内燃机用火花塞和火花塞的制造方法

专利名称：内燃机用火花塞和火花塞的制造方法
技术领域：
本发明涉及用在内燃机中的火花塞和火花塞的制造方法。
背景技术：
用在诸如汽车发动机等内燃机中的火花塞包括例如中心电极，其沿轴线方向延 伸；绝缘体，其被设置于中心电极的外侧；筒状金属壳，其被设置于绝缘体的外侧；以及接 地电极，其具有从金属壳的前端延伸的基端。接地电极的截面为矩形形状，接地电极的末端 (distal end)的内侧面被配置成与中心电极的前端相对，由此在中心电极的前端和接地电 极的末端之间形成火花放电间隙。已经作出了如下可能的尝试将由贵金属合金制成的电 极头(tip)(贵金属电极头)焊接到中心电极的前端和/或接地电极的末端，由此增强耐火 花消耗性。近年来，为了增大功率和燃料消耗性并且实现无维护性能，存在需要使火花塞呈 现优异点火性和耐久性的要求。因此，在增强点火性的尝试中，已经提出了如下技术将具 有较小直径的贵金属电极头焊接到中心电极并且在使接地电极的末端的体积相对地减小 时将贵金属电极头焊接到接地电极的末端(参见，例如，专利文献1等)。专利文献1 JP-B-3980279

发明内容
发明要解决的问题顺便提及，根据该构造的电极之间发生的火花放电，除了在设置于两个电极的贵 金属电极头之间发生火花放电之外，还可能在中心电极上的贵金属电极头与接地电极(母 材)之间发生火花放电。因为接地电极的耐火花消耗性通常比贵金属电极头的耐火花消耗 性差，所以也可能导致接地电极的偏消耗，进一步地，可能导致接地电极用贵金属电极头的 脱落。担心不能实现足够的耐久性。如果火花塞以接地电极存在于燃料喷射装置和火花放电间隙之间的位置关系被 安装，则喷射的燃料可能被喷涂到接地电极的背面。也就是，接地电极的存在妨碍了空 气_燃料混合气的供给，这反过来可能使点火性劣化。为此，可能不能充分地获得通过使用 上述技术而实现的增强点火性的效果。考虑到上述情况而完成了本发明，本发明的目的是提供一种无论安装状态如何均 显示出充分的耐久性和点火性的内燃机用火花塞以及该内燃机用火花塞的制造方法。用于解决问题的方案下面将分项说明适用于实现上述目的的构造。根据需要增加相应构造所特有的效果。构造1 根据该构造的内燃机用火花塞包括棒状的中心电极，其沿轴线的方向延 伸；大致筒状的绝缘体，其围绕所述中心电极的外周设置；大致筒状的金属壳，其围绕所述 绝缘体的外周设置；接地电极，其被配置成以使得所述接地电极的末端朝向所述中心电极弯曲的方式从所述金属壳的前端部延伸；中心电极用贵金属电极头，其被接合到所述中心 电极的前端；以及接地电极用贵金属电极头，其被接合到所述接地电极的侧面部中的位于 中心电极侧的中心电极侧侧面部的末端侧，所述接地电极用贵金属电极头的末端部从所述 接地电极的末端部朝向所述轴线突出，所述接地电极用贵金属电极头的位于中心电极侧的 侧面部从所述接地电极的所述中心电极侧侧面部突出，其中，在所述中心电极用贵金属电 极头和所述接地电极用贵金属电极头之间设置有间隙，且所述接地电极用贵金属电极头存 在于以下假想外周面内该假想外周面是所述中心电极用贵金属电极头的外周面沿所述轴 线的方向的延伸部分，作为从所述接地电极的末端部到所述接地电极用贵金属电极头的末 端部的最短距离的电极头末端突出长度是0. 5mm至1.5mm，作为从所述接地电极的所述中 心电极侧侧面部到所述接地电极用贵金属电极头的位于中心电极侧的侧面部的最短距离 的电极头侧面突出长度是0. 15mm以上0. 6mm以下；所述接地电极具有位于所述中心电极侧 侧面部的背面的背面侧侧面部、位于所述中心电极侧侧面部和所述背面侧侧面部之间的侧 面部、以及形成于各侧面部中的彼此相邻的侧面部之间的倒角部和弯曲面部中的一方，其 中，在垂直于所述接地电极的中心轴线的截面中，所述倒角部的沿所述接地电极的厚度方 向的厚度方向长度是0. 2mm以上，所述倒角部的沿所述接地电极的宽度方向的宽度方向长 度是0. 2mm以上，以及在与所述接地电极的中心轴线垂直的截面中，所述弯曲面部的曲率 半径是0. 2mm以上。根据构造1 为中心电极设置由贵金属合金制成的中心电极用贵金属电极头，为 接地电极设置由贵金属合金制成的接地电极用贵金属电极头。因此，能够尝试增强耐火花 消耗性。此外，根据构造1，在接地电极的侧面部之间设置倒角部或弯曲面部。首先说明与 中心电极侧侧面部相邻的倒角部(间隙侧倒角部)和弯曲面部(间隙侧弯曲面部)的效果。 由于设置了间隙侧倒角部或间隙侧弯曲面部，在中心电极侧侧面部和与中心电极侧侧面部 相邻的两侧面部之间不会形成电场很可能集中的所谓的角部(边缘部)。因此，能够抑制在 中心电极用贵金属电极头和接地电极(母材)之间发生火花放电，使能够在贵金属电极头 之间容易地发生火花放电，从而显示出较优异的耐久性。因此，可以抑制接地电极的偏消耗 并且还可以增强耐久性。因为如上所述能够在贵金属电极头之间容易地发生火花放电，所以火焰核的发生 位置可以相对远离接地电极。由此能够保证用于火焰核的成长的足够空间，并且能够抑制 由接地电极造成的火焰核的散热。结果，能够试图使火焰核加速成长，并且能够增强点火 性。现在将说明与背面侧侧面部相邻的倒角部(背面侧倒角部)和弯曲面部(背面侧 弯曲面部)的效果。即使当以使接地电极位于燃料喷射器和火花放电间隙之间的方式来安 装火花塞时，因为设置有背面侧倒角部或背面侧弯曲面部，因此，包括喷射燃料的混合气体 通过绕接地电极流动而较平稳地流进贵金属电极头之间的间隙(火花放电间隙)。能够更 彻底地防止由混合气体的供给不足而引起的点火性的降低。此外，根据构造1，电极头末端突出长度被设定成0. 5mm至1. 5mm。具体地，接地电 极用贵金属电极头的末端部被设置成从接地电极的末端部向轴线方向突出。因此，因为接 地电极可以相对远离火花放电间隙，所以能够保证用于火焰核的成长的更大的空间。此外，能够更大程度地抑制由接地电极造成的火焰核的散热。结果，能够更大程度地增强点火性。因为接地电极用贵金属电极头被构造成从接地电极的末端部突出，所以能够相对 地增加中心电极用贵金属电极头和接地电极之间的距离，这反过来更彻底地防止了在中心 电极用贵金属电极头和接地电极之间发生火花放电。因此，能够更大程度地抑制接地电极 的偏消耗的发生，能够进一步增强耐久性。根据构造1，电极头侧面突出长度被设定成0. 15mm至0.6mm。具体地，接地电极用 贵金属电极头的中心电极侧侧面部被构造成从接地电极的中心电极侧侧面部突出。结果， 能够在贵金属电极头之间更可靠地发生火花放电，能够更可靠地抑制由接地电极造成的火 焰核的散热。结果，能够进一步增强点火性和耐久性。因为采用构造1，由各部位获得的效果能够以组合的方式起作用，通过相互作用能 够获得点火性和耐久性的飞跃式的提高。当电极头末端突出长度小于0.5mm时，可能不能充分地获得前述效果。此外，当电 极头末端突出长度超过1. 5mm时，由于接地电极用贵金属电极头的散热性的劣化，耐久性 可能降低。当电极头侧面突出长度小于0. 15mm时，可能不能充分地获得前述效果。此外，当 电极头侧面突出长度超过0. 6mm时，接地电极变得太靠近燃烧室的中心，由此接地电极被 加热。因此，接地电极用贵金属电极头的散热性可能劣化，这反过来可能导致耐久性的劣 化。另外，在与接地电极的中心轴线垂直的截面中，当在接地电极的厚度方向上获得 的倒角部的厚度方向长度小于0. 2mm或者当在接地电极的宽度方向上获得倒角部的宽度 方向长度小于0. 2mm时，担心不能充分地获得由所设置倒角部而得到的效果。另外，在与接 地电极的中心轴线垂直的截面中，当弯曲面部的曲率半径小于0. 2mm时，可能不能充分地 获得前述效果。当使接地电极用贵金属电极头从接地电极的末端部突出时，可能想到使贵金属电 极头如关于构造1所述地沿轴线突出的情况以及使贵金属电极头沿轴线的方向朝向中心 电极突出的情况(例如，如JP-B-3702838等所述)。然而，对于后一种情况，当设置足够大 的火花放电间隙以加快火焰核的成长时，接地电极向燃烧室的中心部较大程度地突出。因 此，接地电极易于发生诸如热熔化等故障。在该方面，通过采用构造1能够相对地减少接地 电极朝向燃烧室的中心部突出的程度。因此，能够防止接地电极的诸如热熔化等故障的发 生。即使在该方面，也可以说有利于耐久性的改善。构造2 该构造的内燃机用火花塞是根据构造1的火花塞，其中，电极头侧面突出 长度是0. 3mm以上。根据构造2，电极头侧面突出长度是0. 3mm以上。结果，能够在贵金属电极头之间 更可靠地发生火花放电。能够彻底地防止由接地电极造成的火焰核的散热。具体地，可能 通过采用构造2更大程度地增强点火性和耐久性。构造3 该构造的内燃机用火花塞是根据构造1或2的火花塞，其中，电极头末端 突出长度是1mm以上。根据构造3，从接地电极的末端部到接地电极用贵金属电极头的末端部的电极头 末端突出长度是1mm以上。因此，可以进一步使接地电极与火花放电间隙分开。因此，能够进一步保证用于火焰核的成长的空间，能够进一步防止由接地电极造成的火焰核的散热。 结果，能够获得更进一步增强的点火性。另外，通过采用构造3能够进一步增加中心电极用贵金属电极头和接地电极之间 的距离，这反过来可以更可靠地防止在中心电极用贵金属电极头和接地电极之间发生火花 放电。结果，能够进一步抑制接地电极的偏消耗的发生，能够获得进一步增强的耐久性。构造4 该构造的内燃机用火花塞是根据构造1至3中任一个的火花塞，其中，含 有与所述接地电极的金属材料相同的金属材料的隆起部被形成为覆盖如下部分该部分是 所述接地电极用贵金属电极头和所述接地电极的所述中心电极侧侧面部之间的交界部中 的至少沿所述接地电极的中心轴线的方向定位的部分，其中，在如下情况下，作为所述接地 电极的所述末端部和所述假想外周面之间的最短距离的电极间距离是-0. 1mm以上当从 所述轴线的方向的前端侧观察时，以所述接地电极的所述末端部为基准，朝向所述接地电 极的基侧的方向是负方向，远离所述接地电极的所述基侧的方向是正方向，以及在如下情 况下满足！7 > 0. 1G 在所述接地电极用贵金属电极头的位于所述中心电极侧的所述侧面部 相对于所述接地电极的所述中心电极侧侧面部突出的方向上，F是所述隆起部与所述接地 电极用贵金属电极头的位于所述中心电极侧的所述侧面部之间的最短距离，G是所述间隙 的最短距离。根据构造4，隆起部被形成为覆盖如下部分该部分是接地电极用贵金属电极头 与接地电极的中心电极侧侧面部之间的交界部中的至少沿接地电极的中心轴线的方向定 位的部分。因此，能够防止氧气侵入到接地电极用贵金属电极头与接地电极之间的交界部， 能够更彻底地防止在交界部中发生氧化皮(oxygenscale)的扩展。结果，能够有效地防止 接地电极用贵金属电极头从接地电极剥离。此外，担心由于隆起部的形成而在中心电极用贵金属电极头和隆起部之间出现火 花放电。在该方面，根据构造4，电极间距离被设定成-0. 1mm以上，隆起部与接地电极用贵 金属电极头的位于中心电极侧的侧面部之间的最短距离F是间隙(火花放电间隙)的最短 距离G的0. 1倍以上的较大的数量级。结果，能够使得中心电极用贵金属电极头和隆起部 之间的间隙足够大，由此能够有效地抑制在中心电极用贵金属电极头和隆起部之间发生火 花放电。结果，能够实现点火性和耐久性的进一步增强。当电极间距离小于-0. 1mm时，不能使中心电极用贵金属电极头和隆起部之间的 间隙足够大，从而不能充分地获得上述效果。构造5 该构造的内燃机用火花塞是根据构造1至4中任一个的火花塞，其中，在 如下情况下，作为所述接地电极的所述末端部与所述假想外周面之间的最短距离的电极间 距离是+0. 1mm至+0. 8mm 当从所述轴线的方向的前端侧观察时，以所述接地电极的所述末 端部为基准，朝向所述接地电极的基侧的方向是负方向，远离所述接地电极的所述基侧的 方向是正方向。根据构造5，能够使中心电极用贵金属电极头和接地电极之间的距离较大。结果， 能够保证用于扩展火焰核的更大的空间，能够实现点火性的进一步增强。当电极间距离超过+0. 8mm时，接地电极的体积的减小是不可避免的，这反过来可 能使接地电极用贵金属电极头的散热性劣化。构造6 该构造的内燃机用火花塞是根据构造5的火花塞，其中，含有与所述接地电极的金属材料相同的金属材料的隆起部被形成为覆盖如下部分该部分是所述接地电极 用贵金属电极头和所述接地电极的所述中心电极侧侧面部之间的交界部中的至少沿所述 接地电极的中心轴线的方向定位的部分，以及在如下情况下满足！7 > 0. 05G 在所述接地电 极用贵金属电极头的位于所述中心电极侧的所述侧面部相对于所述接地电极的所述中心 电极侧侧面部突出的方向上，F是所述隆起部与所述接地电极用贵金属电极头的位于所述 中心电极侧的所述侧面部之间的最短距离，G是所述间隙的最短距离。根据构造6，满足关系F彡0. 05G,与构造4相比，可以使接地电极用贵金属电极头 的位于中心电极侧的侧面部与隆起部之间的最短距离较小。具体地，可以使隆起部的高度 更高，能够更彻底地防止接地电极用贵金属电极头与接地电极之间的交界部中的氧化皮的 扩展。此外，由于使隆起部得大，使隆起部较靠近接地电极用贵金属电极头的位于中心电极 侧的侧面部，这发生了在隆起部与中心电极用贵金属电极头之间发生火花放电的担心。然 而，根据构造6，保证了 +0. 1mm以上的数量级的足够大的电极间距离。因此，能够保证隆起 部与中心电极用贵金属电极头之间的足够的距离，因此能够消除上述担心。构造7 该构造的内燃机用火花塞是根据构造5或6的火花塞，其中，形成于所述 中心电极侧侧面部和与所述中心电极侧侧面部相邻的侧面部之间的作为所述倒角部的间 隙侧倒角部的宽度或作为所述弯曲面部的间隙侧弯曲面部的宽度比形成于所述背面侧侧 面部和与所述背面侧侧面部相邻的侧面部之间的作为所述倒角部的背面侧倒角部的宽度 或作为所述弯曲面部的背面侧弯曲面部的宽度小。根据构造7，间隙侧倒角部(间隙侧弯曲面部)的宽度比背面侧倒角部(背面侧 弯曲面部)的宽度小。因此。例如，当与间隙侧倒角部(间隙侧弯曲面部)的宽度与背面 侧倒角部(背面侧弯曲面部)的宽度大致相等的情况相比时，可以使接地电极较厚，能够实 现接地电极的机械强度(耐久性)的增强。随着间隙侧倒角部(间隙侧弯曲面部)的宽度 变大，抑制在接地电极与中心电极用贵金属电极头之间发生火花放电的效果更加优异。因 为保证了 +0. 1mm以上的足够大的电极间距离，所以即使当使间隙侧倒角部(间隙侧弯曲面 部)的宽度较小时，也能充分地获得抑制在接地电极与中心电极用贵金属电极头之间发生 火花放电的效果。构造8 该构造的内燃机用火花塞是根据构造1至7中任一个的火花塞，其中，所 述接地电极用贵金属电极头具有棱柱形状。通过使接地电极用贵金属电极头具有关于构造8所述的棱柱形状，接地电极用贵 金属电极头具有发展较高电场强度的角部。为此，可以在中心电极用贵金属电极头与接地 电极用贵金属电极头之间更容易地发生火花放电。换句话说，因为可以使在中心电极用贵 金属电极头与接地电极之间发生火花放电变得更困难，所以能够更彻底地防止接地电极的 偏消耗，能够实现耐久性的进一步增强。构造9 该构造的内燃机用火花塞是根据构造1至8中任一个的火花塞，其中，所 述接地电极用贵金属电极头含有钼作为主要成分并且还含有2质量％至30质量％的镍、3 质量％至40质量％的铱和3质量％至45质量％的铑中的一方。根据构造9，接地电极用贵金属电极头含有钼作为主要成分并且还含有2质量％ 至30质量％的镍、3质量％至40质量％的铱和3质量％至45质量％的铑中的一方。能够 进一步增强接地电极用贵金属电极头的强度，这反过来可以更大程度地增强耐久性。
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构造10 该构造的内燃机用火花塞是根据构造1至9中任一个的火花塞，其中，含 有与所述接地电极的金属材料相同的金属材料的隆起部被形成为覆盖如下部分该部分是 所述接地电极用贵金属电极头与所述接地电极的所述中心电极侧侧面部之间的交界部中 的至少沿所述接地电极的中心轴线的方向定位的部分，以及所述隆起部相对于所述接地电 极的所述中心电极侧侧面部的高度是0. 1mm以上。根据构造10，隆起部被形成为具有0. 1mm以上的高度。因此，能够进一步抑制在接 地电极用贵金属电极头和接地电极之间的交界部(接合部)中的氧化皮的扩展，进一步地， 能够更彻底地防止接地电极用贵金属电极头从接地电极脱落。构造11 该构造的内燃机用火花塞是根据构造1至10中任一个的火花塞，其中， 含有与所述接地电极的金属材料相同的金属材料的隆起部被形成为覆盖如下部分该部分 是所述接地电极用贵金属电极头与所述接地电极的所述中心电极侧侧面部之间的沿所述 接地电极的中心轴线的方向延伸的交界部，以及所述隆起部与形成于所述中心电极侧侧面部和与所述中心电极侧侧面部相邻的 侧面部之间的所述倒角部或所述弯曲面部之间的沿所述中心电极侧侧面部的宽度方向的 最短距离被设定为0. 2mm以上。如上所述，为了防止接地电极用贵金属电极头和接地电极之间的交界部(接合 部)中的氧化，设置隆起部是很有意义的。然而，如果隆起部延伸到倒角部或弯曲面部，则 将不能充分地获得由于倒角部等的设置而产生的上述效果。在该方面，根据构造11，倒角部或弯曲面部与隆起部之间的沿接地电极的中心电 极侧侧面部的宽度方向的最短距离被设定为0. 2mm以上。在间隙侧倒角部等(间隙侧弯曲 面部)与隆起部之间设置有足够的距离。具体地，能够更彻底地防止隆起部向间隙侧倒角 部(间隙侧弯曲面部)的延伸，并且能够更可靠地获得由于间隙侧倒角部(间隙侧弯曲面 部)的设置而产生的上述效果。构造12 该构造的火花塞制造方法是根据构造1至11中任一个的内燃机用火花 塞的制造方法，所述方法包括接合步骤，其包括通过电阻焊接将所述接地电极与所述接地 电极用贵金属电极头接合，其中，在所述接合步骤中，使用用于限制所述接地电极用贵金属 电极头相对于所述接地电极朝向所述接地电极的末端侧的相对移动的相对移动限制部件。一般地，当通过电阻焊接将接地电极用贵金属电极头接合到接地电极时，接地电 极用贵金属电极头与接地电极如下接合。具体地，如图18所示，在接地电极27和接地电极 用贵金属电极头32被夹在用于电阻焊接的一对电极D1和D2之间的状态下，在电极D1和 D2之间通电，由此将接地电极用贵金属电极头接合到接地电极27。当接地电极和接地电极 用贵金属电极头以关于构造1等所述的接地电极用贵金属电极头32的末端部32t从接地 电极27的末端部27t突出的方式被接合在一起时，接地电极用贵金属电极头32在接合操 作过程中可以朝向接地电极27的末端(沿图中的空心箭头的方向)移动。在该方面，根据构造12，通过使用相对移动限制部件，能够防止在接合步骤中可能 出现的接地电极用贵金属电极头朝向接地电极的末端的相对移动。由此，接地电极用贵金 属电极头能够更可靠地被接合到接地电极的适当位置。结果，在没有涉及许多困难的情况 下能够制造产生如关于构造1等所述的效果的火花塞。在电阻焊接过程中，接地电极用贵金属电极头按压相对移动限制部件，这反过来产生接地电极用贵金属电极头被压塌的担心。然而，通过采用构造9能够消除该担心。具 体地，在采用如关于构造12所述的制造方法的情况下，可以说由如关于构造9所述的材料 组成来制造接地电极用贵金属电极头是更优选的。


图1是示出一个实施方式的火花塞的结构的局部剖开主视图；图2是示出火花塞的前端的结构的局部放大主视图；图3是示出火花塞的前端的结构的局部放大侧视图；图4是沿图2的线J-J截取的剖面图；图5是示出另一实施方式的接地电极的截面轮廓等的局部放大剖面图；图6是示出接地电极用贵金属电极头、中心电极用贵金属电极头、隆起部、倒角部 等之间的位置关系的局部放大侧视图；图7是用于说明本实施方式中的接地电极和接地电极用贵金属电极头之间的接 合的局部放大示意图；图8是示出在倒角部的有无方面彼此不同的试样的点火性评价试验的结果的图 表；图9是示出在背面侧倒角部的有无方面彼此不同的试样的点火性评价试验的结 果的图表；图10是示出在电极头末端突出长度方面彼此不同的试样的点火性评价试验的结 果的图表；图11是示出在电极头末端突出长度方面彼此不同的试样的耐久性评价试验的结 果的图表；图12是示出在电极头侧面突出长度方面彼此不同的试样的点火性评价试验的结 果的图表；图13是示出在电极头侧面突出长度方面彼此不同的试样的耐久性评价试验的结 果的图表；图14是示出在电极间距离方面彼此不同的试样的点火性评价试验的结果的图 表；图15是示出在电极间距离方面彼此不同的试样的耐久性评价试验的结果的图 表；图16是示出F/G与隆起部飞火率之间的关系的图表；图17是用于说明另一实施方式的倒角部的宽度的接地电极的末端的局部放大侧 视图；以及图18是用于说明现有技术中的接地电极和接地电极用贵金属电极头之间的接合 的局部放大示意图。附图标记说明1内燃机用火花塞2用作绝缘主体的绝缘体3金属壳
4轴向孔5中心电极26金属壳的前端部27接地电极27ml第一倒角部27m2第二倒角部27m3第三倒角部27m4第四倒角部27rl、27r2 弯曲面部27s 1中心电极侧侧面部27s2背面侧侧面部27s3、27s4 侧面部27t接地电极的末端部31中心电极用贵金属电极头31g中心电极用贵金属电极头的外周面
32接地电极用贵金属电极头32t接地电极用贵金属电极头的末端部33作为间隙的火花放电间隙41隆起部al、a2、cl、c2倒角部的厚度方向长度cl、c2、dl、d2倒角部的宽度方向长度A电极头末端突出长度B电极头侧面突出长度C电极间距离CL1 轴线CL2接地电极的中心线RP作为相对移动限制部件的接收部VG假想外周线
具体实施例方式以下将参考

实施方式。图1是示出内燃机用火花塞(下文称为“火花 塞”)1的局部剖开主视图。在图1中，火花塞1的轴线CL1的方向被假定是图中的上下方 向，在下侧是火花塞1的前端而上侧是火花塞1的后端的假设下进行说明。火花塞1包括起到绝缘体的功能的筒状绝缘体2、保持绝缘体的筒状金属壳3等。如已知的那样，绝缘体2通过烧结氧化铝等而制成；绝缘体2包括后端侧主体 部10，其形成于绝缘体的外形部的后端侧；大直径部11，其以径向向外突出的方式形成于 外形部的后端侧主体部10的前端侧；中间主体部12，其形成于外形部的大直径部11的前 端侧，且直径比大直径部11的直径小；和腿部13，其形成于外形部的中间主体部12的前端 侧，且直径比中间主体部12的直径小。在绝缘体2中，腿部13的大部分、大直径部11、中间主体部12被收纳在金属壳3中。锥状台阶部14被形成为腿部13和中间主体部12之间的 连接部，由台阶部14将绝缘体2接合地紧固到金属壳3。此外，沿着轴线CL1以贯通的方式在绝缘体2中形成轴向孔4。中心电极5被固定 地插入到轴向孔4的前端侧。中心电极5整体呈棒状(圆柱状)，中心电极5的前端侧从绝 缘体2的前端突出。此外，中心电极5包括由铜或铜合金制成的内层5A以及由含Ni作为 主要成分的Ni合金制成的外层5B。端子电极6在从绝缘体2的后端突出的状态下被固定地插入到轴向孔4的后端 侧。圆柱状的电阻7被设置于轴向孔4中的位于中心电极5和端子电极6之间的位置。电 阻7的一端经由导电玻璃密封层8被电连接到中心电极5，电阻7的另一端经由导电玻璃密 封层9被电连接到端子电极6。另外，金属壳3由诸如低碳钢等金属制成为筒状。用于将火花塞1安装到缸盖的 螺纹(外螺纹)15被形成在金属壳的外周面。座部(seat) 16被形成于螺纹15的后端侧的 外周面，绕设置于螺纹15的后端的螺纹颈17装配有环状垫圈18。另外，当金属壳3被紧 固到缸盖时用于与诸如扳手等工具接合并且呈六边形截面形状的工具接合部19被设置于 金属壳3的后端侧。用于保持绝缘体2的弯边部(crimping portion) 20被设置于金属壳 3的后端部。用于接合地紧固绝缘体2的锥状台阶部21被设置于金属壳3的内周面。绝缘体2 被从金属壳3的后端侧插入到前端侧。在绝缘体的台阶部14保持被接合地紧固到金属壳 3的台阶部21的状态下，设置于金属壳3的后端侧的开口被径向向内弯边；也就是，形成弯 边部20，由此紧固绝缘体2。环状的板密封件(packing) 22被夹在绝缘体2的台阶部14和 金属壳3的台阶部21之间。由此能保持燃烧室中的气密性，从而防止进入绝缘体2的暴露 于燃烧室的内部的腿部13与金属壳3的内周面之间的间隙中的燃料气体泄漏到外部。此外，为了使得通过弯边而实现的气密性更加完美，在金属壳3的后端侧，环状的 圈构件23和24介于金属壳3和绝缘体2之间，用滑石25粉(滑石)填充圈构件23和24 之间的空间。具体地，金属壳3借助于板密封件22、圈构件23和24以及滑石25来保持绝 缘体2。由Ni合金等制成的接地电极27被接合到金属壳3的前端部(前端面)26。更具 体地，接地电极27的后端部被焊接到金属壳3的前端部26，接地电极27的末端侧被弯曲。 另外，接地电极27具有包括外层27A和内层27B的两层结构。在本实施方式中，外层27A由 镍合金(例如，INC0NEL 600或INC0NEL 601 (两者均是注册商标))制成。同时，内层27B 由铜合金或纯铜制成，该铜合金或纯铜是导热性比Ni合金优异的金属。另外，在本实施方式中，由贵金属合金(例如，钼(Pt)合金、铱(Ir)合金等)制成 的柱状的中心电极用贵金属电极头31被焊接到中心电极5的前端面。更具体地，中心电极 用贵金属电极头31经由熔融部35被接合到中心电极5，该熔融部35是由于构成中心电极 5的金属成分和构成中心电极用贵金属电极头31的金属成分熔融并混合在一起而形成的。棱柱状(在本实施方式中是长方体状)的接地电极用贵金属电极头32被接合到 接地电极27。更具体地，如图2和图3所示，通过电阻焊接使接地电极用贵金属电极头32 以其一端的一部分被埋设的方式被接合到接地电极27的与中心电极5相对的中心电极侧 侧面部27sl ；接地电极用贵金属电极头32还从接地电极27的与轴线CL1相对的末端部27t向轴线CLl (图中的左侧)突出。此外，接地电极用贵金属电极头32位于从中心电极用贵 金属电极头31的外周面31g沿轴线CLl延伸的假想外周面VG的内部，而接地电极27位于 假想外周面VG的外部。作为间隙的火花放电间隙33被形成在中心电极用贵金属电极头31 的前端部和接地电极用贵金属电极头32的末端部之间。在本实施方式中，接地电极用贵金属电极头32由贵金属合金(例如，Pt-IOIr合金 等)制成，其中，贵金属合金含有Pt作为主要成分并且还含有2质量％至30质量％的Ni， 3质量％至40质量％的Ir和3质量％至45质量％的铑(Rh)中的一方。现在将说明本实施方式中的接地电极27和接地电极用贵金属电极头32之间的位 置关系等。在本实施方式中，作为从接地电极27的末端部27t到接地电极用贵金属电极头 32的末端部32t的最短距离的电极头末端突出长度A被设定在0. 5mm至1. 5mm(例如，Imm) 的范围。
此外，作为从接地电极27的中心电极侧侧面部27sl到接地电极用贵金属电极头 32的与中心电极相对的侧面部的最短距离的电极头侧面突出长度B被设定在0. 15mm至 0. 6mm(例如，0. 3mm)的范围。假设当沿轴线CLl的方向从接地电极27的末端侧观察时以接地电极27的末端 部27t为基准接近接地电极27的基部的方向是负方向并且当沿轴线CLl的方向从接地 电极的末端侧观察时以接地电极27的末端部27t为基准远离接地电极27的基部的方 向是正方向，作为接地电极27的末端部和假想外周面VG之间的最短距离的电极间距离 (inner-electrode distance) C 被设定在-0. Imm 至 0. 8mm(例如，+0. Imm 至 0. 8mm)的范 围。接着，详细说明本实施方式的接地电极27的侧面部的形状。如图4所示，侧面部 27s3和侧面部27s4被设置在接地电极27的中心电极侧侧面部27s 1和位于中心电极侧侧 面部27sl的背面的背面侧侧面部27s2之间。在本实施方式中，中心电极侧侧面部27sl的 表面和背面侧侧面部27s2的表面之间的距离(换句话说，接地电极27的厚度)被设定为 例如1. 3mm ；侧面部27s3和侧面部27s4之间的距离(换句话说，接地电极27的宽度)被 设定为例如2. 7mm (这些数值仅是示例)。另外，第一倒角部27ml形成于相邻的侧面部27sl和27s4之间；第二倒角部27m2 形成于相邻的侧面部27sl和27s3之间；第三倒角部27m3形成于相邻的侧面部27s3和 27s2之间；第四倒角部27m4形成于相邻的侧面部27s2和27s4之间(第一倒角部27ml和 第二倒角部27m2被称为“间隙侧倒角部”，第三倒角部27m3和第四倒角部27m4被称为“背 面侧倒角部”)。在垂直于接地电极27的中心线(中心轴线)CL2的截面中，第一倒角部27ml被设 定成沿接地电极27的厚度方向获得的厚度方向长度al为0. 2mm以上(例如0. 4mm)；沿 接地电极27的宽度方向获得的宽度方向长度b 1为0. 2mm以上(例如，0. 4mm)。类似地， 第二倒角部27m2被设定成沿接地电极27的厚度方向获得的厚度方向长度a2为0. 2mm以 上(例如0.4mm)；沿接地电极27的宽度方向获得的宽度方向长度b2为0.2mm以上(例如， 0. 4mm)ο第三倒角部27m3和第四倒角部27m4被设定成沿接地电极27的厚度方向获得的 厚度方向长度cl和c2均为0. 2mm以上(例如0. 4mm)；沿接地电极27的宽度方向获得的宽度方向长度dl和d2均为0. 2mm以上(例如，0. 4mm)。在本实施方式中，厚度方向长度al 和a2被设定成彼此相等，宽度方向长度bl和b2被设定成彼此相等。此外，厚度方向长度 cl和c2被设定成彼此相等，宽度方向长度dl和d2被设定成彼此相等。如图5所示，倒角部27ml、27m2、27m3和27m4中的至少一方(图中为与第二倒角 部27m2和第三倒角部27m3相对应的部分)也可以被实施为呈弯曲面形状的弯曲面部27rl 和27r2。与中心电极侧侧面部27sl相邻的弯曲面部(间隙侧弯曲面部)27rl被设定成在 与中心线CL2垂直的截面中具有0.2mm以上(例如，0.4mm)的曲率半径RS。与背面侧侧面 部27s2相邻的弯曲面部(背面侧弯曲面部)27r2被设定成在与中心轴CL2垂直的截面中 具有0. 2mm以上(例如，0. 4mm)的曲率半径RB。间隙侧弯曲面部27rl的曲率半径RS和背 面侧弯曲面部27r2的曲率半径RB不需要彼此相等。例如，如在同一图中所示，间隙侧弯曲 面部27rl的曲率半径RS也可以被设定成比背面侧弯曲面部27r2的曲率半径RB小。另外，如前所述，接地电极用贵金属电极头32通过电阻焊接以埋设的方式被接合 到接地电极27。为此，如图6和其它的图所示，隆起部41被形成为覆盖接地电极27的如下 部分该部分是在接地电极用贵金属电极头32的侧面部和接地电极27的中心电极侧侧面 部27sl之间的交界中的至少沿中心轴线CL2行进的部分。隆起部41包括与形成接地电极 27的外层27A的Ni合金相同的金属材料。此外，在本实施方式中，隆起部41相对于接地电极27的中心电极侧侧面部27sl 的高度H被设定为0. 1mm以上。在接地电极用贵金属电极头32的与中心电极5相对的侧 面部相对于接地电极27的中心电极侧侧面部27sl突出的方向上，隆起部41和接地电极用 贵金属电极头32的与中心电极5相对的侧面部之间的最短距离被取为F且火花放电间隙 33的最短距离被取为G，火花塞被形成为满足F > 0. 05G。沿中心电极侧侧面部27sl的宽度方向获得的隆起部41和第一倒角部27ml之间 的最短距离W1被设定为0.2mm以上。此外，沿中心电极侧侧面部27sl的宽度方向获得的 隆起部41和第二倒角部27m2之间的最短距离W2被设定为0. 2mm以上。也就是，隆起部41 被形成为均没有到达第一倒角部27ml和第二倒角部27m2。现在将说明用于制造如上所述构造的火花塞1的方法。首先，预先加工金属壳3。 具体地，通过冷锻在柱状金属材料(铁基材料和不锈钢材料；例如，S17C和S25C)中形成通 孔，从而形成大概形状。随后，对上述材料进行切削加工，从而修整出外形并获得半成品金属壳。接着，预先加工接地电极27。具体地，利用具有八边形截面外形的模孔(dice hole)的模具(dice)来拉拔包括Ni合金和Cu合金的两层结构的线材(wire rod)。如此 被拉拔的线材被剪切成预定的长度，由此获得具有各倒角部27ml至27m4的接地电极27。 也可以通过进行切削加工操作替代线材拉拔操作而形成倒角部27ml至27m4。然后，接地电极27被电阻焊接到半成品金属壳的前端面。因为在焊接过程中产生 了所谓的“凹陷(sag)”，因此，在去除“凹陷”之后通过滚丝在半成品金属壳的预定部分形 成螺纹15。因此获得焊接有接地电极27的金属壳3。对焊接有接地电极27的金属壳3进 行镀锌或镀镍。为了增强耐腐蚀性，金属壳3的表面可以被进一步地镀铬。此外，与金属壳3分开地预先成型绝缘体2。例如，通过使用包含氧化铝作为主要 成分并且含有粘合剂等的粉末材料来制备颗粒状(granulated)成型基材，通过使用该颗粒状物质进行橡胶压制成型，由此获得筒状成型元件。如此获得的成型元件被切削加工，从 而被修整。如此被修整的元件被投入到炉中并且被烧结，由此获得绝缘体2。与金属壳3和绝缘体2分开地，预先制造中心电极5。具体地，锻造Ni合金，为了 增强散热性，在Ni合金的中央设置有由铜合金制成的内层5A。接着，中心电极用贵金属电 极头31被激光焊接到中心电极5的前端面。更具体地，在中心电极5的前端面和中心电极 用贵金属电极头31的端面一个堆叠在另一个之上后，中心电极5的前端面和中心电极用贵 金属电极头31的端面之间的接触部被暴露于激光束，由此形成熔融部35。因此，中心电极 5和中心电极用贵金属电极头31被接合到一起。如此获得的绝缘体2、中心电极5、电阻7和端子电极6被玻璃密封层8和9固定地 密封。通常通过将硼硅酸盐玻璃(borosilicate glass)和金属粉末混合在一起来制备玻 璃密封层8和9。如此制备的物质以夹着电阻7的方式被注入到绝缘体2的轴向孔4中，随 后，在炉中加热绝缘体的同时，端子电极6从后方按压制备好的物质，由此烧制和硬化玻璃 密封层。此时，可以在绝缘体2的后端侧主体10的表面上同时地烧结釉层(glazelayer)， 或者也可以预先形成釉层。然后，具有如上所述制造的中心电极5和端子电极6的绝缘体2和具有接地电极 27的金属壳3被组装在一起。更具体地，在金属壳3的后端侧较薄地形成的开口部被径向 向内弯边；也就是，形成弯边部20，由此，金属壳3和绝缘体2被固定在一起。接着，接地电极用贵金属电极头32被电阻焊接到接地电极27的末端。更具体地， 如图7所示，接地电极用贵金属电极头32的一端被放置在接地电极27的中心电极侧侧面 部27sl的末端上，接地电极27和接地电极用贵金属电极头32被夹在一对电极D1和D2之 间。在电极D1和D2之间通电，由此在电极头的一部分被埋设在电极中的状态下，接地电极 27和接地电极用贵金属电极头32被接合在一起。此时，在一对电极D1和D2中，支撑接地 电极用贵金属电极头32的电极D2装配有用作相对移动限制部件的接收部RP。由此，能够 防止接地电极用贵金属电极头32朝向接地电极27的末端侧相对移动，接地电极用贵金属 电极头32能够被更可靠地接合到接地电极27的适当位置。由于接地电极用贵金属电极头 32的电阻焊接，形成隆起部41。最后，弯曲接地电极27，由此进行用于调整设置于中心电极5的中心电极用贵金 属电极头31和设置于接地电极27的接地电极用贵金属电极头32之间的火花放电间隙33 的操作。从而，通过一系列加工来制造具有上述构造的火花塞1。接着，为了确定本实施方式的作用效果，进行点火性评价试验、耐久性评价试验和 接地电极飞火数测定试验。点火性评价试验、耐久性评价试验和接地电极飞火数测定试验 的概要如下。具体地，在点火性评价试验中，制造在如下方面改变的试样火花塞电极头末 端突出长度“A”、电极头侧面突出长度“B”、电极间距离“C”、间隙侧倒角部和背面侧倒角部 的有无、在与接地电极的中心轴线垂直的截面中的背面侧倒角部的厚度方向长度“c”和宽 度方向长度“d”(当设置有弯曲面部时是弯曲面部的曲率半径“rb”)。各试样装配有点火 器，各试样被配置在试验室内。另外，燃料喷射方向被取为接地电极的横向侧[方向“X”; (图3所示的空心箭头的方向)]或朝向接地电极的背面的方向[方向“Y” ；(图2所示的 空心箭头的方向)]，测量在点火之后经过3毫秒的时间点得到的火焰核的面积，当所测量的火焰核的面积为70mm2以上时，火花塞被评价为显示优异点火性的“〇”。此外，当火焰核 的面积小于70mm2时，火花塞被评价为显示点火性不足的“ X ”。如下进行耐久性评价试验。各试样被安装到排气量为660cc且点火提前角(BTDC) 为5°的直列3缸试验发动机。在10. 7的空燃比的条件下以4000rpm的转速驱动发动机超 过300小时后，测量火花放电间隙的增加量(间隙增加量)。当间隙增加量小于0. 2mm时， 试样被评价为显示优异的耐久性的“〇”。相反地，当间隙增加量为0. 2mm以上时，试样被评 价为显示差的耐久性的“X”。此外，如下进行接地电极飞火数测定试验。具体地，点火器被安装到各试样，其中， 对各试样在间隙侧倒角部的厚度方向长度“a”、间隙侧倒角部的宽度方向长度“b”和间隙 侧弯曲面部的曲率半径“rs”方面进行各种改变。试样被放置在由石英玻璃制成并且能够观 察到室的内部的室中，在室的内部压力保持在0. 4Mpa的状态下，进行放电。拍摄放电情况， 基于拍摄到的图像，测量在中心电极用贵金属电极头和接地电极之间每100次火花放电时 发生放电的次数(接地电极飞火数)。通常地，在中心电极用贵金属电极头和接地电极用贵 金属电极头之间的最小间隙中发生放电。然而，当接地电极包括电场强度增强的边缘等时， 在中心电极用贵金属电极头和接地电极之间的稍大的间隙中发生放电，这可能导致点火性 的劣化或接地电极的偏消耗。因此，当接地电极飞火数是0时，试样被评价为显示优异的点 火性并且诱发接地电极的偏消耗的可能性非常小的“〇”。此外，当接地电极飞火数是1以 上时，试样被评价为显示差的点火性或具有诱发接地电极的偏消耗的可能性的“ X ”。表1和图8至图15示出了点火性评价试验和耐久性评价试验的结果。在表1示出的试验中，当间隙侧倒角部被分类为“有”时，间隙侧倒角部的厚度方 向长度“a”和宽度方向长度“b”都被设定为0.4mm。此外，当背面侧倒角部被分类为“有” 时，厚度方向长度“c”和宽度方向长度“d ”都被设定为0.4mm。图8的图表示出了当关注仅在倒角部的有无方面彼此不同的试样时获得的点火 性评价试验的结果。图9的图表示出了与仅在背面侧倒角部的有无方面彼此不同的试样有 关的通过关注由燃料喷射方向不同而引起的点火性的改变而获得的结果。另外，图10和图 11的图表示出了当关注仅在“A”的值方面彼此不同的试样时获得点火性评价试验和耐久 性评价试验的结果。图12和图13的图表示出了当关注仅在“B”的值方面彼此不同的试样 时获得点火性评价试验和耐久性评价试验的结果。图14和图15的图表示出了当关注仅在 “C”的值方面彼此不同的试样时获得点火性评价试验和耐久性评价试验的结果。[表1]
当考察在倒角部的有无方面不同的试样(试样1至试样6)时，表1和图8的图表 示出了不具有倒角部的试样(试样1至试样3)显示差的点火性，具有倒角部的试样(试样 4至试样6)显示优异的点火性。对于此可能的原因是倒角部的设置造成了中心电极用贵金 属电极头和接地电极之间的飞火数量的相对减少，这反过来可以使火焰核的产生位置比较 远离接地电极。表1和图9的图表示出了 当与仅具有间隙侧倒角部的试样(试样8和试样9)比 较时，均具有间隙侧倒角部和背面侧倒角部的试样(试样5和试样7)即使在试样的燃料喷 射方向指向Y方向且在点火性可能劣化的环境下时，也可以实现优异的点火性。具体地，为 了增强点火性，可以说接地电极应该包括间隙侧倒角部和背面侧倒角部。另外，如表1和图10的图表所示，当考察仅在值“A”方面(C值的变化归因于A值 的变化)彼此不同的试样(试样4和试样10至试样18)时，值A为0. 5mm以上的试样(试 样4和试样12至试样18)被确定为显示优异的点火性。对于此的可能的原因是，因为接地 电极与火花放电间隙相隔较远，能够保证用于火焰核的成长的大的空间，能够较大程度地 防止由接地电极造成的火焰核的散热。此外，当从耐久性方面评价试样时，如表1和图11的图表所示，值“A”超过1. 5mm 的试样(试样18)显示耐久性不足。对于此可能的原因是接地电极用贵金属电极头的散热 性劣化。从上述结果可以看出，为了在点火性和耐久性方面显示优异的功能，可以说将值 “A”设定在0. 5mm至1. 5mm的范围是优选的。图10示出了值“A”为0. 6mm以上的试样(试 样4和试样11至试样17)显示优异的点火性，值“A”为1. 0mm以上的的试样(试样4和试 样16至试样17)显示特别优异的点火性。因此，从增强点火性的角度出发，可以说将值“A” 设定成0. 6mm以上是优选的，可以说将值“A”设定成1. 0mm以上是更优选的。当考察仅在值“B”的方面彼此不同的试样(试样5和试样19至试样22)时，如表 1和图12的图表所示，值“B”为0. 15mm以上的试样(试样5、19、21和22)显示优异的点火 性。对于此可能的原因是，能够更可靠地在贵金属电极头之间发生火花放电，能够更彻底地 防止由接地电极造成的火焰核的散热。如图12的图表所示，可以说，随着值“B”的增加，能够进一步增强点火性。因此，从 增强点火性的角度考虑，可以说将值“B”设定成0.3mm以上是更优选的。然而，如图13的 图表所示，担心耐久性随着值“B”的增加而降低。因此，为了防止耐久性的劣化，可以说将 值“B”设定成0.8mm以下是期望的。为了更彻底地防止耐久性的劣化，可以说将值“B”设 定成0. 6mm以下是更期望的。此外，当考察仅在值“C”的方面彼此不同的试样(试样5、6和12)时，如表1和图 14的图表所示，明显的是，各试样具有优异的点火性，且值“C”为0. 1mm以上的试样(试样 5和6)显示相当优异的点火性。因此，为了更大程度地增强点火性，优选将值“C”设定成 0. 1mm以上。此外，如图14的图表所示，考虑到随着值C的增加点火性增强的事实，可以说 将值C设定成0. 2mm以上是更优选的。然而，如图15的图表所示，担心耐久性随着值C的 增加而劣化。为此，可以说将值C设定成0. 8mm以下是优选的。表2示出了在燃料喷射方向被设定成“方向Y”的状态下，当对特别是在背面侧倒 角部的厚度方向长度“c”和宽度方向长度“d”或者弯曲面部的曲率半径“rb”的方面改变试样而进行试验时得到的点火性评价试验的结果。在试验中，使值“A”、“B”、“C”、“a”和“b” 与试样 5 的对应部分相等(即，“A”= 0. 5mm，“B”= 0. 3mm，“C”= 0. lmm，“a”= 0. 4mm,"b" =0. 4mm)。当设置弯曲面部时，弯曲面部被设置在与第三倒角部和第四倒角部相对应的位置。 [表 2] 表2示出了即使当燃料喷射方向是“方向Y”时，值“c”、“d”或值“rb”为0. 2mm以 上的试样(试样7、23至26、29和30)也能够获得优异的点火性。对于此可能的原因是由 于设置了背面侧倒角部导致混合气体绕接地电极流动而更容易流进火花放电间隙。可以看 出，值“c”、“d”或值“rb”为0. 3mm以上的试样(试样7、25、26、29和30)显示出比值“c”、 “d”或值“rb”为0. 2mm的试样(试样23和24)强的点火性。因此，从进一步增强点火性的 角度出发，可以说将值“c”、“d”或值“rb”设定成0. 3mm以上是优选的。接着，在表3中示出了接地电极飞火数测定试验的结果。在该试验中，使值“A”、 “B”、“C”、“c”和“d”与试样5的对应部分相等。当设置弯曲面部时，在与第一倒角部和第 二倒角部相对应的位置设置该弯曲面部。[表3] 如表3所示，考察在间隙侧倒角部和弯曲面部的尺寸方面彼此不同的试样(试样 2、5和试样31至37)，可以确定值“a”、“b”或值“rs”为0. 2mm以上的试样(试样5、31、32、 34和37)不会从接地电极发生火花放电，并且能够获得非常优异的耐久性和点火性。对于 此的可能的原因是，能够防止在中心电极侧侧面部和与中心电极侧侧面部相邻的两侧面部 之间形成电场很可能集中的角部(边缘)，进一步地，能够防止在中心电极用贵金属电极头 和接地电极之间发生火花放电。从为了更加彻底地防止在两侧面部之间形成角部(边缘) 的角度出发，期望使值“a”、“b”或值“rs”更大。因此，为了进一步增强点火性，可以说将值 “a”、“b”或值“rs”设定在0. 3mm以上是更加优选的。接着，电极间距离被设定成-0. 1mm或0. 1mm,制造具有各种的变化率(F/G)的试 样火花塞，其中，该变化率是火花放电间隙的最短距离“G”与最短距离“F”之比，该最短距 离“F”为隆起部和接地电极用贵金属电极头的中心电极侧侧面部之间的在接地电极用贵金 属电极头的中心电极侧侧面部从接地电极的中心电极侧侧面部突出的方向上的最短距离。 各试样被放置在由石英玻璃制成并且能够观察到室的内部的室中，在室的内部压力保持在 0. 4Mpa的状态下，进行放电。拍摄此时进行的放电，基于拍摄到的图像，测量在中心电极用 贵金属电极头和隆起部之间每100次放电时发生的放电率(隆起部飞火率)。图16示出了 表示“F/G”和隆起部飞火率之间的关系的图表。在图中，由实心圆绘制电极间距离被设定 成-0. 1mm的试样的试验结果，由实心三角形绘制电极间距离被设定成0. 1mm的试样的试验 结果。如图16所示，可以清楚地看出，对于电极间距离被设定成-0. 1mm的试样，当将F/ G设定成0. 1以上的值时，隆起部飞火率是0%，由此能够防止隆起部飞火的发生，对于电极 间距离被设定成0. 1mm的试样，当将F/G设定成0. 05以上的值时，隆起部飞火率是0%，由 此能够防止隆起部飞火的发生。对于此可能的原因是，在中心电极用贵金属电极头和隆起部之间形成了足够尺寸的间隙。接着，制造在隆起部相对于接地电极的中心电极侧侧面部的高度“H”的方面进行 各种变型的直棒状的试样接地电极。对这些试样进行机上燃烧器评价试验[该试验进行 1000个周期的操作，各周期包括用燃烧器加热试样两分钟，使得接地电极用贵金属电极 头达到1050°C ；以及将如此加热的试样缓慢地冷却一分钟]。观察如此试验的各试样的截 面，由此测量接地电极和接地电极用贵金属电极头之间的交界部的长度与交界部的氧化皮 未扩展的区域(接合部)的长度之比(接合部比率)。表4示出了隆起部的高度和接合部 比率之间的关系。[表 4] 表4示出了隆起部超过30%的各试样的接合部比率，由此获得了抑制氧化皮的扩 展的优异效果。对于此可能的原因是因为隆起部的形成有效地抑制了氧侵入到接地电极和 接地电极用贵金属电极头之间的交界部。特别地，高度“H”为0. Imm以上的隆起部的试样 的接合部比率明显超过50%，高度“H”为0. 2mm以上的隆起部的试样的接合部比率明显超 过60%。从获得抑制氧化皮的扩展的更优异的效果的角度看，可以说将隆起部的高度“H” 设定为0. Imm以上是更优选的，可以说将隆起部的高度“H”设定为0. 2mm以上是进一步更 优选的。从前述试验结果，可以说，需要将电极头末端突出长度设定在0.5mm至1.5mm的范 围、将电极头侧面突出长度设定在0. 15mm至0. 6mm的范围、在间隙侧和背面侧设置倒角部 (弯曲面部)，并且将各倒角部的厚度方向长度和宽度方向长度以及弯曲面部的曲率半径 设定为0. 2mm以上，从而不管安装状态如何均显示出足够的耐久性并实现优异的点火性。另外，可以说，通过将电极头末端突出长度设定在0.6mm以上并且将各倒角部的 厚度方向长度和宽度方向长度设定为0. 3mm以上能够实现更加优异的点火性。另外，从抑制接地电极和接地电极用贵金属电极头之间的接合部中的氧化皮的扩 展的角度看，可以说设置隆起部是有意义的；特别地，可以说将隆起部的高度设定为0. Imm 以上是很有意义的。此外，从抑制在隆起部和中心电极用贵金属电极头之间发生火花放电和进一步增 强点火性和耐久性的角度看，可以说将电极间距离设定为-0. Imm以上并且将“F/G”设定为 0. 1以上(当将电极间距离设定为0. Imm以上时将“F/G”设定为0. 05以上)是优选的。现在将涉及本实施方式的火花塞的制造方法。由于设置了接收部RP，能够限制接 地电极用贵金属电极头32的相对移动，然而，担心诸如接地电极用贵金属电极头32被压塌(collapse)等的问题。相反地，本实施方式的接地电极用贵金属电极头32由贵金属合金 (例如，Pt-IOIr合金等)制成，其中，贵金属合金含有Pt作为主要成分并且还含有2质量％ 至30质量％的Ni、3质量％至40质量％的Ir和3质量％至45质量％的Rh中的一方。因 此，接地电极用贵金属电极头32显示出足够的强度，并且能够消除在电阻焊接期间可能引 起接地电极用贵金属电极头32压塌的担心。具体地，当采用本实施方式的火花塞的制造方 法时，优选地由含有上述组成的贵金属合金制成接地电极用贵金属电极头32。本发明不限于本实施方式的说明，也可以以例如下述方式来实施本发明。当然，下 面没有示出的其它应用例和变型例也是可行的。
(a)在本实施方式中，接地电极27的末端面27t和假想外周面VG之间的电极间距 离C被设定为-0. Imm至0. 8mm ；然而，电极间距离C不限于落在上述范围内的数值。因此， 例如，电极间距离C也可以被设定为0. Imm以上。(b)在本实施方式中，倒角部27ml和27m2的厚度方向长度al和a2被设定成彼 此相等，倒角部27ml和27m2的宽度方向长度bl和b2被设定成彼此相等。然而，厚度方向 长度al和a2也可以被设定成彼此不同，宽度方向长度bl和b2也可以被设定成彼此不同。 倒角部27m3和27m4的厚度方向长度cl和c2被设定成彼此相等，倒角部27m3和27m4的 宽度方向长度dl和d2被设定成彼此相等。然而，厚度方向长度cl和c2也可以被设定成 彼此不同，宽度方向长度dl和d2也可以被设定成彼此不同。因此，例如，如图17所示，与 中心电极5相对的倒角部27ml和27m2的宽度丽1和丽2可以被设定成比被背面侧倒角部 27m3和27m4的宽度丽3和MW4大。在该情况下，当与倒角部27ml和27m2的宽度被设定 成与倒角部27m3和27m4的宽度基本上相等的情况相比时，能够使接地电极27较厚，能够 进一步增强接地电极27的机械强度(耐久性)。在采用如图所示的构造的情况下，期望以 如下方式确保较大的电极间距离C(例如，+0. Imm以上)由于设置了倒角部27ml和27m2， 能够充分地获得抑制在接地电极27和中心电极用贵金属电极头31之间发生火花放电的效^ ο(c)接地电极用贵金属电极头32的组成不限于关于本实施方式所述的组成。因 此，例如，接地电极用贵金属电极头32也可以由含有Ir作为主要成分的贵金属合金等制 成。(d)在本实施方式中，接地电极用贵金属电极头32的形状是长方体状。然而，该形 状也可以是例如呈六边形截面轮廓的棱柱状。此外，接地电极用贵金属电极头32的形状不 限于棱柱状，也可以是例如圆柱状等。(e)本实施方式提供了接地电极27被接合到金属壳3的前端面的情况的具体形 式。本发明也可以适用于如下情况通过削去金属壳的一部分(或者预先被焊接到金属壳 的前端部件的一部分)而制成接地电极(例如，日本特开2006-236906号公报等)。此外， 接地电极27也可以被接合到金属壳3的前端部26的侧面。(f)在本实施方式中，工具接合部19被制成呈六边形截面轮廓。然而，工具接合 部19不限于该形状。例如，工具接合部也可以被制成呈Bi-HEX(变形的十二边形)形状 (IS0022977 :2005(E))等。
权利要求
一种内燃机用火花塞，其包括棒状的中心电极，其沿轴线的方向延伸；大致筒状的绝缘体，其围绕所述中心电极的外周设置；大致筒状的金属壳，其围绕所述绝缘体的外周设置；接地电极，其被配置成以使得所述接地电极的末端朝向所述中心电极弯曲的方式从所述金属壳的前端部延伸；中心电极用贵金属电极头，其被接合到所述中心电极的前端；以及接地电极用贵金属电极头，其被接合到所述接地电极的侧面部中的位于中心电极侧的中心电极侧侧面部的末端侧，所述接地电极用贵金属电极头的末端部从所述接地电极的末端部朝向所述轴线突出，所述接地电极用贵金属电极头的位于中心电极侧的侧面部从所述接地电极的所述中心电极侧侧面部突出，其中，在所述中心电极用贵金属电极头和所述接地电极用贵金属电极头之间设置有间隙，且所述接地电极用贵金属电极头存在于以下假想外周面内该假想外周面是所述中心电极用贵金属电极头的外周面沿所述轴线的方向的延伸部分，作为从所述接地电极的末端部到所述接地电极用贵金属电极头的末端部的最短距离的电极头末端突出长度是0.5mm至1.5mm，作为从所述接地电极的所述中心电极侧侧面部到所述接地电极用贵金属电极头的位于中心电极侧的侧面部的最短距离的电极头侧面突出长度是0.15mm以上0.6mm以下；所述接地电极具有位于所述中心电极侧侧面部的背面的背面侧侧面部，位于所述中心电极侧侧面部和所述背面侧侧面部之间的侧面部，以及形成于各侧面部中的彼此相邻的侧面部之间的倒角部和弯曲面部中的一方，其中，在垂直于所述接地电极的中心轴线的截面中，所述倒角部的沿所述接地电极的厚度方向的厚度方向长度是0.2mm以上，所述倒角部的沿所述接地电极的宽度方向的宽度方向长度是0.2mm以上，以及在与所述接地电极的中心轴线垂直的截面中，所述弯曲面部的曲率半径是0.2mm以上。
2.根据权利要求1所述的内燃机用火花塞，其特征在于，所述电极头侧面突出长度是 0. 3mm以上。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机用火花塞，其特征在于，所述电极头末端突出长度 是1mm以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，含有与所述接地 电极的金属材料相同的金属材料的隆起部被形成为覆盖如下部分该部分是所述接地电极 用贵金属电极头和所述接地电极的所述中心电极侧侧面部之间的交界部中的至少沿所述 接地电极的中心轴线的方向定位的部分，其中，在如下情况下，作为所述接地电极的所述末端部和所述假想外周面之间的最短 距离的电极间距离是-0. 1mm以上当从所述轴线的方向的前端侧观察时，以所述接地电极 的所述末端部为基准，朝向所述接地电极的基侧的方向是负方向，远离所述接地电极的所 述基侧的方向是正方向，以及在如下情况下满足F > 0. 1G 在所述接地电极用贵金属电极头的位于所述中心电极侧 的所述侧面部相对于所述接地电极的所述中心电极侧侧面部突出的方向上，F是所述隆起 部与所述接地电极用贵金属电极头的位于所述中心电极侧的所述侧面部之间的最短距离， G是所述间隙的最短距离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，在如下情况 下，作为所述接地电极的所述末端部与所述假想外周面之间的最短距离的电极间距离是 +0. 1mm至+0. 8mm 当从所述轴线的方向的前端侧观察时，以所述接地电极的所述末端部为 基准，朝向所述接地电极的基侧的方向是负方向，远离所述接地电极的所述基侧的方向是 正方向。
6.根据权利要求5所述的内燃机用火花塞，其特征在于，含有与所述接地电极的金属 材料相同的金属材料的隆起部被形成为覆盖如下部分该部分是所述接地电极用贵金属电 极头和所述接地电极的所述中心电极侧侧面部之间的交界部中的至少沿所述接地电极的 中心轴线的方向定位的部分，以及在如下情况下满足F > 0. 05G 在所述接地电极用贵金属电极头的位于所述中心电极 侧的所述侧面部相对于所述接地电极的所述中心电极侧侧面部突出的方向上，F是所述隆 起部与所述接地电极用贵金属电极头的位于所述中心电极侧的所述侧面部之间的最短距 离，G是所述间隙的最短距离。
7.根据权利要求5或6所述的内燃机用火花塞，其特征在于，形成于所述中心电极侧侧 面部和与所述中心电极侧侧面部相邻的侧面部之间的作为所述倒角部的间隙侧倒角部的 宽度或作为所述弯曲面部的间隙侧弯曲面部的宽度比形成于所述背面侧侧面部和与所述 背面侧侧面部相邻的侧面部之间的作为所述倒角部的背面侧倒角部的宽度或作为所述弯 曲面部的背面侧弯曲面部的宽度小。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，所述接地电极用 贵金属电极头具有棱柱形状。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，所述接地电极 用贵金属电极头含有钼作为主要成分并且还含有2质量％至30质量％的镍、3质量％至40 质量％的铱和3质量％至45质量％的铑中的一方。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，含有与所述接 地电极的金属材料相同的金属材料的隆起部被形成为覆盖如下部分该部分是所述接地电 极用贵金属电极头与所述接地电极的所述中心电极侧侧面部之间的交界部中的至少沿所 述接地电极的中心轴线的方向定位的部分，以及所述隆起部相对于所述接地电极的所述中心电极侧侧面部的高度是0. 1mm以上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，含有与所述接 地电极的金属材料相同的金属材料的隆起部被形成为覆盖如下部分该部分是所述接地电 极用贵金属电极头与所述接地电极的所述中心电极侧侧面部之间的沿所述接地电极的中 心轴线的方向延伸的交界部，以及所述隆起部与形成于所述中心电极侧侧面部和与所述中心电极侧侧面部相邻的侧面 部之间的所述倒角部或所述弯曲面部之间的沿所述中心电极侧侧面部的宽度方向的最短 距离被设定为0. 2mm以上。
12. 一种内燃机用火花塞的制造方法，用于制造根据权利要求1至11中任一项所述的 内燃机用火花塞，所述方法包括接合步骤，其包括通过电阻焊接将所述接地电极与所述接地电极用贵金属电极头接合，其中，在所述接合步骤中，使用用于限制所述接地电极用贵金属电极头相对于所述接 地电极朝向所述接地电极的末端侧的相对移动的相对移动限制部件。
全文摘要
提供一种无论安装状态如何均显示出足够的耐久性和优异的点火性的内燃机用火花塞以及该火花塞的制造方法。火花塞(1)具有中心电极(5)、接地电极(27)等。中心电极用贵金属电极头(31)被接合到中心电极(5)的前端部，接地电极用贵金属电极头(32)被接合到接地电极(27)的中心电极侧侧面部(27s1)。接地电极用贵金属电极头(32)的末端部(32t)从接地电极(27)的末端面(27t)突出0.1mm至1.5mm。接地电极用贵金属电极头(32)的中心电极侧侧面部(32s)从中心电极侧侧面部(27s1)突出0.15mm至0.6mm。接地电极(27)具有倒角部(27m1～27m4)。在与接地电极(27)的中心轴线(CL2)垂直的截面中获得的各倒角部(27m1～27m4)的厚度方向长度(a1、a2、c1、c2)以及宽度方向长度(b1、b2、d1、d2)被设定成0.2mm以上。
文档编号H01T13/32GK101868893SQ20088011711
公开日2010年10月20日 申请日期2008年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者九鬼宏昭, 吉田和正, 布目健二, 龟田裕之 申请人:日本特殊陶业株式会社