CN101606288B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

一种火花塞，其包括：中心电极；接合到中心电极的第一贵金属电极头；绝缘体；金属壳；接合到金属壳并且包括外层和内层的接地电极；以及通过熔融部接合到接地电极的第二贵金属电极头，其中，在接地电极的横截面中，第二贵金属电极头的突出高度(A)为0.4mm以上，接地电极包括朝外隆起的弯曲面和接合第二贵金属电极头的大致平坦的接合面，内层在接合面侧具有大致平坦的表面或者凹状表面，熔融部和内层之间的最小距离(F)为0.1mm以上。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及内燃机使用的火花塞。

背景技术

诸如汽车发动机等内燃机用火花塞例如设置有中心电极、设置在中心电极外侧的绝缘体、设置在绝缘体外侧的筒状金属壳以及基端部接合于上述金属壳的前端面的接地电极。接地电极具有大致矩形的横截面，并且接地电极被布置成使得接地电极的末端部内侧表面面对上述中心电极的前端部，从而在中心电极的前端部与接地电极的末端部之间形成火花放电间隙。

金属壳的外周面上形成有未示出的螺纹部。火花塞被螺纹安装到具有内螺纹并且被形成在发动机气缸盖中的火花塞孔。同时，在火花塞处于安装状态的情况下，混合气体具有冲击(lashing against)接地电极的背面的位置关系，因此存在接地电极阻碍混合气体流入到火花放电间隙中的担心。结果，存在引起点火性的差异化(variation)的担心。

与此对照，存在以下技术：在具有两个以上接地电极的类型的火花塞中，各个接地电极被形成为具有大致圆形横截面的圆柱形状(参照，例如专利文献1)。通过以该方式使横截面为大致圆形形状，混合气体很难从接地电极中脱出，而是即使在混合气体具有冲击接地电极的背面的位置关系时，也可以使混合气体绕接地电极转向到接地电极的内侧，从而使混合气体能够易于到达火花放电间隙。

此外，存在将接地电极的横截面形成为大致梯形(例如，参照专利文献2)的技术。通过以该方式使横截面为大致梯形，可以认为，与横截面为矩形的情况相比混合气体更易于到达火花放电间隙。

专利文献1：日本特开平11-121142号公报

专利文献2：日本特开平5-13146号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，由于接地电极将被接合到金属壳的前端面，如果接地电极的横截面为圆形，则其横截面面积不可避免地变得比横截面为矩形的情况下的横截面面积小。结果，存在如下担心：所谓的吸热性(heat-drawing)(散热性)变差，在高速运转等时电极的温度容易升高使得接地电极的消耗度变大并且耐久性降低。

此外，近年来，虽然也考虑将由贵金属合金制成的电极头(贵金属电极头)分别接合到中心电极的前端部和接地电极的末端部，从而改善点火性和火花传播性(spark propagationability)，但存在如下担心：在接地电极的横截面为如上述专利文献1所述的那样的圆形的情况下，则将贵金属电极头焊接在接地电极侧上可能变困难。

此外，在专利文献2中，虽然说明了接地电极包括外层和导热性比外层优的内层，并且建议提高吸热性，但没有对贵金属电极头的接合方法作任何说明。在这一点上，例如，如果通过电阻焊接来焊接贵金属电极头，则不能获得足够的接合强度。此外，例如，在通过激光焊接或者电子束焊接等来焊接贵金属电极头的情况下，则担心焊接部分可能延伸到内层上，在这种情况下，存在如下担心：由于形成氧化皮，抗氧化性降低。

鉴于上述情况而做出本发明，并且本发明的目的在于提供一种内燃机用火花塞，其能够降低混合气体流入火花放电间隙中的阻碍，防止点火性的降低，并且提高贵金属电极头的接合强度从而提高耐久性。

用于解决问题的方案

以下，将以逐条列举的方式说明适于解决上述问题等的各种结构。同时，根据需要，还将额外说明相应的结构特有的作用效果。

根据本发明的第一结构的火花塞，其包括：棒状中心电极；接合到中心电极的前端面的第一贵金属电极头；设置在中心电极的外周的大致圆筒状的绝缘体；设置在绝缘体的外周的筒状金属壳；接地电极，其具有与金属壳的前端面接合的基端部和与中心电极的前端部面对的末端部，接地电极包括由镍合金制成的外层和由导热性比外层的导热性优的材料制成的内层；以及第二贵金属电极头，其通过由激光焊接和电子束焊接中的一种方式形成的熔融部而接合到接地电极的末端部，并且在第二贵金属电极头与第一贵金属电极头之间形成火花放电间隙，其中，从所述接地电极的末端面侧观察，在接地电极的通过第二贵金属电极头的轴线的横截面中，具备如下特征(1)至(4)。也就是，(1)接地电极具有朝外隆起的弯曲面和接合第二贵金属电极头的大致平坦的接合面；(2)第二贵金属电极头从接合面到第二贵金属电极头的末端部的突出高度A为0.4mm以上；(3)内层在接合面侧具有大致平坦的表面和凹状表面中的一方；以及(4)熔融部与内层之间的最小距离F为0.1mm以上。

通过上述第一结构，接地电极具有朝外隆起的弯曲面。因此，混合气体易于沿着该弯曲面转绕到接地电极的内侧并且到达火花放电间隙。结果，可以防止点火性的降低。

此外，接地电极至少在火花放电部具有由镍合金制成的外层和由导热性比外层的导热性优的金属制成的内层。外层的存在能够提高抗氧化耐久性，同时，内层的存在能够提高吸热性，可以容易地抑制如下缺点：归因于在高速运转等时接地电极温度的上升，诸如由于接地电极的消耗而使火花放电间隙增加等。

此外，分别在中心电极和接地电极上焊接贵金属电极头以提高高温下的耐火花消耗性。具体地，在第一结构中，将从接地电极的接合面到第二贵金属电极头的末端部的突出高度A设定为0.4mm以上，使得能够获得点火性的更大的提高。

此外，在第一结构中，至少接地电极的接合第二贵金属电极头的接合面是大致平坦形状。因此，与将接合面形成为曲面的情况相比，可以容易地避免接合操作的复杂性，并且可以获得接合强度的提高。

此外，通过对构成第二贵金属电极头的金属和构成接地电极的外层的金属进行至少激光束焊接或者电子束焊接使它们彼此熔融和混合来形成熔融部，并且通过该熔融部将第二贵金属电极头焊接到接合面。因此，可以提高第二贵金属电极头的接合强度，并且可以进一步稳定接合状态。

此外，在第一结构中，内层的接合面侧(第二贵金属电极头侧)为大致平坦形状或者凹形状。因此，即使将熔融部的深度设定成较大，也可以容易地获得0.1mm以上的熔融部和内层之间的最短距离F。因此，可以一举地获得可以被认为是相冲突的效果，即在抑制抗氧化性的降低的同时提高第二贵金属电极头的接合强度。

同时，可以将诸如能够形成如上所述的熔融部的激光焊接或者电子束焊接等焊接作为将第二贵金属电极头接合到接地电极的方法。然而，比未经任何预处理就实施激光焊接或者电子束焊接相比，更期望在上述激光焊接或者电子束焊接之前通过电阻焊接进行暂时连接。

此外，即使由激光焊接或者电子束焊接形成的熔融部较小使得在第二贵金属电极头和外层之间存在没有任何熔融部的区域，由于事先进行了电阻焊接，所以可以可靠地获得第二贵金属电极头与外层之间的接合，从而消除了第二贵金属电极头脱落等的担忧。

此外，尽管，如上述已说明的那样，接地电极的外层是由镍合金制成，期望由导热性比外层的导热性优的材料制成的内层的至少一部分是由含铜作为主要成分的材料制成。通过具有铜为主要成分的内层，可以获得良好的吸热性，并且可以更可靠地抑制由接地电极和第二贵金属电极头的温度上升引起的缺点。同时，接地电极不限于两层结构，而是也可以为三层以上的结构。然而，内层必需含有导热性比外层的导热性优的金属。因此，例如，在外层内是由铜合金或者纯铜制成的中间层，并且中间层内是由纯镍制成的最内层的情况下，可以将内层构造成由中间层和最内层构成。

此外，为了获得足够的接合强度，期望在上述的横截面中，熔融部沿轴线方向从接合面朝向内层的深度E为0.1mm以上。

此外，考虑到生产方面，期望采用下面的结构6至9。

此外，根据本发明的第二结构的火花塞，其包括：棒状中心电极；接合到中心电极的前端面的第一贵金属电极头；设置在中心电极的外周的大致圆筒状的绝缘体；设置在绝缘体的外周的筒状的金属壳；接地电极，其具有与金属壳的前端面接合的基端部和与中心电极的前端部相面对的末端部，接地电极包括由镍合金制成的外层和由导热性比外层的导热性优的材料制成的内层；中间构件，其被接合到接地电极的末端部；以及第二贵金属电极头，其通过由激光焊接和电子束焊接中的一种方式形成的熔融部接合到中间构件，在第二贵金属电极头与第一贵金属电极头之间形成火花放电间隙，其中，从接地电极的末端面侧观察，在接地电极的通过第二贵金属电极头的轴线的横截面中，具备如下特征(1)至(4)。也就是，(1)接地电极包括朝外隆起的弯曲面和接合中间构件的大致平坦的接合面；(2)第二贵金属电极头从接合面到第二贵金属电极头的末端部的突出高度A为0.4mm以上；(3)内层在接合面侧具有大致平坦的表面和凹状表面中的一方；以及(4)熔融部与接合面相互隔开地布置。

在该第二结构中，特征(1)至(3)与第一结构的相同而特征(4)不同。

也就是，在第二结构中，由于通过中间构件将第二贵金属电极头焊接到接地电极的接合面，熔融部形成在第二贵金属电极头与中间构件之间并且与接合面隔开地布置。因此，不再存在焊接部到达内层而降低抗氧化性的任何担忧。同时，期望用与接地电极相同的镍合金制造中间构件并且通过电阻焊接将中间构件和接地电极接合起来。

此外，在第二结构中，通过使用中间构件，将第二贵金属电极头从接合面到第二贵金属电极头的末端部的突出高度A设定为4mm以上。也就是，由于突出高度A的一部分可以由中间构件构成，所以可以减少贵金属的量。

此外，为了在保持减少所用的贵金属的量的效果的同时确保贵金属电极头的散热性，在上述横截面中，优选地将接合面与内层之间的最短距离T设定成比中间构件从接合面的突出高度H小。

此外，在第一和第二结构的火花塞中，为了有效地进行内层的散热，优选地接合面与内层之间的最短距离T为0.4mm以下。

此外，为了由内层有效地进行散热，优选地足够宽的内层位于第二贵金属电极头的正下方。具体地，假设W表示第二贵金属电极头的末端面在上述横截面中的宽度，而C表示内层在上述横截面中在平行于接合面的方向上的宽度，则优选地满足W≤C。

另外，在第一和第二结构的火花塞中，优选地通过型锻(swaging)形成包括接合面的接地电极。

一般地，作为成形金属材料使得材料变成细长且圆形的方法，采用例如使用块体(dice)等的拉拔加工(drawingprocess)、使用阴模等的挤出加工、切削加工、放电加工等等。然而，从稳定地生产具有多层结构、较细并且横截面为大致圆形的接地电极的观点来看，很难单独地采用上述任何一种加工和处理。例如，仅通过拉拔加工或者挤出加工，实际很难使直径变小为等于或者小于1.5mm，并且成本增加。此外，通过切削加工和放电加工，易于导致各个产品的差异化，从而易于导致内层的中心位置相对于接地电极的差异化。此外，加工作业效率低，从而成本增加。

与此相反，通过进行型锻，可以稳定且不费力地获得接地电极，从而可以生产火花塞。

此外，通过进行型锻，设置接合面(中心电极侧)的部分的加工率变大，并且可以使其硬度变大。

附图说明

图1是示出根据第一实施方式的火花塞的结构的局部剖切正面图。

图2是火花塞的部分放大剖视图。

图3是沿与图2的垂直的方向观察的火花塞的侧视图。

图4是示出从前端侧观察的火花塞的状态的俯视图。

图5是从接地电极的末端侧观察的、接地电极等的沿轴线的示意性剖视图。

图6A是示出接地电极的制造过程的立体图。

图6B是示出接地电极的制造过程的示意性剖视图。

图6C是示出接地电极的制造过程的示意性剖视图。

图7A是示出接地电极的制造过程的示意性剖视图。

图7B是示出接地电极的制造过程的示意性剖视图。

图7C是示出接地电极的制造过程的示意性剖视图。

图8是从接地电极的末端侧观察的、第二实施方式中的接地电极等的沿轴线的示意性剖视图。

图9A是示出第二实施方式中的接地电极的制造过程的立体图。

图9B是示出第二实施方式中的接地电极的制造过程的示意性剖视图。

图9C是示出第二实施方式中的接地电极的制造过程的示意性剖视图。

图10A是示出第二实施方式中的接地电极的制造过程的示意性剖视图。

图10B是示出第二实施方式中的接地电极的制造过程的示意性剖视图。

图10C是示出第二实施方式中的接地电极的制造过程的示意性剖视图。

图11是用于说明氧化皮比率的概念的示意性剖视图。

图12是从接地电极的末端侧观察的、第三实施方式中的接地电极等的沿轴线的示意性剖视图。

图13是从接地电极的末端侧观察的、第四实施方式中的接地电极等的沿轴线的示意性剖视图。

图14是从接地电极的末端侧观察的、第五实施方式中的接地电极等的沿轴线的示意性剖视图。

图15是示意性示出再一实施方式中的接地电极等的立体图。

具体实施方式

(第一实施方式)

下面，将参照附图说明第一实施方式。图1是示出火花塞1的局部剖切正面图。同时，将图1中的火花塞1的轴线CL1方向作为图中的上下方向、将下侧作为火花塞1的前端侧且将上侧作为火花塞1的后端侧来进行说明。

火花塞1由具有长形状的绝缘体2和保持绝缘体的筒状金属壳3等构成。

绝缘体2形成有沿轴线CL1贯通绝缘体2延伸的轴向孔4。中心电极5被插入且固定在轴向孔4的前端侧中。此外，端子电极6被插入且固定在轴向孔4的后端侧中。在轴向孔4内部的中心电极5和端子电极6之间布置有电阻体7，并且电阻体7分别经由导电玻璃密封层8和9电连接到中心电极5和端子电极6。

含有5重量％的铂的第一贵金属电极头31被焊接到中心电极5的从绝缘体2的前端突出的前端。

另一方面，绝缘体2由众所周知的烧结氧化铝等形成，并且绝缘体2具有大直径部11、中间部12和腿部13，大直径部11以沿径向向外突出的凸缘形式位于轴线CL1方向上的大致中央部的外周上，中间部12比大直径部11靠近前端侧并且被形成为直径比大直径部的直径小，腿部13比中间部12靠近前端侧，并且腿部13被形成为直径比中间部的直径小并且适于暴露于内燃机(发动机)的燃烧室。绝缘体2的包括大直径部11、中间部12和腿部13的前端侧被容纳在筒状金属壳3中。在腿部13和中间部12之间的连接部处设置有肩部14，并且绝缘体2在肩部14处与金属壳3锁定接合。

金属壳3被由低碳钢等金属形成为筒状，并且在金属壳3的外周面形成有用于将火花塞1安装到发动机的气缸盖的螺纹部(外螺纹)15。螺纹部15的后端侧的外周面上形成有着座部(seat portion)16，密封圈(gasket)18被装配在螺纹部15的后端的颈部17处。此外，金属壳3的后端侧设置有具有横截面为六角形的工具接合部19，在将金属壳3安装到气缸盖时，扳手等工具将与该工具接合部19接合，同时，在金属壳3的后端部设置有用于保持绝缘体2的弯边部20。

此外，在金属壳3的内周面设置有用于与绝缘体2进行锁定接合的肩部21。将绝缘体2从金属壳3的后端侧朝前端侧插入，并且通过将金属壳3的后端侧开口部沿径向向内弯边，即，通过形成上述弯边部20来将绝缘体2固定在绝缘体2的肩部14与金属壳3的肩部21锁定接合的状态。同时，在绝缘体2的肩部14和金属壳3的肩部21之间设置有圆形环状板片密封垫22。由此，可以保持燃烧室的气密性，并且防止进入被暴露到燃烧室内部的绝缘体2的腿部13与金属壳3的内周面之间的空间的燃料-空气从该空间泄漏。

此外，为了进一步确保通过弯边得到的气密性，将圆形的环构件23和24设置于金属壳3的后端侧并且介于金属壳3和绝缘体2之间，将滑石25的粉末填充在环构件23和24之间。也就是，金属壳3借助于板片密封垫22、环构件23、24和滑石25保持绝缘体2。

此外，大致L字形状的接地电极27被接合于金属壳的前端面26。也就是，在接地电极27的末端侧弯曲的状态下，接地电极27的基端部被焊接到金属壳3的前端面26，并且接地电极27被布置成使得接地电极27的末端侧的一侧表面面对第一贵金属电极头31。第二贵金属电极头32以面对第一贵金属电极头31的方式被设置到接地电极27的末端部。第一贵金属电极头31与第二贵金属电极头32之间的间隙适于用作火花放电间隙33。同时，将第一贵金属电极头31和第二贵金属电极头32的轴线布置成与轴线CL1一致，从而轴线CL1也用作第一贵金属电极头31的轴线和第二贵金属电极头32的轴线。

如图2所示，中心电极5由铜或铜合金所制成的内层5A和镍(Ni)合金所制成的外层5B构成。中心电极5的前端侧直径减小并且大体上为棒状(圆柱状)，并且中心电极5的前端面被形成为平坦的。上述第一贵金属电极头31被置于中心电极5的该前端面，并且沿着接合面的外周部进行激光焊接或者电子束焊接，以允许第一贵金属电极头31和中心电极5熔接在一起并且形成熔接部41。也就是，通过在熔接部固着而将第一贵金属电极头31接合到中心电极5的前端。

另一方面，接地电极27是包括内层27A和外层27B的双层结构。本实施方式的外层27B由诸如Inconel 600或Inconel 601(两者都是注册商标)等镍合金形成。相比之下，内层27A由铜合金或者纯铜形成，铜合金或者纯铜是比上述镍合金的导热性好的金属。通过内层27A的存在，获得吸热性的提高(下面将详细说明这一点)。同时，在本实施方式中，为了方便说明而将接地电极说明成简单的双层结构，但是接地电极也可以是三层结构或层数为四层以上的多层结构。然而，与外层27B相比，外层内部的层必须含有比外层27B导热性好的金属。因此，例如，可以将由铜合金或者纯铜制成的中间层设置在外层27B的内侧，并且可以将由纯镍制成的最内层设置在中间层的内侧。在这种情况下，内层27A由中间层和最内层构成。

此外，在本实施方式中，将接地电极27的形状形成为局部被压扁(crushed)的圆形横截面。将接地电极27的至少包括被接合第二贵金属电极头32的部分的末端(在本实施方式中，在长度方向上的全部区域)型锻(swage)成具有大致平面形状。尽管稍后将详细说明该加工方法，通过上述的型锻，外层27B的中心电极5侧的表面被形成有平坦面F1。换句话说，从接地电极27的末端面观察，接地电极27的沿轴线CL1的横截面的外周形状是通过从大致圆形形状上切除一部分从而保留圆形形状的过半部而获得的形状。在本实施方式中，通过进行型锻，外层27B的中心电极5侧部分的硬度比处于与中心电极5相反的一侧的背面侧部分的硬度大。

此外，已说明中心电极5侧的第一贵金属电极头31含有铱作为主要成分，接地电极27侧的第二贵金属电极头32由含有例如铂作为主要成分和20％的铑的贵金属合金制成。然而，这种材料结构仅用于说明目的，上述说明没有任何限制的意思。例如如下制造这些第一贵金属电极头31和第二贵金属电极头32。首先，制备含有铱或铂作为主要成分的铸坯(ingot)，混合且熔融各合金成分以获得上述预定的组成，由这种熔融合金再次形成铸坯，此后通过热锻和热轧(孔型轧制)加工铸坯。接着，通过拉拔加工得到棒状材料之后，将得到的棒状材料切断成预定长度，从而获得圆柱形式的第一贵金属电极头31和第二贵金属电极头32。

这样，如图5所示，本实施方式中的接地电极27侧的第二贵金属电极头32被直接接合到接地电极27的末端部(平坦面F1)。更具体地，首先通过电阻焊接将第二贵金属电极头32暂时连接到平坦面F1。除此之外，沿抵接面的外周部进行激光焊接或者电子束焊接。由此，使第二贵金属电极头32和外层27B熔融在一起以形成熔融部42，从而使第二贵金属电极头32和接地电极27被牢固地接合固定。然而，熔融部42未延伸到内层27A，即，熔融部42与内层27A处于非接触状态。

此外，在本实施方式中，将从第二贵金属电极头32的接合面，即平坦面F1到第二贵金属电极头32的末端部的突出高度A设定成0.4mm以上。此外，从接地电极27的末端侧观察，在接地电极27的沿第二贵金属电极头32的轴线CL1的横截面中，内层27A的第二贵金属电极头32侧为大致平坦形状。

此外，将熔融部42的从平坦面(接合面)F1沿上述熔融部42的轴线CL1方向朝内层27A的深度E设定为0.1mm以上，并且将熔融部42与内层27A之间的最短距离设定为0.1mm以上。此外，将平坦面(接合面)F1与内层27A之间的最短距离设定为0.4mm以下。此外，第二贵金属电极头32的外直径W和内层27A的横向宽度C满足W≤C。

接着，将以上述接地电极27的制造方法为重点说明上述构造的火花塞1的制造方法。首先，事先制备好金属壳3。也就是，通过冷锻使形成为圆柱状的金属材料(例如，诸如S15C或S25C等铁系金属，或者不锈钢材料)形成通孔，从而形成大体形状。此后，通过进行切削，修整外形从而获得金属壳中间体。

另一方面，制造接地电极27的中间体。也就是，接地电极27的中间体在被弯曲前是直棒状。例如，如下获得被弯曲前的接地电极27。

也就是，如图6A所示，制备由用于形成内层27A的金属材料制成的芯材51和由用于形成外层27B的金属材料制成的带底的筒状体52。芯材51包括圆柱形台座部53和从台座部53的上表面的中央向上突出并且与台座部53一体形成的圆柱形芯部54。将芯部54的横截面面积设定成比内层27A的横截面面积大。另一方面，带底的筒状体52具有与芯部54尺寸相等的凹部55和如此命名的底部56。此外，将凹部55的外周壁设置成比外层27B厚。

如图6B所示，将芯材51的芯部54插入到带底的筒状体52的凹部55中，从而形成具有芯鞘构造的杯形材(cup material)57。

接着，如图6C所示，对杯形材57进行冷细化(coldthinning)加工从而形成棒状体271。本实施方式中的冷细化加工指的是，例如，使用模具等的拉丝加工(wire drawingprocess)等、使用阴模等的挤出加工等。同时，棒状体271可以是沿图6C的平面J-J切断并且从棒状体271上去除与上述台座部53对应的部分的棒状体。通过这种的切断和去除，当最终形成接地电极27时不会暴露内层27A。此外，该时点的棒状体271的外形可以是任何形状，并且在本实施方式中棒状体271的外形被形成为具有圆形横截面的圆柱状。

接着，通过电阻焊接将棒状体271接合到上述金属壳中间体的前端面。同时，在电阻焊接时会引起所谓的“喷溅(expulsion)”并且实施去除“喷溅”的工作。

此后，通过型锻加工棒状体271。就该加工，已将棒状体271焊接到金属壳中间体的前端面。因此，在型锻时，在保持金属壳中间体的情况下，可以将被焊接到金属壳中间体的棒状体271从棒状体271的末端侧起引入到锻造机的工作部(型锻模)。因此，变得不必麻烦使接地电极中间体更长以确保型锻时的保持部并且在型锻后切除上述保持部。对于锻造机(swager)，期望使用多个锻造机，诸如仅使直径变小的锻造机，以及在形成具有如本实施方式那样的平坦面F1的截面形状，即所谓的压扁形状(crushed shape)的同时使直径变小的锻造机。通过第一步骤型锻，如图7A所示，使棒状体271的直径进一步减小，通过第二步骤型锻，如图7B所示，在形成平坦面F1的同时使直径进一步减小，并且形成使内层27A的一部分(之后第二贵金属电极头32所焊接到的一侧)变形成大致平坦形状的接地电极中间体272。同时，可以在棒状体271的型锻加工之后将接地电极中间体272焊接到金属壳中间体的前端面。

在上述型锻加工之后，可以通过滚压在金属壳中间体的预定部位形成螺纹部15。由此，获得被焊接了直径被减小但未被弯曲的接地电极中间体272的金属壳3。对焊接了接地电极中间体272的金属壳3实施镀锌或者镀镍。同时，为了提高耐腐蚀性，可以通过铬酸盐处理来处理金属壳的表面。

此外，如图7C所示，如上所述，通过电阻焊接将上述贵金属电极头32暂时焊接到接地电极中间体272的末端部，除此之外，通过激光焊接或者电子束焊接将上述贵金属电极头32接合到接地电极中间体272的末端部。同时，为了进一步确保焊接，在焊接之前实施去除焊接部位的电镀或者在电镀加工时对将被焊接的部位设置掩模。此外，可以在下面将说明的装配之后实施电极头的焊接。

另一方面，与金属壳3独立地实施绝缘体2的成形加工。例如，通过使用主要由氧化铝组成且含有粘合剂等的粉末材料制备用于形成绝缘体的生粒料(raw grain material)，并且使用该生粒料通过橡胶压制形成筒状体。通过研磨和整形来加工所获得的筒状体。将整形后的筒状体放到烧结炉中烧结，从而获得绝缘体2。

此外，与金属壳3和绝缘体2独立地制备中心电极5。也就是，锻造加工Ni系合金，并且在Ni系合金的中央部设置铜芯以提高散热性。通过激光焊接等将第一贵金属电极头31接合到中心电极的前端部。

接着，通过玻璃密封层8将端子电极6和如上所述地获得的接合有第一贵金属电极头31的中心电极5密封地固定到绝缘体2的轴向孔4中。至于玻璃密封层8，一般使用通过混合和调整硼硅玻璃和金属粉末获得的玻璃密封层。接着，首先将中心电极5置于被保持插入在轴向孔4中的状态，在将调整后的密封材料注入绝缘体2的轴向孔4之后将端子电极置于被保持从后面推压的状态之后，在烧结炉内进行烧结。同时，此时，通过烧结可以在绝缘体2的后端侧主体部的表面上同时形成釉层，或者可以预先形成釉层。

此后，将绝缘体2和金属壳3组装在一起，其中，绝缘体2装配有分别如上所述地制备的中心电极5和端子电极6，金属壳3装配有焊接有第二贵金属电极头32的接地电极中间体272。更具体地，通过冷弯边或者热弯边金属壳3的被形成为较薄的后端部，绝缘体2被局部周地且向地包围在金属壳3中并且被保持在金属壳3中。

最后，通过弯曲接地电极中间体272，实施中心电极5(中心电极5的第一贵金属电极头31)与接地电极27(接地电极27的第二贵金属电极头32)之间的火花放电间隙33的调整。

经过这一系列的工序，制造出具有上述结构的火花塞1。

如已经详细地说明的那样，根据本发明，对于所获得的火花塞1，接地电极27的末端侧至少比火花放电间隙33的中心和位于与中心电极5相反的一侧的背面具有更多的向外弯曲的表面(圆弧形横截面)。因此，例如如图3和图4所示，即使混合气体具有直接冲击接地电极27的背面的位置关系，该混合气体也容易转绕到接地电极27的内侧并且到达火花放电间隙33。结果，可以防止点火性的降低。此外，由于第二贵金属电极头32的末端部比通过延伸弯曲面的圆弧形状形成的假想圆27C更朝向第一贵金属电极头31突出，可以降低放电电压。

此外，接地电极27具有由镍合金等制成的外层27B和由导热性比外层27B的导热性好的金属制成的内层27A。因此，内层27A用于积极地散热，使得所谓的“吸热性”变好。因此，在高速驱动等时，可以抑制归因于接地电极27和第二贵金属电极头32的温度升高引起的缺点，即，诸如抗氧化性和耐磨性等耐久性的降低。

此外，在本实施方式中，接地电极27的第二贵金属电极头32被接合至大致为平面形式的平坦面F1。因此，与将接合面形成为弯曲面的情况相比，可容易地避免接合工作的复杂性并且可以获得接合强度的提高。

另外，借助于通过激光焊接或者电子束焊接加工形成的熔融部42将第二贵金属电极头32接合到平坦面(接合面)F1。因此，获得第二贵金属电极头32的接合强度的提高，并且获得更稳定的接合状态。

此外，熔融部42与内层27A处于非接触状态。因此，可以抑制归因于熔融部42与内层27A之间的接触引起氧化层的形成而导致的抗氧化性的降低。另一方面，为了提高第二贵金属电极头32的接合强度，期望熔融部42形成得较深。关于此点，从接地电极27的末端面侧观察，在接地电极27的沿轴线CL1的横截面中，内层27A的第二贵金属电极头32侧的形状大致是平坦的。因此，即使在使熔融部42的深度较大时，也很难使熔融部42与内层27A接触。因此，可以在抑制抗氧化性降低的同时提高第二贵金属电极头32的接合强度。

(第二实施方式)

接着，将参照图8至图10说明第二实施方式。然而，在第二实施方式中，使用附图标记标示与第一实施方式相同或相似的部分，并省略对其的重复说明，并且将主要说明与第一实施方式的不同之处。

在第一实施方式中，在从接地电极27的末端面侧观察的接地电极27的沿轴线CL1的横截面中，内层27A的第二贵金属电极头32侧的形状是大致平坦的。与此对照，如图8所示，本实施方式的特征在于，内层27A的第二贵金属电极头32侧的形状是凹状的。

例如，以如下方式获得接地电极27。也就是，如图9A所示，首先制备由构成内层27A的金属材料制成的芯材51和由构成外层27B的金属材料制成的带底的筒状体52。芯材51包括圆柱形的台座部53和从台座部53的上表面中央向上突出而一体地形成的并且具有被沿长度方向局部切除的圆柱的芯部54。另一方面，带底的筒状体52具有底部56和与上述芯部54相等尺寸和形状的凹部55。

接着，如图9B所示，通过将芯材51的芯部54装配到带底的筒状体52的凹部55，形成具有芯鞘构造的杯材57，并且通过冷细化加工处理杯材57，形成如图9C所示的棒状体271。当然，与第一实施方式相似，可以将沿通过图9C的线J2-J2的平面切断与台座部53对应的部分而得到的棒状体用作棒状体271。

接着，通过电阻焊接将棒状体271接合到上述金属壳中间体的前端面，并且与第一实施方式相似，对棒状体271进行型锻加工。也就是，通过第一步骤型锻，如图10A所示，使棒状体271的直径进一步减小，通过第二步骤型锻，如图10B所示，形成直径进一步减小且形成有平坦面F1的接地电极中间体272，并且使内层27A的一部分(之后第二贵金属电极头32所焊接到的一侧)变形为凹形状。其它加工与上述第一实施方式的相同。

在该实施方式中，如图8所示，将第二贵金属电极头32的从接合面，即平坦面F1到第二贵金属电极头32的末端部的突出高度A设定为0.4mm以上。此外，将熔融部42的从平坦面(接合面)F1沿轴线CL1方向朝向内层27A的深度E设定为0.1mm以上，并且将熔融部42与内层27A之间的最小距离F设定为0.1mm以上。此外，将平坦面(接合面)F1与内层27A之间的最小距离T设定为0.4mm以下。此外，第二贵金属电极头32的外直径W和内层27A的横向宽度C满足W≤C。

根据如上所述构造的第二实施方式，内层27A的第二贵金属电极头32侧的形状是凹状的。因此，与第一实施方式相比，可以使熔融部42形成得更深。据此，可以在抑制抗氧化性的降低的同时获得进一步提高的第二贵金属电极头32的接合强度。

(效果的确认)

这里，为了确认上述效果，通过改变内层27A的横截面面积、内层27A的截面形状等制备各种样品，并且试着进行各种评价。下面说明实验的结果。

首先，样品是如下火花塞样品(样品1至9)，该火花塞样品具有M12的螺纹直径，从燃烧室到第一贵金属电极头31的前端面的突出高度为3.5mm，火花放电间隙为1.05mm，并且接合有作为第一贵金属电极头31的直径为0.6mm且高度为0.8mm的Ir-5Pt合金及作为第二贵金属电极头32的直径W为0.7mm且突出高度A为0.8mm的Pt-20Rh合金，对样品的内层27A的横截面面积、截面形状等作各种改变，并且将样品安装在排量为660cc的直列3气缸发动机上，在4000rpm、全油门(full throttle)、5°BTDC的点火正时、和10.7的A/F(空气燃料比)的测试条件下使发动机总共运行300小时(然而，各样品每50小时轮换(气缸也轮换))。接着，测量试验后火花塞样品的消耗体积γ和氧化皮比率δ。其中，消耗体积γ表示试验后第二贵金属电极头32的体积从最初体积的减少量。更具体地，试验前使用CT扫描器测量第二贵金属电极头32的体积，并且在试验后类似地测量第二贵金属电极头32的体积。通过从测试前的体积中减去测试后的体积，计算所消耗的体积。此外，氧化皮比率δ与在上述试验条件下运行后的火花塞样品有关并且通过如下测量计算得出，如图11中所示，从接地电极27的末端面侧观察，在接地电极27的沿轴线CL1的横截面中，测量计算形成于熔融部42与第二贵金属电极头32之间的界面处的氧化皮的沿与轴线CL1正交的方向的深度(SSL+SSR)与熔融部42的沿与轴线CL1正交的方向的深度(BSL+BSR)的比。

评价结果表示在表1和表2中。然而，在各表中，已说明了“A”、“E”、“F”，“B”表示接地电极27在与轴线CL1正交的方向上的横向宽度，“C”表示内层27A在与轴线CL1正交的方向上的横向宽度，而“D”表示内层27A的距中心电极5最远的点与外层27B的距中心电极5最远的点之间的距离。此外，在表中的样品1至6中，内层27A的第二贵金属电极头32侧的横截面形状是平坦的或者凹状的，相比之下，样品7至9是比较例，并且内层27A具有圆形横截面形状。更具体地，至于样品1至6，对平坦面F1进行型锻以使第二贵金属电极头32侧的截面的形状是平坦的或者凹形状，至于样品7至9，通过去除(切削)使最初为圆柱形的外层27B形成有平坦面F1，不使内层27A的横截面成形为平坦的或者凹形状而是成形为圆形。此外，除样品1和7外，其它样品满足W≤C的关系。

表1

表2

如上述表1所示，可以看到，存在如下趋势：随着内层27A的横截面面积α的增大，吸热性变得更好并且消耗体积γ减小。然而，揭示出，如果F为零，即在熔融部42与内层27A接触的样品3的情况中，氧化皮比率δ是非常大的，从而可能对接合强度产生不利影响。

此外，对内层横截面面积α彼此接近的样品1(实施方式)与样品7(比较例)及样品2(实施方式)与样品8(比较例)进行比较，在样品7和样品8的情况下，如果试图确保熔融部42的从平坦面(接合面)F1沿轴线CL1方向朝向内层27A的深度E为“0.2mm”，则F变成零。因此，可以认为，通过将内层27A的第二贵金属电极头32侧的横截面形状形成为平坦形状或者凹形状，可以确保熔融部42沿轴线CL1方向的更大的深度E。

另一方面，对于未充分获得熔融部42从平坦面(接合面)F1沿轴线CL1方向朝向内层27A的深度E的样品6(E＝0.05mm)，氧化皮比率δ变得较大，即70％。换句话说，在获得大的接合强度的情况下，可以认为，期望熔融部42从平坦面(接合面)F1沿轴线CL1方向朝向内层27A的深度E为“0.1mm”以上。

同时，如表2所示，揭示了，在该实施方式的样品1至样品3(样品1至样品3都通过型锻形成有接地电极27的平坦面F1)中，外层27B的中心电极5侧的部位的硬度比位于与中心电极5相反的一侧即背面侧部位的硬度大。认为，这是因为为了通过型锻来形成平坦面F1而使中心电极5侧部位的加工率更大，从而导致内部变形(internal distortion)并且硬度增加。

同时，上述实施方式的说明内容不是限制性的，还可以采用下面的第三至第五实施方式。

(第三实施方式)

接着，将参照图12说明第三实施方式。然而，在第三实施方式中，用相同的附图标记表示与第一实施方式相同或相似的部分，并且省略对其的重复说明，并且将主要说明与第一实施方式的不同之处。

在第一实施方式中，从接地电极27的末端面侧观察，在接地电极27的沿轴线CL1的横截面中，仅第二贵金属电极头32侧设置有平坦面F1。与此相反，在本实施方式中，位于与平坦面F1相反的一侧的背面也设置有平坦面F2。此外，本实施方式的特征在于内层27A具有与平坦面F1和平坦面F2对应的一对平坦面。

在上述横截面中，接地电极27的除平坦面F1和平坦面F2外的部分被形成为一对朝外隆起的弯曲面，与此对应，内层27A也设置有一对朝外隆起的弯曲面。接地电极27的这种弯曲面用于促进混合气体转绕到火花放电间隙中。同时，由于第二贵金属电极头32的末端部比通过延伸该对弯曲面形成的假想圆27C的圆周朝向第一贵金属电极头侧突出得更多，可以减小放电电压。

将第二贵金属电极头32的从接合面，即平坦面F1到第二贵金属电极头32的末端部的突出高度A设定为0.4mm以上。此外，将上述熔融部42从平坦面(接合面)F1沿轴线CL1方向朝向内层27A的深度E设定为0.1mm以上，并且将熔融部42与内层27A之间的最小距离F设定为0.1mm以上。此外，将平坦面(接合面)F1与内层27A之间的最小距离T设定为0.4mm以下。此外，第二贵金属电极头32的外直径W和内层27A的横向宽度C满足W≤C。

(第四实施方式)

接着，将参照图13说明第四实施方式。然而，在第四实施方式中，用相同的附图标记表示与第一实施方式相同或相似的部分，并且省略对其的重复说明，并且将主要说明与第一实施方式的不同之处。

在第一实施方式中，通过激光焊接使第二贵金属电极头32直接接合到接地电极27。因此，熔融部42被形成为朝向接地电极27的内侧延伸。与此相反，在本实施方式中，如图13所示，将中间构件43设置在第二贵金属电极头32与接地电极27之间。中间构件43由与接地电极27的外层27B的材料相同的镍合金制成。通过电阻焊接将中间构件43的基端部接合到平坦面F1。另一方面，通过激光焊接将中间构件43的基端部接合到第二贵金属电极头32。在第二贵金属电极头32与中间构件43之间的界面形成熔融部42，并且熔融部42与平坦面F1相互隔开。因此，即使平坦面F1与内层27A之间的最小距离T更小，也能够防止熔融部42到达内层27A。此外，由于与第一实施方式相比，可以使第二贵金属电极头32的体积更小，可以减少所使用的昂贵的贵金属的量。

将从中间构件43的接合面，即平坦面F1到第二贵金属电极头32的末端部的突出高度A设定为0.4mm以上。由于第二贵金属电极头32的末端部比通过延伸接地电极27的背面的圆弧形状形成的假想圆27C的圆周朝向第一贵金属电极头31侧突出得更多，可以减小放电电压。此外，将平坦面(接合面)F1与内层27A之间的最小距离T设定为0.4mm以下。此外，第二贵金属电极头32的外直径W与内层27A的横向宽度C满足W≤C。

(第五实施方式)

接着，将参照图14说明第五实施方式。然而，在第五实施方式中，用相同的附图标记表示与第四实施方式相同或相似的部分，并且省略对其的重复说明，并且将主要说明与第四实施方式的不同之处。

在第四实施方式中，仅在中间构件43侧设置平坦面F1。与此相反，在本实施方式中，如图14所示，位于与平坦面F1相反的一侧的背面也设置有平坦面F2。此外，本实施方式的特征在于内层27A具有与平坦面F1和平坦面F2对应的一对平坦面。

在上述横截面中，将接地电极27的除平坦面F1和平坦面F2之外的部分形成为一对朝外隆起的弯曲面，与此对应，内层27A也设置有一对朝外隆起的弯曲面。接地电极27的这种弯曲面用于促进混合气体转绕到火花放电间隙中。同时，由于第二贵金属电极头32的末端部比通过延伸该对弯曲面形成的假想圆27C的圆周朝向第一贵金属电极头31侧突出得更多，可以减小放电电压。

将从中间构件43的接合面，即平坦面F1到第二贵金属电极头32的末端部的突出高度A设定为0.4mm以上。此外，将平坦面(接合面)F1与内层27A之间的最小距离T设定为0.4mm以下。此外，第二贵金属电极头32的外直径W和内层27A的横向宽度C满足W≤C。

(效果的确认)

此外，为了检测第二贵金属电极头32的外直径W与横向宽度C之间的关系的效果，通过保持第二贵金属电极头32的外直径W来制备各种样品，接地电极27的总横截面面积和内层27A的横截面面积恒定并且改变接地电极27的横向宽度B和内层27A的横向宽度C，尝试进行各种评价。下面说明实验的结果。

首先，样品是具有M12的螺纹直径的如下火花塞样品(样品10至13)：从燃烧室到第一贵金属电极头31的前端面的突出高度为3.5mm，火花放电间隙为1.05mm，并且接合有作为第一贵金属电极头31的直径为0.6mm并且高度为0.8mm的Ir-5Pt合金及作为第二贵金属电极头32的直径W为0.7mm且突出高度A为0.8mm的Pt-20Rh合金，对样品的接地电极27的横向宽度B和内层27A的横向宽度C进行各种改变，并且将样品安装在排量为660cc的直列3气缸发动机上，在4000rpm、全油门、5°BTDC的点火正时、和10.7的A/F(空气-燃料比)的测试条件下发动机总共运行300小时(然而，各样品每50小时轮换(气缸也轮换))。同时，中间构件43从接合面(平坦面F1)的突出高度H为0.35mm，第二贵金属电极头32的长度是0.45mm。接着，测量测试后的火花塞样品的消耗体积γ和氧化皮比率δ。同时，消耗体积γ表示试验后的第二贵金属电极头32的体积从最初体积的减少量。更具体地，在试验前用CT扫描器测量第二贵金属电极头32的体积，试验后也类似地测量第二贵金属电极头32的体积。通过从试验前的体积减去试验后的体积，计算所消耗的体积。

此外，表中的样品10仅有如图13中所示的平坦面F1，相反地，样品11至13具有如图14所示的平坦面F1和平坦面F2。除样品10外，其它各样品满足W≤C的关系。

表3

如上述表3所示，可以看到，即使接地电极27的总横截面面积和内层27A的横截面面积α均基本相等，吸热性随着内层27A的横向宽度C的增加而变好。

其中，上述实施方式说明的内容的目的不在于限制，而是如下面所说明地可以对上述实施方式进行各种变型。

(a)尽管上述各个实施方式中使用沿长度方向的整个范围具有基本相同的截面形状的接地电极27，如图15所示，可以采用具有如下结构的接地电极27，该接地电极27具有：接合到金属壳3的前端面的基部71，该基部71具有恒定宽度的大致矩形的横截面形状；具有圆形横截面(然而，设置有平坦面)并且比基部71更位于末端侧的小直径部72；以及横截面形状沿长度方向逐渐变化的锥形部73(然而，图中省略了中心电极等)。在该情况下，增大了接地电极27与金属壳3之间的接合面积，从而可以获得接合强度的增加。

简言之，只要接地电极27比火花放电间隙33更靠前端侧并且在位于与中心电极5侧相反的一侧的背面和/或侧面具有向外弯曲隆起的表面，对接地电极27的形状没有任何特别的限制。

(b)此外，尽管上述各个实施方式中将接地电极27成形为沿长度方向的整个范围内具有平坦面F1，比接地电极27的弯曲部更靠末端侧的部分可以被型锻为形成为大致平坦面形状。此外，至少仅第二贵金属电极头32所接合到的部分可具有平坦面F1。

(c)第二贵金属电极头32所接合到的部分是大致平坦面形状就足够了，而不必是字面上的严格意义的平面(平坦面)。因此，该部分具有一些凹凸是没有关系的。

(d)尽管上述各个实施方式中均未提及，也可以使用从最初就具有凹形状的构成内层27A的芯构件。此外，也可以将内层27A设置在相对于外层27B偏心的位置。

(e)在上述实施方式中，示出了一侧的熔融部42不与另一侧的熔融部42连接的横截面，但是，一侧的熔融部42也可以与另一侧的熔融部彼此连接。

Claims (11)

1.一种火花塞，其包括：

棒状中心电极；

被接合到所述中心电极的前端面的第一贵金属电极头；

设置于所述中心电极的外周的大致圆筒状绝缘体；

设置在所述绝缘体的外周的筒状金属壳；

接地电极，该接地电极具有：被接合到所述金属壳的前端面的基端部；以及与所述中心电极的前端部相面对的末端部，所述接地电极包括由镍合金制成的外层和由导热性比所述外层的导热性优的材料制成的内层；以及

第二贵金属电极头，该第二贵金属电极头通过由激光焊接和电子束焊接中的一种方式形成的熔融部而接合到所述接地电极的所述末端部的与所述中心电极的前端面相面对的侧面，并且在所述第二贵金属电极头与所述第一贵金属电极头之间形成火花放电间隙，

其中，从所述接地电极的末端面侧观察，在所述接地电极的通过所述第二贵金属电极头的轴线的横截面中，

所述接地电极包括朝外隆起的弯曲面和接合所述第二贵金属电极头的大致平坦的接合面；

所述第二贵金属电极头从所述接合面到所述第二贵金属电极头的末端面的突出高度A为0.4mm以上；

所述内层在所述接合面侧具有大致平坦的表面和凹状表面中的一方；

所述熔融部与所述内层之间的最小距离F为0.1mm以上。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，在所述横截面中，所述熔融部从所述接合面沿所述轴线的方向朝向所述内层的深度E为0.1mm以上。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，在所述横截面中，所述接合面与所述内层之间的最短距离T为0.4mm以下。

4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，在所述横截面中，假设W表示所述第二贵金属电极头的末端面的宽度，C表示所述内层在平行于所述接合面的方向上的最大宽度，则满足W≤C。

5.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，在所述横截面中，所述外层的位于所述接合面侧的部位比位于与所述接合面相反的一侧即背面侧的部位的硬度大。

6.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，所述弯曲面具有圆弧形状，并且所述第二贵金属电极头的所述末端面比通过延长所述弯曲面的所述圆弧形状形成的假想圆朝向所述第一贵金属电极头侧突出得更多。

7.一种火花塞，其包括：

棒状中心电极；

被接合到所述中心电极的前端面的第一贵金属电极头；

设置于所述中心电极的外周的大致圆筒状绝缘体；

设置在所述绝缘体的外周的筒状金属壳；

接地电极，该接地电极具有：被接合到所述金属壳的前端面的基端部；以及与所述中心电极的前端部相面对的末端部，所述接地电极包括由镍合金制成的外层和由导热性比所述外层的导热性优的材料制成的内层；

中间构件，所述中间构件被接合到所述接地电极的末端部的与所述中心电极的前端面相面对的侧面；

第二贵金属电极头，该第二贵金属电极头通过由激光焊接和电子束焊接中的一种方式形成的熔融部而接合到所述中间构件，并且在所述第二贵金属电极头与所述第一贵金属电极头之间形成火花放电间隙，

其中，从所述接地电极的末端面侧观察，在所述接地电极的通过所述第二贵金属电极头的轴线的横截面中，

所述接地电极包括朝外隆起的弯曲面和接合所述中间构件的大致平坦的接合面；

所述第二贵金属电极头从所述接合面到所述第二贵金属电极头的末端面的突出高度A为0.4mm以上；

所述内层在所述接合面侧具有大致平坦的表面和凹状表面中的一方；

所述熔融部与所述接合面相互隔开地布置；

所述弯曲面具有圆弧形状，并且所述第二贵金属电极头的所述末端面比通过延长所述弯曲面的所述圆弧形状形成的假想圆朝向所述第一贵金属电极头侧突出得更多。

8.根据权利要求7所述的火花塞，其中，在所述横截面中，所述接合面与所述内层之间的最短距离T比所述中间构件从所述接合面的突出高度H小。

9.根据权利要求7或8所述的火花塞，其中，在所述横截面中，所述接合面与所述内层之间的最短距离T为0.4mm以下。

10.根据权利要求7或8所述的火花塞，其中，在所述横截面中，假设W表示所述第二贵金属电极头的末端面的宽度，C表示所述内层在平行于所述接合面的方向上的最大宽度，则满足W≤C。

11.根据权利要求7或8所述的火花塞，其中，在所述横截面中，所述外层的位于所述接合面侧的部位比位于与所述接合面相反的一侧即背面侧的部位的硬度大。

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