CN101861685A

CN101861685A - 内燃机用火花塞

Info

Publication number: CN101861685A
Application number: CN200880116071A
Authority: CN
Inventors: 鸟居计良; 宫下直道; 无笹守; 铃木彰; 田中智雄; 吉本修
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2028-11-13
Also published as: US20100242888A1; EP2211432A4; EP2211432B1; WO2009063930A1; CN101861685B; EP2211432A1; US8344604B2; KR101513325B1; JPWO2009063930A1; KR20100084176A; JP5200013B2

Abstract

一种火花塞，该火花塞具有被接合到接地电极的前端部的贵金属电极头，能够长时间地保证贵金属电极头的稳定接合状态。接地电极(27)侧的贵金属电极头(32)不直接接合到接地电极(27)的前端部，而是通过介于贵金属电极头(32)和接地电极(27)之间的台座部(51)间接地接合到接地电极(27)的前端部。台座部(51)包括：基部(53)，其为圆板状并且在其外周设有凸缘部(52)；突出部(54)，其从基部(53)突出并且为圆柱状。首先，在贵金属电极头(32)与台座部(51)的突出部(54)接触的状态下，在其上进行激光焊接等从而形成熔融部(42)并且获得组合体，台座部(51)的基部(53)通过电阻焊接被接合到接地电极(27)的平坦面上。台座部(51)的熔融部(42)附近的晶粒的粒径比台座部(51)的接地电极(27)附近的晶粒的粒径大，而且台座部(51)的凸缘部(52)的晶粒的粒径比突出部(54)的晶粒的粒径小。

Description

内燃机用火花塞

技术领域

本发明涉及一种内燃机用火花塞。

背景技术

诸如车辆发动机等内燃机用的火花塞包括例如：中心电极；绝缘体，其被设置于中心电极的外侧；筒状金属壳，其被设置于绝缘体的外侧；接地电极，该接地电极的基端部被接合到金属壳的前端面。接地电极的前端部的内表面被布置成与中心电极的前端部相对，因此，在中心电极的前端部和接地电极的前端部之间形成火花放电间隙。

近来，考虑到由贵金属合金制成的电极头(贵金属电极头(precious metal tips))能够被接合到中心电极的前端部和接地电极的前端部，从而达到除了改善点火性能和改善火花的传播性之外还改善耐火花消耗性的目的。此外，存在一种如下的技术：为了达到增加贵金属电极头与接地电极之间的接合强度的目的，用于接地电极的贵金属电极头被接合到中间构件，并且中间构件被接合到接地电极(例如，参考专利文献1和2)。在此技术中，利用由中间构件和贵金属电极头二者熔合在一起的金属形成的熔融部而将中间构件和贵金属电极头接合在一起。

[专利文献1]：日本特开2004-134209号公报

[专利文献2]：日本特开平8-298178号公报

发明内容

发明要解决的问题

顺便提及，由于当前对减小火花塞直径的要求，所以需要使接地电极细径化(thinning)。由于燃料的稀薄燃烧(leanburning)和高压缩比(high compression)，即使考虑到发动机的燃烧条件，接地电极也暴露于比以往更高的温度。

具体地，在提供如上述专利文献中的中间构件的技术中，中间构件被布置成与接地电极相比更加突出(与具有相当好的热传导性的接地电极间隔一段距离)，因此可以说中间构件更容易暴露于高温。因此，在熔融部和中间构件之间的界面处产生氧化(腐蚀)，而且担心形成氧化膜(氧化皮(oxide scale))。更具体地，当氧气侵入到熔融部和中间构件之间的界面处时，较易于氧化的材料从中间构件的内部移动到该界面，并且与氧气结合，从而很容易在界面处形成氧化膜。此外，当氧化膜形成于熔融部和中间构件之间的界面时，界面处的接合强度显著降低，结果，担心将使贵金属电极头的耐剥离性(exfoliationresistance)劣化。

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种内燃机用火花塞，该火花塞具有接合到接地电极的前端部的贵金属电极头，并且确保贵金属电极头的长时间的稳定接合状态。

用于解决问题的方案

以下将在不同的段落中说明适用于解决该问题的各方面。另外，根据需要还将说明各方面的相应的操作和效果。

在第一方面中，内燃机用火花塞包括：

中心电极，其为在轴线CL1方向上延伸的棒状；

绝缘体，其为大致圆筒状并且被设置于所述中心电极的外周；

筒状金属壳，其被设置于所述绝缘体的外周；

接地电极，其具有被接合到所述金属壳的基端部和被布置成与所述中心电极的前端部面对的前端部，

其中，接地电极贵金属电极头在与所述中心电极的所述前端部相对的位置处或者在与被接合到所述中心电极的所述前端部的中心电极贵金属电极头相对的位置处被接合到所述接地电极的所述前端部，

其中，在所述中心电极的前端部和所述接地电极贵金属电极头的前端部之间或者在所述中心电极贵金属电极头的前端部和所述接地电极贵金属电极头的前端部之间形成火花放电间隙，

其中，所述接地电极贵金属电极头利用熔融部而被接合到台座部的座面，其中所述台座部含与所述接地电极相同的成分，并且通过对构成所述接地电极贵金属电极头和所述台座部的金属进行激光焊接或电子束焊接从而将金属熔融在一起，由此形成所述熔融部，

其中，所述台座部被接合到所述接地电极，以及

其中，所述台座部的所述熔融部附近的晶粒的粒径比所述台座部的所述接地电极附近的晶粒的粒径大。

利用该第一方面，通过熔融部将用于所述接地电极的贵金属电极头接合到所述台座部的座面，其中由通过激光焊接或者电子束焊接而熔融在一起的这两者的金属形成所述熔融部。因此，可以保证所述台座部和用于所述接地电极的贵金属电极头之间的足够的接合强度。此外，所述台座部包括与所述接地电极相同的成分，并且即使在所述台座部通过例如电阻焊接等而被接合到所述接地电极的情况下，所述台座部也能够保证较充分的接合强度。

顺便提及，所述台座部从所述接地电极突出，并且更容易暴露于高温。另外，如上所述，担心在所述熔融部和所述台座部之间的界面处由于较易于氧化的材料与氧气的结合而形成氧化膜。在此方面中，在第一方面中，所述台座部的所述熔融部附近的晶粒的粒径比所述台座部的所述接地电极附近的晶粒的粒径大。因此，在所述熔融部附近的所述台座部中较易于氧化的材料能够移动的路径的数量较小。因此，即使氧气侵入到该界面，较易于氧化的材料也很难从所述台座部的内部出现于该界面，因此几乎不形成氧化膜。结果，能够长时间地保证界面处的稳定的接合强度，由此防止用于所述接地电极的贵金属电极头的耐剥离性的劣化。

这里，“晶粒的粒径”是指预定区域内的晶粒的平均粒径。作为计算方法，例如，获得通过用于所述接地电极的贵金属电极头的轴线中心的截面的图像，并且在该图像上画出直径为0.1mm的虚拟圆，然后测量该虚拟圆内所包括的晶粒的数量。用该虚拟圆的面积除以晶粒的数量，计算每个晶粒的截面积，然后从该截面积计算晶粒的直径。经由该计算得到的数值是晶粒的粒径。“熔融部附近”一般地是指到熔融部的距离比到接地电极的距离短的任意区域。例如，当画出具有0.1mm的直径的虚拟圆时，虚拟圆的一部分被画成与“熔融部”重叠，并且包含在该圆内部的晶粒被用于测量粒径。同样地，“接地电极附近”一般是指到接地电极的距离比到熔融部的距离短的任意区域。例如，当画出具有0.1mm的直径的虚拟圆时，虚拟圆的一部分被画成与接地电极重叠，并且包含在该圆内部的晶粒被用于测量粒径。

此外，优选“用于所述接地电极的贵金属电极头被接合到所述台座部的座面从而形成组合体，并且所述组合体的所述台座部被接合到所述接地电极”。因此，能够顺利地进行接合加工。

此外，还优选采用如下所述的第二、第三、第四、第五、第六和第七方面。

在第二方面中：在第一方面的火花塞中，

所述台座部包括：

圆板状的基部，其一端面被接合到所述接地电极；以及

突出部，其从所述基部的另一端面突出，并且所述突出部为圆柱状，所述圆柱状的直径比所述基部的直径小，并且所述接地电极贵金属电极头被接合到所述突出部，

所述基部的在外周方向上比所述突出部突出的部分是凸缘部，以及

所述凸缘部的晶粒的粒径比所述突出部的晶粒的粒径小。

利用该第二方面，因为所述台座部在接合到所述接地电极的一侧具有在外周上设置有凸缘部的基部，所以与没有凸缘部的情况相比能够加大接合面积。因此，可以获得更强的接合。因为用于所述接地电极的贵金属电极头的热传导路径被加宽，所以可以提高贵金属电极头的耐久性。

同时，因为所述台座部设置有凸缘部并且所述凸缘部从所述接地电极突出，所以担心由于朝向所述凸缘部的火花放电会造成火花消耗。具体地，存在如下的可能性：由于火花放电的影响在晶粒边界处所述台座部的所述凸缘部的晶粒将脱落，并且当晶粒大时，由于脱落而造成的消耗程度增加。在此方面，在第二方面中，在所述台座部中，所述凸缘部的晶粒的粒径比所述突出部的晶粒的粒径小。因此，即使在所述中心电极(或所述中心电极的贵金属电极头)和所述凸缘部之间产生火花放电时，脱落的晶粒较小，从而能够最小化由于脱落而造成的损坏。结果，可以防止所述台座部中的耐火花消耗性的劣化。

在第三方面，用于内燃机的火花塞包括：

中心电极，其为在轴线CL1方向上延伸的棒状；

筒状金属壳，其被设置于所述绝缘体的外周；

其中，所述台座部被接合到所述接地电极，

其中，所述台座部包括：

圆板状基部，其一端面被接合到所述接地电极；以及

所述凸缘部的晶粒的粒径比所述突出部的晶粒的粒径小。

利用该第三方面，能够体现第一和第二方面的效果。

在第四方面中，在第二或第三方面的火花塞中，

满足A＞10和B≤10，

其中A表示所述突出部的晶粒的粒径，B表示所述凸缘部的晶粒的粒径，其中A和B的单位都是μm。

在第五方面中，在第四方面的火花塞中，

满足10＜A≤200和0.1≤B≤10。

为了可靠地体现上述的效果，如在第四方面中，优选所述突出部的晶粒的粒径A大于10μm。因此，能够显著改善抗氧化性，从而可以防止用于所述接地电极的贵金属电极头的耐剥离性的劣化。优选所述凸缘部的晶粒的粒径B等于或小于10μm。因此，可以防止由于相对较大的晶粒脱落所致的所述凸缘部的消耗程度的增加。

具体地，如在第五方面中，优选所述突出部的晶粒的粒径A小于200μm。在粒径A等于或大于200μm的情况下，担心用于接地电极的贵金属电极头将随着晶粒的脱落而脱落。优选所述凸缘部的晶粒的粒径B等于或大于0.1μm。在粒径B小于0.1μm的情况下，所述凸缘部的硬度增加，担心可加工性劣化。

在第六方面中，在第二至第五方面的火花塞中，

所述凸缘部的晶粒是扁平状的，并且取向为与所述台座部的轴线方向垂直的方向。

利用该第六方面，因为所述凸缘部的晶粒是扁平状的，并且取向为与所述台座部的轴线方向垂直的方向，虽然在中心电极(或者中心电极的贵金属电极头)和凸缘部之间产生火花放电，并且晶粒脱落，但是仍然可以最小化在轴线方向(厚度方向)上形成的凹陷和裂纹。结果，可以进一步防止所述台座部中的耐火花消耗性的劣化。

在第七方面中，在第二至第五方面的火花塞中，所述台座部主要包含与所述接地电极的主要成分相同的金属。

利用此第七方面，所述台座部的主要成分是与所述接地电极的主要成分相同的金属(例如，镍)。因此，所述台座部和所述接地电极的相容性增加，例如，在两者通过电阻焊接等被熔融在一起的情况下，可以显著地增强接合强度。

附图说明

图1是示出根据一种实施方式的火花塞的构造的局部剖切正视图。

图2是该火花塞的局部放大剖视图。

图3是示出从与图2垂直的方向观察时的火花塞的放大剖视图。

图4A至图4C是示意性地示出组合体和接地电极的制造过程的剖视图。

图5A至图5C是示意性地示出台座部的制造过程的剖视图。

图6是示出台座部的接地电极附近的晶粒(grains)的平均粒径均一化而熔融部附近的晶粒的平均粒径可改变的情况下氧化膜的形成比例的关系的图。

图7是示出台座部的熔融部附近的晶粒(grains)的平均粒径均一化而凸缘部的晶粒的平均粒径可改变的情况下凸缘部的消耗量的关系的图。

图8是根据另一实施方式的火花塞的局部放大图。

附图标记说明

1：火花塞

2：绝缘体

3：金属壳

5：中心电极

27：接地电极

31：贵金属电极头(用于中心电极)

32：贵金属电极头(用于接地电极)

33：火花放电间隙

42：熔融部

51：台座部

52：凸缘部

53：基部

54：突出部

54a：座面

71：组合体

CL1：轴线

CL2：轴线(台座部的轴线)

具体实施方式

以下将参考附图说明本发明的实施方式。图1是示出火花塞1的局部剖切正视图。在图1中，火花塞1的轴线CL1的方向表示图中的上下方向，并且底侧和顶侧表示火花塞1的前端侧和后端侧。

火花塞1包括：绝缘体2，其作为长的绝缘构件；筒状金属壳3，其用于保持绝缘体2。

绝缘体2设置有沿轴线CL1贯通的轴向孔4。中心电极5被插入和固定到轴向孔4的前端部，并且端子电极6被插入和固定到后端部。在轴向孔4中，电阻器7被布置在中心电极5和端子电极6之间，并且电阻器7的两个端部经由导电玻璃密封层8和9分别被电连接至中心电极5和端子电极6。

中心电极5以从绝缘体2的前端部突出的状态被固定到该绝缘体2的前端部，端子电极6以从绝缘体2的后端部突出的状态被固定到该绝缘体2的后端部。另外，包含铱作为主要成分的并且包含5％质量百分比的铂的贵金属电极头(用于中心电极的贵金属电极头)31通过焊接被接合到中心电极5。

另一方面，众所周知通过在氧化铝等上进行烧制而形成绝缘体2，并且从外观观察时该绝缘体2包括：大直径部11，其在轴线CL1的方向的大致中央部处具有在径向上向外凸出的凸缘的形状；中间主干部12，其具有比大直径部11的直径小的直径，并且被设置于大直径部11的前侧的前端侧；和长腿部13，其具有比中间主干部12的直径小的直径，而且被设置于中间主干部12的前侧的前端侧并且暴露于内燃机(发动机)的燃烧室。包括大直径部11、中间主干部12和长腿部13的绝缘体2的前端侧被收纳于筒状金属壳3中。台阶部14被形成于长腿部13和中间主干部12之间的连接部，通过台阶部14将绝缘体2锁定到金属壳3。

金属壳3由诸如低碳钢等金属形成并且形成为筒状，在该金属壳3的外周面上，形成有用于将火花塞1安装到发动机气缸盖所需的螺纹部(阳螺纹)15。座部16被设置于螺纹部15的后侧的后端侧的外周面上，环状垫圈18被插入装配到螺纹部15的后端的螺纹头17。在金属壳3的后端侧设置有工具接合部19，该工具接合部19具有六角形剖面，并且诸如扳手等工具被接合到该工具接合部19从而将金属壳3安装到气缸盖，并且在该工具接合部19的后端部设置有用于保持绝缘体2的弯边部20(swageportion)。

用于锁定绝缘体2的台阶部21被设置于金属壳3的内周面上。另外，从金属壳3的后端侧向前端侧插入绝缘体2，并且通过弯边金属壳3的后端侧的开口部而固定该绝缘体2，即，通过在台阶部14被锁定到金属壳3的台阶部21的阶段形成弯边部20而固定绝缘体2。环板状密封件22被插入到绝缘体2的台阶部14和金属壳3的台阶部21之间。因此，能够维持燃烧室的气密性，而且流进绝缘体2的暴露于燃烧室的长腿部13和金属壳3的内周面之间的间隙的燃料气体不会泄漏出去。

另外，为了通过弯边获得更完全气密性，环状圈构件23和24在金属壳3的后端侧被插入到金属壳3和绝缘体2之间，滑石粉末(滑石)25被填充到圈构件23和24之间。也就是，金属壳3利用板状密封件22、圈构件23和24、以及介于圈构件23和24之间的滑石25保持绝缘体2。

另外，具有大致L形状的接地电极27被接合到金属壳3的前端面26。也就是，接地电极27的基端部被焊接到金属壳3的前端面26，而且接地电极27的前端侧被以该前端侧的侧面面对中心电极5的前端部(贵金属电极头31的前端部)的方式弯曲。接地电极27具有面对贵金属电极头31的贵金属电极头(用于接地电极的贵金属电极头)32。另外，贵金属电极头31和32与轴线线CL1对齐，而且贵金属电极头31和32之间的间隙是火花放电间隙33。

如图2所示，通过由铜或铜合金制成的内层5A和由镍(Ni)合金制成的外层5B构成中心电极5。中心电极5具有小直径的前端侧，在全局上具有棒状形状(圆柱状)和平坦的前端面。圆柱状的贵金属电极头31被布置成与该前端面重叠，通过沿着贵金属电极头31和中心电极5的接合面的外周部进行激光焊接、电子束焊接等而将贵金属电极头31和中心电极5熔融到一起形成熔融部41。也就是，通过熔融部41将贵金属电极头31固定且接合到中心电极5。

同时，接地电极27具有包括内层27A和外层27B的双层结构。在该实施方式中，外层27B由诸如Inconel 600或Inconel 601(两者均是商标名)等镍合金制成。另一方面，内层27A由铜合金制成，其中该铜合金是比镍合金或纯铜具有更好的热传导性的金属。由于内层27A的存在，所以可以提高热传递。在本实施方式中，为了说明的方便，将说明简单的两层结构，然而也可以采用三层结构或具有四层以上的多层结构。这里，优选外层27B内侧的层包含具有比外层27B的热传导性更好的热传导性的金属。因此，例如，由铜合金或纯铜等制成的中间层可以被设置于外层27B的内侧，由纯镍制成的最内层可以被设置于中间层的内侧。在此情况下，中间层和最内层构成了内层27A。当然，接地电极27也可以采用只由镍合金制成的单层结构以替代多层结构。

已经提到中心电极5的贵金属电极头31主要包含铱，而接地电极27的贵金属电极头32由包含例如铂作为主要成分和20％质量百分比的铑的贵金属合金制成。这里，贵金属电极头32的组成只是一种示例，不限于此说明。例如，作为另一种示例，也可以采用包含铂作为主要成分和10％质量百分比的镍的贵金属合金(Pt-10Ni)，从而增强与后述的主要包含镍的台座部51的焊接性。例如如下制造贵金属电极头31和32。首先，准备主要包含铱或铂的铸锭(ingot)，将合金成分与铸锭一起混合并且熔融从而获得上述的预定的组成，再次形成与熔融的合金有关的铸锭，然后，在该铸锭上进行热锻(hot forging)和热轧(hotrolling)(槽型轧制(groove rolling))。此后，通过拔丝加工而获得棒状材料，并且将此棒状材料切断成预定的长度，由此获得圆柱状的贵金属电极头31和32。

然而，如图3所示，本实施方式中的接地电极27侧的贵金属电极头32不是直接接合到接地电极的前端部，而是利用主要包含镍的台座部51间接地接合到接地电极的前端部。更具体地，台座部51包括具有圆板状的基部53和突出部54，该突出部54从基部53突出并且具有直径比基部53的直径小的圆柱状。基部53的在外周方向上从突出部54突出的部分是凸缘部52。贵金属电极头32被接合到突出部54的座面54a，并且基部53被接合到接地电极27的内侧的平坦面。

将说明贵金属电极头32和台座部51的接合顺序。首先，如图4A所示，在贵金属电极头32与台座部51的突出部54的座面54a接触的状态下，如图4B所示，沿着该接合面的外周进行激光焊接或电子束焊接。因此，贵金属电极头32和台座部51(突出部54)被熔融在一起从而形成熔融部42，由此获得如下的组合体71：在该组合体71中贵金属电极头32和台座部51被熔融，并且由介于二者之间的熔融部42而牢固地固定在一起。如图4C所示，组合体71的台座部51(的基部53)通过电阻焊接被接合到接地电极27的平坦面上。这里，因为台座部51和接地电极27的外层27B均由镍合金制成，所以使用电阻焊接能够获得足够的接合强度。因为在电阻焊接过程中在按压凸缘部52的同时进行焊接，所以在此情况下，基部53的周围部分(凸缘部52)趋向于更加积极地(positively)被焊接。在此方面中，为了使得基部53的中央部更可靠地被焊接，可以在该中央位置处与基部53的下端面(电阻焊接面)一体地形成突起。

在本实施方式中，台座部51的熔融部42附近的晶粒的粒径比台座部51的接地电极27附近的晶粒的粒径大。“晶粒的粒径”是指预定区域内的晶粒的平均粒径。作为一种计算方法，如上所述，例如获得穿过贵金属电极头32的轴线中心的截面的图像，并且在该图像上画出直径为0.1mm的虚拟圆，然后测量该虚拟圆内所包括的晶粒的数量。另外，用该虚拟圆的面积除以晶粒的数量，来计算每个晶粒的截面积，然后从该截面积计算晶粒的直径。另外，经由该计算得到的数值是晶粒的粒径。“熔融部42的附近”一般是指到熔融部42的距离比到接地电极27的距离短的任意区域。例如，当如上画出具有0.1mm的直径的虚拟圆时，虚拟圆的一部分被画成与熔融部42重叠，并且包含在该圆内部的晶粒被用于测量粒径。同样地，“接地电极27的附近”一般是指到接地电极27的距离比到熔融部42的距离短的任意区域。例如，当如上画出具有0.1mm的直径的虚拟圆时，虚拟圆的一部分被画成与接地电极27重叠，并且包含在该圆内部的晶粒被用于测量粒径。

在本实施方式中，在台座部51中，凸缘部52的晶粒的粒径比突出部54的晶粒的粒径小。具体地，当假设突出部54的晶粒的粒径是A(μm)并且凸缘部52的晶粒的粒径是B(μm)时，满足10＜A≤200，并且0.1≤B≤10。

凸缘部52的晶粒是扁平形状，并且取向为与台座部51的轴线CL2(参见图4C)的方向(在本实施方式中，轴线CL1的方向)垂直的方向。

这里，将参考图5说明构制上述的各区域中的晶粒的技术的示例。首先，如图5A所示，准备固定模具62，其中该固定模具62具有与台座部51的外形一样的形状的模具表面61。然后，将具有圆柱形状并且由镍合金制成的台座端头(pedestal tip)51A放置于模具表面61。这里，如图5B所示，优选台座端头51A具有与突出部54的直径大致相同的直径并且被放置和固定到模具表面61中的用于形成突出部54的区域。

接着，沿图中的箭头方向压被布置成与固定模具62相隔一定距离的可移动模具63。因此，台座端头51A的富余部(marginportion)等在台座端头51A的上部外周和固定模具62的空间中移动(塑性变形)，从而形成凸缘部52。从固定模具62中取出成型的部分，由此获得如图5C所示的台座部51。另外，在成型过程中，可以使用锤等作为压具，以替代可移动模具63。通过采用成型技术，凸缘部52的晶粒被挤压和压碎，从而其粒径比没有被压碎和变形的突出部54的晶粒的粒径小，并且凸缘部52的晶粒变得扁平并且取向为与中心轴线的方向(制造完毕之后轴线CL1的方向)垂直的方向。出于相同的原因，在制造完毕之后，被布置于接地电极27侧的基部53的晶粒的粒径变得比被布置于制造完毕之后的熔融部42侧的突出部54的晶粒的粒径小。

接着，将说明具有上述构造的火花塞1的制造方法，尤其是接地电极27等的制造过程。首先，预先加工金属壳3。也就是，通过冷锻在具有圆柱状的金属材料(例如，诸如S15C或者S25C或不锈钢材料等铁基材料)上形成通孔，从而形成初始形状。此后，进行切削加工(cutting process)从而制造外形，由此获得金属壳中间体。

然后，制造接地电极27的中间体。也就是，接地电极27的中间体就是弯曲之前的竖直的棒状构件。例如如下获得弯曲之前的接地电极27。

也就是，准备由内层27A的金属材料制成的芯材料和由外层27B的金属材料制成的有底筒状构件(两者均未示出)。通过将芯材料插入到有底筒状构件的凹部中，由此形成杯状材料(cup material)。接着，在冷环境下在具有两层结构的杯状材料上进行细化加工(thinning process)。作为在冷环境下进行的细化加工的示例，例如，包括使用模具等进行拔丝加工(wiredrawing)和使用阴模进行挤出成型加工(extrusion)等。此后，通过进行弯边，形成具有矩形截面的并且被细径化的棒状构件。

接着，接地电极27在被弯曲之前以及被接合电极头之前通过电阻焊接被接合到金属壳中间体的前端面。另外，因为在电阻焊接期间发生所谓的“压陷(shear droop)”，因此要进行消除“压陷”的操作。在此示例中，在进行弯边、切削等之后通过电阻焊接合弯曲之前的接地电极27。然而，也可以在进行细化加工、将棒状构件接合到金属壳中间体和进行弯边之后再进行切削加工。在此情况下，在弯边过程中，在保持金属壳中间体的状态下，将接合到金属壳中间体的前端面的棒状构件从前端侧引入到弯边机的加工单元(弯边模具)。因此，为了在弯边过程中确保保持部位，不需要刻意地将棒状构件设置得较长。

此后，通过螺纹滚轧(thread rolling)而在金属壳中间体的预定部位形成螺纹部15。因此，获得焊接了弯曲之前的接地电极27的金属壳3。在金属壳3上进行镀锌(Zinc plating)或镀镍(nickel plating)。为了增强耐腐蚀性，可以在该表面上额外地进行镀铬(chromate treatment)。

同时，如上所述，提供贵金属电极头32的组合体71。也就是，在贵金属电极头32与台座部51的突出部54的座面54a接触的状态下，沿着该接合面的外周部在该接合面上进行激光焊接或电子束焊接，从而形成熔融部42，并且因此获得如下的组合体71：在此组合体71中，贵金属电极头32和台座部51被牢固地接合和固定到彼此。

如图4C所示，通过电阻焊接将组合体71的台座部51(基部53)接合到弯曲之前的接地电极27的平坦面。为了更加可靠的焊接，在进行焊接之前在焊接部处进行涂层去除处理，或在电镀过程中在焊接目标部进行掩蔽处理(masking)。可以在后述的组装之后进行组合体71的焊接。

同时，除金属壳3之外也成型绝缘体2。例如，通过使用包含氧化铝作为主要成分以及粘合剂等的原料粉末(raw powder)而制备基础金属颗粒材料，并使用该材料进行橡胶挤压成型(rubber press forming)，由此获得筒状成型体(cylindricalcompact)。在获得的成型体上进行磨削而进行整形(shape)。然后，被整形的成型体被投入到燃烧炉中进行烧制，由此获得绝缘体2。

与金属壳3和绝缘体2分开地制备中心电极5。也就是，锻造镍基的合金，在中央部设置铜芯从而提高散热性。另外，通过激光焊接等将上述的贵金属电极头31接合到中心电极5的前端部。

通过未示出的玻璃密封材料将中心电极5和端子电极6密封和固定于绝缘体2的轴向孔4中，其中，该中心电极5接合了如上所述获得的贵金属电极头31。作为玻璃密封材料，一般地，准备并混合硼硅酸盐玻璃和金属粉末以备使用。在中心电极5首先被插入到绝缘体2的轴向孔4中的状态下，准备好的密封材料被注入到绝缘体2的轴向孔4中，然后从后侧压入端子电极6，接下来在燃烧炉中烧制烘焙。在此定时，可以在绝缘体2的后端侧的体干部(shank)的表面上同步地烧制釉层(glaze layer)，或者可以预先形成釉层。

之后，绝缘体2和金属壳3被相互组装在一起，其中绝缘体2具有如上制造的中心电极5和端子电极6，金属壳3具有竖直棒状的接地电极27。更具体地，在金属壳3的形成得相对薄的后端部上进行冷弯边或热弯边，从而部分绝缘体2被保持成在周向由金属壳3包围。

最后，具有竖直棒状的接地电极27被弯曲从而调整中心电极5(的贵金属电极头31)和接地电极27(的贵金属电极头32)之间的火花放电间隙33。

通过这一系列的加工，制造具有上述构造的火花塞1。

如上所述，在本实施方式中，台座部51从接地电极27突出，并且更可能暴露于高温。担心在熔融部42和台座部51之间的界面(参见如图3的粗线所示的附图标记KM)处由于较易于氧化的材料与氧气的结合为形成氧化膜。在此方面中，在本实施方式中，台座部51的熔融部42附近的晶粒的粒径比台座部51的接地电极27附近的晶粒的粒径大。因此，在熔融部42附近的台座部51中，以下的路径(的数量)较小：较易于氧化的材料能在此路径上移动到界面KM。因此，即使当氧气侵入到界面KM时，较易于氧化的材料也几乎不会从台座部51的内部出现于界面KM，从而很难形成氧化膜。结果，能够长时间地保证界面KM处的稳定的接合强度，由此防止用于接地电极的贵金属电极头32的耐剥离性的劣化。

在台座部51的接合到接地电极27的一侧，设置有具有凸缘部52的基部53。因此，可以增大接合面积并且获得更强的接合。由于贵金属电极头32的热传导路径被加宽，因此可以提高贵金属电极头32的耐久性。

在台座部51中，凸缘部52的晶粒的粒径比突出部54的晶粒的粒径小。因此，即使当在凸缘部52和用于中心电极的贵金属电极头31之间产生火花放电时，脱落的晶粒也比较小，从而能够最小化由于脱落而引起的破坏。

具体地，因为突出部54的晶粒的粒径A比10μm大，所以能够获得抗氧化性能的较大的改善，从而能够进一步防止贵金属电极头32的耐剥离性的劣化。因为突出部54的晶粒的粒径A比200μm小，所以贵金属电极头32随着晶粒的脱落而脱落的现象很少发生。

另一方面，因为凸缘部52的晶粒的粒径B等于或小于10μm，所以可以防止凸缘部52随着较大晶粒的脱落而被消耗的程度的增加。另外，因为凸缘部52的晶粒的粒径B等于或大于0.1μm，所以可以防止加工性的劣化。

在本实施方式中，因为凸缘部52的晶粒是扁平状的，并且取向为与轴线CL1的方向垂直的方向，所以尽管如上所述火花放电朝向凸缘部52并且晶粒脱落，仍然可以最小化在轴线方向(厚度方向上)上形成的凹陷和裂纹。结果，可以防止台座部51中的耐火花消耗性的劣化。

这里，为了验证此优点，为多种类型的评测制造了多个试样。实验结果说明如下。

首先，准备如下的试样作为第一试样，并且在这些试样的每一个试样上进行抗氧化性试验：该试样的台座部的接地电极附近(凸缘部)的晶粒的平均粒径为5μm，而台座部的贵金属电极头(Pt-10Ni)附近(也就是熔融部附近：突出部)的晶粒的平均粒径不同。作为抗氧化性试验的试验条件，在950℃下加热两分钟并且冷却一分钟被认为是一个周期(cycle)，该试验进行1000个周期。在1000个周期之后，观察熔融部和台座部之间的焊接界面的剖面(通过贵金属电极头的轴线的剖面)从而测量在焊接界面处存在的氧化膜的比例。氧化膜的比例是用百分比表示的数值，其中该比例通过在焊接界面(与图3中的KM相对应)上进行成分分析并且通过用形成氧化物的区域的总长度除以焊接界面的总长度而获得。结果如图6所示。

如图所示，在台座部的熔融部附近(突出部)的晶粒的平均粒径比台座部的接地电极附近的晶粒的平均粒径大的情况下，很明显氧化膜的比例等于或小于20％，并且很难形成氧化膜。相反地，在熔融部附近(突出部)晶粒的平均粒径比接地电极附近(凸缘部)的晶粒的平均粒径小的情况下，氧化膜的比例相当高。可以认为这是因为在熔融部附近(突出部)的台座部中，较易氧化的材料能够向台座部和熔融部之间的界面移动的路径(的数量)增加，所以氧气侵入到界面中时，来自于台座部的内部的较易氧化的材料较大量地出现在界面上从而形成氧化膜。

在图6中，在突出部的晶粒的平均粒径大于10μm的情况下，很明显地氧化膜的比例等于或小于20％，并且很难形成氧化膜。另一方面，在突出部的晶粒的平均粒径小于10μm(例如，等于或小于8μm)的情况下，氧化膜的比例具有一个较高的值。虽然未在图6中示出，但是可以看出当突出部的晶粒的平均粒径是200μm时，当晶粒脱落时发生丢失的部分大，在贵金属电极头接合方面存在明显的困难。

接着，准备如下的试样并且在这些试样的每一个试样上进行试验台火花耐久性(desk spark endurance)试验：该试样的台座部的熔融部附近(突出部)的晶粒的平均粒径为15μm，而凸缘部的晶粒的平均粒径不同。也就是，在该试验台火花耐久性试验中，在氮气气氛下每秒产生100次火花放电，进行250个小时的试验，从而测量在试验之前和试验之后消耗的凸缘部的量(凸缘部在轴线方向上消耗的长度)。结果如图7所示。

如图所示，在凸缘部的晶粒的平均粒径比台座部的熔融部附近(突出部)的晶粒的平均粒径小的情况下，可以防止凸缘部的消耗。相反地，在凸缘部的晶粒的平均粒径比熔融部附近(突出部)的晶粒的平均粒径大的情况下，凸缘部的消耗程度明显增加。可以认为这是因为由于火花放电的影响，在各晶粒边界处存在台座部的凸缘部的晶粒脱落的可能性，并且当晶粒大时，由于脱落而引起的消耗程度增加。

另外，在图7中，很明显，在凸缘部的晶粒的平均粒径等于或小于10μm的情况下，能够妨碍消耗，使消耗程度等于或小于0.01mm。相反地，在凸缘部的晶粒的平均粒径大于10μm的情况下(例如，在等于或大于12μm的情况下)，凸缘部的消耗程度明显增加。另外，虽然未在图7中示出，但是在与凸缘部相对应的区域中的晶粒的平均粒径是0.1μm的情况下，形成台座部变得困难。

另外，本发明不限于上述的实施方式，例如可以对本发明进行如下实施。

(a)在本实施方式中，台座部51具有：圆板状的基部53，其外周上设有凸缘部；突出部54，其为从基部53突出的圆柱状从而其截面为凸出形状。然而，在第一构造的实施方式中，可以采用具有另一形状的台座部。例如，可以采用具有简单的圆柱状的台座部。

(b)在本实施方式中，限定了在内层27A和台座部51之间存在外层27B的情况。然而，也可以限定不插入外层27B的情况。在此情况下，台座部51与内层27A直接接触，并且能够减小内层27A和贵金属电极头32之间的距离，由此提高热传递。

(c)在本实施方式中，示出了熔融部42的一侧和另一侧没有互相连接的剖面，然而，该一侧和另一侧可以彼此连接。

(d)在本实施方式中，用于中心电极的贵金属电极头31的前端面与用于接地电极的贵金属电极头32的前端部的内表面相对，然而，如图8所示，例如，也可以采用如下的类型(所谓的横向放电类型)：在该类型中组合体71被接合到接地电极27的前端面27s，并且用于接地电极的贵金属电极头32的前端面与中心电极5或用于中心电极的贵金属电极头31的侧周面相对。

(e)在本实施方式中，限定了接地电极27被接合到金属壳3的前端部26的前端面的情况，然而，也可以采用如下的情况：金属壳的一部分(被预先焊接到金属壳的前端金属部件的一部分)被切除从而形成接地电极(例如，日本特开2006-236906等)。另外，接地电极27可以被接合到金属壳3的前端部26的侧面。

Claims

1.一种内燃机用火花塞(1)，所述火花塞(1)包括：

中心电极(5)，其为在轴线(CL1)方向上延伸的棒状；

绝缘体(2)，其为大致圆筒状并且被设置于所述中心电极(5)的外周；

筒状金属壳(3)，其被设置于所述绝缘体(2)的外周；

接地电极(27)，其具有被接合到所述金属壳(3)的基端部和被布置成与所述中心电极(5)的前端部面对的前端部，

其中，接地电极贵金属电极头(32)在与所述中心电极(5)的所述前端部相对的位置处或者在与被接合到所述中心电极(5)的所述前端部的中心电极贵金属电极头(31)相对的位置处被接合到所述接地电极(27)的所述前端部，

其中，在所述中心电极(5)的前端部和所述接地电极贵金属电极头(32)的前端部之间或者在所述中心电极贵金属电极头(31)的前端部和所述接地电极贵金属电极头(32)的前端部之间形成火花放电间隙(33)，

其中，所述接地电极贵金属电极头(32)利用熔融部(42)而被接合到台座部(51)的座面，其中所述台座部(51)含与所述接地电极(27)相同的成分，并且通过对构成所述接地电极贵金属电极头(32)和所述台座部(51)的金属进行激光焊接或电子束焊接从而将金属熔融在一起，由此形成所述熔融部(42)，

其中，所述台座部(51)被接合到所述接地电极(27)，以及

其中，所述台座部(51)的所述熔融部(42)附近的晶粒的粒径比所述台座部(51)的所述接地电极(27)附近的晶粒的粒径大。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

所述台座部(51)包括：

圆板状的基部(53)，其一端面被接合到所述接地电极(27)；以及

突出部(54)，其从所述基部(53)的另一端面突出，并且所述突出部为圆柱状，所述圆柱状的直径比所述基部(53)的直径小，并且所述接地电极贵金属电极头(32)被接合到所述突出部，

所述基部(53)的在外周方向上比所述突出部(54)突出的部分是凸缘部(52)，以及

所述凸缘部(52)的晶粒的粒径比所述突出部(54)的晶粒的粒径小。

3.一种内燃机用火花塞(1)，所述火花塞(1)包括：

中心电极(5)，其为在轴线(CL1)方向上延伸的棒状；

筒状金属壳(3)，其被设置于所述绝缘体(2)的外周；

其中，所述台座部(51)被接合到所述接地电极(27)，

其中，所述台座部(51)包括：

4.根据权利要求2或3所述的火花塞，其特征在于，

满足A＞10和B≤10，

其中A表示所述突出部(54)的晶粒的粒径，B表示所述凸缘部(52)的晶粒的粒径，A和B的单位都是μm。

5.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，

满足10＜A≤200和0.1≤B≤10。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述凸缘部(52)的晶粒是扁平状的，并且取向为与所述台座部(51)的轴线方向垂直的方向。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述台座部(51)含与所述接地电极(27)的主要成分相同的金属作为主要成分。