CN102918728A

CN102918728A - 火花塞

Info

Publication number: CN102918728A
Application number: CN2011800274330A
Authority: CN
Inventors: 田中智雄; 吉本修; 久野武人
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: JP5439499B2; US20130088139A1; KR101435734B1; WO2011152004A1; JPWO2011152004A1; EP2579401B1; CN102918728B; EP2579401A4; EP2579401A1; KR20130018909A; US8593045B2

Abstract

本发明提供一种火花塞，提高电极的耐高温氧化性，并且提高接合到电极的端头的耐火花消耗性、耐氧化性以及接合可靠性。火花塞(1)设置有点火部(31)、(41)，点火部(31)、(41)的重量为1.5mg以上，并且中心电极(5)以及接地电极(27)以Ni为主成分，含有0.005质量%以上0.10质量%以下的C、1.05质量%以上3.0质量%以下的Si、2.0质量%以下的Mn、20质量%以上32质量%以下的Cr、6质量%以上16质量%以下的Fe。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及用于内燃机等的火花塞，尤其涉及在电极的前端部具有贵金属端头的火花塞。

背景技术

火花塞具有沿着自身的轴线而配置的中心电极、和在该中心电极的前端部经由间隙而配置的接地电极，通过在两电极间产生火花放电，将导入到内燃机(发动机)等燃烧室内部的混合气体引燃。对于用于火花塞的电极，不仅有可能因火花放电而产生电极的消耗，还有可能因暴露于燃烧气体的氧化等而产生电极的消耗，因此近年来进行耐久性优异的电极材料的开发(例如，参照专利文献1)。

另一方面，作为因火花放电而产生的电极的消耗的对策，存在通过在产生火花放电的两电极的前端部接合贵金属端头而耐火花消耗性优异的构成的火花塞(例如，参照专利文献2)。而且，在电极的前端部接合贵金属端头的火花塞中，存在通过将端头的大小设为较小而提高引燃性的火花塞(例如，参照专利文献3)。

然而，伴随发动机的高输出化等，火花塞所使用的环境变得更加严格，对于火花塞的电极要求进一步提高耐久性。近年来，为了应对该要求，使用NCF600、NCF601等作为电极材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-260818号公报

专利文献2：日本特开2003-197347号公报

专利文献3：日本特开2002-313524号公报

发明内容

发明所要解决的课题

若含有INCONEL(注册商标)601这样的Al的Ni基合金暴露于高温气氛，则在表面形成Al氧化物层，从而抑制电极材料的氧化消耗，确保耐高温氧化性。然而，Al与氮的反应性高，因此发现Al和氮反应而Al氮化物析出，在比Al氧化物层靠内侧的区域形成块状的Al氮化物。该Al氮化物为硬质，成为使Al氮化物分布的区域脆化的主要原因。对于这样的Al氮化物存在如下情况：温度越高、高温保持温度越长，则越可能析出到电极材料内部，在厚度薄的电极材料中，遍及厚度方向整体而析出Al氮化物。

另外，发现若接合有贵金属端头的电极暴露于高温气氛，则电极材料成分的一部分扩散到贵金属端头的内部而与贵金属元素反应，形成低熔点化合物。若形成低熔点化合物，则贵金属端头的耐火花消耗性和耐氧化性降低，或者进一步贵金属端头相对于电极的接合可靠性降低。

本发明是鉴于上述内容而发明的，其目的在于提供一种火花塞，不必积极地含有Al，就能提高电极的耐高温氧化性，并且提高与电极接合的贵金属端头的耐火花消耗性、耐氧化性以及接合可靠性。

用于解决课题的手段

技术方案1所涉及的火花塞具有：中心电极，沿着轴线方向；绝缘子，包围并保持上述中心电极的径向周围；主体配件，包围上述绝缘子的径向周围并保持该绝缘子；接地电极，自身的一端部以与上述中心电极的前端部之间形成间隙的方式弯曲，并且自身的另一端部接合到上述主体配件，在上述中心电极和上述接地电极中的至少一方的面对上述间隙的位置设置有由以贵金属为主成分的小片构成的点火部，上述火花塞的特征在于，上述点火部的重量为1.5mg以上，并且上述中心电极和上述接地电极中设置有上述点火部的电极以Ni为主成分，含有0.005质量%以上0.1质量%以下的C、1.05质量%以上3质量%以下的Si、2质量%以下的Mn、20质量%以上32质量%以下的Cr、6质量%以上16质量%以下的Fe。

由此，在中心电极和接地电极中设置有由以贵金属为主成分的小片构成的点火部的电极含有0.005质量%以上0.1质量%以下的C。C与Cr等结合而形成碳化物，在暴露于接近固溶化温度的温度的情况下具有防止结晶粒的粗大化且提高耐高温氧化性的效果。为了得到该效果，需要含有0.05质量%以上的C。另外，通过含有C，还具有强化粒界的效果，另一方面，若C的含有量超过0.1质量%，则由于过度消耗基质中的Cr而降低耐高温氧化性，所以C的含有量设为0.10质量%以下。另外，若C的含有量超过0.1质量%，则有可能降低加工性。

而且，设置有点火部的电极含有1.05质量%以上3质量%以下的Si。本发明中，为了提高耐高温氧化性，代替Al而含有Si。Si具有在电极表面生成Si氧化物而提高耐高温氧化性的效果。为了得到该效果，需要含有1.05质量%以上的Si。为了更进一步提高耐高温氧化性，优选含有1.2质量%以上的Si，另一方面，Si氧化物与以Ni为主成分的电极相比，热膨胀系数非常小，因此若在大量生成Si氧化物的状态下暴露于冷热循环，则Si氧化物从电极表面剥离，降低耐高温氧化性。因此，Si的含有量设为3质量%以下。另外，若Si的含有量超过3质量%，则有可能降低加工性。

另外，Si是在作为电极的主成分的Ni中扩散速度较快的元素，若设置有点火部的电极暴露于高温气氛，则电极中的Si扩散到点火部，形成贵金属元素与Si的低熔点化合物。若大量形成有该低熔点化合物，则降低点火部的耐火花消耗性和耐氧化性，或者产生点火部的剥离而降低接合可靠性，因此需要将Si的含有量设为3质量%以下。

而且，设置有点火部的电极含有2质量%以下的Mn(包括0质量%)。Mn用作脱氧元素，因此优选在形成电极材料时添加。可是，若大量含有Mn，则降低耐高温氧化性，因而需要将Mn的含有量设为2质量%以下。另外，若Mn的含有量超过2质量%，则有可能降低加工性。

而且，设置有点火部的电极含有20质量%以上32质量%以下的Cr。Cr是高温下在电极表面形成Cr₂O₃而赋予耐高温氧化性所必须的元素。为了得到该效果，需要含有20质量%以上的Cr，另一方面，若Cr的含有量超过32质量%，则γ’相的生成变得显著，耐高温氧化性降低，因此需要将Cr的含有量设为32质量%以下。另外，若Cr的含有量超过32质量%，则有可能降低加工性和韧性。从提高耐高温氧化性的观点出发，Cr的含有量优选为20质量%以上27质量%以下，更优选为22质量%以上27质量%以下。

而且，设置有点火部的电极含有6质量%以上16质量%以下的Fe。根据后述的试验结果可知，通过Fe的含有量为6质量%以上，提高耐高温氧化性。另外，通过含有Fe，还具有降低固溶化热处理后的电极的硬度的效果和提高加工性的效果，另一方面，若过度含有Fe，则不仅耐高温氧化性降低，容易析出作为脆化相的σ相，因此需要将Fe的含有量设为16质量%以下。

而且，点火部的重量设为1.5mg以上。如上所述，电极中的Si容易扩散，形成了构成点火部的贵金属元素与Si的低熔点化合物。若该低熔点化合物相对于点火部整体的形成比例变多，则点火部的耐火花消耗性和耐氧化性降低，或者产生点火部的剥离而降低接合可靠性。因此，若点火部的重量为1.5mg以上，则由于点火部较大，所以即使Si扩散而形成低熔点化合物，其影响也极小。因此，能够提高点火部的耐火花消耗性、耐氧化性以及相对于电极的接合可靠性。

在此，本发明中，主成分是指电极中质量比最高的成分。

另外，技术方案2所涉及的火花塞，其特征在于，设置有上述点火部的电极含有1.4质量%以下的上述Si。

另外，技术方案3所涉及的火花塞，其特征在于，设置有上述点火部的电极含有总计为0.01质量%以上0.5质量%以下的Zr、Y、REM中的至少任一种。

而且，技术方案4的火花塞，其特征在于，设置有上述点火部的电极含有0.1质量%以上2质量以下的Al。

另外，技术方案5的火花塞，其特征在于，设置有上述点火部的电极，其特征在于，设置有上述点火部的电极含有总计为0.1质量%以上2质量%以下的Ti、Nb、Cu中的至少任一种。

而且，技术方案6的火花塞，其特征在于，上述接地电极的上述另一端部与上述主体配件的前端面接合，将从上述接地电极的上述另一端部至上述一端部的沿着上述接地电极的延伸方向的长度设为L、将与上述接地电极的延伸方向垂直的截面积设为S时，满足1.5≤L/S≤8.5。

为了提高引燃性，考虑接地电极中的截面积设为较小且长度设为较长，但有可能因发动机的振动而引起接地电极的耐折损性的降低。而且，在点火部安装到接地电极的情况下，为了点火部的重量大且设置于接地电极的一端部，接地电极整体的重心位置远离作为与主体配件的固定端的接地电极的另一端部。因此，接地电极的弯曲部中的力学的力矩增大，即对接地电极的弯曲部施加的负荷变大，接地电极的耐折损性的降低更显著。另外，接地电极的截面积小，从而接地电极所受到的热量难以传递到主体配件，接地电极更容易变成高温，因此需要耐高温氧化性。

此外，关于接地电极的截面积S，为了确保与主体配件的焊接性，优选2mm²以上，为了确保引燃性，优选5mm²以下。另外，关于从接地电极的另一端部至一端部的长度L，为了确保接地电极的弯曲加工性，优选6mm以上，为了避免在将火花塞安装到内燃机时与内燃机的其他构成部件干渉，优选20mm以下。在此，在根据接地电极的延伸方向位置而截面积S不同的情况下，截面积S设为不同的延伸方向位置中的截面积的平均值(例如，将接地电极在延伸方向上10等分的位置中的各截面积的平均值)。另外，从接地电极的另一端部至一端部的长度L设为接地电极中沿着面对中心电极侧的侧面且从接地电极的另一端部至一端部的长度L1、和接地电极中沿着与面对中心电极侧的侧面相反侧的侧面且从接地电极的另一端部至一端部的长度L2的算数平均值((L1+L2)/2)。

另外，技术方案7的火花塞，其特征在于，在上述中心电极的上述前端部形成有圆锥状的圆锥部，上述点火部设置于上述中心电极的上述圆锥部的前端，上述中心电极的上述圆锥部的体积为0.2mm³以上2.5mm³以下。

圆锥部是将点火部所受到的热量传递到中心电极的部位，该圆锥部的体积越大，越提高点火部的耐火花消耗性，另一方面，若圆锥部的体积过大，则由于点火部与圆锥部的热膨胀系数的差所引起的热应力，因而有可能在点火部与圆锥部的接合界面产生裂缝，点火部的热传递降低而使点火部的耐火花消耗性降低。

发明效果

根据技术方案1的火花塞，提高电极的耐高温氧化性，并且提高设置于电极的点火部的耐火花消耗性、耐氧化性以及接合可靠性。

根据技术方案2的火花塞，设置有点火部的电极含有1.4质量%以下的Si。由此，能够降低电极中的Si向点火部扩散的量，抑制贵金属元素与Si的低熔点化合物的形成。因此，能够进一步提高点火部的耐火花消耗性。

根据技术方案3的火花塞，设置有点火部的电极含有总计为0.01质量%以上0.5质量%以下的Zr、Y、REM中的至少任一种。Zr、Y、REM具有抑制Si氧化物的剥离而提高耐高温氧化性的效果。为了得到该效果，需要含有总计为0.01质量%以上的Zr、Y、REM中的至少任一种。另外，通过含有Zr、Y、REM，还具有提高加工性且强化粒界的效果。可是，若过度含有Zr、Y、REM，则有可能使热加工性恶化。因此，Zr、Y、REM中的至少任一种的含有量设为总计为0.5质量%以下。

Al是对于提高耐高温氧化性有效的元素，但有可能因如上所述Al氮化物的生成而导致电极的脆化。然而，发现通过在电极中含有Al和预定量的Si，由此通过Si抑制Al氮化物的生成，仅发挥Al的耐高温氧化性提高效果。可是，若过度含有Al，则不能得到由Si所产生的抑制Al氮化物的生成的效果。因此，在技术方案4的火花塞中，电极材料含有预定量的Si，而且含有0.1质量%以上2质量%以下的Al，从而能够实现耐高温氧化性以及耐高温氮化性的并存。

根据技术方案5的火花塞，设置有点火部的电极含有总计为0.1质量%以上2质量%以下的Ti、Nb、Cu中的至少任一种。Ti、Nb、Cu具有抑制Si氧化物的剥离而提高耐高温氧化性的效果。为了得到该效果，需要含有总计为0.1质量%以上的Ti、Nb、Cu中的至少任一种，另一方面，若过度含有Ti、Nb、Cu，则有可能使加工性恶化。因此，Ti、Nb、Cu中的至少任一种的含有量设为总计为2质量%以下。

在技术方案6的火花塞中，电极由含有上述各成分的电极材料构成，因此将从接地电极的另一端部至一端部的沿着接地电极的延伸方向的长度设为L、将与接地电极的延伸方向垂直的截面积设为S时，满足1.5≤L/S≤8.5，即，即使接地电极较细长，也能够确保耐高温氧化性，能够得到耐折损性优异的火花塞。

在技术方案7的火花塞中，中心电极的圆锥部的体积设为2.5mm³以下。由此，能够抑制在点火部与圆锥部的接合界面产生裂缝，因此能够确保点火部的热传递，进而确保点火部的耐火花消耗性。另外，中心电极由含有上述各成分的电极材料构成，因此即使圆锥部的体积较小地设为0.2mm³，也能够确保圆锥部的耐高温氧化性，能够确保点火部的热传递，进而确保点火部的耐火花消耗性。

附图说明

图1是表示本实施方式的火花塞的构成的局部剖切主视图。

图2是表示火花塞的前端部的构成的局部剖切放大主视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明实施方式。图1表示火花塞1的局部剖切主视图。此外，在图1中，将火花塞1的轴线CL1方向设为附图中的上下方向、将下侧设为火花塞1的前端侧、将上侧设为后端侧来进行说明。

火花塞1由作为呈筒状的绝缘体的绝缘子2、保持该绝缘子的筒状的主体配件3等构成。

绝缘子2公知通过烧成氧化铝等而形成，在其外形部具有形成于后端侧的后端侧主体部10、在比该后端侧主体部10靠前端侧向径向外突出形成的大径部11、在比该大径部11靠前端侧与该大径部11相比形成为细径的中间主体部12、在比该中间主体部12靠前端侧与中间主体部12相比形成为细径的长脚部13。而且，在绝缘子2中，大径部11、中间主体部12以及大部分的长脚部13容纳于主体配件3的内部。并且，在长脚部13与中间主体部12的连接部形成有锥状的台阶部14，通过该台阶部14使绝缘子2卡定到主体配件3。

而且，在绝缘子2中，沿着轴线CL1贯通形成有轴孔4，在该轴孔4的前端侧插入并固定有中心电极5。该中心电极5整体上呈棒状(圆柱状)，从绝缘子2的前端突出。另外，中心电极5具有由以后述的镍(Ni)为主成分的Ni合金构成的外层5B，和由热传导性比上述Ni合金高的铜、铜合金或纯Ni构成的内层5A。而且，呈圆柱状的上述中心电极5具有自身的外径大致一定的主体部34，和在主体部34的前端侧、直径小于主体部34且越向前端侧其顶端越细的锥状的圆锥部32。在该圆锥部32的前端面经由熔融部接合有由贵金属合金(例如，铱合金)形成的圆柱状的贵金属部(点火部)31。该贵金属部31的重量设为1.5mg以上。另外，圆锥部32的体积设为0.2mm³以上2.5mm³以下。在此，圆锥部32的体积是指从圆锥部32的后端(中心电极的主体部与圆锥部32的边界部)到熔入了圆锥部32和贵金属部31的熔融部中最后端的区域中所存在的部位的体积。

另外，端子电极6以从绝缘子2的后端突出的状态插入并固定到轴孔4的后端侧。

而且，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。

而且，主体配件3通过低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面形成有用于将火花塞1安装到内燃机、燃料电池改质器等的燃烧装置的螺纹部(外螺纹部)15。另外，在螺纹部15的后端侧的外周面形成有基座部16，在螺纹部15后端的螺纹颈17嵌入有环状的衬垫18。而且，在主体配件3的后端侧设置有在将火花塞1安装到燃烧装置时用于卡合扳手等工具的截面六边形状的工具卡合部19，并且在后端部设置有用于保持绝缘子2的铆接部20。此外，在本实施方式中，为了实现火花塞1的小型化，主体配件3设为较小径化，作为结果，螺纹部15的螺纹径也成为较小径化(例如，M10以下)。

另外，在主体配件3的内周面设置有用于卡定绝缘子2的锥状的台阶部21。并且，绝缘子2从主体配件3的后端侧朝向前端侧插入，在自身的台阶部14卡定于主体配件3的台阶部21的状态下，通过将主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧进行铆接即形成上述铆接部20而固定。此外，在绝缘子2和主体配件3双方的台阶部14、21之间设置有圆环状的密封片22。由此，保持燃烧室内的气密性，防止进入到在燃烧室内所暴露的绝缘子2的长脚部13与主体配件3的内周面之间的空间的燃料气体向外部泄漏。

而且，为了更完善通过铆接来进行的密闭，在主体配件3的后端侧，在主体配件3与绝缘子2之间设置有环状的环部件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经由密封片22、环部件23、24以及滑石25而保持绝缘子2。

另外，在主体配件3的前端部26接合有接地电极27，该接地电极27大致中间部分被弯折，其前端侧侧面与中心电极5的前端部相对。该接地电极27成为由外层27A和内层27B构成的双层构造。在本实施方式中，上述外层27A由后述的Ni合金构成。另一方面，上述内层27B由相比上述Ni合金为良好的热导电性金属的铜、铜合金、纯Ni等构成。此外，在本实施方式中，接地电极27成为由外层27A以及内层27B构成的双层构造，但也可以是在由铜构成的内层27B的更内部埋设由Ni构成的芯部的三层构造。另外，接地电极27在将从与主体配件3的前端面接合的基端部(另一端部)至前端部(一端部)的沿着接地电极27的延伸方向的距离设为L(m)、将与接地电极27的延伸方向垂直的截面积设为S(mm)时，L与S的比(L/S)满足1.5≤L/S≤8.5。

而且，在接地电极27中与贵金属部31的前端面相对的部位，接合有由铂(Pt)、铱(Ir)、钌(Ru)或铑(Rh)、或者以这些中的任一种为主成分的合金形成的圆柱状的贵金属端头(点火部)41。更详细而言，如图2所示，贵金属端头41通过使熔融部35形成于自身的基端部周围，从而接合到接地电极27，该熔融部35为采用激光焊接来熔合贵金属端头41和接地电极27而形成。该贵金属端头41的重量设为1.5mg以上。

另外，在上述贵金属部31与贵金属端头41之间形成有作为间隙的火花放电间隙33。并且，在该火花放电间隙33中，在大致沿着轴线CL1方向的方向上进行火花放电。此外，沿着轴线CL1的火花放电间隙33的大小G设为1.1mm以下。

在此，点火部(贵金属部31、贵金属端头41)的重量通过如下进行测定。即，以包含点火部(贵金属部31、贵金属端头41)的方式切断中心电极5或接地电极27。接着，浸渍到35%盐酸或王水并仅溶解中心电极5或接地电极27，然后仅取出点火部，进行重量的测定，从而能够测定点火部的重量。

接着，详述构成中心电极5的外层5B以及接地电极27的外层27A的电极材料。

中心电极5的外层5B以及接地电极27的外层27A以Ni为主成分，且含有0.005质量%以上0.1质量%以下的C、1.05质量%以上3质量%以下的Si、2质量%以下的Mn、20质量%以上32质量%以下的Cr、6质量%以上16质量%以下的Fe。

另外，中心电极5的外层5B以及接地电极27的外层27A也可以含有总计为0.01质量%以上0.5质量%以下的Zr、Y、REM中的至少任一种。

而且，中心电极5的外层5B以及接地电极27的外层27A也可以含有0.1质量%以上2质量以下的Al。

另外，中心电极5的外层5B以及接地电极27的外层27A也可以含有总计为0.1质量%以上2质量%以下的Ti、Nb、Cu中的至少任一种。

如以上详述的那样，根据本实施方式，能够提高中心电极5和接地电极27的耐高温氧化性，并且能够提高与中心电极5和接地电极27接合的点火部(贵金属部31、贵金属端头41)的耐火花消耗性、耐氧化性以及接合可靠性。

接下来，说明为了确认本发明的作用效果而进行的各试验。

〔评价试验1〕

使用真空高频感应炉对混合并调配表1所示的各成分的原料粉末进行溶解，得到各组分的100g铸锭。此外，表1所示的组分是使用荧光X射线分析装置测定所得到的铸锭的测定值，以各成分的总计设为100质量%来表示。接下来，以使所得到的各组分的铸锭成为直径16mm的圆柱棒材的方式进行热锻造后，以1100℃进行固溶化热处理。之后，对各组分的棒材进行压延加工，制作宽度3mm、长度25mm、厚度1.5mm的大小的各试验片，以980℃进行退火。对退火后的各试验片进行耐高温氧化性评价。

耐高温氧化性评价的概要如下。即，进行200次循环的冷热试验，该循环以如下内容为一次循环：在大气气氛的电炉内，以1200℃保持上述各试验片30分钟后，从电炉取出，通过鼓风机急冷到室温。冷热试验结束后，观察各试验片的截面，测定出试验片的厚度方向上未氧化的部位的最大厚度(以下，也称为“残留厚度”)。并且，算出残留厚度相对于冷热试验前的试验片的厚度的比例(残留率)。其结果如表1所示。

[表1]

根据表1可知，包含于本发明的范围的样本No.2~7、12~15、17~21、24~27、30~32的耐高温氧化性评价的残留率为70%以上，具有优异的耐高温氧化性，另一方面，可知样本No.1、8~11、16、22、23、28、29、33的残留率小于70%，耐高温氧化性变差。

〔评价试验2〕

与评价试验1同样地，对表2所示的各组分的棒材进行压延加工以及980℃下的退火，制作宽度3mm、长度25mm、厚度1.5mm的大小的各组分的板材。接着，如下制作试验片：相对于各板材，通过电阻焊接来接合对重量进行各种变更的直径0.7mm的Pt系贵金属端头(Pt-20质量%Ni)、以及通过激光焊接来接合对重量进行各种变更的厚度0.55mm的Ir系贵金属端头(Ir-20质量%Rh)。此外，通过将Pt系贵金属端头的厚度调整为0.2mm(重量1.3mg)、0.23mm(重量1.5mg)、0.47mm(重量3.0mg)来变更Pt系贵金属端头的重量。另外，通过将Ir系贵金属端头的直径调整为0.4mm(重量1.3mg)、0.43mm(重量1.5mg)、0.6mm(重量3.0mg)来变更Ir系贵金属端头的重量。并且，对各试验片进行接合可靠性评价。

接合可靠性评价的概要如下。即，在大气中，进行20000次循环的冷热试验，该循环以如下内容为一次循环：通过燃烧器以1100℃的状态保持试验片2分钟后，熄灭燃烧器并进行1分钟冷却。冷热试验结束后，观察各试验片的焊接部的截面，算出焊接界面中剥离的部分长度相对于本来接合的部分的长度的比例(剥离率)。其结果如表2所示。

[表2]

根据表2可知，板材的组分包含于本发明的范围的样本No.34~38中，贵金属端头的重量为1.5mg以上的样本的剥离率为30%以下，接合可靠性高，另一方面，可知即使对于板材的组分包含于本发明的范围的样本No.34~38，若是贵金属端头的重量小于1.5mg的样本，则剥离率超过30%、或贵金属端头消失，接合可靠性变差。即，可知在具备贵金属端头的火花塞中，为了确保电极的耐高温氧化性以及贵金属端头的接合可靠性，不仅考虑电极的组分，还需要将贵金属端头的重量设为1.5mg以上。

〔评价试验3〕

与评价试验1同样地，对表3所示的各组分的棒材实施压延加工以及980℃下的退火，按各组分各制作两根直径0.75mm，长度50mm的圆棒材。接着，准备在各组分的圆棒材中一个圆棒材的端面激光焊接有直径0.7mm、厚度0.6mm的Ir-20质量%Rh制贵金属端头的材料，并且准备在另一个圆棒材的端面激光焊接有直径0.7mm、厚度0.47mm的Pt-20质量%Ni制贵金属端头的材料。接着，进行20000次循环的冷热试验，该循环以如下内容为一次循环：在大气中，将接合有贵金属端头的各组分的圆棒材通过燃烧器以1100℃的状态保持2分钟后，熄灭燃烧器并进行1分钟冷却。冷热试验结束后，将各组分的圆棒材配置为贵金属端头彼此相对，并进行火花消耗性评价。

火花消耗性评价的概要如下。即，在0.7MPa的氮气气氛中，对两贵金属端头的间隙配置为0.9mm的同一组分的圆棒材进行以频率60Hz的条件施加20kV的电压50小时的放电试验。此外，在将接合有Ir-20质量%Rh制贵金属端头的圆棒材设为负极、将接合有Pt-20质量%Ni制贵金属端头的圆棒材设为正极的条件下进行放电试验。放电试验结束后，通过X射线CT装置测定两贵金属端头的体积。并且，算出放电试验前后的两贵金属端头的体积减少量的总计(火花消耗量)。其结果如表3所示。

[表3]

根据表3可知，关于Si的含有量为1.4质量%以下的样本No.41~43，火花消耗量为30mm³以下，耐火花消耗性良好，另一方面，可知样本No.44的火花消耗量超过30mm³，耐火花消耗性变差。

〔评价试验4〕

与评价试验1同样地，对表4所示的各组分(含有Zr、Y、REM的组分)的棒材进行压延加工，制作宽度3mm、长度25mm、厚度1.5mm的大小的各试验片，以980℃进行退火。并且，对退火后的各试验片进行与评价试验1同样的耐高温氧化性评价。另外，作为加工性评价，观察制作的各试验片的表面，确定有无发生裂缝。其结果如表4所示。

[表4]

根据表4可知，关于Zr、Y、REM的总计含有量为0.01质量%以上0.5质量%以下的样本No.41~53，55，56，耐高温氧化性评价的残留率为80%以上，具有更优异的耐高温氧化性，并且加工性良好，另一方面，可知尽管样本No.54的残留率为80%以上，但加工性变差。

〔评价试验5〕

与评价试验1同样地，对表5所示的各组分(含有Al的组分)的棒材进行压延加工以及980℃下的退火，制作宽度3mm、长度25mm、厚度1.5mm的大小的各试验片，对各试验片进行与评价试验1同样的耐高温氧化性评价，并且进行耐高温氮化性评价。

耐高温氮化性评价的概要如下。即，进行20000次循环的冷热试验，该循环以如下内容为一次循环：在大气中，通过燃烧器将试验片以1100℃的状态保持2分钟后，熄灭燃烧器并进行1分钟冷却。冷热试验结束后，观察各试验片的截面，测定出试验片的厚度方向上未被氧化或氮化的部位的最大厚度(以下，也称为“残留厚度”)。并且，按各冷热试验前的试验片算出残留厚度相对于厚度的比例(残留率)。其结果如表5所示。

[表5]

根据表5可知，关于包含于本发明的范围且Al的含有量为0.1质量%以上2质量的样本No.57，59~64，耐高温氧化性评价的残留率为83%以上、并且耐高温氮化性评价的残留率为90%以上，耐高温氧化性以及耐高温氮化性优异。与之相对，可知尽管样本No.58含有Al，但除此以外的组分脱离了本发明的范围，耐高温氧化性以及耐高温氮化性变差。另外，可知样本No.65的耐高温氮化性评价的残留率小于90%，耐高温氮化性变差。

〔评价试验6〕

与评价试验1同样地，对表6所示的各组分(含有Ti、Nb、Cu的组分)的棒材实施压延加工以及980℃下的退火，制作宽度3mm、长度25mm、厚度1.5mm的大小的各试验片，对各试验片进行与评价试验1同样的耐高温氧化性评价。另外，作为加工性评价，观察制作的各试验片的表面，确认有无发生裂缝。其结果如表6所示。

[表6]

根据表6可知，关于Ti、Nb、Cu的总计含有量为0.1质量%以上2质量%以下的样本No.66~70、72~75、77~81，耐高温氧化性评价的残留率为85%以上，具有更优异的耐高温氧化性，并且加工性良好，另一方面，可知尽管样本No.71、76的残留率为85%以上，但加工性变差。

〔评价试验7〕

与评价试验1同样地，对表7所示的各组分的棒材进行压延加工以及980℃下的退火而制作接地电极。此外，接地电极的大小如表8所示。接着，制作出通过电阻焊接将各接地电极接合到主体配件的前端面的试验体。并且，对各试验体的接地电极进行耐折损性评价。

耐折损性评价的概要如下。即，进行10000次循环的冷热试验，该循环以如下内容为一次循环：在大气中，通过燃烧器加热并保持试验体2分钟后，熄灭燃烧器并冷却1分钟。此外，关于加热温度，调整燃烧器火力，以使表7中的样本No.85、L/S=4.6的试验体的接地电极温度为1000℃，对其他试验体也通过相同的燃烧器火力进行加热。另外，为了防止主体配件的过热，将主体配件固定到水冷(水温40℃)的Al制支架而进行冷热试验。冷热试验结束后，固定各试验体的主体配件并且抓住接地电极的一端部而进行拉伸试验(十字头速度15mm/min)，测定剖切面的截面积。并且，算出剖切面的截面积相对于冷热试验前的接地电极的截面积的比例(截面积比率)。其结果如表7所示。

[表7]

[表8]

宽度(mm)	厚度(mm)	截面积S(mm²)	长度L(mm)	L/S
					2.7	1.3	3.51	5	1.4
2.5	1.6	4	6	1.5
					2.5	1.3	3.25	8	2.5
2.7	1.3	3.51	13	3.7
					2.7	1.3	3.51	16	4.6
2.7	1.3	3.51	20	5.7
					2	1	2	13	6.5
2	1	2	15	7.5
					2	1	2	17	8.5
1.5	1	1.5	13	8.7

根据表7可知，关于电极的组分包含于本发明的范围、并且L与S的比(L/S)为1.5≤L/S≤8.5的样本，截面积比率为60%以下，耐折损性优异。此外，L与S的比(L/S)为3.7≤L/S≤5.7的样本具有更优异的耐折损性，另一方面，可知关于L与S的比(L/S)小于1.5的样本或者超过8.5的样本，截面积比率超过60%，耐折损性变差。

〔评价试验8〕

与评价试验1同样地，制作由表9所示的各组分构成的中心电极。此外，在中心电极的前端设置有圆锥部，圆锥部的前端面的直径为1.0mm、圆锥部的基端(圆锥部与中心电极的主体部的边界)的直径成为2.0mm。并且，如表9所示，制作对圆锥部的体积进行各种变更的中心电极。此外，通过调整圆锥部中的轴线方向的长度来变更圆锥部的体积。接着，通过激光焊接在各中心电极的前端面接合有直径0.6mm、厚度0.8mm的Ir-10质量%Rh制贵金属端头(重量4.4mg)。之后，将接合有贵金属端头的各中心电极组装到绝缘体等而制作火花塞。并且，对制作的各火花塞进行火花消耗性评价。

火花消耗性评价的概要如下。即，将火花塞安装到六气缸(排气量2800cc)的发动机，进行将在节流阀全开且转数5500rpm的状态下保持1分钟后、保持空转1分钟的循环实施300小时的实机试验。实机试验结束后，测定各火花塞的贵金属端头的体积。并且，算出实机试验后的贵金属端头的体积相对于实机试验前的贵金属端头的体积的比例(残留率)。其结果如表9所示。

[表9]

根据表9可知，关于电极的组分包含于本发明的范围、并且圆锥部的体积为0.2mm³以上2.5mm³以下的样本，减少率为65%以下，耐火花消耗性优异。此外，另一方面，可知圆锥部的体积小于0.2mm³的样本或超过2.5mm³的样本的减少率超过65%，耐火花消耗性变差。

此外，不限于上述实施方式的记载内容，例如，也可以如下实施。不必说，当然也可以是以下未例示的其他应用例、变更例。

在上述实施方式中，通过激光焊接将贵金属端头41接合到接地电极27，但也可以通过电阻焊接来接合贵金属端头41和接地电极27。

在上述实施方式中，作为接合到接地电极27的贵金属端头适用了圆柱状的贵金属端头41，但贵金属端头41的形状不限于圆柱状，也可以是圆板状或角柱状的贵金属端头。

在上述实施方式中，接地电极27为外层27A与内层27B的双层构造，但也可以是省略内层27B的构成，即也可以采用Ni合金来构成接地电极整体。

标号说明

1…火花塞，2…绝缘子(绝缘体)，3…主体配件，5…中心电极，15…螺纹部，27…接地电极，27B…内层，31…贵金属部，33…火花放电间隙(间隙)，41…贵金属端头。

Claims

1.一种火花塞，具有：

中心电极，沿着轴线方向；

绝缘子，包围并保持上述中心电极的径向周围；

主体配件，包围上述绝缘子的径向周围并保持该绝缘子；以及

接地电极，自身的一端部以与上述中心电极的前端部之间形成间隙的方式弯曲，并且自身的另一端部接合到上述主体配件，

在上述中心电极和上述接地电极中的至少一方的面对上述间隙的位置设置有由以贵金属为主成分的小片构成的点火部，上述火花塞的特征在于，

上述点火部的重量为1.5mg以上，并且

上述中心电极和上述接地电极中设置有上述点火部的电极以Ni为主成分，含有0.005质量%以上0.1质量%以下的C、1.05质量%以上3质量%以下的Si、2质量%以下的Mn、20质量%以上32质量%以下的Cr、6质量%以上16质量%以下的Fe。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

设置有上述点火部的电极含有1.4质量%以下的上述Si。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

设置有上述点火部的电极含有总计为0.01质量%以上0.5质量%以下的Zr、Y、REM中的至少任一种。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的火花塞，其特征在于，

设置有上述点火部的电极含有0.1质量%以上2质量以下的Al。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的火花塞，其特征在于，

设置有上述点火部的电极含有总计为0.1质量%以上2质量%以下的Ti、Nb、Cu中的至少任一种。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述接地电极的上述另一端部与上述主体配件的前端面接合，

将从上述接地电极的上述另一端部至上述一端部的沿着上述接地电极的延伸方向的长度设为L、将与上述接地电极的延伸方向垂直的截面积设为S时，满足1.5≤L/S≤8.5。

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，

在上述中心电极的上述前端部形成有圆锥状的圆锥部，

上述点火部设置于上述中心电极的上述圆锥部的前端，

上述中心电极的上述圆锥部的体积为0.2mm³以上2.5mm³以下。