CN101904066A - 内燃机用火花塞及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供内燃机用火花塞及其制造方法，防止贵金属端头脱落，实现火花塞的长寿命化。火花塞(1)包括绝缘件(2)、主体配件(3)、中心电极(5)及接地电极(27)。接地电极(27)包括接地电极主体部(38)和从该接地电极主体部(38)的前端侧侧面突出的凸部(34)。在凸部(34)的前端面(接合面36)上接合有贵金属端头(32)。从接地电极主体部(38)到贵金属端头(32)的前端面(37)为止的突出长度(L)被设定为0.4mm以上、1.6mm以下，贵金属端头(32)由以Pt为主要成分的Pt合金构成。该Pt合金是在1100℃的大气氛围下加热50小时后的平均粒径为70μm的结构。此外，该Pt合金中含有Rh、Ir、Ni及Ru中的至少一种。

Description

内燃机用火花塞及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种使用于内燃机的火花塞及其制造方法。
背景技术
内燃机用火花塞安装于内燃机(发动机)，用于点燃燃烧室内的混合气体。通常，火花塞包括具有轴孔的绝缘体、插通于该轴孔的中心电极、设置于绝缘体外周的主体配件、设置于主体配件的前端面且在与中心电极之间形成火花放电间隙的接地电极。
此外，还提出了如下技术，在由镍合金等耐热耐腐蚀性金属构成的接地电极的前端部分接合由铂等贵金属合金构成的贵金属端头，从而提高火花塞的耐久性(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2003-323962号公报
发明内容
然而，铂具有在高温条件下晶粒容易粗大化(晶粒生长)的性质。如果晶粒生长，则会引起晶界强度下降。因此，由于伴随发动机的工作而产生的振动及发动机内部的冷热循环的影响，贵金属端头上产生裂纹，并且存在导致贵金属端头脱落的可能性。
此外，近年来为了提高着火性及火焰传播性，以从接地电极突出的状态设置贵金属端头，但采用该结构时，贵金属端头的热传导性能下降，贵金属端头更容易变成高温。因此，晶粒生长容易进一步发展，贵金属端头脱落的可能性进一步提高。
本发明鉴于上述情况而做出，其目的在于提供一种内燃机用火花塞，能够防止贵金属端头脱落，并且能够实现长寿命化。
以下，分别分项说明适用于实现上述目的的各结构。另外，根据需要说明所对应的结构特有的作用效果。
结构1.本结构的内燃机用火花塞，包括：筒状的绝缘体，具有在轴线方向上贯通的轴孔；中心电极，被插入设置在上述轴孔中；筒状的主体配件，设置在上述绝缘体的外周；接地电极，以本身的前端部分与上述中心电极的前端面相对的方式设置在上述主体配件的前端面上；以及贵金属端头，与上述接地电极接合，并且在本身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成火花放电间隙，由以铂为主要成分的铂合金构成，上述内燃机用火花塞的特征在于，从上述接地电极的主体部到上述贵金属端头的前端面为止的突出长度为0.4mm以上、1.6mm以下，并且上述铂合金是在1100℃的大气氛围下加热50小时后的平均粒径为70μm以下的结构。
其中，“主要成分”是指材料中质量比最高的成分。此外，“突出长度”是指沿着贵金属端头的中心轴方向从接地电极的主体部到贵金属端头的前端面为止的距离，此外，“接地电极的主体部”是指从接地电极去除形成于其表面上的凸部等的平坦部分。因此，在接地电极的平坦部分形成有凸部等(或者焊接有凸形的金属部件)，且在该凸部等上设置有贵金属端头时，从接地电极的主体部即接地电极的平坦部分到贵金属端头的前端面为止的距离为上述突出长度。此外，“平均粒径”是指观察贵金属端头的剖面组织而得到的粒径的平均值(以下相同)。此外，也可以在中心电极的前端部设置贵金属端头。此时，在设置于该中心电极侧的贵金属端头与设置于接地电极侧的贵金属端头之间形成火花放电间隙。
根据上述结构1，从接地电极的主体部到贵金属端头的前端面为止的突出长度为0.4mm以上、1.6mm以下。因此，能够提高着火性及火焰传播性。
另一方面，由于贵金属端头形成为从接地电极的主体部突出的形状，因此贵金属端头的热传导性能下降，贵金属端头更容易达到高温。由此，贵金属端头的晶粒生长容易进一步发展，因此导致晶界强度下降，并且存在贵金属端头脱落的可能性。
对此，根据上述结构1，上述铂合金是在1100℃的大气氛围下加热50小时后的平均粒径为70μm以下的结构。由此，能够防止高温环境下晶界强度下降，并且能够防止贵金属端头脱落。其结果，能够实现火花塞的长寿命化。
另外，在上述突出长度小于0.4mm时，存在无法充分提高着火性等的可能性，并且难以达到由于上述晶粒生长而引起贵金属端头脱落的程度的高温。即，贵金属端头形成为从接地电极的主体部突出的形状时，本发明能够发挥其效果。但是，在上述突出长度超过1.6mm时，贵金属端头熔化的可能性提高，即使使用了抑制上述晶粒生长的贵金属端头，也无法充分实现长寿命化。此外，若贵金属端头的直径小于上述突出长度，则能够更有效地发挥本发明的效果。这是因为，上述结构的贵金属端头与不是上述结构的贵金属端头相比容易达到高温。
结构2.本结构的内燃机用火花塞的特征在于，在上述结构1中，残留在上述贵金属端头的前端部的应力小于残留在上述贵金属端头的侧部的应力。
根据上述结构2，对于残留在贵金属端头的应力(以下也称为残留应力)，贵金属端头的前端部的残留应力小于贵金属端头的侧部的残留应力。在金属部件中，随着残留应力的增大，金属组织的再结晶温度下降。反而言之，残留应力越小，再结晶温度越高，难以发生晶粒生长。即，比较贵金属端头的前端部和侧部，在前端部难以发生晶粒生长。由此，在贵金属端头的前端部难以发生由于上述晶粒生长而引起的晶界强度下降，难以发生贵金属端头的一部分沿着晶界脱落等耗费。并且，能够防止火花放电间隙的早期扩大，能够实现火花塞的长寿命化。
另外，在使用火花塞时，上述残留应力在开始使用后不久(也称为使用初期)会被去除，但前端部的残留应力在使用初期小于侧部的残留应力，从而能够抑制火花放电间隙在使用初期阶段急剧扩大，因此本结构很有效。
此外，在判断贵金属端头表面的残留应力的大小时，例如使用维氏硬度计来判断。即，当贵金属端头前端面的维氏硬度小于贵金属端头侧面的维氏硬度时，可以认为贵金属端头前端面的残留应力小于贵金属端头侧面的残留应力。
结构3.本结构的内燃机用火花塞的特征在于，在上述结构1或2中，上述铂合金含有铑(Rh)、铱(Ir)、镍(Ni)及钌(Ru)中的至少一种。
在构成上述结构1的铂合金时，可以采用各种组成。尤其，从抑制晶粒生长的观点出发，铂合金含有熔点较高的材料时有效，例如也可以考虑含有钨(W)或钽(Ta)等。但是，W及Ta等是非常容易氧化的元素，虽然能够防止端头脱落，但是会降低耐火花消耗性。
对此，根据上述结构3，上述铂合金含有Rh、Ir、Ni及Ru中的至少一种。通过含有上述金属而构成上述结构1的铂合金，能够防止耐火花消耗性。其结果，能够实现火花塞的进一步长寿命化。
另外，从上述观点出发，优选铂合金不含W或Ta等。另一方面，即使含有W或Ta等，也优选其含量被抑制为小于2质量％。
结构4.本结构的内燃机用火花塞的特征在于，在上述结构1～3的任一项中，上述铂合金含有金属氧化物及稀土类氧化物中的至少一种，该金属氧化物及/或稀土类氧化物的总含量为0.05质量％以上、2质量％以下。
根据上述结构4，铂合金含有金属氧化物及稀土类氧化物中的至少一种。由此，能够进一步抑制晶粒生长，能够进一步发挥上述结构的作用效果。
另外，在上述金属氧化物及/或稀土类氧化物的总含量小于0.05质量％时，存在无法充分发挥上述作用效果的可能性。另一方面，在总含量大于2质量％时，会降低加工性，存在贵金属端头难以成型的可能性。
结构5.本结构的内燃机用火花塞的特征在于，在上述结构1～4的任一项中，上述主体配件在其外周具有用于与内燃机的发动机头的安装孔螺合的螺纹部，设上述螺纹部的外径为M，沿着上述轴线方向从上述主体配件的前端面到熔融部为止的距离为H时，满足H≥0.5M，其中上述熔融部是上述贵金属端头与上述接地电极的主体部或从上述接地电极的主体部突出的凸部彼此熔合而形成的。
另外，“熔融部”是指，在贵金属端头直接接合在接地电极主体部上时，构成两者的各金属材料熔融而形成的部分，在经由设置在接地电极主体部上的凸部将贵金属端头间接接合在接地电极上时，是指构成贵金属端头及上述凸部的各金属材料熔融而形成的部分。此外，在测量上述距离H时，确定接地电极(凸部)及贵金属端头的接合面(边界)的情况下，可以将熔融部中与该接合面对应的点设为上述距离H的测量点。
根据上述结构5，设主体配件的螺纹部的外径为M，沿着轴线方向从主体配件的前端面到熔融部为止的距离为H时，螺纹部的外径M及距离H分别被设定为满足H≥0.5M。由此，熔融部进一步靠近燃烧室的中心位置，因此火花放电间隙形成为进一步靠近燃烧室的中心位置。其结果，能够在进一步靠近燃烧室中心位置的位置产生火花放电，因此能够提高火焰传播性。另一方面，燃烧时的贵金属端头的温度由主体配件的螺纹部的外径和接地电极的剖面面积确定。螺纹径较小的火花塞即小径的火花塞不得不减小接地电极的剖面面积，贵金属端头容易达到更高的温度。即，若从主体配件的前端面到熔融部为止的距离H小于0.5M，则能够避免贵金属端头的温度过高，采用上述贵金属端头的效果较小，但是满足H≥0.5M的火花塞的贵金属端头容易达到高温，采用上述贵金属端头时所获得的晶粒生长抑制效果的作用变大。
另外，若进一步增大上述距离H，则存在接地电极的前端部产生熔化损失的可能性。因此，优选螺纹部的外径M及距离H分别被设定为满足H≤0.8M。
结构6.本结构的火花塞的制造方法，制造上述结构1～5的任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，包括：拔丝工序，从以铂为主要成分的铂合金所构成的棒状材料形成与上述贵金属端头大致相同直径的线状材料；和切断工序，通过表面上附着有研磨材料的丝线研磨上述线状材料，从而切断上述线状材料，获得上述贵金属端头。
从抑制贵金属端头的晶粒生长的观点出发，抑制在贵金属端头中残留应力较为有效。
对此，根据上述结构6，贵金属端头经过拔丝工序和切断工序而形成。在此，在拔丝工序中，对棒状材料实施拔丝而形成线状材料，因此在该线状材料的侧面表层(在进行后述的切断后成为贵金属端头的侧部的部分)会残留比该现状材料的内部大的应力。并且，关于线状材料的切断，在剪切(Shear)切断线状材料时，在切断面(即贵金属端头的断面)上有可能残留应力，但在本结构6中，由于用丝线进行研磨而切断线状材料，因此能够防止在切断面上残留应力。由此，与线状材料的侧面相比残留应力较小的线状材料的内部(切断面)形成为贵金属端头的端面，与接地电极侧接合的端面的相反侧端面构成为贵金属端头的前端部。因此，通过本结构6形成的贵金属端头，尤其在使用初期难以在前端部发生晶粒生长，能够有效地防止火花放电间隙的扩大。此外，由于能够极力抑制应力残留在贵金属端头的内部，因此能够发挥优异的抑制晶粒生长的效果。因此，能够进一步防止高温环境下晶界强度的下降，能够进一步切实地防止贵金属端头脱落。
结构7.本结构的火花塞的制造方法的特征在于，在上述结构6所述的火花塞的制造方法中，上述拔丝工序是热拔丝。
由于上述拔丝工序是热拔丝，即加热棒状材料等的同时实施拔丝而形成线状材料，因此残留在线状材料内部的应力进一步减小，能够进一步有效地获得上述效果。
附图说明
图1是表示本实施方式的火花塞的局部剖面正视图。
图2是表示本实施方式的火花塞的前端部的局部剖面正视图。
图3是用于说明本实施方式的贵金属端头的制造方法的流程图。
图4是表示着火性评价试验中突出长度与提前角界限的关系的折线图表。
图5是表示其他实施方式的火花塞的前端部的局部剖面正视图。
图6是表示其他实施方式的火花塞的前端部的局部剖面正视图。
图7是表示其他实施方式的火花塞的前端部的局部剖面正视图。
图8是表示其他实施方式的火花塞的前端部的局部剖面正视图。
图9是表示其他实施方式的火花塞的前端部的局部剖面正视图。
图10是表示其他实施方式的火花塞的前端部的局部剖面正视图。
标号说明
1内燃机用火花塞
2绝缘件
3主体配件
4轴孔
5、55B、55C、55D中心电极
15螺纹部
26主体配件的前端面
27、27A、27B、27D、27F接地电极
32、32A、32B、32C、32D、32E、32F贵金属端头
33火花放电间隙
34凸部
35、35B、35C、35D、35E、35F熔融部
37、37B、37C、37D、37E贵金属端头的前端面
38接地电极主体部
39贵金属端头的侧面
C1轴线
具体实施方式
以下，参照附图说明一个实施方式。图1是表示火花塞1的局部剖面正视图。另外，在图1中以火花塞1的轴线C1方向为图中的上下方向，以下侧为火花塞1的前端侧，以上侧为后端侧来进行说明。
火花塞1由作为筒状的绝缘体的绝缘件2、保持该绝缘件2的筒状的主体配件3等构成。
在绝缘件2中沿着轴线C1贯通形成有轴孔4。并且，在轴孔4的前端部侧插入并固定有中心电极5，在后端部侧插入并固定有端子电极6。在轴孔4内的中心电极5和端子电极6之间配置有电阻体7，该电阻体7的两端部经由导电性的玻璃密封层8、9分别与中心电极5和端子电极6电连接。中心电极5在从绝缘件2的前端突出的状态下被固定，端子电极6在从绝缘件2的后端突出的状态下被固定。
中心电极5包括由铜或铜合金构成的内层5A和由Ni类合金构成的外层5B。此外，该中心电极5的前端侧直径缩小，并且该中心电极5的整体为棒状(圆柱状)，其前端面平坦。在该前端面通过实施激光焊接、电子束焊接或电阻焊接等而接合有形成为圆柱状的贵金属端头31。另外，在本实施方式中，上述贵金属端头31由以铂(Pt)为主要成分，并含有铱(Ir)的贵金属材料(例如Pt-5Ir)构成。
另一方面，众所周知，绝缘件2通过烧制氧化铝等而形成，在其外形部具有：后端侧主体部10，形成在后端侧；大径部11，在该后端侧主体部10的前端侧向径向外侧突出形成；中部主体部12，在该大径部11的前端侧形成为直径小于该大径部11；以及长脚部13，在该中部主体部12的前端侧形成为直径小于该中部主体部12。绝缘件2中大径部11、中部主体部12及长脚部13的大部分被容纳在主体配件3的内部。并且，在长脚部13和中部主体部12的连接部形成有锥形的台阶部14，绝缘件2通过该台阶部14卡定于主体配件3。
主体配件3由低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面上形成有用于将火花塞1安装到发动机头(Engine head)上的螺纹部(外螺纹部)15。此外，在螺纹部15的后端侧的外周面上形成有基座部16，在螺纹部15后端的螺纹颈17中嵌入有环状的衬垫18。另外，在主体配件3的后端侧设置有剖面为六边形的配件扣合部19，用于在发动机头上安装主体配件3时扣合扳手等工具，并且在后端部设置有用于保持绝缘件2的铆接部20。
此外，在主体配件3的内周面设置有用于卡定绝缘件2的锥形的台阶部21。并且，在绝缘件2从主体配件3的后端侧向前端侧插入并且其本身的台阶部14与主体配件3的台阶部21卡定的状态下，向径向内侧铆接主体配件3的后端侧的开口部，即形成上述铆接部20，从而固定绝缘件2。另外，在绝缘件2和主体配件3两者的台阶部14、21之间介有圆环状的板垫22。由此，保持燃烧室内的气密性，防止进入到暴露于燃烧室内的绝缘件2的长脚部13与主体配件3的内周面之间的间隙中的燃烧空气漏出到外部。
另外，为了使通过铆接而形成的密闭更加完全，在主体配件3的后端侧，主体配件3和绝缘件2之间介有环状的环部件23、24，在环部件23、24之间填充有滑石(Talc)25的粉末。即，主体配件3通过板垫22、环部件23、24及滑石25保持绝缘件2。
此外，在主体配件3的前端面26接合有由镍(Ni)类合金构成的接地电极27。即，接地电极27的后端部焊接于上述主体配件3的前端面26，并且前端侧弯折而被配置为其侧面与中心电极5的前端部(贵金属端头31)相对。如图2所示，该接地电极27包括形成为L字状的接地电极主体部38和从该接地电极主体部38的前端侧侧面突出的凸部34。在本实施方式中，上述凸部34通过电阻焊接由Ni类合金构成的圆柱状的端头而设置。
此外，在接地电极27的凸部34的前端面(接合面)36上接合有圆柱状的贵金属端头32。具体地说，在凸部34的接合面36上抵接贵金属端头32的状态下，沿着凸部34及贵金属端头32的边界部分即接合面36的外缘部通过激光焊接等形成熔融部35，从而接合贵金属端头32。在本实施方式中，该贵金属端头32及上述贵金属端头31之间的间隙为火花放电间隙33。另外，也可以省略设置在中心电极5上的贵金属端头31。此时，在贵金属端头32与中心电极5的主体部之间形成火花放电间隙33。
此外，在本实施方式中被设定为，从接地电极主体部38到上述贵金属端头32的前端面37为止的突出长度L为0.4mm以上、1.6mm以下(例如1mm)。此外，螺纹部15的外径M、沿着轴线C1方向从主体配件5的前端面26到上述熔融部35(接合面36)为止的距离H分别被设定为满足H≥0.5M。
此外，贵金属端头32由以Pt为主要成分，在1100℃的大气氛围下加热50小时后的平均粒径为70μm以下的Pt合金(例如Pt-30Ir等)构成。另外，该Pt合金含有铑(Rh)、Ir、Ni及钌(Ru)中的至少一种。另外，在该Pt合金中也可以含有金属氧化物及稀土类氧化物中的至少一种。但是，优选该金属氧化物及/或稀土类氧化物的总含量为0.05质量％以上、2质量％以下。
此外，贵金属端头32通过后述的制造方法形成为，在其内部几乎不残留伴随成型而产生的应力。接着，说明贵金属端头32的制造方法及具有该贵金属端头32的上述火花塞1的制造方法。
首先，参照图3说明贵金属端头32的制造方法。首先，混合预定量的Pt粉末和Ir粉末，对混合而得到的混合粉末加压而成型。并且，电弧熔解该成型体(图3中的S1)，形成锭(Ingot)(图3中的S2)。接着，对锭进行热锻(Hot forging)，从而使该铸块成为约10mm见方的方形材料(图3中的S3)，并切断所获得的方形材料。并且，对切断而得到的方形材料实施剖面收缩率为95％左右的压延加工，从而形成约1mm见方的方形材料(相当于本发明的棒状材料)(图3中的S4)。
接着，通过多个圆形块(Dice)对该方形材料反复实施剖面收缩率为95％左右的拔丝(Wire drawing)加工，形成直径为0.7mm的线状材料(图3中的S5)。另外，拔丝加工是通过沿着方形材料的移动路径配置的多个燃烧器将各圆形块及方形材料分别加热到预定温度(例如圆形块为约700℃，方形材料为1000℃)后进行的。
之后，按压表面上附着有研磨材料(例如微小的金刚石材料)的丝线，从而将所形成的线状材料切断为预定长度(例如0.5mm左右)(图3中的S6)，获得贵金属端头32。具体地说，上述丝线被多个滑轮架设而形成为轮状(线锯：Wire saw)，该轮状的丝线向一个方向旋转并按压线状材料，从而线状材料被研磨并切断。另外，也可以沿着线状材料的移动路径配置多个上述线锯，同时切断线状材料的多个位置，从而获得多个贵金属端头32。
接着，说明火花塞1的制造方法。首先，预先加工好主体配件3。即，通过冷锻(Cold forging)加工圆柱状的金属原材料(例如S 17C、S25C这样的铁类原材料或不锈钢原材料)而形成贯通孔，制造出大致形状。之后，通过实施切削加工而调整外形，获得主体配件半成品。
接着，在主体配件半成品的前端面电阻焊接由Ni类合金(例如铬镍铁合金等)构成的长棒状的接地电极主体部38。进行该焊接时产生所谓“低垂部(rundown)”，因此在去除该“低垂部”之后，在主体配件半成品的预定部位通过轧制而形成螺纹部15。由此，获得焊接有接地电极主体部38的主体配件3。在焊接有接地电极主体部38的主体配件3上实施有镀锌或镀镍。另外，为了提高耐腐蚀性，也可以在其表面上进一步实施铬酸盐(Chromating)处理。
进一步，在接地电极主体部38的前端侧侧面接合有构成凸部34的圆柱状的Ni合金端头，并且在上述凸部34上接合上述贵金属端头32。具体地说，在上述Ni合金端头的一个端面(接合面36)上对准贵金属端头32，之后沿着该一个端面的外缘部进行激光焊接，从而从贵金属端头32的前端看形成环状的熔融部35，贵金属端头32和上述Ni合金端头接合。接着，通过电阻焊接在接地电极主体部38的前端部侧面接合该Ni合金端头的另一端面。由此，构成在凸部34(Ni合金端头)上接合有贵金属端头32的接地电极27。另外，为了可靠地焊接，在焊接之前去除焊接部位的镀膜，或者在进行镀敷工序时对预定焊接部位实施遮蔽。此外，也可以在接地电极主体部38上接合Ni合金端头之后(形成凸部34之后)，在凸部34上接合贵金属端头32。此外，也可以在后述的组装之后进行该贵金属端头32的焊接等。
另一方面，与上述主体配件3分别地成型加工绝缘件2。例如，使用以氧化铝为主体且含有粘合剂等的原料粉末，调制成型用基本块料，并使用该成型用基本块料进行橡胶冲压加工，从而获得筒状的成型体。对所获得的成型体实施研削加工而调整形状。并且，调整形状后投入到烧制炉中进行烧制。烧制后实施各种研磨加工，从而获得绝缘件2。
此外，与上述主体配件3、绝缘件2分别地制造中心电极5。即，锻造加工Ni类合金，为了提高散热性，在其中央部设置由铜合金构成的内层5A。并且，在其前端部通过电阻焊接或激光焊接等接合上述贵金属端头31。
并且，如上所述获得的绝缘件2、中心电极5、电阻体7、端子电极6通过玻璃密封层8、9被密封固定。作为玻璃密封层8、9，通常混合硼硅酸玻璃和金属粉末而调制，该调制而得的物质以夹着电阻体7的方式被注入到绝缘件2的轴孔4内之后，从后方按压上述端子电极6的状态下，在烧制炉内烧制固定。另外，此时也可以在绝缘件2的后端侧主体部10的表面上同时烧制釉层，也可以预先形成釉层。
之后，组装如上所述分别制造的具有中心电极5及端子电极6的绝缘件2和具有接地电极27的主体配件3。具体地说，向径向内侧铆接形成为薄壁的主体配件3的后端侧的开口部，即形成上述铆接部20而固定。
并且，最后弯曲接地电极27，从而实施对中心电极5的前端上所设置的贵金属端头31及接地电极27上所设置的贵金属端头32之间的上述火花放电间隙33进行调整的加工。
这样通过一系列的工序制造具有上述结构的火花塞1。
如上所述，根据本实施方式，从接地电极主体部38到贵金属端头32的前端面37为止的突出长度L为0.4mm以上、1.6mm以下。因此，能够提高着火性和火焰传播性。
此外，构成贵金属端头32的Pt合金是在1100℃的大气氛围下加热50小时后的平均粒径为70μm以下的结构。由此，能够防止高温环境下晶界强度下降，并且能够防止贵金属端头32脱落。其结果，能够实现火花塞1的长寿命化。
另外，在抑制晶粒生长，有效的是降低内部的残留应力，在本实施方式中贵金属端头32通过热拔丝，用丝线进行研磨、切断而形成。即，通过实施热拔丝，能够去除贵金属端头32内部的残留应力。此外，由于用丝线进行研磨、切断，因此能够防止切断面(即贵金属端头32的端面)上残留有应力。因此，通过上述方法形成的贵金属端头32能够大幅抑制在其内部残留应力，因此具有优异的抑制晶粒生长的效果。其结果，能够进一步防止高温环境下晶界强度下降，能够切实地防止贵金属端头32脱落。
接着，为了确认本实施方式所获得的作用效果进行以下试验。即，制造出以Pt为主要成分，并且Rh、Ir、Ni、Ru、氧化锆(ZrO2)及氧化钇(Y2O3)等其他成分的含量分别不同，1100℃的大气氛围下加热50小时后的平均粒径(称为“加热后平均粒径”)分别不同的各种贵金属端头的样品。并且，制造出将各贵金属端头的样品接合到接地电极上的各种火花塞的样品，对所制造的各火花塞的样品进行耐脱落评价试验。耐脱落评价试验大致如下。首先，将各火花塞的样品组装到1600cc4气筒的DOHC发动机上，将处于1分钟的满负荷状态(发动机转数＝6000rpm)后处于1分钟的空载状态作为一个循环，使发动机工作5000个循环。并且，在5000个循环结束时，观察贵金属端头是否脱落。表1表示该试验的结果。另外，对于没有发现贵金属端头脱落的循环基本上作出“○”的评价，而对发现贵金属端头脱落的循环作出“×”的评价。但是，虽然没有发现贵金属端头脱落，但贵金属端头上产生异常氧化时，或者贵金属端头的成型较困难时，作出“△”的评价。
另外，各贵金属端头的样品是长度(高度)为0.5mm、直径为0.7mm的圆柱状。此外，如下进行各贵金属端头的样品在接地电极上的接合，在长度(高度)为0.4mm、直径为0.7mm且由Ni-23Cr-14.4Fe-1.4A1(铬镍铁合金601(注册商标))形成的圆柱状的Ni合金端头上激光焊接上述贵金属端头的样品，接着在接地电极主体部上电阻焊接上述Ni合金端头。另外，接地电极主体部由与上述Ni合金端头相同的合金(铬镍铁合金601)形成。
此外，如下测量加热后平均粒径。即，熔解各合金成分后经过拔丝工序，或者对各合金成分进行粉末烧制，从而制造由与各样品相同的组分构成的、长度为1.0mm、直径为0.7mm的圆柱状的端头部件。并且，将各端头部件投入1100℃的电炉内，在大气氛围下加热50小时，对加热后的端头部件实施研磨处理及蚀刻处理后，用金属显微镜拍摄通过端头部件的中心轴的剖面整体，并进行图像处理，从而分别测量金属结晶的数量及各金属结晶的剖面面积。之后计算出各金属结晶的剖面面积的平均值，并且计算出具有与该平均值相同的面积的圆的直径，并以该直径作为加热后平均粒径。
表1
  样品号   端头组分(质量％)  加热后平均粒径(μm)   评价
  1   Pt-10Rh   200   ×
  2   Pt-20Rh   175   ×
  3   Pt-20Ir   100   ×
  4   Pt-30Ir   45   ○
  5   Pt-10Ru   88   ×
  6   Pt-20Ru   57   ○
  7   Pt-10Ni   135   ×
  8   Pt-20Ni   95   ×
  9   Pt-20Ir-5Rh   78   ×
  10   Pt-20Ir-5Rh-1Ni   68   ○
  11   Pt-10Rh-10Ru   140   ×
  12   Pt-10Rh-20Ru   87   ×
  13   Pt-10Rh-30Ru   65   ○
  14   Pt-10Rh-1Ni   120   ×
  15   Pt-10Rh-2Ni   61   ○
  16   Pt-10Ni-5Ir   67   ○
  17   Pt-10Rh-2W   45   △
  18   Pt-10Rh-2Ta   49   △
  19   Pt-10Rh-2Nb   52   ○
  20   Pt-10Rh-0.03ZrO2   83   ×
  21   Pt-10Rh-0.05ZrO2   66   ○
  22   Pt-10Rh-0.1ZrO2   23   ○
  23   Pt-10Rh-1ZrO2   18   ○
  24   Pt-10Rh-2ZrO2   14   ○
  25   Pt-10Rh-2.5ZrO2   11   △
  26   Pt-10Rh-0.03Y2O3   77   ×
  27   Pt-10Rh-0.05Y2O3   59   ○
  28   Pt-10Rh-0.1Y2O3   20   ○
  29   Pt-10Rh-1Y2O3   15   ○
  30   Pt-10Rh-2Y2O3   12   ○
  31   Pt-10Rh-2.5Y2O3   10   △
  32   Pt-10Ni-0.1ZrO2   25   ○
  33   Pt-10Ni-0.1Y2O3   15   ○
从表1可知加热后平均粒径超过70μm的样品(样品1、2、3、5、7、8、9、11、12、14、20、26)的贵金属端头脱落。可以认为这是因为若加热后平均粒径超过70μm，则高温环境下晶界强度下降，所以耐久性不足，导致脱落。
另一方面，没有发现加热后平均粒径为70μm以下的样品(样品4、6、10、13、15、16、17、18、19、21、22、23、24、25、27、28、29、30、31、32、33)的贵金属端头脱落。可以认为这是因为若加热后平均粒径为70μm以下，则即使在高温环境下晶界强度也较高，具有足够的耐久性，所以能够防止脱落。
此外，含有0.05质量％以上、2.0质量％以下的ZrO2或Y2O3的样品(样品21、22、23、24、27、28、29、30、32、33)的加热后的平均粒径的增大被进一步抑制，防止端头脱落的效果更加显著。但是，在ZrO2或Y2O3的总含量小于0.05质量％时(样品20、26)，加热后平均粒径超过70μm，贵金属端头脱落。此外，在总含量超过2.0质量％时(样品25、31)，虽然能够防止端头脱落，但加工性下降，难以成型为上述形状。
此外，即使加热后平均粒径为70μm以下，在含有2质量％以上的钨(W)或钽(Ta)时(样品17、18)，虽然没有发生贵金属端头的脱落，但发生了异常氧化。换言之，以Pt为主要成分，且加热后平均粒径能够达到70μm以下的组分有多种，但尤其是适当含有Rh、Ir、Ni、Ru、ZrO2、Y2O3等的样品不会引起抗氧化性下降，能够防止晶界强度下降。
接着，制造从接地电极主体部到上述贵金属端头的前端面为止的突出长度L不同的火花塞的样品，进行着火性评价试验。该着火性评价试验大致如下。即，在1600cc4气筒DOHC发动机上组装各火花塞的样品，使发动机以旋转变动±10％的空载状态(例如800rpm±80rpm)工作，测量提前角界限(timing advance limitation)。图4的图表表示试验结果。另外，接地电极侧的贵金属端头采用直径0.7mm的圆柱状，且由Pt-30Ir构成的端头(加热后平均粒径为45μm)。此外，在中心电极的前端部上设置直径为0.6mm，且以Ir为主要成分，含有5质量％的Pt的圆柱状的贵金属端头。此外，接地电极由Ni-32Cr-14.4Fe-1.4A1合金形成，各样品的火花放电间隙均设为1.1mm。
从图4可知，通过将突出长度L设置为0.4mm以上，与突出长度L小于0.4mm时相比，提前角界限显著增大，着火性充分提高。但是，在突出长度L超过1.6mm时，存在贵金属端头上发生熔化的情况。因此，优选突出长度L为0.4mm以上、1.6mm以下。
接着，制造具有与表1的样品3(Pt-20Ir)及样品4(Pt-30Ir)相同的组分的贵金属端头的样品通过熔融部接合，且螺纹部的外径M(mm)、沿着轴线方向从主体配件前端面到熔融部为止的距离H(mm)、上述螺纹部的外径M与距离H的比例“H/M”不同的火花塞的样品，对各火花塞的样品进行与上述相同的抗脱落评价试验。表2表示该试验的结果。另外，在没有发现贵金属端头脱落时，基本上作出“○”的评价，而在发现贵金属端头脱落时作出“×”的评价。但是，虽然没有发现贵金属端头脱落，但接地电极发生熔化时，作出“△”的评价。
表2
从表2可知，对于加热后平均粒径超过70μm(在表2中平均粒径＝100μm)的组分(Pt-20Ir)，当H/M为0.5以上时，贵金属端头脱落。可以认为这是因为随着H/M增大，贵金属端头进一步靠近燃烧室的中心部分，所以贵金属端头暴露于更高的温度下，产生晶粒生长的发展及晶界强度的下降。
而对于加热后平均粒径为70μm以下(在表2中平均粒径＝45μm)的组分(Pt-30Ir)，当H/M为0.5以上时，换言之，即使火花放电间隙进一步靠近燃烧室的中心部分，也没有发现贵金属端头脱落。认为这是因为即使置于高温条件下，也是抑制晶粒生长的结构，所以能够防止晶界强度下降。即，通过使用加热后平均粒径为70μm以下的Pt合金，并且将H/M设置为0.5以上，能够防止贵金属端头脱落，并且一举实现火焰传播性的提高。但是，发现当H/M超过0.8时接地电极熔化，因此可以认为优选H/M为0.8以下。
另外，并不限于上述实施方式的记载内容，例如也可以如下实施。当然也可以是以下未例示的其他应用例、变形例。
(a)在上述实施方式中，在接地电极主体部38上经由凸部34接合有贵金属端头32，但是也可以如图5所示，不设置凸部34，在接地电极27A(接地电极主体部)的平坦面上直接接合贵金属端头32A。此外，如上述实施方式所述，虽然允许在贵金属端头32的轴线方向上接合不同种类的金属部件(在上述实施方式中为凸部34)，但是不允许在贵金属端头32的径向上接合不同种类的金属部件。即，贵金属端头实质上由一个贵金属合金构成。另外，焊接时形成不同种类的合金部不会造成妨碍。此外，通过不同种类金属的镀敷等在贵金属端头的至少一部分覆盖金属薄膜，不认为是在径向上接合了不同种类的金属部件的结构。
(b)在上述实施方式中，设贵金属端头32为圆柱状，并用直径表示了其尺寸，但是不需要是完整的圆柱(即剖面为正圆)，即使是大致椭圆状，多边形，也不会造成影响。另外，在上述形状的情况下，设贵金属端头的剖面面积为S，通过2(S/π)1/2计算出的值相当于上述贵金属端头的直径。
(c)在上述实施方式中，如图2所示，接地电极27通过在接地电极主体部38上接合与其不同体地构成的凸部34而构成，但也可以是改变接地电极主体部38的局部形状并一体地设置凸部34的结构。
(d)在上述实施方式中，贵金属端头32的前端面37与中心电极5(贵金属端头31)的前端面相对，但是如图6、图7、图8所示，也可以使贵金属端头32B、32C、32D的前端面37B、37C、37D与中心电极55B、55C、55D的侧面相对。此外，如图9所示，也可以使贵金属端头32E的前端面37E与中心电极55E的前端边缘部分相对。此外，在上述实施方式中，在接地电极27的前端侧侧面设置有贵金属端头32，但是如图6、8、10所示，也可以在接地电极27B、27D、27F的前端面上设置贵金属端头32B、32D、32F。但是在这种情况下，同样优选的是，以使螺纹部15的外径M与从主体配件3的前端面26到熔融部35B、35C、35D、35E、35F(接合面36B、36C、36D、36E、36F)为止的距离H满足H≥0.5M的方式，分别设置外径M及距离H。
(e)在上述实施方式中，形成为在贵金属端头32的内部几乎不残留应力，但是在贵金属端头32的内部也可以残留有应力。因此，例如也可以使贵金属端头32的前端部上所残留的应力小于贵金属端头32的侧部所残留的应力(即也可以使贵金属端头32的前端面37的维氏硬度(例如200Hv)小于贵金属端头32的侧面39的维氏硬度(例如250Hv))。此时，通过将加热后平均粒径设置为70μm以下，能够抑制在晶界产生裂纹等，并且能够进一步切实地防止贵金属端头32脱落(剥离)。其结果，能够实现火花塞1的进一步长寿命化。
(f)在上述实施方式中，具体说明了在主体配件3的前端接合有接地电极27的情况，但是通过切削主体配件的一部分(或预先焊接在主体配件上的前端配件的一部分)而形成接地电极的情况下也能够适用(例如日本特开2006-236906号公报等)。此外，也可以在主体配件3的前端部的侧面上接合接地电极27。
(g)在上述实施方式中，配件扣合部19为剖面六边形，但配件扣合部19的形状不限于上述形状。例如也可以是Bi-HEX(变形12边)形状[ISO22977：2005(E)]等。
(h)在上述实施方式中，关于贵金属端头32的制造方法，说明了上述结构7的制造方法，即最理想的制造方法，但获得本发明的火花塞时不限于该制造方法。因此，拔丝工序也可以在低温下进行，此外也可以不采用拔丝工序。例如，也可以在对铸块进行压延而成为板状后，实施冲压加工而形成贵金属端头，局部加热构成贵金属端头的前端部的部分而去除残留应力，从而获得贵金属端头。

Claims (7)

1.一种内燃机用火花塞，包括：
筒状的绝缘体，具有在轴线方向上贯通的轴孔；
中心电极，被插入设置在上述轴孔中；
筒状的主体配件，设置在上述绝缘体的外周；
接地电极，以本身的前端部分与上述中心电极的前端面相对的方式设置在上述主体配件的前端面上；以及
贵金属端头，与上述接地电极接合，并且在本身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成火花放电间隙，由以铂为主要成分的铂合金构成，
上述内燃机用火花塞的特征在于，
从上述接地电极的主体部到上述贵金属端头的前端面为止的突出长度为0.4mm以上、1.6mm以下，并且
上述铂合金是在1100℃的大气氛围下加热50小时后的平均粒径为70μm以下的结构。
2.根据权利要求1所述的内燃机用火花塞，其特征在于，
残留在上述贵金属端头的前端部的应力小于残留在上述贵金属端头的侧部的应力。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机用火花塞，其特征在于，
上述铂合金含有铑、铱、镍及钌中的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，
上述铂合金含有金属氧化物及稀土类氧化物中的至少一种，该金属氧化物及/或稀土类氧化物的总含量为0.05质量％以上、2质量％以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，
上述主体配件在其外周具有用于与内燃机的发动机头的安装孔螺合的螺纹部，
设上述螺纹部的外径为M，沿着上述轴线方向从上述主体配件的前端面到熔融部为止的距离为H时，
满足H≥0.5M，
其中上述熔融部是上述贵金属端头与上述接地电极的主体部或从上述接地电极的主体部突出的凸部彼此熔合而形成的。
6.一种内燃机用火花塞的制造方法，制造权利要求1至5中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，包括：
拔丝工序，从以铂为主要成分的铂合金所构成的棒状材料形成与上述贵金属端头大致相同直径的线状材料；和
切断工序，通过表面上附着有研磨材料的丝线研磨上述线状材料，从而切断上述线状材料，获得上述贵金属端头。
7.根据权利要求6所述的内燃机用火花塞的制造方法，其特征在于，
上述拔丝工序是热拔丝。
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