部。并且，在中主 體部12與長腿部13相連接的連接部形成有斜面狀的臺階部14，利用該臺階部14將瓷絕緣 體2卡定于主體金屬殼3。此外，在瓷絕緣體2中沿軸線CLl貫穿形成有軸孔4，中心電極5插入固定在該軸 孔4的前端側。該中心電極5包括由導熱性優異的銅或銅合金構成的內層5A、和由主要成 分是鎳(Ni)的Ni合金構成的外層5B。此外，中心電極5整體形成為棒狀(圓柱狀)，前端 面平坦且自瓷絕緣體2的前端突出。另外，在中心電極5的前端部設置有由規定的貴金屬 合金(例如鉬合金、銥合金)構成的貴金屬部31。另外，在軸孔4的后端側以自瓷絕緣體2的后端突出的狀態插入固定有端子電極 6。此外，在軸孔4的中心電極5與端子電極6之間配置有圓柱狀的電阻器7。該電阻 器7的兩端部借助導電性的玻璃密封層8、9而分別與中心電極5和端子電極6電連接。而且，利用低碳鋼等金屬形成筒狀的上述主體金屬殼3，在該主體金屬殼3的外周 面形成有用于將火花塞1安裝在燃燒裝置(例如內燃機、燃料電池改性器等)的安裝孔中 的螺紋部(外螺紋部)15。另外，在螺紋部15的后端側的外周面形成有座部16，在螺紋部 15后端的螺紋頸17嵌入有環狀的襯墊18。此外，在主體金屬殼3的后端側設置有截面為 六邊形的工具卡合部19，在將主體金屬殼3安裝在上述燃燒裝置中時，該工具卡合部19用于與扳手等工具卡合，并且，在主體金屬殼3的后端部設置有用于保持瓷絕緣體2的翻邊緊 固部20。另外，在主體金屬殼3的內周面設置有用于與瓷絕緣體2卡定的斜面狀的臺階部
21。于是，從主體金屬殼3的后端側朝向前端側地插入瓷絕緣體2，在瓷絕緣體2自身的臺 階部14與主體金屬殼3的臺階部21卡定的狀態下，向徑向內側翻邊緊固主體金屬殼3后 端側的開口部，即形成上述翻邊緊固部20，從而將瓷絕緣體2固定于主體金屬殼3。另外， 在瓷絕緣體2的臺階部14與主體金屬殼3的臺階部21之間插入安裝有圓環狀的板密封件
22。由此，能夠保持燃燒室內的氣密性，防止進入到被暴露于燃燒室內的瓷絕緣體2的長腿 部13與主體金屬殼3的內周面的間隙中的燃料氣體泄漏到外部。此外，為了使翻邊緊固產生的密封更加可靠，在主體金屬殼3的后端側將環狀構 件23J4插入安裝在主體金屬殼3與瓷絕緣體2之間，在環狀構件23J4之間填充有滑石 (talc) 25的粉末。即，主體金屬殼3借助板密封件22、環狀構件23、M和滑石25來保持瓷 絕緣體2。另外，接地電極27與主體金屬殼3的前端面沈接合，該接地電極27的大致中間 部分彎折且前端側的側面與中心電極5的前端部(貴金屬部31)面對。該接地電極27由 Ni合金構成，且在與上述貴金屬部31面對的部位上接合有圓柱狀的貴金屬電極頭32。利 用含有銥、鉬、銠、釕、鈀和錸中的至少一種的貴金屬合金形成該貴金屬電極頭32。另外，在 貴金屬電極頭32的前端面(放電面)與上述貴金屬部31之間形成有作為間隙的火花放電 間隙33，在該火花放電間隙33中，在沿軸線CLl的方向上進行火花放電。除此之外，為了提高耐消耗性，以比較大的直徑形成上述貴金屬電極頭32，在本實 施方式中，將貴金屬電極頭32的形成上述火花放電間隙33的面(放電面)的面積設定為 0. 9mm2以上。但是，為了抑制與大徑化相對應發生的成本的增加，以比較薄的壁厚(例如厚 度為0. 5mm以下)形成貴金屬電極頭32。此外，為了提高點火性，比較細地形成接地電極27，但從充分地維持貴金屬電極 頭32與接地電極27接合的接合面積的觀點出發，如圖2的(a)所示，比貴金屬電極頭32 的外徑大地形成接地電極27的寬度，并且以貴金屬電極頭32的中心軸線CL2位于接地電 極27的寬度方向中心的方式接合貴金屬電極頭32。因此，對于與貴金屬電極頭32的中心 軸線CL2和沿接地電極27的長度方向延伸的直線SL均正交的方向，在將沿該方向的從接 地電極27的側面27S1到貴金屬電極頭32的距離設為A(mm)、將貴金屬電極頭32的寬度 設為B(mm)、將從貴金屬電極頭32到接地電極27的側面27S2的距離設為C(mm)時，滿足 A+B+C彡3. 0的關系。而且，如圖2的(b)等所示，貴金屬電極頭32借助熔融部35與接地電極27接合， 通過使構成接地電極27的金屬材料和構成貴金屬電極頭32的金屬材料熔合而構成該熔融 部35(另外，在上述圖2的(a)中省略表示熔融部35)。在本實施方式中，遍布貴金屬電極 頭32的基端部的外周部與接地電極27之間的區域地形成熔融部35。另外，在本實施方式中，如圖3的(a)、(b)和圖4所示，將激光束或電子束照射在 接地電極27的前端面27F和2個側面27S1、27S2上，從而形成熔融部35。詳細而言，熔融 部35由熔融區域35a、35b、35c、35d、3k構成，以下述方式形成熔融區域35a、35b，即，沿與 貴金屬電極頭32的形成火花放電間隙33的面(放電面)平行且與接地電極27的長度方向正交的方向(圖4中的空心箭頭方向)將激光束或電子束照射在接地電極27的側面27S1 上的兩處位置，從而形成熔融區域35a、35b。另外，以下述方式形成熔融區域35c、35d，即， 在與貴金屬電極頭32的放電面平行的方向上沿與接地電極27的長度方向正交的方向將激 光束或電子束照射在接地電極27的側面27S2上的位于上述熔融區域35a、3^背面的部位 的兩處位置，從而在上述熔融區域35a、3^背面形成熔融區域35c、35d。此外，以下述方式 形成熔融區域35e，即，在與貴金屬電極頭32的放電面平行的方向上沿接地電極27的長度 方向將激光束或電子束照射在接地電極27的前端面27F上，并且沿接地電極27的寬度方 向慢慢移動照射位置，從而形成熔融區域35e。另外，通過上述那樣地將激光束或電子束照 射在接地電極27的前端面27F和側面27S1、側面27S2上，熔融部35不會露出于貴金屬電 極頭32的放電面。另外，在將接地電極27的側面27S1作為本發明的“第一面”的情況下，接地電極 27的前端面27F和側面27S2相當于本發明的“第二面”。另外，在將接地電極27的側面 27S1視作本發明的“第一面”的情況下，通過將激光束或電子束照射在側面27S1上而形成 的熔融區域35a、3^相當于本發明的“第一熔融區域”，通過將激光束或電子束照射在前端 面27F、側面27S2上而形成的熔融區域35c、35d、3k相當于本發明的“第二熔融區域”。此外，在本實施方式中，如圖3的(b)所示，在將貴金屬電極頭32和熔融部35沿貴 金屬電極頭32的中心軸線CL2投影到與該中心軸線CL2正交的投影面上而形成的投影面 中，相對于貴金屬電極頭32投影而形成的區域APl (在圖3的(b)中用粗線包圍的區域)， 貴金屬電極頭32與熔融部35重疊的區域AOl (圖3的(b)中用斜線表示的部位)所占的 比例為70%以上(例如100% ) ο而且，如圖3的(b)和圖4所示，在熔融部35中形成有熔融區域35a、35c重合而 成的重疊熔融區域37a、熔融區域35b、35d重合而成的重疊熔融區域37b、熔融區域35b、35e 重合而成的重疊熔融區域37c、熔融區域35d、3k重合而成的重疊熔融區域37d以及熔融區 域35b、35d、3k重合而成的重疊熔融區域37e。在本實施方式中，以下述方式設定熔融區域 3 等的形成位置，即，對于通過貴金屬電極頭32的中心軸線CL2而沿接地電極27的長度 方向延伸的直線SL，在使該直線SL沿貴金屬電極頭32的中心軸線CL2投影于上述投影面 時，在貴金屬電極頭32投影而形成的上述區域APl內，上述重疊熔融區域37a、37b、37e位 于上述直線SL上。另外，“重疊熔融區域”是指下述2個熔融區域重合而成的部位，即，將激光束或電 子束照射在上述接地電極27的前端面27F和側面27S1、27S2中的任意一個面(第一面) 上而形成的熔融區域；將激光束或電子束照射在前端面27F和側面27S1、27S2中的與上述 第一面不同的面(第二面)上而形成的熔融區域。因而，例如將激光束或電子束照射在同 一個側面27S1上而形成的熔融區域3 和熔融區域3 所重合的部分不相當于本發明的 “重疊熔融區域”。另外，可以采用下述方法判斷是否存在重疊熔融區域。即，通常，通過照射激光束 或電子束而形成的熔融區域中的位于接地電極27等構件的內部的部位(S卩，熔融區域中的 除朝向貴金屬電極頭32熔出的部位之外的部位)形成為自外表面向接地電極27等構件的 內部側變尖的尖頭形狀。因而，例如如圖5的(a) (f)所示，在未形成重疊熔融區域的情 況下，當在各熔融區域MA1、MA2中沿形成熔融區域MA1、MA2時的激光束或電子束的照射方向(圖中的空心箭頭方向)和貴金屬電極頭(在圖5 圖7中未圖示)的中心軸線CL2截 取多個截面時，各個熔融區域MA1、MA2的截面形狀為寬度朝向內部側減小的形狀。相對于此，在形成有重疊熔融區域的情況下，例如如圖6的(a) (d)和圖7的 (a) (c)所示，當在各熔融區域MA3、MA4、MA5、MA6中截取上述截面時，熔融區域MA3 MA6的截面形狀均為下述形狀，即，至少有一部分的截面形狀是寬度朝向內部側恒定或擴大 的形狀。因而，能夠利用該點來判斷是否存在重疊熔融區域。另外，可以采用下述方法限定重疊熔融區域的形成位置。即，在熔融區域的截面形 狀中，指定具有寬度恒定或擴大的部位(拐彎部)的熔融區域(例如圖6的熔融區域MA3)， 根據該熔融區域的從位于外表面的部位到上述拐彎部的截面形狀，分別推測在假設沒有重 疊熔融區域時的熔融區域的連續性的截面形狀(例如圖6的(b) (d))。然后，根據所推 測到的連續性的截面形狀導出熔融區域的立體形狀，并且指定該熔融區域的相對于接地電 極的相對位置。在具有上述拐彎部的所有熔融區域上進行上述導出熔融區域的形狀的操作 和指定熔融區域相對于接地電極等的相對位置的操作，得出各個熔融區域的立體形狀和相 對于接地電極等的相對位置。然后，與各個相對位置相對應地配置各熔融區域，從而能夠指 定重疊熔融區域的立體的形成位置。接下來，說明上述那樣構成的火花塞1的制造方法。首先，預先加工主體金屬殼 3。S卩，對圓柱狀的金屬原料(例如鐵類原料、不銹鋼原料)進行冷鍛加工等而形成大概的 外形，并且形成通孔。之后，通過實施切削加工而修整外形，獲得主體金屬殼中間體。然后，將由Ni合金構成的直棒狀的接地電極27電阻焊接于主體金屬殼中間體的 前端面。由于在進行該焊接操作時發生所謂的“下陷”，所以需先消除該“下陷”，在消除了該 “下陷”后利用滾壓成形在主體金屬殼中間體的規定部位形成螺紋部15。由此，獲得了焊接 有接地電極27的主體金屬殼3。然后，在焊接有接地電極27的主體金屬殼3上鍍鋅或鍍 鎳。另外，為了提高耐腐蝕性，也可以在鍍鋅或鍍鎳后的主體金屬殼3的表面上另外再實施 鉻酸鹽光澤處理。另一方面，與上述主體金屬殼3分別單獨成形加工瓷絕緣體2。例如，使用以氧化 鋁為主要成分、含有粘合劑等的原料粉末調制成型用基體造粒物，并且使用該成型用基體 造粒物進行橡膠壓塊成形，從而獲得筒狀的成形體。然后，對獲得的成形體實施磨削加工而 修整外形，并且利用燒制爐對修整了外形的成形體進行燒制，從而獲得瓷絕緣體2。另外，與上述主體金屬殼3、瓷絕緣體2分別單獨地制造中心電極5。S卩，對中央部 配置有用于謀求提高散熱性的銅合金等的Ni合金等進行鍛造加工，制作中心電極5。然后， 利用激光焊接等將由貴金屬合金構成的貴金屬部31接合于中心電極5的前端部。然后，利用玻璃密封層8、9密封固定上述那樣獲得的瓷絕緣體2及中心電極5、電 阻器7和端子電極6。玻璃密封層8、9通常由硼硅酸玻璃和金屬粉末混合調制而成，將該 調制成的材料以夾持電阻器7的方式注入到瓷絕緣體2的軸孔4內，之后利用上述端子電 極6從后側按壓，并在燒制爐內加熱，從而燒固。另外，這時可以與此同時在瓷絕緣體2的 后端側主體部10的表面燒制釉層，也可以事先形成釉層。然后，組裝上述那樣分別制成的具有中心電極5和端子電極6的瓷絕緣體2、和具 有接地電極27的主體金屬殼3。更詳細而言，朝向徑向內側翻邊緊固壁厚比較薄的主體金 屬殼3的后端側的開口部，即形成上述翻邊緊固部20，從而固定瓷絕緣體2和主體金屬殼3。然后，利用激光束焊接或電子束焊接將貴金屬電極頭32接合于去除了電鍍層的 接地電極27。更詳細而言，在將貴金屬電極頭32載置在接地電極27的規定部位上的狀態下，利 用規定的緊固銷支承貴金屬電極頭32。在此基礎上，將光纖維激光或電子束等高能量激光 束照射在接地電極27的側面27S1、27S2的規定位置，形成由接地電極27和貴金屬電極頭 32熔合而成的熔融區域35a、35b、35c、35d。另外，將上述高能量激光束照射在接地電極27 的前端面27F，并且沿接地電極27的寬度方向移動激光的照射位置，從而形成上述熔融區 域35e。由此，形成由熔融區域35a、35b、35c、35d、3k構成的上述熔融區域35，使貴金屬電 極頭32與接地電極27接合。在本實施方式中，以能達到下述目的的方式設定激光束等的照射條件，S卩，相對于 貴金屬電極頭32投影而形成的區域AP1，貴金屬電極頭32與熔融部35重疊的區域AOl所 占的比例為70%以上。另外，在貴金屬電極頭32的外徑、構成貴金屬電極頭32等的材料不 同的情況下，適當地調整激光束等的輸出功率、照射時間、激光束等的照射方式(以連續波 的形式照射激光、或以斷續波(脈沖波)的形式照射激光等等)等，從而能夠形成區域AOl 相對于區域APl所占的比例為70%以上的熔融部35。在使接地電極27與貴金屬電極頭32接合后，向中心電極5側彎曲接地電極27的 中間部分。并且，調整貴金屬部31與貴金屬電極頭32之間的火花放電間隙33的大小，從 而獲得上述的火花塞1。 如以上詳述的那樣，采用本實施方式，在使貴金屬電極頭32和熔融部35沿貴金屬 電極頭32的中心軸線CL2投影到與該中心軸線CL2正交的投影面上而形成的投影面上，相 對于貴金屬電極頭32投影而形成的區域AP1，貴金屬電極頭32與熔融部35重疊的區域AOl 所占的比例為70%以上。即，能夠借助充分寬的熔融部35使貴金屬電極頭32與接地電極 27接合。因而，即使在接地電極27與放電面面積為0. 9mm2以上且大徑的貴金屬電極頭32 之間產生比較大的熱應力差，也能利用熔融部35充分吸收該熱應力差，從而能夠更加可靠 地防止貴金屬電極頭32與接地電極27接合的接合部分中的氧化皮擴展。結果，能夠更加 可靠地提高貴金屬電極頭32的耐剝離性。另外，以下述方式形成熔融部35，即，將激光束或電子束照射在接地電極27的前 端面27F和側面27S1、27S2上、而非照射在接地電極27與貴金屬電極頭32的接觸面外緣。 因而，即使如上所述地確保充分寬的熔融部35，熔融部35也不易到達或接近貴金屬電極頭 32的放電面，從而能夠充分地發揮通過設置貴金屬電極頭32而獲得的耐消耗性的提高效 果。結果，能夠與將貴金屬電極頭32的放電面的面積比較大地形成為0. 9mm2以上的這一 做法互起作用，飛躍性地提高耐消耗性。此外，由于能夠抑制熔融部35到達或接近放電面，因此能夠使用壁厚比較小的貴 金屬電極頭作為本發明的貴金屬電極頭32。由此，能夠有效抑制與使用大徑的貴金屬電極 頭32相對應的制造成本的增加。另外，遍布貴金屬電極頭32的基端部的外周部分與接地電極27之間的整個區域 地形成熔融部35，且覆蓋貴金屬電極頭32與接地電極27的交界部分地形成熔融部35。因 而，由于存在熔融部35，所以能夠有效地防止腐蝕氣體進入到上述交界部分，能夠更加可靠
12地防止貴金屬電極頭32與接地電極27接合的接合部分中的氧化皮擴展。結果，能夠進一 步提高貴金屬電極頭32的耐剝離性。除此之外，遍布接地電極27的前端面27F與側面27S1、27S2彼此間的區域地形成 熔融部35。因而，能夠進一步提高相對于接地電極27的貴金屬電極頭32的接合強度，從而 能夠進一步提高貴金屬電極頭32的耐剝離性。并且，在上述投影面中，重疊熔融區域35a、35b、3k在貴金屬電極頭32投影而形 成的區域APl內位于直線SL上。因而，能夠利用熔融部35更加可靠地吸收在接地電極27 與貴金屬電極頭32之間產生的熱應力差，從而能夠更進一步地提高貴金屬電極頭32的耐 剝離性。另外，在使貴金屬電極頭32與接地電極27接合時，使用光纖維激光束或電子束。 因此，即使像上述那樣地遍布比較大的區域形成熔融部35，也能將熔融部35的體積控制成 比較小的尺寸，從而能夠減少貴金屬電極頭32中的在接合時熔融的部分。因此，能夠更進 一步地確保貴金屬電極頭32的體積，更進一步地提高貴金屬電極頭32的耐消耗性。第二實施方式接下來，參照附圖以與上述第一實施方式的不同點為重點說明第二實施方式。在 本第二實施方式中，如圖8的(a)、(b)所示，特別是使貴金屬電極頭32與接地電極27接合 時的激光束或電子束的照射位置不同，結果所形成的熔融部45的結構不同。詳細而言，熔融部45由熔融區域45a、45b、45c、45d、45e、45f、45g、45h構成，以下 述方式形成熔融區域45a、45b、45c、45d，即，在與貴金屬電極頭32的放電面平行的方向上 沿與接地電極27的長度方向正交的方向將激光束或電子束照射在接地電極27的側面27S1 上的4處位置，從而形成熔融區域45a、45b、45c、45d。另外，以下述方式形成熔融區域45e、 45f、45g、45h，即，在與貴金屬電極頭32的放電面平行的方向上沿與接地電極27的長度方 向正交的方向將激光束或電子束照射在接地電極27的側面27S2上的位于上述熔融區域 45a、45b、45c、45d背面的部位的4處位置，從而形成熔融區域45e、45f、45g、45h。另外，采 用與上述第一實施方式相同的方法，在使貴金屬電極頭32和熔融部45沿貴金屬電極頭32 的中心軸線CL2投影到與該中心軸線CL2正交的投影面上而形成的投影面中，相對于貴金 屬電極頭32投影而形成的區域AP2(圖8的(b)中用粗線包圍的區域)，貴金屬電極頭32 與熔融部45重疊的區域A02(圖8的(b)中用斜線表示的區域)所占的比例為70%以上。而且，在熔融部45中形成有熔融區域45a、4k重合而成的重疊熔融區域47a、熔融 區域4^、45f·重合而成的重疊熔融區域47b、熔融區域45c、45g重合而成的重疊熔融區域 47c以及熔融區域45(1、4證重合而成的重疊熔融區域47d。在本實施方式中，以下述方式設 定各熔融區域4 等的形成位置，即，在使貴金屬電極頭32的中心軸線CL2、和通過貴金屬 電極頭32的中心軸線CL2而沿接地電極27的長度方向延伸的直線SL沿貴金屬電極頭32 的中心軸線CL2投影于上述投影面時，上述重疊熔融區域47a、47b、47c、47d位于上述直線 SL上，并且重疊熔融區域47c位于上述中心軸線CL2上。如上所述，采用本第二實施方式，重疊熔融區域47c在上述投影面中位于貴金屬 電極頭32的中心軸線CL2上，因此能夠利用熔融部45進一步更加可靠地吸收在接地電極 27與貴金屬電極頭32之間產生的熱應力差。結果，能夠飛躍性地提高貴金屬電極頭32的 耐剝離性。
接下來，為了確認上述實施方式所能起到的作用效果，改變激光束的照射條件，從 而制作使貴金屬電極頭與熔融部重疊的區域在上述投影面上相對于貴金屬電極頭投影而 形成的區域所占的比例(熔融部比例)進行各種變更而成的火花塞的樣品，對每個樣品進 行了實驗臺火花試驗(bench test)。大致按照下述方法進行實驗臺火花試驗。即，利用燃 燒器對樣品進行2分鐘的加熱處理，以使貴金屬電極頭的溫度達到1050°C，之后在大氣氣 氛下以1分鐘的慢冷卻作為一個循環而實施了 1000個循環，在結束了 1000個循環之后，觀 察樣品的截面，從而測量了相對于熔融部與接地電極和貴金屬電極頭的交界面的長度的、 形成在該交界面上的氧化皮的長度比例(氧化皮比例)。圖9是表示熔融部比例與氧化皮 比例的關系的曲線圖。另外，貴金屬電極頭的外徑是1. 2mm(放電面的面積約為1. Imm2)、厚 度為0.4mm。另外，接地電極的寬度為2. 8mm、厚度為1.5mm。除此之外，在所有的樣品上以 不形成重疊熔融區域的方式形成熔融區域。根據圖9可清楚得知，熔融部比例小于70%的樣品的氧化皮比例增大、貴金屬電 極頭的耐剝離性變得不充分。這是因為，由于熔融部比較窄，因此不能充分吸收在接地電極 與大徑的貴金屬電極頭之間產生的熱應力差，結果不能充分地防止氧化皮擴展。相對于此，得知熔融部比例在70%以上的樣品的氧化皮比例為50%以下，具有充 分的耐剝離性。另外，確認到隨著熔融部比例的增大，能夠進一步提高耐剝離性。因而，為了 防止貴金屬電極頭的剝離，優選熔融部比例在70%以上，更優選熔融部比例在80%以上， 進一步優選熔融部比例在100%以上。接著，分別制作了如下樣品，S卩，如圖10的(a)所示在以重疊熔融區域OMl在上述 投影面中位于貴金屬電極頭32的中心軸線CL2上的方式形成有熔融部Ml的樣品(樣品 1)；如圖10的(b)所示以重疊熔融區域0M2在上述投影面中位于上述直線SL上的方式形 成有熔融部M2的樣品(樣品2)；如圖10的(c)所示以重疊熔融區域0M3在上述投影面中 位于自上述直線SL偏離的位置上的方式形成有熔融部M3的樣品(樣品3)；如圖10的(d) 所示以不形成重疊熔融區域的方式形成有熔融部M4的樣品(樣品4)，對所有樣品進行了上 述桌上火花試驗。表1表示各樣品的試驗結果。另外，各樣品的熔融部比例均為70%，且使 用與上述試驗相同尺寸的貴金屬電極頭、接地電極。表權利要求
1.一種火花塞，該火花塞包括筒狀的絕緣體，其具有沿軸線方向貫穿的軸孔； 中心電極，其插入設置在上述軸孔的前端側； 筒狀的主體金屬殼，其設置在上述絕緣體的外周； 接地電極，其配置在上述主體金屬殼的前端部；貴金屬電極頭，其與上述接地電極的前端部接合，且在該貴金屬電極頭與上述中心電 極的前端部之間形成有間隙，上述貴金屬電極頭的形成上述間隙的面的面積為0. 9mm2以上，該火花塞的特征在于， 上述貴金屬電極頭借助熔融部與上述接地電極接合，該熔融部是通過將激光束或電子 束照射在上述接地電極的前端面和側面中的至少一個面上而形成的、由上述接地電極與上 述貴金屬電極頭熔合而成，在使上述貴金屬電極頭和上述熔融部沿上述貴金屬電極頭的中心軸線投影到與上述 中心軸線正交的投影面上而形成的投影面中，相對于上述貴金屬電極頭投影而形成的區 域，上述貴金屬電極頭與上述熔融部的重疊區域所占的比例為70%以上。
2.根據權利要求1所述的火花塞，其特征在于，遍布上述貴金屬電極頭的基端部的外周部分與上述接地電極之間的整個區域地形成 上述熔融部。
3.根據權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，將激光束或電子束照射在上述接地電極的前端面和側面中的至少第一面和與該第一 面不同的第二面上，從而形成上述熔融部；并且，上述熔融部形成有重疊熔融區域，該重疊熔融區域由第一熔融區域和第二熔融 區域重合而成，通過將激光束或電子束照射在上述第一面上而形成上述第一熔融區域，通 過將激光束或電子束照射在上述第二面上而形成上述第二熔融區域。
4.根據權利要求3所述的火花塞，其特征在于，使上述貴金屬電極頭、上述熔融部和通過上述貴金屬電極頭的中心軸線且沿上述接地 電極的長度方向延伸的直線沿上述貴金屬電極頭的中心軸線進行投影，在由此形成的投影 面中，上述重疊熔融區域在投影上述貴金屬電極頭而形成的區域內位于上述直線上。
5.根據權利要求3所述的火花塞，其特征在于，在使上述貴金屬電極頭的中心軸線和上述熔融部沿上述貴金屬電極頭的中心軸線投 影而形成的投影面中，上述重疊熔融區域位于上述貴金屬電極頭的中心軸線上。
6.根據權利要求1 5中任意一項所述的火花塞，其特征在于， 上述熔融部不露出于上述貴金屬電極頭的形成上述間隙的面。
7.根據權利要求1 6中任意一項所述的火花塞，其特征在于， 上述貴金屬電極頭含有銥、鉬、銠、釕、鈀和錸中的至少一種。
8.一種火花塞的制造方法，該方法用于制造權利要求1 7中任意一項所述的火花塞， 其特征在于，將上述貴金屬電極頭載置在上述接地電極上，然后從朝向上述貴金屬電極頭的形成上 述間隙的面的相反側傾斜的方向將上述激光束或電子束照射在上述貴金屬電極頭與上述接地電極接觸的接觸面上，從而使上述貴金屬電極頭與上述接地電極接合。
9.根據權利要求8所述的火花塞的制造方法，其特征在于， 利用光纖維激光或電子束使上述貴金屬電極頭與上述接地電極接合。
全文摘要
本發明提供一種火花塞及其制造方法。在將較大徑的貴金屬電極頭與接地電極接合而成的火花塞中，能夠充分地確保貴金屬電極頭的耐剝離性且抑制成本增加。火花塞具備中心電極、接地電極以及與接地電極接合且與中心電極之間形成火花放電間隙的貴金屬電極頭。貴金屬電極頭的形成火花放電間隙的面的面積為0.9mm2以上，且貴金屬電極頭借助熔融部與接地電極接合，通過將激光束等照射在接地電極的前端面及側面中的至少一個面上而形成該熔融部。在使貴金屬電極頭和熔融部沿貴金屬電極頭的中心軸線投影于與中心軸線正交的投影面上而形的投影面中，貴金屬電極頭與熔融部重疊的區域占貴金屬電極頭投影而成的區域的70％以上。
文檔編號H01T13/22GK102122797SQ20101057943
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月3日 優先權日2009年12月4日
發明者中山勝稔, 坂柳伸彰 申請人:日本特殊陶業株式會社