专利名称：火花塞及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机等中使用的火花塞及其制造方法。
背景技术：
内燃机等燃烧装置中使用的火花塞例如具有中心电极，在轴线方向延伸；绝缘体，设置在中心电极的外周；筒状的主体配件，组装在绝缘体的外侧；以及接地电极，其基端部与主体配件的前端部接合。接地电极自身的大致中间部分弯回配置，以使其前端部与中心电极的前端部相对，由此，在中心电极的前端部及接地电极的前端部之间形成火花放电间隙。并且以下技术已被公知在接地电极的前端部，在形成火花放电间隙的部位设置贵金属端头，以提高耐消耗性和点火性能。一般情况下，例如通过电阻焊接等使贵金属端头的端面接合到接地电极。但接地电极因向燃烧室的中心一侧突出配置，所以易于变得高温，与接地电极接合的贵金属端头更易变得高温。进一步，在近年来的高输出及高压缩引擎中，燃烧室进一步变得高温，并且随着引擎的动作，施加到接地电极及贵金属端头的振动也易于变大。因此， 在接地电极和贵金属端头的接合部分氧化铁皮急速发展，或随着振动等被施加较大的冲击从而贵金属端头可能从接地电极脱落。因此，为了防止贵金属端头的脱落，提出了以下方案(例如参照专利文献1、2)使贵金属端头的端部埋入到接地电极，并且在贵金属端头的埋入部分设置锷状的突出部或与其他埋入部分相比小径的中细部，从而提高贵金属端头与接地电极的接合强度。专利文献1 日本特开2001-284012号公报专利文献2 日本特开2004-79507号公报但在上述方法中，将贵金属端头埋入到接地电极时，由于存在突出部或中细部，在贵金属端头的侧面和接地电极之间易于形成间隙。因此，无法充分确保贵金属端头和接地电极的接触面积，会无法充分提高接合强度。并且，在贵金属端头和接地电极之间形成了间隙时，氧易于进入到两者的接合部分，接合部分的氧化铁皮急速发展，并会导致接合强度的急速下降。进一步，当间隙内存在空气时，在使用时的高温下残留的空气膨胀，会导致接合部分的破损。
发明内容
本发明鉴于以上情况而出现，其目的在于提供一种能够飞跃性地提高贵金属端头与接地电极的接合强度，有效防止贵金属端头脱落的火花塞及其制造方法。以下分项说明适用实现上述目的的各构成。此外，根据需要对对应的构成记载其特有的作用效果。构成1.本构成的火花塞具有绝缘体，具有在轴线方向上贯通的轴孔；中心电极，插入上述轴孔中；
筒状的主体配件，设置在上述绝缘体的外周上；接地电极，配置在上述主体配件的前端部；以及柱状的贵金属端头，与上述接地电极的前端部接合，自身的一端与上述中心电极的前端部之间形成间隙，该火花塞的特征在于，上述贵金属端头的另一端部设有埋入部，该埋入部与上述接地电极中接合了上述贵金属端头的一侧的面即接合对象面相比埋入到上述接地电极的内部一侧，在通过上述接地电极与上述贵金属端头的另一端面的接合部分的中心并且与上述接地电极的中心轴正交的截面中在上述埋入部上形成比上述贵金属端头的一端部的宽度大的宽幅部，位于上述贵金属端头中上述接合对象面和上述宽幅部中宽度最大的部位之间的部位的形状是从上述贵金属端头的一端侧向另一端侧逐渐变宽的形状，或者是具有从上述贵金属端头的一端侧向另一端侧逐渐变宽的部位和宽度一定的部位的形状，连接上述贵金属端头的一端面和另一端面的两个侧面中，从上述宽幅部到与上述接合对象面的外形线延长到上述贵金属端头一侧的延长线的交点为止的部位，被上述贵金属端头和上述接地电极溶合而成的熔融部及上述接地电极的母材中的至少一个覆盖，设沿着上述贵金属端头的中心轴的上述贵金属端头的厚度为tl (mm)、沿着上述贵金属端头的中心轴的上述贵金属端头的距上述接合对象面的埋入量为t2(mm)时，满足 0. 25 彡 t2/tl。此外，“接合对象面”是指，接合了贵金属端头的接地电极的面中未伴随贵金属端头的埋入以及熔融部的形成而产生形状变化等的地方。并且，“接地电极和贵金属端头的另一端面的接合部分的中心”是指两者的接合面的重心。根据上述构成1，位于贵金属端头中接地电极的接合对象面和宽幅部中宽度最大的部位之间的部位的形状是，从贵金属端头的一端向另一端逐渐变宽的形状，或具有从贵金属端头的一端向另一端逐渐变宽的部位和宽度一定的部位的形状。因此，在将贵金属端头埋入到接地电极时，可抑制在贵金属端头的侧面和接地电极之间形成间隙，充分确保两者的接触面积。并且，由于可抑制间隙的形成，所以可抑制氧侵入到贵金属端头和接地电极的接合部分。进一步，贵金属端头的与接地电极接合的部位中，在沿着接地电极的长度方向的至少中心位置上(即通过接地电极和贵金属端头的另一端面的接合部分的中心并且与接地电极的中心轴正交的截面中)，形成比贵金属端头的一端部宽度大的宽幅部。并且其构成是，在上述截面中，设沿着贵金属端头的中心轴的贵金属端头的厚度为tl (mm)、沿着贵金属端头的中心轴的贵金属端头的距接合对象面的埋入量为t2 (mm)时，满足0. 25 ^ t2/tl。即， 根据上述构成1，贵金属端头的宽幅部成为固定到接地电极的方式，并且以满足0. 25 ( t2/ tl的程度使贵金属端头的埋入量足够大，从而使接地电极中固定到宽幅部的部位足够厚。 因此，可切实增大贵金属端头与接地电极的固定力。并且，根据上述构成1，在上述截面中，贵金属端头的两个侧面中，从宽幅部开始到接合对象面的外形线延长到贵金属端头一侧的延长线与上述两个侧面的交点为止的部位被熔融部及接地电极的母材覆盖。因此，可抑制贵金属端头和接地电极之间的间隙形成，从而可较有效地抑制氧侵入到两者之间。如上所述，根据上述构成1，可充分确保贵金属端头和接地电极的接触面积，同时增大宽幅部相对接地电极的固定力，从而可飞跃性地提高贵金属端头相对接地电极的接合强度。并且，可抑制贵金属端头和接地电极之间的间隙的形成，同时将贵金属端头的两个侧面和接地电极之间通过接地电极的母材及熔融部覆盖，从而可抑制氧化铁皮的发展，并可长期保持良好的接合强度。其结果是，可有效防止贵金属端头的脱落。构成2.本构成的火花塞的特征是，在上述构成1中，在上述截面中设以连接上述贵金属端头的一端面和另一端面的两个侧面中的一个侧面与上述接合对象面的外形线向上述贵金属端头一侧延长的延长线的交点为基准、位于上述贵金属端头的一个侧面一侧的上述宽幅部的沿着与上述贵金属端头的中心轴正交的方向的突出长度为α (mm)，设以上述贵金属端头的另一个侧面与上述接合对象面的外形线向上述贵金属端头一侧延长的延长线的交点为基准、位于上述贵金属端头的另一个侧面一侧的上述宽幅部的沿着与上述贵金属端头的中心轴正交的方向的突出长度为β (mm),设上述突出长度α及上述突出长度β中较大的一个突出长度为χ (mm)，设沿着与上述贵金属端头的中心轴正交的方向的上述宽幅部中宽度最大的部位的宽度为Wl (mm)时，满足χ 彡 Wl X 0.02。根据上述构成2，从氧侵入的地方(贵金属端头和熔融部及接地电极的边界部分) 到贵金属端头的另一端面和接地电极的接合部分(为牢固接合贵金属端头和接地电极而特别重要的部分)为止，可充分确保较大的距离。因此，可有效抑制氧侵入到上述接合部分，进一步提高贵金属端头的接合强度。构成3.本构成的火花塞的特征是，在上述构成1或2中，上述贵金属端头通过自身与上述接地电极溶合而成的熔融部与上述接地电极接合，在上述截面中上述熔融部与上述接合对象面相比进入到上述接地电极的内部一侧，设从上述接合对象面到上述熔融部中最进入到上述接地电极的内部一侧的部分为止的沿着上述贵金属端头的中心轴的距离为dl(mm)时，满足dl 彡 0.06。根据上述构成3，贵金属端头和接地电极的接触部分充分地被厚壁的熔融部覆盖。 因此，可进一步抑制氧侵入到贵金属端头和接地电极的接合部分，进一步提高接合强度。构成4.本构成的火花塞的特征是，在上述构成3中，在上述截面中，在上述截面中，设上述熔融部中与上述接合对象面相比进入到上述接地电极的内部一侧的部位的沿着与上述贵金属端头的中心轴正交的方向的最大宽度为Y(mm)时，满足 0. 17 ^ Y ^ 0. 27。根据上述构成4，其构成是，熔融部中进入到接地电极的内部一侧的部位的最大宽度Y为0. 17mm以上，贵金属端头和接地电极的接触部分被具有充分的体积的熔融部覆盖。 因此，可进一步切实抑制氧侵入到贵金属端头和接地电极的接合部分，进一步提高接合强度。
而当熔融部的体积过度增大时，在中心电极和熔融部之间易于产生火花放电。因此，火花飞溅位置不稳定，可能无法充分发挥设置贵金属端头所期待的提高点火性能的效^ ο对于这一点，根据上述构成4，最大宽度Y在0. 27mm以下，可防止熔融部的体积过大。因此，可使中心电极和贵金属端头之间切实产生火花放电，切实发挥通过设置贵金属端头所期望的提高点火性能的效果。构成5.本构成的火花塞的特征是，在上述构成1至4的任意一项中，上述贵金属端头通过自身与上述接地电极溶合而成的熔融部与上述接地电极接合，在上述截面中上述熔融部与连接上述贵金属端头的一端面和另一端面的两个侧面中的至少一个侧面及位于该一个侧面一侧的上述接地电极接触。根据上述构成5，以与贵金属端头的至少一个侧面及接地电极接触的方式形成熔融部。因此，可切实防止氧侵入到贵金属端头和接地电极的接合部分，进一步提高接合强度。构成6.本构成的火花塞的特征是，在上述构成1至5的任意一项中，上述贵金属端头通过自身与上述接地电极溶合而成的熔融部与上述接地电极接合，在上述截面中上述熔融部与上述贵金属端头的一个侧面及位于该一个侧面一侧的上述接地电极接触，并且与上述贵金属端头的另一个侧面及位于该另一个侧面一侧的上述接地电极接触。根据上述构成6，以与贵金属端头的两个侧面及接地电极接触的方式形成熔融部。 因此，可有效抑制氧侵入到贵金属端头和接地电极的接合部分，进一步提高接合强度。构成7.本构成的火花塞的特征是，在上述构成6中，在上述截面中设上述熔融部中与上述贵金属端头的一个侧面接触的部位的沿着上述贵金属端头的中心轴的距离、及上述熔融部中与上述贵金属端头的另一个侧面接触的部位的沿着上述贵金属端头的中心轴的距离中，较长的一个距离为d2(mm)时，满足d2>0.20。根据上述构成7，贵金属端头的侧面和熔融部的接触面积足够大。因此，可较切实地抑制氧侵入到贵金属端头和接地电极的结合部。构成8.本构成的火花塞的特征是，在上述构成3至7的任意一项中，在上述截面中设沿着上述贵金属端头的中心轴的、上述熔融部的距上述接合对象面的最大突出长度为d3(mm)时，满足 d3<tl-t2。根据上述构成8，最大突出长度d是贵金属端头的距接地电极的接合对象面的突出长度(tl_t2)以下。因此，可进一步抑制中心电极和熔融部之间的火花放电的发生，可使火花放电进一步切实产生于中心电极和贵金属端头之间。其结果是，可进一步切实发挥通过设置贵金属端头所期望的提高点火性能的效果。构成9.本构成的火花塞的特征是，在上述构成1至8的任意一项中，上述贵金属端头通过自身与上述接地电极溶合而成的熔融部与上述接地电极接合，从上述贵金属端头的一端面一侧观察时，在沿着上述接地电极的长度方向的、上述接地电极与上述贵金属端头的另一端面的接合部分所对应的范围内，沿着上述接地电极的长度方向的上述熔融部的长度是沿着上述接地电极的长度方向的上述接合部分的长度的一半以上。根据上述构成9，覆盖贵金属端头和接地电极的接触部分形成具有足够长度的熔融部。因此，可进一步有效抑制氧侵入到两者的接合部分，进一步提高接合强度。构成10.本构成的火花塞的特征是，在构成1至9的任意一项中，在上述截面中 上述贵金属端头的另一端面是向上述接地电极的内部一侧突出的弯曲形状。根据上述构成10，可增大为了牢固地接合贵金属端头和接地电极而特别重要的贵金属端头的另一端面和接地电极的接合部分的面积，进一步提高贵金属端头的接合强度。 并且，通过增大接合面积，在接合部分即使多少产生氧化，贵金属端头相对接地电极的接合强度也基本不会下降，可保持良好的接合强度。构成11.本构成的火花塞的特征是，在上述构成1至10的任意一项中，上述贵金属端头从上述接地电极的前端面突出。根据上述构成11，从接地电极的前端面突出地设置贵金属端头。因此，接地电极远离形成在中心电极和贵金属端头之间的间隙，可抑制接地电极的存在造成的妨碍火焰核生长的情况。其结果是，可进一步提高点火性能。另一方面，从接地电极突出地设置贵金属端头的情况下，在使用时贵金属端头变得高温，因此较为担心贵金属端头脱落，但通过采用上述构成1等可消除该担忧。换言之， 上述构成1等在为提高点火性能而从接地电极的前端面突出地设置贵金属端头时尤其有
眉、O构成12.本构成的火花塞的特征是，在上述构成11中，满足t2/tl < 0. 70。根据上述构成12，，使贵金属端头的埋入量t2相对于贵金属端头的厚度tl不过大，确保了贵金属端头相对接地电极的接合对象面的突出量较大。因此，可使接地电极进一步远离形成在中心电极和贵金属端头之间的间隙，进一步抑制接地电极造成的妨碍火焰核生长的情况。其结果是，可进一步提高点火性能。构成13.本构成的火花塞的制造方法，是权利要求1至12的任意一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，包括接合步骤，将上述贵金属端头接合到上述接地电极，在上述接合步骤中将在包括自身的中心轴的截面中截面呈矩形的贵金属端头放置到上述接地电极上，并将上述贵金属端头向上述接地电极一侧加压的同时向上述贵金属端头通电，从而在上述贵金属端头上形成埋入到上述接地电极的埋入部以及比上述贵金属端头的一端部宽度大的宽幅部，同时将上述贵金属端头接合到上述接地电极。根据上述构成13，在接合步骤中，未形成宽幅部的截面矩形(例如立方体、圆柱状)的贵金属端头按压接地电极的同时，通过通电而被加热。因此，较易于变形的贵金属端头的另一端部的角部及其附近在埋入到接地电极的过程中宽度扩大。即，根据上述构成 13，对贵金属端头无需施加特别的加工，在其另一端侧可容易地形成宽幅部的同时，将贵金属端头接合到接地电极。
图1是表示火花塞的构成的局部切断正视图。图2是表示火花塞的前端部的构成的局部切断放大正视图。图3(a)、(b)是接地电极和贵金属端头等的放大截面示意图。图4是接合部分及用于说明其中心的接地电极等的示意图。图5是表示熔融部的其他例子的放大截面示意图。图6是接地电极和熔融部等的放大俯视示意图。图7是用于说明超声波焊头试验中的长度K1、K2的示意图。图8是相当于比较例的样本的局部放大截面图。图9是相当于比较例的样本的局部放大截面图。图10是表示其他实施方式的贵金属端头的构成的局部放大截面图。图11是表示其他实施方式的贵金属端头的构成的局部放大截面图。图12是表示其他实施方式的火花塞前端部的构成的局部切断放大正视图。图13是表示其他实施方式的接地电极的构成的局部放大截面图。图14是表示其他实施方式的接地电极的构成的局部放大截面图。图15是表示其他实施方式的接地电极的构成的局部放大截面图。图16是表示其他实施方式的贵金属端头与接地电极的接合状态的放大俯视图。
具体实施例方式以下参照
一个实施方式。图1是表示火花塞1的局部切断正视图。并且在图1中，以火花塞1的轴线CLl方向为附图中的上下方向，以下侧为火花塞1的前端侧、 上侧为后端侧进行说明。火花塞1由呈筒状的作为绝缘体的绝缘子2以及保持它的筒状的主体配件3等构成。绝缘子2众所周知由烧制氧化铝等而形成，在其外形部具有形成在后端侧的后端侧主体部10 ；大径部11，比该后端侧主体部10更靠近前端一侧，径向朝外突出；中主体部12，比该大径部11更靠近前端一侧并且直径比其小；以及脚部13，比该中主体部12更靠近前端一侧，并且直径比其小。并且，绝缘子2中，大径部11、中主体部12及大部分的脚部 13被容纳到主体配件3的内部。并且，在中主体部12和脚部13的连接部处形成锥形的阶梯部14，通过该阶梯部14，绝缘子2卡定到主体配件3。进一步，在绝缘子2中，沿轴线CLl贯通形成轴孔4，中心电极5插入并固定到该轴孔4的前端侧。该中心电极5包括内层5Α，由具有良好导热性的铜或铜合金构成；以及外层5Β，由以镍(Ni)为主要成分的Ni合金构成。进一步，中心电极5整体呈棒状(圆柱状)， 其前端面平坦，并且从绝缘子2的前端突出。并且，在中心电极5的前端部设有由预定的贵金属合金(钼合金、铱合金)构成的圆柱状的贵金属部31。并且，在轴孔4的后端侧以从绝缘子2的后端突出的状态插入并固定有端子电极 6。
进一步，在轴孔4的中心电极5和端子电极6之间配置圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部通过导电性的玻璃密封层8、9与中心电极5和端子电极6分别电连接。并且，上述主体配件3由低碳素钢等金属形成为筒状，在其外周面上形成螺纹部 (阳螺纹部)15，用于将火花塞1安装到燃烧装置(例如内燃机、燃料电池改性器等)的安装孔上。并且，螺纹部15的后端侧的外周面上形成底座部16，环形的垫圈嵌入到螺纹部15 后端的螺纹颈17中。进一步，主体配件3的后端侧设置断面为六角形的工具卡合部19，并且在后端部设置用于保持绝缘子2的铆接部20，在将主体配件3安装到上述燃烧装置时，上述工具卡合部19使扳手等工具卡合。并且，在主体配件3的内周面上设置用于卡定绝缘子2的锥形的阶梯部21。并且， 绝缘子2从主体配件3的后端侧向前端侧插入，在自身的阶梯部14卡定到主体配件3的阶梯部21的状态下，通过将主体配件3的后端侧的开口部铆接到径向内侧、即通过形成上述铆接部20，固定到主体配件3上。此外，在绝缘子2及主体配件3双方的阶梯部14、21之间介入圆环状的密封片22。由此，可保持燃烧室内的气密性，使进入到暴露于燃烧室内的绝缘子2的脚部13和主体配件3的内周面的间隙的燃料气体不会泄露到外部。进一步，为使铆接形成的密封较完备，在主体配件3的后端侧，在主体配件3和绝缘子2之间介入环形的环部件23、24，在环部件23J4之间填充滑石(Talc)25的粉末。艮口， 主体配件3借助密封片22、环部件23J4及滑石25保持绝缘子2。并且如图2所示，在主体配件3的前端部沈上接合接地电极27，该接地电极27自身的大致中间部分向中心电极5—侧弯回，截面呈矩形。接地电极27包括由Ni合金(例如INC0NEL 600、INCONEL 601(均为注册商标))形成的外层27A ；以及由比上述Ni合金的导热性更良好的金属即铜合金或纯铜等形成的内层27B。进一步，在接地电极27中位于中心电极5 —侧的面即前端侧侧面27S(相当于“接合对象面”)上接合由预定的贵金属(例如铱、钼等)或以贵金属为主要成分的贵金属合金构成的贵金属端头32。贵金属端头32自身的一部分和接地电极27的前端面27F相比以预定的突出量F (例如0. 5mm以上0. 75mm以下)突出。并且，在贵金属端头32的一端面和中心电极5(贵金属部31)之间形成作为间隙的火花放电间隙33，在该火花放电间隙33中在沿着轴线CLl的方向进行火花放电。并且在本实施方式中，贵金属端头32的另一端部的一部分埋入到接地电极27中， 如图3(a)(此外为了便于图示，在图3、5中省略了剖面线)所示，在贵金属端头32的另一端部设有与接地电极27的前端侧侧面27S相比埋入到接地电极27的内部一侧的埋入部32B其。并且，在通过接地电极27与贵金属端头32另一端面的接合部分CS的中心(重心) CP (参照图4)并且与接地电极27的中心轴CL2正交的截面中，在埋入部32B上形成比贵金属端头32的一端部32A宽度大的宽幅部32W。进一步，位于贵金属端头32中接地电极27 的前端侧侧面27S与宽幅部32W中宽度最大的部位之间的部位，是从贵金属端头32的一端侧向另一端侧(宽幅部32W—侧)逐渐变宽的形状。即，设通过前端侧侧面27S的外形线向贵金属端头32 —侧延长的延长线EL1、EL2与连接贵金属端头32的一端面和另一端面的两个侧面32S1、32S2的交点PI、P2以及宽幅部32W的宽度方向端部的直线为SL1、SL2，直线SL2、SL2和上述前端侧侧面27S的外形线所成的角度中形成在与贵金属端头32相反一侧的角的角度为θ 1、θ 2时，θ 1、θ 2分别小于90°。并且，本实施方式中，贵金属端头32 的一端侧向另一端侧，贵金属端头32的宽度扩大比例逐渐增大。并且，“通过接地电极27 与贵金属端头32另一端面的接合部分CS的中心CP并且与接地电极27的中心轴CL2正交的截面”是指通过接地电极27的前端面27F、及贵金属端头32中沿着上述中心轴CL2最远离上述前端面27F的面32Β(参照图6)的沿着上述中心轴CL2方向的中央位置并且与上述中心轴CL2正交的截面。并且，贵金属端头32通过由构成自身的金属与构成接地电极27的金属(接地电极母材)溶合而成的熔融部35而与接地电极27接合，贵金属端头32埋入接地电极27中， 从而该熔融部35从贵金属端头32的一端部一侧露出。并且，熔融部35与贵金属端头32 的两个侧面32S1、32S2中的一个侧面32S1及位于该一个侧面32S1 —侧的接地电极27接触，并且与另一个侧面32S2及位于该另一个侧面32S —侧的接地电极27接触。并且如图 5所示，在上述截面中，也可以熔融部45仅形成在贵金属端头32的一个侧面32S1 —侧，与一个侧面32S1及位于该侧面32S 1的接地电极27接触(并且熔融部也可以仅形成在另一个侧面32S2 一侧)。返回到图3(a)，贵金属端头32的上述侧面32S1、32S2中，至少位于宽幅部32W到交点PI、P2之间的部位被接地电极27的母材及熔融部35覆盖。并且，设沿着贵金属端头32的中心轴CL3的贵金属端头32的厚度为tl (mm)、沿着贵金属端头32的中心轴CL3的贵金属端头32的距前端侧侧面27S的埋入量为t2 (mm)时， 以满足0. 25 ( t2/tl ( 0. 70的方式来设定贵金属端头32相对接地电极27的埋入量。此外，“厚度tl”是指上述截面中，贵金属端头32最厚的部位的沿着中心轴CL3的厚度，“埋入量t2”是指，埋入部32B中从前端侧侧面27S埋入最深的部位的沿着中心轴CL3的距前端侧侧面27S的深度。进一步，在本实施方式中，沿着与中心轴CL3正交的方向的宽幅部32W的宽度比前端侧侧面27S中的贵金属端头32的宽度(沿着与中心轴CL3正交的方向的交点PI、P2间的距离)足够大。具体而言，设以上述交点Pl为基准、位于上述一个侧面32S —侧的宽幅部32W的沿着与贵金属端头32的中心轴CL3正交的方向的突出长度为α (mm)，设以交点 P2为基准、位于贵金属端头32的另一个侧面32S2 —侧的宽幅部32W的沿着与中心轴CL3 正交的方向的突出长度为β (mm)，设两个突出长度α、β中较大一方的突出长度为χ (mm) (在本实施方式中，α = β =x)，设沿着与中心轴CL3正交的方向的宽幅部32W中宽度最大的部位的宽度为Wl (mm)时，满足χ彡Wl X 0.02。并且如图3(b)所示，熔融部35的一部分和前端侧侧面27S相比进入到接地电极 27的内部一侧(图3(b)中标有散点的部位)。在本实施方式中，设从前端侧侧面27S到熔融部35中进入到接地电极27的最内部一侧的部分为止的、沿着贵金属端头32的中心轴 CL3的距离为dl (mm)时，满足dl彡0. 06。并且，设熔融部35中和前端侧侧面27S相比进入到接地电极27的内部一侧的部位的、沿着与贵金属端头32的中心轴CL3正交的方向的最大宽度为Y(mm)时，满足 0. 17 ^ Y ^ 0. 27。并且，设熔融部35中与一个侧面32S1接触的部位的沿着贵金属端头32的中心轴 CL3的距离、及熔融部35中与另一个侧面32S2接触的部位的沿着中心轴CL3的距离中，较长的一个距离为d2(mm)时，满足d2彡0. 20。进一步，设沿着贵金属端头32的中心轴CL3的、距前端侧侧面27S的熔融部35的最大突出的长度为d3(mm)时，满足d3 < tl_t2。并且，贵金属端头32的另一端面是向接地电极27的内部一侧突出的弯曲形状。并且如图6所示，从贵金属端头32的一端面一侧观察时，在沿着接地电极27的长度方向的、接地电极27和贵金属端头32的另一端面的接合部分CS所对应的范围内，沿着接地电极27的长度方向的熔融部35的长度Ll是沿着接地电极27的长度方向的接合部分 CS的长度L2的一半以上。接着说明如上构成的火花塞1的制造方法。首先，预先加工好主体配件3。即，通过对圆柱状的金属材料(例如铁类材料、不锈钢材料)实施冷锻加工等形成大致形状，并且形成贯通孔。之后，通过实施切削加工整理外形从而获得主体配件中间体。接着，在主体配件中间体的前端面上电阻焊接由Ni合金等构成的直棒状的接地电极27。在进行该焊接时生成所谓“弯角”，因此在去除该“弯角”后，通过轧制在主体配件中间体的预定部位形成螺纹部15。由此，可获得焊接了接地电极27的主体配件3。并且， 对焊接了接地电极27的主体配件3实施镀锌或镀镍。此外，为提高耐蚀性，也可在其表面进一步实施铬酸处理。另一方面，除上述主体配件3之外成形加工出绝缘子2。即，例如使用以氧化铝为主体含有粘合剂等的原料粉末调制用于成形的基础造粒物，并且使用该用于成形的基础造粒物进行橡胶压制成形，从而获得筒状的成形体。并且，对获得的成形体实施研磨加工进行整形，并用烧制炉焙烧该整形的材料，从而获得绝缘子2。并且，除上述主体配件3和绝缘子2之外制造出中心电极5。即，通过对中央部配置了用于提高散热性的铜合金等的Ni合金进行锻造加工来制造中心电极5。接着，通过激光焊接等在中心电极5的前端部接合由贵金属合金构成的贵金属部31。接着，通过玻璃密封层8、9来密封固定如上获得的绝缘子2及中心电极5、电阻体 7、端子电极6。通常混合硼硅酸玻璃和金属粉末来调制该玻璃密封层8、9，该调制的材料夹持着电阻体7而注入到绝缘子2的轴孔4内之后，从后方按压端子电极6的同时在焙烧炉内进行加热，从而烧制固定。并且，此时也可以对绝缘子2的后端侧主体部10的表面同时焙烧釉层，也可以预先形成釉层。之后，固定如上所述分别制造的具有中心电极5和端子电极6的绝缘子2、以及具有接地电极27的主体配件3。具体而言，在将绝缘子2插通到主体配件3的基础上，通过将较薄地形成的主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧铆接、即通过形成上述铆接部20来固定绝缘子2和主体配件3。接着在接地电极27的前端部接合贵金属端头32。首先，通过对预定的贵金属材料施加锻造加工等制造出截面为矩形(立方体状)的贵金属端头32。并且，在接地电极27 的前端侧侧面27S上放置贵金属端头32的一部分，并使预定的焊接电极棒(未图示)与贵金属端头32的一个端面接触。在此基础上，使上述焊接电极棒向接地电极27—侧移动，通过焊接电极棒以预定压力按压贵金属端头32的同时，以预定的电流值从焊接电极棒向贵金属端头32通电。由此，贵金属端头32的一部分埋入到接地电极27，并且随着贵金属端头32的埋入，以从接地电极27露出的方式而形成将构成接地电极27的金属和构成贵金属端头32的金属溶合而成的熔融部35，从而贵金属端头32与接地电极27接合。此外，由于贵金属端头32的角部及位于其附近的部位较易变形，因此在贵金属端头32埋入的过程中逐渐变宽，结果形成宽幅部32W。并且，贵金属端头32中位于与接地电极27接合的面的中心一侧的部位随着按压比贵金属端头32的角部一侧埋入的更深，结果使贵金属端头32的另一端面形成为弯曲形状。此外，可通过调节贵金属端头32相对接地电极27的埋入量来变更上述距离dl、 d2、d3 (例如可通过增大埋入量来增大距离dl、d2、d3)。并且，可通过调节按压时的压力及电流来变更上述突出长度X、最大宽度Y。并且，在仅在一个侧面32S1形成熔融部的情况下， 在电阻焊接时，使流入到一个侧面32S1 —侧的电流比流入到另一个侧面32S2 —侧的电流增大即可。接合贵金属端头32后使接地电极27向中心电极5—侧弯曲。并且，通过调整贵金属部31及贵金属端头32之间的火花放电间隙33的大小可获得上述火花塞1。如上所述，根据本实施方式，贵金属端头32中接地电极27的前端侧侧面27S和宽幅部32W中宽度最大的部位之间的部位是从贵金属端头32的一端向另一端逐渐变宽的形状。因此，在将贵金属端头32埋入到接地电极27时，可抑制在贵金属端头32的侧面和接地电极27之间形成间隙，充分确保两者的接触面积。并且，由于可抑制间隙的形成，所以可抑制氧侵入到贵金属端头32和接地电极27的接合部分。进一步，根据本实施方式，以满足0. 25 ^ t2/tl的程度使贵金属端头32的埋入量足够大，从而使接地电极27中固定到宽幅部32W的部位足够厚。结果可切实增大贵金属端头32与接地电极27的固定力。并且，在上述截面中，贵金属端头32的两个侧面32S1、32S2中，从宽幅部32W开始到交点PI、P2为止的部位由接地电极27的母材或熔融部35覆盖。因此，可抑制贵金属端头32和接地电极27之间形成间隙，从而可较有效地抑制氧侵入到两者之间。如上所述，根据本实施方式，可充分确保贵金属端头32和接地电极27的接触面积，同时增大宽幅部32W与接地电极27的固定力，从而可飞跃性地提高贵金属端头32与接地电极27的接合强度。并且，可抑制贵金属端头32和接地电极27之间形成间隙，同时贵金属端头32的两个侧面32S1、32S2和接地电极27之间被接地电极27的母材或熔融部35 覆盖，从而可抑制氧化铁皮的发展，并可长期保持良好的接合强度。其结果是，可有效防止贵金属端头32的脱落。进一步，在本实施方式中，如上所述设定上述突出长度χ及距离dl、d2，并且在贵金属端头32的两个侧面32S1、32S2和接地电极27之间的较大范围内形成熔融部35，进一步，贵金属端头32的另一端面形成弯曲形状。因此，可极有效地提高贵金属端头32与接地电极27的接合强度。并且，最大宽度Y为0.27mm以下、最大突出长度d3为tl_t2以下，因此可使火花飞溅位置稳定化。同时使贵金属端头32比接地电极27的前端面27F突出，并满足t2/ tl <0.70，可有效抑制由接地电极27妨碍火焰核生长的情况。即，根据本实施方式，可实现火花飞溅位置的稳定化及促进火焰核的生长，可充分提高点火性能。接着为了确认上述实施方式产生的作用效果，使上述角度θ 1、θ 2分别为100°、90°、80°或70°，在此基础上分别变更沿着贵金属端头的中心轴的贵金属端头的厚度 tl (mm)、及沿着贵金属端头的中心轴的距接地电极的前端侧侧面(接合对象面)的贵金属端头的埋入量t2 (mm)，从而制造出t2/tl进行了各种变更的火花塞的样本，对各样本进行了超声波焊头试验。超声波焊头试验的概要如下。即，直到贵金属端头断裂并且该断裂的贵金属端头的一部分从接地电极脱落为止，使用超声波焊头对各样本的接地电极施加频率为27. 3kHz的振动。并且如图7所示，测定未从接地电极脱落而残留的贵金属端头(残留端头)的沿着接地电极的长度方向的长度K1，并且计算出Kl相对试验前的贵金属端头和接地电极的接合部分的沿着接地电极的长度方向的长度K2的比(K1/K2 端头残留比例)。 其中，端头残留比例为50%以上的样本，作为贵金属端头与接地电极的接合强度良好，作出 “〇”评价，端头残留比例小于50%的样本作为接合强度不佳，作出“ X，，的评价。表1表示该试验的试验结果。此外，各样本均是从接地电极的前端面突出地设置贵金属端头，贵金属端头相对接地电极的前端面的突出长度为0.65mm。并且，在θ 1为70°或80°的样本中， 使位于贵金属端头中前端侧侧面和宽幅部中宽度最大的部位之间的部位是从贵金属端头的一端向另一端逐渐变宽的形状。
(表 1)
权利要求
1.一种火花塞，具有绝缘体，具有在轴线方向上贯通的轴孔； 中心电极，插入上述轴孔中； 筒状的主体配件，设置在上述绝缘体的外周上； 接地电极，配置在上述主体配件的前端部；以及柱状的贵金属端头，与上述接地电极的前端部接合，自身的一端与上述中心电极的前端部之间形成间隙，该火花塞的特征在于，上述贵金属端头的另一端部设有埋入部，该埋入部与上述接地电极中接合了上述贵金属端头的一侧的面即接合对象面相比埋入到上述接地电极的内部一侧，在通过上述接地电极与上述贵金属端头的另一端面的接合部分的中心并且与上述接地电极的中心轴正交的截面中在上述埋入部上形成比上述贵金属端头的一端部的宽度大的宽幅部， 位于上述贵金属端头中上述接合对象面和上述宽幅部中宽度最大的部位之间的部位的形状是从上述贵金属端头的一端侧向另一端侧逐渐变宽的形状，或者是具有从上述贵金属端头的一端侧向另一端侧逐渐变宽的部位和宽度一定的部位的形状，连接上述贵金属端头的一端面和另一端面的两个侧面中，从上述宽幅部到与上述接合对象面的外形线延长到上述贵金属端头一侧的延长线的交点为止的部位，被上述贵金属端头和上述接地电极溶合而成的熔融部及上述接地电极的母材中的至少一个覆盖，设沿着上述贵金属端头的中心轴的上述贵金属端头的厚度为tl (mm)、沿着上述贵金属端头的中心轴的上述贵金属端头的距上述接合对象面的埋入量为t2(mm)时，满足 0. 25 彡 t2/tl。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 在上述截面中设以连接上述贵金属端头的一端面和另一端面的两个侧面中的一个侧面与上述接合对象面的外形线向上述贵金属端头一侧延长的延长线的交点为基准、位于上述贵金属端头的一个侧面一侧的上述宽幅部的沿着与上述贵金属端头的中心轴正交的方向的突出长度为 α (mm),设以上述贵金属端头的另一个侧面与上述接合对象面的外形线向上述贵金属端头一侧延长的延长线的交点为基准、位于上述贵金属端头的另一个侧面一侧的上述宽幅部的沿着与上述贵金属端头的中心轴正交的方向的突出长度为β (mm),设上述突出长度α及上述突出长度β中较大的一个突出长度为Χ (mm)， 设沿着与上述贵金属端头的中心轴正交的方向的上述宽幅部中宽度最大的部位的宽度为Wl (mm)时，满足 χ ^ Wl X0. 02。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，上述贵金属端头通过自身与上述接地电极溶合而成的熔融部与上述接地电极接合， 在上述截面中上述熔融部与上述接合对象面相比进入到上述接地电极的内部一侧，设从上述接合对象面到上述熔融部中最进入到上述接地电极的内部一侧的部分为止的沿着上述贵金属端头的中心轴的距离为dl (mm)时， 满足 dl ^ 0. 06ο
4.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，在上述截面中，设上述熔融部中与上述接合对象面相比进入到上述接地电极的内部一侧的部位的沿着与上述贵金属端头的中心轴正交的方向的最大宽度为Y(mm)时，满足 0. 17 ≤ Y ≤ 0. 27。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的火花塞，其特征在于，上述贵金属端头通过自身与上述接地电极溶合而成的熔融部与上述接地电极接合， 在上述截面中上述熔融部与连接上述贵金属端头的一端面和另一端面的两个侧面中的至少一个侧面及位于该一个侧面一侧的上述接地电极接触。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的火花塞，其特征在于，上述贵金属端头通过自身与上述接地电极溶合而成的熔融部与上述接地电极接合， 在上述截面中上述熔融部与上述贵金属端头的一个侧面及位于该一个侧面一侧的上述接地电极接触，并且与上述贵金属端头的另一个侧面及位于该另一个侧面一侧的上述接地电极接触。
7.根据权利要求6所述的火花塞，其特征在于， 在上述截面中设上述熔融部中与上述贵金属端头的一个侧面接触的部位的沿着上述贵金属端头的中心轴的距离、及上述熔融部中与上述贵金属端头的另一个侧面接触的部位的沿着上述贵金属端头的中心轴的距离中，较长的一个距离为d2(mm)时， 满足 d2 ≥ 0. 20 ο
8.根据权利要求3至7的任意一项所述的火花塞，其特征在于， 在上述截面中设沿着上述贵金属端头的中心轴的、上述熔融部的距上述接合对象面的最大突出长度为 d3(mm)时，满足 d3 ≤ tl-t2。
9.根据权利要求1至8的任意一项所述的火花塞，其特征在于，上述贵金属端头通过自身与上述接地电极溶合而成的熔融部与上述接地电极接合， 从上述贵金属端头的一端面一侧观察时，在沿着上述接地电极的长度方向的、上述接地电极与上述贵金属端头的另一端面的接合部分所对应的范围内，沿着上述接地电极的长度方向的上述熔融部的长度是沿着上述接地电极的长度方向的上述接合部分的长度的一半以上。
10.根据权利要求1至9的任意一项所述的火花塞，其特征在于，在上述截面中上述贵金属端头的另一端面是向上述接地电极的内部一侧突出的弯曲形状。
11.根据权利要求1至10的任意一项所述的火花塞，其特征在于，上述贵金属端头从上述接地电极的前端面突出。
12.根据权利要求11所述的火花塞，其特征在于，满足t2/tl( 0. 70。
13.—种火花塞的制造方法，是权利要求1至12的任意一项所述的火花塞的制造方法， 其特征在于，包括接合步骤，将上述贵金属端头接合到上述接地电极， 在上述接合步骤中将在包括自身的中心轴的截面中截面呈矩形的贵金属端头放置到上述接地电极上，并将上述贵金属端头向上述接地电极一侧加压的同时向上述贵金属端头通电，从而在上述贵金属端头上形成埋入到上述接地电极的埋入部以及比上述贵金属端头的一端部宽度大的宽幅部，同时将上述贵金属端头接合到上述接地电极。
全文摘要
一种火花塞及其制造方法，飞跃性地提高贵金属端头的接合强度，有效防止其脱落。贵金属端头(32)上设有与接地电极(27)的接合对象面相比埋入的埋入部(32B)。在通过接地电极(27)和贵金属端头(32)的接合部分(CS)的中心(CP)并且与接地电极(27)的中心轴(CL2)交的截面中，在埋入部(32B)上形成比贵金属端头(32)的一端部宽度大的宽幅部(32W)，在贵金属端头(32)的接合对象面和宽幅部(32W)中宽度最大的部位之间，形成从贵金属端头(32)的一端向另一端逐渐变宽的形状、或具有对应形状的部位和宽度一定的部位的形状。贵金属端头(32)的两个侧面中，从宽幅部(32W)到交点(P1、P2)为止的部位被接地电极(27)的母材及熔融部(35)覆盖，贵金属端头(32)的厚度t1(mm)、贵金属端头(32)的埋入量t2(mm)满足0.25≤t2/t1。
文档编号H01T21/02GK102570314SQ20111031655
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月18日 优先权日2010年11月4日
发明者井上正博, 粕谷侑司 申请人:日本特殊陶业株式会社