CN102292886B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

通过减小贵金属片和接地电极之间产生的热应力差改善所述贵金属片的抗剥落性。火花塞(1)包括绝缘体(2)、中心电极(5)、金属壳(3)和接地电极(27)，其中在所述中心电极(5)和结合到所述接地电极(27)的所述贵金属片(41)之间形成火花放电间隙(33)。所述接地电极(27)设有凹孔部分(43)，并且所述贵金属片(41)的70％以上通过熔融部(35)结合到所述接地电极(27)的孔部分(43)，所述熔融部(35)通过从所述贵金属片的侧表面发射激光束等将所述贵金属片和所述接地电极(27)熔合到一起而形成。在所述贵金属片(41)和所述孔部分(43)的内壁表面(43S)的至少一部分之间形成间隙(45)，所述间隙(45)被形成为在与所述贵金属片(41)的中心轴线(CL2)垂直的方向上大于0mm且等于或小于1.0mm。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种在内燃机等中使用的火花塞。

背景技术

在诸如内燃机的燃烧装置中使用的火花塞包括例如：在轴向方向上延伸的中心电极、设置在中心电极外周的绝缘体、组装到绝缘体外侧的筒状金属壳、和具有与金属壳的前端部结合的基端部的接地电极。接地电极在其大致中央部处弯曲，从而使其前端部面对中心电极的前端部。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。

此外，近年来，已经提出一种技术，该技术将贵金属片结合到接地电极的前端部中的设有火花放电间隙的部分，以提高耐消耗性。例如，作为结合贵金属片的技术，提出了一种方法，该方法通过激光焊接形成用来将贵金属片和接地电极彼此熔合到一起的熔融部，并通过该熔融部将贵金属片和接地电极彼此结合到一起(例如，专利文献1等)。

然而，熔融部具有比贵金属片差的耐消耗性。此外，由于可能在熔融部的表面上形成微小的不平坦部分，中心电极与具有相对较大的电场强度的不平坦部分之间产生的火花放电，从而存在对点火性能可能降低的担心。因此，从防止点火性能或耐消耗性降低的角度来看，希望熔融部尽可能少地暴露于火花放电间隙所在侧。因此，提出了一种技术，该技术在接地电极中形成凹部，将贵金属片设置在凹部内以埋入其中，并且从接地电极的侧表面向贵金属片的埋入部分发出激光束，从而抑制熔融部暴露于火花放电间隙所在侧(例如，参见专利文献2等)。

[相关技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2005-158323-A

[专利文献2]日本特开2004-95214-A

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在专利文献2所公开的技术中，贵金属片的基端部的整个侧表面被凹部的内壁表面紧紧包围。因此，在使用(加热)火花塞时，由于凹部内壁表面的存在，朝贵金属片侧表面的热膨胀受到限制。作为结果，贵金属片和接地电极的热膨胀程度存在较大差别，从而存在对贵金属片和接地电极之间的热应力差可能增加的担心。当热应力差增加时，存在对贵金属片和接地电极之间的边界部分处产生裂缝(氧化皮)、贵金属片从其结合部分剥落的担心。

考虑到上述情况而提出了本发明，本发明的目的是提供一种能够通过减小贵金属片和接地电极之间产生的热应力差而改善贵金属片的抗剥落性的火花塞。

解决问题的手段

在下文中，将结合每一项描述适于实现上述目的的构造。此外，如果需要，将结合其具体效果一起描述相应的构造。

构造1

根据本构造，提供了包括以下部分的火花塞：筒状绝缘体，所述筒状绝缘体具有在轴向方向上穿过该筒状绝缘体的轴向孔；中心电极，所述中心电极插入轴向孔的前端侧；筒状金属壳，所述筒状金属壳设置在绝缘体的外周；接地电极，所述接地电极设置在金属壳的前端部处；和贵金属片，所述贵金属片结合到接地电极的前端部，并在贵金属片和中心电极的前端部之间形成火花间隙，其中接地电极具有孔对应部分，孔对应部分具有在接地电极的前端部的前端表面和侧表面中至少一者内的凹孔部分，其中贵金属片底表面的70％以上通过熔融部结合到接地电极的孔部分，熔融部通过从贵金属片侧表面发射激光束或电子束将贵金属片和接地电极彼此熔合到一起而形成，并且其中在贵金属片和孔部分的内壁表面的至少一部分之间设置空隙，所述空隙在与贵金属片的中心轴线垂直的方向上大于0mm且小于等于1.0mm。

此外，构造1因以下原因而尤其有利：贵金属片相对于接地电极产生较大的热应力差，换言之，贵金属片具有相对较大(例如，1.0mm²以上)的形成间隙的面积。

构造2

根据本构造的火花塞，在上述构造1中，接地电极具有本体部分，所述本体部分为除了孔对应部分以外的部分，其中熔融部为用激光束或电子束照射的部分，并且具有暴露于接地电极的表面的暴露表面，并且其中相对于在贵金属片的暴露表面侧的端部，位于熔融部中的暴露表面的相反侧处的部分的至少一部分在与所述暴露表面垂直的方向上进入本体部分内。

构造3

根据本构造的火花塞，在构造2中，在本体部分表面中的火花间隙侧的表面与熔融部内进入本体部分内的部分的边缘部分之间在沿贵金属片的中心轴线的方向上的距离的最大值设定为0.05mm以上。

构造4

根据本构造的火花塞，在构造2或3中，在孔部分的内壁表面与熔融部内进入本体部分内的部分的边缘部分之间在与贵金属片的中心轴线垂直的方向上的距离的最大值设定为0.05mm以上。

构造5

根据本构造的火花塞，在构造1至4的任何一个中，接地电极从弯曲部朝中心电极弯曲，并且其中熔融部在接地电极的相对于弯曲部的前端侧处形成。

构造6

根据本发明的火花塞，在构造1至5的任何一个中，在接地电极的前端表面和侧表面中，除设有孔部分的表面和用激光束或电子束照射的表面之外，熔融部不暴露于表面。

构造7

根据本发明的火花塞，在构造1至6的任何一个中，熔融部不暴露于贵金属片中的设有间隙的表面。

构造8

根据本发明的火花塞，在构造1至7的任何一个中，在孔部分的内壁表面内相对于贵金属片形成间隙，并且与本体部分的表面连接的表面的至少一部分设有锥形部分，该锥形部分在朝孔部分的底表面延伸时逐渐变得更靠近贵金属片，并且其中在由本体部分的轮廓和锥形部分的轮廓在包括贵金属片的中心轴线的横截面内形成的角度中，接地电极所在侧的角度设定为钝角。

此外，从进一步改善点火性能的角度出发，理想的是，将由本体部分的轮廓和锥形部分的轮廓形成的角度设定为在包括贵金属片的中心轴线的横截面内较大。因此，理想的是，将该角度设定为95°以上，并且更理想的是，将该角度设定为100°以上。

构造9

根据本构造的火花塞，在构造1至7的任何一个中，接地电极具有为除了孔对应部分之外的部分的本体部分，并且其中本体部分的表面通过凸状弯曲表面部分连接到在孔部分的内壁表面内设有相对于贵金属片形成的间隙的表面的至少一部分。

此外，理想的是，曲面部分的曲率半径设定为较大，以便进一步改善点火性能。因此，理想的是，在包括贵金属片的中心轴线的横截面内曲面部分的曲率半径设定为0.1mm以上，并且更理想的是，在包括贵金属片的中心轴线的横截面内曲率半径设定为0.2mm以上。

构造10

根据本构造的火花塞，在构造1至9的任何一个中，激光束为纤维激光。

发明效果

根据构造1的火花塞，接地电极具有凹孔部分，并且贵金属片通过由从其侧表面发射激光束等形成的熔融部结合到接地电极的孔部分。因此，可以抑制熔融部暴露于间隙(火花放电间隙)，并且可以更可靠地防止耐消耗性或点火性能的降低。

此外，根据构造1的火花塞，贵金属片的底表面的70％以上结合到接地电极。也就是说，在贵金属片的底表面和接地电极之间夹着足够宽的熔融部。因此，贵金属片和接地电极之间由于热膨胀而产生的热应力差可以更可靠地被熔融部吸收。

此外，由于在贵金属片和孔部分的内壁表面的至少一部分之间形成间隙(空间)，在使用(加热)火花塞时，贵金属片可以朝其侧表面热膨胀。因此，可以更可靠地减小贵金属片和接地电极之间产生的热应力差。

另一方面，由于在与贵金属片的中心轴线垂直的方向上将间隙尺寸设定为1.0mm以下，以免其变得过大，热量可以更有效地从贵金属片传递到接地电极。作为结果，可以进一步减小贵金属片和接地电极之间产生的热应力差。

也就是说，根据构造1的火花塞，由于设置了间隙，贵金属片可以朝其侧表面热膨胀。由于防止间隙变得过大，可以有效地传递贵金属片的热量。因此，可以充分减小贵金属片和接地电极之间的的热应力差，并且热应力差可以被相对宽的熔融部有效吸收。作为结果，可以更可靠地防止在贵金属片和接地电极之间的边界部分处产生氧化皮，并且可以显著改善贵金属片的抗剥落性。

根据构造2的火花塞，位于熔融部内暴露表面的相反侧处的部分的至少一部分被形成为进入接地电极的本体部分。也就是说，熔融部的边缘部分被本体部分保持。因此，在使用火花塞时，可以有效抑制熔融部的热膨胀，并且可以减小在熔融部和接地电极之间产生的热应力差。作为结果，可以进一步抑制在熔融部和接地电极之间产生氧化皮，并且可以进一步改善抗剥落性。

根据构造3的火花塞，在本体部分的间隙侧处的表面与进入熔融部内的本体部分内的部分的边缘部分之间沿贵金属片的中心轴线的距离的最大值设定为0.05mm以上。也就是说，熔融部的边缘部分被形成为相对于本体部分的表面充分设置在本体部分内部。因此，熔融部的边缘部分可以更可靠地被本体部分保持，并且可以更可靠地抑制熔融部的热膨胀。作为结果，可以进一步改善抗剥落性。

根据构造4的火花塞，在孔部分的内壁表面与熔融部的进入本体部分内的部分的边缘部分之间沿与贵金属片的中心轴线垂直的距离的最大值设定为0.05mm以上。也就是说，熔融部的边缘部分被形成为充分设置在孔部分的内壁表面的内部。因此，从熔融部和孔部分的内壁表面之间的边界部分(换句话讲，氧气进入位置)到位于在接地电极和熔融部之间的边界部分中的贵金属片的相反侧处的位置(例如，图8(a)和8(b)中以粗线描绘的、并作为确保贵金属片的抗剥落性的重要部分的部分)的距离可以设定为足够大。因此，可以有效防止边界部分处产生氧化皮，并且可以进一步改善抗剥落性。

理想的是，孔部分内壁表面与熔融部的边缘部分之间的距离的最大值设定为较大，以便进一步改善使用构造4的火花塞的抗剥落性改善效果。然而，当熔融部随距离增加而变得过大，使得熔融部到达接地电极的弯曲部时，可能降低接地电极相对于振动等的耐磨性。

因此，根据构造5的火花塞，熔融部位于接地电极的相对于接地电极的弯曲部的前端侧，即熔融部被形成为不到达弯曲部。因此，可以更可靠地防止接地电极耐磨性的降低。

根据构造6的火花塞，由于熔融部朝接地电极的表面的暴露部分设定为较小，可以更可靠地防止点火性能或耐消耗性的降低。

根据构造7的火花塞，具有比贵金属片差的耐消耗性的熔融部未暴露于放电表面。因此，可以更可靠地表现出使用贵金属片的耐消耗性改善效果。

根据构造8的火花塞，锥形部分设置在孔部分的内壁表面中，并且由锥形部分和本体部分之间的连接部分形成的角度设定为钝角。因此，可以降低连接部分的，并且可以更可靠地防止连接部分和中心电极之间的异常火花放电。作为结果，可以改善点火性能。

根据构造9的火花塞，由于孔部分的内壁表面通过曲面部分连接到本体部分，可以更可靠地防止接地电极和中心电极之间的异常火花放电。作为结果，可以改善点火性能。

根据构造10的火花塞，由于使用纤维激光作为激光束，熔融部可以被形成为更靠近接地电极内部，同时使熔融部保持相对较薄。因此，即使当熔融部形成于如上所述相对较大的区域内，也可以将熔融部的体积设定为相对较小。因此，当结合贵金属片时，可以进一步减小贵金属片的熔融部分。即使在使用相对较薄的贵金属片时，贵金属片在结合之后也可以具有足够的厚度(体积)。也就是说，根据构造10，由于使用具有相对较薄厚度(例如0.5mm以下的厚度)的贵金属片，可以抑制制造成本的增加，并且可以改善耐消耗性。

附图说明

图1是示出火花塞构造的局部剖切正视图。

图2是示出火花塞的前端部的构造的放大的局部剖切正视图。

图3是示出贵金属片、接地电极等的构造的局部剖切放大剖视图。

图4(a)是示出接地电极的前端部的构造的局部放大平面图，图4(b)是示出接地电极的前端部的横截面形状的局部放大剖视图。

图5是示出第二实施例的火花塞的前端部的构造的放大的局部剖切正视图。

图6是示出第二实施例的贵金属片、接地电极等的构造的局部放大剖视图。

图7是示出其中距离B进行各种变化的样品的实验室冷却测试的结果的曲线图。

图8(a)和图8(b)是放大的横截面示意图，其示出位于在熔融部和接地电极之间的边界部分中的贵金属片的相反侧的部分。

图9(a)和图9(b)是示出熔融部实例的放大的横截面示意图，在该熔融部中，除了暴露表面之外的一部分暴露于接地电极的表面。

图10是示出另一个实施例的熔融部的构造的局部放大平面图。

图11是示出另一个实施例的间隙的构造的局部放大平面图。

图12是示出另一个实施例的贵金属片等的构造的局部放大平面图。

图13是示出另一个实施例的贵金属片等的构造的局部放大剖视图。

图14是示出另一个实施例的孔部分的构造的局部放大剖视图。

图15是示出另一个实施例的孔部分的构造的局部放大剖视图。

具体实施方式

[第一实施例]

在下文中，将参照附图描述本发明的一个实施例。图1是示出火花塞1的局部剖切正视图。此外，在图1中，火花塞1的中心轴线CL1的方向被描述为图的上下方向，下侧被描述为火花塞1的前端侧，上侧被描述为火花塞的后端侧。

火花塞1包括为筒状绝缘体的绝缘体2、保持绝缘体的筒状金属壳3等。

如所熟知的，通过高温下焙烧氧化铝等形成绝缘体2，并且包括：后端侧本体部分10，所述后端侧本体部分10在外部形状的后端侧处形成；大直径部分11，所述大直径部分11设置在相对于后端侧本体部分10的前端侧，并且在径向上向外突出；中间本体部分12，所述中间本体部分12设置在相对于大直径部分的前端侧，并且具有比大直径部分11小的直径；和长腿部分13，所述长腿部分13设置在相对于中间本体部分12的前端侧，并且具有比中间本体部分12小的直径。此外，在绝缘体2内的大直径部分11、中间本体部分12和长腿部分13的大部分容纳在金属壳3内。而且，中间本体部分12和长腿部分13之间的连接部分设有渐缩的阶梯部分14，绝缘体2在阶梯部分14处锁定到金属壳3。

轴向孔4沿中心轴线CL1穿透绝缘体2，中心电极5插入并固定到轴向孔4的前端侧。中心电极5包括内层5A和外层5B，内层5A由具有优异导热率的铜或铜合金形成，外层5B由主要包含镍(Ni)的Ni合金形成。中心电极5作为整体形成条形(柱形)，其中前端形成为平坦的，中心电极从绝缘体2的前端部伸出。此外，中心电极5的前端部设有由预定的贵金属合金(例如，铂合金或铱合金)形成的贵金属部分31。

此外，端子电极6插入并固定到轴向孔4的后端侧，从而从绝缘体2的后端突出。

柱状电阻器7设置在轴向孔4的中心电极5与端子电极6之间。电阻器7的两个端部分别通过玻璃密封层8和9电连接到中心电极5和端子电极6。

此外，金属壳3由诸如低碳钢的金属形成，以具有筒状形状，并且其外周表面设有螺纹部分(外螺纹部分)15，螺纹部分用来将火花塞1附接到燃烧装置(例如，内燃机、燃料电池重整器等)的附接孔。此外，螺纹部分15的后端侧的外周表面设有安放部分16，环形垫圈18装配到螺纹部分15的后端的螺纹颈部分17内。金属壳3的后端侧设有工具接合部分19和压紧部分20，工具接合部分19具有六边形横截面并且在金属壳附接到燃烧装置时用来允许金属壳3与诸如扳手的工具接合，压紧部分20用来将绝缘体2保持在其基端部处。

此外，金属壳3的内周表面设有用来锁定绝缘体2的渐缩的阶梯部分21。而绝缘体2从金属壳3的后端侧朝其前端侧插入，并且通过朝径向内部压紧金属壳3的后端侧的开放部分而固定，即，在阶梯部分14锁定到金属壳3的阶梯部分21的同时形成压紧部分20。此外，环形板填料22夹在绝缘体2的阶梯部分14和金属壳3的阶梯部分21之间。因此，保持了燃烧室内部的气密性，并且封闭在金属壳3的内周表面与绝缘体2的暴露于燃烧室内部的长腿部分13之间的间隙之间的燃料气不会泄漏到外部。

为了更彻底地保持压紧部分的密封状态，在金属壳3的后端侧处，在金属壳3和绝缘体2之间夹着环形构件23和24，并且环形构件23和24之间充满滑石粉25。也就是说，金属壳3通过板填料22、环形构件23和24以及滑石粉25保持绝缘体2。

此外，如图2所示，接地电极27结合到金属壳3的前端部26，以在位于接地电极27的大致中央部处的弯曲部27B处往回弯曲，并允许其前端侧的侧表面面对中心电极5的前端部(贵金属部分31)。接地电极27由合金形成，该合金包含作为主成分的Ni，并包含硅、铝与稀土中的至少一种。此外，柱状贵金属片41结合到接地电极27中的与贵金属部分31面对的部分。贵金属片41由贵重金属合金形成，该合金包含铱、铂、铑、钌、钯和铼中的至少一种。

此外，形成作为在贵金属部分31和贵金属片41的前端表面(放电表面)之间的间隙的火花放电间隙33，并且在沿中心轴线CL1的方向上在火花放电间隙33内进行火花放电。此外，在该实施例中，贵金属片41被形成为相对较薄(例如，0.5mm以下)，以抑制制造成本的增加，并且前端表面(放电表面)的面积被形成为相对较大(例如，1.0mm²以上)，以改善耐消耗性。

在该实施例中，如图3和图4所示，贵金属片41结合到设置在接地电极27的侧表面上的孔部分43的底表面。此外，贵金属片41通过熔融部35结合，熔融部35通过将贵金属片和接地电极27熔合而形成，并且贵金属片41的底表面(放电表面的后表面)的70％以上(在该实施例中为100％)结合到接地电极27。

此外，接地电极27包括与孔部分43对应的孔对应部分27H和本体部分27M，本体部分27M为除了孔对应部分27H之外的部分。此处，孔对应部分27H表示位于大致柱状区域内部的部分，通过在孔部分43的内壁表面43S中沿着接地电极27中的贵金属片41的中心轴线CL2移动位于孔部分43后表面侧处的部分而形成该区域。

此外，在贵金属片41和孔部分43的内壁表面43S的至少一部分之间设有间隙45。此外，间隙45在与贵金属片41的中心轴线CL2垂直的方向上的尺寸A1设定为大于0mm，且等于或小于1.0mm(例如，大于或等于0.01mm和等于或小于0.5mm的范围)。

此外，通过从贵金属片41的侧表面向接地电极27的前端表面发射激光束(在该实施例中为纤维激光)而形成熔融部35。此外，熔融部35为激光束等发射到的位置，该处的外部的厚度从暴露于接地电极27前端表面的暴露表面35E向内急剧减小，而内部的厚度的减小量变得较小。

在该实施例中，相对于贵金属片41中的位于暴露表面35E侧的端部而言在与暴露表面35E垂直的方向上位于暴露表面35E的相反侧的熔融部35(图4(a)中的点状图案所描绘的部分)的至少一部分(在该实施例中，熔融部35的整个边缘部分)进入接地电极27的本体部分27M。

此外，在本体部分27M中的位于火花放电间隙33侧的表面与熔融部35中的进入本体部分27M的部分的边缘部分之间沿贵金属片41的中心轴线CL2的距离B1的最大值设定为0.05mm以上。

此外，在孔部分43的内壁表面43S与熔融部35中的进入本体部分27M的部分的边缘部分之间沿贵金属片41的中心轴线CL2的距离C1的最大值设定为0.05mm以上。

然而，在该实施例中，熔融部35被形成为使得距离C1的最大值相对较小(例如，1.0mm以下)。因此，熔融部35被形成为比接地电极27的弯曲部27B更靠近接地电极27的前端侧(换句话讲，熔融部35未到达弯曲部27B)。此外，熔融部35被形成为不暴露于在接地电极27的前端表面与侧表面中除了被激光束等发射到的表面和设有孔部分43的表面之外的表面。

如上所述，由于特别地熔融部35的内部被形成为较薄，即使贵金属片41相对较薄，熔融部35也不暴露于贵金属片41的放电表面。

接下来，将描述用于制造具有上述构造的火花塞1的方法。首先，预先加工金属壳3。也就是说，在柱状金属材料(例如，铁基材料或不锈钢材料)内通过冷锻形成轮廓和穿孔。随后，在所得物体上进行切削，以布置其外部形状，从而获得金属壳中间体。

随后，将由镍合金形成的直条形接地电极27通过电阻焊接结合到金属壳中间体的前端表面。由于在焊接期间产生所谓的“流挂(sagging)”，所以从其上移除“流挂”，并在金属壳中间体的预定部分内通过轧制形成螺纹部分。因此，获得具有焊接到其上的接地电极27的金属壳3。此外，对具有焊接到其上的接地电极27的金属壳3进行镀锌或镀镍。此外，为了提高耐腐蚀性，还可以对金属壳表面进行铬酸盐处理。

另一方面，可以通过独立于金属壳3进行模制来形成绝缘体2。例如，使用含有作为主组分的氧化铝及粘合剂等的原粉形成基本组分造粒粒子，并且使用基本组分造粒粒子进行橡胶压制成型，从而获得筒状模制本体。然后，在获得的模制本体上进行研磨以获得一定的外部形状，并且在焙烧炉内焙烧所得物体，从而获得绝缘体2。

此外，独立于金属壳3和绝缘体2制造中心电极5。也就是说，通过对为改善热辐射性能而在中央部设置铜合金的镍合金进行锻造来制造中心电极5。随后，通过激光焊接等方式将由贵金属合金形成的贵金属部分31结合到中心电极5的前端部。

随后，将如上所述获得的绝缘体2、中心电极5、电阻器7和端子电极6通过玻璃密封层8和9彼此密封和固定到一起。一般来讲，玻璃密封层8和9可以以这样的方式形成：将金属粉与硼硅酸盐玻璃混合，将所得物体注入绝缘体2的轴向孔4内，其中在所述轴向孔4与流入的所述得物之间夹有电阻器7，并且在焙烧炉内加热以焙烧和硬化注入的物体，同时利用端子电极6抑制背面。此外，此时可以在绝缘体2的后端侧本体部分10的表面上同时形成上光剂层，或者可以提前在上面形成上光剂层。

然后，将具有如上所述单独制造的中心电极5和端子电极6的绝缘体2组装到具有接地电极27的金属壳3。更具体地讲，通过朝径向内部压紧金属壳3的后端侧开口来固定绝缘体，即形成压紧部分20。

随后，在接地电极27的前端部中形成孔部分43，并且通过激光束或电子束将贵金属片41结合到接地电极27。

此外，调节孔部分43的深度，以使得距离B1成为预定或更大的尺寸。

下面将详细描述贵金属片41相对于接地电极27的焊接。贵金属片41由预定的压销支撑同时被设置在接地电极27的孔部分43的底表面上。随后，从接地电极27的前端表面向接地电极27和贵金属片41之间的接触表面发射高能激光束例如纤维激光或电子束，同时在接地电极27的宽度方向上移动激光照射位置。从而形成熔融部35，并且将贵金属片41结合到接地电极27。

此外，在该实施例中，激光束等的发射条件被设置为使得贵金属片41的底表面的70％以上结合到接地电极27，并且熔融部35的边缘部分进入接地电极27的本体部分27M内。此外，当贵金属片41的外径或贵金属片41的材料不同时，适当控制激光束等的发射时间或发射方法(激光是否作为连续波或断续波(脉冲)使用)，从而使贵金属片41的底表面的70％以上可以结合到接地电极27。

在结合贵金属片41之后，将接地电极27的大致中央部朝中心电极5弯曲。然后，控制贵金属部分31和贵金属片41之间的火花放电间隙33的尺寸，从而获得上述火花塞1。

如上文详细描述的，根据该实施例，通过从贵金属片41的侧表面发射激光束等而形成熔融部35，并通过熔融部35将贵金属片41结合到接地电极27的孔部分43。因此，可以抑制熔融部35暴露于火花放电间隙33，并且可以更可靠地防止耐消耗性或点火性能的降低。

此外，由于70％以上的贵金属片41的底表面结合到接地电极27，因热膨胀而在贵金属片41和接地电极27之间引起的热应力差可以更可靠地被熔融部35吸收。

在贵金属片41和孔部分43的内壁表面43S的至少一部分之间设有间隙45，在使用(加热)火花塞时，贵金属片41可以朝其侧表面热膨胀。因此，可以更可靠地减小贵金属片41和接地电极24之间产生的热应力差。

另一方面，由于在与贵金属片41的中心轴线CL2垂直的方向上将间隙45的尺寸设定为1.0mm以下，以免其变得过大，可以更有效地将热量从贵金属片41传递到接地电极27。作为结果，在使用火花塞时，可以进一步减小在贵金属片41和接地电极27之间产生的热应力差。

也就是说，根据该实施例，由于设有间隙45，允许贵金属片41朝其侧表面的热膨胀，并且防止间隙45变得过大，从而有效传递来自贵金属片41的热量。因此，可以充分减小贵金属片41和接地电极27之间的的热应力差，并且可以用相对宽的熔融部35有效吸收这种热应力差。作为结果，可以更可靠地防止在贵金属片41和接地电极27之间的边界部分处产生氧化皮，并且可以显著改善贵金属片41的抗剥落性。

此外，位于熔融部35内的暴露表面35E的相反侧的部分的至少一部分被形成为进入接地电极27的本体部分27M内，并且熔融部35的边缘部分被本体部分27M保持。此外，距离B1的最大值设定为0.05mm以上，距离C1的最大值设定为0.05mm以上。因此，可以极其有效地抑制熔融部35的热膨胀，并且可以有效减小在熔融部35和接地电极27之间产生的热应力差。作为结果，可以进一步抑制在熔融部35和接地电极27之间产生氧化皮，并且可以真正改善抗剥落性。

此外，由于熔融部35相对于弯曲部27B被形成为位于接地电极27的前端侧，可以更可靠地防止接地电极27的抗破损性的降低。

此外，熔融部35被形成为不暴露于在接地电极27的侧表面和前端表面中除了设有孔部分43的表面和被激光束等发射到的表面之外的表面。因此，可以更可靠地防止点火性能或耐消耗性的降低。

此外，由于熔融部35不暴露于贵金属片41的放电表面，可以更可靠地表现出使用贵金属片41对耐消耗性的提高。

此外，由于使用纤维激光作为激光束，可以进一步减少结合贵金属片时贵金属片41内的熔融部分。即使如该实施例中一样使用相对较薄的贵金属片41，贵金属片41也可以在结合之后具有足够的厚度(体积)。也就是说，由于使用纤维激光作为激光束，并使用相对较薄的贵金属片41，因此可以抑制制造成本的增加，并可以提高耐消耗性。

[第二实施例]

接下来，将基于与第一实施例的不同点描述第二实施例。

第二实施例的火花塞1A具有如图5所示的构造，在该构造中，接地电极57的前端表面面对中心电极5(贵金属部分31)的侧表面。然后，在接地电极57的前端表面内形成凹孔部分73，并且贵金属片71通过熔融部65结合到孔部分73。通过从贵金属片71的侧表面向接地电极27的侧表面发射激光束或电子束而形成熔融部65。此外，在贵金属片71和中心电极5(贵金属部分31)的侧表面之间形成火花放电间隙77，并且在大致与中心轴线CL1垂直的方向上在火花放电间隙77内进行火花放电。也就是说，第二实施例的火花塞1A是所谓的横向放电型。

此外，如图6所示，在贵金属片71和孔部分73的内壁表面73S的至少一部分之间设有间隙75。间隙75被形成为使得在与贵金属片71的中心轴线CL3垂直的方向上的尺寸A2设定为大于0mm，且等于或小于1.0mm(例如，大于或等于0.01mm和等于或小于0.5mm的范围)。

此外，如第一实施例中那样，接地电极57包括与孔部分73对应的孔对应部分57H和本体部分57M，本体部分57M为除了孔对应部分57H之外的部分。于是，在与熔融部65的暴露表面65E垂直的方向上相对于贵金属片71中的位于暴露表面65E侧的端部而言位于暴露表面65E的相反侧的熔融部65的至少一部分被设置在接地电极57的本体部分57M的内部。

此外，在本体部分57M的位于火花放电间隙77侧上的表面与熔融部65中的进入本体部分57M的部分的边缘部分之间沿贵金属片71的中心轴线CL3的距离B2的最大值设定为0.05mm以上。

此外，在孔部分73的内壁表面73S与熔融部65中的进入本体部分57M的部分的边缘部分之间在与贵金属片71的中心轴线CL3垂直的方向上的距离C2的最大值设定为0.05mm以上。

如上所述，根据第二实施例，可以基本上获得与第一实施例相同的效果。也就是说，在所谓的横向放电型火花塞1A中，可以显著改善贵金属片71的抗剥落性等性能。

接下来，为了检验上述实施例的效果，制造了火花塞的样品(与比较例相对应)，其中贵金属片的底表面相对于接地电极的熔融比设定为50％，并对孔部分的内壁表面和贵金属片之间的间隙A(mm)进行各种改变。此外，制造了火花塞的样品(与实施例相对应)，其中熔融比设定为70％，并对间隙A的尺寸进行各种改变。然后，对每个样品进行实验室冷却测试。实验室冷却测试的要点如下。也就是说，如上设置一个循环：使样品被燃烧器加热，从而使贵金属片的温度在大气存在下变为900℃，并逐渐冷却一分钟。然后，进行1000次循环。在1000次循环之后，观察样品的横截面，从而测量在贵金属片、熔融部和接地电极之间的边界表面处形成的氧化皮的长度相对于该边界表面的长度的比率(氧化皮的比率)。此处，氧化皮比率为30％以下的样品被评为

以表示贵金属片的抗剥落性极佳；氧化皮比率大于30％且等于或小于50％的样品被评为“○”，以表示抗剥落性优异。另一方面，氧化皮比率大于50％的样品被评为“×”，以表示其抗剥落性较差。表1示出了每个样品的实验室冷却测试的测试结果。此外，具有0.0mm的间隙A的样品表明孔部分的内壁表面与贵金属片的侧表面紧密接触。此外，在以下测试中所示出的所有样品中，贵金属片的外径为1.0mm，其厚度为0.4mm，接地电极的厚度为1.5mm，并且与中心电极面对的表面的宽度为2.8mm。

[表1]

如表1所示，在贵金属片底表面相对于接地电极的熔融比为50％的样品中，氧化皮比率大于50％，因此贵金属片的抗剥落性较差。这是因为贵金属片和接地电极之间产生的热应力差可能未被相对较窄的熔融部充分吸收，从而可能无法充分防止氧化皮的产生。

此外，在熔融比70％的样品中，即使间隙A为0.0mm，抗剥落性也不够。这是因为：由于贵金属片与孔部分的内壁表面紧密接触而调节贵金属片朝其侧表面的热膨胀，从而在贵金属片的底表面和接地电极等之间的边界部分处产生较大的热应力差。

此外，在熔融比70％的样品中，即使间隙A大于1.0mm，抗剥落性也较差。这是因为孔部分的内壁表面和贵金属片之间的间隙过大，使得贵金属片的热量不能有效传递到接地电极，从而使二者之间的热应力差变得非常大。

相反，在熔融比为70％并且间隙A大于0.0mm且等于或小于1.0mm的样品中，氧化皮比率为50％以下，从而可以获得优异的抗剥落性。这是因为在孔部分的内壁表面和贵金属片之间设有间隙，以允许贵金属片朝其侧表面热膨胀，并且该间隙设定为1.0mm以下，以便从贵金属片向接地电极有效传热。因此，可以充分减小贵金属片和接地电极之间的的热应力差，并且热应力差可以被相对宽的熔融部充分吸收。

特别地，在间隙A大于或等于0.01mm且等于或小于0.5mm的样品中，氧化皮比率为30％以下，因而抗剥落性极佳。这是因为从贵金属片向接地电极的传热更有效地进行。

根据上述测试结果，理想的是，在孔部分的内壁表面和贵金属片之间设有间隙，使得该间隙大于0.0mm且等于或小于1.0mm，同时将贵金属片底表面相对于接地电极的熔融比设定为70％以上，以提高贵金属片的抗剥落性。此外，更理想的是，从真正提高抗剥落性的角度出发，将间隙尺寸设定为大于或等于0.01mm且等于或小于0.5mm。

接着，制造火花塞的样品，其中间隙A设定为0.1mm或0.3mm，并且沿贵金属片的中心轴线对本体部分的位于火花放电间隙侧的表面与熔融部中的进入本体部分的部分(这表示相对于贵金属片中的位于暴露表面侧的端部，在与熔融部的暴露表面垂直的方向上位于暴露表面的相反侧的熔融部)的边缘部分之间的最大距离B(mm)进行各种改变。然后，对每个样品进行实验室冷却测试。图7示出了距离B与氧化皮比率之间的关系。此外，在图7中，间隙A设定为0.1mm的样品的测试结果绘制为圆，间隙A设定为0.3mm的样品的测试结果绘制为三角形。此外，在以下测试的所有样品中，贵金属片底表面相对于接地电极的熔融比均设定为70％以上。

如图7所示，所有样品均具有足够的抗剥落性。然而，在距离B设定为0.05mm以上的样品中，氧化皮比率为30％以下，因而抗剥落性极佳。这是因为设定为0.05mm以上的距离B足够大，使得熔融部的边缘部分被本体部分更可靠地保持，从而有效抑制熔融部的热膨胀。

根据上述测试结果，理想的是，相对于贵金属片中的位于暴露表面侧的端部，熔融部的在与熔融部的暴露表面垂直的方向上位于暴露表面的相反侧的至少一部分设置在本体部分内，并且距离B设定为0.05mm以上，以进一步提高抗剥落性。此外，更理想的是，距离B设定为0.2mm以上，以进一步提高抗剥落性。

接着，制造火花塞的样品，其中在与贵金属片的中心轴线垂直的方向上，对孔部分的内壁表面与熔融部中的进入本体部分的部分(这表示相对于贵金属片中的位于暴露表面侧的端部，在与熔融部的暴露表面垂直的方向上位于暴露表面的相反侧的熔融部)的边缘部分之间的最大距离C(mm)进行各种改变。对每个样品的上述实验室冷却测试在加热温度设定为1050℃的条件下(即更严格的条件下)进行。此处，对样品的横截面进行观察。氧化皮(氧化膜)超出熔融部的边缘部分并到达位于熔融部和接地电极之间的边界部分内的贵金属片的相反侧的部分(该部分在图8(a)和图8(b)中用粗线描绘，并引起对贵金属片可能因氧化皮的产生而剥落的担忧)的样品被评为“×”，表示其抗剥落性不足。此外，氧化皮未到达上述部分、但到达熔融部的边缘部分的样品被评为“△”，表示抗剥落性略差。另一方面，氧化皮未到达熔融部的边缘部分的样品被评为“○”，表示抗剥落性极佳。表2示出了测试结果。此外，在所有样品中，间隙A均设定为0.1mm。

[表2]

距离C(mm)	评价
		0.01	×
0.02	△
		0.05	○
0.5	○
		1.0	○

如表2所示，在距离C设定为小于0.05mm的样品中，氧化皮到达熔融部的边缘部分，因而不能确保足够的抗剥落性。

相反，在具有设定为0.05mm以上的足够大的距离C的样品中，氧化皮未到达熔融部的边缘部分，因而有效防止了贵金属片的剥落。这是因为确保了熔融部的边缘部分和因距离C足够大而进入氧气的位置(熔融部和孔部分内壁表面之间的边界部分)之间足够的距离。

然而，如图9(a)和图9(b)所示，当距离C设定为过大，并且当用激光束等照射该位置时熔融部内除了暴露表面之外的部分暴露于接地电极的表面时，由该暴露部分产生氧化皮，从而降低抗剥落性。

此外，当从接地电极的前端表面发射激光束，以使得熔融部到达接地电极的弯曲部时，接地电极的强度降低，从而降低相对于振动的耐磨性。

根据上述测试结果，理想的是，相对于贵金属片中的位于暴露表面侧的端部，熔融部的在与熔融部的暴露表面垂直的方向上位于暴露表面的相反侧的至少一部分进入本体部分内，并且距离C设定为0.05mm以上，以提高贵金属片的抗剥落性。

然而，当除了熔融部的暴露表面之外的部分暴露于接地电极的表面或熔融部到达接地电极的弯曲部时，存在不充分表现出抗剥落性改善效果和耐磨性降低的担忧。因此，希望在设置距离C时考虑这一点。

接着，制造样品(样品A)，其中通过改变激光束的辐射能或辐射位置而使熔融部暴露于贵金属片中的设有火花放电间隙的表面(放电表面)，并且制造通过改变激光束的辐射能或辐射位置而使熔融部不暴露于放电表面的样品(样品B)。对两样品进行实验室火花测试。此外，实验室火花测试的要点如下。即，向样品施加的电压的频率设定为100Hz(即，每分钟进行6000次放电)，并且在存在0.4MPa大气的情况下对每个样品进行100小时的放电。然后，在100小时后，测量火花放电消耗的贵金属片(熔融部)的体积。表3示出了测试的测试结果。

[表3]

如表3所示，在熔融部未暴露于放电表面的样品(样品A)中，消耗体积相对较小，并且耐消耗性优异。因此，理想的是，熔融部不暴露于放电表面，以提高耐消耗性。

此外，本发明并不限于上述实施例，而是例如可以体现为以下情况。当然，本发明可以应用于下文未示出的其他应用实例和修改实例。

(a)在上述第一实施例中，通过向接地电极27的前端表面发射激光束等形成熔融部35。然而，如图10所示，可以通过向接地电极27的侧表面发射激光束等形成熔融部85，并且可以将贵金属片41结合到接地电极27。此外，可以通过向除了接地电极27的一个表面之外的多个表面(例如，相对的表面)发射激光束等形成熔融部。

(b)在上述实施例中，间隙45的尺寸A1在接地电极27的基端侧设定为最大。然而，间隙45具有最大尺寸的位置并无特别限制，只要在加热火花塞时贵金属片41朝其侧表面热膨胀即可。因此，例如，如图11所示，可以将贵金属片41和孔部分43之间的相对位置关系设定为使间隙105的尺寸在接地电极27的侧表面侧处变得最大。

(c)在上述实施例中，贵金属片41被形成为柱形，但贵金属片的形状不限于此。因此，如图12所示，贵金属片91可以被形成为矩形形状。此外，为了与具有这种形状的贵金属片91相对应，通过将孔部分93形成为形成矩形空间，可以在孔部分93的内壁表面93S和贵金属片91之间设置间隙95。

(d)在上述实施例中，虽然未特别描述，但如图13所示，可以将贵金属片121设置为从接地电极117的前端表面伸出。在这种情况下，由于避免了使接地电极117成为火焰发展的障碍，可以改善点火性能。然而，在这种情况下，可能难以从贵金属片121向接地电极117传热。因此，理想的是，将在孔部分123的内壁表面123S和贵金属片121的侧表面之间形成的间隙125设定为相对较小，以便有效地从贵金属片121向接地电极117传热。因此，例如，理想的是，在与贵金属片121的中心轴线CL4垂直的方向上的间隙125的尺寸的最大值设定为0.5mm以下。

(e)在上述实施例中，贵金属片41的侧表面大致平行于孔部分43的内壁表面43S，内壁表面43S大致垂直于本体部分27M的表面。相反，如图14所示，在孔部分133的内壁表面133S中的与接地电极127的本体部分127M的表面连接的表面的至少一部分可以设有锥形部分133T，该锥形部分在到达孔部分133的底表面时逐渐变得更靠近贵金属片41，并且在包括贵金属片41的中心轴线CL2的横截面中，在由锥形部分133T的轮廓和本体部分127M的轮廓形成的角度中的在接地电极27侧上的角度可以是钝角。此外，如图15所示，在孔部分143的内壁表面143S中的相对于贵金属片41形成间隙45的表面的至少一部分与接地电极137(本体部分137M)的表面可以通过凸状弯曲表面143W彼此相连。在这种情况下，在本体部分127M(137M)的表面与内壁表面133S(143S)之间的部分的电场强度可以降低。作为结果，可以有效抑制上述部分与中心电极5(贵金属部分31)之间的异常火花放电，并且可以改善点火性能。

(f)在上述实施例中，接地电极27由单一合金形成。然而，通过使用具有优异导热率的铜或铜合金在接地电极27内部形成内层，可以将接地电极27形成为具有外层和内层的多层结构。

(g)在上述实施例中，描述了火花放电在大致沿火花放电间隙33的轴线CL1的方向上进行的火花塞1和火花放电在大致与火花放电间隙33的中心轴线CL1垂直的方向上进行的火花塞1A。然而，本发明的技术构思可以应用于火花放电在相对于中心轴线CL1倾斜的方向上进行的火花塞。

(h)在上述实施例中，描述了接地电极27结合到金属壳3的前端部26的情形。然而，本发明可以应用于通过切削金属壳的一部分(或提前焊接到金属壳的前端配件的一部分)形成接地电极的情形(例如，JP-A-2006-236906等)。

(i)在上述实施例中，工具接合部分19被形成为具有六边形横截面，但工具接合部分19的形状不限于此。例如，工具接合部分可以被形成为Bi-HEX(十二边形)形状(ISO22977＝2005(E))等。

附图标记列表

1：火花塞

2：绝缘子(绝缘体)

3：金属壳

4：轴向孔

5：中心电极

27：接地电极

27B：弯曲部

27H：孔对应部分

27M：本体部分

33：火花放电间隙(间隙)

35：熔融部

35E：暴露表面

41：贵金属片

43：孔部分

45：间隙

CL1：中心轴线

CL2：(贵金属片的)中心轴线

Claims (10)

1.一种火花塞，包括：

筒状绝缘体，所述筒状绝缘体具有在轴向方向上穿过所述绝缘体的轴向孔；

中心电极，所述中心电极插入所述轴向孔的前端部；

筒状金属壳，所述筒状金属壳设置在所述绝缘体的外周中；

接地电极，所述接地电极设置在所述金属壳的前端部处；和

贵金属片，所述贵金属片结合到所述接地电极的前端部，并在所述贵金属片和所述中心电极的前端部之间形成火花间隙，

其中

所述接地电极具有孔对应部分，所述孔对应部分对应于在所述接地电极的前端部的前端表面和侧表面中的至少一个表面中的凹孔部分，

其中

所述贵金属片的底表面的70%以上通过熔融部结合到所述接地电极的所述凹孔部分，其中通过从所述贵金属片的侧表面照射激光束或电子束来将所述贵金属片和所述接地电极彼此熔合而形成所述熔融部，并且

其中

在所述贵金属片和所述凹孔部分的内壁表面的至少一部分之间设置空隙，所述空隙被设置成在与所述贵金属片的中心轴线垂直的方向上大于0mm且小于等于1.0mm。

2.根据权利要求1所述的火花塞，

其中

所述接地电极具有本体部分，所述本体部分是除了所述孔对应部分之外的部分，

其中

所述熔融部具有暴露表面，所述暴露表面被所述激光束或所述电子束照射，并且所述暴露表面暴露于所述接地电极的表面，并且

其中

所述熔融部中在与所述暴露表面垂直的方向上相对于所述贵金属片的暴露表面侧的端部而言位于所述暴露表面的相反侧的部分的至少一部分进入所述本体部分。

3.根据权利要求2所述的火花塞，

其中

在沿所述贵金属片的所述中心轴线的方向上在所述本体部分的位于火花间隙侧的表面与所述熔融部中进入所述本体部分的所述部分的边缘部分之间的距离的最大值设定为0.05mm以上。

4.根据权利要求2所述的火花塞，

其中

在与所述贵金属片的所述中心轴线垂直的方向上在所述凹孔部分的所述内壁表面与所述熔融部中进入所述本体部分的所述部分的边缘部分之间的距离的最大值设定为0.05mm以上。

5.根据权利要求1所述的火花塞，

其中

所述接地电极从弯曲部朝所述中心电极弯曲，并且

其中

所述熔融部形成在相对于所述弯曲部而言的所述接地电极的前端侧处。

6.根据权利要求1所述的火花塞，

其中

所述熔融部不暴露于在所述接地电极的所述前端表面和所述侧表面中除了设有所述凹孔部分的所述表面和用所述激光束或所述电子束照射的表面之外的表面。

7.根据权利要求1所述的火花塞，

其中

所述熔融部不暴露于所述贵金属片的形成所述火花间隙的表面。

8.根据权利要求2所述的火花塞，

其中

在所述凹孔部分的所述内壁表面中在与所述本体部分的表面连接的表面的至少一部分上形成锥形部分，随着所述锥形部分朝所述凹孔部分的底表面侧延伸，所述锥形部分逐渐靠近所述贵金属片，所述空隙形成在所述锥形部分与所述贵金属片之间，并且

其中

在包括所述贵金属片的所述中心轴线的横截面中由所述本体部分的轮廓和所述锥形部分的轮廓形成的角度中，接地电极侧的角度设定为钝角。

9.根据权利要求1所述的火花塞，

其中

所述接地电极具有本体部分，所述本体部分是除了所述孔对应部分之外的部分，并且

其中

在所述凹孔部分的所述内壁表面中在与所述贵金属片形成所述空隙的表面的至少一部分上形成凸状弯曲表面部分，所述凹孔部分的所述内壁表面通过所述凸状弯曲表面部分连接到所述本体部分的表面。

10.根据权利要求1所述的火花塞，

其中

所述激光束是纤维激光。

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