CN101276998A - 火花塞的制造方法及火花塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种火花塞的制造方法及火花塞。该火花塞(100)包括中心电极(130)和接地电极(140)，通过将接地电极电极头(143)经由中间构件(142)接合到接地电极基材(141)形成该接地电极(140)。火花塞(100)的制造方法包括：在中间构件(142)上设置突出部(142p)，通过突出部(142p)将中间构件(142)凸焊到接地电极基材(141)，由此将中间构件(142)接合到接地电极基材(141)。此外，火花塞(100)的中间构件(142)包括圆柱部(142e)和凸缘部(142d)，该圆柱部(142e)被接合到接地电极电极头(143)，该凸缘部(142d)被接合到接地电极基材(141)，凸缘部(142d)具有比圆柱部(142e)的直径大的直径。

Description

火花塞的制造方法及火花塞
技术领域
本发明涉及一种内燃机用火花塞的制造方法以及由该方法制造的火花塞，更特别地，本发明涉及一种具有外部电极电极头经由中间构件接合到外部电极基材的外部电极的火花塞的制造方法以及由该方法制造的火花塞。
背景技术
传统已知的火花塞包括具有中心电极和外部电极电极头经由中间构件接合到外部电极基材的外部电极的火花塞。例如，专利文献1和专利文献2公开了这样的火花塞。
在专利文献1中，如下制造火花塞的外部电极。也就是说，电极头状的耐火花消耗性电极材料(外部电极电极头)通过TIG焊接(钨极电弧惰性气体保护焊)或激光焊接接合到由耐腐蚀性基体金属制成的棒状构件(中间构件)的端部。随后，耐腐蚀性基体金属构件(中间构件)被切削为适当的尺寸。该耐腐蚀性基体金属构件(中间构件)和该外部电极(外部电极基材)的平面彼此接触，并且通过电阻焊接焊接在一起，由此形成了外部电极(参见专利文献1的权利要求以及其它部分)。
在专利文献2中，如下制造外部电极。也就是说，预先制造具有相互平行的第一和第二表面的中间构件，并且电极头(外部电极电极头)被激光焊接到该中间构件的第一表面。随后，该中间构件的第二表面和电极基材(外部电极基材)的接合面彼此接触，并且通过电阻焊接焊接在一起，由此形成了外部电极(参见专利文献2的权利要求以及其它部分)。在通过电阻焊接机按压中间构件的圆周边缘部的同时，通过向该圆周边缘部供给电流来进行中间构件与电极基材(外部电极基材)之间的电阻焊接。
[专利文献1]日本特开平8-298178号公报
[专利文献2]日本特开2004-134209号公报
本发明要解决的问题
然而，当根据专利文献1或2制造的火花塞经受热循环试验时，可能在中间构件与外部电极基材之间的径向中央部产生大的间隙，在该热循环试验中，多次重复将火花塞加热至高温然后自然地冷却的加热循环。该间隙导致中间构件与外部电极基材之间的接合的可靠性劣化。此外，在某些情况下，在外部电极电极头与中间构件之间的熔化金属合金部中的外周处会产生中空部。
可以想象，在中间构件和外部电极基材之间的径向中央部产生大的间隙的原因如下。即，当中间构件与外部电极基材电阻焊接时，中间构件的圆周边缘部压靠外部电极基材。因此，在该圆周边缘部，中间构件与外部电极基材必定混合地熔化和焊接。然而，由于没有压力作用在中间构件的径向中央部，因此，在该中央部，中间构件与外部电极基材在某些情况下没有可靠地焊接。因此，当进行热循环试验时，由于那时产生的热应力，易于在中间构件与外部电极基材没有可靠地焊接的径向中央部形成大的间隙。
此外，在外部电极电极头与中间构件之间的熔化金属部中形成中空部的原因如下。即，如上所述，当在中间构件与外部电极基材之间的径向中央部存在大的间隙时，从外部电极电极头向外部电极基材的热传递劣化。因此，在热循环试验期间，外部电极电极头与中间构件之间的熔化金属部承受很高的温度。结果，熔化金属部经受高温氧化，从而构成熔化金属部的合金被逐渐消耗，形成中空部。此外，在专利文献1的火花塞中，为了确保中间构件与外部电极基材之间的充分的接合面积，必须增加整个中间构件的尺寸。相反地，在专利文献2的火花塞中，中间构件具有台阶结构；即，具有圆柱部和凸缘部，该圆柱部具有较小的直径，该凸缘部具有较大的直径。从而，在圆柱部的直径与外部电极电极头的直径相匹配的同时，可以调整凸缘的直径，以确保充分的接合面积。然而，由于中间构件被构造成圆柱部在激光焊接期间消失，并且激光焊接后仅剩下凸缘部，因此，激光焊接期间的激光束的入射角可能受到凸缘部的限制。
发明内容
考虑到上述情况，已经作出了本发明，本发明的目的是提供一种具有经由中间构件接合到外部电极基材的外部电极电极头的火花塞的制造方法，其中，即使当经受严酷的热循环试验时，在中间构件与外部电极基材之间几乎不产生大的间隙，并且在外部电极电极头与中间构件之间的熔化金属部中几乎不产生中空凹部。本发明的另一目的是提供通过该制造方法制造的火花塞。
在第一方面中，通过提供一种火花塞的制造方法实现了本发明的上述目的，该火花塞包括中心电极和外部电极，该外部电极隔着放电间隙面对中心电极，并且被构造成外部电极电极头经由中间构件被接合到外部电极基材，该方法包括：借助于设置在中间构件和外部电极基材中的至少一个上的突出部将中间构件凸焊(projection-welding)到外部电极基材。
根据本发明的制造方法包括借助于设置在中间构件和外部电极基材中的至少一个上的突出部将中间构件凸焊到外部电极基材的凸焊步骤。与采用传统的电阻焊接技术的情况相比，这使得中间构件和外部电极基材在较大的面积上可靠地焊接在一起。因此，当如此制造的火花塞经受严酷的热循环试验时，可以防止在中间构件与外部电极基材之间形成大的间隙。此外，由于中间构件与外部电极基材在大面积上可靠地焊接在一起，因此，改进了从外部电极电极头向外部电极基材的热传递。因此，当如此制造的火花塞经受严酷的热循环试验时，可以防止在外部电极电极头与中间构件之间的熔化金属部中形成中空凹部，否则由于高温氧化可能产生该中空凹部。
特别地，突出部可以仅设置在中间构件或外部电极基材上，或者可以设置在中间构件和外部电极基材二者上。此外，可以设置单一突出部或多个突出部。此外，只要选择的形状适于凸焊，就可以自由地改变突出部的形状。例如，突出部可以呈圆柱状或方柱状。而且，突出部可以具有球状远端面或点状远端。
在优选实施方式中，突出部设置在中间构件和外部电极基材中的至少一个上，使得在凸焊时，突出部位于中间构件的圆周边缘的径向内侧。
如上所述，如果在中间构件和外部电极基材之间产生大的间隙，特别地，在中间构件的径向中央部产生大的间隙，则从外部电极电极头向外部电极基材的热传递劣化，使得在热循环试验期间，由于高温氧化导致在外部电极电极头与中间构件之间的熔化金属部中可能产生中空凹部。
相反地，根据本发明，突出部设置在中间构件和外部电极基材中的至少一个上，使得在凸焊时，突出部位于中间构件的圆周边缘的径向内侧。因此，当进行上述凸焊时，中间构件和外部电极基材的位于中间构件的圆周边缘的径向内侧的部分容易被可靠地焊接在一起，从而防止在中间构件的径向内侧部分与外部电极基材之间形成大的间隙。因此，即使当如此制造的火花塞经受严酷的热循环试验时，可以更可靠地防止在外部电极电极头与中间构件之间的熔化金属部中形成中空凹部，否则由于高温氧化可能产生该凹部。
在上述火花塞的制造方法中，优选地，突出部设置在中间构件和外部电极基材中的至少一个上，使得在凸焊时，突出部位于中间构件的径向中央部。
根据本发明，突出部设置在中间构件和外部电极基材中的至少一个上，使得在凸焊时，突出部位于中间构件的径向中央部。因此，当进行上述凸焊时，中间构件和外部电极基材的位于中间构件的径向中央部的部分容易被可靠地焊接在一起，以加强热传递。从而，防止了在中间构件的径向中央部与外部电极基材之间形成大的间隙。因此，即使当如此制造的火花塞经受严酷的热循环试验时，可以更可靠地防止在外部电极电极头与中间构件之间的熔化金属部中形成中空凹部，否则由于高温氧化可能产生该凹部。
在另一优选实施方式中，突出部的与突出部的轴向垂直的截面的平均截面积为0.03mm2至0.2mm2，该突出部的突出长度为0.05mm至0.2mm。
当突出部的平均截面积小于0.03mm2并且过小或大于0.2mm2或当突出长度小于0.05mm并且过小或大于0.2mm时，在凸焊时，将中间构件在大面积上可靠地焊接到外部电极基材时可能遇到一些困难。
相反地，根据本发明，突出部具有0.03mm2至0.2mm2的平均截面积，以及0.05mm至0.2mm的突出长度，由此，在凸焊时，中间构件和外部电极基材可以在大面积上更可靠地焊接在一起。
特别地，术语“平均截面积”指的是从突出部的轴向远端至轴向近端，突出部的与突出部的轴向垂直的截面的面积的平均值。此外，在设置多个突出部的情况下，术语“平均截面积”指的是这些突出部的各个平均截面积的总和。
在另一优选实施方式中，所述方法包括在凸焊时通过电阻焊接机按压中间构件的边缘部，该边缘部具有0.2mm以上的厚度。
如果中间构件的被电阻焊接机按压的边缘部的厚度小于0.2mm并且过小，则在凸焊时，边缘部可能产生如翘曲等变形，从而导致与焊接相关的缺陷。
相反地，根据本发明，被电阻焊接机按压的边缘部具有0.2mm以上的厚度。因此，在凸焊时，边缘部没有变形，使得中间构件和外部电极基材可以更可靠地焊接在一起。
在另一优选实施方式中，中间构件由含镍量为80wt％以上的镍合金形成。
如上所述，在从外部电极电极头向外部电极基材的热传递很差的情况下，当进行严酷的热循环试验时，由于高温氧化导致在外部电极电极头和中间构件之间的熔化金属部中可能产生中空凹部。
为了克服该缺点，在本发明中，中间构件由含镍量为80wt％以上的镍合金形成。因此，中间构件具有高导热性，从而改进了从外部电极电极头向外部电极基材的热传递。因此，即使当进行严酷的热循环试验时，也可以更可靠地防止在外部电极电极头和中间构件之间的熔化金属部中形成中空凹部。
在另一优选实施方式中，中间构件包括由镍合金形成的镍合金部，以及埋设在镍合金部中的铜金属部。
如上所述，在从外部电极电极头向外部电极基材的热传递很差的情况下，当进行严酷的热循环试验时，由于高温氧化导致在外部电极电极头和中间构件之间的熔化金属部中可能产生中空凹部。
为了克服该缺点，在本发明中，中间构件包括由镍合金形成的镍合金部，以及埋设在镍合金部中的铜金属部。由于中间构件包括具有相当高的导热性的铜金属部，因此，整个中间构件的导热性也很高，从而改进了从外部电极电极头向外部电极基材的热传递。因此，即使当进行严酷的热循环试验时，也可以更可靠地防止在外部电极电极头和中间构件之间的熔化金属部中形成中空凹部。
在另一优选实施方式中，所述方法包括通过锻造加工(header working)或压力加工在中间构件和外部电极基材中的至少一个上形成突出部。
根据本发明，通过锻造加工(例如，参见通过引用包含于此的美国专利Nos.6,597,089，7,084,558和7,321,137)或压力加工(例如，参见通过引用包含于此的美国专利Nos.6,960,729，6,583,366和6,359,332)在中间构件和外部电极基材的至少一个上设置突出部。该步骤允许容易且可靠地形成突出部。
在第二方面中，本发明提供一种包括中心电极和外部电极的火花塞。外部电极包括：贵金属电极头，其隔着放电间隙面对中心电极；外部电极基材；中间构件，用于连接贵金属电极头和外部电极基材；以及熔化金属部，其通过激光焊接形成在贵金属电极头和中间构件之间。中间构件包括：圆柱部，其被接合到贵金属电极头；以及凸缘部，其被接合到外部电极基材，并且具有比圆柱部的直径大的直径。
根据本发明，火花塞被构造成在激光焊接完成之后保留圆柱部。因此，在激光焊接时，凸缘部不限制激光束的入射角，从而可以容易地形成熔化金属部。另外，熔化金属部可以与凸缘部分开一定距离以上。在该情况下，当通过电阻焊接等使中间构件经由凸缘部接合到外部电极基材时，几乎不发生熔化金属部的劣化。特别地，在第二方面的优选实施方式中，火花塞满足0.05mm≤h1≤0.3mm的关系，其中，h1表示圆柱部的高度。
在第二方面的另一优选实施方式中，熔化金属部形成在贵金属电极头与圆柱部之间的整个接合面上，并且满足h1＜h2的关系，其中，h2表示沿贵金属电极头的中心线测量的熔化金属部的下端与凸缘部的上表面之间的距离。特别地，在用于中间构件与外部电极基材之间的凸焊的突出部设置在凸缘部的下表面的中央的情况下，凸缘部的中央附近的温度最高。在该中央部，熔化金属部可以与高温部分开。
在第二方面的另一优选实施方式中，火花塞满足h3＞h1的关系，其中，h3表示从熔化金属部测量的贵金属电极头的突出高度。这样，接地电极电极头的突出高度h3比圆柱部的高度h1占预定突出高度H(参加图3)的部分大，由此可以改进外部电极的耐火花消耗性。
附图说明
图1是根据实施方式1的火花塞的侧视图。
图2是根据实施方式1的火花塞的示出了中心电极、接地电极及其周围部分的局部放大图。
图3是根据实施方式1的火花塞的示出了接地电极的远端及其附近的局部放大图。
图4A和图4B涉及根据实施方式1的火花塞的制造方法，其中，图4A是制造火花塞时使用的中间构件的侧视图，图4B是从突出部侧观察时的中间构件的平面图。
图5涉及根据实施方式1的火花塞的制造方法，并且是示出了将接地电极电极头激光焊接到中间构件的步骤的说明图。
图6涉及根据实施方式1的火花塞的制造方法，并且是示出了将接地电极电极头焊接到中间构件之后的状态的说明图。
图7涉及根据实施方式1的火花塞的制造方法，并且是示出了将中间构件凸焊到接地电极基材的步骤的说明图。
图8涉及根据变形实施方式的火花塞的制造方法，并且是制造火花塞时使用的中间构件的侧视图。
图9A和图9B涉及根据实施方式2的火花塞，其中，图9A是制造火花塞时使用的中间构件的侧视图，图9B是从突出部侧观察时的中间构件的平面图。
图10A和图10B涉及根据实施方式3的火花塞，其中，图10A是制造火花塞时使用的中间构件的侧视图，图10B是从突出部侧观察时的中间构件的平面图。
图11涉及根据实施方式4的火花塞，并且是接地电极基材的远端部的侧视图。
附图标记的说明
用于识别附图的各个结构元件的附图标记包括：
100，200，300，400，500：火花塞
130：中心电极
131：中心电极基材
133：中心电极电极头
140：接地电极(外部电极)
141，441：接地电极基材(外部电极基材)
141g，441g：铜金属部
141h，441h：高镍含量合金部
142，242，342，542：中间构件
142d，242d，342d，542d：凸缘部(边缘部)
242g，342g，542g：铜金属部
242h，342h，542h：高镍含量合金部
142p，242p，342p，441p，542p：突出部
143：接地电极电极头(外部电极电极头)
145：电阻焊接部
146：熔化金属部
AX：轴线
G：放电间隙
L：突出长度
D：厚度
TY：电阻焊接机
具体实施方式
实施方式1
现在将参照附图详细说明本发明的实施方式。然而，本发明不应该被解释为限于这些实施方式。
图1示出了根据实施方式1的火花塞100。图2示出了中心电极130、接地电极(外部电极)140、以及其周围部分。图3示出了接地电极140的远端及其附近。该火花塞100是被安装到发动机的气缸盖的内燃机用火花塞。
如图1所示，火花塞100包括金属壳110、绝缘体120、中心电极130、以及接地电极140。
金属壳110由低碳钢形成，并且呈沿轴线AX方向延伸的筒状。金属壳110包括：凸缘部110f，其具有大直径；工具卡合部110m，其位于凸缘部110f的近端侧(图1的上侧)，具有六边形的截面，当火花塞100被安装到气缸盖时，该工具卡合部与工具接合；弯边部(crimp portion)110n，其位于工具卡合部110m的近端侧，并且用于通过弯边将绝缘体120固定到金属壳110。此外，在凸缘部110f的远端侧(图1中的下侧)，金属壳110包括远端部110s，该远端部的直径比凸缘部110f的直径小，并且具有形成在远端部的外圆周上的安装螺纹部110g。安装螺纹部110g用于将火花塞100螺纹连接到气缸盖中。
绝缘体120由氧化铝基陶瓷形成，并且其圆周被金属壳110环绕。绝缘体120的远端部120s从金属壳110的远端面110sc朝向远端侧(图1中的下侧)突出。绝缘体120的近端部120k从金属壳110的弯边部110n朝向近端侧(图1中的上侧)突出。沿轴线AX方向延伸的轴孔形成在绝缘体120中。中心电极130被插入并且固定到轴孔的远端侧(图1中的下侧)，用于向中心电极130供给高电压的金属端子150被插入并且固定到轴孔的近端侧(图1中的上侧)。
在中心电极130从绝缘体120的远端面120sc朝向远端侧(图1中的下侧)突出的状态下，由绝缘体120保持中心电极130。如图2所示，该中心电极130由位于近端侧(图2中的上侧)的中心电极基材131和位于远端侧(图2中的下侧)的中心电极电极头133构成。
中心电极基材131呈圆柱状，并且由铜金属部和包围铜金属部的高镍含量合金部构成。铜金属部由具有高导热性的铜形成。高镍含量合金部由含镍量为80wt％以上的镍合金(具体地，INCONEL600)形成。
中心电极电极头133呈圆柱状，并且通过激光焊接接合到中心电极基材131，使得中心电极电极头133朝向远端侧(图2中的下侧)突出。该中心电极电极头133由贵金属合金形成，具体地，由铱-铂合金形成。
同时，如图2和图3所示，接地电极140由位于远端侧(这些附图中的下侧)的接地电极基材(外部电极基材)141、位于近端侧(这些附图中的上侧)的接地电极电极头(外部电极电极头)143、以及布置在接地电极基材141与接地电极电极头143之间的中间构件142构成。
接地电极基材141由铜金属部141g和包围铜金属部141g的高镍含量合金部141h构成。铜金属部141g由具有高导热性的铜形成。高镍含量合金部141h由含镍量为80wt％以上的镍合金(具体地，INCONEL
Figure A20081008910800161
601)形成。接地电极基材141的近端部141k被焊接到金属壳110的远端面110sc，接地电极基材141的远端部141s朝向轴线AX弯曲，使得面向径向内侧的内侧面141m被布置成与中心电极130的中心电极电极头133相对。
中间构件142(参见图4A和图4B)由呈大直径的圆柱状并且位于远端侧(图4A中的下侧)的凸缘部(边缘部)142d、以及呈比凸缘部的直径小的圆柱状并且位于近端侧(图4A中的上侧)的圆柱部142e构成。整个中间构件142由含镍量为80wt％以上的镍合金(具体地，INCONEL
Figure A20081008910800162
601)形成。
如图3所示，由于中间构件142(凸缘部142d)和接地电极基材141通过焊接接合，因此，在中间构件142与接地电极基材141之间形成了电阻焊接部145，使得电阻焊接部145朝向接地电极基材141凸出。特别地，在本实施方式1中，由于中间构件142和接地电极基材141通过如下所述的凸焊接合，因此，中间构件142和接地电极基材141在中间构件142的径向中央附近的大面积上可靠地焊接在一起。
接地电极电极头143(参见图5)呈圆柱状，并且由例如铂-铑合金等贵金属合金形成，并且具有比圆柱部142e小的直径。接地电极电极头143被接合到中间构件142的圆柱部142e，使得接地电极电极头143朝向近端侧(图3中的上侧)突出，并且面对中心电极电极头133。由于接地电极143与中间构件142通过激光焊接接合，因此，由于接地电极电极头143与中间构件142彼此熔化混合以及凝固，在接地电极电极头143与中间构件142之间形成了熔化金属部146。圆柱部142e的高度h1(沿外圆周面测量的熔化金属部146的下端与凸缘部142d的上表面之间的距离)是0.05mm至0.3mm。沿接地电极电极头143的中心线O测量的熔化金属部146的下端与凸缘部142d的上表面之间的距离h2等于或大于圆柱部的高度h1。从而，熔化金属部146与电阻焊接部145之间的距离朝向中心线O增加。
接地电极电极头143具有从接地电极基材141的内侧面141m测量时的0.80mm的突出长度H。此外，接地电极电极头143的从熔化金属部146突出的突出高度h3大于圆柱部的高度h1。也就是说，熔化金属部146形成在相比于接地电极电极头143的远端面，更接近凸缘部142d的上表面的位置。这意味着接地电极电极头143的突出高度h3比圆柱部的高度h1占预定突出高度H的部分大，由此可以改进接地电极140的耐火花消耗性。
而且，沿外圆周面测量的熔化金属部146的高度h4大于圆柱部的高度h1，以确保充分的焊接强度。
接地电极电极头143与中心电极电极头133之间的间隙作为产生火花放电的放电间隙G。
接着，将说明上述火花塞100的制造方法。
首先，以已知方式制造具有中心电极基材131与中心电极电极头133的中心电极130。例如，中心电极电极头133被激光焊接到中心电极基材131，由此完成中心电极130。
随后，根据已知的方法，将中心电极130组装到分开形成的绝缘体120，将端子金属件150等也组装到绝缘体120，随后进行玻璃封接。此外，制备金属壳110，并且根据已知的方法将棒状接地电极基材141(中间构件142和接地电极电极头143还没有接合、并且还没有弯曲的接地电极基材141)接合到金属壳110。然后，根据已知的方法，将已经组装有中心电极130等的绝缘体120组装到已经接合有接地电极基材141的金属壳110，并且进行弯边和其它需要的操作。
通过锻造加工分开制造具有如图4A和图4B所示的突出部142p的中间构件142。该步骤对应于本发明的突出部形成步骤。该中间构件142在焊接前包括：凸缘部(边缘部)142d，其具有大直径和0.25mm的厚度D；圆柱部142e，其具有小直径并且设置在凸缘部142d的一个主面的径向中央；以及单一突出部142p，其设置在凸缘部142d的另一主面的径向中央，并且用于如下所述的凸焊。因此，突出部142p位于中间构件142的圆周边缘142f的径向内侧，并且布置在中间构件142的径向中央。该突出部142p呈具有0.07mm2的截面积(平均截面积)S和0.10mm的突出长度L的圆柱状。
特别地，在突出部形成步骤中，可以通过压力加工而不是锻造加工制造具有突出部142p的中间构件142。
分开制备具有圆柱状的接地电极电极头143。随后，如图5所示，将该接地电极电极头143布置在中间构件142的圆柱部142e的中央部上，并且在其整个或部分圆周上作用如图5中的箭头所示的激光束LS，从而将接地电极电极头143和中间构件142激光焊接。从而，如图6所示，由于两个构件彼此熔化混合以及凝固，在接地电极电极头143与中间构件142之间形成了熔化金属部146。特别地，由于通常水平地而不是倾斜地作用激光束LS，因此，可以使沿图3中的中心线O测量的熔化金属部146与凸缘142d的上表面之间的距离h2大于沿外圆周方向测量的对应的距离h1。由于熔化金属部146形成在与凸缘部142d的上表面分开的位置，因此，可以在没有被凸缘部142d阻碍的情况下沿水平方向作用激光束LS。熔化金属部146的下端与凸缘部142d的上表面彼此分开与保留的圆柱部142e的高度对应的距离。形成熔化金属部146后测量的圆柱部142e的高度h1优选在0.05mm至0.3mm的范围内。圆柱部142e的高度h1提供了保护熔化金属部146免受在如下所述的凸焊时产生的热量的效果。
接着，在凸焊步骤中，如图7所示，接合有接地电极电极头143的中间构件142被凸焊到接地电极基材141。具体地，使电阻焊接机TY按压中间构件142的凸缘部142d的外周部，使得中间构件142的突出部142p与接地电极基材141压接。在该状态下，电流作用到凸缘部142d，并且集中到突出部142p，从而将中间构件142与接地电极基材141凸焊。从而，如图3所示，在径向中央部附近的大面积上形成了电阻焊接部145，使得电阻焊接部145朝向接地电极基材141凸出。特别地，沿接地电极电极头143的中心线O测量的预先形成的熔化金属部146的下端与凸缘部142d的上表面之间的距离h2大于沿外圆周表面测量的预先形成的熔化金属部146与凸缘部142d的上表面之间的距离(即，圆柱部的高度h1)。因此，可以使熔化金属部146与电阻焊接部145之间的距离在中心线O附近充分大，其中，在中心线O处，凸焊时温度可能变得最高。
然后，接地电极140朝向轴线AX弯曲，以具有预定形状并且在接地电极140与中心电极130之间形成放电间隙G。从而，完成了上述火花塞100。
如上所述，在本实施方式1中，突出部142p设置在中间构件142上，中间构件142与接地电极基材141借助于突出部142p凸焊在一起。与传统的电阻焊接相比，这使得中间构件142与接地电极基材141能够在径向中央附近的大面积上可靠地焊接。因此，当如此制造的火花塞100经受如下所述的严酷的热循环试验时，可以防止在中间构件142与接地电极基材141之间形成大的间隙。
特别地，突出部142p布置在中间构件142的圆周边缘142f的径向内侧；例如，布置在径向中央。由于该配置，中间构件142与接地电极基材141可以在有助于热传递的径向中央部附近的大面积上可靠地焊接，从而改进了从接地电极电极头143向接地电极基材141的热传递。因此，当如此制造的火花塞100经受如下所述的严酷的热循环试验时，可以防止在接地电极电极头143与中间构件142之间的熔化金属部146中形成中空凹部，否则由于高温氧化将形成该凹部。
此外，在本实施方式1中，突出部142p的截面积(平均截面积)S被设定在0.03mm2至0.2mm2的范围内(例如，被设定为0.07mm2)，突起长度L被设定在0.05mm至0.2mm的范围内(例如，被设定为0.10mm)。因此，在凸焊时，中间构件142与接地电极基材141可以在大面积上可靠地焊接。
此外，被电阻焊接机TY按压的凸缘部142d的厚度D被设定为等于或大于0.2mm(例如，被设定为0.25mm)。因此，即使当凸焊时按压凸缘部时，在凸缘部142d处也不会发生翘曲等变形，使得中间构件142与外部电极基材141可以更可靠地焊接。
而且，在本实施方式1中，整个中间构件142由含镍量为80wt％以上的镍合金形成。因此，中间构件142具有高导热性，由此改进了从接地电极电极头143向接地电极基材141的热传递。因此，当如此制造的火花塞100经受如下所述的严酷的热循环试验时，可以更可靠地防止在接地电极电极头143与中间构件142之间的熔化金属部146中形成中空凹部。
此外，在本实施方式1中，通过锻造加工将突出部142p设置在中间构件142上。这使得在中间构件142上容易并且可靠地形成突出部142p。
实施例
为了检验本实施方式的效果，以与上述实施方式1类似的方式制造15种类型的火花塞100作为本发明的实施例。在这些实施例中，如表1所示，突出部142p的截面积(平均截面积)S在0.015mm2至0.25mm2的范围内变化，突出长度L在0.03mm至0.28mm的范围内变化，中间构件142的凸缘部142d的厚度D在0.15mm至0.25mm的范围内变化。
同时，除没有设置突出部142p外，以与上述实施方式1类似的方式制造火花塞作为比较例。
表1
  截面积S(mm2)  突出长度L(mm)   厚度D(mm)   热循环试验的结果
  实施例1   0.03  0.05   0.20   AA
  实施例2   0.03  0.10   0.20   AA
  实施例3   0.03  0.20   0.20   AA
  实施例4   0.07  0.05   0.25   AA
  实施例5   0.07  0.10   0.15   AA
  实施例6   0.07  0.10   0.20   AA
  实施例7   0.07   0.10   0.25   AA
  实施例8   0.07   0.20   0.25   AA
  实施例9   0.20   0.05   0.25   AA
  实施例10   0.20   0.10   0.25   AA
  实施例11   0.20   0.20   0.25   AA
  实施例12   0.015   0.10   0.25   BB
  实施例13   0.25   0.10   0.25   BB
  实施例14   0.07   0.03   0.25   BB
  实施例15   0.07   0.28   0.25   BB
  比较例   -   -   0.25   XX
接着，如此制备的火花塞100经受如下的热循环试验。也就是，将每个火花塞在1000℃时加热2分钟然后自然冷却火花塞1分钟的加热循环重复1000次。试验后，观察电阻焊接部145。
具体地，沿通过中间构件142的轴线的平面切断接地电极140，并且蚀刻该截面。在该截面上，观察中间构件142与接地电极基材141之间的接合面，从而确定氧化层(oxidized scale)的成长度。计算氧化层的总长度(未接合部分的总长度)与中间构件142(具体地，凸缘部142d)的沿与轴线垂直的方向的长度之比作为氧化层的比率。氧化层的比率小于10％的每个样品被判断为非常良好，在表中记为“AA”等级。氧化层的比率在10％至50％的范围内的每个样品被判断为比较良好，在表中记为“BB”等级。氧化层的比率大于50％的样品被判断为差，在表中记为“XX”等级。
在设置突出部142p的实施例1至实施例15中，氧化层的比率最多为50％，获得了良好的结果。相反地，在没有设置突出部142p的比较例中，氧化层的比率超过50％。这些结果表示：利用突出部142p的凸焊提供了中间构件142与接地电极基材141之间的改进的接合，因此产生的火花塞可以经受严酷的热循环试验。
然后，将详细研究实施例1至实施例15的结果。在突出部142p的截面积S被设定在0.03mm2至0.20mm2的范围内并且突出长度L被设定在0.05mm至0.20mm的范围内的实施例1至实施例11中，氧化层的比率小；即，小于10％，获得了非常良好的结果。
相反地，在突出部142p的截面积S被设定为0.015mm2或0.25mm2的实施例12和实施例13中，氧化层的比率较小；即，在10％至50％的范围中，获得了比较良好的结果。然而，与上述实施例1至实施例11相比，氧化层的比率增加。这表示：优选将突出部142p的截面积S设定在0.03mm2至0.20mm2的范围内。
此外，在突出长度L被设定为0.03mm或0.28mm的实施例14和实施例15中，氧化层的比率较小；即，在10％至50％的范围中，获得了比较良好的结果。然而，与上述实施例1至实施例11相比，氧化层的比率增加。这表示：优选将突出长度L设定在0.05mm至0.20mm的范围内。
而且，如表2所示，对实施例5至实施例7制造的火花塞100进行视觉检查，以判断中间构件142是否翘曲。没有翘曲的样品被判断为良好，在表中记为“AA”等级。同时，翘曲的样品被判断为差，在表中记为“XX”等级。
表2
  截面积S(mm2)   突出长度L(mm)   厚度D(mm)   翘曲判断
  实施例5   0.07   0.10   0.15   XX
  实施例6   0.07   0.10   0.20   AA
  实施例7   0.07   0.10   0.25   AA
在中间构件142的凸缘部142d的厚度D被设定为0.20mm或0.25mm的实施例6和实施例7中，中间构件142没有翘曲。同时，在厚度D被设定为0.15mm的实施例5中，中间构件142的凸缘部142d翘曲。这些结果表示：为了消除翘曲，期望将中间构件142的凸缘部142d的厚度D设定为0.20mm以上。
变形实施方式
接着，将说明上述实施方式1的变形例。特别地，与上述实施方式1类似的部分的说明将不再重复或被简化。图8示出了用于制造根据本变形例的火花塞500的中间构件542。除用于制造火花塞500的中间构件542与上述实施方式1的中间构件142(参见图4A和图4B)不同外，本变形例与上述实施方式1相同。
该中间构件542具有与上述实施方式1的中间构件142相同的外形。也就是说，中间构件542由具有大直径的凸缘部(边缘部)542d；设置在凸缘部542d的一个主面的径向中央且具有小直径的圆柱部542e；以及设置在凸缘部542d的另一主面的径向中央的单一突出部542p构成。
然而，中间构件542的内部与上述实施方式1的中间构件142的内部不同。也就是说，中间构件542包括由具有高导热性的铜形成的铜金属部542g，以及包围铜金属部542g的高镍含量合金部542h。高镍含量合金部542h由含镍量为80wt％以上的镍合金(例如，INCONEL
Figure A20081008910800251
601)形成。
由于中间构件542包括具有非常高的导热性的铜金属部542g，因此，整个中间构件542的导热性也很高，从而改进了从接地电极电极头143向接地电极基材141的热传递。因此，当进行如上所述的严酷的热循环试验时，可以更可靠地防止在接地电极电极头143与中间构件542之间的熔化金属部中形成中空凹部。
实施方式2
接着，将说明第二实施方式。特别地，与上述实施方式1类似的部分的说明将不再重复或被简化。图9A和图9B示出了用于制造根据本实施方式2的火花塞200的中间构件242。除用于制造火花塞200的中间构件242与上述实施方式1的中间构件142(参见图4A和图4B)不同外，本实施方式2与上述实施方式1基本相同。
该中间构件242包括由铜形成的铜金属部242g，以及由镍合金形成、并且覆盖铜金属部242g的高镍含量合金部242h。中间构件242具有凸缘部242d和圆柱部242e，该凸缘部242d具有大直径，该圆柱部242e具有小直径。用于进行凸焊的多个(两个)突出部242p设置在中间构件242的圆周边缘242f的径向内侧的凸缘部242d上。即使在如上所述设置多个突出部242p，并且中间构件242利用这些突出部242p被凸焊到接地电极基材141的情况下，中间构件242和接地电极基地材料141可以在覆盖中间构件242的径向中央附近的大面积上可靠地焊接在一起。与上述实施方式1类似的部分实现与上述实施方式1相同的作用和效果。
实施方式3
接着，将说明第三实施方式。特别地，与上述实施方式1或2类似的部分的说明将不再重复或被简化。图10A和图10B示出了用于制造根据本实施方式3的火花塞300的中间构件342。除用于制造火花塞300的中间构件342与上述实施方式1和2的中间构件142和242不同外，本实施方式3与上述实施方式1和2基本相同。
该中间构件342包括由铜形成的铜金属部342g，以及由镍合金形成、并且覆盖铜金属部342g的高镍含量合金部342h。中间构件342具有凸缘部342d、圆柱部342e、以及位于凸缘部342d和圆柱部342e之间的锥状部342f，该凸缘部342d具有大直径，该圆柱部342e具有小直径。用于进行凸焊的单一突出部342p设置在凸缘部342d的径向中央处。即使在使用具有锥状部342f的中间构件342的情况下，当中间构件342和接地电极基材141使用突出部342p凸焊时，中间构件342和接地电极基材141也可以在中间构件342的径向中央附近的大面积上可靠地焊接在一起。与上述实施方式1或2类似的部分实现与上述实施方式1或2相同的作用和效果。
实施方式4
接着，将说明第四实施方式。特别地，与上述实施方式1至3中任一个类似的部分的说明将不再重复或被简化。图11示出了用于制造根据本实施方式4的火花塞400的接地电极基材441。除接地电极基材441与上述实施方式1至3的接地电极基材141不同外，本实施方式4与上述实施方式1至3基本相同。
该接地电极基材441包括由铜形成的铜金属部441g，以及由镍合金形成、并且覆盖铜金属部441g的高镍含量合金部441h。用于进行凸焊的单一突出部441p设置在接地电极基材441的远端部441s的内侧面441m上的预定位置处。当进行凸焊时，突出部441p布置在中间构件142的圆周边缘的径向内侧；例如，布置在其径向中央。这样，已经接合有接地电极电极头143的中间构件142被布置在接地电极基材441上。
如上所述，即使当突出部441p设置在接地电极基材441上，并且中间构件142利用突出部441p凸焊到接地电极基材441时，中间构件142和接地电极基材441可以在中间构件142的径向中央附近的大面积上可靠地焊接在一起。特别地，可以通过压力加工形成根据本实施方式4的包括突出部441p的接地电极基材441。与上述实施方式1至3中的任一个类似的部分实现与上述实施方式1至3相同的作用和效果。
以上参照实施方式1至4已经说明了本发明。然而，本发明不限于此，可以在不背离本发明的要旨的情况下对本发明进行各种变形。
在上述实施方式1至3中，突出部(142p，242p，342p)仅单独地设置在中间构件(142，242，342)上，在上述实施方式4中，突出部(441p)仅单独地设置在接地电极基材(441)上。然而，突出部可以既设置在中间构件上又设置在接地电极基材上。在该情况下，中间构件和接地电极基材可以通过使用这些突出部中的一个或多个的凸焊在大面积上可靠地焊接。
对本领域技术人员来说明显的是，可以对如上所示和所述的本发明的形式和细节进行各种变化。该变化包含在所附权利要求书的精神和范围内。
本申请基于2007年3月28日提交的日本专利申请No.JP2007-85309，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (18)

1.一种火花塞的制造方法，所述火花塞包括中心电极和外部电极，所述外部电极隔着放电间隙面对所述中心电极，并且所述外部电极被构造成外部电极电极头经由中间构件被接合到外部电极基材，所述方法包括：
借助于设置在所述中间构件和所述外部电极基材中的至少一个上的突出部将所述中间构件凸焊到所述外部电极基材。
2.根据权利要求1所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述突出部设置在所述中间构件和所述外部电极基材中的至少一个上，使得在所述凸焊时，所述突出部位于所述中间构件的圆周边缘的径向内侧。
3.根据权利要求2所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述突出部设置在所述中间构件和所述外部电极基材中的至少一个上，使得在所述凸焊时，所述突出部位于所述中间构件的径向中央部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述突出部具有从与所述突出部的轴向垂直的方向测量的0.03mm2至0.2mm2的平均截面积、以及0.05mm至0.2mm的突出长度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述方法包括在所述凸焊时由电阻焊接机按压所述中间构件的边缘部，所述边缘部具有0.2mm以上的厚度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述中间构件由含镍量在80wt％以上的镍合金形成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述中间构件包括由镍合金形成的镍合金部，以及埋设在所述镍合金部中的铜金属部。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述方法包括通过锻造加工或压力加工在所述中间构件和所述外部电极基材中的至少一个上形成所述突出部。
9.一种火花塞，其包括：
中心电极；
外部电极，其包括：贵金属电极头，所述贵金属电极头隔着放电间隙面对所述中心电极；外部电极基材；中间构件，用于连接所述贵金属电极头和所述外部电极基材；以及熔化金属部，其通过激光焊接形成在所述贵金属电极头和所述中间构件之间，其中
所述中间构件包括：
圆柱部，其被接合到所述贵金属电极头；以及
凸缘部，其被接合到所述外部电极基材，并且具有比所述圆柱部的直径大的直径。
10.根据权利要求9所述的火花塞，其特征在于，所述火花塞满足0.05mm≤h1≤0.3mm的关系，其中，h1表示所述圆柱部的高度。
11.根据权利要求10所述的火花塞，其特征在于，
所述熔化金属部形成在所述贵金属电极头与所述圆柱部之间的整个接合面上，并且满足h1＜h2的关系，其中，h2表示沿所述贵金属电极头的中心线测量的所述熔化金属部的下端与所述凸缘部的上表面之间的距离。
12.根据权利要求10或11所述的火花塞，其特征在于，所述火花塞满足h3＞h1的关系，其中，h3表示从所述熔化金属部测量的所述贵金属电极头的突出高度。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述火花塞满足h4＞h1的关系，其中，h4表示沿所述熔化金属部的外圆周面测量的所述熔化金属部的高度。
14.根据权利要求10所述的火花塞，其特征在于，除所述贵金属电极头与所述圆柱部之间的接合面的径向中央部外，所述熔化金属部仅形成在所述接合面的外周部上。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述凸缘部具有0.2mm以上的厚度。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述中间构件由含镍量为80wt％以上的镍合金形成。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述中间构件包括由镍合金形成的镍合金部，以及埋设在所述镍合金部中的铜金属部。
18.根据权利要求9至17中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述贵金属电极头具有比所述圆柱部的直径小的直径。
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