CN102122797A - 火花塞及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火花塞及其制造方法。在将较大径的贵金属电极头与接地电极接合而成的火花塞中，能够充分地确保贵金属电极头的耐剥离性且抑制成本增加。火花塞具备中心电极、接地电极以及与接地电极接合且与中心电极之间形成火花放电间隙的贵金属电极头。贵金属电极头的形成火花放电间隙的面的面积为0.9mm²以上，且贵金属电极头借助熔融部与接地电极接合，通过将激光束等照射在接地电极的前端面及侧面中的至少一个面上而形成该熔融部。在使贵金属电极头和熔融部沿贵金属电极头的中心轴线投影于与中心轴线正交的投影面上而形的投影面中，贵金属电极头与熔融部重叠的区域占贵金属电极头投影而成的区域的70％以上。

Description

火花塞及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用在内燃机等中的火花塞及其制造方法。

背景技术

内燃机等燃烧装置用的火花塞例如包括沿轴线方向延伸的中心电极、设置在该中心电极的外周的绝缘体、组装在该绝缘体外侧的圆筒状的主体金属壳、和基端部与上述主体金属壳的前端部接合的接地电极。弯折接地电极自身的大致中间部分地配置该接地电极，以使该接地电极的前端部与上述中心电极的前端部面对，从而在中心电极的前端部与接地电极的前端部之间形成火花放电间隙。

另外，近年公知一种通过使贵金属电极头(tip)与接地电极的前端部中的形成上述火花放电间隙的部位接合而谋求提高耐消耗性的技术。这里，作为使贵金属电极头与接地电极接合的方法，通常采用如下方法，即，向贵金属电极头与接地电极接触的接触面的外缘照射激光束，形成由构成贵金属电极头和接地电极的金属材料熔合而成的熔融部，从而将贵金属电极头和接地电极接合起来(例如参照专利文献1等)。

另外，从谋求进一步提高耐消耗性的观点出发，可以使用直径比较大的贵金属电极头，进一步增大贵金属电极头的形成上述火花放电间隙的面(放电面)的面积。

专利文献1：日本特开2005-158323号公报

但是，接地电极与直径比较大的贵金属电极头之间的热应力差比较大。另外，在使贵金属电极头与接地电极接合时，由于贵金属电极头的直径较大，因此与贵金属电极头的尺寸相比，熔融部的熔透深度可能过小。即，在使用了大径的贵金属电极头的情况下，接地电极与贵金属电极头之间的热应力差增大，而且不易以充分的深度形成具有可吸收该热应力差的作用的熔融部。因而，担心接地电极与贵金属电极头接合的接合部分中的氧化皮扩展，进而使贵金属电极头自接地电极剥离。

针对该问题，可以通过增大激光束的照射能量来增大熔融部的熔透深度，但只是增大照射能量，可能使熔融部到达或接近上述放电面，从而可能无法充分地发挥通过设置贵金属电极头而获得的耐消耗性的提高效果。

另外，也可以通过增加贵金属电极头的壁厚来防止熔融部到达或接近放电面。但是，由于构成贵金属电极头的贵金属合金较昂贵，因此若将已经是大径的贵金属电极头进一步形成为厚壁的电极头，则可能明显增加成本。实际情况反而是，为了极力抑制由大径化引发的成本的增加，谋求贵金属电极头的薄壁化。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而做成的，目的在于提供一种由接地电极与直径比较大的贵金属电极头接合而成、能够充分确保贵金属电极头的耐剥离性、并且能够抑制成本的增加的火花塞及其制造方法。

下面，对适用于达到上述目的的各技术方案进行分项说明。另外，依据需要在对应的技术方案处备注该技术方案特有的作用效果。

技术方案1.本技术方案的火花塞包括：

筒状的绝缘体，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；

中心电极，其插入设置在上述轴孔的前端侧；

筒状的主体金属壳，其设置在上述绝缘体的外周；

接地电极，其配置在上述主体金属壳的前端部；

贵金属电极头，其与上述接地电极的前端部接合，且在该贵金属电极头与上述中心电极的前端部之间形成有间隙，

上述贵金属电极头的形成上述间隙的面的面积为0.9mm²以上，该火花塞的特征在于，

上述贵金属电极头借助熔融部与上述接地电极接合，该熔融部是通过将激光束或电子束照射在上述接地电极的前端面和侧面中的至少一个面上而形成的、且由上述接地电极与上述贵金属电极头熔合而成，

在使上述贵金属电极头和上述熔融部沿上述贵金属电极头的中心轴线投影到与上述中心轴线正交的投影面上而形成的投影面中，相对于上述贵金属电极头投影而形成的区域，上述贵金属电极头与上述熔融部的重叠区域所占的比例为70％以上。

另外，“接地电极的侧面”是指，接地电极的与上述中心电极面对的面的邻接面(不包括接地电极的前端面)。

如上述技术方案1所述，采用形成上述间隙的面(放电面)的面积为0.9mm²以上的直径比较大的贵金属电极头，能够提高耐消耗性，但另一方面却更加担心该种贵金属电极头发生上述那样的自接地电极剥离的现象。

针对该问题，采用上述技术方案1，在使贵金属电极头和熔融部沿贵金属电极头的中心轴线投影到与该中心轴线正交的投影面上而形成的投影面中，相对于贵金属电极头投影而形成的区域，贵金属电极头与熔融部的重叠区域所占的比例为70％以上。即，能够借助充分宽的熔融部使贵金属电极头与接地电极接合。因而，即使在接地电极与大径的贵金属电极头之间产生比较大的热应力差，也能利用该熔融部充分吸收该热应力差，从而能够更加可靠地防止贵金属电极头与接地电极接合的接合部分中的氧化皮扩展。结果，能够更加可靠地提高贵金属电极头的耐剥离性。

另外，以下述方式形成熔融部，即，将激光束或电子束照射在接地电极的前端面和侧面中的至少一个面上、而非照射在接地电极与贵金属电极头接触的接触面的外缘。因而，即使如上所述地确保了充分宽的熔融部，熔融部也不易到达或接近放电面，从而能够充分地发挥通过设置贵金属电极头而获得的耐消耗性的提高效果。结果，能够与将贵金属电极头的放电面的面积比较大地形成为0.9mm²以上的这一做法互起作用，飞跃性地提高耐消耗性。

此外，由于能够抑制熔融部到达或接近放电面，因此能够使用壁厚比较小(例如0.5mm以下)的贵金属电极头作为本发明的贵金属电极头。由此，能够有效抑制与使用大径的贵金属电极头相对应的制造成本的增加。

技术方案2.本技术方案的火花塞在上述技术方案1所述的火花塞的基础上，其特征在于，遍布上述贵金属电极头的基端部的外周部分与上述接地电极之间的整个区域地形成上述熔融部。

采用上述技术方案2，覆盖贵金属电极头与接地电极的交界部分地形成熔融部。因而，由于存在熔融部，所以能够有效地防止腐蚀气体进入到上述交界部分，能够更加可靠地防止贵金属电极头与接地电极接合的接合部分中的氧化皮扩展。结果，能够进一步提高贵金属电极头的耐剥离性。

技术方案3.本技术方案的火花塞在上述技术方案1或2所述的火花塞的基础上，其特征在于，将激光束或电子束照射在上述接地电极的前端面和侧面中的至少第一面和与该第一面不同的第二面上，从而形成上述熔融部；

并且，上述熔融部形成有重叠熔融区域，该重叠熔融区域由第一熔融区域和第二熔融区域重合而成，通过将激光束或电子束照射在上述第一面上而形成上述第一熔融区域，通过将激光束或电子束照射在上述第二面上而形成上述第二熔融区域。

采用上述技术方案3，在熔融部中形成有由第一熔融区域和第二熔融区域重合而成的重叠熔融区域。即，遍布接地电极的前端面与接地电极中的至少一侧面之间的区域地形成熔融部、或者遍布接地电极的侧面彼此间的区域地形成熔融部、或者遍布接地电极的前端面与两侧面的彼此间的区域地形成熔融部。因而，能够进一步提高贵金属电极头相对于接地电极的接合强度，从而能够进一步提高贵金属电极头的耐剥离性。

技术方案4.本技术方案的火花塞在上述技术方案3所述的火花塞的基础上，其特征在于，使上述贵金属电极头、上述熔融部和通过上述贵金属电极头的中心轴线且沿上述接地电极的长度方向延伸的直线沿上述贵金属电极头的中心轴线进行投影，在由此形成的投影面中，上述重叠熔融区域在投影上述贵金属电极头而形成的区域内位于上述直线上。

采用上述技术方案4，能够更加可靠地利用熔融部吸收在接地电极与贵金属电极头之间产生的热应力差。由此，能够极有效地抑制接地电极与贵金属电极头接合的接合部分中的氧化皮扩展，从而能够进一步提高贵金属电极头的耐剥离性。

技术方案5.本技术方案的火花塞在上述技术方案3所述的火花塞的基础上，其特征在于，在使上述贵金属电极头的中心轴线和上述熔融部沿上述贵金属电极头的中心轴线投影而形成的投影面中，上述重叠熔融区域位于上述贵金属电极头的中心轴线上。

采用上述技术方案5，能够更加可靠地利用熔融部吸收在接地电极与贵金属电极头之间产生的热应力差，从而能够飞跃性地提高贵金属电极头的耐剥离性。

技术方案6.本技术方案的火花塞在上述技术方案1～5中任意一项所述的火花塞的基础上，其特征在于，上述熔融部不露出于上述贵金属电极头的形成上述间隙的面。

采用上述技术方案6，由于耐消耗性比贵金属电极头差的熔融部并未露出于放电面，因此能够更加可靠地发挥通过设置贵金属电极头而获得的耐消耗性的提高效果。

技术方案7.本技术方案的火花塞在上述技术方案1～6中任意一项所述的火花塞的基础上，其特征在于，上述贵金属电极头含有铱(Ir)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、钯(Pd)和铼(Re)中的至少一种。

如上述技术方案7所述，通过用含有Pt、Ir等的材料作为构成贵金属电极头的金属材料，能够更进一步地提高耐消耗性。

技术方案8.本技术方案的火花塞的制造方法用于制造上述技术方案1～7中任意一项所述的火花塞，其特征在于，将上述贵金属电极头载置在上述接地电极上，然后从朝向上述贵金属电极头的形成上述间隙的面的相反侧倾斜的方向将上述激光束或电子束照射在上述贵金属电极头与上述接地电极接触的接触面上，从而使上述贵金属电极头与上述接地电极接合。

采用上述技术方案8，在使贵金属电极头与接地电极接合时，从与贵金属电极头的形成上述间隙的面(放电面)平行的方向且以朝向接地电极的背面侧倾斜的方向照射激光束或电子束。因而，能够减少贵金属电极头的在接合时熔融的部分，从而能够使接合后的贵金属电极头具有充分的厚度。结果，能够进一步提高耐消耗性。

另外，通过照射激光束或电子束而形成的熔融部在表面上能够形成微小的凹凸，因此在放电时，可能在中心电极与电场强度比较高的上述凹凸部分之间发生放电，使耐久性下降，但采用上述技术方案8，比较容易以不在上述间隙(火花放电间隙)侧露出的方式形成熔融部。因而，在采用上述技术方案8而形成熔融部不在上述间隙侧露出的技术方案时，能够有效抑制上述熔融部与中心电极之间发生放电，从而能够提高耐久性。

技术方案9.本技术方案的火花塞的制造方法在上述技术方案8的基础上，其特征在于，利用光纤维激光(fiber laser)或电子束使上述贵金属电极头与上述接地电极接合。

采用上述技术方案9，能够在将熔融部维持成比较薄的状态不变的情况下，使熔融部到达接地电极等的更内部侧。因此，即使如上所述遍布比较大的区域地形成熔融部，也能够将熔融部的体积控制成比较小的尺寸。因而，能够进一步减少贵金属电极头的在接合时熔融的部分，即使使用更薄的贵金属电极头，仍然能使接合后的贵金属电极头具有充分的厚度(体积)。结果，能够更进一步地提高耐消耗性。

附图说明

图1是表示火花塞的结构的局部剖切主视图。

图2的(a)是表示相对于接地电极的贵金属电极头的接合位置等的局部放大图，(b)是表示火花塞的前端部的结构的局部剖切放大主视图。

图3的(a)是表示熔融部等的结构的局部放大侧视图，(b)是表示使贵金属电极头、熔融部等投影而形成的投影面的投影图。

图4是表示熔融部的截面形状等的局部放大剖视图。

图5是用于说明重叠熔融区域的形状、位置的指定方法的图，(a)是接地电极等的立体示意图，(b)是(a)的J-J线剖视图，(c)是(a)的K-K线剖视图，(d)是(a)的L-L线剖视图，(e)是(a)的M-M线剖视图，(f)是(a)的N-N线剖视图。

图6是用于说明重叠熔融区域的形状、位置的指定方法的图，(a)是接地电极等的立体示意图，(b)是(a)的J-J线剖视图，(c)是(a)的K-K线剖视图，(d)是(a)的L-L线剖视图。

图7是用于说明重叠熔融区域的形状、位置的指定方法的图，(a)是接地电极等的立体示意图，(b)是(a)的J-J线剖视图，(c)是(a)的K-K线剖视图。

图8是用于说明第二实施方式的熔融部的结构的图，(a)是表示接地电极的前端部等的局部放大侧视图，(b)是表示使贵金属电极头、熔融部等投影而形成的投影面的投影图。

图9是表示对熔融部的比例进行了各种改变后得到的样品的实验台火花试验的试验结果的曲线图。

图10是表示各样品中的熔融部的形状的图，(a)是使样品1的熔融部等投影而得到的投影图，(b)是使样品2的熔融部等投影而得到的投影图，(c)是使样品3的熔融部等投影而得到的投影图，(d)是使样品4的熔融部等投影而得到的投影图。

图11是表示点火性评价试验的试验结果的曲线图。

图12是用于说明另一实施方式的激光束的照射方向等的局部放大剖视图。

图13是表示另一实施方式的熔融部等的结构的局部放大侧视图。

图14的(a)、(b)是用于说明另一实施方式的熔融部的结构的投影图。

图15的(a)、(b)是用于说明另一实施方式的熔融部的结构的投影图。

图16是用于说明另一实施方式的熔融部的结构的投影图。

具体实施方式

第一实施方式

接下来，参照附图说明实施方式。图1是表示火花塞1的局部剖视主视图。另外，在图1中，将火花塞1的轴线CL1方向视作图中的上下方向，将图中的下侧视作火花塞1的前端侧，将图中的上侧视作火花塞1的后端侧。

火花塞1包括筒状的作为绝缘体的瓷绝缘体2、和保持该绝缘子2的筒状的主体金属壳3等构件。

如公知的那样通过烧结氧化铝等而形成瓷绝缘体2，该瓷绝缘体2的外形部包括：后端侧主体部10，其形成在后端侧；大径部11，其朝向径向外侧突出地形成在该后端侧主体部10的前端侧；中主体部12，其以比大径部11细的直径形成在该大径部11的前端侧；长腿部13，其以比中主体部12细的直径形成在中主体部12的前端侧。而且，瓷绝缘体2中的大径部11、中主体部12及大部分的长腿部13收容在主体金属壳3的内部。并且，在中主体部12与长腿部13相连接的连接部形成有斜面状的台阶部14，利用该台阶部14将瓷绝缘体2卡定于主体金属壳3。

此外，在瓷绝缘体2中沿轴线CL1贯穿形成有轴孔4，中心电极5插入固定在该轴孔4的前端侧。该中心电极5包括由导热性优异的铜或铜合金构成的内层5A、和由主要成分是镍(Ni)的Ni合金构成的外层5B。此外，中心电极5整体形成为棒状(圆柱状)，前端面平坦且自瓷绝缘体2的前端突出。另外，在中心电极5的前端部设置有由规定的贵金属合金(例如铂合金、铱合金)构成的贵金属部31。

另外，在轴孔4的后端侧以自瓷绝缘体2的后端突出的状态插入固定有端子电极6。

此外，在轴孔4的中心电极5与端子电极6之间配置有圆柱状的电阻器7。该电阻器7的两端部借助导电性的玻璃密封层8、9而分别与中心电极5和端子电极6电连接。

而且，利用低碳钢等金属形成筒状的上述主体金属壳3，在该主体金属壳3的外周面形成有用于将火花塞1安装在燃烧装置(例如内燃机、燃料电池改性器等)的安装孔中的螺纹部(外螺纹部)15。另外，在螺纹部15的后端侧的外周面形成有座部16，在螺纹部15后端的螺纹颈17嵌入有环状的衬垫18。此外，在主体金属壳3的后端侧设置有截面为六边形的工具卡合部19，在将主体金属壳3安装在上述燃烧装置中时，该工具卡合部19用于与扳手等工具卡合，并且，在主体金属壳3的后端部设置有用于保持瓷绝缘体2的翻边紧固部20。

另外，在主体金属壳3的内周面设置有用于与瓷绝缘体2卡定的斜面状的台阶部21。于是，从主体金属壳3的后端侧朝向前端侧地插入瓷绝缘体2，在瓷绝缘体2自身的台阶部14与主体金属壳3的台阶部21卡定的状态下，向径向内侧翻边紧固主体金属壳3后端侧的开口部，即形成上述翻边紧固部20，从而将瓷绝缘体2固定于主体金属壳3。另外，在瓷绝缘体2的台阶部14与主体金属壳3的台阶部21之间插入安装有圆环状的板密封件22。由此，能够保持燃烧室内的气密性，防止进入到被暴露于燃烧室内的瓷绝缘体2的长腿部13与主体金属壳3的内周面的间隙中的燃料气体泄漏到外部。

此外，为了使翻边紧固产生的密封更加可靠，在主体金属壳3的后端侧将环状构件23、24插入安装在主体金属壳3与瓷绝缘体2之间，在环状构件23、24之间填充有滑石(talc)25的粉末。即，主体金属壳3借助板密封件22、环状构件23、24和滑石25来保持瓷绝缘体2。

另外，接地电极27与主体金属壳3的前端面26接合，该接地电极27的大致中间部分弯折且前端侧的侧面与中心电极5的前端部(贵金属部31)面对。该接地电极27由Ni合金构成，且在与上述贵金属部31面对的部位上接合有圆柱状的贵金属电极头32。利用含有铱、铂、铑、钌、钯和铼中的至少一种的贵金属合金形成该贵金属电极头32。另外，在贵金属电极头32的前端面(放电面)与上述贵金属部31之间形成有作为间隙的火花放电间隙33，在该火花放电间隙33中，在沿轴线CL1的方向上进行火花放电。

除此之外，为了提高耐消耗性，以比较大的直径形成上述贵金属电极头32，在本实施方式中，将贵金属电极头32的形成上述火花放电间隙33的面(放电面)的面积设定为0.9mm2以上。但是，为了抑制与大径化相对应发生的成本的增加，以比较薄的壁厚(例如厚度为0.5mm以下)形成贵金属电极头32。

此外，为了提高点火性，比较细地形成接地电极27，但从充分地维持贵金属电极头32与接地电极27接合的接合面积的观点出发，如图2的(a)所示，比贵金属电极头32的外径大地形成接地电极27的宽度，并且以贵金属电极头32的中心轴线CL2位于接地电极27的宽度方向中心的方式接合贵金属电极头32。因此，对于与贵金属电极头32的中心轴线CL2和沿接地电极27的长度方向延伸的直线SL均正交的方向，在将沿该方向的从接地电极27的侧面27S1到贵金属电极头32的距离设为A(mm)、将贵金属电极头32的宽度设为B(mm)、将从贵金属电极头32到接地电极27的侧面27S2的距离设为C(mm)时，满足A+B+C≤3.0的关系。

而且，如图2的(b)等所示，贵金属电极头32借助熔融部35与接地电极27接合，通过使构成接地电极27的金属材料和构成贵金属电极头32的金属材料熔合而构成该熔融部35(另外，在上述图2的(a)中省略表示熔融部35)。在本实施方式中，遍布贵金属电极头32的基端部的外周部与接地电极27之间的区域地形成熔融部35。

另外，在本实施方式中，如图3的(a)、(b)和图4所示，将激光束或电子束照射在接地电极27的前端面27F和2个侧面27S1、27S2上，从而形成熔融部35。详细而言，熔融部35由熔融区域35a、35b、35c、35d、35e构成，以下述方式形成熔融区域35a、35b，即，沿与贵金属电极头32的形成火花放电间隙33的面(放电面)平行且与接地电极27的长度方向正交的方向(图4中的空心箭头方向)将激光束或电子束照射在接地电极27的侧面27S1上的两处位置，从而形成熔融区域35a、35b。另外，以下述方式形成熔融区域35c、35d，即，在与贵金属电极头32的放电面平行的方向上沿与接地电极27的长度方向正交的方向将激光束或电子束照射在接地电极27的侧面27S2上的位于上述熔融区域35a、35b背面的部位的两处位置，从而在上述熔融区域35a、35b背面形成熔融区域35c、35d。此外，以下述方式形成熔融区域35e，即，在与贵金属电极头32的放电面平行的方向上沿接地电极27的长度方向将激光束或电子束照射在接地电极27的前端面27F上，并且沿接地电极27的宽度方向慢慢移动照射位置，从而形成熔融区域35e。另外，通过上述那样地将激光束或电子束照射在接地电极27的前端面27F和侧面27S1、侧面27S2上，熔融部35不会露出于贵金属电极头32的放电面。

另外，在将接地电极27的侧面27S1作为本发明的“第一面”的情况下，接地电极27的前端面27F和侧面27S2相当于本发明的“第二面”。另外，在将接地电极27的侧面27S1视作本发明的“第一面”的情况下，通过将激光束或电子束照射在侧面27S1上而形成的熔融区域35a、35b相当于本发明的“第一熔融区域”，通过将激光束或电子束照射在前端面27F、侧面27S2上而形成的熔融区域35c、35d、35e相当于本发明的“第二熔融区域”。

此外，在本实施方式中，如图3的(b)所示，在将贵金属电极头32和熔融部35沿贵金属电极头32的中心轴线CL2投影到与该中心轴线CL2正交的投影面上而形成的投影面中，相对于贵金属电极头32投影而形成的区域AP1(在图3的(b)中用粗线包围的区域)，贵金属电极头32与熔融部35重叠的区域AO1(图3的(b)中用斜线表示的部位)所占的比例为70％以上(例如100％)。

而且，如图3的(b)和图4所示，在熔融部35中形成有熔融区域35a、35c重合而成的重叠熔融区域37a、熔融区域35b、35d重合而成的重叠熔融区域37b、熔融区域35b、35e重合而成的重叠熔融区域37c、熔融区域35d、35e重合而成的重叠熔融区域37d以及熔融区域35b、35d、35e重合而成的重叠熔融区域37e。在本实施方式中，以下述方式设定熔融区域35a等的形成位置，即，对于通过贵金属电极头32的中心轴线CL2而沿接地电极27的长度方向延伸的直线SL，在使该直线SL沿贵金属电极头32的中心轴线CL2投影于上述投影面时，在贵金属电极头32投影而形成的上述区域AP1内，上述重叠熔融区域37a、37b、37e位于上述直线SL上。

另外，“重叠熔融区域”是指下述2个熔融区域重合而成的部位，即，将激光束或电子束照射在上述接地电极27的前端面27F和侧面27S1、27S2中的任意一个面(第一面)上而形成的熔融区域；将激光束或电子束照射在前端面27F和侧面27S1、27S2中的与上述第一面不同的面(第二面)上而形成的熔融区域。因而，例如将激光束或电子束照射在同一个侧面27S1上而形成的熔融区域35a和熔融区域35b所重合的部分不相当于本发明的“重叠熔融区域”。

另外，可以采用下述方法判断是否存在重叠熔融区域。即，通常，通过照射激光束或电子束而形成的熔融区域中的位于接地电极27等构件的内部的部位(即，熔融区域中的除朝向贵金属电极头32熔出的部位之外的部位)形成为自外表面向接地电极27等构件的内部侧变尖的尖头形状。因而，例如如图5的(a)～(f)所示，在未形成重叠熔融区域的情况下，当在各熔融区域MA1、MA2中沿形成熔融区域MA1、MA2时的激光束或电子束的照射方向(图中的空心箭头方向)和贵金属电极头(在图5～图7中未图示)的中心轴线CL2截取多个截面时，各个熔融区域MA1、MA2的截面形状为宽度朝向内部侧减小的形状。

相对于此，在形成有重叠熔融区域的情况下，例如如图6的(a)～(d)和图7的(a)～(c)所示，当在各熔融区域MA3、MA4、MA5、MA6中截取上述截面时，熔融区域MA3～MA6的截面形状均为下述形状，即，至少有一部分的截面形状是宽度朝向内部侧恒定或扩大的形状。因而，能够利用该点来判断是否存在重叠熔融区域。

另外，可以采用下述方法限定重叠熔融区域的形成位置。即，在熔融区域的截面形状中，指定具有宽度恒定或扩大的部位(拐弯部)的熔融区域(例如图6的熔融区域MA3)，根据该熔融区域的从位于外表面的部位到上述拐弯部的截面形状，分别推测在假设没有重叠熔融区域时的熔融区域的连续性的截面形状(例如图6的(b)～(d))。然后，根据所推测到的连续性的截面形状导出熔融区域的立体形状，并且指定该熔融区域的相对于接地电极的相对位置。在具有上述拐弯部的所有熔融区域上进行上述导出熔融区域的形状的操作和指定熔融区域相对于接地电极等的相对位置的操作，得出各个熔融区域的立体形状和相对于接地电极等的相对位置。然后，与各个相对位置相对应地配置各熔融区域，从而能够指定重叠熔融区域的立体的形成位置。

接下来，说明上述那样构成的火花塞1的制造方法。首先，预先加工主体金属壳3。即，对圆柱状的金属原料(例如铁类原料、不锈钢原料)进行冷锻加工等而形成大概的外形，并且形成通孔。之后，通过实施切削加工而修整外形，获得主体金属壳中间体。

然后，将由Ni合金构成的直棒状的接地电极27电阻焊接于主体金属壳中间体的前端面。由于在进行该焊接操作时发生所谓的“下陷”，所以需先消除该“下陷”，在消除了该“下陷”后利用滚压成形在主体金属壳中间体的规定部位形成螺纹部15。由此，获得了焊接有接地电极27的主体金属壳3。然后，在焊接有接地电极27的主体金属壳3上镀锌或镀镍。另外，为了提高耐腐蚀性，也可以在镀锌或镀镍后的主体金属壳3的表面上另外再实施铬酸盐光泽处理。

另一方面，与上述主体金属壳3分别单独成形加工瓷绝缘体2。例如，使用以氧化铝为主要成分、含有粘合剂等的原料粉末调制成型用基体造粒物，并且使用该成型用基体造粒物进行橡胶压块成形，从而获得筒状的成形体。然后，对获得的成形体实施磨削加工而修整外形，并且利用烧制炉对修整了外形的成形体进行烧制，从而获得瓷绝缘体2。

另外，与上述主体金属壳3、瓷绝缘体2分别单独地制造中心电极5。即，对中央部配置有用于谋求提高散热性的铜合金等的Ni合金等进行锻造加工，制作中心电极5。然后，利用激光焊接等将由贵金属合金构成的贵金属部31接合于中心电极5的前端部。

然后，利用玻璃密封层8、9密封固定上述那样获得的瓷绝缘体2及中心电极5、电阻器7和端子电极6。玻璃密封层8、9通常由硼硅酸玻璃和金属粉末混合调制而成，将该调制成的材料以夹持电阻器7的方式注入到瓷绝缘体2的轴孔4内，之后利用上述端子电极6从后侧按压，并在烧制炉内加热，从而烧固。另外，这时可以与此同时在瓷绝缘体2的后端侧主体部10的表面烧制釉层，也可以事先形成釉层。

然后，组装上述那样分别制成的具有中心电极5和端子电极6的瓷绝缘体2、和具有接地电极27的主体金属壳3。更详细而言，朝向径向内侧翻边紧固壁厚比较薄的主体金属壳3的后端侧的开口部，即形成上述翻边紧固部20，从而固定瓷绝缘体2和主体金属壳3。

然后，利用激光束焊接或电子束焊接将贵金属电极头32接合于去除了电镀层的接地电极27。

更详细而言，在将贵金属电极头32载置在接地电极27的规定部位上的状态下，利用规定的紧固销支承贵金属电极头32。在此基础上，将光纤维激光或电子束等高能量激光束照射在接地电极27的侧面27S1、27S2的规定位置，形成由接地电极27和贵金属电极头32熔合而成的熔融区域35a、35b、35c、35d。另外，将上述高能量激光束照射在接地电极27的前端面27F，并且沿接地电极27的宽度方向移动激光的照射位置，从而形成上述熔融区域35e。由此，形成由熔融区域35a、35b、35c、35d、35e构成的上述熔融区域35，使贵金属电极头32与接地电极27接合。

在本实施方式中，以能达到下述目的的方式设定激光束等的照射条件，即，相对于贵金属电极头32投影而形成的区域AP1，贵金属电极头32与熔融部35重叠的区域A01所占的比例为70％以上。另外，在贵金属电极头32的外径、构成贵金属电极头32等的材料不同的情况下，适当地调整激光束等的输出功率、照射时间、激光束等的照射方式(以连续波的形式照射激光、或以断续波(脉冲波)的形式照射激光等等)等，从而能够形成区域AO1相对于区域AP1所占的比例为70％以上的熔融部35。

在使接地电极27与贵金属电极头32接合后，向中心电极5侧弯曲接地电极27的中间部分。并且，调整贵金属部31与贵金属电极头32之间的火花放电间隙33的大小，从而获得上述的火花塞1。

如以上详述的那样，采用本实施方式，在使贵金属电极头32和熔融部35沿贵金属电极头32的中心轴线CL2投影到与该中心轴线CL2正交的投影面上而形成的投影面上，相对于贵金属电极头32投影而形成的区域AP1，贵金属电极头32与熔融部35重叠的区域AO1所占的比例为70％以上。即，能够借助充分宽的熔融部35使贵金属电极头32与接地电极27接合。因而，即使在接地电极27与放电面面积为0.9mm²以上且大径的贵金属电极头32之间产生比较大的热应力差，也能利用熔融部35充分吸收该热应力差，从而能够更加可靠地防止贵金属电极头32与接地电极27接合的接合部分中的氧化皮扩展。结果，能够更加可靠地提高贵金属电极头32的耐剥离性。

另外，以下述方式形成熔融部35，即，将激光束或电子束照射在接地电极27的前端面27F和侧面27S1、27S2上、而非照射在接地电极27与贵金属电极头32的接触面外缘。因而，即使如上所述地确保充分宽的熔融部35，熔融部35也不易到达或接近贵金属电极头32的放电面，从而能够充分地发挥通过设置贵金属电极头32而获得的耐消耗性的提高效果。结果，能够与将贵金属电极头32的放电面的面积比较大地形成为0.9mm²以上的这一做法互起作用，飞跃性地提高耐消耗性。

此外，由于能够抑制熔融部35到达或接近放电面，因此能够使用壁厚比较小的贵金属电极头作为本发明的贵金属电极头32。由此，能够有效抑制与使用大径的贵金属电极头32相对应的制造成本的增加。

另外，遍布贵金属电极头32的基端部的外周部分与接地电极27之间的整个区域地形成熔融部35，且覆盖贵金属电极头32与接地电极27的交界部分地形成熔融部35。因而，由于存在熔融部35，所以能够有效地防止腐蚀气体进入到上述交界部分，能够更加可靠地防止贵金属电极头32与接地电极27接合的接合部分中的氧化皮扩展。结果，能够进一步提高贵金属电极头32的耐剥离性。

除此之外，遍布接地电极27的前端面27F与侧面27S1、27S2彼此间的区域地形成熔融部35。因而，能够进一步提高相对于接地电极27的贵金属电极头32的接合强度，从而能够进一步提高贵金属电极头32的耐剥离性。

并且，在上述投影面中，重叠熔融区域35a、35b、35e在贵金属电极头32投影而形成的区域AP1内位于直线SL上。因而，能够利用熔融部35更加可靠地吸收在接地电极27与贵金属电极头32之间产生的热应力差，从而能够更进一步地提高贵金属电极头32的耐剥离性。

另外，在使贵金属电极头32与接地电极27接合时，使用光纤维激光束或电子束。因此，即使像上述那样地遍布比较大的区域形成熔融部35，也能将熔融部35的体积控制成比较小的尺寸，从而能够减少贵金属电极头32中的在接合时熔融的部分。因此，能够更进一步地确保贵金属电极头32的体积，更进一步地提高贵金属电极头32的耐消耗性。

第二实施方式

接下来，参照附图以与上述第一实施方式的不同点为重点说明第二实施方式。在本第二实施方式中，如图8的(a)、(b)所示，特别是使贵金属电极头32与接地电极27接合时的激光束或电子束的照射位置不同，结果所形成的熔融部45的结构不同。

详细而言，熔融部45由熔融区域45a、45b、45c、45d、45e、45f、45g、45h构成，以下述方式形成熔融区域45a、45b、45c、45d，即，在与贵金属电极头32的放电面平行的方向上沿与接地电极27的长度方向正交的方向将激光束或电子束照射在接地电极27的侧面27S1上的4处位置，从而形成熔融区域45a、45b、45c、45d。另外，以下述方式形成熔融区域45e、45f、45g、45h，即，在与贵金属电极头32的放电面平行的方向上沿与接地电极27的长度方向正交的方向将激光束或电子束照射在接地电极27的侧面27S2上的位于上述熔融区域45a、45b、45c、45d背面的部位的4处位置，从而形成熔融区域45e、45f、45g、45h。另外，采用与上述第一实施方式相同的方法，在使贵金属电极头32和熔融部45沿贵金属电极头32的中心轴线CL2投影到与该中心轴线CL2正交的投影面上而形成的投影面中，相对于贵金属电极头32投影而形成的区域AP2(图8的(b)中用粗线包围的区域)，贵金属电极头32与熔融部45重叠的区域AO2(图8的(b)中用斜线表示的区域)所占的比例为70％以上。

而且，在熔融部45中形成有熔融区域45a、45e重合而成的重叠熔融区域47a、熔融区域45b、45f重合而成的重叠熔融区域47b、熔融区域45c、45g重合而成的重叠熔融区域47c以及熔融区域45d、45h重合而成的重叠熔融区域47d。在本实施方式中，以下述方式设定各熔融区域45a等的形成位置，即，在使贵金属电极头32的中心轴线CL2、和通过贵金属电极头32的中心轴线CL2而沿接地电极27的长度方向延伸的直线SL沿贵金属电极头32的中心轴线CL2投影于上述投影面时，上述重叠熔融区域47a、47b、47c、47d位于上述直线SL上，并且重叠熔融区域47c位于上述中心轴线CL2上。

如上所述，采用本第二实施方式，重叠熔融区域47c在上述投影面中位于贵金属电极头32的中心轴线CL2上，因此能够利用熔融部45进一步更加可靠地吸收在接地电极27与贵金属电极头32之间产生的热应力差。结果，能够飞跃性地提高贵金属电极头32的耐剥离性。

接下来，为了确认上述实施方式所能起到的作用效果，改变激光束的照射条件，从而制作使贵金属电极头与熔融部重叠的区域在上述投影面上相对于贵金属电极头投影而形成的区域所占的比例(熔融部比例)进行各种变更而成的火花塞的样品，对每个样品进行了实验台火花试验(bench test)。大致按照下述方法进行实验台火花试验。即，利用燃烧器对样品进行2分钟的加热处理，以使贵金属电极头的温度达到1050℃，之后在大气气氛下以1分钟的慢冷却作为一个循环而实施了1000个循环，在结束了1000个循环之后，观察样品的截面，从而测量了相对于熔融部与接地电极和贵金属电极头的交界面的长度的、形成在该交界面上的氧化皮的长度比例(氧化皮比例)。图9是表示熔融部比例与氧化皮比例的关系的曲线图。另外，贵金属电极头的外径是1.2mm(放电面的面积约为1.1mm²)、厚度为0.4mm。另外，接地电极的宽度为2.8mm、厚度为1.5mm。除此之外，在所有的样品上以不形成重叠熔融区域的方式形成熔融区域。

根据图9可清楚得知，熔融部比例小于70％的样品的氧化皮比例增大、贵金属电极头的耐剥离性变得不充分。这是因为，由于熔融部比较窄，因此不能充分吸收在接地电极与大径的贵金属电极头之间产生的热应力差，结果不能充分地防止氧化皮扩展。

相对于此，得知熔融部比例在70％以上的样品的氧化皮比例为50％以下，具有充分的耐剥离性。另外，确认到随着熔融部比例的增大，能够进一步提高耐剥离性。因而，为了防止贵金属电极头的剥离，优选熔融部比例在70％以上，更优选熔融部比例在80％以上，进一步优选熔融部比例在100％以上。

接着，分别制作了如下样品，即，如图10的(a)所示在以重叠熔融区域OM1在上述投影面中位于贵金属电极头32的中心轴线CL2上的方式形成有熔融部M1的样品(样品1)；如图10的(b)所示以重叠熔融区域OM2在上述投影面中位于上述直线SL上的方式形成有熔融部M2的样品(样品2)；如图10的(c)所示以重叠熔融区域OM3在上述投影面中位于自上述直线SL偏离的位置上的方式形成有熔融部M3的样品(样品3)；如图10的(d)所示以不形成重叠熔融区域的方式形成有熔融部M4的样品(样品4)，对所有样品进行了上述桌上火花试验。表1表示各样品的试验结果。另外，各样品的熔融部比例均为70％，且使用与上述试验相同尺寸的贵金属电极头、接地电极。

表1

如表1所示，得知形成有重叠熔融区域OM1、OM2、OM3的样品(样品1～3)的各氧化皮比例更低，耐剥离性更加优异。这是因为，通过形成重叠熔融区域，进一步提高了贵金属电极头相对于接地电极的接合强度。

另外，可以确定的是，以在投影面中位于直线SL上的方式形成有重叠熔融区域OM1、OM2的样品(样品1、2)具有更加优异的耐剥离性，特别是以在投影面中位于贵金属电极头的中心轴线CL2上的方式形成有重叠熔融区域OM1的样品(样品1)具有非常优异的耐剥离性。这是因为，通过以在投影面中位于直线SL或中心轴线CL2上的方式形成有重叠熔融区域，能够利用熔融部更加有效地吸收在接地电极与贵金属电极头之间产生的热应力差，结果能够非常有效地抑制氧化皮扩展。

根据上述试验结果，可以说从谋求提高耐剥离性的这一观点出发，优选以形成有重叠熔融区域的方式形成熔融部。另外，可以说为了更进一步地提高耐剥离性，更优选使重叠熔融区域在投影面中位于上述直线SL上地形成该重叠熔融区域，进一步优选使重叠熔融区域在投影面中位于贵金属电极头的中心轴线CL2上地形成该重叠熔融区域。

接着，通过改变激光束的照射能量、照射位置等，制作了熔融部未露出于贵金属电极头的形成火花放电间隙的面(放电面)的样品(样品5)、和熔融部露出于放电面的样品(样品6)，对2个样品进行了桌上火花试验。另外，大致按照下述方法进行桌上火花试验。即，将对样品施加的电压的频率设定为100Hz(即，每分钟放电6000次)，在此基础上在0.4MPa的大气气氛下使各样品放电100小时。然后，在经过了100小时后，测量了与火花放电相对应的贵金属电极头(熔融部)的消耗体积。表2表示该试验的试验结果。另外，2个样品均使用与上述试验相同尺寸的贵金属电极头、接地电极。

表2

根据表2可清楚得知，熔融部未露出于放电面的样品(样品5)的消耗体积比较少，耐消耗性优异。因而，可以说为了提高耐消耗性，优选不使熔融部露出于放电面。

接着，制作了将各接地电极的宽度(即上述实施方式中的“A+B+C”的大小)分别改变后得到的火花塞的样品，对各样品进行了点火性评价试验。大致按照下述方法进行点火性评价试验。即，将各样品安装在规定的发动机中，然后慢慢增加空燃比(A/F)，并且以2000rpm的转速进行火花放电。然后，测量了在放电1000次的过程中放电异常(未点火)次数达到10次以上时的空燃比，将该测量值作为极限空燃比。另外，极限空燃比越大，意味着点火性越优异。图11表示A+B+C的值与极限空燃比的关系。

根据图11可知，A+B+C的值为3.0mm以下的样品的极限空燃比大于20.0，具有优异的点火性。因而，可以说为了提高点火性，使接地电极满足A+B+C≤3.0mm的关系。

另外，本发明并不限定于上述实施方式所述的内容，例如也可以采用下述方式实施本发明。当然，也可以利用未在下述说明中例示的其他应用例、变更例来实施本发明。

(a)在上述实施方式中，激光束等的照射方向是与贵金属电极头32的放电面平行的方向，但如图12所示，也可以从朝向与贵金属电极头32的放电面相反的一侧(接地电极27的背面侧)倾斜的方向(图12中的空心箭头方向)照射激光束，从而形成熔融部55。在该情况下，能够进一步减少接合时的贵金属电极头32的熔融量，从而能够进一步增大贵金属电极头32的体积。结果，能够进一步提高耐消耗性。另外，如图13所示，更容易形成熔融部55不在火花放电间隙33侧露出的结构。通过形成熔融部55不在火花放电间隙33侧露出的结构，能够提高耐久性。

(b)上述实施方式中的熔融部35、45的结构只是一例，只要在上述投影面上相对于贵金属电极头32投影而形成的区域、贵金属电极头32与熔融部重叠的区域所占的比例为70％以上，则熔融部的结构(熔融区域的形状、数量等)没有特别限定。

因而，例如如图14的(a)所示，熔融部65也可以由3个熔融区域65a、65b、65c构成。

另外，如图14的(b)所示，也可以改变相对于接地电极27的侧面27S1、27S2的激光束的照射方法，从而以具有比较宽幅的熔融区域75a、75b的方式形成熔融部75。

另外，如图15的(a)所示，也可以将激光束等的照射方向从与接地电极27的长度方向正交的方向变成朝向接地电极27的前端侧倾斜的方向(图15的(a)中空心箭头方向)，从而以具有朝向接地电极27的基端侧倾斜的形状的熔融区域85a、85b的方式形成熔融部85。

此外，也可以依据贵金属电极头32相对于接地电极27的配置位置，改变激光束等的照射位置、照射能量、照射方向等。因而，如图15的(b)所示，也可以在与贵金属电极头32的配置位置相对应的位置上形成熔融区域95a、95b、95c，从而构成熔融部95。

(c)在上述实施方式中，贵金属电极头32形成为圆柱状，但贵金属电极头32的形状并不限定于此。因而，例如如图16所示，也可以将贵金属电极头42的截面形成为矩形。在该情况下，仍然可以通过下述方式来充分地提高贵金属电极头42的耐剥离性，即，在使贵金属电极头42和熔融部105沿贵金属电极头42的中心轴线CL3投影于与中心轴线CL3正交的投影面上而形成的投影面中，使相对于贵金属电极头42投影而形成的区域AP3(图16中的用粗线包围的区域)的、贵金属电极头42与熔融部105重叠的区域AO3(图16中的用斜线表示的区域)所占的比例为70％以上。

(d)在上述实施方式中，在利用紧固销支承贵金属电极头32的状态下将该贵金属电极头32激光焊接于接地电极27，但也可以在进行激光焊接之前将贵金属电极头32电阻焊接于接地电极27，在暂时固定贵金属电极头32与接地电极27的基础上进行激光焊接。

(e)在上述实施方式中，说明了在火花放电间隙33中在大致沿轴线CL1的方向上进行火花放电的类型的火花塞1，但是能够应用本发明的技术思想的火花塞的类型并不限定于此。因而，也可以在沿大致与轴线CL1正交的方向进行火花放电的类型的火花塞中应用本发明的技术思想。另外，还可以在沿相对于轴线CL1倾斜的方向进行火花放电的类型的火花塞中应用本发明的技术思想。

(f)在上述实施方式中，详细说明了接地电极27接合于主体金属壳3的前端部26的情况，但在削去主体金属壳的一部分(或者预先焊接在主体金属壳上的前端金属壳的一部分)而形成接地电极的情况下，也能应用本发明(例如参照日本特开2006-236906号公报等)。

(g)在上述实施方式中，工具卡合部19的截面为六边形，但工具卡合部19的形状并不限定于该形状。例如也可以是Bi-HEX(变形12边)形状(ISO22977：2005(E))等。

Claims (9)

1.一种火花塞，该火花塞包括：

筒状的绝缘体，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；

中心电极，其插入设置在上述轴孔的前端侧；

筒状的主体金属壳，其设置在上述绝缘体的外周；

接地电极，其配置在上述主体金属壳的前端部；

贵金属电极头，其与上述接地电极的前端部接合，且在该贵金属电极头与上述中心电极的前端部之间形成有间隙，

上述贵金属电极头的形成上述间隙的面的面积为0.9mm²以上，该火花塞的特征在于，

上述贵金属电极头借助熔融部与上述接地电极接合，该熔融部是通过将激光束或电子束照射在上述接地电极的前端面和侧面中的至少一个面上而形成的、由上述接地电极与上述贵金属电极头熔合而成，

在使上述贵金属电极头和上述熔融部沿上述贵金属电极头的中心轴线投影到与上述中心轴线正交的投影面上而形成的投影面中，相对于上述贵金属电极头投影而形成的区域，上述贵金属电极头与上述熔融部的重叠区域所占的比例为70％以上。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

遍布上述贵金属电极头的基端部的外周部分与上述接地电极之间的整个区域地形成上述熔融部。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

将激光束或电子束照射在上述接地电极的前端面和侧面中的至少第一面和与该第一面不同的第二面上，从而形成上述熔融部；

并且，上述熔融部形成有重叠熔融区域，该重叠熔融区域由第一熔融区域和第二熔融区域重合而成，通过将激光束或电子束照射在上述第一面上而形成上述第一熔融区域，通过将激光束或电子束照射在上述第二面上而形成上述第二熔融区域。

4.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，

使上述贵金属电极头、上述熔融部和通过上述贵金属电极头的中心轴线且沿上述接地电极的长度方向延伸的直线沿上述贵金属电极头的中心轴线进行投影，在由此形成的投影面中，

上述重叠熔融区域在投影上述贵金属电极头而形成的区域内位于上述直线上。

5.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，

在使上述贵金属电极头的中心轴线和上述熔融部沿上述贵金属电极头的中心轴线投影而形成的投影面中，上述重叠熔融区域位于上述贵金属电极头的中心轴线上。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的火花塞，其特征在于，

上述熔融部不露出于上述贵金属电极头的形成上述间隙的面。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的火花塞，其特征在于，

上述贵金属电极头含有铱、铂、铑、钌、钯和铼中的至少一种。

8.一种火花塞的制造方法，该方法用于制造权利要求1～7中任意一项所述的火花塞，其特征在于，

将上述贵金属电极头载置在上述接地电极上，然后从朝向上述贵金属电极头的形成上述间隙的面的相反侧倾斜的方向将上述激光束或电子束照射在上述贵金属电极头与上述接地电极接触的接触面上，从而使上述贵金属电极头与上述接地电极接合。

9.根据权利要求8所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

利用光纤维激光或电子束使上述贵金属电极头与上述接地电极接合。

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