CN103597677A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

一种火花塞，电极是具有被覆部分和芯部分的结构，抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。上述火花塞具有中心电极以及与中心电极之间形成间隙的接地电极，中心电极及接地电极中的至少一方具有被覆部分和芯部分，该芯部分由被覆部分覆盖，且由热膨胀率与被覆部分的热膨胀率不同的材料构成。在芯部分的前端部形成有凹部和凸部。凸部构成为，在通过电极前端面的重心且通过凸部的剖面上，被通过凸部的二等分线的方向上距凸部的前端起0.2毫米的点且与二等分线垂直的线包围的凸部的面积，小于将凸部的前端、以及凸部的轮廓线和垂直于二等分线的线的交点连接起来形成的三角形的面积。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种具备中心电极及接地电极的火花塞，尤其涉及中心电极及接地电极中的至少一方具有被覆部分和芯部分的结构的火花塞。

背景技术

汽油发动机等内燃机的点火中所使用的火花塞一般具备中心电极、设置在中心电极的外侧的绝缘体、设置在绝缘体的外侧的主体配件、安装在主体配件上从而与中心电极之间形成用于火花放电的间隙(放电间隙)的接地电极(还称为“外侧电极”)。另外，在以下说明中，将上述间隙侧称为中心电极或接地电极的“前端侧”，将与“前端侧”相反的一侧称为“后端侧”。

公知如下结构的火花塞，即中心电极及接地电极(以下，统称为“电极”)中的至少一方具有由预定的材料(例如镍或镍合金)形成的被覆部分、以及由热膨胀率与被覆部分的热膨胀率不同的材料(例如铜)形成且由被覆部分覆盖的芯部分(例如参照专利文献1、2)。在这种火花塞中，作为芯部分的材料，选择导热性高的材料，从而能够提高电极的散热性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-206376号公报

专利文献2：日本特开2008-130463号公报

发明内容

发明要解决的课题

在火花塞的电极为具有被覆部分和芯部分的结构的情况下，在暴露于冷热循环中来使用时，由于被覆部分与芯部分的热膨胀率不同，存在在电极的前端侧的被覆部分与芯部分的边界附近产生间隙(以下还称为“前端间隙”)可能性。若在电极中产生前端间隙，则从被覆部分到芯部分的热传导受到阻碍，电极的散热性能下降，因此存在发生在芯部分产生气孔(Void)、因电极膨胀而导致电极及其他部件破损的不良情况的可能性。近年来，为了实现火花塞的细径化，使电极细径化的要求升高，抑制产生前端间隙进一步成为大的课题。

本发明是为了解决上述课题而做出的，其目的在于，在中心电极及接地电极中的至少一方具有被覆部分以及由与热膨胀率与被覆部分的热膨胀率不同的材料构成的芯部分的结构的火花塞中，抑制随着使用而产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

用于解决课题的方案

为了解决上述问题中的至少一部分，本发明能够通过以下方式或适用例来实现。

[适用例1]一种火花塞，具有中心电极以及与上述中心电极之间形成间隙的接地电极，在将上述间隙侧设为上述中心电极或上述接地电极的前端侧时，上述中心电极及上述接地电极中的至少一方具有被覆部分和芯部分，该芯部分由上述被覆部分覆盖，且由热膨胀率与上述被覆部分的热膨胀率不同的材料构成，在上述芯部分的前端部形成有凹部和凸部，上述凸部构成为，在通过电极前端面的重心且通过上述凸部的剖面上，被通过上述凸部的二等分线的方向上距上述凸部的前端起0.2毫米处的点且与上述二等分线垂直的线包围的上述凸部的面积，小于将上述凸部的前端、以及上述凸部的轮廓线和垂直于上述二等分线的线的交点连接起来形成的三角形的面积。

[适用例2]根据适用例1所述的火花塞，其中，从上述芯部分的前端位置起在与直径垂直的方向上1毫米的位置处的上述芯部分的直径与从上述芯部分的上述前端位置起在与直径垂直的方向上5毫米的位置处的上述芯部分的直径之比为0.6以上。

[适用例3]根据适用例1或2所述的火花塞，其中，上述芯部分的前端位置处的径向的电极剖面积为3.5平方毫米以下。

[适用例4]根据适用例1至3中任一项所述的火花塞，其中，在上述芯部分形成有直径随着靠向后端侧而减小的缩径部。

[适用例5]根据适用例1至4中任一项所述的火花塞，其中，

作为上述中心电极及上述接地电极中的至少一方的径向的剖面，具有在通过剖面的中心的至少一条直线上依次排列有上述芯部分、上述被覆部分、上述芯部分、上述被覆部分及上述芯部分的剖面。

[适用例6]根据适用例5所述的火花塞，其中，作为上述中心电极及上述接地电极中的至少一方的径向的剖面，具有在通过剖面的中心的所有直线上依次排列有上述芯部分、上述被覆部分、上述芯部分、上述被覆部分及上述芯部分的剖面。

[适用例7]一种火花塞，具有中心电极以及与上述中心电极之间形成间隙的接地电极，在将上述间隙侧设为上述中心电极或上述接地电极的前端侧时，上述中心电极及上述接地电极中的至少一方具有被覆部分和芯部分，该芯部分由上述被覆部分覆盖，且由热膨胀率与上述被覆部分的热膨胀率不同的材料构成，在上述芯部分的前端部形成有凹部，在上述芯部分形成有直径随着靠向后端侧而减小的缩径部。

[适用例8]根据适用例7所述的火花塞，其中，从上述芯部分的前端位置起在与直径垂直的方向上1毫米的位置处的上述芯部分的直径与从上述芯部分的上述前端位置起在与直径垂直的方向上5毫米的位置处的上述芯部分的直径之比为0.6以上。

[适用例9]根据适用例7或8所述的火花塞，其中，上述芯部分的前端位置处的径向的电极剖面积为3.5平方毫米以下。

[适用例10]根据适用例7至9中任一项所述的火花塞，其中，作为上述中心电极及上述接地电极中的至少一方的径向的剖面，具有在通过剖面的中心的至少一条直线上依次排列有上述芯部分、上述被覆部分、上述芯部分、上述被覆部分及上述芯部分的剖面。

[适用例11]根据适用例10所述的火花塞，其中，作为上述中心电极及上述接地电极中的至少一方的径向的剖面，具有在通过剖面的中心的所有直线上依次排列有上述芯部分、上述被覆部分、上述芯部分、上述被覆部分及上述芯部分的剖面。

另外，本发明能够通过各种方式来实现，例如能够通过火花塞、火花塞用的中心电极、火花塞用的接地电极、以及他们的制造方法等方式来实现。

发明效果

在适用例1所记载的火花塞中，在芯部分的前端部形成有凹部和凸部，因此芯部分与被覆部分的接触面积比较大，在两者之间形成比较多的扩散层。此外，所形成的凸部构成为，在通过电极前端面的重心且通过该凸部的剖面上，被通过凸部的二等分线的方向上距凸部的前端起0.2毫米的点且与二等分线垂直的线包围的凸部的面积，小于将凸部的前端、以及凸部的轮廓线和垂直于二等分线的线的交点连接起来形成的三角形的面积，因此这样的凸部(小凸部)对被覆部分发挥像楔那样的作用。因此，在该火花塞中，即使是在暴露于冷热循环来使用时，也能够抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

在适用例2所记载的火花塞中，电极的前端侧处的芯部分的体积比较大，因此电极的散热性能高，能够良好地抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

在适用例3所记载的火花塞中，在热容量小、容易因冷热循环而产生前端间隙的剖面积为3.5平方毫米以下的电极中，能够抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

在适用例4所记载的火花塞中，缩径部对被覆部分发挥像防脱部那样的作用，并且由于存在缩径部，因此芯部分与被覆部分的接触面积进一步增大，所以能够良好地抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

在适用例5所记载的火花塞中，芯部分与被覆部分的接触面积进一步增大，并且在径向剖面的比较大的范围内形成有上述小凸部，因此能够更良好地抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

在适用例6所记载的火花塞中，芯部分与被覆部分的接触面积进一步增大，并且在径向剖面的全周的大范围内形成有上述小凸部，因此能够非常良好地抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

在适用例7所记载的火花塞中，在芯部分的前端部形成有凹部，因此芯部分与被覆部分的接触面积比较大，在两者之间形成比较多的扩散层。此外，在芯部分形成有直径随着靠向后端侧而减小的缩径部，因此缩径部对被覆部分发挥像防脱部那样的作用，并且由于存在缩径部，芯部分与被覆部分的接触面积进一步增大。因此，在该火花塞中，即使是在暴露于冷热循环来使用时，也能够抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

在适用例8所记载的火花塞中，电极的前端侧处的芯部分的体积比较大，因此电极的散热性能高，能够良好地抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

在适用例9所记载的火花塞中，在热容量小、容易因冷热循环而产生前端间隙的剖面积为3.5平方毫米以下的电极中，能够抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

在适用例10所记载的火花塞中，芯部分与被覆部分的接触面积进一步增大，因此能够非常良好地抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

在适用例11所记载的火花塞中，芯部分与被覆部分的接触面积进一步增大，因此能够非常良好地抑制产生被覆部分与芯部分之间的间隙。

附图说明

图1是表示本发明的实施例的火花塞100的结构的说明图。

图2是表示火花塞100用的中心电极20的详细结构的说明图。

图3是表示火花塞100用的中心电极20的详细结构的说明图。

图4是表示芯部分25的前端部附近处的中心电极20的详细结构的说明图。

图5是表示小凸部和大凸部的区别的说明图。

图6是表示中心电极20的其他实施例的说明图。

图7是表示中心电极20的其他实施例的说明图。

图8是表示本实施例的中心电极20的制造方法的流程图。

图9是表示本实施例的中心电极20的制造方法的说明图。

图10是表示本实施例的中心电极20的制造方法的说明图。

图11是表示本实施例的中心电极20的制造方法的说明图。

图12是表示中心电极20的性能评价结果的一例的说明图。

图13是表示中心电极20的性能评价结果的一例的说明图。

图14是表示比较例的中心电极20的结构的说明图。

图15是表示产生了前端间隙TG的中心电极20的一例的说明图。

图16是表示变形例的中心电极20的详细结构的说明图。

图17是表示变形例的接地电极30的结构的说明图。

图18是表示变形例的接地电极30的结构的说明图。

具体实施方式

接着，根据实施例按以下顺序说明本发明的实施方式。A.实施例：A-1.火花塞的结构：A-2.火花塞用中心电极的详细结构：A-3.火花塞用中心电极的制造方法：A-4.性能评价：B.变形例：

A.实施例：A-1.火花塞的结构：图1是表示本发明的实施例的火花塞100的结构的说明图。在图1中，在火花塞100的中心轴即轴线OL的右侧表示火花塞100的侧面结构，在轴线OL的左侧表示火花塞100的剖面结构。另外，以下将后述的放电间隙DG(用于火花放电的间隙)侧称为火花塞100及中心电极20的前端侧，将与前端侧相反的一侧称为后端侧。

如图1所示，火花塞100具备绝缘子10、中心电极20、接地电极(外侧电极)30、端子配件40及主体配件50。中心电极20由绝缘子10来保持，绝缘子10由主体配件50来保持。接地电极30安装在主体配件50的前端侧，端子配件40安装在绝缘子10的后端侧。

绝缘子10是在中心形成有容纳中心电极20及端子配件40的贯通孔即轴孔12的筒状的绝缘体，例如烧制以氧化铝为代表的陶瓷材料而形成。在绝缘子10的沿着轴线OL方向的中央附近，形成有外径比其他部分大的中央主体部19。在比中央主体部19更靠后端侧，形成有对端子配件40与主体配件50之间进行绝缘的后端侧主体部18。在比中央主体部19更靠前端侧形成有前端侧主体部17，在比前端侧主体部17更靠前端侧，形成有外径比前端侧主体部17小的长腿部13。

主体配件50是包围并保持绝缘子10的从后端侧主体部18的一部分到长腿部13的部位的大致圆筒形状的配件，例如由被称为低碳钢的金属形成。主体配件50具有大致圆筒形状的螺纹部52，在螺纹部52的侧面，形成有在发动机缸盖上安装火花塞100时螺合于发动机缸盖的螺纹孔的螺纹牙。主体配件50的前端侧的端面即前端面57为中空圆形状，从前端面57的中空部分突出有绝缘子10的长腿部13的前端。主体配件50还具有在将火花塞100安装于发动机缸盖时供工具嵌合的工具卡合部51、以及在螺纹部52的后端侧形成为凸缘状的密封部54。在密封部54与发动机缸盖之间嵌入有弯折板体而形成的环状的衬垫5。工具卡合部51为例如六边形剖面形状。

中心电极20是具有被覆部分21和由被覆部分21覆盖的芯部分25的大致棒状形状的电极。作为芯部分25的材料，使用导热性比被覆部分21的材料优异的材料。因此，由于芯部分25的存在，中心电极20的散热性能提高。此外，芯部分25的材料的热膨胀率与被覆部分21的材料不同。在本实施例中，作为被覆部分21的材料，使用以镍为主要成分的镍合金，作为芯部分25的材料，使用铜或以铜为主要成分的合金。中心电极20以被覆部分21的前端侧从绝缘子10的长腿部13的轴孔12突出的状态容纳在绝缘子10的轴孔12内，经由陶瓷电阻3及密封体4与设置在绝缘子10的后端的端子配件40电连接。另外，在中心电极20的前端，为了提高耐火花消耗性及耐氧化消耗性，例如也可以接合有由贵金属形成的电极端头。

接地电极30是弯曲的大致棒状形状的电极。接地电极30的一个端部即基端部37接合在主体配件50的前端面57上，另一个端部即前端部38弯曲成与中心电极20的前端部相对。在接地电极30的前端部38与中心电极20的前端部之间，形成有用于火花放电的间隙(放电间隙DG)。另外，在接地电极30的前端部38的与中心电极20相对的一侧，为了提高耐火花消耗性及耐氧化消耗性，例如也可以接合由贵金属形成的电极端头。

A-2.火花塞用中心电极的详细结构：图2及图3是表示火花塞100用的中心电极20的详细结构的说明图。在图2中，在轴线OL的右侧表示中心电极20的侧面结构，在轴线OL的左侧表示与中心电极20的轴线OL平行的剖面(更具体的是包含轴线OL的剖面)的结构。此外，图3表示图2的A-A位置处的与轴线OL正交的剖面(即径向的剖面)的结构。如图2所示，中心电极20是沿着轴线OL延伸的大致棒状形状的电极。此外，如图3所示，中心电极20的径向的剖面形状为圆形。在本实施例中，中心电极20的芯部分25的前端位置处的径向剖面的直径R1为2.1毫米以下。即，该位置处的中心电极20的径向的剖面积为3.5平方毫米以下。这样，本实施例的中心电极20是直径比较细的电极。另外，在中心电极20上，像最前端部分及支撑部27那样还存在具有与芯部分25的前端位置处的直径不同的直径的部分。

如图2及图3所示，本实施例的中心电极20具有被覆部分21覆盖芯部分25的结构。在此，被覆部分21覆盖芯部分25是指，芯部分25的外表面的至少一部分由被覆部分21覆盖。在本实施例中，被覆部分21覆盖芯部分25的前端部及侧部，但芯部分25的后端侧的端面没有由被覆部分21覆盖而是露出。

在中心电极20的后端附近，形成有向与轴线OL正交的方向突出的凸缘形状的支撑部27。如图1所示，中心电极20的支撑部27支撑在绝缘子10的轴孔12内的前端侧主体部17与长腿部13的边界的台阶上。

图4是表示芯部分25的前端部附近处的中心电极20的详细结构的说明图。图4(a)表示芯部分25的前端部附近处的中心电极20的与轴线OL平行的剖面(包含轴线OL的剖面)的结构，图4(b)表示图4(a)的B-B位置处的与轴线OL正交的剖面(径向的剖面)的结构。

如图4(a)及图4(b)所示，芯部分25的前端部为凹凸形状。具体地说，在芯部分25的前端部形成有前端凹部DPt，夹着前端凹部DPt而形成有凸部(中央凸部CPm及缘部凸部CPe)。中央凸部CPm形成在芯部分25的前端部的中央附近(轴线OL附近)，缘部凸部CPe形成在芯部分25的前端部的周缘。另外，在芯部分25的前端部所形成的凹部的深度d优选为0.1毫米以上，更优选为0.2毫米以上。

如图4(b)所示，中心电极20的B-B位置处的与轴线OL正交的剖面(径向的剖面)是在通过剖面的中心CG(在本实施例中为轴线OL上的点)的所有直线上依次排列有芯部分25、被覆部分21、芯部分25、被覆部分21及芯部分25的剖面。这表示具有以缘部凸部CPe包围中央凸部CPm的方式围绕轴线OL而360度连续的部分。另外，缘部凸部CPe的沿着轴线OL方向的高度不需要在360度上一定。例如，在中心电极20的比B-B位置更靠前端侧的位置处的径向剖面上，缘部凸部CPe也可以不360度连续围绕轴线OL而是被切断，或者缘部凸部CPe也可以被分割为多个部分。

在此，在本说明书中，芯部分25的前端的凸部CP分为小凸部和大凸部。图5是表示小凸部和大凸部的区别的说明图。图5表示通过中心电极20的前端面的重心(在本实施例中为轴线OL上的点)且通过凸部CP的芯部分25的剖面。在图5所示的剖面中，表示有隔着前端凹部DPt的两个凸部CP(凸部CP(1)及凸部CP(2))。在此，如图5所示，第一个凸部CP(1)满足以下条件1。在本说明书中，将这种满足条件1的凸部CP称为小凸部。<条件1>在通过中心电极20的前端面的重心且通过凸部CP的芯部分25的至少一个剖面上，被通过该凸部CP的二等分线BL的方向上距凸部CP的前端P0的距离为H1(=0.2毫米)的点且与二等分线BL垂直的线PL包围的凸部CP的面积，小于将凸部CP的前端P0、以及凸部CP的轮廓线和垂直于二等分线BL的线PL的交点P1、P2连接起来形成的三角形(三角形P0-P1-P2)的面积。

而第二个凸部CP(2)不满足条件1。在本说明书中，将这种不满足条件1的凸部CP称为大凸部。小凸部还可以表现为细的凸部或尖锐的凸部，大凸部还可以表现为粗的凸部或厚钝的凸部。

在图4所示的中心电极20中，形成在芯部分25的前端部的凸部中，缘部凸部CPe的至少一部分为小凸部。即，在通过轴线OL上的点且通过凸部CP的芯部分25的至少一个剖面上，缘部凸部CPe满足上述条件1。另外，中央凸部CPm为大凸部。

此外，在图4所示的中心电极20中，在芯部分25上形成有缩径部SR。缩径部SR是直径随着朝向后端侧而减小的部分。即，芯部分25在比直径为W0的缩径部SR靠前端侧具有直径大于W0的部分(在图4的例子中为缘部凸部CPe的部分)。

此外，在图4所示的中心电极20的芯部分25中，与后端侧相比，前端侧的体积减小的程度被抑制。具体地说，从芯部分25的前端位置PT起在轴线OL方向上距离L1(=1毫米)的位置处的芯部分25的直径W1与从芯部分25的前端位置PT起在轴线OL方向(与中心电极20的直径垂直的方向)上距离L2(=5毫米)的位置处的芯部分25的直径W2之比(以下称为“直径比W1/W2”)为0.6以上。

图6是表示中心电极20的其他实施例的说明图。在图6中，与图4(a)同样表示芯部分25'的前端部附近处的与中心电极20'的轴线OL平行的剖面(包含轴线OL的剖面)的结构。图6所示的中心电极20'与图4所示的中心电极20同样，径向的剖面形状为直径R1(R1为2.1毫米以下)的圆形，具有被覆部分21'覆盖芯部分25'的结构。此外，芯部分25'的前端部为凹凸形状。但是，在图6所示的中心电极20'中，在芯部分25'的前端部，虽然形成有前端凹部DPt和夹着前端凹部DPt的缘部凸部CPe，但是在芯部分25'的前端部的中央附近(轴线OL附近)没有形成凸部。在缘部凸部CPe内，图6的剖面的轴线OL的右侧所示的部分为小凸部。此外，在图6所示的中心电极20'中，与图4所示的中心电极20同样，直径比W1/W2为0.6以上。另外，在图6所示的中心电极20'中，在芯部分25'上没有形成缩径部SR。另外，在本说明书中，在将各实施例及比较例彼此区别来进行说明时，各构成要素的标号的末尾附加“'”等区别记号，在对各实施例及比较例共同进行说明时，适当省略上述区别记号。

图7是表示中心电极20的其他实施例的说明图。在图7中，与图4(a)同样表示芯部分25″的前端部附近处的与中心电极20″的轴线OL平行的剖面(包含轴线OL的剖面)的结构。图7所示的中心电极20″与图4所示的中心电极20同样，径向的剖面形状为直径R1(R1为2.1毫米以下)的圆形，具有被覆部分21″覆盖芯部分25″的结构。此外，芯部分25″的前端部为凹凸形状。但是，在图7所示的中心电极20″中，在芯部分25″的前端部，虽然形成有前端凹部DPt和夹着前端凹部DPt的缘部凸部CPe，但是在芯部分25″的前端部的中央附近(轴线OL附近)没有形成凸部。缘部凸部CPe为大凸部。此外，在图7所示的中心电极20″中，与图4所示的中心电极20同样，直径比W1/W2为0.6以上。此外，在图7所示的中心电极20″中，在芯部分25″上形成有直径随着靠向后端侧而减小的缩径部SR。

A-3.火花塞用中心电极的制造方法：图8是表示本实施例的中心电极20的制造方法的流程图。此外，图9至图11是表示本实施例的中心电极20的制造方法的说明图。在制造中心电极20时，首先，准备最初作为原始部件的工件W(步骤S110)。图9表示制造本实施例的中心电极20时使用的工件W的结构。在图9中，在工件W的中心轴即工件轴线WA的右侧表示工件W的侧面结构，在工件轴线WA的左侧表示工件W的剖面结构。

工件W形成为以工件轴线WA为中心的柱状形状。如上所述，本实施例的中心电极20由于由被覆部分21和芯部分25构成，因此工件W由作为被覆部分21的形成材料的被覆材料28和作为芯部分25的形成材料的芯材料29构成。被覆材料28覆盖芯材料29的一个端面即第一端面EF1和与第一端面EF1连续的侧面的至少一部，但不覆盖芯材料29的另一个端面即第二端面EF2。即，工件W在第二端面EF2一侧，被覆材料28的端面被芯材料29覆盖。另外，在以下说明中，将工件W的第一端面EF1侧(被覆材料28形成端部的一侧)称为被覆侧，将第二端面EF2侧(芯材料29形成端部的一侧)称为芯侧。另外，图9所示结构的工件W的制造方法例如日本特开平4-294085号公报中所记载那样是公知的，因此在此省略说明。

接着，使用模具Ca1对工件W进行第一回挤压成型(第一次挤压成型)，制造出第一次成型体M1(图8的步骤S120)。如图10(a)及图10(b)所示，第一次挤压成型中所使用的模具Ca1具有内部孔IO，内部孔IO具有小径孔部SO和直径比小径孔部SO大的大径孔部LO。在进行第一次挤压成型时，将工件W从芯侧插入到模具Ca1的大径孔部LO内插入(图10(a))，用冲头Pu1向小径孔部SO侧进行挤压成型(图10(b))。通过第一次挤压成型制造的第一次成型体M1包括具有与模具Ca1的小径孔部SO的内径大致相同的外径的小径部分、以及从小径孔部露出的大径部分GP1。此外，如图10(b)所示，通过第一次挤压成型，在第一次成型体M1上，在芯材料29的被覆侧端部形成会成为前端凹部DPt及缘部凸部CPe(参照图4(a))的部位(凹凸形状)。此外，通过第一次挤压成型，存在在第一次成型体M1的芯材料29上形成会成为缩径部SR的部位的情况。另外，通过使用剖面减少率(小径孔部SO的剖面积/大径孔部LO的剖面积)为50%以上的模具Ca1进行第一次挤压成型，能够以一定以上的概率形成会成为前端凹部DPt及缘部凸部CPe的部位及会成为缩径部SR的部位。

此外，第一次成型体M1在芯侧的端部，被覆材料28的端面与从被覆材料28突出的芯材料29的部分的表面分离，在两者之间存在空隙GA。例如，通过对插入到模具Ca之前的工件W实施热处理，并调整热处理条件来调整芯材料29与被覆材料28的边界的扩散层的厚度(例如，扩散层的厚度调整为5μm左右)，由此能够形成该空隙GA。这样，第一次挤压成型以在第一次成型体M1上形成空隙GA的方式进行，因此在第一次成型体M1的被覆侧的端部，通过芯材料29按压被覆材料28的端面，能够抑制在芯侧的端部的芯材料29与被覆材料28的边界附近产生空隙。在第一次挤压成型之后，推出第一次成型体M1而从模具Ca1取出。

接着，反转所取出的第一次成型体M1的朝向(图8的步骤S130)，如图10(c)所示，切断第一次成型体M1的芯侧(步骤S140)。进行该切断时的切断线CL1是第一次成型体M1的芯侧的被覆材料28的端面附近。

接着，再次反转第一次成型体M1的朝向(图8的步骤S150)，将第一次成型体M1作为工件，进行使用模具Ca2的第二回挤压成型(第二次挤压成型)，制造出第二次成型体M2(步骤S160)。如图11(a)及图11(b)所示，在第二次挤压成型中所使用的模具Ca2与在第一次挤压成型中所使用的模具Ca1同样，具有内部孔IO，内部孔IO具有小径孔部SO和直径比小径孔部SO大的大径孔部LO。在进行第二次挤压成型时，与第一次挤压成型同样，将作为工件的第一次成型体M1从芯侧插入到模具Ca2的大径孔部LO内(图11(a))，用冲头Pu2向小径孔部SO侧进行挤压成型(图11(b))。通过第二次挤压成型制造的第二次成型体M2包括具有与模具Ca2的小径孔部SO的内径大致相同的外径的小径部分、以及从小径孔部露出的大径部分GP2。此外，如图11(b)所示，在第二次成型体M2上，维持有通过第一次挤压成型形成的会成为前端凹部DPt及缘部凸部CPe的部位(凹凸形状)及会成为缩径部SR的部位。在第二次挤压成型之后，推出第二次成型体M2而从模具Ca2取出。

接着，如图11(c)所示，切断所取出的第二次成型体M2的被覆侧(图8的步骤S170)。进行该切断时的切断线CL2设定为从第二次成型体M2的被覆侧的芯材料29的前端到被覆材料28的前端为止的距离成为预定的距离。该预定的距离是根据要制造的中心电极20的前端侧的结构(图2)来预先设定的。

接着，进行第二次成型体M2的被覆侧的毛边处理(图8的步骤S180)。在对第二次成型体M2进行切断处理(步骤S170)时，存在在切断面上产生沿着切断方向(即与轴方向大致垂直的方向)的毛边的情况。毛边处理是去除该产生的毛边或将毛边的方向修正为与轴方向平行的方向的处理。

接着，反转第二次成型体M2的朝向(图8的步骤S190)，如图11(d)所示，作为最终工序，在第二次成型体M2上形成支撑部27。该支撑部27的形成例如是通过使用模具对切断工序后的第二次成型体M2进行挤压成型来执行的。在进行该挤压成型时，还进行使第二次成型体M2的最前端部的直径稍微变细(压缩)的加工。由此，如图11(d)所示，在成型体上，在芯材料29的被覆侧端部形成中央凸部CPm(参照图4(a))。另外，在进行用于形成支撑部27的挤压成型时，不一定必须进行使第二次成型体M2的最前端部的直径变细的加工，因此不一定必须在成型体上形成中央凸部CPm。通过成型出支撑部27，完成中心电极20的制造。另外，在成型出支撑部27之后存在进行例如切削加工及端头接合加工的情况。此时，通过支撑部27的成型，完成会成为中心电极20的中心电极中间体的制造。

通过以上说明的制造方法，能够制造出如下中心电极20：在图4所示的中心电极20即芯部分25的前端部形成有中央凸部CPm、缘部凸部CPe及前端凹部DPt，具有缘部凸部CPe围绕轴线OL而360度连续的部分，缘部凸部CPe的至少一部分为小凸部，在芯部分25上形成有缩径部SR，直径比W1/W2的值为0.6以上。但是，根据使用材料及各部的尺寸、各工序的条件等，在所制造的中心电极20中，会不形成中央凸部CPm(图6、7)，或没有缘部凸部CPe围绕轴线OL而360度连续的部分，或缘部凸部CPe成为大凸部(图7)，或不形成缩径部SR(图6)，或直径比W1/W2的值小于0.6。

A-4.性能评价：以上述实施例的中心电极20及以下说明的比较例的中心电极20为对象，实施性能评价。图12及图13是表示中心电极20的性能评价结果的一例的说明图。

图14是表示比较例的中心电极20的结构的说明图。在图14中，与图4(a)同样表示芯部分25″′的前端部附近处的与中心电极20″′的轴线OL平行的剖面(包含轴线OL的剖面)的结构。比较例的中心电极20″′通过与上述实施例的中心电极20的制造方法不同的方法制造出来。具体地说，在比较例的中心电极20″′的制造方法中，在进行挤压成型(图8的步骤S120及S160)时，工件W及成型体M不是像上述实施例那样从芯侧插入到模具Ca中，而是从被覆侧插入到模具Ca中。因此，由于挤压成型，工件W及成型体M的芯材料29为直径越靠向被覆侧端部而越小的前端变细的形状，其结果，如图14所示，在中心电极20″′的前端侧，芯部分25″′成为前端变细的形状(直径比W1/W2的值小于0.6)。此外，在比较例的中心电极20″′中，在芯部分25″′的前端部没有形成凹部(即，芯部分25″′的前端部为一个凸形状)，也不形成缩径部SR。

图12表示以中心电极20的芯部分25的前端位置处的径向的剖面积和芯部分25的前端形状的组合不同的14个试样(试样No.1-14)为对象的第一冷热试验的结果。试样的中心电极20的径向剖面积为4.2平方毫米、3.8平方毫米、3.5平方毫米、3.1平方毫米这4种。此外，试样的中心电极20的芯部分25的前端形状为图12中所示的类型1-4这4种。前端形状的类型1是相当于图14所示的比较例的中心电极20″′的芯部分25″′的形状。前端形状的类型2是如下形状：形成有前端凹部DPt和缘部凸部CPe，没有形成中央凸部CPm，缘部凸部CPe为大凸部且没有形成缩径部SR。前端形状的类型3是如下形状：形成有前端凹部DPt、中央凸部CPm及缘部凸部CPe，缘部凸部CPe及中央凸部CPm为大凸部且没有形成缩径部SR。前端形状的类型4是如下形状(相当于图6的实施例)：形成有前端凹部DPt和缘部凸部CPe，没有形成中央凸部CPm，缘部凸部CPe的至少一部分为小凸部且没有形成缩径部SR。

在第一冷热试验中，在试样No.8的中心电极20的前端温度达到摄氏800度的温度设定下，将燃烧器对中心电极20的前端部分的2分钟的加热和1分钟的冷却反复进行1000个循环之后，通过目视及显微镜(倍率：30倍)观察中心电极20的剖面，判定在前端侧的被覆部分21与芯部分25之间是否产生了间隙(前端间隙TG)。在判定中，将没有产生前端间隙TG的情况设为○，将产生了小的前端间隙TG(0.1毫米以下的间隙)的情况设为△，将产生了大的前端间隙TG(大于0.1毫米的间隙)的情况设为×。图15是表示产生了前端间隙TG的中心电极20的一例的说明图。图15(a)表示产生了小的前端间隙TG的中心电极20″′的一例，图15(b)表示产生了大的前端间隙TG的中心电极20″′的一例。

在第一冷热试验中，如图12所示，在中心电极20的芯部分25的前端位置处的径向的剖面积大于3.5平方毫米的试样(试样No.1-7)中，无论芯部分25的前端形状为什么类型，都没有产生前端间隙TG。而在中心电极20的径向剖面积为3.5平方毫米以下的试样(试样No.8-14)中，在前端形状为类型1的试样(试样No.8、12)中产生了大的前端间隙TG。中心电极20的径向剖面积越小，热容量越小，因此由于冷热循环而容易产生前端间隙TG。从第一冷热试验的结果可知，在中心电极20的径向剖面积大于3.5平方毫米的情况下，与芯部分25的前端形状无关地，产生前端间隙TG的问题少，在中心电极20的径向剖面积为3.5平方毫米以下的情况下，产生前端间隙TG的问题多。

此外，根据第一冷热试验的结果还可知，若中心电极20的芯部分25的前端部为凹凸形状(若在前端部形成有凹部及凸部)，则与芯部分25的前端部不是凹凸形状(前端部为一个凸形状)的情况相比，抑制了产生前端间隙TG。可以认为，若中心电极20的芯部分25的前端部为凹凸形状，则芯部分25与被覆部分21的接触面积比较大，在两者之间形成比较多的扩散层，因此抑制了产生前端间隙TG。

图13表示以中心电极20的径向剖面积均共同设为3.5平方毫米、但芯部分25的前端形状、直径比W1/W2的值、小凸部的有无不同的10个试样(试样No.15-24)为对象的第二冷热试验的结果。第二冷热试验的试样的芯部分25的前端形状为类型1-6这6种。前端形状的类型1-4与上述第一冷热试验中的类型1-4相同。前端形状的类型5是如下形状(相对于图7的实施例)：形成有前端凹部DPt及缘部凸部CPe，没有形成中央凸部CPm，缘部凸部CPe为大凸部且形成有缩径部SR。前端形状的类型6是如下形状(相对于图4的实施例)：形成有前端凹部DPt、中央凸部CPm及缘部凸部CPe，缘部凸部CPe的至少一部分为小凸部且形成有缩径部SR。另外，前端形状为类型1-3、5的试样没有小凸部，前端形状为类型4、6的试样具有小凸部。

在第二冷热试验中，在试样No.15的中心电极20的前端温度达到摄氏850度的温度设定下，将燃烧器对中心电极20的前端部分的2分钟的加热和1分钟的冷却反复进行1000个循环、1500个循环、2000个循环的各阶段，通过目视及显微镜观察中心电极20的剖面，判定在前端侧的被覆部分21与芯部分25之间是否产生了前端间隙TG。这样，第二冷热试验是在比上述第一冷热试验严酷的条件下调查是否产生前端间隙TG的试验。

在第二冷热试验中，如图13所示，在前端形状为类型1的试样(试样No.15、16)及前端形状为类型2且直径比W1/W2的值为0.5的试样(试样No.17)中，在1000个循环的阶段产生了大的前端间隙TG。此外，在前端形状为类型2且直径比W1/W2的值为0.6的试样(试样No.18)及前端形状为类型3且直径比W1/W2的值为0.6的试样(试样No.19)中，在1000个循环的阶段产生了小的前端间隙TG，在1500个循环的阶段产生了大的前端间隙TG。从该结果可知，在前端形状为类型1-3的情况下，与直径比W1/W2的值无关地，前端间隙TG的发生成为较大的问题。

此外，在前端形状为类型4的试样中直径比W1/W2的值为0.5的试样(试样No.20)中，在1000个循环的阶段没有产生前端间隙TG，在1500个循环的阶段产生了小的前端间隙TG，而在2000个循环的阶段也只是产生了小的前端间隙TG。此外，在前端形状为类型4的试样中直径比W1/W2的值为0.6的试样(试样No.21)中，到1500个循环的阶段为止没有产生前端间隙TG，在2000个循环的阶段也只是产生了小的前端间隙TG。从该结果可知，若在芯部分25的前端部形成有凹部及凸部，且凸部的至少一部分为小凸部，则能够抑制产生前端间隙TG。认为这是因为，除了通过芯部分25的前端部的凹凸形状而获得的芯部分25与被覆部分21的接触面积增大效果之外，芯部分25的小凸部对被覆部分21发挥像楔那样的作用。此外，还可知若直径比W1/W2的值大(例如为0.6以上)，则能够更良好地抑制产生前端间隙TG。认为这是因为，直径比W1/W2的值越大，中心电极20的前端侧的芯部分25的体积越大，中心电极20的散热性能越高。

此外，在前端形状为类型5的试样中直径比W1/W2的值为0.5的试样(试样No.22)中，在1000个循环的阶段没有产生前端间隙TG，在1500个循环的阶段产生了小的前端间隙TG，而在2000个循环的阶段也只是产生了小的前端间隙TG。此外，在前端形状为类型5的试样中直径比W1/W2的值为0.7的试样(试样No.23)中，到1500个循环的阶段为止没有产生前端间隙TG，在2000个循环的阶段也只是产生了小的前端间隙TG。从该结果可知，若在芯部分25的前端部形成有凹部及凸部、且还形成有缩径部SR，则能够抑制产生前端间隙TG。认为这是因为，除了通过芯部分25的前端部的凹凸形状而获得的芯部分25与被覆部分21的接触面积增大效果之外，芯部分25的缩径部SR作为对被覆部分21形成的防脱部而发挥作用，并且有助于被覆部分21与芯部分25的接触面积的增大。此外，还可知若直径比W1/W2的值大(例如为0.7以上)，则能够更良好地抑制产生前端间隙TG。认为这是因为，直径比W1/W2的值越大，中心电极20的前端侧的芯部分25的体积越大，中心电极20的散热性能越高。

此外，在前端形状为类型6的试样(试样No.24)中，即使在2000个循环的阶段也没有产生前端间隙TG。从该结果可知，只要在芯部分25的前端部形成有凹部及凸部、凸部的至少一部分为小凸部、形成有缩径部SR、此外中心电极20作为与轴线OL正交的剖面(径向的剖面)而具有在通过剖面的中心CG的至少一条直线上依次排列有芯部分25、被覆部分21、芯部分25、被覆部分21及芯部分25的剖面，就能够非常良好地抑制产生前端间隙TG。认为这是因为，若芯部分25为这样的形状，则被覆部分21与芯部分25的接触面积进一步增大，并且在径向剖面的比较的大的范围内发挥小凸部的楔效果及缩径部SR的防脱效果。

B.变形例：另外，本发明不限于上述实施例及实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实施，例如还能够进行以下变形。

上述实施例中的火花塞100及其构成部件即中心电极20的结构仅是一例，能够进行各种变形。例如，在上述实施例中，中心电极20为由被覆部分21和芯部分25的双层结构，但例如中心电极20也可以是芯部分25为双层结构(例如，由铜形成的外侧部分覆盖有由镍合金形成的内侧部分的结构)的总计3层结构。或者，中心电极20也可以是4层以上的结构。此外，中心电极20的各层的材料不限于上述实施例中所记载的材料。另外，制造中心电极20时的原始部件即工件W的结构及材料当然也不限于上述实施例中所记载的结构及材料。

此外，在中心电极20的芯部分25的前端位置处的径向剖面的直径R1大于2.1毫米(该位置处的中心电极20的径向的剖面积大于3.5平方毫米)的情况下也能够获得本发明的效果，但是如上述实施例所示，在直径R1为2.1毫米以下(剖面积为3.5平方毫米以下)的情况下，容易因冷热循环而产生前端间隙TG，因此通过适用本发明，能够进一步发挥抑制产生前端间隙TG的效果。

此外，在直径比W1/W2的值大于0.6的情况下也能够获得本发明的效果，但是如上述实施例所示，通过将直径比W1/W2的值设为0.6以上，能够进一步发挥效果。

此外，在图4所示的实施例中，中心电极20作为与轴线OL正交的剖面(径向的剖面)而具有在通过剖面的中心CG的所有直线上依次排列有芯部分25、被覆部分21、芯部分25、被覆部分21及芯部分25的剖面(图4(b)的剖面)，但是中心电极20作为与轴线OL正交的剖面也可以具有在通过剖面的中心CG的至少一条直线上依次排列有芯部分25、被覆部分21、芯部分25、被覆部分21及芯部分25的剖面。图16是表示变形例中的中心电极20的详细结构的说明图。图16(a)及图16(b)表示与图4(b)对应的中心电极20的剖面结构。在图16(a)所示的变形例的中心电极20″″中，缘部凸部CPe没有围绕轴线OL而360度连续，是缺少一部分的形状，但是在例如通过图中的中心CG的垂直线上依次排列有芯部分25″″、被覆部分21″″、芯部分25″″、被覆部分21″″及芯部分25″″。此外，在图16(b)所示的变形例的中心电极20″″′中，缘部凸部CPe没有360度连续围绕轴线OL，而是分割为两个部分的形状，但是在例如通过图中的中心CG的垂直线上依次排列有芯部分25″″′、被覆部分21″″′、芯部分25″″′、被覆部分21″″′及芯部分25″″′。即使是图16所示的变形例的中心电极20，被覆部分21与芯部分25的接触面积也进一步增大，并且在径向剖面的比较大的范围发挥小凸部的楔效果及缩径部SR的防脱效果，因此也能够良好地抑制产生前端间隙TG。

此外，在上述实施例中，在制造中心电极20时，对工件W进行两次挤压成型之后形成支撑部27，但是在形成支撑部27之前执行的挤压成型的次数也可以是1次，也可以是3次以上。此外，在上述实施例中，切断成型体M1、M2来去除预定的范围，但是也可以代替切断而采用研磨等其他去除方法来去除预定的范围。此外，在上述实施例中，在对第二次成型体M2进行切断处理之后进行毛边处理，但是在对第一次成型体M1进行切断处理之后也可以进行毛边处理。此外，也可以不执行毛边处理。

此外，在上述实施例中，说明了将本发明适用于中心电极20的情况，但本发明还能够适用于接地电极30。图17及图18是表示变形例的接地电极30的结构的说明图。图17是表示接地电极30'的前端部38附近处的从中心电极20侧观察的侧面结构及剖面结构，图18表示图17的C-C位置处的与接地电极轴线SL正交的剖面的结构。如图17及图18所示，接地电极30'为具有被覆部分321和由被覆部分321覆盖的芯部分325的结构。芯部分325由热膨胀率与被覆部分321不同的材料形成。若将接地电极30'的靠近放电间隙DG的一侧设为前端侧，则在接地电极30'的芯部分325的前端部形成有前端凹部DPt以及夹着前端凹部DPt的中央凸部CPm及缘部凸部CPe，此外还形成有缩径部SR。在这样的接地电极30'中，与上述实施例的中心电极20的情况同样，能够抑制产生被覆部分321与芯部分325之间的前端间隙TG。

此外，上述实施方式的本发明的构成要素中除了适用例1中所记载的要素以外的要素是附加性的要素，能够适当省略或组合。

标号说明

3…陶瓷电阻

4…密封体

5…衬垫

10…绝缘子

12…轴孔

13…长腿部

17…前端侧主体部

18…后端侧主体部

19…中央主体部

20…中心电极

21…被覆部分

25…芯部分

27…支撑部

28…被覆材料

29…芯材料

30…接地电极

37…基端部

38…前端部

40…端子配件

50…主体配件

51…工具卡合部

52…螺纹部

54…密封部

57…前端面

100…火花塞

321…被覆部分

325…芯部分

W…工件

M1…第一次成型体

M2…第二次成型体

DG…放电间隙

SR…缩径部

CPe…缘部凸部

CPm…中央凸部

DPt…前端凹部

Claims (11)

1.一种火花塞，具有中心电极以及与上述中心电极之间形成间隙的接地电极，

在将上述间隙侧设为上述中心电极或上述接地电极的前端侧时，上述中心电极及上述接地电极中的至少一方具有被覆部分和芯部分，该芯部分由上述被覆部分覆盖，且由热膨胀率与上述被覆部分的热膨胀率不同的材料构成，

在上述芯部分的前端部形成有凹部和凸部，

上述凸部构成为，在通过电极前端面的重心且通过上述凸部的剖面上，被通过上述凸部的二等分线的方向上从上述凸部的前端起0.2毫米处的点且与上述二等分线垂直的线包围的上述凸部的面积，小于将上述凸部的前端、以及上述凸部的轮廓线和垂直于上述二等分线的线的交点连接起来形成的三角形的面积。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，

从上述芯部分的前端位置起在与直径垂直的方向上1毫米的位置处的上述芯部分的直径与从上述芯部分的上述前端位置起在与直径垂直的方向上5毫米的位置处的上述芯部分的直径之比为0.6以上。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

上述芯部分的前端位置处的径向的电极剖面积为3.5平方毫米以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的火花塞，其中，

在上述芯部分形成有直径随着靠向后端侧而减小的缩径部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的火花塞，其中，

作为上述中心电极及上述接地电极中的至少一方的径向的剖面，具有在通过剖面的中心的至少一条直线上依次排列有上述芯部分、上述被覆部分、上述芯部分、上述被覆部分及上述芯部分的剖面。

6.根据权利要求5所述的火花塞，其中，

作为上述中心电极及上述接地电极中的至少一方的径向的剖面，具有在通过剖面的中心的所有直线上依次排列有上述芯部分、上述被覆部分、上述芯部分、上述被覆部分及上述芯部分的剖面。

7.一种火花塞，具有中心电极以及与上述中心电极之间形成间隙的接地电极，

在将上述间隙侧设为上述中心电极或上述接地电极的前端侧时，上述中心电极及上述接地电极中的至少一方具有被覆部分和芯部分，该芯部分由上述被覆部分覆盖，且由热膨胀率与上述被覆部分的热膨胀率不同的材料构成，

在上述芯部分的前端部形成有凹部，

在上述芯部分形成有直径随着靠向后端侧而减小的缩径部。

8.根据权利要求7所述的火花塞，其中，

从上述芯部分的前端位置起在与直径垂直的方向上1毫米的位置处的上述芯部分的直径与从上述芯部分的上述前端位置起在与直径垂直的方向上5毫米的位置处的上述芯部分的直径之比为0.6以上。

9.根据权利要求7或8所述的火花塞，其中，

上述芯部分的前端位置处的径向的电极剖面积为3.5平方毫米以下。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的火花塞，其中，

作为上述中心电极及上述接地电极中的至少一方的径向的剖面，具有在通过剖面的中心的至少一条直线上依次排列有上述芯部分、上述被覆部分、上述芯部分、上述被覆部分及上述芯部分的剖面。

11.根据权利要求10所述的火花塞，其中，

作为上述中心电极及上述接地电极中的至少一方的径向的剖面，具有在通过剖面的中心的所有直线上依次排列有上述芯部分、上述被覆部分、上述芯部分、上述被覆部分及上述芯部分的剖面。

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