CN101632205B

CN101632205B - 火花塞的制造方法和火花塞

Info

Publication number: CN101632205B
Application number: CN2008800078028A
Authority: CN
Inventors: 中山胜稔; 长泽聪史
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: WO2008123344A1; JP2008270189A; CN101632205A; US8298030B2; EP2131460B1; EP2131460A4; JP4716296B2; US20100109502A1; EP2131460A1

Abstract

根据本发明提供了一种火花塞的制造方法，火花塞包括：筒状金属壳；被保持在金属壳中的筒状陶瓷绝缘体；被保持在陶瓷绝缘体中并且沿轴线方向延伸的中心电极；以及接地电极，该接地电极的后端部被固定至金属壳，该接地电极的前端部形成有面对中心电极的前端部的突起部，在突起部和中心电极的前端部之前留有间隙，接地电极除了形成突起部的部位之外厚度基本均匀。火花塞的制造方法包括：压制成型步骤，用于压制用于构成接地电极的接地电极材料整体，从而在接地电极材料的前端部形成突起部；以及焊接步骤，用于在压制成型步骤之后，将接地电极材料的后端部焊接至金属壳。

Description

火花塞的制造方法和火花塞

技术领域

本发明涉及一种在汽车内燃机等中使用的火花塞的制造方法和火花塞。

背景技术

已知的火花塞包括中心电极和与中心电极的前端部间隔开放电间隙而被配置的接地电极，从而在中心电极和接地电极之间产生用于对内燃机的燃烧室的空气燃料混合物点火的火花放电。

近年来，在全球环境保护的呼吁中，越来越强烈的要求提供能量节约，限制二氧化碳的排放并减少未燃烧气体(碳氢化合物)的排放。为了满足这些要求，积极对内燃机进行了改进，例如稀薄燃烧(lean-burn)发动机、直喷式汽油发动机和低排燃气发动机。此外，废气再循环(exhaust gas recirculation，EGR)系统被积极引入到稀薄燃烧发动机，该系统使部分废气再循环进燃料室，以减小吸气冲程的负性发动机负荷并产生更清洁的废气排放。在这种情况下，需要火花塞对包含大量非活性性废气(inert exhaust gas)的稀薄空气燃料混合物进行点火。因此需要具有高点火性能的火花塞。

具有改进点火性能的一种已知类型的火花塞包括中心电极和接地电极，该中心电极在其电极主体焊接有贵金属电极头，该接地电极具有例如通过焊接筒状贵金属电极头而形成的突起部，使筒状贵金属电极头的环状面直接面对中心电极的贵金属电极头，从而在这些贵金属电极头之间产生火花放电。提出了另一种类型的火花塞，其中接地电极具有通过压制成型(pressforming)而形成的突起部。(见专利文献1)。

专利文献1：日本特开2006-286469号公告

在通过将贵金属电极头焊接至接地电极而形成突起部的情况下，火花塞获得改进的点火性能，但是由于使用了昂贵的贵金属电极头，因而具有增加制造成本的问题。在将接地电极焊接至金属壳之后在接地电极的前端部压制成型突起部的情况下，突起部的周边的厚度减小，导致不可避免地在压制部和未压制部之间限定厚度变化部。当接地电极在制造火花塞期间被折曲为大致L状时或者在火花塞的成品使用期间接地电极遭受外力作用时，这引起接地电极在厚度变化部发生折断的可能性。因此，火花塞具有难以确保耐久性的问题。

发明内容

发明要解决的问题

创作了本发明以解决上述问题。本发明的目的是提供一种组合良好点火性能、经济性和耐久性的火花塞和以比传统的制造成本低的成本制造火花塞的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种火花塞的制造方法，火花塞包括：筒状金属壳；被保持在金属壳中的筒状陶瓷绝缘体；被保持在陶瓷绝缘体中并且沿轴线方向延伸的中心电极；以及接地电极，该接地电极的后端部被固定至金属壳，该接地电极的前端部形成有面对中心电极的前端部的突起部，在突起部和中心电极的前端部之前留有间隙，接地电极除了形成突起部的部位之外厚度基本均匀，制造方法包括：压制成型步骤，用于压制用于构成接地电极的接地电极材料整体，从而在接地电极材料的前端部形成突起部；以及焊接步骤，用于在压制成型步骤之后，将接地电极材料的后端部焊接至金属壳。

根据本发明的另一个方面，提供一种火花塞，该火花塞包括：筒状金属壳；被保持在金属壳中的筒状陶瓷绝缘体；被保持在陶瓷绝缘体中并沿轴线方向延伸的中心电极；以及接地电极，该接地电极具有：被固定至金属壳的后端部；形成有面对中心电极的前端部的突起部的前端部，在突起部和中心电极的前端部之前留有间隙；以及贵金属电极头，该贵金属电极头经由通过激光焊接形成在贵金属电极头和突起部之间的熔融部被接合至突起部的前端，接地电极除了形成突起部的部位之外厚度基本均匀，其中，火花塞满足如下条件：D1＜D2，L1＞L2以及P＞L2，其中，D1为贵金属电极头的外径；L1为贵金属电极头的高度；D2为突起部的外径；L2为突起部的高度；P为贵金属电极头从熔融部突出的高度。

在本发明的火花塞的制造方法中，通过压制成型在接地电极上形成突起部，从而面对中心电极。这使得能够提供与在接地电极上设置贵金属电极头情况一样的点火性能的改进，并且能够以比将贵金属电极头激光焊接至接地电极情况低的成本来制造火花塞。另外，对接地电极材料进行压制以形成突起部，然后将接地电极材料焊接至金属壳。这使得能够压制接地电极材料整体，从而不形成厚度变化部，并且不会发生接地电极在厚度变化部折断，确保了耐久性。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的火花塞的整体剖视图。

图2是图1的火花塞的主要部分的放大图。

图3A是根据本发明的另一个实施方式的火花塞的主要部分的放大图。

图3B是图3A中的火花塞的接地电极的剖视图。

图4是根据本发明的又一个实施方式的火花塞的主要部分的放大图。

图5是根据本发明的再一个实施方式的火活塞的主要部分的放大图。

图6是示出根据本发明的一个实施方式的火花塞的制造方法(压制成型处理步骤和焊接处理步骤)的示意图。

图7是示出根据本发明的另一个实施方式的火花塞的制造方法(压制成型处理步骤和焊接处理步骤)的示意图。

图8是根据本发明的实施方式的火花塞的接地电极突起部的变形例。

图9是根据本发明的实施方式的火花塞的接地电极突起部的变形例。

图10是根据本发明的实施方式的火花塞的接地电极突起部的变形例。

图11是根据本发明的实施方式的火花塞的接地电极突起部的变形例。

图12是根据本发明的实施方式的火花塞的接地电极突起部的变形例。

图13是根据本发明的实施方式的火花塞的接地电极突起部的变形例。

具体实施方式

下面参考附图，对本发明进行详细说明。这里，相同的部分和部位被指定相同的附图标记，以避免对其进行重复说明。

如1所示，根据本发明的一个实施方式的火花塞100包括金属壳1、陶瓷绝缘体2、中心电极3和接地电极4。

金属壳1由例如低碳钢等金属制成并形成为筒状。在金属壳1的外周面形成螺纹部7，并适于将火花塞100安装至发动机气缸体(未示出)。

陶瓷绝缘体2是由诸如氧化铝或氮化铝等烧结陶瓷制成并被保持在金属壳1中，并且陶瓷绝缘体2的前端部从金属壳1的端面突出。

通孔6沿轴线O的方向贯通陶瓷绝缘体2而形成。中心电极3被配置在通孔6的前侧(图中的下侧)，并且中心电极3的前端部从陶瓷绝缘体2的端面突出。该中心电极3具有作为表层部的中心电极主体30和被焊接至中心电极主体30的前端的贵金属电极头32。中心电极主体30是由Ni基合金制成并形成为柱状。中心电极3还具有埋设在电极主体30中的Cu或Cu合金的热传导增强构件。贵金属电极头3可以由Ir基合金制成并且具有直径为0.6mm的柱状外形，该Ir基合金包含Ir作为主要成分，以及从Pt、Rh、Ru和Re选取的一种或多种合计3～50质量％作为副成分，该副成分不仅抑制Ir的氧化/挥发，而且改善可加工性。陶瓷绝缘体2的通孔6的后侧配置有端子配件(terminalfitting)23，并且该端子配件23经由无线电噪声消减电阻器25和导电性玻璃密封层24和26电连接至中心电极3。

接地电极4被折曲为大致L状并且被配置成接地电极4的一个端部(后端部)接合至金属壳1的前端面，另一个端部(前端部)面对中心电极3的贵金属电极头32的前端。还如图2所示，该接地电极4包括面对贵金属电极头32并朝着贵金属电极头32突出的柱状突起部41。在本实施方式中，突起部41具有直径为1.0mm、高度为0.3mm的柱状外形。为了改进点火性能和耐热性并降低制造成本，包括突起部41的接地电极4可以由例如Ni基合金等制成。柱状突起部41通过稍后将说明的压制成型成。接地电极4除了突起部41之外厚度基本均匀。

在火花塞100中，通过压制成型而在接地电极4上形成柱状突起部41，从而如上所述地面对贵金属电极头32。该突起部41起与设置在接地电极4上的贵金属电极头同样的功能。由此，能够提供点火性能的改善。还能够避免对于昂贵的贵金属电极头和激光焊接处理的需要，与利用激光焊接将贵金属电极头焊接至接地电极4的情况相比，能够大幅降低制造成本。由于除了突起部41之外接地电极4的厚度基本均匀，并具有较少的因折曲处理而残留的扭曲(distortion)，因此能够进一步确保耐久性。

尽管如图1和图2所示，贵金属电极头32被设置在中心电极3上，但是中心电极3可以选择性地不具有贵金属电极头32，以进一步降低制造成本。在这种情况下，中心电极3和突起部41可以是直径分别为2.5mm和2.9mm的圆柱状。

如图3A和图3B所示，例如Pt合金等贵金属电极头42能够进一步被设置在接地电极4的柱状突出部41上。与将贵金属电极头直接设置在无柱状突起部41的平坦的接地电极4的情况相比，该构造减小了所需的贵金属电极头的体积(量)，并且增大了贵金属电极头的突起高度。因此，不仅能够改善点火性能和耐久性，而且还降低了制造成本。贵金属电极头42和接地电极4的突起部41通过激光焊接接合在一起。更具体地，首先将贵金属电极头42放置在突起部41上。随后，利用激光照射突起部41和贵金属电极头42的交界，由此在突起部41和贵金属电极头42之间形成熔融部43，在该熔融部43中，突起部41和贵金属电极头42的构成材料熔融在一起，以接合突起部41和贵金属电极头42。

这里定义D1为贵金属电极头42的外径；L1为贵金属电极头42的高度；P为贵金属电极头42从熔融部43突起的高度；D2为突起部41的外径；以及L2为突起部41的高度。当贵金属电极头42的外径D1被设定为小于突起部的外径D2(D1＜D2)时，能够提供点火性能和贵金属电极头42与突起部41的焊接强度的改善。当贵金属电极头42的高度L1和贵金属电极头42从熔融部43突起的高度P均被设定为大于突起部41的高度L2(L1＞L2，P＞L2)时，进一步能够在确保贵金属电极头42从熔融部43突起足够高度P同时，确保熔融部43的足够宽度，并且由此能够提供点火性能和突起部41与贵金属电极头42的焊接强度的进一步改善。例如，贵金属电极头42的外径D1、贵金属电极头42的高度L1、贵金属电极头42从熔融部43突起的突起高度P、突起部41的外径D2和突起部41的高度L2可以被分别设定为0.7mm、0.6mm、0.4mm、1.2mm和0.3mm。

可选地，如图4所示，可以使用在底部具有凹部的贵金属电极头420，将柱状突起部41装配进贵金属电极头420的凹部中。如图5所示，可以选择性地使用中央部具有圆孔的环状贵金属电极头421，将柱状突起部41装配进贵金属电极头421的圆孔中。

参考图6，将给出火花塞100的制造方法的说明。

如图6的上部所示，首先利用压模200对用于制造接地电极4的接地电极材料40进行压制成型，由此在接地电极材料40的给定位置形成给定形状的突起部41。此时，对接地电极材料40整体进行压制，从而除突起部之外不会形成任何厚度不同的部位。

然后，将具有突起部41的接地电极材料40切割成给定长度。此后，将接地电极材料40从压模200转移至焊接用夹具210，并且将接地电极材料40的后端部焊接至金属壳1的前端，如图6的下部所示。

将接地电极材料40折曲为大致L状，由此形成如图1所示的接地电极4。

例如，在将接地电极材料40焊接至金属壳1之后再压制成型突起部41的情况下，接地电极材料40的位于接地电极材料40和金属壳1之间的焊接接合处或焊接接合处附近的一些部分不能被压制。这会导致在接地电极材料40的未压制的后端部和压制过的前端部之间形成接地电极材料40的厚度变化的厚度变化部。当这样的厚度变化部被形成在接地电极材料40上时，这增大了接地电极在接地电极材料40被折曲为大致L状或在成品的使用期间遭受外力时在厚度变化部处折断的可能性。

相较之下，在本实施方式中，在接地电极材料40上压制成型突起部41之后，将接地电极材料40焊接至金属壳1。这允许以在除了突起部41之外的部分不会形成任何厚度不同部位(厚度变化部)的方式对整个接地电极材料40进行压制。相应地，不会在厚度变化部发生接地的电极折断，能够确保耐久性。进一步，与将贵金属电极头通过激光焊接至接地电极的情况相比，在接地电极4上压制成型柱状突起部41能够实现短时间内的批量制造。不需要昂贵的贵金属电极头。因此，能够大幅地降低制造成本。

存在着如下情况，由于压制成型处理期间的加工硬化，随着接地电极材料40硬度的增大，因此将接地电极材料40折曲为大致L状变得困难。在这种情况下，可行的是在压制成型处理之后对接地电极材料40进行退火，以使随后将接地电极材料40折曲为大致L状的加工变得容易。在被焊接至金属壳1之前，对接地电极材料40进行退火时，只对接地电极材料40进行退火。这使得能够高效地制造火花塞100，降低制造成本。

参考图7，将给出对根据本发明的另一个实施方式的火花塞的制造方法的说明。在本实施方式中，接地电极材料40是从盘曲的线材源400供给的，然后利用压模200对接地电极材料40进行压制成型，以形成突起部41，同时利用切割工具230切割为给定长度，如图7上部所示。接着，在由压模200保持形成有突起部41并被切割成给定长度的接地电极材料40的状态下，通过焊接将该接地电极材料40固定至金属壳1的前端，从而使用压模200作为焊接夹具。此后，将接地电极材料40折曲为大致L状，由此形成如图1所示的接地电极4。通过将线材切割为给定长度而供给接地电极材料40允许火花塞100的高效制造，从而降低制造成本。由于接地电极材料40在由压模200保持的状态下被焊接至金属壳1的前端，因此不需要在压制成型处理和焊接处理之间的转移过程。由此，能够更高效地制造火花塞，制造成本得以降低。

尽管对柱状突起部41的形式没有特别限定，但是优选的是，突起部41沿垂直于轴线方向的方向具有0.1mm²至6.6mm²的截面积，以兼顾点火性能和耐久性两者。

例如，如图8-13所示，可以对柱状突起部41进行各种变型。在图8的变形例中，圆柱状突起部410被形成在接地电极4的前端部上，接地电极4的前端的两侧角部被切掉。在将接地电极4加工为如图8所示的接地电极4的前端的两侧边角均被切掉的形状的情况下，优选的是，在接地电极4上压制成型突起部41之后执行这种成形加工。这允许接地电极4的前端部被加工为任何想要的形状。在图9的变形例中，在接地电极4的前端部上形成方形(square)柱状突起部411。在图10的变形例中，在接地电极4的前端部上形成三角柱状突起部412。在图11的变形例中，在从接地电极4的前端部侧稍微向后的位置处形成星形柱状突起部415。在图12的变形例中，在从接地电极4的前端侧稍微向后的位置处形成椭圆形柱状突起部416。在图13的变形例中，在从接地电极4的前端侧稍微向后的位置处形成在中央部具有圆形凹部的圆筒柱状突起部417。

如上所述，能够以比以前更低的成本制造具有良好点火性能、经济性和耐久性的本发明的火花塞100。

尽管已经参考上面的具体实施方式对本发明进行了说明，但是本发明不限于这些典型实施方式。本领域的普通技术人员根据上面的教示可以对上面所述的实施方式进行各种修改和变形。

Claims

1.一种火花塞的制造方法，所述火花塞包括：筒状金属壳；被保持在所述金属壳中的筒状陶瓷绝缘体；被保持在所述陶瓷绝缘体中并且沿所述火花塞的轴线方向延伸的中心电极；以及接地电极，该接地电极的后端部被固定至所述金属壳，该接地电极的前端部形成有面对所述中心电极的前端部的突起部，在所述突起部和所述中心电极的前端部之前留有间隙，所述接地电极除了形成所述突起部的部位之外厚度基本均匀，所述制造方法包括：

压制成型步骤，用于压制用于构成所述接地电极的接地电极材料整体，从而在所述接地电极材料的前端部形成突起部；以及

焊接步骤，用于在所述压制成型步骤之后，将所述接地电极材料的后端部焊接至所述金属壳。

2.根据权利要求1所述的火花塞的制造方法，其特征在于，在所述压制成型步骤期间，所述接地电极材料被切割成给定长度。

3.根据权利要求1所述的火花塞的制造方法，其特征在于，在所述焊接步骤中，在由所述压制成型步骤用的压模保持所述接地电极材料的状态下将所述接地电极材料焊接至所述金属壳。

4.根据权利要求1所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述火花塞的制造方法还包括：在所述压制成型步骤之后的前端成形步骤，用于将所述接地电极材料的形成有所述突起部的前端部加工成给定形状。

5.根据权利要求1所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述火花塞的制造方法还包括：在所述压制成型步骤之后且在所述焊接步骤之前的退火步骤，用于对所述接地电极材料进行退火。

6.根据权利要求1所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述火花塞的制造方法还包括：贵金属电极头接合步骤，用于将贵金属电极头接合至所述突起部。

7.根据权利要求6所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述火花塞满足如下条件：D1＜D2且L1＞L2，其中，D1为所述贵金属电极头的外径；L1为所述贵金属电极头的高度；D2为所述突起部的外径；L2为所述突起部的高度。

8.根据权利要求7所述的火花塞的制造方法，其特征在于，所述贵金属电极头经由通过激光焊接形成在所述贵金属电极头和所述突起部之间的熔融部被接合至所述突起部，并且满足如下条件：P＞L2，其中，P为所述贵金属电极头从所述熔融部突出的高度。