內(nèi)燃機用火花塞的制作方法

文檔序號：6902441閱讀：237來源：國知局

專利名稱：內(nèi)燃機用火花塞的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機用火花塞。
背景技術：
用于如汽車發(fā)動機等內(nèi)燃機的火花塞包括在火花塞的軸線方向上延伸的中心電極、布置在中心電極徑向外側的絕緣體、布置在絕緣體徑向外側的圓筒狀金屬殼以及基端部連接于金屬殼的前端面的4妄地電極。接地電極的截面呈大致長方形，接地電極的前端部的內(nèi)表面#皮布置成面對著中心電才及的前端部。結果，在中心電才及的前端部和接地電極的前端部之間限定火花放電間隙。
近幾年，含貴金屬合金的電極頭(貴金屬電極頭)分別已經(jīng) 被安裝到中心電極的前端部和接地電極的前端部。安裝的貴金屬電極頭改善了耐火花損耗性。特別地，為了改善點火性或火花傳播能力，棱柱狀貴金屬電極頭被焊接到接地電極的軸側電極頭面，并且朝向中心電極的軸線突出(例如參見
JP-A-61-45583和JP'A-2002-324650)。
然而，如果如上所述貴金屬電極頭從接地電極的第二端面朝向軸線突出，那么貴金屬電極頭的鼓出部就位于與接地電極的基體材料遠離的位置，因此，熱耗散性能(從接地電極到金屬殼的熱傳導)不能令人滿意，很容易產(chǎn)生較高的溫度。尤其是在近幾年使用的發(fā)動機中，燃燒溫度已經(jīng)升高，結杲，接地電極的前端部向外暴露到較高溫度。
在這種狀態(tài)下，貴金屬電極頭和接地電極重復熱膨脹和收縮，另外，歸因于貴金屬電極頭和接地電極之間的熱膨脹和收縮的尺寸差，當從接地電極的末端面觀察時，在貴金屬電極頭和接地電極之間的邊界會產(chǎn)生應力差。結果，接地電極和貴金屬電極頭經(jīng)歷變形或扭曲。因此，氧氣容易從該邊界侵入，易
于在該邊界形成氧化皮(oxide scale )。因此，由于焊接部形成的氧化皮導致抗氧化性和耐剝離性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在考慮了以上情況的基礎上而做出的，本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠改善點火性和火焰?zhèn)鞑ツ芰Σ⑶夷軌?防止歸因于氧化皮的耐剝離性降低的內(nèi)燃機用火花塞。根據(jù)下面的技術方案可實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的。 (l)在第一方面，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機用火花塞，其包含棒狀中心電極，該中心電極沿軸向從其前端向其基端延伸；基
本圓筒狀的絕緣體，該絕緣體被布置在所述中心電極的外周，
并且該絕緣體沿軸向從其前端向其基端延伸；基本圓筒狀的金
屬殼，該金屬殼被布置在所述絕緣體的外周，并且該金屬殼沿軸向從其前端向其基端延伸；接地電極，該接地電極包括結合
到所述金屬殼的前端面的基端部和朝向所述中心電極彎曲的末端部；第一貴金屬電極頭，該第一貴金屬電極頭被結合到所述接地電極的末端部，并且該第一貴金屬電才及頭與所述中心電極的前端部相對從而限定間隙，所述第一貴金屬電極頭的一部分被埋設在所述接地電極中，所述第一貴金屬電極頭的另一部分從所述接地電極的所述末端部的末端面沿突出方向突出，使得滿足關系A》0.25mm，其中，A(mm)是所述第一貴金屬電極頭從所述接地電極的末端部的末端面的突出長度；以及鼓出部，該鼓出部在所述第一貴金屬電極頭和所述接地電極的末端面之間的邊界處沿寬度方向覆蓋所述第一貴金屬電極頭的至少中央部。在一個優(yōu)選實施例中，鼓出部含有與接地電極中含有的金屬性材料相同的金屬性材料。
根據(jù)第一方面，貴金屬電極頭從接地電極的末端面突出，
并且滿足關系A> 0.25mm,其中，A(mm)是從接地電極的末端面突出的突出長度。結果，能夠提高耐火花損耗性、點火性和火花傳播能力。
另一方面，貴金屬電極頭的突出端部能夠容易地達到高溫。貴金屬電極頭和接地電極的之間的邊界(當從接地電極的末端面觀察時)經(jīng)受應力差，結果，容易發(fā)生變形或扭曲。因此，氧氣可能從邊界侵入。尤其是當如上所述地滿足關系A > 0.25mm時，由氧化皮的形成產(chǎn)生剝離(電極頭的脫落)的趨勢進一步增加。然而，在第一方面的優(yōu)選實施例中，包含與接地電極包含的金屬性材料相同的金屬性材料的鼓出部設置在貴金屬電極頭和接地電極的末端面之間的在寬度方向上延伸的邊界處，從而覆蓋貴金屬電極頭的至少中央部。因此，具有預定厚度的鼓出部封閉了貴金屬電極頭和接地電極之間的間隙，并且用作抗氧氣侵入的屏障。因此，能夠控制由氧氣從邊界侵入而產(chǎn)生的氧化皮的形成。另外，鼓出部也用作貴金屬電極頭和接地電極之間的應力減小層。這些功能的協(xié)同效果，能夠有效地增強貴金屬電極頭的耐剝離性。
特別是，設置鼓出部從而在邊界處覆蓋貴金屬電極頭的至少中央部(在寬度方向上的中央部)。因此，即使存在沒有鼓出部的區(qū)域，該暴露區(qū)域與鼓出部設置在貴金屬電極頭的邊緣的情況相比也比較窄。因此，能夠更有效和容易地防止氧氣侵入。
(2)在第二方面，本發(fā)明提供根據(jù)第一方面的火花塞，滿足關系E/B》0.5,其中，B(mm)是所述第一貴金屬電極頭的寬度，El(mm)是所述鼓出部在從所述邊界沿軸向偏離0.05mm且在寬度方向上延伸的線上的長度，E2(mm)是所述鼓出部在從所述邊界沿突出方向偏離0.05mm且在寬度方向上延伸的線上的長度，E(mm)是長度El和長度E2中較短的一方。
根據(jù)第二方面，鼓出部不是位于邊界的薄部，并是具有預定的體積。
換句話說，在第二方面，鼓出部在寬度方向上的尺寸占據(jù) 貴金屬電極頭在寬度方向上的一半以上，即使是在從在寬度方向上延伸的邊界分別沿軸線方向和突出方向偏離的位置處。結果，能夠更可靠地防止氧氣侵入，并且能夠更可靠地實現(xiàn)根據(jù) 第一方面的火花的塞操作和效果。
火花塞中的放電方向不限于本發(fā)明的第一和第二方面。然而，放電方向可以是如以下說明的第三、第四和第五或者第六方面限定的方向。
(3) 在第三方面中，本發(fā)明提供根據(jù)第一或第二方面的火花塞，其中，所述第一貴金屬電極頭在所述突出方向上的突出端面與所述中心電才及的前端部相對，以允許在與軸向基本上垂直的方向上火花》文電。
(4) 在第四方面中，本發(fā)明提供根據(jù)第三方面的火花塞，其中，滿足關系F》0.1G，其中，F(xiàn)(mm)是所述鼓出部在所述突出方向上的突出端和所述第一貴金屬電極頭的突出端面之間的距離，G(mm)是所述間隙的最短距離。
(5) 在第五方面中，本發(fā)明提供根據(jù)第三或第四方面的火花塞，其中，所述中心電極包括中心電極主體和結合到所述中心電極主體的前端部的第二貴金屬電極頭，其中，所述中心電極主體和所述第二貴金屬電極頭經(jīng)由熔融結合部彼此結合，所述中心電極主體和所述第二貴金屬電極頭的金屬性成分在該熔融結合部熔合，在所述第二貴金屬電極頭的外周面和所述第一貴金屬電極頭的所述突出端面之間設置所述間隙，以及滿足關
系H》1.05xG，其中，H(mm)是所述第一貴金屬電極頭和所述熔融結合部之間的最短距離，G(mm)是所述間隙的最短距離。
因此，第一和第二方面能夠在如第三到第四方面一樣的沿水平方向進行火花放電類型的火花塞中實現(xiàn)。結果，能夠進一
步提高火焰?zhèn)鞑ツ芰Α?br> 尤其在第四方面中，滿足關系F》0.1G,其中，F(xiàn)(mm)是鼓出部在突出方向上的突出端與貴金屬電極頭的突出端面之間的距離，G(mm)是間隙(用于火花放電)的最短距離。因此，可以在貴金屬電極頭和中心電極的前端部之間更可靠地完成火花 ;改電。換句話-說，抑制鼓出部和中心電才及的前端部之間的火花放電。因而，通過抑制鼓出部的火花腐蝕(spark erosion), 能夠長時間地維持突出部，能夠長時間維持防止貴金屬電極頭剝落的效果。
另外，在如上所述的火花放電在水平方向上完成的類型的火花塞中，如第五方面一樣，如果通過將中心電極用貴金屬電極頭焊接到中心電極的前端形成熔融結合部，則在熔融結合部和貴金屬電極頭之間可能發(fā)生火花放電。關于該方面，在第五方面中，滿足關系H〉1.05G,其中，H(mm)是貴金屬電極頭和熔融結合部之間的最短距離，G(mm)是間隙的最短距離。因此，熔融結合部和貴金屬電極頭之間的飛火率可以相當?shù)?。?外，能更可靠地防止由在熔融結合部和貴金屬電極頭之間火花放電的發(fā)生產(chǎn)生的如中心電極用貴金屬電極頭剝落的缺陷。
(6)在第六方面中，本發(fā)明提供根據(jù)第一或第二方面的火花塞，其中，所述第一貴金屬電極頭的基端面在軸向上與所述中心電極的所述前端部相對，以允許大致沿軸向火花》文電。
更優(yōu)選的，特別是，可以采用下面的第七、第八和第九方面。
(7) 在第七方面中，本發(fā)明提供根據(jù)第一到第六方面中的任一方面的火花塞，其中，所述第一貴金屬電極頭的前端面被定位在所述軸向上比所述中心電極的前端更靠前端側的位置。
在第七方面中，鼓出部位于比中心電極的前端面更靠前端側的位置，因此，能夠更可靠地抑制鼓出部和中心電極之間發(fā) 生火花放電。結果，能夠更容易地防止鼓出部的腐蝕。
(8) 在第八方面中，本發(fā)明提供根據(jù)第一到第七方面中的任一方面的火花塞，其中，所述第一貴金屬電極頭的寬度比所述中心電極的前端部的直徑或寬度大。
第八方面的火花塞抑制中心電極的前端部和接-地電極的一部分(與貴金屬電極頭的不同的部分)之間發(fā)生火花放電。換句話說，能夠更可靠地實現(xiàn)貴金屬電極頭之間的正?；鸹ǚ烹?。
(9) 在第九方面中，本發(fā)明提供根據(jù)第一到第七方面中的
任一方面的火花塞，其中所述第一貴金屬電極頭為棱柱狀。
采用如第九方面中的棱柱狀貴金屬電極頭促進在棱部火花放電，使可以更可靠地實現(xiàn)在貴金屬電極頭發(fā)生的正?；鸹ǚ烹姟?br> 在各方面的火花塞中，不限制將第一貴金屬電極頭結合到
接地電纟及的方法，也可以采用以下方面。
(10) 在第十方面中，本發(fā)明提供根據(jù)第一到第九方面中的
任一方面的火花塞，其中，通過電阻焊接使第一貴金屬電極頭結合到接地電極。
如在各方面中，因為僅第一貴金屬電極頭的一部分被埋設在接地電極中時，通過激光束焊接或電子束焊接完成結合作業(yè) 可能是困難的。因此，如在第十方面中，能夠比較平穩(wěn)地完成通過電阻焊接使第一貴金屬電極頭結合到接地電極的末端部的結合作業(yè)。
能夠以如下方法制造上述各方面的火花塞。 (ll)在第十一方面，本發(fā)明提供一種制造第一到第十方
面中的任一方面的火花塞的方法，所述方法包括在將所述第一貴金屬電極頭壓靠到所述接地電極的鄰近所述末端面的平坦面上的狀態(tài)，通過電阻焊接將所述第一貴金屬電極頭結合到所述接地電極，使得所述貴金屬電極頭從所述平坦面埋入0.3mm 以上的距離，從而使所述接地電極的成分在所述邊界處突出并且形成所述鼓出部。
第十一方面的制造方法能夠節(jié)省重新在邊界設置鼓出部的耗時工作所花費的時間。換句話說，當通過電阻焊接將第一貴金屬電極頭結合到接地電極的遠端部時，貴金屬電極頭被埋入比較大得量的0.3mm以上的長度，并且接地電極的構成分分在邊界突出。結果，形成鼓出部。因此，能夠防止增加工時數(shù)量和增加成本等。

圖l是示出本發(fā)明的一個實施例的火花塞的結構的局部正剖視圖2是火花塞的局部放大剖視圖；圖3是主要部分的放大示意圖4是從垂直于圖3的方向觀察時接地電極的側視圖；圖5的(a)是接地電極末端的主要部分的立體圖，圖5的(b) 是示出鼓出部和其它元件的局部立體圖6是示出氧化皮比率與突出量的關系的曲線圖7是示出氧化皮比率與E/B的關系的曲線圖8是示出鼓出部處的飛火率與F/G的關系的曲線圖；圖9是示出氧化皮等的長度的概念的剖視示意圖IO是示出另一實施例中的火花塞的局部放大剖視圖IIA到圖IIC是另一實施例中的接地電極的示意性剖視
圖12是從前方觀察時火花塞的一部分的照片；圖13是從前方觀察時接地電極和貴金屬電極頭的照片；圖14是從前端側觀察時接地電極、貴金屬電極頭和中心電極用貴金屬電極頭的照片；
圖15是從中心電極側觀察時貴金屬電極頭和其它元件的照
片；
圖16是從基端側觀察時接地電極、貴金屬電極頭和中心電極用貴金屬電極頭的照片；
圖17是從前方觀察時火花塞的一部分的照片；圖18是從前方觀察時接地電極和貴金屬電極頭的照片；圖19是從前端側觀察時接地電極和貴金屬電極頭的照片；圖20是從中心電極側觀察時貴金屬電極頭和其它元件的照
片；
圖21是從基端側觀察時接地電極、貴金屬電極頭和中心電極用貴金屬電極頭的照片。
具體實施例方式
參照附圖，描述本發(fā)明的一個實施例。然而，本發(fā)明不應被局限于此。圖l是火花塞l的局部剖視圖。在描述中，火花塞 1的軸線C L1的方向(也稱為軸向)對應于圖1中的上下方向。另外，圖l中的下側對應于火花塞l的前端側，圖l中的上側對應于火花塞l的基端側。
火花塞1包括作為絕緣材料的絕緣體2和保持絕緣體2的筒狀金屬殼3。
絕緣體2具有沿著軸線CL1貫穿絕緣體2的軸向孔4。中心電極5被插入且固定到軸向孔4的前端部，而端子電極6被插入且固定到軸向孔4的基端部。電阻7^皮置于軸向孔4中的中心電極5和端子電極6之間。電阻7的兩端分別經(jīng)由導電玻璃封接層8 和9電連4妄到中心電才及5和端子電才及6。
中心電才及5被固定成從絕緣體2的前端突出，端子電極64皮固定成從絕緣體2的基端突出。將銥作為主要成分的貴金屬電極頭(中心電極用貴金屬電極頭)31通過焊接結合到中心電極5 的前端。
另一方面，通過燒結氧化鋁或類似物形成絕緣體2，并且，絕緣體2的外形包括凸緣狀的大直徑部ll,其在軸線CL1方向上的大致中央部徑向向外突出；中間主干(barrel)部12,其被布置在前端側，且直徑小于大直徑部ll的直徑；和支腿(leg) 部13,其被布置在前端側，直徑小于中間主干部12的直徑，并且被暴露于內(nèi)燃機的燃燒室。包括大直徑部ll、中間主干部12 和支腿部13的絕緣體2的前端部被容納在筒狀金屬殼3內(nèi)。在支腿部13與中間主干部12之間的連接部形成臺階(step)部14，該臺階部14使絕緣體2與金屬殼3牢固接合。
金屬殼3含如低碳鋼等金屬，且形成為圓筒形。金屬殼3的外周面設置有用于將火花塞l安裝到發(fā)動機的氣缸蓋(cylinder head)的螺紋部15 (陽螺紋部)。在螺紋部15的基端側的外周面上形成座部16。環(huán)狀墊圏18凈皮裝配到螺紋頸(screw neck) 17，該螺紋頸17形成在螺紋部15的基端。在金屬殼3的基端側布置具有六邊形截面的工具接合部19,當將金屬殼3安裝到被布置在金屬殼3的基端側的氣缸蓋時，該工具接合部19用于與如扳手等工具接合。另外，用于在絕緣體2的基端部保持絕緣體2的彎邊(crimping)部20被布置在金屬殼3的基端側。
金屬殼3的內(nèi)周面設置有用于接合絕緣體2的臺階部21。將絕緣體2從金屬殼3的基端側朝向前端側插入金屬殼3,使絕緣體2的臺階部14牢固地與金屬殼3的臺階部21接合。在該狀態(tài) 下，金屬殼3的基端側上的開口被徑向向內(nèi)地收緊，即，形成彎邊部20，結果，使絕緣體2牢固固定。環(huán)狀板片密封墊(plate packing) 22被置于絕緣體2的臺階部14和金屬殼3的臺階部21 之間。因此，燃燒室的氣密性得到維持，使得進入向燃燒室暴露的絕緣體2的支腿部13與金屬殼3的內(nèi)周面之間的間隙的燃料氣體不能向外泄漏。
另外，通過彎邊更好地實現(xiàn)密封，環(huán)狀圈構件23和24在金屬殼3的基端側被置于金屬殼3和絕緣體2之間，圏構件23和24 之間的間隙用滑石粉25填充。換句話說，金屬殼3借助于板片密封墊22、圏構件23和24以及滑石粉25來保持絕緣體2。
接地電極27的截面為基本L形，該接地電極27被結合到金屬殼3的前端面26。更具體地，接地電極27包括被焊接到金屬殼3的前端面26的基端部和朝向軸線CL1側彎曲的末端部，使末端部的末端面可以幾乎正對中心電極用貴金屬電極頭31的外周面。在本實施例中，接地電極27設置有貴金屬電極頭32, 該貴金屬電極頭32布置成面對中心電極用貴金屬電極頭31。更詳細地，貴金屬電極頭32被焊接到接地電極27,使得貴金屬電極頭32的一部分嵌入接地電極27中，而貴金屬電極頭32的另一部分從位于接地電極27的軸線CL1側的末端面27s朝向軸線 CL1突出(圖2)。貴金屬電極頭31和32之間的間隙用作火花放電間隙33。因此，在本實施例中，火花放電發(fā)生在與軸線CL1 方向基本垂直的方向。
如圖2所示，中心電極5包括含銅或銅合金的內(nèi)層5A以及含鎳(Ni)合金的外層5B。中心電極5包括直徑減小的前端部，整體上具有棒狀(圓柱狀)形狀，并且具有平的前端面。中心電極用圓柱狀貴金屬電極頭31被置于中心電極的前端面上，對所產(chǎn)生的結合區(qū)域的外緣進行激光束焊接或電子束焊接等。結果，中心電極用貴金屬電極頭31和中心電極5^皮熔合，形成熔融結合部41。換句話說，中心電極用貴金屬電極頭31由熔融結合部4W皮固定地結合到中心電極5的前端。
另一方面，接地電極27具有兩層結構，該兩層結構包括內(nèi) 層27A和外層27B。本實施例中的外層27B包含鎳合金，如 INCONEL(商品名)600或601,而內(nèi)層27A含鎳合金或比上述的鎳合金導熱性好的純銅。內(nèi)層27A改善散熱性能。在本實施例中，4^地電才及27的截面為基本長方形。
如上所述，-故布置中心電極5側的中心電極用貴金屬電極頭31包含銥作為主要成分，然而，被布置在接地電極27側的貴金屬電極頭32含貴金屬合金，該貴金屬合金包含20質量％的量的銥以及如柏等主要成分。然而，這些材料組份作為例子而被提及，但是本發(fā)明并不限于此。例如，可以以如下方式制造貴金屬電極頭31和32。首先，制備含銥或鉑作為主要成分的坯料 (ingot),接著，使各合金元素混合熔化而形成上述的預定組成，然后，從熔化的合金再次形成坯料，對該二次坯料進行熱鍛和熱軋(型軋，groove rolling )。然后7十如此加工的合金進行拉絲(wire drawing),最終得到棒狀材料。然后，將棒狀材料切割成預定長度，最后獲得棱柱狀貴金屬電極頭3 2和中心電極用圓柱狀貴金屬電極頭31。
如上所述，貴金屬電極頭32從接地電極27的末端面27s朝向軸線CL1突出。尤其在本實施例中，使貴金屬電極頭32電阻焊接到接地電極27,使得貴金屬電極頭32的一部分如圖3、 4、5A和5B所示被埋設在接地電極27中，并且滿足關系A > 0.25mm，其中A(mm)是貴金屬電極頭32從末端面27s突出的突出長度。包含與接地電極27的外層27B相同的鎳合金的鼓出部 (bulge portion) 51被布置于邊界D,該邊界D在貴金屬電極頭32和接地電極27的末端面27s之間在寬度方向上延伸，從而在寬度方向上覆蓋貴金屬電極頭32的至少中央部(例如，參見圖 5的(a)和(b))。鼓出部51將被更詳細地描述。鼓出部51滿足關系E/B》0.5,其中，B(mm)是貴金屬電極頭32的寬度， El(mm)是鼓出部51在沿寬度方向延伸并且乂人該邊界在軸向上偏離0.05mm的線上的長度，E2(mm)是鼓出部51在沿寬度方向延伸并且從邊界D沿突出方向偏離0.05 mm的線上的長度， E(mm)是長度El和長度E2中較短的一方。也就是，比較厚的鼓出部51的體積充分得大，以利用鼓出部51在寬度方向上覆蓋邊界D的至少中央部。
另外，本實施例中，滿足關系F》0.1G,其中，F(xiàn)(mm)是鼓出部在突出方向上的突出端和貴金屬電極頭32的突出端之間的距離，G(mm)是火花放電間隙33的最短距離(參見圖3)。該尺寸特征抑制鼓出部51和中心電極用貴金屬電極頭31之間火花放電。另外，滿足關系H》1.05 x G,其中，H(mm)是貴金屬電極頭32和熔融結合部41之間的最短距離(參見圖3)。結果，熔融結合部41和貴金屬電極頭32之間的飛火率(sparking rate )減少。
另外，貴金屬電極頭32的在軸線CL1方向上位于前端側的表面32a位于比中心電極用貴金屬電極頭31的前端面靠前端側 (圖3中的上側)的位置(換句話說，鼓出部51位于比中心電極用貴金屬電極頭31的前端面更靠前端側的位置)。該結構特征抑制鼓出部51和中心電極用貴金屬電極頭31之間的火花放電。另中心電極用貴金屬電極頭31 的直徑Z。這使得可以更可靠地實現(xiàn)中心電極用貴金屬電極頭 31和貴金屬電極頭32之間的正?；鸹ǚ烹姟?br> 接著，將給出對火花塞l的制造方法的描述，以制造接地電極27等的過程為中心。首先對金屬殼3進行預加工。詳細地，圓柱形金屬性材料(例如，不銹材料或如S15C或S25C的鐵基材料)被冷鍛，以形成通孔，從而形成金屬殼3的輪廓。其后，得到的材料被切削加工以調整輪廓，從而得到金屬殼中間體。
另一方面，制造接地電極27用半成品(semi-finished )材料。也就是，接地電極27用半成品材料是還沒有被彎曲的棒狀材料。例如，還沒有被彎曲的4妄地電極27可以通過以下方式得到。
詳細地，制備含用于內(nèi)層27A的金屬性材料的芯和含用于外層27B的金屬性材料的帶底筒狀體(未示出)。其后，通過將芯裝配到帶底筒狀體的凹部形成杯狀材料。其后，對具有兩層結構的杯狀材料進4亍冷細力口工(cold thinnin g process )。例如, 利用模具(die )等進行的拉絲加工或利用陰模等進行的出成形加工可以作為冷細化加工。其后，例如，對得到的材料進行型鍛加工，結果，形成直徑減小的棒狀產(chǎn)品。
其后，仍沒有被彎曲和沒有被安裝到電極頭的接地電極 2 7 (棒狀產(chǎn)品)通過電阻焊接被結合到金屬殼中間體的前端面。由于在電阻焊接時產(chǎn)生所謂的"垂流物(sag)",需要進行除去"垂流物，，的操作。該實例中，在進行型鍛加工、切削加工等過程之后，仍沒有被彎曲的接地電極27通過電阻焊接被結合。然而，在進行細化加工之后，棒狀產(chǎn)品可以被結合到金屬殼中間體。其后，可以進行型鍛加工，然后可以進行切削加工。
如果這樣，當進行型鍛加工時，在保持金屬殼中間體的狀態(tài)下，可以將結合到金屬殼中間體前端面的棒狀產(chǎn)品從前端側引導到鍛造機的加工部(型鍛模)中。因此，不必故意地將棒狀產(chǎn)品設定成較長的長度，以在進行型鍛加工時確保用于保持的部分。
此后，在金屬殼中間體的預定部位通過制螺紋而形成螺紋
部15。結果，得到焊接了彎曲之前的接地電極27的金屬殼3。對金屬殼3和其它元件進行鍍鋅或鍍鎳。為改善耐腐蝕性，可以金屬殼3的表面進一步進行4各酸鹽處理(chromating)。
另一方面，如上所述地形成貴金屬電極頭32，通過電阻焊接將貴金屬電極頭32結合到接地電極27。此時，在貴金屬電極頭32被壓靠到接地電極27的平坦面(圖2中的下端面)而沒有在接地電極27形成凹槽等的狀態(tài)下，對貴金屬電極頭32進行電阻焊接。貴金屬電極頭32被埋設在接地電極27的平坦面中0.3mm 或以上的長度。由接地電極27的外層27B的構成成分-鎳合金形成鼓出部51,以由電阻焊接伸出到邊界D外。為了更可靠地進行焊接，在焊接操作之前從焊接部去除任何電鍍層存在，或者在電鍍過程中將待焊接部遮蓋住。另外，可以在進行下述的安裝操作之后焊接貴金屬電極頭32。
另一方面，獨立于金屬殼3，成形絕緣體2。例如，利用含粘合劑和作為主要成分的氧化鋁的原料粉末制備用于成形的基礎4且泮牛(base granulation material), 進4亍才象月交壓制成形 (press molding)以得到筒狀成形體。對得到的成形體進行研磨和整形。其后，將整形后的成形體放入焙燒爐進行焙燒，結果，得到絕緣體2。
獨立于金屬殼3和絕緣體2，制造中心電極5。詳細地，鍛造Ni基合金，為提高熱輻射將銅芯設置在Ni基合金的中間。其后，上述中心電極用貴金屬電極頭31通過激光束焊接等方法被結合到中心電極的前端部。如此得到的結合了中心電極用貴金屬電極頭31的中心電極5和端子電極6借助于玻璃封接材料(未示出)被氣密性地固定到絕緣體2的軸孔4。通常，通過混和硼硅酸鹽玻璃和金屬粉末形成的密封劑用作玻璃封接材料。其后，首先將中心電極5插入絕緣體2的軸孔4中，然后，將制備的密封劑放入絕緣體2的軸孔4中，然后乂人后方對端子電極6施壓，將該組合件在爐中焙燒。此時，可以在絕緣體2的基端側的主干部的表面上同時焙燒釉層，或者可以預先形成釉層。
其后，具有分別如上構造的中心電極5和端子電極6的絕緣體2以及具有如上構造的直棒狀接地電極27的金屬殼3被組裝到一起。詳細地，對金屬殼3的形成為比較薄的基端部進行冷巻邊(crimping)或熱巻邊，因此保持為由金屬殼3從圓周方向環(huán)繞絕緣體2的一部分。
最后，使直棒狀接地電極27彎曲，進行調節(jié)中心電極用貴金屬電極頭31和貴金屬電極頭32之間的火花放電間隙33的處理。
由隨后的這些系列步驟制造如上構造的火花塞1 。如上所詳細描述的那樣，根據(jù)本實施例，棱柱狀貴金屬電極頭32從接地電極27的末端面27s向軸線CLl突出，滿足關系A >0.25mm,其中A(mm)是突出長度。結果，能夠提高耐火花損耗性、點火性和火花傳播能力。
另一方面，由于棱柱狀貴金屬電極頭32形成為滿足關系A > 0.25mm，存在由氧化皮的形成而產(chǎn)生貴金屬電極頭剝離(電極頭的脫落)的擔心?？紤]到上述情況，在本實施例中，含與接地電極27的外層27B相同的鎳合金的鼓出部51以如下方式設置在貴金屬電極頭3 2和接地電極2 7的末端面2 7 s之間沿寬度方向延伸的邊界D處覆蓋貴金屬電極頭32的至少中央部。另外，鼓出部51有足夠的體積和寬度。因此，鼓出部51用作抵抗氧氣入侵的屏障，乂人而控制氧化皮的形成。鼓出部51還用作應力減小層。由于這些功能的協(xié)同效應，貴金屬電極頭32的耐剝離性能提高。
為確保上述效果，通過改變突出長度"A"或通過修改鼓出部51形成了不同的樣品，并進行了各種評價。實驗結果在下面給出。
作為第一個實驗，制備具有各種改變的突出長度"A"的樣品，評價氧化皮發(fā)展的程度。詳細地，制備具有各種不同突出長度"A"的接地電極樣品，然后進行臺式燃燒器(desk burner)評價試驗(如下進行試驗將用燃燒器加熱樣品2分鐘使得電極頭在其末端的溫度達到110 0 。C然后慢冷卻樣品1分鐘作為l個周期，重復進行1000個周期)，然后對進行試驗的樣品的截面進行觀察，評價產(chǎn)生氧化皮的長度K(參見圖9的示意圖) 與接地電極27和貴金屬電極頭32之間的界面區(qū)域的長度J(也參見圖9的示意圖)的比率。這里，氧化皮比率超過50%被認為是剝離界限。測示結果示出在圖6中。
如圖6所示，如果貴金屬電極頭的突出長度"A"是0.25mm 以上，氧化皮比率超過50%，因此達到剝離界限。換句話說，如果突出長度"A"被設定到0.25mm以上從而改善點火性和火花傳播能力，由氧化皮的形成產(chǎn)生的剝離(電極頭的脫落)更容易發(fā)生。
其后，作為第二個實驗，制備具有各種不同E/B比值的樣品，其中，B(mm)是貴金屬電極頭的寬度，El(mm)是鼓出部在沿寬度方向延伸并且從邊界線沿軸向偏離0.05 mm的線上的長度，E2(mm)是鼓出部在沿寬度方向延伸并且沿突出方向偏離0.05 mm的線上的長度，E(mm)是長度El和長度E2中較短的一方。以與第一個實驗相同的方式，進行臺式燃燒器試驗，
評價如此得到的氧化皮比率。測試結果示出在圖7中。在圖7中，菱形點示出E1二E2時的結果，圓形點示出E1<E2(E1/B=0.4, E2/B=0.6)時的結果，三角形點示出E1>E2(E1/B=0.6 , E2/B二0.4)時的結果。
如圖7所示，當E/B是0.5以上時，氧化皮比率降至50%以下。也就是，鼓出部有預定的體積，并且被構造成使得鼓出部在寬度方向上的尺寸占據(jù)超過貴金屬電極頭一半的寬度，即使是在從寬度方上的邊界分別沿軸向和突出方向偏離的位置。結果，更可靠地防止氧氣侵入，并且能夠有效地控制氧化皮的發(fā) 生。另外，當長度E1和E2不相等時，通過使長度E1和長度E2 中較小的一方符合關系E / B > 0.5 (在圓形點和三角形點二者中，能夠得到與E/B=0.4對應的結果)。
最后，作為第三個實驗，制備具有各種不同的距離F與最短距離G的比值的火花塞樣品，其中，F(xiàn)(mm)是鼓出部在突出方向上的突出端和貴金屬電極頭的突出端面之間的距離， G(mm)是火花放電間隙的最短距離，測量此時鼓出部中火花(火花放電)發(fā)生率。測試結果示出在圖8中。
如圖8所示，如果F/G的值為0.10以上，則火花放電正常完成，而不在鼓出部中飛火。相反，如果F/G的值降到0.10以下，則鼓出部中飛火發(fā)生率增加。因此，滿足關系F》0.1G的結構抑制鼓出部51和中心電極用貴金屬電極頭31之間火花放電，因此能在較長的時間防止貴金屬電極頭32的剝離。
盡管根據(jù)本發(fā)明的實施例給出了上述描述，本發(fā)明不限于此。實質上，當然地，可以采用實現(xiàn)本發(fā)明公開的原理的各種方式，而不脫離所附的權利要求的精神和范圍。例如，可以以如下方式實現(xiàn)本發(fā)明。(a) 在上述實施例中，貴金屬電極頭32從接地電極27的末端面27s朝向軸線CLl突出，中心電極用貴金屬電極頭31的外周和貴金屬電極頭3 2之間的間隙限定火花放電間隙3 3 。換句話說，在上述實施例中，火花放電發(fā)生在基本上垂直于軸線CL1 方向的方向上。與此相反，如圖10所示，可以采用以下結構貴金屬電極頭32在軸線CL1方向上的端面(即，圖IO中的下端面) 被布置成面對中心電極用貴金屬電極頭31的前端面(或者，作為可選方案，布置成面對中心電極5的前端面)。換句話說，本發(fā) 明的火花塞可以實現(xiàn)為火花放電發(fā)生在大致軸線CL1方向上的類型的火花塞。
(b) 在上述實施例中，使用了具有長方形截面的接地電極 27。然而，接地電才及27的截面形狀不限于長方形。例如，可以使用具有如圖IIA所示的多角形(圖IIA中為八角形)截面的接地電極271 ，可以使用具有如圖IIB所示的長圓形截面的接地電極272,可以使用具有如圖IIC所示的通過平坦化(flattening) 圓形的一部分而得到平坦面的截面的接地電極273,或者可以使用具有橢圓形截面或梯形截面的接地電極(未示出)。
(c) 上述實施例中的圖中示出的鼓出部51為示意性的表示。因此，可以在不背離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)形成鼓出部。例如，圖12是從前方觀察時火花塞的局部照片，圖13是從前方觀察時接地電極和貴金屬電極頭的照片，圖14是從前端側觀察時接地電極、貴金屬電極頭和中心電極用貴金屬電極頭的照片，圖15是從中心電極側觀察時貴金屬電極頭和其它元件的照片，圖16是從基端側觀察時接地電極、貴金屬電極頭和中心電極用貴金屬電極頭的照片。
另外，圖17到圖21示出在變型例(a)中描述的火花放電發(fā)生在大致軸線CL1方向的火花塞的照片。詳細地，圖17是從前方觀察時火花塞的局部照片，圖18是從前方觀察時接地電極
和貴金屬電極頭的照片，圖19是從前端側觀察時接地電極和貴金屬電極頭的照片，圖20是從中心電極側觀察時貴金屬電極頭和其它元件的照片，圖21是從基端側觀察時接地電極、貴金屬電極頭和中心電極用貴金屬電極頭的照片。
各圖中的各數(shù)值示出各部件的尺寸，各數(shù)值的單位均為 "mm"。
(d) 在上述實施例中，在將貴金屬電極頭32壓靠在接地電極 27的接近末端面27s的平坦面上而不在接地電才及27中形成凹槽等的狀態(tài)下，電阻焊接貴金屬電極頭32。貴金屬電極頭32的一部分被埋入接地電極27的平坦面的0.3mm以上的長度，通過使接地電極27的外層27B的構成成分-鎳合金伸出邊界D來形成鼓出部51。相反，可以形成凹槽，可以焊接貴金屬電極頭從而在凹槽中埋設貴金屬電極頭的一部分。另外，可以以相應的方式通過將鎳合金等重新結合到邊界D來設置鼓出部51。
(e) 在上述實施例中，作為形成中心電極用貴金屬電極頭31 的材料通過焊接被結合到中心電極5的前端。然而，可以采用不使用中心電極用貴金屬電極頭31的結構。
(f) 在上述實施例中，為方便描述，接地電極27被描述成僅具有兩層結構。然而，接地電極27可以具有三層結構或者具有四層以上的多層結構。優(yōu)選地，設置在外層27B內(nèi)側的內(nèi)層含有具有比外層27B的導熱性大的導熱性的金屬。例如，含銅合金或純銅的中間層可以設置在外層27B內(nèi)側，含純鎳的最內(nèi)層可以設置在中間層內(nèi)側。另外，也可以使用具有僅鎳制單層結構而不是多層結構的接地電極27。
本申請基于2007年11月20日遞交的日本專利申請 NO.2007-300824,該日本專利申請的全部內(nèi)容通過引用包含于此。
權利要求
1. 一種內(nèi)燃機用火花塞，其包括棒狀中心電極，該中心電極沿軸向從其前端向其基端延伸；基本圓筒狀的絕緣體，該絕緣體被布置在所述中心電極的外周，并且該絕緣體沿軸向從其前端向其基端延伸；基本圓筒狀的金屬殼，該金屬殼被布置在所述絕緣體的外周，并且該金屬殼沿軸向從其前端向其基端延伸；接地電極，該接地電極包括結合到所述金屬殼的前端面的基端部和朝向所述中心電極彎曲的末端部；第一貴金屬電極頭，該第一貴金屬電極頭被結合到所述接地電極的末端部，并且該第一貴金屬電極頭與所述中心電極的前端部相對從而限定間隙，所述第一貴金屬電極頭的一部分被埋設在所述接地電極中，所述第一貴金屬電極頭的另一部分從所述接地電極的所述末端部的末端面沿突出方向突出，使得滿足關系A≥0.25mm，其中，A(mm)是所述第一貴金屬電極頭從所述接地電極的末端部的末端面的突出長度；以及鼓出部，該鼓出部在所述第一貴金屬電極頭和所述接地電極的末端面之間的邊界處沿寬度方向覆蓋所述第一貴金屬電極頭的至少中央部。
2. 根據(jù)權利要求l所述的火花塞，其特征在于，滿足關系 E/B>0.5，其中，B(mm)是所述第一貴金屬電極頭的寬度， El(mm)是所述鼓出部在從所述邊界沿軸向偏離0.05mm且在寬度方向上延伸的線上的長度，E2(mm)是所述鼓出部在從所述邊界沿突出方向偏離0.05mm且在寬度方向上延伸的線上的長度，E(mm)是長度El和長度E2中較短的一方。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述第一貴金屬電極頭在所述突出方向上的突出端面與所述中心電極的前端部相對，以允許在與軸向基本上垂直的方向上火花放電。
4. 根據(jù)權利要求3所述的火花塞，其特征在于，滿足關系 F>0.1G,其中，F(xiàn)(mm)是所述鼓出部在所述突出方向上的突出端和所述第一貴金屬電極頭的突出端面之間的距離，G(mm) 是所述間隙的最短距離。
5. 根據(jù)權利要求3所述的火花塞，其特征在于，所述中心電極包括中心電才及主體和結合到所述中心電才及主體的前端部的第二貴金屬電極頭，其中，所述中心電極主體和所述第二貴金屬電極頭經(jīng)由熔融結合部彼此結合，所述中心電極主體和所述第二貴金屬電極頭的金屬性成分在該熔融結合部熔合，在所述第二貴金屬電極頭的外周面和所述第一貴金屬電極頭的所述突出端面之間設置所述間隙，以及滿足關系H〉 1.05xG，其中，H(mm)是所述第一貴金屬電極頭和所述熔融結合部之間的最短距離，G(mm)是所述間隙的最短距離。
6. 根據(jù)權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述第一貴金屬電極頭的基端面在軸向上與所述中心電極的所述前端部相對，以允許大致沿軸向火花》文電。
7. 根據(jù)權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述第一貴金屬電才及頭的前端面#:定位在所述軸向上比所述中心電極的前端更靠前端側的位置。
8. 根據(jù)權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述第一貴金屬電極頭的寬度比所述中心電極的前端部的直徑或寬度大。
9. 根據(jù)權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述第一貴金屬電極頭為棱柱狀。
10. 根據(jù)權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，通過電阻焊接使所述第一貴金屬電極頭結合到所述接地電極。
11. 根據(jù)權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述鼓出部包含與所述接地電極中包含的金屬性材料相同的金屬性材料。
12. 根據(jù)權利要求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電極的金屬性材料形成。
13. 根據(jù)權利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述接地電極具有外金屬性層，并且由源自所述接地電極的該外金屬性層的金屬性材料形成所述鼓出部。
14. 根據(jù)權利要求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電極的金屬性材料形成。
15. —種制造權利要求1或2所述的火花塞的方法，所述方法包括在將所述第一貴金屬電極頭壓靠到所述接地電極的鄰近所述末端面的平坦面上的狀態(tài)，通過電阻焊接將所述第一貴金屬電極頭結合到所述接地電極，使得所述貴金屬電極頭從所述平坦面埋入0.3mm以上的距離，從而使所述接地電極的成分在所述邊界處突出而形成所述鼓出部。
全文摘要
一種內(nèi)燃機用火花塞，其包括棒狀中心電極；絕緣體；金屬殼；結合到金屬殼并朝向中心電極彎曲的接地電極；結合到接地電極的端部并且隔著間隙與中心電極的前端部相對的貴金屬電極頭；和鼓出部。貴金屬電極頭的一部分埋設在接地電極中，貴金屬電極頭的另一部分從接地電極的末端面突出。滿足關系A≥0.25mm，其中，A(mm)是貴金屬電極頭從所述末端面的突出長度。鼓出部覆蓋貴金屬電極頭和所述末端面之間在寬度方向上的邊界的中央部。在一個優(yōu)選實施例中，鼓出部包含與接地電極中包含的金屬性材料相同的金屬性材料。
文檔編號H01T13/34GK101442187SQ20081018097
公開日2009年5月27日申請日期2008年11月20日優(yōu)先權日2007年11月20日
發(fā)明者無笹守, 龜田裕之申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社

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