CN103283098A - 火花塞及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种火花塞（1），具有：绝缘电瓷（2），其具有沿轴线（CL1）方向贯穿的轴孔（4）；中心电极（5），其插入设置于轴孔（4）的顶端侧；主体金属外壳（3），其设置于绝缘电瓷（2）的外周；以及接地电极（27），其配置于主体金属外壳（3）的顶端部，在与中心电极（5）之间形成火花放电间隙（28）；在沿着与接地电极（27）的中心轴线（CL2）正交的方向上的任意的截面中，接地电极（27）的截面积为2.0mm²以下。接地电极（27）由含有93%以上的Ni的金属形成，并且接地电极（27）的硬度为维氏硬度130Hv以上且260Hv以下。由此，能够在具有相对较细的接地电极的火花塞中使接地电极的耐变形性和耐磨耗性的双方得以提高。

Description

火花塞及其制造方法

技术领域

本发明涉及在内燃机等中使用的火花塞及其制造方法。

背景技术

火花塞例如安装于内燃机（发动机），为了对燃烧室内的混合气进行点火而使用。通常，火花塞具有：绝缘体，其具有轴孔；中心电极，其贯穿至该轴孔的顶端侧；主体金属外壳，其设于绝缘体的外周；以及接地电极，其与主体金属外壳的顶端部相接合。接地电极以顶端部与中心电极相对的方式在设于自身的大致中间部分的弯曲部被折回，从而在接地电极的顶端部与中心电极的顶端部之间形成火花放电间隙。并且，通过向中心电极施加高压而在火花放电间隙产生火花放电，从而对混合气进行点火（例如，参照专利文献1等）。另外，为了实现提高耐腐蚀性，有时利用滚镀装置等对与接地电极相接合的主体金属外壳施加Ni镀层、锌镀层。

专利文献1：日本特开2008－108478号公报

然而，近年来要求火花塞的小型化、小径化，且为了能够与小径化的主体金属外壳相接合而要求接地电极更细。在这样的较细的接地电极中，有可能在用于设置Ni镀层等的工序、使接地电极与主体金属外壳相接合的工序中存在接地电极产生弯曲、扭曲等的可能。此外，在较细的接地电极中，其顶端部的热量难以向主体金属外壳侧传导，有可能在使用的过程中导致接地电极的顶端部急速地消耗。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种火花塞及其制造方法，在具有较细的接地电极的火花塞中，能够提高接地电极的耐变形性和耐磨耗性这两者。

以下，对适用于解决上述目的的各结构逐项说明。另外，根据需要对所对应的结构备注特有的作用效果。

结构1.本结构的火花塞的特征在于具有：

筒状的绝缘体，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；

中心电极，其插入设置于上述轴孔的顶端侧；

筒状的主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及

接地电极，其配置于上述主体金属外壳的顶端部，在上述接地电极与上述中心电极之间形成间隙，

上述接地电极由含有93质量%以上的镍（Ni）的金属形成，

并且，在沿着与上述接地电极的中心轴线正交的方向上的任意的截面中，上述接地电极的截面积为2.0mm²以下，

将上述接地电极的硬度设为维氏硬度130Hv以上且260Hv以下。

根据上述结构1，接地电极的截面积为2.0mm²以下，且接地电极非常细。因此，担心接地电极的耐变形性、耐磨耗性下降。

关于这一点，根据上述结构1，接地电极的硬度设为130Hv以上，接地电极具有充分的机械强度。因而，能够充分地确保接地电极的耐变形性。

而且，采用上述结构1，接地电极的硬度设为260Hv以下，从而抑制构成接地电极的金属的结晶粒的应变。因而，热量能够顺畅地在接地电极的内部传导，能够提高接地电极的热传导性。另外，由于接地电极由含有93质量%以上的热传导性优异的Ni的金属形成，因此能够进一步提高接地电极的热传导性。即，通过在将接地电极的硬度设为260Hv以下，并且利用Ni含有量为93质量%以上的金属形成接地电极，能够显著地提高接地电极的热传导性。其结果，即使在截面积设为2.0mm²以下而尤其担心耐磨耗性下降的接地电极中，也能够实现优异的耐磨耗性。

结构2.在上述结构1的基础上，本结构的火花塞的特征在于，将上述接地电极的硬度设为维氏硬度150Hv以上且240Hv以下。

根据上述结构2，由于接地电极的硬度设为150Hv以上，因此能够进一步提高接地电极的机械强度，进而能够进一步提高接地电极的耐变形性。为维氏硬度150Hv以上且240Hv以下。

另外，根据上述结构2，接地电极的硬度设为240Hv以下，从而进一步抑制了构成接地电极的金属的结晶粒的应变。因而，能够进一步提高接地电极的热传导性，其结果，能够实现更加优异的耐磨耗性。

结构3.在上述结构1或2的基础上，本结构的火花塞的特征在于，在将上述接地电极的与上述接地电极的中心轴线正交的截面处的最大截面积设为S（mm²），将上述接地电极的沿着上述中心轴线的长度设为L（mm）时，L／S（1／mm）为3以上且10以下。

根据上述结构3，L／S设为10（1／mm）以下，长度L不会过大。因而，能够在进行镀层工序时等降低施加于接地电极的应力。其结果，能够进一步提高接地电极的耐变形性。

另外，在L／S过小的情况下，担心无法使接地电极的顶端部充分地接近中心电极，从而在接地电极的顶端部与中心电极之间无法形成上述间隙（产生火花放电的间隙），但是根据上述结构3，由于L／S设为3（1／mm）以上，因此能够消除这样的担心。

结构4.在上述结构1～3中的任一项的基础上，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极在与上述中心电极侧的平面相反一侧的背面上具有凸状的弯曲面。

根据上述结构4，在接地电极的背面形成有凸状的弯曲面。因而，容易以从围绕接地电极的方式向间隙注入燃料气体，从而能够实现提高点火性。

另一方面，与截面矩形的接地电极不同，具有弯曲面的接地电极在外周没有形成角部，或所形成的角部的角度较大。因此，有可能导致接地电极的机械强度降低，但是通过采用上述结构1等，能够充分地维持接地电极的机械强度，能够更加可靠地抑制接地电极的弯曲等。换言之，上述结构1等对于在接地电极的背面形成有凸状的弯曲面的火花塞尤其有意义。

结构5.在上述结构1～4中的任一项的基础上，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极在位于上述中心电极侧的平面与其相反侧的平面之间的两侧表面具有凸状的弯曲面。

根据上述结构5，由于在接地电极的两侧表面形成有凸状的弯曲面，因此容易向间隙注入燃料气体，进而能够进一步提高点火性。

另外，虽然因接地电极具有弯曲面而担心导致接地电极的机械强度下降，但是通过采用上述结构1等，能够充分地维持机械强度，能够进一步可靠地抑制接地电极的弯曲等。

结构6.在上述结构1～5中的任一项的基础上，本结构的火花塞的特征在于，在将上述接地电极的厚度设为T（mm），将上述接地电极的宽度设为W（mm）时，T／W为0.6以上。

如上所述，在镀层工序等中会在接地电极上产生弯曲等，但是接地电极的弯曲特别易于沿接地电极的厚度方向而产生。

鉴于这一点，根据上述结构6，接地电极的厚度T设为接地电极的宽度W的0.6倍以上，接地电极的厚度T不会过小。因而，接地电极针对厚度方向的负荷具有充分的强度，能够更加可靠地防止接地电极的弯曲。

另外，在接地电极的厚度T相对于接地电极的宽度W过大的情况下，需要增大接地电极所接合的主体金属外壳的壁厚。但是，若增大主体金属外壳的壁厚，则主体金属外壳接近绝缘体，有可能发生容易在中心电极与主体金属外壳之间产生火花放电等不良情况。因而，考虑到这一点，优选将T／W设为1.0以下。

结构7.在上述结构1～6中的任一项的基础上，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极含有一种以上的稀土类元素，

稀土类元素的总含有量为0.05质量%以上且0.45质量%以下。

通常，大量含有Ni的金属容易在高温下进行晶粒生长。因而，在如上述结构1那样利用大量含有Ni的金属形成接地电极的情况下，在使用时，担心构成接地电极的金属进行晶粒生长。

关于这一点，根据上述结构7，在接地电极中含有一种以上的稀土类元素，并且稀土类元素的总含有量为0.05质量%以上。因而，能够进一步可靠地抑制构成接地电极的金属的晶粒生长，能够进一步提高耐磨耗性。另外，通过实现抑制晶粒生长，即便是在高温下对接地电极施加振动的情况下，也能够进一步可靠地防止上述接地电极的折损。

另一方面，若稀土类元素的总含有量过大，则在使用时容易在接地电极的表面产生发汗粒。若产生发汗粒，则有可能因该发汗粒的存在而导致形成于中心电极与接地电极之间的间隙局部变窄，进而导致点火性下降。关于这一点，根据上述结构7，稀土类元素的总含有量为0.45质量%以下而足够小。因而，能够有效地抑制发汗粒的产生，能够进一步可靠地防止点火性下降。

结构8.在上述结构1～7中的任一项的基础上，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极中的至少一部分的表面由镀层覆盖。

根据上述结构8，由于接地电极的表面的至少一部分由镀层所覆盖，因此能够提高接地电极的耐腐蚀性。

另一方面，在截面积为2.0mm²以下的接地电极中，容易因施加镀层时的负荷而导致产生弯曲、扭曲，但是通过采用上述结构1等，能够有效地抑制弯曲等的产生。换言之，上述结构1等对于接地电极的表面由镀层所覆盖的（即，对接地电极实施镀层加工的）火花塞来说尤其有意义。

结构9.本结构的火花塞的制造方法是上述结构1～8中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

该制造方法包括形成成为上述接地电极的接地电极用金属构件的金属构件形成工序，

在上述金属构件形成工序中包括：

软化工序，对由含有93质量%以上的Ni的金属构成的中间构件实施热处理，使上述中间构件的硬度下降；以及

硬化工序，在上述软化工序之后对上述中间构件实施塑性加工，使上述中间构件的硬度上升，从而获得上述接地电极用金属构件。

作为用于将金属材料设为预定的硬度的方法，考虑通过对金属材料实施热处理来降低金属材料的硬度从而将金属材料设为预定的硬度的方法。但是，在通过热处理来调节硬度的方法中，只要因热处理时的加热温度、加热时间等产生少许的变动，就有可能导致金属材料的硬度比预定的硬度低或无法使该硬度降低至预定的硬度。即，在通过热处理对硬度进行调节的方法中，需要极其慎重地进行温度管理等，无法容易地获得具有预定的硬度的金属材料。

关于这一点，根据上述结构9，在实施热处理而暂时使中间构件软化的基础上，通过利用塑性加工使中间构件硬化来获得具有预定的硬度的接地电极用金属构件。即，通过利用塑性加工使硬度上升来调节构件的硬度，将该硬度设为预定的硬度。在此，在塑性加工中，通过调节构件的加工率能够容易地调节构件的硬度。因而，能够容易地获得具有预定的硬度的接地电极用金属构件，能够实现提高生产率。

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是表示火花塞的顶端部的结构的局部剖切放大主视图。

图3是表示接地电极的厚度和宽度的接地电极的剖视图。

图4的（a）是表示中间构件的结构的剖视图，图4的（b）是表示接地电极用金属构件的结构的剖视图。

图5的（a）、（b）是表示其他实施方式的接地电极的截面形状的局部放大剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明一实施方式。图1是表示火花塞1的局部剖切主视图。另外，在图1中，将火花塞1的轴线CL1方向设为附图的上下方向，将下侧设为火花塞1的顶端侧，将上侧设为后端侧来进行说明。

火花塞1由形成为筒状的作为绝缘体的绝缘电瓷2和保持该绝缘电瓷2的筒状的主体金属外壳3等构成。

绝缘电瓷2是如公知那样通过烧结氧化铝等而形成的，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靠顶端侧的位置向径向外侧突出形成的大径部11；在比该大径部11靠顶端侧的位置以比该大径部11细的直径形成的中间主体部12；以及在比该中间主体部12靠顶端侧的位置以比该中间主体部12细的直径形成的脚部13。此外，绝缘电瓷2中的大径部11、中间主体部12以及大部分的脚部13收纳于主体金属外壳3的内部。另外，在中间主体部12和脚部13之间的连接部形成有锥状的台阶部14，利用该台阶部14将绝缘电瓷2卡定于主体金属外壳3。

而且，在绝缘电瓷2中贯穿形成有沿轴线CL1延伸的轴孔4，在该轴孔4的顶端侧插入并固定有中心电极5。该中心电极5具有由铜或铜合金构成的内层5A和由以镍（Ni）为主要成分的Ni合金构成的外层5B。另外，中心电极5整体形成为棒状（圆柱状），其顶端部分从绝缘电瓷2的顶端突出。

此外，在轴孔4的后端侧，以从绝缘电瓷2的后端突出的状态插入并固定有端子电极6。

而且，在轴孔4的中心电极5与端子电极6之间配设有圆柱状的电阻器7。该电阻器7的两端部隔着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。

此外，上述主体金属外壳3由低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面形成有螺纹部（外螺纹部）15，该螺纹部15用于将火花塞1安装于内燃机、燃料电池改性器等燃烧装置。另外，在螺纹部15的后端侧形成有向外周侧突出的座部16，在螺纹部15后端的螺纹头17嵌入有环状的垫圈18。而且，在主体金属外壳3的后端侧设有截面六角形状的工具卡合部19，该工具卡合部19用于在将主体金属外壳3安装于燃烧装置时与扳手等工具相卡合。另外，在主体金属外壳3的后端部设有向径向内侧弯曲的铆接部20。另外，在本实施方式中，为了实现火花塞1的小型化而使主体金属外壳3小径化，并将螺纹部15的螺纹径设定为较小（例如，M12以下）。

另外，在主体金属外壳3的内周面设有用于卡定绝缘电瓷2的锥状的台阶部21。并且，绝缘电瓷2从主体金属外壳3的后端侧向顶端侧插入，在自身的台阶部14与主体金属外壳3的台阶部21相卡定的状态下，使主体金属外壳3的后端侧的开口部向径向内侧铆接、即形成上述铆接部20，从而固定于主体金属外壳3。另外，在绝缘电瓷2和主体金属外壳3这两者的台阶部14、21之间夹设有圆环状的衬板22。由此，将会保持燃烧室内的气密性，避免进入暴露于燃烧室内的绝缘电瓷2的脚部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙的燃料气体向外部泄漏。

而且，为了使铆接作用下的密闭更加完全，在主体金属外壳3的后端侧，且是在主体金属外壳3与绝缘电瓷2之间夹设有环状的环构件23、24，在环构件23、24之间填充有滑石25的粉末。即，主体金属外壳3通过衬板22、环构件23、24以及滑石25保持绝缘电瓷2。

另外，如图2所示，在主体金属外壳3的顶端面26接合有截面矩形的接地电极27，该接地电极27在弯曲部27B被折回，从而该接地电极27的顶端侧侧表面与中心电极5的顶端部相对。此外，在中心电极5的顶端部与接地电极27的顶端部之间形成有作为间隙的火花放电间隙28，在该火花放电间隙28中，在大致沿轴线CL1的方向上进行火花放电。

而且，在本实施方式中，接地电极27由含有93质量%以上的Ni的金属形成。另外，在接地电极27中含有一种以上的稀土类元素，稀土类元素的总含有量为0.05质量%以上且0.45质量%以下。另外，作为稀土类元素，可以列举出由钇（Y）、镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）以及镥（Lu）构成的镧系元素，以及钪（Sc）。

而且，在接地电极27中含有规定量（例如，0.15质量%以上且2.5质量%以下）的硅（Si），并且含有规定量（例如，0.05质量%以上且2.5质量%以下）的锰（Mn）。通过含有上述规定量的Si、Mn，能够在接地电极27的表面针对沉积物（油、未燃烧燃料等附着物）形成牢固的氧化膜。

同时，在接地电极27中含有碳（C），其含有量为0.1质量%以下。通过含有C，能够提高接地电极27的强度，从而能够实现提高耐变形性。另外，在接地电极27中也可以不含有C。

另外，随着主体金属外壳3的直径变小，沿主体金属外壳3的顶端面26的径向的宽度（壁厚）也减小。因此，如图3所示，在将与主体金属外壳3相接合的接地电极27的厚度设为T（mm）时，T的值较小（例如，0.7mm～1.4mm）。由于如此使接地电极27形成地较薄，因此在沿着与接地电极27的中心轴线CL2正交的方向的任意的截面中，接地电极27的截面积为2.0mm²以下。另外，出于充分地确保接地电极27相于主体金属外壳3的接合强度等观点，优选将接地电极27的截面积设为0.5mm²以上。

此外，在本实施方式中，在将与接地电极27的中心轴线CL2正交的截面处的、接地电极27的最大截面积设为S（mm²），将接地电极27的沿着上述中心轴线CL2的长度设为L（mm）时，L／S（1／mm）为3以上且10以下。

同时，在将接地电极27的厚度设为T（mm），将接地电极27的宽度设为W（mm）时，T／W为0.6以上且1.0以下。

而且，在本实施方式中，接地电极27的常温下的硬度为维氏硬度130Hv以上且260Hv以下（更加优选为150Hv以上且240Hv以下）。另外，作为测量接地电极27的硬度的部位，去除接地电极27中的与主体金属外壳3相接合之后实施了加工的部位（即，可能伴随着加工而产生硬度变化的部位）。因而，由于接地电极27在如后所述那样与主体金属外壳3相接合之后被实施弯曲加工而向中心电极5侧弯曲折返，因此作为测量接地电极27的硬度的部位，弯曲部27B被去除。

此外，在本实施方式中，为了实现耐腐蚀性的提高，对主体金属外壳3和接地电极27的表面实施了锌镀层或Ni镀层。

接着，说明如上所述那样构成的火花塞1的制造方法。

首先，预先加工主体金属外壳3。即，通过利用冷轧锻造加工等使圆柱状的金属材料（例如，铁类材料、不锈钢材料）大致成形，并且形成贯穿孔。之后，通过实施切削加工来调整外形，获得主体金属外壳中间体。

接着，在金属构件形成工序中制造成为接地电极27的接地电极用金属构件32。首先，如图4的（a）所示，准备含有93质量%以上的Ni的线状的中间构件31。接着，通过对中间构件31实施热处理而使中间构件31的硬度降低。

通过对该中间构件31实施塑性加工（滚轧加工、拉丝加工）来调整中间构件31的截面形状，并且将中间构件31的截面积设为2.0mm²以下，进而使中间构件31的硬度上升至上述的硬度（130Hv以上且260Hv以下）。之后，通过将中间构件31切断为预定的长度而如图4的（b）所示那样获得接地电极用金属构件32。

接着，在主体金属外壳中间体的顶端面上电阻焊接所获得的接地电极用金属构件32。由于在进行该焊接时产生所谓的“下陷”，因此在除去该“下陷”之后，通过轧制在主体金属外壳中间体的预定部位形成螺纹部15。由此，获得焊接有接地电极用金属构件32的主体金属外壳3。

接着，利用筒镀装置（未图示）对焊接有接地电极用金属构件32的主体金属外壳3实施锌镀层或Ni镀层。另外，为了实现提高耐腐蚀性，也可以在其表面进一步实施铬酸盐处理。

另一方面，与上述主体金属外壳3分开地对绝缘电瓷2进行成形加工。例如，使用以氧化铝为主体并含有粘结剂等的原料粉末来调制成形用原始粉末，并且使用该成形用原始粉末进行橡胶压制成形，从而获得筒状的成形体。并且，对所获得的成形体实施磨削加工并进行成形，并且在烧结炉中对成形后的部件进行烧结，从而获得绝缘电瓷2。

另外，与上述主体金属外壳3、绝缘电瓷2分开地制造中心电极5。即，对在中央部配置有用于实现提高放热性的铜合金等的Ni合金实施锻造加工来制造中心电极5。

接着，如上所述那样获得的绝缘电瓷2、中心电极5、电阻器7以及端子电极6被玻璃密封层8、9密封固定。玻璃密封层8、9通常是在将混合硼硅酸玻璃和金属粉末调制而成的材料以隔着电阻器7的方式注入到绝缘电瓷2的轴孔4内之后，利用上述端子电极6从后方按压，并且在烧结炉内进行加热而烧结成。另外，此时，也可以同时在绝缘电瓷2的后端侧主体部10表面上烧结釉药层，或也可以事先形成釉药层。

之后，对具备如上所述那样分别制作的中心电极5以及端子电极6的绝缘电瓷2和具备接地电极用金属构件32的主体金属外壳3进行固定。更加详细地说，在将绝缘电瓷2贯穿主体金属外壳3之后，将形成为相对薄壁的主体金属外壳3的后端侧的开口部向径向内侧铆接，即通过形成上述铆接部20来固定绝缘电瓷2和主体金属外壳3。

接着，最后，通过使接地电极用金属构件32的大致中间部分向中心电极5侧弯曲而形成具有弯曲部27B的接地电极27，并且通过调整中心电极5和接地电极27之间的火花放电间隙28的大小而获得上述的火花塞1。

如以上详细所述，根据本实施方式，即使在接地电极27的硬度设为130Hv以上、截面积设为2.0mm²以下的接地电极27中，也能够充分地确保机械强度。因而，能够充分地维持接地电极27的耐变形性。

而且，接地电极27的硬度设为260Hv以下，从而抑制了构成接地电极27的金属的结晶粒的变形。因而，能够提高接地电极27的热传导性。另外，由于接地电极27由含有93质量%以上的热传导性优异的Ni的金属形成，因此能够进一步提高接地电极27的热传导性。即，通过将接地电极27的硬度设为260Hv以下，并且利用由Ni含有量为93质量%以上的金属形成接地电极27，从而能够显著地提高接地电极27的热传导性。其结果，即使在截面积为2.0mm²以下从而尤其担心耐磨耗性下降的接地电极27中，也能够实现优异的耐磨耗性。

另外，接地电极27的长度L相对于接地电极27的最大截面积S之比设为3（1／mm）以上，接地电极27的长度L足够长。因而，能够进一步可靠地在接地电极27的顶端部与中心电极5之间形成火花放电间隙28。进而，在本实施方式中，L／S设为10（1／mm）以下，长度L不会过长。由此，能够在镀层工序时等降低施加于接地电极27的应力，能够进一步提高接地电极27的耐变形性。

同时，在本实施方式中，接地电极27的厚度T设为接地电极27的宽度W的0.6倍以上，且接地电极27的厚度T不会过小。因而，接地电极27针对厚度方向的负荷具有充分的强度，从而能够进一步可靠地防止接地电极27的弯曲。

此外，在接地电极27中含有一种以上的稀土类元素，并且稀土类元素的总含有量为0.05质量%以上。因而，能够更加可靠地抑制构成接地电极27的金属的晶粒生长，能够进一步提高耐磨耗性。另外，通过实现抑制晶粒生长，即使是在高温下对接地电极27施加振动的情况下，也能够更加可靠地防止该折损。并且，由于稀土类元素的总含有量设为0.45质量%以下而足够小，因此能够有效地抑制发汗粒的产生，能够进一步可靠地防止点火性下降。

另外，在实施热处理而暂时使中间构件31软化的基础上，利用塑性加工使中间构件31硬化，从而获得具有预定的硬度的接地电极用金属构件32。因而，与通过热处理使接地电极用金属构件32形成为预定的硬度的情况相比，能够容易地调节其硬度。因而，能够容易地获得具有预定的硬度的接地电极用金属构件32，从而能够实现提高生产率。

接着，为了确认上述实施方式所发挥的作用效果，在采用接地电极的截面积沿其长度方向恒定的结构的基础上，制作多个使接地电极的硬度和截面积S（mm²）、以及接地电极的长度L（mm）相对于接地电极的最大截面积（mm²）；与接地电极的截面积S相等）之比（L／S）和接地电极的厚度T相对于接地电极的宽度W（mm）之比（T／W）进行各种变更而得到的火花塞的试样，并且对各试样进行了耐磨耗性评价试验。耐磨耗性评价试验的概要如下。即，在将各试样组装到排气量为4000cc的6汽缸汽油发动机的基础上，使用无铅汽油作为发动机的燃料，并在节流阀全开状态下使发动机旋转数维持在3000rpm，并使发动机持续工作300小时。然后，在经过300小时后测量火花放电间隙的大小，测量相对于试验前（初期状态）的火花放电间隙的大小的增加量（间隙增加量）。在此，将间隙增加量为0.10mm以下的试样评价为“☆”，表示耐磨耗性极其优异。另外，将间隙增加量超过0.10mm且在0.15mm以下的试样评价为“◎”，表示耐磨耗性优异，将间隙增加量为超过0.15mm且在0.20mm以下的试样评价为“○”，表示具有足够的耐磨耗性。另一方面，将间隙增加量超过0.20mm的试样评价为“×”，表示耐磨耗性不足。

此外，准备多个使硬度、截面积、L／S以及T／W进行各种变更而得到的接地电极的试样，对各试样进行了耐变形性评价试验。耐变形性评价试验的概要如下。即，将各试样供给至火花塞的生产线，测量在经过接地电极接合于主体金属外壳的接合工序、由筒镀装置进行的镀层工序之后的、产生有弯曲、扭曲的接地电极的根数，并且计算弯曲、扭曲的产生率（不合格率）。在此，将不合格率为1.0%以下的试样评价为“☆”，表示耐变形性极其优异，将不合格率超过1.0%且在2.0%以下的试样评价为“◎”，表示耐变形性优异，将不合格率为超过2.0%且在3.0%以下的试样评价为“○”，表示具有足够的耐变形性。另一方面，将不合格率大于3.0%的试样评价为“×”，表示耐变形性较差。

在表1中分别示出耐磨耗性评价试验和耐变形性评价试验的试验结果。另外，各接地电极由含有93质量%以上的Ni且在充分地进行了热处理（退火处理）后硬度为100Hv的合金形成。另外，接地电极的硬度是通过调节塑性加工的条件而改变的。

此外，对于各试样，均将螺纹部的螺纹径设为M14，均将绝缘电瓷的顶端相对于主体金属外壳的顶端的突出长度设为3mm，均将中心电极的顶端相对于绝缘电瓷的顶端的突出长度设为3mm。另外，将试验前的火花放电间隙的大小设为0.8mm，将中心电极的顶端的外径设为2.5mm。另外，在以下的耐磨耗性评价试验和耐变形性评价试验中，对于各试样，均将螺纹部的螺纹径等的尺寸设为与上述相同的尺寸。

[表1]

如表1所示可知，无论接地电极的硬度如何，将接地电极的截面积设为2.5mm²或2.2mm²的试样（试样1～4）在耐磨耗性、耐变形性方面优异，在将接地电极的截面积设为2.0mm²以下的试样中，有可能在耐磨耗性、耐变形性方面无法实现足够的性能。通常认为这是因为通过将接地电极设为较细会导致接地电极的机械强度、热传导性下降。

与此相对可知，即使接地电极的截面积为2.0mm²以下，将接地电极的硬度设为130Hv以上且260Hv以下的试样（试样9～32）在耐磨耗性和耐变形性这两方中也都具有足够的性能。通常认为这是因为通过将硬度设为130Hv以上而提高接地电极的机械强度，并且通过将硬度设为260Hv以下而抑制构成接地电极的金属的结晶粒的变形，从而使热量高效地从接地电极的顶端侧向基端侧（主体金属外壳侧）传导。

另外，尤其确认了将接地电极的硬度设为150Hv以上且240Hv以下的试样（试样10～13、16～19、21～32）在耐磨耗性和耐变形性这两者中都具有优异的性能。

进而，可知若着眼于在将硬度、截面积S、T／W设为相同的值的基础上仅将L／S设为不同的值的试样（试样21～23、27～29），则通过将L／S设为10以下，能够有效地提高耐变形性。通常认为这是因为，通过使长度L不过度增大而能够在进行镀层工序时等降低施加于接地电极的应力。

此外，根据在将硬度、截面积S、L／S设为相同的值的基础上仅将T／W设为不同的值的试样（试样24～26、30～32）的试验结果确认到，将T／W设为0.6以上有助于提高耐变形性。通常认为这是因为，虽然接地电极特别容易沿其厚度方向产生弯曲，但是通过将通过T／W设为0.6以上，接地电极针对其厚度方向的负荷具有足够的强度。

接着，对Ni含有量设为90质量%或93质量%并使硬度进行各种变更而得到的接地电极进行了上述的耐变形性评价试验，并且对具有这样的接地电极的火花塞的试样进行了上述的耐磨耗性评价试验。表2示出两试验的试验结果。另外，接地电极由除Ni以外还含有Si、Cr、Al、Mn、C、Ti、Mg、Fe、Cu、P、以及S中的至少一种的合金形成。表2一并示出Si、Cr等的总含有量。另外，在该试验中，对于各试样，均将L／S设为6，均将T／W设为0.8。

[表2]

如表2所示确认到，对于将Ni含有量设为不足93质量%的试样（试样43），即使将接地电极的硬度设为130Hv以上且260Hv以下，耐磨耗性也较差。通常认为这是因为内Ni含有量较少而导致接地电极的热传导性下降。

与此相对，显而易见将接地电极的硬度设为130Hv以上且260Hv以下并将Ni含有量设为93质量%以上的试样（试样44～49）在耐磨耗性和耐变形性这两者中都具有足够的性能。

根据以上的试验结果，在接地电极的截面积为2.0mm²以下而担心耐磨耗性、耐变形性下降的火花塞中，为了在耐磨耗性和耐变形性这两者中实现足够的性能，优选将接地电极的Ni含有量设为93质量%以上，并且将接地电极的硬度设为130Hv以上且260Hv以下。另外，为了进一步实现提高耐磨耗性、耐变形性，更加优选将接地电极的硬度设为150Hv以上且240Hv以下。

而且，出于进一步提高耐变形性的观点，更加优选将L／S设为10以下或将T／W设为0.6以上。

接着，制作多个在接地电极中含有一种以上的稀土类元素（至少含有Y）并且使稀土类元素的总含有量进行各种变更而得到的接地电极，对各接地电极进行上述的耐变形性评价试验，并且对具有这样的接地电极的火花塞的试样进行耐磨耗性评价试验。另外，一并对火花塞的各试样进行耐湿性评价试验和耐折损性评价试验。

耐湿性评价试验的概要如下。即，在将各试样组装于排气量2000cc的6汽缸汽油发动机的基础上，使用无铅汽油作为发动机的燃料，在节流阀全开状态下使发动机旋转数维持在5000rpm，并使发动机持续工作100小时。然后，在经过100小时后观察接地电极的表面，将在接地电极的表面上产生有发汗粒（氧化物）的试样评价为“×”，表示担心发汗粒的影响所导致的点火性下降等。另外，将虽然未在接地电极的表面上产生发汗粒但是接地电极的表面呈粗糙状态（氧化物在接地电极的表面上呈毛刺状立起的状态）的试样评价为“△”，表示在外观上并不优选还可能因较长时间的使用而对点火性等造成不良影响。另一方面，将在接地电极的表面没有产生发汗并且接地电极的表面没有形成为粗糙状态的试样评价为“○”，表示外观、点火性等方面优异。

另外，耐折损性评价试验的概要如下。即，将接地电极加热至1000℃，并且在维持该温度的同时，以频率40Hz对各试样施加8小时的加速度30G的振动。然后，将经过8小时之后产生有接地电极的折损的试样评价为“×”，表示耐折损性较差，将虽然未在接地电极产生折损但是产生有裂缝的试样评价为“△”，表示耐折损性略差。另一方面，将未在接地电极中产生折损、裂缝的试样评价为“○”，表示耐折损性优异。

表3分别示出耐磨耗性评价试验、耐变形性评价试验、耐湿性评价试验以及耐折损性评价试验的试验结果。另外，在各试验中，将接地电极的截面积设为1.5mm²，将接地电极的硬度设为180Hv。另外，在耐湿性评价试验和耐折损性评价试验中，对于各试样，均将螺纹部的螺纹径设为M12，均将绝缘电瓷的顶端相对于主体金属外壳的顶端的突出长度设为3mm，均将中心电极的顶端相对于绝缘电瓷的顶端的突出长度设为3mm。进而，将试验前的火花放电间隙的大小设为0.8mm，将中心电极的顶端的外径设为2.5mm。此外，对于各试样，均将L／S设为6，均将T／W设为0.8。

[表3]

如表3所示可知，将稀土类元素的总含有量设为0.05质量%以上且0.45质量%以下的试样（试样52～54）在耐湿性和耐折损性这两者均优异。

根据上述试验的试验结果，为了使耐湿性和耐折损性的双方提高，优选在接地电极中含有一种以上的稀土类元素，并且将稀土类元素的总含有量设为0.05质量%以上且0.45质量%以下。

另外，不限定于上述实施方式所述的内容，例如，也可以如下所述那样加以实施。当然，也可以采用未示例于以下内容中的其他应用例、变形例。

（a）在上述实施方式中，接地电极27形成为截面矩形，但是，例如也可以如图5的（a）所示那样使接地电极37在与中心电极5侧的平面37S相反侧的背面具有凸状的弯曲面37W。另外，也可以如图5的（b）所示那样使接地电极47在位于中心电极5侧的平面47S与其相反侧的平面47H之间的两侧表面具有凸状的弯曲面47W1、47W2。在该情况下，容易以绕过接地电极37、47的方式向火花放电间隙28注入燃料气体，从而能够实现提高点火性。另一方面，由于与截面矩形的接地电极27不同，接地电极37、47因形成于外周的角部的角度较大而导致该接地电极37、47的机械强度进一步降低。即，虽然更加担心接地电极37、47在制造工序产生弯曲、扭曲，但是通过应用本发明，能够有效地抑制弯曲等。换言之，本发明对于周面形成为弯曲状的接地电极来说尤其有意义。

（b）在上述实施方式中，在中心电极5的顶端部与接地电极27的顶端部之间形成有火花放电间隙28。与此相对，也可以将由贵金属合金（例如，白金合金、铱合金等）构成的贵金属接头接合于电极5、27的一者或两者，在设置于一电极5（27）的贵金属接头与另一电极27（5）之间形成火花放电间隙28，或在设于两电极5、27的两贵金属接头之间形成火花放电间隙28。另外，在将贵金属接头设于接地电极27的情况下，在伴随着贵金属接头的接合而发生硬度变化的部位以外的部位（例如，离开贵金属接头侧表面1.5mm以上的部位）测量接地电极27的硬度。

（c）在上述实施方式中，通过实施塑性加工（滚轧加工、拉丝加工）来提高中间构件31的硬度，从而获得成为接地电极27的接地电极用金属构件32。与此相对，也可以通过实施热处理来降低中间构件31的硬度，从而获得接地电极用金属构件32。因而，例如通过实施塑性加工（拉丝加工）而使中间构件31的硬度上升至130Hv以上，并且将中间构件31的截面积设为2.0mm²以下而足够细。此外，为了降低硬度，也可以在对中间构件31进行热处理（退火处理）之后将中间构件31切断为预定的长度，从而获得硬度为130Hv以上且260Hv以下的接地电极用金属构件32。另外，在进行热处理时需要调节加热时间、加热温度，以使得中间构件31的硬度不会过度降低。另外，也可以在切断中间构件31之后进行热处理。

（d）在上述实施方式中，工具卡合部19设为截面六角形状，但是工具卡合部19的形状并不限定于这样的形状。例如，也可以采用Bi－HEX（变形12边）形状〔ISO22977：2005（E）〕等。

附图标记说明

1、火花塞；2、绝缘体（绝缘电瓷）；3、主体金属外壳；4、轴孔；5、中心电极；27、接地电极；28、火花放电间隙（间隙）；31、中间构件；32、接地电极用金属构件；37W、47W1、47W2、弯曲面；CL1、轴线；CL2、（接地电极的）中心轴线。

Claims (9)

1.一种火花塞，其特征在于，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，其插入设置于上述轴孔的顶端侧；

筒状的主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及

接地电极，其配置于上述主体金属外壳的顶端部，在上述接地电极与上述中心电极之间形成间隙；

上述接地电极由含有93质量%以上的镍（Ni）的金属形成，

并且，在沿着与上述接地电极的中心轴线正交的方向上的任意的截面中，上述接地电极的截面积为2.0mm²以下，

将上述接地电极的硬度设为维氏硬度130Hv以上且260Hv以下。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

将上述接地电极的硬度设为维氏硬度150Hv以上且240Hv以下。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

在将上述接地电极的与上述接地电极的中心轴线正交的截面中的最大截面积设为S（mm²），并将上述接地电极的沿上述中心轴线的长度设为L（mm）时，L／S（1／mm）为3以上且10以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述接地电极在与上述中心电极侧的平面相反一侧的背面具有凸状的弯曲面。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述接地电极在位于上述中心电极侧的平面与其相反侧的平面之间的两侧表面具有凸状的弯曲面。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的火花塞，其特征在于，

在将上述接地电极的厚度设为T（mm），将上述接地电极的宽度设为W（mm）时，T／W为0.6以上。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述接地电极含有一种以上的稀土类元素，

稀土类元素的总含有量为0.05质量%以上且0.45质量%以下。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述接地电极中的至少一部分的表面由镀层覆盖。

9.一种火花塞的制造方法，其是权利要求1～8中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

该制造方法包括形成成为上述接地电极的接地电极用金属构件的金属构件形成工序，

在上述金属构件形成工序中包括：

软化工序，对由含有93质量%以上的Ni的金属构成的中间构件实施热处理，使上述中间构件的硬度下降；以及

硬化工序，在上述软化工序之后对上述中间构件实施塑性加工，使上述中间构件的硬度上升，从而获得上述接地电极用金属构件。

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