專利名稱：火花塞及火花塞的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種火花塞及其制造方法。
在本申請的申請人所提出的在先申請發(fā)明(特開平3-176979號公報(bào))中，公開了將接地電極側(cè)的貴重金屬點(diǎn)火部細(xì)直徑化的具體構(gòu)造。在該公報(bào)的圖2所示的火花塞中，將細(xì)直徑的圓柱狀的由Ir或Ir合金構(gòu)成的電極頭與Ni類電極母材直接接合，或者在中間夾有Pt類金屬中間層的狀態(tài)下通過電氣焊接(電阻焊接)而接合。通過電氣焊接，電極頭被通電加熱而成為可以變形加工的狀態(tài)，通過加壓，電極頭的接合側(cè)基部變形而形成凸緣部。通過該凸緣部的形成而使接合面積增大，能夠以足夠的強(qiáng)度用細(xì)直徑的電極頭進(jìn)行接合，這些是上述在先申請發(fā)明的主要宗旨。
但是根據(jù)之后的研究發(fā)現(xiàn)，為了將貴重金屬電極頭相對于電極以足夠的強(qiáng)度進(jìn)行接合，在成為接合處的接地電極側(cè)的構(gòu)成金屬部和貴重金屬電極頭之間，必須形成一定厚度以上的合金層。在此，在先申請發(fā)明中作為貴重金屬電極頭的材料所使用的Ir的熔點(diǎn)為2400℃以上的高溫，為形成合金層必須電阻加熱至相應(yīng)的高溫。但是，作為接地電極側(cè)的構(gòu)成金屬部的Ni類電極母材和Pt類金屬中間層與Ir相比熔點(diǎn)都非常低(Ni的熔點(diǎn)為1453℃，Pt的熔點(diǎn)為1769℃)。因此，若電阻加熱至與Ir合金化必須的溫度，如

圖13所示，由于貴重金屬電極頭32′，接地電極4側(cè)的構(gòu)成金屬部過渡軟化而顯著變形，極難形成正常的點(diǎn)火部。另外，因?yàn)榻拥仉姌O4顯著軟化，而不能充分阻止貴重金屬電極頭32′對接合側(cè)基部的壓縮變形力，凸緣部32t不能擴(kuò)大到預(yù)想的程度，而且大部分的凸緣部被埋在接地電極4內(nèi)的概率很高。即，如此得到的點(diǎn)火部32因?yàn)橥咕壊?2t沒有以足夠的寬度形成，或者被埋在電極中，所以只能形成這樣的構(gòu)造，即從接地電極4突出的基端部(突出基端部)的周圍被熔點(diǎn)低的電極母材4的露出表面包圍。
另外，如圖14所示，可以考慮將接地電極4側(cè)的Ir類貴重金屬電極頭32′與中心電極側(cè)同樣通過激光焊接而接合的方法。但是，在采用激光焊接的情況下，如圖14所示，成為接合部的焊接焊縫WB沿著所得到的點(diǎn)火部32的突出基端部的周圍以相應(yīng)的寬度(例如0.2mm以上)形成。因?yàn)榧す馐鳯B引起熱集中，所以電極母材和貴重金屬電極頭32′雙方以熔解狀態(tài)相互熔入后凝固而形成該焊接焊縫WB，貴重金屬電極頭32′的相應(yīng)部分形成所謂的侵入形狀。當(dāng)然，該焊接焊縫WB因?yàn)槔缡怯纱罅縉i類金屬構(gòu)成的電極母材熔入的，所以與由Ir類金屬構(gòu)成的點(diǎn)火部32相比熔點(diǎn)明顯下。即形成了這樣的構(gòu)造所得到的點(diǎn)火部32的突出基端部的周圍被熔點(diǎn)低的焊接焊縫WB包圍。
在此需要注意，當(dāng)將接地電極4側(cè)的點(diǎn)火部32細(xì)直徑化時(shí)，容易引起下面這樣的現(xiàn)象。即，近年來，為實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)構(gòu)的高效率化和貧燃化，將燃料的噴射壓力增高，另外，也朝著采用向燃燒室直接噴射燃料的直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)的方向發(fā)展，因此燃燒室內(nèi)的氣流格外激烈。為了提高著火性能等而將點(diǎn)火部32細(xì)直徑化，當(dāng)然火花飛濺的點(diǎn)火部前端面的面積也減小。如圖15所示，若火花飛濺過程中從橫向方向受到上述那樣強(qiáng)的氣流，則火花SP流動(dòng)而從點(diǎn)火部32的前端面偏離，在包圍該突出基端部的周圍電極面之間容易產(chǎn)生飛濺火花。此時(shí)，如圖13或圖14所示，若由比點(diǎn)火部32熔點(diǎn)低的電極母材和焊接焊縫WB構(gòu)成周圍電極面，則如圖15所示，該部分由于火花燒蝕而被剜掉，從而產(chǎn)生偏燒蝕，產(chǎn)生接地電極4的壽命很早就結(jié)束的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種火花塞，具有這樣的構(gòu)造，即在接地電極側(cè)突出形成有貴重金屬點(diǎn)火部，即使在由于氣流而使火花容易流動(dòng)的使用環(huán)境下，也難以產(chǎn)生對接地電極的偏燒蝕；以及提供一種在得到該構(gòu)造基礎(chǔ)上的適當(dāng)?shù)幕鸹ㄈ闹圃旆椒ā?br> 為解決上述課題，本發(fā)明的火花塞，使固定在接地電極的側(cè)面的接地電極側(cè)點(diǎn)火部與固定在中心電極的前端的貴重金屬制的中心電極側(cè)點(diǎn)火部對向而設(shè)，從而在該中心電極側(cè)點(diǎn)火部和接地電極側(cè)點(diǎn)火部之間形成火花放電間隙，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部是由以Pt為主要成分的貴重金屬構(gòu)成，通過厚度在0.5μm以上100μm以下的合金層而接合于前述接地電極，該合金層是將兩部分的構(gòu)成金屬成分合金化而成，而且，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部面臨前述火花放電間隙的前端面比固定于前述接地電極的底面的直徑小，并且，前述前端面從前述接地電極的前述側(cè)面起更向中心電極前端側(cè)突出，當(dāng)從前述前端面?zhèn)雀┮暻笆鼋拥仉姌O側(cè)點(diǎn)火部時(shí)，以包圍住該前端面的周圍的形式，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的表面的一部分作為露出前述接地電極的側(cè)面的周圍露出區(qū)域面而被看到。
另外，本說明書中的“主要成分”，是指材料中含量最高的成分。
上述本發(fā)明的火花塞中，由于接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面比接地電極的側(cè)面向中心電極前端面?zhèn)韧怀觯⑶仪岸嗣婢哂信c底面相比直徑縮小的形狀，所以有助于提高著火性能和降低放電電壓。而且，因成為接地電極側(cè)點(diǎn)火部前端面的周圍區(qū)域的周圍露出區(qū)域面為貴重金屬面，所以即使在火花因氣流而流動(dòng)，偏離至接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面外側(cè)而飛濺的情況下，因?yàn)槭怯少F重金屬構(gòu)成的周圍露出區(qū)域面接受火花，所以可以防止電極的偏燒蝕。
而且，接地電極側(cè)點(diǎn)火部是由以Pt為主要成分的金屬構(gòu)成，通過厚度在0.5μm以上100μm以下的合金層而接合于接地電極。由此合金層的厚度范圍被限制在上述這樣的數(shù)值內(nèi)，所以成為周圍露出區(qū)域面的貴重金屬面因?yàn)榘殡S著接合的合金層的形成而不會(huì)導(dǎo)致過度侵入，對偏燒蝕的防止更加有利。另外，本說明書中的“合金層的厚度”是指相對于接地電極側(cè)點(diǎn)火部和合金層的交界處的垂直方向的距離。
另外，在通過貴重金屬電極頭的接合而形成接地電極側(cè)點(diǎn)火部的情況下，為了接合的合金層的上述厚度范圍以形成比較寬的焊接焊縫的激光焊接是非常難以實(shí)現(xiàn)的，但是反之采用電阻焊接法就能很容易的實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的火花塞的第一構(gòu)成中，如前述的特開平3-176979號公報(bào)中公開的火花塞那樣，接地電極側(cè)點(diǎn)火部并不是由Ir類金屬構(gòu)成的，而是由以比其熔點(diǎn)低的Pt為主要成分的金屬構(gòu)成的，因此以電阻焊接可以沒有問題的進(jìn)行接合。
若合金層的厚度不到0.5μm，則接地電極側(cè)點(diǎn)火部的接合強(qiáng)度就不夠充分，容易產(chǎn)生點(diǎn)火部的剝離。另外，采用通常條件下的電阻焊接的情況下，合金層形成為例如0.1μm～1μm左右的厚度，但是由于在電阻焊接后進(jìn)行熱擴(kuò)散處理，合金層的厚度有可能會(huì)增加到100μm的程度。但是若為100μm以上的厚度，就會(huì)導(dǎo)致熱處理時(shí)間長而制造效率變差。
另外，接地電極側(cè)點(diǎn)火部可以將含有底面?zhèn)鹊幕瞬柯裨O(shè)在接地電極中。由于埋設(shè)接地電極側(cè)點(diǎn)火部的基端部，點(diǎn)火部的接合強(qiáng)度更進(jìn)一步提高，在這種情況下，以包圍住該被埋設(shè)的點(diǎn)火部的基端部周側(cè)面的形式形成合金層，但是若該厚度超過100μm，則點(diǎn)火部的周圍露出區(qū)域面的周緣部由合金層過度侵入，周圍露出區(qū)域面的實(shí)際寬度減少，電極偏燒蝕的防止效果變得不充分。
另外，本說明書中的“合金層”是以具有如下那樣的構(gòu)成的區(qū)域而定義的。即，為了形成點(diǎn)火部而焊接接合的貴重金屬電極頭中，將沒有受到由焊接造成的組成變動(dòng)的影響的部分的Pt濃度設(shè)為CPt1，另外，將焊接貴重金屬電極頭的接地電極的、沒有受到由焊接造成的組成變動(dòng)的影響的部分的Pt濃度設(shè)為CPt2。而在接地電極和接地電極側(cè)點(diǎn)火部之間具有兩者的中間的Pt組成的區(qū)域中，其Pt濃度CPt3滿足下述條件的區(qū)域成為合金層，即，0.2(CPt1-CPt2)+CPt2≤CPt3≤0.8(CPt1-CPt2)+CPt2。
另外，各部分的Pt濃度可以通過公知的分析方法，例如電子束探頭微觀分析(Electron Probe Micro AnalysisEPMA)進(jìn)行確定。例如，由穿過接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面的幾何重心位置、并包含有與中心電極的軸線平行的直線的平面將接地電極側(cè)點(diǎn)火部及其周邊部切斷，通過EPMA的線分析或者面分析測定該斷面上的Pt濃度分布，由此可以識別合金層。
更進(jìn)一步，為解決上述課題的本發(fā)明的火花塞，使通過緩和金屬部固定在接地電極的側(cè)面的接地電極側(cè)點(diǎn)火部與固定在中心電極的前端的貴重金屬制的中心電極側(cè)點(diǎn)火部對向而設(shè)，從而在該中心電極側(cè)點(diǎn)火部和接地電極側(cè)點(diǎn)火部之間形成火花放電間隙，
前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部由以Pt為主要成分的貴重金屬構(gòu)成，并且，前述緩和金屬部由線膨脹系數(shù)在構(gòu)成前述接地電極的金屬和構(gòu)成該接地電極側(cè)點(diǎn)火部的貴重金屬之間的金屬構(gòu)成，在前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部和前述緩和金屬部之間，形成有將構(gòu)成兩部分的金屬成分合金化的、厚度在0.5μm以上100μm以下的第1合金層，而且，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部面臨前述火花放電間隙的前端面比固定于前述緩和金屬部的底面的直徑小，并且前述前端面從前述接地電極的前述側(cè)面起更向中心電極前端側(cè)突出，當(dāng)從前述前端面?zhèn)雀┮暻笆鼋拥仉姌O側(cè)點(diǎn)火部時(shí)，以包圍住該前端面的周圍的形式，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的表面的一部分作為露出前述接地電極的側(cè)面的周圍露出區(qū)域面而被看到。
在上述本發(fā)明的火花塞中，接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面從接地電極的側(cè)面起更向中心電極前端側(cè)突出，并且前端面具有與底面相比直徑縮小的形狀，所以有助于提高著火性能和降低放電電壓。另外，因成為接地電極側(cè)點(diǎn)火部前端面的周圍區(qū)域的周圍露出區(qū)域面為貴重金屬面，所以即使在火花因氣流而流動(dòng)，偏離至接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面外側(cè)而飛濺的情況下，因?yàn)槭怯少F重金屬構(gòu)成的周圍露出區(qū)域面接受火花，所以可以防止電極的偏燒蝕。
另外，接地電極側(cè)點(diǎn)火部由以Pt為主要成分的金屬構(gòu)成，并且，緩和金屬部是由具有接地電極的構(gòu)成金屬和該接地電極側(cè)點(diǎn)火部的構(gòu)成貴重金屬的中間的線膨脹系數(shù)的金屬構(gòu)成，在接地電極側(cè)點(diǎn)火部和緩和金屬部之間，形成有將兩部分的構(gòu)成金屬成分合金化的厚度在0.5μm以上100μm以下的第1合金層。由此，第1合金層的厚度范圍被限制在上述那樣的數(shù)值內(nèi)，所以成為周圍露出區(qū)域面的貴重金屬面因?yàn)榘殡S著接合的第1合金層的形成而不會(huì)導(dǎo)致過度侵入。其結(jié)果是，在接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面周圍能夠確保足夠?qū)挾鹊馁F重金屬面，對偏燒蝕的防止更加有利。另外，本說明書中的“第1合金層的厚度”是指相對于接地電極側(cè)點(diǎn)火部和第1合金層的交界處的垂直方向的距離。
另外，在通過貴重金屬電極頭的接合而形成接地電極側(cè)點(diǎn)火部的情況下，為了接合的第1合金層的上述厚度范圍以形成比較寬的焊接焊縫的激光焊接是非常難以實(shí)現(xiàn)的，但是反之采用電阻焊接法就能很容易的實(shí)現(xiàn)。進(jìn)而，由于是由以比Ir熔點(diǎn)底的Pt為主要成分的金屬構(gòu)成的，因此以電阻焊接可以沒有問題的進(jìn)行接合。
若第1合金層的厚度不到0.5μm，則接地電極側(cè)點(diǎn)火部的接合強(qiáng)度就不夠充分，容易產(chǎn)生點(diǎn)火部的剝離。另外，采用通常條件下的電阻焊接的情況下，第1合金層形成為例如0.1μm～1μm左右的厚度，但是由于在電阻焊接后進(jìn)行熱擴(kuò)散處理等，第1合金層的厚度有可能會(huì)增加到100μm的程度。但是若為100μm以上的厚度，就會(huì)導(dǎo)致熱處理時(shí)間長而制造效率變差。
另外，接地電極側(cè)點(diǎn)火部可以將含有底面?zhèn)鹊幕瞬柯裨O(shè)在緩和金屬部中。由于埋設(shè)接地電極側(cè)點(diǎn)火部的基端部，點(diǎn)火部的接合強(qiáng)度可以更進(jìn)一步提高。在這種情況下，以包圍住該被埋設(shè)的點(diǎn)火部的基端部周側(cè)面的形式形成第1合金層，但是若該厚度超過100μm，則點(diǎn)火部的周圍露出區(qū)域面的周緣部由第1合金層過度侵入，周圍露出區(qū)域面的實(shí)際寬度減少，電極偏燒蝕的防止效果變得不充分。
另外，本說明書中的“第1合金層”是以具有如下那樣的構(gòu)成的區(qū)域而定義的。即，為了形成點(diǎn)火部而焊接接合的貴重金屬電極頭中，將沒有受到由焊接造成的組成變動(dòng)的影響的部分的Pt濃度設(shè)為CPt4。另外，將焊接貴重金屬電極頭的緩和金屬部的、沒有受到由焊接造成的組成變動(dòng)的影響的部分的Pt濃度設(shè)為CPt5。而在緩和金屬部和接地電極側(cè)點(diǎn)火部之間具有兩者的中間的Pt組成的區(qū)域中，其Pt濃度CPt6滿足下述條件的區(qū)域成為第1合金層，即，
0.2(CPt4-CPt5)+CPt5≤CPt6≤0.8(CPt4-CPt5)+CPt5。
另外，各部分的Pt濃度可以通過公知的分析方法、例如電子束探頭微觀分析(Electron Probe Micro AnalysisEPMA)進(jìn)行特定。例如，由穿過接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面的幾何重心位置、并包含有與中心電極的軸線平行的直線的平面將接地電極側(cè)點(diǎn)火部及其周邊部切斷，通過EPMA的線分析或者面分析測定該斷面上的Pt濃度分布，由此可以識別第1合金層。
本發(fā)明的火花塞，優(yōu)選將前述中心電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面和前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面之間的、沿前述中心電極的軸線方向的最短距離設(shè)為G，另一方面，將前述中心電極側(cè)點(diǎn)火部的前述前端面的外周緣和前述周圍露出區(qū)域面的外周緣之間的最短距離連接線的長度設(shè)為L時(shí)，則滿足1.3G≤L≤3G， ①并且，優(yōu)選在向與前述中心電極的軸線正交的平面的正投影中，將前述周圍露出區(qū)域面的寬度設(shè)為A，將前述接地電極的寬度設(shè)為W，將接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面的直徑設(shè)為d，則滿足0.15≤A≤{(W-d)/2}-0.4(單位mm)②另外，本說明書中的“周圍露出區(qū)域面的寬度”是指在上述正投影中，有關(guān)接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面的幾何重心位置的半徑方向的、周圍露出區(qū)域面的平均尺寸。
如圖2所示，在中心電極3的軸線O的方向上，若以周圍露出區(qū)域面32p的外周緣32e為基準(zhǔn)位置，則上述尺寸L由接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的前端面32t的從該基準(zhǔn)位置的突出高度t和周圍露出區(qū)域面32p的寬度A確定。所以即使A是無限接近零的數(shù)值，只要適當(dāng)設(shè)定前端面32t的突出高度t，就可以將L設(shè)定為相當(dāng)于火花放電間隙g的間隙長的尺寸G的1.3倍以上。但是，如此的結(jié)果是火花流動(dòng)而從前端面32t偏離，恰好落到周圍露出區(qū)域面32p的外面，而完全無法得到防止接地電極4的偏燒蝕的效果。
本發(fā)明者根據(jù)試驗(yàn)而研究的結(jié)果是，判明火花由于氣流而流動(dòng)時(shí)，以周圍露出區(qū)域面接受火花而防止電極的偏燒蝕的效果是在同時(shí)滿足周圍露出區(qū)域面的寬度A為0.15mm以上、和上述定義的G和L滿足1.3G≤L時(shí)特別顯著。
另外，在A＜0.15mm時(shí)，無法得到本發(fā)明的抑制偏燒蝕的效果。另外，即使在1.3G＞L的情況下，也無法得到抑制偏燒蝕的效果。
進(jìn)一步，若A＞{(W-d)/2}-0.4，則用于形成接地電極側(cè)點(diǎn)火部的貴重金屬電極頭的尺寸過大，材料成本增大之外，還連帶著貴重金屬電極頭本身或者焊接垂液部分在接地電極的寬度方向伸出的問題。另外，若L＞3G，則成為前端面32t的突出高度過高，或者周圍露出區(qū)域面的寬度A過大中的任何一種狀況。在前一情況下，接地電極側(cè)點(diǎn)火部的高度過高的結(jié)果是，熱傳導(dǎo)惡化，點(diǎn)火部前端的溫度過度上升，使電極消耗加速，使火花塞的壽命非常早的結(jié)束。另一方面，后一情況與A＞{(W-d)/2}-0.4的情況相同。
另外，優(yōu)選接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面的、從上述基準(zhǔn)位置的突出高度為0.3mm以上1.5mm以下。如果該突出高度超過1.5mm以上，則熱傳導(dǎo)惡化，點(diǎn)火部前端的溫度過度上升，使電極消耗加速，使火花塞的壽命非常早的結(jié)束。另外，若不足0.3mm，則由于使點(diǎn)火部突出而提高著火性能的效果不充分。另外，基準(zhǔn)位置為包含周圍露出區(qū)域面的外周緣的平面。
另外，從提高著火性能的觀點(diǎn)看，將接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面的、從接地電極側(cè)面的突出高度H設(shè)定為0.5mm以上更好。在此情況下，從接地電極側(cè)面的突出高度H在從前述基準(zhǔn)位置的突出高度不超過1.5mm的范圍內(nèi)設(shè)定。還有，突出高度H是以在接地電極側(cè)面，除去伴隨著貴重金屬電極頭的接合而形成于接地電極側(cè)點(diǎn)火部的周圍的隆起部之外的、平坦的平面區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行測定的。
接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面的直徑d優(yōu)選為0.3mm以上0.9mm以下。該直徑d若不足0.3mm，則接地電極側(cè)點(diǎn)火部的燒蝕過于激烈，火花塞的壽命會(huì)非常早的結(jié)束。另一方面，若直徑d超過0.9mm時(shí)，提高著火性能的效果就不充分。
進(jìn)一步，優(yōu)選整個(gè)前述周圍露出區(qū)域面，與前述接地電極的側(cè)面相比，是在前述中心電極側(cè)。由此，與中心電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面的距離比接地電極的側(cè)面近，更加不會(huì)向接地電極側(cè)飛濺火花，可以防止電極的偏燒蝕。
接著，本發(fā)明的火花塞的制造方法，該火花塞使固定在接地電極的側(cè)面的貴重金屬制的接地電極側(cè)點(diǎn)火部與固定在中心電極的前端的貴重金屬制的中心電極側(cè)點(diǎn)火部對向而設(shè)，從而在該中心電極側(cè)點(diǎn)火部和接地電極側(cè)點(diǎn)火部之間形成火花放電間隙，并且前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部面臨前述火花放電間隙側(cè)的前端面比接合于前述接地電極的底面的直徑小，并且前述前端面從前述接地電極的前述側(cè)面向中心電極前端側(cè)突出，當(dāng)從前述前端面?zhèn)雀┮暻笆鼋拥仉姌O側(cè)點(diǎn)火部時(shí)，以包圍住該前端面的周圍的形式，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的表面的一部分作為露出前述接地電極的側(cè)面的周圍露出區(qū)域面而被看到，其特征在于，該制造方法包括在與前述接地電極接合之前，通過加工以Pt為主要成分的貴重金屬材料，制造出前端面比底面的直徑小的接地電極側(cè)點(diǎn)火部用的貴重金屬電極頭的電極頭制造工序；以及將所制造的前述貴重金屬電極頭在底面?zhèn)扰c接地電極疊合，在從前述前端面?zhèn)雀┮暻笆鲑F重金屬電極頭時(shí)成為前述前端面的周圍區(qū)域的電極頭表面上，選擇性地施加使前述貴重金屬電極頭和前述接地電極緊密接合的壓緊力，在該狀態(tài)下，通過電阻焊接將該貴重金屬電極頭和接地電極接合的電阻焊接工序。
在特開平3-176979號公報(bào)中，為了形成具有周圍露出區(qū)域面的接地電極側(cè)點(diǎn)火部，采用在電阻焊接時(shí)使Ir類金屬電極頭的基端部壓縮變形而形成凸緣部的方法。但是，因?yàn)镮r類金屬的熔點(diǎn)較高，在接合不充分之外，使電極頭壓縮變形實(shí)際上是困難的，結(jié)果是出現(xiàn)凸緣部以及周圍露出區(qū)域面不能充分形成的問題。而在上述本發(fā)明的方法中，通過對以Pt為主要成分的貴重金屬材料的加工(例如鐓鍛加工等的塑性加工)，預(yù)先制造前端面比底面直徑小的接地電極側(cè)點(diǎn)火部用的貴重金屬電極頭，將該貴重金屬電極頭與接地電極疊合并進(jìn)行電阻焊接。即，在電極頭制造階段可以充分確保周圍露出區(qū)域面，所以在電阻焊接中就不必要使電極頭變形。另外，接地電極側(cè)點(diǎn)火部不是由Ir類金屬構(gòu)成，而是由熔點(diǎn)低的Pt類金屬構(gòu)成，所以通過電阻焊接可以容易的得到良好的接合狀態(tài)。進(jìn)一步，成為前端面的周圍區(qū)域(即成為周圍露出區(qū)域面的部分)的電極頭表面上，選擇性的施加使貴重金屬電極頭和接地電極緊密接合的壓緊力，在該狀態(tài)下，將該貴重金屬電極頭和接地電極進(jìn)行電阻焊接，所以焊接時(shí)不必?fù)?dān)心使點(diǎn)火部的前端面損傷或變形。
進(jìn)一步，本發(fā)明的火花塞的制造方法，該火花塞使通過緩和金屬部固定在接地電極的側(cè)面的貴重金屬制的接地電極側(cè)點(diǎn)火部與固定在中心電極的前端的貴重金屬制的中心電極側(cè)點(diǎn)火部對向而設(shè)，從而在該中心電極側(cè)點(diǎn)火部和接地電極側(cè)點(diǎn)火部之間形成火花放電間隙，并且，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部面臨前述火花放電間隙的前端面比接合于前述緩和金屬部的底面的直徑小，并且，前述前端面從前述接地電極的前述側(cè)面向中心電極前端側(cè)突出，進(jìn)一步，當(dāng)從前述前端面?zhèn)雀┮暻笆鼋拥仉姌O側(cè)點(diǎn)火部時(shí)，以包圍住該前端面的周圍的形式，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的表面的一部分作為露出前述接地電極的側(cè)面的周圍露出區(qū)域面而被看到，其特征在于，該制造方法包括在與前述接地電極接合之前，通過加工以Pt為主要成分的貴重金屬材料，制造出前端面比底面的直徑小的接地電極側(cè)點(diǎn)火部用的貴重金屬電極頭的電極頭制造工序；以及將線膨脹系數(shù)在前述接地電極的構(gòu)成金屬和該接地電極側(cè)點(diǎn)火部的構(gòu)成金屬之間的的緩和金屬部用的第2貴重金屬電極頭疊合于所制造的前述貴重金屬電極頭的前述底面?zhèn)壬?，并進(jìn)行接合，形成使兩部分的構(gòu)成金屬成分合金化的、厚度為0.5μm以上100μm以下的第1合金層的接合工序。
通過對以Pt為主要成分的貴重金屬材料的加工(例如鐓鍛加工等的塑性加工)，預(yù)先制造前端面比底面直徑小的接地電極側(cè)點(diǎn)火部用的貴重金屬電極頭，將該貴重金屬電極頭與第2貴重金屬電極頭疊合并進(jìn)行電阻焊接。即，在電極頭制造階段可以充分確保周圍露出區(qū)域面，所以在電阻焊接中就不必要使電極頭變形。另外，接地電極側(cè)點(diǎn)火部不是由Ir類金屬構(gòu)成，而是由熔點(diǎn)低的Pt類金屬構(gòu)成，所以通過電阻焊接可以容易的得到良好的接合狀態(tài)。進(jìn)一步，由于是接合于具有前述接地電極的構(gòu)成金屬和該接地電極側(cè)點(diǎn)火部的構(gòu)成貴重金屬的中間的線膨脹系數(shù)的第2貴重金屬電極頭，所以可更容易的進(jìn)行接合。
圖8是示出圖5的第三變形例的平面圖及側(cè)視圖；圖9是示出本發(fā)明的效果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的第一結(jié)果的曲線圖；圖10是示出本發(fā)明的效果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的第二結(jié)果的曲線圖；圖11是示出本發(fā)明的效果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的第三結(jié)果的曲線圖；圖12是示出本發(fā)明的效果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的第四結(jié)果的曲線圖；圖13是示出現(xiàn)有的火花塞的問題點(diǎn)的第一視圖；圖14是示出現(xiàn)有的火花塞的問題點(diǎn)的第二視圖；圖15是示出現(xiàn)有的火花塞的問題點(diǎn)的第三視圖；圖16是示出本發(fā)明的效果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的第五結(jié)果的曲線圖；圖17是示出本發(fā)明的實(shí)施形式2的火花塞的主要部分的正面放大圖；圖18是示出本發(fā)明的火花塞的變形例的制造工序的說明圖；圖19是示出本發(fā)明的效果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的第六結(jié)果的曲線圖。
圖1示出成為本發(fā)明制造方法的適用對象的火花塞的實(shí)施形式1，圖2是其主要部分的放大圖?；鸹ㄈ?00具有筒狀的主體部件1、以前端部21突出的方式嵌入到該主體部件1的內(nèi)側(cè)的絕緣體2、以前端突出的狀態(tài)設(shè)置在絕緣體2內(nèi)側(cè)的中心電極3、以及接地電極4，該接地電極4的一端通過焊接等與主體部件1結(jié)合，同時(shí)另一端向側(cè)方彎曲，其側(cè)面與中心電極3的前端部(在此為前端面)對向而設(shè)。通過在接地電極4的側(cè)面4s電阻焊接由Pt類金屬構(gòu)成的貴重金屬電極頭而設(shè)置接地電極側(cè)點(diǎn)火部32。而且，通過在中心電極3的前端激光焊接由Ir類金屬構(gòu)成的貴重金屬電極頭而設(shè)置中心電極側(cè)點(diǎn)火部31。從而在這些接地電極側(cè)點(diǎn)火部32和中心電極側(cè)點(diǎn)火部31之間形成火花放電間隙g。
接地電極側(cè)點(diǎn)火部32也可以使用純Pt，但為了提高耐火花燒蝕性，可以由Pt合金構(gòu)成，該P(yáng)t合金是以Pt為主要成分(含量最高的成分)，并含有合計(jì)占5～50質(zhì)量％的從作為次要成分的Ir及Ni中選出的1種或2種的成分。另一方面，中心電極側(cè)點(diǎn)火部31由Ir合金構(gòu)成，該Ir合金是以Ir為主要成分，而且作為用于抑制Ir氧化揮發(fā)及改善加工性的次要成分，還含有合計(jì)占3～50質(zhì)量％的從Pt、Rh、Ru及Re中選出的1種或2種以上的成分。
絕緣體2例如由氧化鋁或者氮化鋁等的陶瓷燒結(jié)體構(gòu)成，在其內(nèi)部具有沿著自身的軸向嵌入中心電極3用的孔部6。而且，主體部件1由低碳素鋼等金屬形成為筒狀，構(gòu)成為火花塞100的外殼，同時(shí)在其外周面上形成有螺紋部7，用于將火花塞100安裝于圖中未示的發(fā)動(dòng)機(jī)主體上。
至少接地電極4和中心電極3的成為表層部的部分(以下稱為電極母材)4m和3m以Ni合金構(gòu)成。作為具體的材料，可以舉例出ィンコネル600(商標(biāo)名)(Ni76質(zhì)量％、Cr15.5質(zhì)量％、Fe8質(zhì)量％(其余為微量添加元素或者雜質(zhì)))、ィンコネル 601(商標(biāo)名)(Ni60.5質(zhì)量％、Cr23質(zhì)量％、Fe14質(zhì)量％(殘余部微量添加元素或者雜質(zhì)))。另外，接地電極4和中心電極3在上述電極母材4m、3m中都埋設(shè)有由Cu或者Cu合金構(gòu)成的熱傳導(dǎo)促進(jìn)部4c、3c。
如圖2所示，中心電極3的前端部3a直徑收縮而成為錐狀，在其前端面上疊合貴重金屬電極頭，進(jìn)一步沿著該接合面的外緣部通過激光焊接而形成焊接焊縫WB，由此形成中心電極側(cè)點(diǎn)火部31。
另一方面，接地電極側(cè)點(diǎn)火部32，通過將兩部分(接地電極側(cè)點(diǎn)火部32和電極母材4m)的構(gòu)成金屬成分合金化的合金層40，而與接地電極4側(cè)的電極母材4m接合。合金層40的厚度B在0.5μm以上100μm以下。該接地電極側(cè)點(diǎn)火部32面臨火花放電間隙g的前端面32t比與接地電極4接合的底面32u直徑要小，該前端面32t位于從接地電極4的側(cè)面4s更向火花放電間隙g側(cè)突出的位置。而且，如圖5所示，從前端面32t側(cè)俯視接地電極側(cè)點(diǎn)火部32時(shí)，在該前端面32t的周圍，接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的表面的一部分作為從接地電極4的側(cè)面4s向中心電極前端面露出的周圍露出區(qū)域面32p而可被看到。
在實(shí)施形式1中，接地電極側(cè)點(diǎn)火部32包括具有底面32u的主體部32b、該主體部32b的頂面32p、從該頂面32p的中央部突出的突出部32a。突出部32a的前端部32t與中心電極側(cè)點(diǎn)火部31的前端面31t對向而形成火花放電間隙g。如圖5所示，主體部32b和突出部32a的具有同心配置的圓狀平面狀態(tài)、在頂面32p的外周緣32e和前端面32t的外周緣32k之間可被看到的圓環(huán)狀的區(qū)域成為周圍露出區(qū)域面。而且，突出部32a及主體部32b的外周面都是圓筒狀面。
接著，如圖2所示，將中心電極側(cè)點(diǎn)火部31的前端面31t和接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的前端面32t之間的沿中心電極3的軸線O方向的最短距離(間隙長)設(shè)為G。另外，將中心電極側(cè)點(diǎn)火部31的前端面31t的外周緣32j與周圍露出區(qū)域面32p的外周緣32e之間的最短距離的連線部分長度設(shè)為L。G和L之間成為如下關(guān)系1.3G≤L≤3G…①在實(shí)施形式1中，中心電極側(cè)點(diǎn)火部31的前端部31t和接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的前端部32t，在向與軸線O正交的平面的正投影中，其中心大致一致，并且相互對向而置，相對于與軸線O正交的平面大致平行。距離G作為沿軸線O方向所測定的面31t、32t的任意位置的面間距離而被測定。而且，距離L作為圓錐臺(tái)體的圓周側(cè)面的母線長度而能夠測定，該圓錐臺(tái)體分別以中心電極側(cè)點(diǎn)火部31的前端面31t和接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的主體部32b的頂面32p為兩端面。
另外，在向與中心電極3的軸線O正交的平面的正投影(參照圖5)中，將周圍露出區(qū)域面32p的寬度設(shè)為A，將接地電極4的寬度設(shè)為W，將接地電極側(cè)點(diǎn)火部32a的前端面32t的直徑設(shè)為d，則A、W、d之間成為如下關(guān)系0.15≤A≤{(W-d)/2}-0.4(單位mm)…②另外，在實(shí)施形式1中，在將主體部32b的底面32u的直徑設(shè)為D時(shí)，A等于(D-d)/2，另外，接地電極4的寬度W按如下所述定義。即，如圖1所示，確定基準(zhǔn)方向F，該基準(zhǔn)方向F是在從主體部件1的與接地電極4接合的端面隔開1mm的位置上，穿過由與中心電極3的中心軸線O正交的平面截?cái)鄷r(shí)的接地電極4的截面的幾何重心位置，并與中心軸線O正交；并確定投影面PP，該投影面PP是相關(guān)于中心軸線O，在接地電極4的接合基端部所處位置的相反側(cè)，并與該基準(zhǔn)方向F正交。如圖2所示，在相對于該投影面PP的正投影中，接地電極4的與中心軸線O正交方向的尺寸作為接地電極4的寬度W而被確定。
另外，接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的前端面32t的直徑d在0.3mm以上0.9mm以下。而且，在中心電極3的軸線O的方向上，將周圍露出區(qū)域面32p的外周緣32e作為基準(zhǔn)位置時(shí)，接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的前端部32t從基準(zhǔn)位置的突出高度t為0.3mm以上1.5mm以下。而且，從接地電極4的側(cè)面4s起的前端面32t的突出高度H為0.5mm以上，而且，t被確定為不超過1.5mm。有關(guān)以上各數(shù)值范圍的極限的意義，在用于解決課題的方法及作用、效果部分中已經(jīng)詳細(xì)說明，在本申請中不再重復(fù)說明。
另外，接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的成為底面32u的基端部被埋設(shè)于接地電極4(電極母材4m)中。上述合金層40以包圍著該被埋設(shè)的基端部周側(cè)面的形式而形成。另外，底面32u和電極母材4m之間也形成有合金層40。在各部分中，合金層40的厚度B都是在0.5μm以上100μm以下。
下面針對實(shí)施形式1的火花塞100的制造工序進(jìn)行說明。圖3示出接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的形成方法。即，如工序1所示，通過加工以Pt為主要成分的貴重金屬材料，例如將貴重金屬線材NW截?cái)?或者對板材進(jìn)行沖裁)而準(zhǔn)備用于形成接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的圓板狀的貴重金屬電極頭32c。接著，在接合于接地電極4之前，如工序2所示，對上述圓板狀的貴重金屬電極頭32c，實(shí)施使用模具P的公知的鐓鍛加工，而成為接合用的最終貴重金屬電極頭32′(具有主體部32b和突出部32a)。
如工序3所示，將上述那樣得到的貴重金屬32′由底面32u側(cè)疊合于接地電極4(電極母材4m)的側(cè)面4s。如工序4所示，在該狀態(tài)下夾持于電極50、51之間持續(xù)加壓，并通電加熱。由此，在貴重金屬電極頭32′和電極母材4m之間加熱，該貴重金屬電極頭32′持續(xù)侵入電極母材4m，在與電極母材4m之間形成由加熱造成的合金層40，而成為接地電極側(cè)點(diǎn)火部32。
在電阻焊接時(shí)，對在從前端部32t側(cè)俯視貴重金屬電極頭32′時(shí)成為前端面32t的周圍區(qū)域的電極頭表面(應(yīng)當(dāng)成為周圍露出區(qū)域面的部分)32p，選擇性地施加使貴重金屬電極頭32′和電極母材4m緊密接合的壓緊力。在該實(shí)施形式中，在按壓部件50(兼用于電阻焊接用的電極)中，在貴重金屬電極頭32′的位置上形成有凹部50a，在貴重金屬電極頭32′的主體部32b的頂面32p(突出部32a的周圍區(qū)域)上選擇性地施加壓緊力。而在接地電極4的相反側(cè)的面上配置有另外的支撐部件(具有電極的功能)51，通過頂面32p，在將接地電極4和貴重金屬電極頭32′夾壓的同時(shí)通電，由此可以形成合金層(電阻焊接部)40。另外，確保周圍露出區(qū)域面32p的寬度A在0.15mm以上，是因?yàn)樵诟鶕?jù)上述方法實(shí)施電阻焊接時(shí)，從確保采用按壓部件50對貴重金屬電極頭32′的按壓的觀點(diǎn)出發(fā)也是很適當(dāng)?shù)摹?br> 下面，針對本發(fā)明的實(shí)施形式2參照圖17進(jìn)行說明。該實(shí)施形式2的火花塞與上述的實(shí)施形式1的火花塞100相比較，主要不同點(diǎn)在于在接地電極側(cè)點(diǎn)火部與接地電極之間設(shè)置了緩和金屬部。因此以與實(shí)施形式1的火花塞100不同的部分為中心進(jìn)行說明，而針對相同的部分，省略或者簡化說明。
圖17中，在接地電極側(cè)點(diǎn)火部32與接地電極4之間設(shè)置有緩和金屬部41。該緩和金屬部41具有接地電極4的構(gòu)成金屬和該接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的構(gòu)成貴重金屬的中間的線膨脹系數(shù)，可以列舉出例如Pt-Ni合金(但是，與接地電極側(cè)點(diǎn)火部32相比Pt含有量更低而Ni含有量更高)。
在接地電極側(cè)點(diǎn)火部32和緩和金屬部41之間形成兩部分構(gòu)成金屬成分合金化的厚度B在0.5μm以上100μm以下的第1合金層42。通過如此將接地電極4介于接地電極側(cè)點(diǎn)火部32和接地電極4之間，更進(jìn)一步抑制接地電極側(cè)點(diǎn)火部的剝離。
下面針對實(shí)施形式2的火花塞的制造方法進(jìn)行說明。
圖4示出接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的形成方法。如圖4中的工序5所示，將應(yīng)當(dāng)成為緩和金屬部41的第2貴重金屬41′與接地電極4的側(cè)面4s疊合并持續(xù)加壓，夾持于電極48、49之間并進(jìn)行通電加熱，由此該第2貴重金屬電極頭41′與電極母材4m接合。在實(shí)施形式2中，為了提高接合強(qiáng)度，而使第2貴重金屬電極頭41′侵入到電極母材4m中而進(jìn)行接合。接著，如工序6所示，將形成接地電極側(cè)點(diǎn)火部32用的、比第2貴重金屬電極頭41′直徑更小的貴重金屬電極頭32′疊合于形成緩和金屬部41用的第2貴重金屬電極頭41′上，持續(xù)加壓并通電加熱，由此將貴重金屬電極頭32′接合于第2貴重金屬電極頭41′。在此也是使貴重金屬電極頭32′侵入到第2貴重金屬電極頭41′內(nèi)而進(jìn)行接合的。通過這些工序后，如工序7所示，第2貴重金屬電極頭41′和貴重金屬電極頭32′分別成為緩和金屬部41和接地電極側(cè)點(diǎn)火部32。
下面針對本發(fā)明的火花塞的變形例進(jìn)行說明。
首先，接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的形狀并不限定于圖2或者圖5所示的形式，相鄰火花放電間隙g的前端面32t只要是直徑小于與接地電極4接合的底面32u的形狀即可，可以采用其他各種形狀。例如，圖6是成為周圍露出區(qū)域面的主體部32b的頂面32p形成為錐狀面的例子。另外，圖7及圖8是不特別區(qū)別主體部32b和突出部32a的形狀的例子，圖7是全體構(gòu)成為圓錐臺(tái)體狀、圖8是同樣構(gòu)成為棱錐臺(tái)體狀的例子。都是在錐體的圓周側(cè)面形成周圍露出區(qū)域面32p。另外，如圖8所示，針對外形線不一定是圓形的一般形狀的周圍露出領(lǐng)域32p的寬度A，在俯視接地電極側(cè)點(diǎn)火部32時(shí)的投影圖形中，按如下所述定義。即將具有與前端面32t的外周緣32k相同周長的第一圓的半徑設(shè)為r1，將與該第一圓同心的第二圓設(shè)定為，與前述第一圓之間的環(huán)狀區(qū)域的面積和周圍露出區(qū)域面32p的投影面積相同。將該第二圓的半徑設(shè)為r2時(shí)，使用前述第一圓的半徑r1，將周圍露出區(qū)域面32p的寬度A按如下定義A≡r2-r1 …③進(jìn)一步，實(shí)施形式2是將第2貴重金屬電極頭41′電阻焊接于接地電極4的電極母材4m，之后將貴重金屬電極頭32′與接合在接地電極4上的第2貴重金屬電極頭41′接合的制造方法，但并不僅限于此，也可以是如圖18那樣的制造方法。在圖18中，通過工序8，由電阻焊接等接合方法將第2貴重金屬電極頭41′接合于貴重金屬電極頭32′，通過工序9，將接合了貴重金屬電極頭32′的第2貴重金屬電極頭41′疊合于接地電極4的電極母線4m并通過電阻焊接等進(jìn)行焊接。如工序10那樣，第2貴重金屬電極頭41′成為緩和金屬層41，而貴重金屬電極頭32′成為接地電極側(cè)點(diǎn)火部32。由此，貴重金屬電極頭32′不會(huì)從第2貴重金屬電極頭41′偏離而可以可靠地接合在一起。
使用上述火花塞的試樣，進(jìn)行下面的試驗(yàn)。(著火性試驗(yàn))將火花塞試樣安裝于6氣缸、總排氣量2000cc的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)氣缸中。使燃料混合比逐漸變得稀薄(lean)的同時(shí)，以空轉(zhuǎn)700rpm的條件進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，將HC峰值(spike)每3分鐘發(fā)生10次時(shí)的A/F值判斷為著火極限。(耐火花燒蝕性試驗(yàn))將火花塞試樣安裝于6氣缸、總排氣量2000cc的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，在節(jié)流閥(throttle)全開的狀態(tài)下，以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速5000rpm連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)100小時(shí)，測定試驗(yàn)后的火花放電間隙的間隙增加量。(接地電極火花飛濺率)將火花塞安裝于試驗(yàn)用燃燒室內(nèi)，在燃燒室內(nèi)使空氣以10m/s的流速進(jìn)行流通的同時(shí)，使火花塞以放電電壓20KV火花放電200次，同時(shí)用攝像機(jī)對火花飛濺的狀態(tài)進(jìn)行高速攝影，求出火花從接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的周圍露出區(qū)域面32p偏離而火花飛濺的比率(接地電極火花飛濺率)。
圖12示出在改變各種L/G時(shí)，接地電極火花飛濺率是如何變化的曲線圖。另外，前端面32t的直徑d設(shè)定為0.6mm，周圍露出區(qū)域面的寬度A設(shè)定為0.2mm。由此得知，L/G為1.3以上時(shí)，從周圍露出區(qū)域面32p偏離而飛濺的比率非常低，在防止接地電極的偏燒蝕方面是非常適當(dāng)?shù)摹?br> 進(jìn)一步，圖19示出在改變周圍露出區(qū)域面32p的寬度A的各種尺寸時(shí)，接地電極火花飛濺率是如何變化的曲線圖。前端面32t的直徑d設(shè)定為0.6mm，L設(shè)定為1.9G。由此，在周圍露出區(qū)域面32p的寬度為0.15mm以上時(shí)，從周圍露出區(qū)域面32p偏離而飛濺的概率非常低，在防止接地電極的偏燒蝕方面是非常適當(dāng)?shù)摹?br> 圖9示出著火極限空燃比是如何隨著接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的前端面32t的直徑d變化的曲線圖。將周圍露出區(qū)域面的寬度A設(shè)定為0.2mm，將前端面32t的突出高度設(shè)定為0.8mm，并設(shè)定L≥1.3G。由此得知，前端面32t的直徑d超過1.9mm時(shí)，極限空燃比變大，著火性能低下。而且，圖10示出著火極限空燃比是如何隨著前端部32t的突出高度t變化的曲線圖。將前端面32t的直徑d設(shè)定為0.6mm，將周圍露出區(qū)域面的寬度A設(shè)為0.2mm，并設(shè)定L≥1.3G。由此得知，在前端面32t的突出高度t超過1.5mm時(shí)，間隙增加量急劇的變大，無法充分確保耐火花燒蝕性。更進(jìn)一步，圖11示出間隙增加量是如何隨著突出高度t變化的曲線圖。將前端面32t的直徑d設(shè)為0.6mm，將周圍露出區(qū)域面的寬度A設(shè)為0.2mm，并設(shè)定L≥1.3G。由此得知，在突出高度t不到0.3mm時(shí)，極限空燃比變大，著火性能低下。
進(jìn)一步，圖16示出在耐火花燒蝕性試驗(yàn)中，間隙增加量是如何隨著接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的前端面32t的直徑d變化的曲線圖。將周圍露出區(qū)域面的寬度A設(shè)為0.2mm，將前端面32t的突出高度設(shè)為0.8mm，并設(shè)定L≤.3G。由此得知，在前端面32t的直徑不到0.3mm時(shí)，間隙增加量急劇增加，不能充分確保耐火花燒蝕性。
權(quán)利要求
1.一種火花塞，其特征在于，使固定在接地電極的側(cè)面的接地電極側(cè)點(diǎn)火部與固定在中心電極的前端的貴重金屬制的中心電極側(cè)點(diǎn)火部對向而設(shè)，從而在該中心電極側(cè)點(diǎn)火部和接地電極側(cè)點(diǎn)火部之間形成火花放電間隙，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部由以Pt為主要成分的貴重金屬構(gòu)成，通過厚度在0.5μm以上100μm以下的合金層而接合于前述接地電極，該合金層是將構(gòu)成兩部分的金屬成分合金化而成，而且，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部面臨前述火花放電間隙的前端面比固定于前述接地電極的底面的直徑小，并且前述前端面從前述接地電極的前述側(cè)面起更向中心電極前端側(cè)突出，當(dāng)從前述前端面?zhèn)雀┮暻笆鼋拥仉姌O側(cè)點(diǎn)火部時(shí)，以包圍住該前端面的周圍的形式，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的表面的一部分作為露出前述接地電極的側(cè)面的周圍露出區(qū)域面而被看到。
2.一種火花塞，其特征在于，使通過緩和金屬部固定在接地電極的側(cè)面的接地電極側(cè)點(diǎn)火部與固定在中心電極的前端的貴重金屬制的中心電極側(cè)點(diǎn)火部對向而設(shè)，從而在該中心電極側(cè)點(diǎn)火部和接地電極側(cè)點(diǎn)火部之間形成火花放電間隙，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部由以Pt為主要成分的貴重金屬構(gòu)成，并且，前述緩和金屬部由線膨脹系數(shù)在構(gòu)成前述接地電極的金屬和構(gòu)成該接地電極側(cè)點(diǎn)火部的貴重金屬之間的金屬構(gòu)成，在前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部和前述緩和金屬部之間，形成有將構(gòu)成兩部分的金屬成分合金化的、厚度在0.5μm以上100μm以下的第1合金層，而且，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部面臨前述火花放電間隙的前端面比固定于前述緩和金屬部的底面的直徑小，并且前述前端面從前述接地電極的前述側(cè)面起更向中心電極前端側(cè)突出，當(dāng)從前述前端面?zhèn)雀┮暻笆鼋拥仉姌O側(cè)點(diǎn)火部時(shí)，以包圍住該前端面的周圍的形式，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的表面的一部分作為露出前述接地電極的側(cè)面的周圍露出區(qū)域面而被看到。
3.如權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，將前述中心電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面和前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面之間的、沿前述中心電極的軸線方向的最短距離設(shè)為G，另一方面，將前述中心電極側(cè)點(diǎn)火部的前述前端面的外周緣和前述周圍露出區(qū)域面的外周緣之間的最短距離連接線的長度設(shè)為L時(shí)，則滿足1.3G≤L≤3G，并且，在向與前述中心電極的軸線正交的平面的正投影中，將前述周圍露出區(qū)域面的寬度設(shè)為A，將前述接地電極的寬度設(shè)為W，將前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前端面的直徑設(shè)為d，則滿足0.15≤A≤{(W-d)/2}-0.4(單位mm)。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的火花塞，其特征在于，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前述前端面的直徑d為0.3mm以上0.9mm以下。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的火花塞，其特征在于，在前述中心電極的軸線方向上，在以前述周圍露出區(qū)域面的外周緣為基準(zhǔn)位置時(shí)，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的前述前端面從前述基準(zhǔn)位置向中心電極前端面?zhèn)鹊耐怀龈叨葹?.3mm以上1.5mm以下。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的火花塞，其特征在于，整個(gè)前述周圍露出區(qū)域面，與前述接地電極的側(cè)面相比，位于前述中心電極側(cè)。
7.一種火花塞的制造方法，該火花塞使固定在接地電極的側(cè)面的貴重金屬制的接地電極側(cè)點(diǎn)火部與固定在中心電極的前端的貴重金屬制的中心電極側(cè)點(diǎn)火部對向而設(shè)，從而在該中心電極側(cè)點(diǎn)火部和接地電極側(cè)點(diǎn)火部之間形成火花放電間隙，并且前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部面臨前述火花放電間隙側(cè)的前端面比接合于前述接地電極的底面的直徑小，并且前述前端面從前述接地電極的前述側(cè)面向中心電極前端側(cè)突出，當(dāng)從前述前端面?zhèn)雀┮暻笆鼋拥仉姌O側(cè)點(diǎn)火部時(shí)，以包圍住該前端面的周圍的形式，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的表面的一部分作為露出前述接地電極的側(cè)面的周圍露出區(qū)域面而被看到，其特征在于，該制造方法包括在與前述接地電極接合之前，通過加工以Pt為主要成分的貴重金屬材料，制造出前端面比底面的直徑小的接地電極側(cè)點(diǎn)火部用的貴重金屬電極頭的電極頭制造工序；以及將所制造的前述貴重金屬電極頭在底面?zhèn)扰c接地電極疊合，在從前述前端面?zhèn)雀┮暻笆鲑F重金屬電極頭時(shí)成為前述前端面的周圍區(qū)域的電極頭表面上，選擇性地施加使前述貴重金屬電極頭和前述接地電極緊密接合的壓緊力，在該狀態(tài)下，通過電阻焊接將該貴重金屬電極頭和接地電極接合的電阻焊接工序。
8.一種火花塞的制造方法，該火花塞使通過緩和金屬部固定在接地電極的側(cè)面的貴重金屬制的接地電極側(cè)點(diǎn)火部與固定在中心電極的前端的貴重金屬制的中心電極側(cè)點(diǎn)火部對向而設(shè)，從而在該中心電極側(cè)點(diǎn)火部和接地電極側(cè)點(diǎn)火部之間形成火花放電間隙，并且前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部面臨前述火花放電間隙的前端面比接合于前述緩和金屬部的底面的直徑小，并且前述前端面從前述接地電極的前述側(cè)面向中心電極前端側(cè)突出，當(dāng)從前述前端面?zhèn)雀┮暻笆鼋拥仉姌O側(cè)點(diǎn)火部時(shí)，以包圍住該前端面的周圍的形式，前述接地電極側(cè)點(diǎn)火部的表面的一部分作為露出前述接地電極的側(cè)面的周圍露出區(qū)域面而被看到，其特征在于，該制造方法包括在與前述接地電極接合之前，通過加工以Pt為主要成分的貴重金屬材料，制造出前端面比底面的直徑小的接地電極側(cè)點(diǎn)火部用的貴重金屬電極頭的電極頭制造工序；以及將線膨脹系數(shù)在前述接地電極的構(gòu)成金屬和該接地電極側(cè)點(diǎn)火部的構(gòu)成金屬之間的的緩和金屬部用的第2貴重金屬電極頭疊合于所制造的前述貴重金屬電極頭的前述底面?zhèn)壬?，并進(jìn)行接合，形成使兩部分的構(gòu)成金屬成分合金化的、厚度為0.5μm以上100μm以下的第1合金層的接合工序。
9.如權(quán)利要求8所述的火花塞的制造方法，其特征在于，該方法包括電阻焊接工序，第2貴重金屬電極頭在與前述貴重金屬電極頭接合工序之前，與前述接地電極疊合，并選擇性地施加使前述第2貴重金屬電極頭和前述接地電極緊密接合的壓緊力，在該狀態(tài)下，通過電阻焊接使該貴重金屬電極頭和接地電極接合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種火花塞，具有這樣的構(gòu)造，即在接地電極側(cè)突出形成有貴重金屬點(diǎn)火部，并且即使在因?yàn)闅饬鞫够鸹ㄈ菀琢鲃?dòng)的使用環(huán)境下，在接地電極也難以產(chǎn)生偏燒蝕。接地電極側(cè)點(diǎn)火部32是由以Pt為主要成分的金屬構(gòu)成，通過厚度在0.5μm以上100μm以下的合金層而接合于接地電極4，該合金層是將兩部分的構(gòu)成金屬成分合金化而成。而且，接地電極側(cè)點(diǎn)火部32面臨前述火花放電間隙g的前端面32t的直徑比接合于接地電極4的底面32u小，并且，前端面32t從接地電極4的側(cè)面4s突出。進(jìn)一步，當(dāng)從前端面32t側(cè)俯視接地電極側(cè)點(diǎn)火部32時(shí)，在該前端面32t的周圍，接地電極側(cè)點(diǎn)火部32的表面的一部分從接地電極4的側(cè)面4s露出而作為周圍露出區(qū)域面32p被識別。
文檔編號H01T21/02GK1472854SQ0314901
公開日2004年2月4日 申請日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月21日
發(fā)明者寺村英已, 加藤友聰, 島居計(jì)良, 聰, 良 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社