内燃机用火花塞的制作方法

专利名称：内燃机用火花塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机用火花塞。
背景技术：
用于如汽车发动机等内燃机的火花塞包括在火花塞的轴线 方向上延伸的中心电极、布置在中心电极径向外侧的绝缘体、 布置在绝缘体径向外侧的圆筒状金属壳以及基端部连接于金属 壳的前端面的4妄地电极。接地电极的截面呈大致长方形，接地 电极的前端部的内表面#皮布置成面对着中心电才及的前端部。结 果，在中心电才及的前端部和接地电极的前端部之间限定火花放 电间隙。
近几年，含贵金属合金的电极头(贵金属电极头)分别已经 被安装到中心电极的前端部和接地电极的前端部。安装的贵金 属电极头改善了耐火花损耗性。特别地，为了改善点火性或火 花传播能力，棱柱状贵金属电极头被焊接到接地电极的轴侧电 极头面，并且朝向中心电极的轴线突出(例如参见
JP-A-61-45583和JP'A-2002-324650)。
然而，如果如上所述贵金属电极头从接地电极的第二端面 朝向轴线突出，那么贵金属电极头的鼓出部就位于与接地电极 的基体材料远离的位置，因此，热耗散性能(从接地电极到金属 壳的热传导)不能令人满意，很容易产生较高的温度。尤其是在 近几年使用的发动机中，燃烧温度已经升高，结杲，接地电极 的前端部向外暴露到较高温度。
在这种状态下，贵金属电极头和接地电极重复热膨胀和收 缩，另外，归因于贵金属电极头和接地电极之间的热膨胀和收缩的尺寸差，当从接地电极的末端面观察时，在贵金属电极头 和接地电极之间的边界会产生应力差。结果，接地电极和贵金 属电极头经历变形或扭曲。因此，氧气容易从该边界侵入，易
于在该边界形成氧化皮(oxide scale )。因此，由于焊接部形 成的氧化皮导致抗氧化性和耐剥离性降低。

发明内容
本发明是在考虑了以上情况的基础上而做出的，本发明的 一个目的是提供一种能够改善点火性和火焰传播能力并且能够 防止归因于氧化皮的耐剥离性降低的内燃机用火花塞。 根据下面的技术方案可实现本发明的上述目的。 (l)在第一方面，本发明提供一种内燃机用火花塞，其包含 棒状中心电极，该中心电极沿轴向从其前端向其基端延伸；基
本圆筒状的绝缘体，该绝缘体被布置在所述中心电极的外周，
并且该绝缘体沿轴向从其前端向其基端延伸；基本圆筒状的金
属壳，该金属壳被布置在所述绝缘体的外周，并且该金属壳沿 轴向从其前端向其基端延伸；接地电极，该接地电极包括结合
到所述金属壳的前端面的基端部和朝向所述中心电极弯曲的末 端部；第一贵金属电极头，该第一贵金属电极头被结合到所述 接地电极的末端部，并且该第一贵金属电才及头与所述中心电极 的前端部相对从而限定间隙，所述第一贵金属电极头的一部分 被埋设在所述接地电极中，所述第一贵金属电极头的另一部分 从所述接地电极的所述末端部的末端面沿突出方向突出，使得 满足关系A》0.25mm，其中，A(mm)是所述第 一贵金属电极头 从所述接地电极的末端部的末端面的突出长度；以及鼓出部， 该鼓出部在所述第 一 贵金属电极头和所述接地电极的末端面之 间的边界处沿宽度方向覆盖所述第 一 贵金属电极头的至少中央部。在一个优选实施例中，鼓出部含有与接地电极中含有的金 属性材料相同的金属性材料。
根据第一方面，贵金属电极头从接地电极的末端面突出，
并且满足关系A> 0.25mm,其中，A(mm)是从接地电极的末端 面突出的突出长度。结果，能够提高耐火花损耗性、点火性和 火花传播能力。
另一方面，贵金属电极头的突出端部能够容易地达到高温。 贵金属电极头和接地电极的之间的边界(当从接地电极的末端 面观察时)经受应力差，结果，容易发生变形或扭曲。因此， 氧气可能从边界侵入。尤其是当如上所述地满足关系A > 0.25mm时，由氧化皮的形成产生剥离(电极头的脱落)的趋势进 一步增加。然而，在第一方面的优选实施例中，包含与接地电 极包含的金属性材料相同的金属性材料的鼓出部设置在贵金属 电极头和接地电极的末端面之间的在宽度方向上延伸的边界 处，从而覆盖贵金属电极头的至少中央部。因此，具有预定厚 度的鼓出部封闭了贵金属电极头和接地电极之间的间隙，并且 用作抗氧气侵入的屏障。因此，能够控制由氧气从边界侵入而 产生的氧化皮的形成。另外，鼓出部也用作贵金属电极头和接 地电极之间的应力减小层。这些功能的协同效果，能够有效地 增强贵金属电极头的耐剥离性。
特别是，设置鼓出部从而在边界处覆盖贵金属电极头的至 少中央部(在宽度方向上的中央部)。因此，即使存在没有鼓出 部的区域，该暴露区域与鼓出部设置在贵金属电极头的边缘的 情况相比也比较窄。因此，能够更有效和容易地防止氧气侵入。
(2)在第二方面，本发明提供根据第一方面的火花塞，满 足关系E/B》0.5,其中，B(mm)是所述第一贵金属电极头的宽 度，El(mm)是所述鼓出部在从所述边界沿轴向偏离0.05mm且在宽度方向上延伸的线上的长度，E2(mm)是所述鼓出部在从 所述边界沿突出方向偏离0.05mm且在宽度方向上延伸的线上 的长度，E(mm)是长度El和长度E2中较短的一方。
根据第二方面，鼓出部不是位于边界的薄部，并是具有预 定的体积。
换句话说，在第二方面，鼓出部在宽度方向上的尺寸占据 贵金属电极头在宽度方向上的一半以上，即使是在从在宽度方 向上延伸的边界分别沿轴线方向和突出方向偏离的位置处。结 果，能够更可靠地防止氧气侵入，并且能够更可靠地实现根据 第 一 方面的火花的塞操作和效果。
火花塞中的放电方向不限于本发明的第一和第二方面。然 而，放电方向可以是如以下说明的第三、第四和第五或者第六 方面限定的方向。
(3) 在第三方面中，本发明提供根据第一或第二方面的火 花塞，其中，所述第一贵金属电极头在所述突出方向上的突出 端面与所述中心电才及的前端部相对，以允许在与轴向基本上垂 直的方向上火花》文电。
(4) 在第四方面中，本发明提供根据第三方面的火花塞， 其中，满足关系F》0.1G，其中，F(mm)是所述鼓出部在所述 突出方向上的突出端和所述第一贵金属电极头的突出端面之间 的距离，G(mm)是所述间隙的最短距离。
(5) 在第五方面中，本发明提供根据第三或第四方面的火 花塞，其中，所述中心电极包括中心电极主体和结合到所述中 心电极主体的前端部的第二贵金属电极头，其中，所述中心电 极主体和所述第二贵金属电极头经由熔融结合部彼此结合，所 述中心电极主体和所述第二贵金属电极头的金属性成分在该熔 融结合部熔合，在所述第二贵金属电极头的外周面和所述第一贵金属电极头的所述突出端面之间设置所述间隙，以及满足关
系H》1.05xG，其中，H(mm)是所述第一贵金属电极头和所述 熔融结合部之间的最短距离，G(mm)是所述间隙的最短距离。
因此，第 一和第二方面能够在如第三到第四方面 一样的沿 水平方向进行火花放电类型的火花塞中实现。结果，能够进一
步提高火焰传播能力。
尤其在第四方面中，满足关系F》0.1G,其中，F(mm)是 鼓出部在突出方向上的突出端与贵金属电极头的突出端面之间 的距离，G(mm)是间隙(用于火花放电)的最短距离。因此，可 以在贵金属电极头和中心电极的前端部之间更可靠地完成火花 ;改电。换句话-说，抑制鼓出部和中心电才及的前端部之间的火花 放电。因而，通过抑制鼓出部的火花腐蚀(spark erosion), 能够长时间地维持突出部，能够长时间维持防止贵金属电极头 剥落的效果。
另外，在如上所述的火花放电在水平方向上完成的类型的 火花塞中，如第五方面一样，如果通过将中心电极用贵金属电 极头焊接到中心电极的前端形成熔融结合部，则在熔融结合部 和贵金属电极头之间可能发生火花放电。关于该方面，在第五 方面中，满足关系H〉1.05G,其中，H(mm)是贵金属电极头 和熔融结合部之间的最短距离，G(mm)是间隙的最短距离。因 此，熔融结合部和贵金属电极头之间的飞火率可以相当低。另 外，能更可靠地防止由在熔融结合部和贵金属电极头之间火花 放电的发生产生的如中心电极用贵金属电极头剥落的缺陷。
(6)在第六方面中，本发明提供根据第一或第二方面的火花 塞，其中，所述第一贵金属电极头的基端面在轴向上与所述中 心电极的所述前端部相对，以允许大致沿轴向火花》文电。
更优选的，特别是，可以采用下面的第七、第八和第九方面。
(7) 在第七方面中，本发明提供根据第 一 到第六方面中的任 一方面的火花塞，其中，所述第一贵金属电极头的前端面被定 位在所述轴向上比所述中心电极的前端更靠前端侧的位置。
在第七方面中，鼓出部位于比中心电极的前端面更靠前端 侧的位置，因此，能够更可靠地抑制鼓出部和中心电极之间发 生火花放电。结果，能够更容易地防止鼓出部的腐蚀。
(8) 在第八方面中，本发明提供根据第一到第七方面中的任 一方面的火花塞，其中，所述第一贵金属电极头的宽度比所述 中心电极的前端部的直径或宽度大。
第八方面的火花塞抑制中心电极的前端部和接-地电极的一 部分(与贵金属电极头的不同的部分)之间发生火花放电。换句 话说，能够更可靠地实现贵金属电极头之间的正常火花放电。
(9) 在第九方面中，本发明提供根据第一到第七方面中的
任一方面的火花塞，其中所述第一贵金属电极头为棱柱状。
采用如第九方面中的棱柱状贵金属电极头促进在棱部火花 放电，使可以更可靠地实现在贵金属电极头发生的正常火花放电。
在各方面的火花塞中，不限制将第一贵金属电极头结合到
接地电纟及的方法，也可以采用以下方面。
(10) 在第十方面中，本发明提供根据第一到第九方面中的
任一方面的火花塞，其中，通过电阻焊接使第一贵金属电极头 结合到接地电极。
如在各方面中，因为仅第一贵金属电极头的一部分被埋设 在接地电极中时，通过激光束焊接或电子束焊接完成结合作业 可能是困难的。因此，如在第十方面中，能够比较平稳地完成 通过电阻焊接使第 一 贵金属电极头结合到接地电极的末端部的结合作业。
能够以如下方法制造上述各方面的火花塞。 (ll)在第十一方面，本发明提供一种制造第一到第十方
面中的任一方面的火花塞的方法，所述方法包括在将所述第 一贵金属电极头压靠到所述接地电极的邻近所述末端面的平坦 面上的状态，通过电阻焊接将所述第 一 贵金属电极头结合到所 述接地电极，使得所述贵金属电极头从所述平坦面埋入0.3mm 以上的距离，从而使所述接地电极的成分在所述边界处突出并 且形成所述鼓出部。
第十 一方面的制造方法能够节省重新在边界设置鼓出部的 耗时工作所花费的时间。换句话说，当通过电阻焊接将第一贵 金属电极头结合到接地电极的远端部时，贵金属电极头被埋入 比较大得量的0.3mm以上的长度，并且接地电极的构成分分在 边界突出。结果，形成鼓出部。因此，能够防止增加工时数量 和增加成本等。


图l是示出本发明的一个实施例的火花塞的结构的局部正 剖视图2是火花塞的局部放大剖视图； 图3是主要部分的放大示意图4是从垂直于图3的方向观察时接地电极的侧视图； 图5的(a)是接地电极末端的主要部分的立体图，图5的(b) 是示出鼓出部和其它元件的局部立体图6是示出氧化皮比率与突出量的关系的曲线图7是示出氧化皮比率与E/B的关系的曲线图8是示出鼓出部处的飞火率与F/G的关系的曲线图；图9是示出氧化皮等的长度的概念的剖视示意图IO是示出另 一实施例中的火花塞的局部放大剖视图IIA到图IIC是另 一实施例中的接地电极的示意性剖视
图12是从前方观察时火花塞的一部分的照片； 图13是从前方观察时接地电极和贵金属电极头的照片； 图14是从前端侧观察时接地电极、贵金属电极头和中心电 极用贵金属电极头的照片；
图15是从中心电极侧观察时贵金属电极头和其它元件的照
片；
图16是从基端侧观察时接地电极、贵金属电极头和中心电 极用贵金属电极头的照片；
图17是从前方观察时火花塞的一部分的照片； 图18是从前方观察时接地电极和贵金属电极头的照片； 图19是从前端侧观察时接地电极和贵金属电极头的照片； 图20是从中心电极侧观察时贵金属电极头和其它元件的照
片；
图21是从基端侧观察时接地电极、贵金属电极头和中心电 极用贵金属电极头的照片。
具体实施例方式
参照附图，描述本发明的一个实施例。然而，本发明不应 被局限于此。图l是火花塞l的局部剖视图。在描述中，火花塞 1的轴线C L1的方向(也称为轴向)对应于图1中的上下方向。另 外，图l中的下侧对应于火花塞l的前端侧，图l中的上侧对应 于火花塞l的基端侧。
火花塞1包括作为绝缘材料的绝缘体2和保持绝缘体2的筒状金属壳3。
绝缘体2具有沿着轴线CL1贯穿绝缘体2的轴向孔4。中心 电极5被插入且固定到轴向孔4的前端部，而端子电极6被插入 且固定到轴向孔4的基端部。电阻7^皮置于轴向孔4中的中心电 极5和端子电极6之间。电阻7的两端分别经由导电玻璃封接层8 和9电连4妄到中心电才及5和端子电才及6。
中心电才及5被固定成从绝缘体2的前端突出，端子电极64皮 固定成从绝缘体2的基端突出。将铱作为主要成分的贵金属电 极头(中心电极用贵金属电极头)31通过焊接结合到中心电极5 的前端。
另一方面，通过烧结氧化铝或类似物形成绝缘体2，并且， 绝缘体2的外形包括凸缘状的大直径部ll,其在轴线CL1方向 上的大致中央部径向向外突出；中间主干(barrel)部12,其 被布置在前端侧，且直径小于大直径部ll的直径；和支腿(leg) 部13,其被布置在前端侧，直径小于中间主干部12的直径，并 且被暴露于内燃机的燃烧室。包括大直径部ll、中间主干部12 和支腿部13的绝缘体2的前端部被容纳在筒状金属壳3内。在支 腿部13与中间主干部12之间的连接部形成台阶(step)部14， 该台阶部14使绝缘体2与金属壳3牢固接合。
金属壳3含如低碳钢等金属，且形成为圆筒形。金属壳3的 外周面设置有用于将火花塞l安装到发动机的气缸盖(cylinder head)的螺紋部15 (阳螺紋部)。在螺紋部15的基端侧的外周 面上形成座部16。环状垫圏18净皮装配到螺紋颈(screw neck) 17，该螺紋颈17形成在螺紋部15的基端。在金属壳3的基端侧 布置具有六边形截面的工具接合部19,当将金属壳3安装到被 布置在金属壳3的基端侧的气缸盖时，该工具接合部19用于与 如扳手等工具接合。另外，用于在绝缘体2的基端部保持绝缘体2的弯边(crimping)部20被布置在金属壳3的基端侧。
金属壳3的内周面设置有用于接合绝缘体2的台阶部21。将 绝缘体2从金属壳3的基端侧朝向前端侧插入金属壳3,使绝缘 体2的台阶部14牢固地与金属壳3的台阶部21接合。在该状态 下，金属壳3的基端侧上的开口被径向向内地收紧，即，形成 弯边部20，结果，使绝缘体2牢固固定。环状板片密封垫(plate packing) 22被置于绝缘体2的台阶部14和金属壳3的台阶部21 之间。因此，燃烧室的气密性得到维持，使得进入向燃烧室暴 露的绝缘体2的支腿部13与金属壳3的内周面之间的间隙的燃 料气体不能向外泄漏。
另外，通过弯边更好地实现密封，环状圈构件23和24在金 属壳3的基端侧被置于金属壳3和绝缘体2之间，圏构件23和24 之间的间隙用滑石粉25填充。换句话说，金属壳3借助于板片 密封垫22、圏构件23和24以及滑石粉25来保持绝缘体2。
接地电极27的截面为基本L形，该接地电极27被结合到金 属壳3的前端面26。更具体地，接地电极27包括被焊接到金属 壳3的前端面26的基端部和朝向轴线CL1侧弯曲的末端部，使 末端部的末端面可以几乎正对中心电极用贵金属电极头31的 外周面。在本实施例中，接地电极27设置有贵金属电极头32, 该贵金属电极头32布置成面对中心电极用贵金属电极头31。更 详细地，贵金属电极头32被焊接到接地电极27,使得贵金属电 极头32的一部分嵌入接地电极27中，而贵金属电极头32的另一 部分从位于接地电极27的轴线CL1侧的末端面27s朝向轴线 CL1突出(图2)。贵金属电极头31和32之间的间隙用作火花放 电间隙33。因此，在本实施例中，火花放电发生在与轴线CL1 方向基本垂直的方向。
如图2所示，中心电极5包括含铜或铜合金的内层5A以及含镍(Ni)合金的外层5B。中心电极5包括直径减小的前端部， 整体上具有棒状(圆柱状)形状，并且具有平的前端面。中心 电极用圆柱状贵金属电极头31被置于中心电极的前端面上，对 所产生的结合区域的外缘进行激光束焊接或电子束焊接等。结 果，中心电极用贵金属电极头31和中心电极5^皮熔合，形成熔 融结合部41。换句话说，中心电极用贵金属电极头31由熔融结 合部4W皮固定地结合到中心电极5的前端。
另一方面，接地电极27具有两层结构，该两层结构包括内 层27A和外层27B。本实施例中的外层27B包含镍合金，如 INCONEL(商品名)600或601,而内层27A含镍合金或比上 述的镍合金导热性好的纯铜。内层27A改善散热性能。在本实 施例中，4^地电才及27的截面为基本长方形。
如上所述，-故布置中心电极5侧的中心电极用贵金属电极 头31包含铱作为主要成分，然而，被布置在接地电极27侧的贵 金属电极头32含贵金属合金，该贵金属合金包含20质量％的量 的铱以及如柏等主要成分。然而，这些材料组份作为例子而被 提及，但是本发明并不限于此。例如，可以以如下方式制造贵 金属电极头31和32。首先，制备含铱或铂作为主要成分的坯料 (ingot),接着，使各合金元素混合熔化而形成上述的预定组 成，然后，从熔化的合金再次形成坯料，对该二次坯料进行热 锻和热轧(型轧，groove rolling )。然后7十如此加工的合金进 行拉丝(wire drawing),最终得到棒状材料。然后，将棒状 材料切割成预定长度，最后获得棱柱状贵金属电极头3 2和中心 电极用圆柱状贵金属电极头31。
如上所述，贵金属电极头32从接地电极27的末端面27s朝 向轴线CL1突出。尤其在本实施例中，使贵金属电极头32电阻 焊接到接地电极27,使得贵金属电极头32的一部分如图3、 4、5A和5B所示被埋设在接地电极27中，并且满足关系A > 0.25mm，其中A(mm)是贵金属电极头32从末端面27s突出的突 出长度。包含与接地电极27的外层27B相同的镍合金的鼓出部 (bulge portion) 51被布置于边界D,该边界D在贵金属电极 头32和接地电极27的末端面27s之间在宽度方向上延伸，从而 在宽度方向上覆盖贵金属电极头32的至少中央部(例如，参见图 5的(a)和(b))。鼓出部51将被更详细地描述。鼓出部51满 足关系E/B》0.5,其中，B(mm)是贵金属电极头32的宽度， El(mm)是鼓出部51在沿宽度方向延伸并且乂人该边界在轴向上 偏离0.05mm的线上的长度，E2(mm)是鼓出部51在沿宽度方向 延伸并且从边界D沿突出方向偏离0.05 mm的线上的长度， E(mm)是长度El和长度E2中较短的一方。也就是，比较厚的 鼓出部51的体积充分得大，以利用鼓出部51在宽度方向上覆盖 边界D的至少中央部。
另外，本实施例中，满足关系F》0.1G,其中，F(mm)是 鼓出部在突出方向上的突出端和贵金属电极头32的突出端之 间的距离，G(mm)是火花放电间隙33的最短距离(参见图3)。 该尺寸特征抑制鼓出部51和中心电极用贵金属电极头31之间 火花放电。另外，满足关系H》1.05 x G,其中，H(mm)是贵 金属电极头32和熔融结合部41之间的最短距离(参见图3)。结 果，熔融结合部41和贵金属电极头32之间的飞火率(sparking rate )减少。
另外，贵金属电极头32的在轴线CL1方向上位于前端侧的 表面32a位于比中心电极用贵金属电极头31的前端面靠前端侧 (图3中的上侧)的位置(换句话说，鼓出部51位于比中心电极用 贵金属电极头31的前端面更靠前端侧的位置)。该结构特征抑制 鼓出部51和中心电极用贵金属电极头31之间的火花放电。另中心电极用贵金属电极头31 的直径Z。这使得可以更可靠地实现中心电极用贵金属电极头 31和贵金属电极头32之间的正常火花放电。
接着，将给出对火花塞l的制造方法的描述，以制造接地 电极27等的过程为中心。首先对金属壳3进行预加工。详细地， 圆柱形金属性材料(例如，不锈材料或如S15C或S25C的铁基材 料)被冷锻，以形成通孔，从而形成金属壳3的轮廓。其后，得 到的材料被切削加工以调整轮廓，从而得到金属壳中间体。
另 一方面，制造接地电极27用半成品(semi-finished )材 料。也就是，接地电极27用半成品材料是还没有被弯曲的棒状 材料。例如，还没有被弯曲的4妄地电极27可以通过以下方式得 到。
详细地，制备含用于内层27A的金属性材料的芯和含用于 外层27B的金属性材料的带底筒状体(未示出)。其后，通过将芯 装配到带底筒状体的凹部形成杯状材料。其后，对具有两层结 构的杯状材料进4亍冷细力口工(cold thinnin g process )。例如, 利用模具(die )等进行的拉丝加工或利用阴模等进行的出成形 加工可以作为冷细化加工。其后，例如，对得到的材料进行型 锻加工，结果，形成直径减小的棒状产品。
其后，仍没有被弯曲和没有被安装到电极头的接地电极 2 7 (棒状产品)通过电阻焊接被结合到金属壳中间体的前端面。 由于在电阻焊接时产生所谓的"垂流物(sag)",需要进行除 去"垂流物，，的操作。该实例中，在进行型锻加工、切削加工 等过程之后，仍没有被弯曲的接地电极27通过电阻焊接被结 合。然而，在进行细化加工之后，棒状产品可以被结合到金属 壳中间体。其后，可以进行型锻加工，然后可以进行切削加工。
如果这样，当进行型锻加工时，在保持金属壳中间体的状态下，可以将结合到金属壳中间体前端面的棒状产品从前端侧引导到 锻造机的加工部(型锻模)中。因此，不必故意地将棒状产品设 定成较长的长度，以在进行型锻加工时确保用于保持的部分。
此后，在金属壳中间体的预定部位通过制螺紋而形成螺紋
部15。结果，得到焊接了弯曲之前的接地电极27的金属壳3。 对金属壳3和其它元件进行镀锌或镀镍。为改善耐腐蚀性，可 以金属壳3的表面进一步进行4各酸盐处理(chromating)。
另一方面，如上所述地形成贵金属电极头32，通过电阻焊 接将贵金属电极头32结合到接地电极27。此时，在贵金属电极 头32被压靠到接地电极27的平坦面(图2中的下端面)而没有在 接地电极27形成凹槽等的状态下，对贵金属电极头32进行电阻 焊接。贵金属电极头32被埋设在接地电极27的平坦面中0.3mm 或以上的长度。由接地电极27的外层27B的构成成分-镍合金形 成鼓出部51,以由电阻焊接伸出到边界D外。为了更可靠地进 行焊接，在焊接操作之前从焊接部去除任何电镀层存在，或者 在电镀过程中将待焊接部遮盖住。另外，可以在进行下述的安 装操作之后焊接贵金属电极头32。
另一方面，独立于金属壳3，成形绝缘体2。例如，利用含 粘合剂和作为主要成分的氧化铝的原料粉末制备用于成形的基 础4且泮牛(base granulation material), 进4亍才象月交压制成形 (press molding)以得到筒状成形体。对得到的成形体进行研 磨和整形。其后，将整形后的成形体放入焙烧炉进行焙烧，结 果，得到绝缘体2。
独立于金属壳3和绝缘体2，制造中心电极5。详细地，锻 造Ni基合金，为提高热辐射将铜芯设置在Ni基合金的中间。其 后，上述中心电极用贵金属电极头31通过激光束焊接等方法被 结合到中心电极的前端部。如此得到的结合了中心电极用贵金属电极头31的中心电 极5和端子电极6借助于玻璃封接材料(未示出)被气密性地固定 到绝缘体2的轴孔4。通常，通过混和硼硅酸盐玻璃和金属粉末 形成的密封剂用作玻璃封接材料。其后，首先将中心电极5插 入绝缘体2的轴孔4中，然后，将制备的密封剂放入绝缘体2的 轴孔4中，然后乂人后方对端子电极6施压，将该组合件在炉中焙 烧。此时，可以在绝缘体2的基端侧的主干部的表面上同时焙 烧釉层，或者可以预先形成釉层。
其后，具有分别如上构造的中心电极5和端子电极6的绝缘 体2以及具有如上构造的直棒状接地电极27的金属壳3被组装 到一起。详细地，对金属壳3的形成为比较薄的基端部进行冷 巻边(crimping)或热巻边，因此保持为由金属壳3从圓周方 向环绕绝缘体2的 一部分。
最后，使直棒状接地电极27弯曲，进行调节中心电极用贵 金属电极头31和贵金属电极头32之间的火花放电间隙33的处 理。
由随后的这些系列步骤制造如上构造的火花塞1 。 如上所详细描述的那样，根据本实施例，棱柱状贵金属电 极头32从接地电极27的末端面27s向轴线CLl突出，满足关系A >0.25mm,其中A(mm)是突出长度。结果，能够提高耐火花 损耗性、点火性和火花传播能力。
另一方面，由于棱柱状贵金属电极头32形成为满足关系A > 0.25mm，存在由氧化皮的形成而产生贵金属电极头剥离(电 极头的脱落)的担心。考虑到上述情况，在本实施例中，含与接 地电极27的外层27B相同的镍合金的鼓出部51以如下方式设置 在贵金属电极头3 2和接地电极2 7的末端面2 7 s之间沿宽度方向 延伸的边界D处覆盖贵金属电极头32的至少中央部。另外，鼓出部51有足够的体积和宽度。因此，鼓出部51用作抵抗氧气 入侵的屏障，乂人而控制氧化皮的形成。鼓出部51还用作应力减 小层。由于这些功能的协同效应，贵金属电极头32的耐剥离性 能提高。
为确保上述效果，通过改变突出长度"A"或通过修改鼓 出部51形成了不同的样品，并进行了各种评价。实验结果在下 面给出。
作为第一个实验，制备具有各种改变的突出长度"A"的 样品，评价氧化皮发展的程度。详细地，制备具有各种不同突 出长度"A"的接地电极样品，然后进行台式燃烧器(desk burner)评价试验(如下进行试验将用燃烧器加热样品2分钟 使得电极头在其末端的温度达到110 0 。C然后慢冷却样品1分钟 作为l个周期，重复进行1000个周期)，然后对进行试验的样品 的截面进行观察，评价产生氧化皮的长度K(参见图9的示意图) 与接地电极27和贵金属电极头32之间的界面区域的长度J(也 参见图9的示意图)的比率。这里，氧化皮比率超过50%被认为 是剥离界限。测示结果示出在图6中。
如图6所示，如果贵金属电极头的突出长度"A"是0.25mm 以上，氧化皮比率超过50%，因此达到剥离界限。换句话说， 如果突出长度"A"被设定到0.25mm以上从而改善点火性和火 花传播能力，由氧化皮的形成产生的剥离(电极头的脱落)更容 易发生。
其后，作为第二个实验，制备具有各种不同E/B比值的样 品，其中，B(mm)是贵金属电极头的宽度，El(mm)是鼓出部 在沿宽度方向延伸并且从边界线沿轴向偏离0.05 mm的线上的 长度，E2(mm)是鼓出部在沿宽度方向延伸并且沿突出方向偏 离0.05 mm的线上的长度，E(mm)是长度El和长度E2中较短的一方。以与第一个实验相同的方式，进行台式燃烧器试验，
评价如此得到的氧化皮比率。测试结果示出在图7中。在图7中， 菱形点示出E1二E2时的结果，圓形点示出E1<E2(E1/B=0.4, E2/B=0.6)时的结果，三角形点示出E1>E2(E1/B=0.6 , E2/B二0.4)时的结果。
如图7所示，当E/B是0.5以上时，氧化皮比率降至50%以 下。也就是，鼓出部有预定的体积，并且被构造成使得鼓出部 在宽度方向上的尺寸占据超过贵金属电极头一半的宽度，即使 是在从宽度方上的边界分别沿轴向和突出方向偏离的位置。结 果，更可靠地防止氧气侵入，并且能够有效地控制氧化皮的发 生。另外，当长度E1和E2不相等时，通过使长度E1和长度E2 中较小的 一 方符合关系E / B > 0.5 (在圆形点和三角形点二者中， 能够得到与E/B=0.4对应的结果)。
最后，作为第三个实验，制备具有各种不同的距离F与最 短距离G的比值的火花塞样品，其中，F(mm)是鼓出部在突出 方向上的突出端和贵金属电极头的突出端面之间的距离， G(mm)是火花放电间隙的最短距离，测量此时鼓出部中火花(火 花放电)发生率。测试结果示出在图8中。
如图8所示，如果F/G的值为0.10以上，则火花放电正常完 成，而不在鼓出部中飞火。相反，如果F/G的值降到0.10以下， 则鼓出部中飞火发生率增加。因此，满足关系F》0.1G的结构 抑制鼓出部51和中心电极用贵金属电极头31之间火花放电，因 此能在较长的时间防止贵金属电极头32的剥离。
尽管根据本发明的实施例给出了上述描述，本发明不限于 此。实质上，当然地，可以采用实现本发明公开的原理的各种 方式，而不脱离所附的权利要求的精神和范围。例如，可以以 如下方式实现本发明。(a) 在上述实施例中，贵金属电极头32从接地电极27的末 端面27s朝向轴线CLl突出，中心电极用贵金属电极头31的外 周和贵金属电极头3 2之间的间隙限定火花放电间隙3 3 。换句话 说，在上述实施例中，火花放电发生在基本上垂直于轴线CL1 方向的方向上。与此相反，如图10所示，可以采用以下结构 贵金属电极头32在轴线CL1方向上的端面(即，图IO中的下端面) 被布置成面对中心电极用贵金属电极头31的前端面(或者，作为 可选方案，布置成面对中心电极5的前端面)。换句话说，本发 明的火花塞可以实现为火花放电发生在大致轴线CL1方向上的 类型的火花塞。
(b) 在上述实施例中，使用了具有长方形截面的接地电极 27。然而，接地电才及27的截面形状不限于长方形。例如，可以 使用具有如图IIA所示的多角形(图IIA中为八角形)截面的接 地电极271 ，可以使用具有如图IIB所示的长圆形截面的接地电 极272,可以使用具有如图IIC所示的通过平坦化(flattening) 圆形的一部分而得到平坦面的截面的接地电极273,或者可以 使用具有椭圆形截面或梯形截面的接地电极(未示出)。
(c) 上述实施例中的图中示出的鼓出部51为示意性的表 示。因此，可以在不背离本发明的要旨的范围内形成鼓出部。 例如，图12是从前方观察时火花塞的局部照片，图13是从前方 观察时接地电极和贵金属电极头的照片，图14是从前端侧观察 时接地电极、贵金属电极头和中心电极用贵金属电极头的照片， 图15是从中心电极侧观察时贵金属电极头和其它元件的照片， 图16是从基端侧观察时接地电极、贵金属电极头和中心电极用 贵金属电极头的照片。
另外，图17到图21示出在变型例(a)中描述的火花放电 发生在大致轴线CL1方向的火花塞的照片。详细地，图17是从前方观察时火花塞的局部照片，图18是从前方观察时接地电极
和贵金属电极头的照片，图19是从前端侧观察时接地电极和贵 金属电极头的照片，图20是从中心电极侧观察时贵金属电极头 和其它元件的照片，图21是从基端侧观察时接地电极、贵金属 电极头和中心电极用贵金属电极头的照片。
各图中的各数值示出各部件的尺寸，各数值的单位均为 "mm"。
(d) 在上述实施例中，在将贵金属电极头32压靠在接地电极 27的接近末端面27s的平坦面上而不在接地电才及27中形成凹槽 等的状态下，电阻焊接贵金属电极头32。贵金属电极头32的一 部分被埋入接地电极27的平坦面的0.3mm以上的长度，通过使 接地电极27的外层27B的构成成分-镍合金伸出边界D来形成 鼓出部51。相反，可以形成凹槽，可以焊接贵金属电极头从而 在凹槽中埋设贵金属电极头的一部分。另外，可以以相应的方 式通过将镍合金等重新结合到边界D来设置鼓出部51。
(e) 在上述实施例中，作为形成中心电极用贵金属电极头31 的材料通过焊接被结合到中心电极5的前端。然而，可以采用 不使用中心电极用贵金属电极头31的结构。
(f) 在上述实施例中，为方便描述，接地电极27被描述成仅 具有两层结构。然而，接地电极27可以具有三层结构或者具有 四层以上的多层结构。优选地，设置在外层27B内侧的内层含 有具有比外层27B的导热性大的导热性的金属。例如，含铜合 金或纯铜的中间层可以设置在外层27B内侧，含纯镍的最内层 可以设置在中间层内侧。另外，也可以使用具有仅镍制单层结 构而不是多层结构的接地电极27。
本申请基于2007年11月20日递交的日本专利申请 NO.2007-300824,该日本专利申请的全部内容通过引用包含于 此。
权利要求
1. 一种内燃机用火花塞，其包括棒状中心电极，该中心电极沿轴向从其前端向其基端延伸；基本圆筒状的绝缘体，该绝缘体被布置在所述中心电极的外周，并且该绝缘体沿轴向从其前端向其基端延伸；基本圆筒状的金属壳，该金属壳被布置在所述绝缘体的外周，并且该金属壳沿轴向从其前端向其基端延伸；接地电极，该接地电极包括结合到所述金属壳的前端面的基端部和朝向所述中心电极弯曲的末端部；第一贵金属电极头，该第一贵金属电极头被结合到所述接地电极的末端部，并且该第一贵金属电极头与所述中心电极的前端部相对从而限定间隙，所述第一贵金属电极头的一部分被埋设在所述接地电极中，所述第一贵金属电极头的另一部分从所述接地电极的所述末端部的末端面沿突出方向突出，使得满足关系A≥0.25mm，其中，A(mm)是所述第一贵金属电极头从所述接地电极的末端部的末端面的突出长度；以及鼓出部，该鼓出部在所述第一贵金属电极头和所述接地电极的末端面之间的边界处沿宽度方向覆盖所述第一贵金属电极头的至少中央部。
2. 根据权利要求l所述的火花塞，其特征在于，满足关系 E/B>0.5，其中，B(mm)是所述第一贵金属电极头的宽度， El(mm)是所述鼓出部在从所述边界沿轴向偏离0.05mm且在 宽度方向上延伸的线上的长度，E2(mm)是所述鼓出部在从所 述边界沿突出方向偏离0.05mm且在宽度方向上延伸的线上的 长度，E(mm)是长度El和长度E2中较短的一方。
3. 根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述 第一贵金属电极头在所述突出方向上的突出端面与所述中心电 极的前端部相对，以允许在与轴向基本上垂直的方向上火花放电。
4. 根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，满足关系 F>0.1G,其中，F(mm)是所述鼓出部在所述突出方向上的突 出端和所述第一贵金属电极头的突出端面之间的距离，G(mm) 是所述间隙的最短距离。
5. 根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，所述中心电极包括中心电才及主体和结合到所述中心电才及主体的前端部的 第二贵金属电极头，其中，所述中心电极主体和所述第二贵金属电极头经由熔 融结合部彼此结合，所述中心电极主体和所述第二贵金属电极 头的金属性成分在该熔融结合部熔合，在所述第二贵金属电极头的外周面和所述第一贵金属电极 头的所述突出端面之间设置所述间隙，以及满足关系H〉 1.05xG，其中，H(mm)是所述第一贵金属 电极头和所述熔融结合部之间的最短距离，G(mm)是所述间隙 的最短距离。
6. 根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述 第一贵金属电极头的基端面在轴向上与所述中心电极的所述前 端部相对，以允许大致沿轴向火花》文电。
7. 根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述 第 一 贵金属电才及头的前端面#:定位在所述轴向上比所述中心电 极的前端更靠前端侧的位置。
8. 根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述 第一贵金属电极头的宽度比所述中心电极的前端部的直径或宽 度大。
9. 根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述 第一贵金属电极头为棱柱状。
10. 根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，通过 电阻焊接使所述第 一 贵金属电极头结合到所述接地电极。
11. 根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述 鼓出部包含与所述接地电极中包含的金属性材料相同的金属性 材料。
12. 根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述 鼓出部由源自所述接地电极的金属性材料形成。
13. 根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述 接地电极具有外金属性层，并且由源自所述接地电极的该外金 属性层的金属性材料形成所述鼓出部。
14. 根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述 鼓出部由非源自所述接地电极的金属性材料形成。
15. —种制造权利要求1或2所述的火花塞的方法，所述方 法包括在将所述第一贵金属电极头压靠到所述接地电极的邻近所 述末端面的平坦面上的状态，通过电阻焊接将所述第 一 贵金属 电极头结合到所述接地电极，使得所述贵金属电极头从所述平 坦面埋入0.3mm以上的距离，从而使所述接地电极的成分在所 述边界处突出而形成所述鼓出部。
全文摘要
一种内燃机用火花塞，其包括棒状中心电极；绝缘体；金属壳；结合到金属壳并朝向中心电极弯曲的接地电极；结合到接地电极的端部并且隔着间隙与中心电极的前端部相对的贵金属电极头；和鼓出部。贵金属电极头的一部分埋设在接地电极中，贵金属电极头的另一部分从接地电极的末端面突出。满足关系A≥0.25mm，其中，A(mm)是贵金属电极头从所述末端面的突出长度。鼓出部覆盖贵金属电极头和所述末端面之间在宽度方向上的边界的中央部。在一个优选实施例中，鼓出部包含与接地电极中包含的金属性材料相同的金属性材料。
文档编号H01T13/34GK101442187SQ20081018097
公开日2009年5月27日 申请日期2008年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者无笹守, 龟田裕之 申请人:日本特殊陶业株式会社