CN104521081B

CN104521081B - 火花塞

Info

Publication number: CN104521081B
Application number: CN201380042245.4A
Authority: CN
Inventors: 中山胜稔; 鹿岛智克; 山田达范
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: CN104521081A; US20150222096A1; EP2884604A1; WO2014024501A1; BR112015000768B1; BR112015000768A2; JP5755373B2; US9306374B2; EP2884604A4; EP2884604B1; JPWO2014024501A1

Abstract

在接地电极中，谋求耐氧化性的充分的提高，并且更可靠地防止其过热。火花塞(1)包括主体金属外壳(3)和接地电极(27)。接地电极(27)包括：电极基部(271)，其从主体金属外壳(3)的顶端部朝向顶端侧延伸；弯折部(272)，其一端连接于电极基部(271)的顶端；以及电极顶端部(273)，其从弯折部(272)的另一端延伸，且在其与中心电极(5)之间形成火花放电间隙(28)。在接地电极(27)的至少电极顶端部(273)中，至少在顶端面(27F)及外周面中的除位于中心电极(5)侧的面(27A)以外的面上设有由具有比接地电极(27)的母材的耐氧化性优异的耐氧化性的材料构成的覆膜层(31)。电极基部(271)的至少一部分处使接地电极(27)的母材暴露。

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

火花塞安装于内燃机(发动机)等，用于对燃烧室内的混合气体进行点火。通常来说，火花塞包括：绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，其贯穿于轴孔的顶端侧；主体金属外壳，其设于绝缘体的外周；以及接地电极，其配置于主体金属外壳的顶端部。接地电极在自身的大致中间部分以使自身的顶端部与中心电极相对的方式折回，在接地电极的顶端部与中心电极的顶端部之间形成有间隙。而且，通过对间隙施加高电压，产生火花放电，从而对混合气体等进行点火。

另外，近年来，为了谋求接地电极的耐氧化性的提高，提出了利用由耐氧化性优异的金属构成的保护层来覆盖接地电极的、位于中心电极侧且在其与中心电极之间形成所述间隙的部位(放电部)的技术(例如，参照专利文献1、2等)。另外，在专利文献1中也提出了一种利用所述保护层覆盖接地电极的整个表面的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2009－533802号公报

专利文献2：日本特表平11－514145号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在内燃机等动作时，接地电极的、位于比放电部靠燃烧室的中心侧并且是自主体金属外壳的顶端进一步突出的部位特别成为高温。即，接地电极的顶端部的顶端面、外周面中的除位于中心电极侧的面以外的面特别成为高温，易于产生氧化腐蚀。因而，在放电部上设置保护层的方法中，有可能无法充分地提高耐氧化性。

与此相对，如果采用利用保护层覆盖接地电极的整个表面的方法，则能够实现良好的耐氧化性。可是，为了实现优异的耐氧化性，保护层的构成材料含有铬、铝等添加物，因此保护层的导热性较差。因而，在利用保护层覆盖接地电极的整个表面的情况下，接地电极的热量难以散发，接地电极的散热变差。其结果，接地电极过热，有可能导致以接地电极为热源的提前点火(早燃)、耐消耗性的降低。

本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种能够谋求接地电极的耐氧化性的充分的提高、并且更可靠地防止接地电极过热的火花塞。

用于解决问题的方案

以下，对于适合于达到上述目的的各个结构，逐项分开进行说明。另外，根据需要，对对应的结构附记特有的作用效果。

技术方案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，其插设于所述轴孔的顶端侧；

筒状的主体金属外壳，其设于所述绝缘体的外周；以及

接地电极，其配置于所述主体金属外壳的顶端部，且在其与所述中心电极之间形成间隙；

所述接地电极包括：

电极基部，其从所述主体金属外壳的顶端部朝向所述轴线方向顶端侧延伸；

弯曲状的弯折部，其一端连接于所述电极基部的顶端；以及

电极顶端部，其从所述弯折部的另一端朝向与所述电极基部的延伸方向不同的方向延伸，且在其与所述中心电极之间形成所述间隙；

本技术方案的火花塞的特征在于，

在所述接地电极的至少所述电极顶端部中，至少在顶端面及外周面中的除位于所述中心电极侧的面以外的面上设有由具有比所述接地电极的母材的耐氧化性优异的耐氧化性的材料构成的覆膜层，

在所述电极基部的至少一部分处使所述接地电极的母材暴露。

根据上述技术方案1，在接地电极的电极顶端部的至少顶端面及外周面中的除位于中心电极侧的面以外的面上设有耐氧化性优异的覆膜层。即，针对在内燃机等动作时特别成为高温状态、且有可能发生氧化腐蚀的部位，设有覆膜层。因而，能够有效地防止接地电极的氧化腐蚀，能够充分地提高耐氧化性。

另外，根据上述技术方案1，在比较难以成为高温状态、且比较难以产生氧化腐蚀的电极基部的至少一部分上，并不设置覆膜层而是使接地电极的母材暴露。因而，能够维持良好的耐氧化性，并且接地电极的热量易于散发，能够提高接地电极的散热。其结果，能够更可靠地防止接地电极过热。

此外，根据上述技术方案1，由于在电极基部的至少一部分上不设置覆膜层亦可，因此能够谋求设置覆膜层时的加工时间的缩短、制造成本的降低。其结果，能够谋求生产率的提高。

另外，在接地电极的外周面中的中心电极侧的面上，既可以设置覆膜层，也可以不设置覆膜层。但是，即使设置覆膜层，伴随着火花放电，覆膜层也易于在短时间内剥离，基本上无助于耐氧化性的提高。因而，若考虑生产率方面，则优选在中心电极侧的面上不设置覆膜层。

技术方案2.在上述技术方案1的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，在所述电极基部的整个外表面使所述接地电极的母材的暴露。

根据上述技术方案2，电极基部未被覆膜层覆盖，在电极基部的整个外表面处使接地电极的母材暴露。因而，能够进一步提高接地电极的散热，能够更可靠地防止接地电极过热。

技术方案3.在上述技术方案1或2的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，所述覆膜层仅设于所述电极顶端部，

在所述弯折部使所述接地电极的母材暴露。

根据上述技术方案3，覆膜层仅设于特别易于成为高温状态且易于产生氧化腐蚀的电极顶端部的顶端面等，在弯折部使接地电极的母材暴露。因而，能够确保优异的耐氧化性，并且能够进一步提高接地电极的散热，能够进一步提高接地电极的过热防止效果。

另外，由于在弯折部不设置覆膜层亦可，因此能够更有效地谋求设置覆膜层时的加工时间的缩短等。其结果，能够进一步提高生产率。

技术方案4.在上述技术方案1至3的任一项的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，所述接地电极的母材由含有90质量％以上的镍(Ni)的金属形成。

根据上述技术方案4，接地电极的母材由含有90质量％以上的Ni的金属形成。因而，能够提高接地电极的导热性，能够进一步提高接地电极的过热防止效果(耐消耗性)。

另一方面，由于Ni的耐氧化性比较差，因此像上述技术方案4那样，在由含有大量Ni的金属形成接地电极的母材的情况下，更加有可能发生耐氧化性降低。但是，通过采用上述技术方案1等，设置覆膜层，能够实现良好的耐氧化性。换言之，在为了进一步提高接地电极的过热防止效果(耐消耗性)而利用含有90质量％以上的Ni的金属形成接地电极的母材情况下，上述技术方案1等是特别有益的。

技术方案5.在上述技术方案1至4的任一项的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，所述覆膜层的厚度为5μm以上且是60μm以下。

根据上述技术方案5，由于覆膜层的厚度被设为5μm以上，因此能够更有效地抑制氧与接地电极的接触。因而，能够谋求耐氧化性的进一步提高。

另外，根据上述技术方案5，覆膜层的厚度被设为60μm以下。因而，在接地电极的被覆膜层覆盖的部位，易于进行散热，能够进一步提高接地电极的散热。其结果，能够更加可靠地防止接地电极过热。

技术方案6.在上述技术方案1至5的任一项的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，所述覆膜层仅设于所述电极顶端部，或者

所述覆膜层设于所述电极顶端部和所述弯折部，并且所述覆膜层的设于所述电极顶端部的部分的最小厚度大于所述覆膜层的设于所述弯折部的部分的最小厚度。

根据上述技术方案6，电极顶端部处的覆膜层的最小厚度大于弯折部处的覆膜层的最小厚度(另外，当仅在电极顶端部设置了覆膜层时，弯折部处的覆膜层的最小厚度为0)。即，在特别易于成为高温状态、且有可能发生氧化腐蚀的电极顶端部的顶端面等上设有厚壁的覆膜层。因而，能够有效地抑制氧与电极顶端面的顶端面等的接触，能够更有效地提高耐氧化性。

技术方案7.在上述技术方案1至6的任一项的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，在设于所述电极顶端部的所述覆膜层中，所述覆膜层的设于所述顶端面上的部分的最小厚度大于所述覆膜层的设于所述外周面中的除位于所述中心电极侧的面以外的面上的部分的最小厚度。

如上所述，电极顶端部的顶端面、除中心电极侧的面以外的面易于成为高温状态且易于产生氧化腐蚀，特别是顶端面距主体金属外壳最远，热量难以向主体金属外壳侧散发，因此非常易于成为高温状态，极其易于产生氧化腐蚀。

鉴于这一点，根据上述技术方案7，覆膜层的顶端面上的部分的最小厚度大于覆膜层的除中心电极侧的面以外的面上的部分的最小厚度。因而，能够极其有效地抑制氧与顶端面的接触，能够更有效地提高耐氧化性。

技术方案8.在上述技术方案1至7的任一项的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，在所述电极顶端部中，所述覆膜层仅设于所述顶端面及所述外周面中的除位于所述中心电极侧的面以外的面上，或者

在所述电极顶端部中，所述覆膜层设于所述电极顶端部的整个外表面，并且所述覆膜层的设于所述电极顶端部的位于所述中心电极侧的面上的部分的最小厚度小于所述覆膜层的设于所述顶端面及所述外周面中的除位于所述中心电极侧的面以外的面上的部分的最小厚度。

如上所述，设于电极顶端部的中心电极侧的面(即，在与中心电极之间形成间隙的面)上的覆膜层易于伴随着火花放电进行剥离。另外，通常来说，覆膜层的耐消耗性比接地电极的母材的耐消耗性差。因此，当在电极顶端部的中心电极侧的面(即，在与中心电极之间形成间隙的面)上设置了厚壁的覆膜层时，由于覆膜层的剥离、伴随着火花放电的覆膜层的急剧消耗，间隙的大小有可能在短时间内大幅度增大。若间隙的大小增大，则用于产生火花放电所需的电压(放电电压)增大，因此有可能导致接地电极(覆膜层)、中心电极的急剧的消耗等。

这一点，像上述技术方案8那样，如果在电极顶端部的中心电极侧的面上未设置覆膜层，则能够更可靠地防止间隙的大小急剧增大。

另外，根据上述技术方案8，即使在中心电极侧的面上设有覆膜层的情况下，该覆膜层的最小厚度也小于覆膜层的电极顶端部的顶端面及除中心电极侧的面以外的面上的部分的最小厚度。因而，即使在覆膜层剥离或者覆膜层伴随着火花放电而急剧消耗的情况下，也能够更可靠地防止间隙的大小大幅度增大。其结果，能够抑制放电电压的增大，能够有效地抑制接地电极等的急剧消耗等。

技术方案9.在上述技术方案1至8的任一项的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，所述覆膜层由含有Ni、钴(Co)及铬(Cr)的材料构成。

根据上述技术方案9，覆膜层由含有耐氧化性优异的Cr的材料形成。因而，能够更可靠地提高接地电极的耐氧化性。

技术方案10.在上述技术方案9的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，所述覆膜层由含有钇(Y)和铝(Al)的材料构成。

根据上述技术方案10，覆膜层的构成材料含有Cr和具有良好的耐氧化性的Y、Al。因而，能够更加可靠地提高接地电极的耐氧化性。

技术方案11.在上述技术方案1至10的任一项的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，所述覆膜层利用高速氧燃料喷镀(HVOF)、高速空气燃料喷镀(HVAF)、等离子喷镀、冷喷涂法或气溶胶沉积(Aerosol Deposition)法形成。

根据上述技术方案11，能够抑制形成覆膜层时的接地电极的温度上升。因而，能够更可靠地防止热量对接地电极的损伤。而且，提高谋求防止接地电极损伤，能够提高覆膜层与接地电极的紧贴性，能够提高覆膜层的耐剥离性。其结果，能够长时间维持优异的耐氧化性。

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)是表示火花塞的顶端部的结构的放大主视图，(b)是表示火花塞的顶端部的结构的局部剖切放大侧视图。

图3是用于说明覆膜层的厚度的局部放大主视图。

图4是表示覆膜层的另一例的放大主视图。

图5是用于说明另一例中的覆膜层的厚度的局部放大主视图。

图6是表示在接地电极的整个表面设置了覆膜层的样品1和仅在接地电极的电极顶端部及弯折部设置了覆膜层的样品2的、加热时温度测量试验的试验结果的图表。

图7是表示仅在接地电极的电极顶端部及弯折部设置了覆膜层的样品2和仅在电极顶端部设置了覆膜层的样品3的、加热时温度测量试验的试验结果的图表。

图8是表示对接地电极的母材的Ni含量进行了各种变更后的样品的、台载燃烧器(日语：机上バーナー試験)试验的试验结果的图表。

图9是表示对覆膜层的厚度进行了各种变更后的样品的、加热时温度测量试验的试验结果的图表。

图10是表示另一实施方式中的覆膜层的结构的放大主视图。

图11是表示另一实施方式中的覆膜层的结构的放大主视图。

图12是用于说明另一实施方式中的覆膜层的厚度的局部放大主视图。

图13是表示另一实施方式中的中心电极的结构的局部剖切放大主视图。

图14的(a)、(b)是表示另一实施方式中的接地电极的结构的放大剖面图。

图15的(a)～(c)是表示对覆膜层的组成进行变更后的样品的、试验后的氧化膜厚度的、接地电极的电极顶端部的剖面示意图。

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方向作为附图中的上下方向、将下侧作为火花塞1的顶端侧、将上侧作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。

众所周知，绝缘电瓷2是通过烧制氧化铝等而形成的，在其外形部中，包括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靠顶端侧的位置形成为直径比该大径部11的直径小的中间主体部12以及在比该中间主体部12靠顶端侧的位置形成为直径比该中间主体部12的直径小的腿部13。此外，绝缘电瓷2中的、大径部11、中间主体部12以及大部分的腿部13被收纳于主体金属外壳3的内部。而且，在中间主体部12与腿部13之间的连接部形成有锥状的台阶部14，利用该台阶部14，绝缘电瓷2卡定于主体金属外壳3。

而且，在绝缘电瓷2上贯穿形成有沿着轴线CL1延伸的轴孔4，在该轴孔4的顶端侧插入、固定有中心电极5。中心电极5包括由导热性优异的金属(例如，铜、铜合金、纯镍(Ni)等)构成的内层5A和由以Ni为主要成分的合金构成的外层5B。另外，中心电极5整体形成为棒状(圆柱状)，其顶端部分自绝缘电瓷2的顶端突出。

此外，在轴孔4的后端侧，以自绝缘电瓷2的后端突出的状态插入、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之间配置有圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部借助导电性的玻璃密封层8、9分别电连接于中心电极5和端子电极6。

此外，所述主体金属外壳3利用低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面上形成有用于将火花塞1安装于内燃机、燃料电池改性器等燃烧装置的螺纹部(外螺纹部)15。另外，在螺纹部15的后端侧，朝向外周侧突出形成有座部16，在螺纹部15后端的螺纹根部(日语：ねじ首)17上嵌入有环状的垫圈18。而且，在主体金属外壳3的后端侧设有在将主体金属外壳3安装于燃烧装置时用于使扳手等工具卡合的截面六边形状的工具卡合部19和朝向径向内侧弯曲的压紧部20。

另外，在主体金属外壳3的内周面上设有用于卡定绝缘电瓷2的锥状的台阶部21。而且，绝缘电瓷2相对于主体金属外壳3从其后端侧朝向顶端侧插入，在自身的台阶部14卡定于主体金属外壳3的台阶部21的状态下，通过将主体金属外壳3的后端侧开口部向径向内侧压紧、即通过形成上述压紧部20而固定于主体金属外壳3。另外，在台阶部14、21之间夹设有圆环状的板密封件(日文：板パッキン)22。由此，能够保持燃烧室内的气密性，使进入到绝缘电瓷2的曝露于燃烧室内的腿部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙内的燃料气体不会向外部泄漏。

而且，为了使基于压紧的密闭更加完善，在主体金属外壳3的后端侧，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(タルク)25的粉末。即，主体金属外壳3隔着板密封件22、环构件23、24以及滑石25保持着绝缘电瓷2。

另外，如图2的(a)、(b)所示，在主体金属外壳3的顶端部26配置有接地电极27，该接地电极27的截面为矩形状，由含有90质量％以上的Ni的金属构成。接地电极27在自身的中间部分折回，接地电极27包括电极基部271、弯折部272及电极顶端部273。

电极基部271自身的基端部接合于主体金属外壳3的顶端部26，并形成为朝向轴线CL1方向顶端侧延伸的直棒状。弯折部272自身的一端连接于电极基部271的顶端，并形成为弯曲状(弯折状)。电极顶端部273形成为从弯折部272的另一端朝向与电极基部271的延伸方向不同的方向(在本实施方式中，为与轴线CL1正交的方向)延伸的直棒状。此外，在中心电极5的顶端部与电极顶端部273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内，在大致沿着轴线CL1的方向上进行火花放电。

此外，为了谋求点火性的提高，接地电极27被设为其相对于主体金属外壳3的顶端的突出长度L在沿着轴线CL1方向上比较大(例如，7mm以上)。另一方面，在将突出长度L设为比较大的情况下，接地电极27的顶端侧进一步易于成为高温状态，有可能在接地电极27的顶端部处发生氧化腐蚀。

鉴于这一点，在本实施方式中，在接地电极27的至少电极顶端部273，至少在顶端面27F及接地电极27的外周面中的除作为位于中心电极5侧的面的相对面27A以外的面上设有耐氧化性优异的覆膜层31(另外，在图2等中，为了便于图示，将覆膜层31表示为比实际厚的厚壁)。具体地说，相对于顶端面27F、位于所述相对面27A背后的背面27B以及与相对面27A和背面27B相邻的两侧面27S1、27S2设有覆膜层31。在本实施方式中，覆膜层31仅设于电极顶端部273上，在弯折部272使接地电极27的母材暴露。

另外，覆膜层31由含有Ni、钴(Co)及铬(Cr)的金属材料构成，该金属材料具有比接地电极27的母材(含有90质量％以上的Ni的金属)的耐氧化性优异的耐氧化性。另外，构成覆膜层31的金属材料也可以含有钇(Y)和铝(Al)。

另外，耐氧化性的优劣能够利用以下方法来判断。即，在将需要判断耐氧化性优劣的金属材料以覆膜层的形式设于由规定的金属(例如，以Ni为主要成分的合金)构成的金属片的表面、且利用规定的燃烧器对所述金属片反复进行了加热/冷却时，形成于所述金属片的表面的氧化膜的厚度小于在由与接地电极27的母材相同的金属形成覆膜层时所形成的氧化膜的厚度，则可以说该金属材料具有比接地电极27的母材的耐氧化性优异的耐氧化性。另外，加热/冷却例如是将在加热两分钟以使金属片达到1000℃之后缓冷一分钟的过程作为一个循环，进行3000个循环左右。

此外，如上所述，虽然能够通过设置覆膜层31来谋求耐氧化性的提高，但是含有Cr、Al等添加物的覆膜层31与接地电极27的母材等相比，导热性较差。因此，由于设置覆膜层31，会导致接地电极27的散热变差，再加上突出长度L比较大，从而有可能导致接地电极27(特别是顶端部)过热。

考虑到这一点，在本实施方式中构成为，电极基部271的至少一部分未被覆膜层31覆盖，而是使接地电极27的母材暴露。即，不用覆膜层31覆盖热量易于向主体金属外壳3侧散发、比较难以成为高温状态的(难以被氧化的)电极基部271的至少一部分，而是使接地电极27的母材暴露。由此，能够提高接地电极27的散热。特别是在本实施方式中，如上所述，由于仅在电极顶端部273设有覆膜层31，因此在电极基部271和弯折部272的整个外表面处使接地电极27的母材暴露，能够明显提高接地电极27的散热。

而且，在本实施方式中，覆膜层31的厚度被设为5μm以上且是60μm以下。

此外，如图3所示，在设于电极顶端部273的覆膜层31中，设于顶端面27F的覆膜层31的最小厚度T1被设为大于设于所述背面27B、两侧面27S1、27S2的覆膜层31的最小厚度T2。即，最难以向主体金属外壳3侧传导热量、最易于成为高温状态的(最易于被氧化的)顶端面27F被壁厚尤其厚的覆膜层31覆盖。

另外，在本实施方式中，覆膜层31利用高速氧燃料喷镀(HVOF)、高速空气燃料喷镀(HVAF)、等离子喷镀、冷喷涂法或气溶胶沉积(Aerosol Deposition)法形成。即，覆膜层31利用在其形成时不使接地电极27的温度过度上升的方法来形成。

另外，覆膜层31不必仅设于电极顶端部273，如图4所示，也可以将覆膜层31设于弯折部272和电极顶端部273。另外，在该情况下，如图5所示，优选的是，使设于电极顶端部273的覆膜层31的最小厚度T2大于设于弯折部272的覆膜层31的最小厚度T3。即，优选的是，利用壁厚比较厚的覆膜层31覆盖难以向主体金属外壳3侧传导热量、易于成为高温状态的(易于被氧化的)电极顶端部273的顶端面27F、背面27B等。在该情况下，能够更可靠地防止氧与顶端面27F、背面27B等的接触，能够谋求耐氧化性的提高。

如以上所详述，根据本实施方式，在电极顶端部273的顶端面27F、背面27B及两侧面27S1、27S2上设有耐氧化性优异的覆膜层31。因而，能够有效地防止接地电极27的氧化腐蚀，能够充分地提高耐氧化性。

另外，在本实施方式中，在比较难以成为高温、比较难以产生氧化腐蚀的电极基部271、弯折部272的整个外表面上，不设置覆膜层31而是使接地电极27的母材暴露。因而，能够维持良好的耐氧化性，并且接地电极27的热量非常易于散发，能够明显地提高接地电极27的散热。其结果，能够极其有效地防止接地电极27过热。

此外，由于在电极基部271、弯折部272不设置覆膜层31亦可，因此能够谋求设置覆膜层31时的加工时间的缩短、制造成本的降低。其结果，能够谋求生产率的提高。

另外，接地电极27的母材由含有90质量％以上的Ni的金属形成。因此，能够提高接地电极27的导热性，能够进一步提高接地电极27的过热防止效果(耐消耗性)。

另一方面，Ni的耐氧化性比较差，但是通过设置覆膜层31，能够在接地电极27中实现良好的耐氧化性。换言之，设置覆膜层31在为了进一步提高接地电极27的过热防止效果(耐消耗性)而利用含有90质量％以上的Ni的金属形成接地电极27的母材的情况下是特别有益的。

此外，覆膜层31在顶端面27F上的最小厚度T1大于覆膜层31在背面27B和两侧面27S1、27S2上的最小厚度T2。能够极其有效地抑制氧与特别易于成为高温状态的顶端面27F的接触，能够更有效地提高耐氧化性。

另外，由于在电极顶端部273的相对面27A上未设有覆膜层31，因此能够更可靠地防止火花放电间隙28的大小伴随着火花放电而大幅度增大。其结果，能够抑制放电电压的增大，能够有效地抑制接地电极27、中心电极5的急剧消耗等。

而且，覆膜层31的构成材料含有具有良好的耐氧化性的Cr。因而，能够更加可靠地提高耐氧化性。另外，通过使覆膜层31的构成材料含有Y和Al，能够谋求耐氧化性的进一步提高。

此外，覆膜层31利用高速氧燃料喷镀(HVOF)、高速空气燃料喷镀(HVAF)、等离子喷镀、冷喷涂法或气溶胶沉积(Aerosol Deposition)法形成。因此，能够抑制形成覆膜层31时的接地电极27的温度上升，能够更可靠地防止热量对接地电极27的损伤。而且，通过实现防止接地电极27损伤，能够提高覆膜层31与接地电极27的紧贴性，能够提高覆膜层31的耐剥离性。其结果，能够长时间维持优异的耐氧化性。

接着，为了确认通过上述实施方式起到的作用效果，制作在将接地电极的突出长度L设为7.6mm或11.6mm的基础上、在接地电极的整个表面设置了覆膜层的火花塞的样品1(相当于比较例)和仅在接地电极的电极顶端部及弯折部设置覆膜层、在电极基部使接地电极的母材暴露的火花塞的样品2(相当于实施例)，对于两个样品，进行加热时温度测量试验。加热时温度测量试验的概要内容如下所述。即，制作不设置覆膜层、而是在整个表面使母材暴露的火花塞的样品(基准样品)，并且利用规定的燃烧器对所述基准样品的接地电极的顶端部进行加热，从而获得使接地电极的距其顶端1mm部分处的温度成为900℃的加热条件。在此基础上，使用所述燃烧器，在所述加热条件下对所述样品1、2的接地电极的顶端部进行加热，测量接地电极的距其顶端1mm部分处的温度。另外，测量到的温度越低，可以说接地电极的散热越良好，接地电极的过热防止效果越优异。

图6中表示加热时温度测量试验的试验结果。另外，接地电极由含有90质量％以上的Ni的金属材料(高Ni材料)或者虽然以Ni为主要成分、但是Ni的含量小于90质量％的金属材料(低Ni材料)形成。在图6中，利用涂黑图案表示将突出长度L设为7.6mm、并利用高Ni材料形成接地电极后的样品的试验结果，利用斜线图案表示将突出长度L设为11.6mm、并利用高Ni材料形成接地电极后的样品的试验结果。另外，利用格子图案表示将突出长度L设为7.6mm、并利用低Ni材料形成接地电极后的样品的试验结果，利用散点图案表示将突出长度L设为11.6mm、并利用低Ni材料形成接地电极后的样品的试验结果(另外，在后述的图7中也以相同的方式来表示试验结果)。

而且，对于各个样品，均利用含有Ni、Co、Cr、Al及Y的金属材料形成了覆膜层。另外，将火花放电间隙的大小设为1.1mm，并将接地电极的宽度设为2.8mm，将接地电极的厚度设为1.5mm(接地电极的尺寸、覆膜层的构成材料及火花放电间隙的大小在以下试验中也是相同的)。此外，将各个样品中的覆膜层的厚度设为了20μm。

如图6所示，可知，与在接地电极的整个表面设置了覆膜层的火花塞的样品1相比较，在电极基部使接地电极的母材暴露的样品2在加热时的接地电极的温度显著降低。认为这是由于在电极基部中接地电极的热量被充分地散发。

根据上述试验的结果，基于有效地抑制特别易于成为高温状态的接地电极的顶端部的氧化腐蚀、并且更可靠地防止接地电极过热这样的观点考虑，可以说优选的是，在接地电极的至少电极顶端部设置覆膜层，在电极基部的至少一部分处使接地电极的母材暴露。

接着，制作在将接地电极的突出长度L设为7.6mm或11.6mm的基础上、仅在接地电极的电极顶端部设置覆膜层、在弯折部和电极基部使接地电极的母材暴露的火花塞的样品3，对于该样品，进行上述加热时的温度测量试验。在图7中表示该试验的试验结果。另外，在图7中一并表示上述样品2在加热时的温度测量试验的试验结果。

如图7所示可知，在电极基部和弯折部使接地电极的母材暴露的样品3在加热时能够进一步降低接地电极的温度。认为这是由于接地电极的热量被更有效地散发了。

根据上述试验的结果，为了谋求接地电极的过热防止效果的进一步提高，可以说更优选的是，将覆膜层仅设于电极顶端部，使弯折部和电极基部暴露有接地电极的母材。

接着，制作利用含有75质量％、90质量％或98质量％的Ni的金属材料构成接地电极的母材、并且仅在电极顶端部及弯折部设置了覆膜层的火花塞的样品(有覆膜层)和利用含有75质量％、90质量％或98质量％的Ni的金属材料构成接地电极的母材、并且不用在接地电极设置覆膜层的火花塞的样品(无覆膜层)，对于各个样品，进行台载燃烧器试验。台载燃烧器试验的概要内容如下所述。即，利用预定的燃烧器，将在大气环境下加热两分钟以使接地电极顶端部的温度达到1000℃之后缓冷一分钟的过程作为一个循环，实施3000个循环。然后，在3000个循环结束之后，确认接地电极顶端部的剖面，测量形成于接地电极的表面的氧化膜的厚度。在图8中表示该试验的试验结果。另外，在图8中，利用涂黑图案表示未设置覆膜层的样品的试验结果，利用斜线图案表示设置了覆膜层的样品的试验结果。

另外，对于各个样品，均将接地电极的突出长度L设为了7.6mm。而且，对于设置了覆膜层的样品，将覆膜层的厚度设为了15μm。

如图8所示可知，在利用含有90质量％以上的Ni的金属材料形成接地电极的母材的样品中，未设置覆膜层的样品的氧化膜的厚度极其大，耐氧化性不充分，但是设置了覆膜层的样品的氧化膜的厚度明显较小，具有优异的耐氧化性。即可知，对于利用含有90质量％以上的Ni的金属材料形成接地电极的母材、且耐氧化性特别易于变得不足的火花塞，设置覆膜层在提高耐氧化性这一方面是非常有效的。

根据上述试验的结果，可以说，设置覆膜层对于接地电极的母材由含有90质量％以上的Ni的金属材料形成的、特别有可能发生耐氧化性降低的火花塞中是特别有效的。

接着，试制作仅在电极顶端部和弯折部设置覆膜层、并且对覆膜层的厚度进行了各种变更后的火花塞的样品，对于各个样品，进行将结束循环从3000个循环变更为5000个循环后的上述台载燃烧器试验和上述加热时温度测量试验。在此，在台载燃烧器试验中，当氧化膜的厚度为0.1mm以下时，认为耐氧化性极其优异，做出“◎”的评价，当氧化膜的厚度超过0.1mm且为0.2mm以下时，认为耐氧化性良好，做出“○”的评价。另一方面，当氧化膜的厚度超过0.2mm时，认为耐氧化性稍微差一些，做出“△”的评价。在表1中表示台载燃烧器试验的试验结果，图9中表示加热时温度测量试验的试验结果。

另外，对于各个样品，均将接地电极的突出长度L设为7.6mm，利用含有90质量％以上的Ni的金属材料形成了接地电极的母材。另外，通过在形成覆膜层时调节喷镀时间而变更覆膜层的厚度。

[表1]

如表1所示，明确可知，将覆膜层的厚度设为5μm以上的样品具有良好的耐氧化性。认为这是因为充分地确保了覆膜层的厚度，有效地抑制了氧与接地电极的接触。

另外，确认特别是将覆膜层的厚度设为15μm以上的样品的耐氧化性极其优异。

而且，如图9所示可知，将覆膜层的厚度设为60μm以下的样品在加热时能够有效地抑制接地电极的温度上升。认为这是因为在接地电极的被覆膜层覆盖的部位易于进行散热。

根据上述试验的结果，基于谋求耐氧化性的进一步提高、并且进一步提高接地电极的过热防止效果这样的观点考虑，可以说优选的是，将覆膜层的厚度设为5μm以上且是60μm以下。

另外，在谋求耐氧化性的进一步提高这一点上，可以说更优选的是，将覆膜层的厚度设为15μm以上。

接着，准备接地电极27的母材(镍为90质量％)，通过高速氧燃料喷镀(HVOF)在电极顶端部273上设置厚度30μm的覆膜层31。

该覆膜层31在电极顶端部设于顶端面27F、背面27B侧面27S1、27S2，而未设于相对面27A。

样品A设置了由Ni、Co及Cr构成的覆膜层31，样品B设置了由Ni、Co、Cr、Al及Y构成的覆膜层31，样品C完全没有设置覆膜层31。

对于该各个样品的火花塞，在以下试验条件下进行冷热耐久试验。

＜试验条件＞

将火花塞组装在L4－2000cc(直列4气缸)发动机上，以3500转重复WOT(一分钟)和怠速(一分钟)，进行100小时。

在试验后的各个样品的接地电极顶端部的剖面上，确认到了形成于顶端面27F的氧化膜厚的最大值，成为以下所示的结果。

样品A：氧化膜厚0.05mm以上且小于0.3mm

样品B：氧化膜厚小于0.05mm

样品C：氧化膜厚0.3mm以上

图15的(a)～(c)是本试验后的接地电极的电极顶端部的剖面示意图。图15的(a)相当于样品A的剖面示意图，图15的(b)相当于样品B的剖面示意图，图15的(c)相当于样品C的剖面示意图。

样品C由于完全没有设置覆膜层31，因此母材自身发生氧化而形成了0.3mm以上的氧化膜。

可知，与未设置覆膜层31的样品相比，设置了覆膜层31的样品的氧化膜的厚度较小，具有优异的耐氧化性。可知，特别是设置了由Ni、Co、Cr、Al及Y构成的覆膜层31的样品的氧化膜的厚度明显较小，具有更优异的耐氧化性。

另外，并不限定于上述实施方式的记载内容，例如也可以按照如下方式进行实施。当然也可以是以下未例示的其他应用例、变更例。

(a)在上述实施方式中，覆膜层31的构成材料为含有Ni、Co等的金属材料，但是覆膜层31的构成材料只要是具有比接地电极27的母材的耐氧化性优异的耐氧化性的材料即可，其构成材料并不限定于上述金属材料。

(b)在上述实施方式中，在电极基部271的整个外表面处使接地电极27的母材暴露，但是只要在电极基部271的至少一部分处使接地电极27的母材暴露即可。因而，例如，如图10所示，也可以构成为电极基部271的一部分被覆膜层31覆盖，在电极基部271的一部分处使接地电极27的母材暴露。

(c)在上述实施方式中，在电极顶端部273的顶端面27F、背面27B以及两侧面27S1、27S2上设有覆膜层31，在相对面27A上未设有覆膜层31，但是如图11和图12所示，也可以在相对面27A上设置覆膜层31。另外，在该情况下，优选的是，使设于相对面27A的覆膜层31的最小厚度T4小于设于顶端面27F、背面27B等的覆膜层31的最小厚度T2。通过如此构成，即使在设于相对面27A的覆膜层31发生剥离或者伴随着火花放电而急剧消耗的情况下，也能够更可靠地防止火花放电间隙28的大小大幅度增大。其结果，能够抑制放电电压的增大，能够有效地抑制接地电极27、中心电极5的急剧消耗等。

(d)在上述实施方式中，仅在接地电极27上设有覆膜层31，但是如图13所示，也可以在中心电极5的表面上设置由具有比中心电极5的母材(外层5B)的耐氧化性优异的耐氧化性的金属材料构成的覆膜层32(另外，在图13中，为了便于图示，将覆膜层32表示为比实际厚的厚壁)。在该情况下，能够提高接地电极27和中心电极5两者的耐氧化性。

(e)在上述实施方式中，接地电极27被设为为剖面矩形状，但是接地电极27的剖面形状并不特别限定。因而，例如，如图14的(a)所示，也可以构成为接地电极37的外周面中的除相对面37A以外的面37C形成为向外侧凸起的弯曲面状。另外，如图14的(b)所示，也可以将接地电极47的相对面47A和背面47B构成为平坦状，另一方面，将两侧面47S1、47S2形成为向外侧凸起的弯曲面状。在这些情况下，在接地电极37、47位于火花放电间隙28与燃料喷射装置之间这样的状态下，在火花塞1安装于内燃机等的情况下，燃料气体易于以绕过接地电极37、47的形式进入火花放电间隙28内。其结果，能够谋求点火性的提高。

(f)在上述实施方式中，对在主体金属外壳3的顶端部26接合有接地电极27的情况进行了具体化，但是也能够应用于以削掉主体金属外壳的一部分(或预先焊接于主体金属外壳的顶端金属配件的一部分)的方式来形成接地电极的情况(例如，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被设为剖面六边形状，但是工具卡合部19的形状并不限定于这种形状。例如，也可以将工具卡合部19设为Bi－HEX(变形12边)形状(ISO22977：2005(E))等。

附图标记说明

1…火花塞；2…绝缘电瓷(绝缘体)；3…主体金属外壳；4…轴孔；5…中心电极；27…接地电极；27A…(接地电极的)相对面；27B…(接地电极的)背面；27F…(接地电极的)顶端面；27S1、27S2…(接地电极的)侧面；28…火花放电间隙(间隙)；31…覆膜层；271…电极基部；272…弯折部；273…电极顶端部；CL1…轴线。

Claims

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，其插设于所述轴孔的顶端侧；

筒状的主体金属外壳，其设于所述绝缘体的外周；以及

所述接地电极包括：

弯曲状的弯折部，其一端连接于所述电极基部的顶端；以及

所述火花塞的特征在于，

在所述接地电极的至少所述电极顶端部中，至少在顶端面、外周面中的除位于所述中心电极侧的面以外的面上设有由具有比所述接地电极的母材的耐氧化性优异的耐氧化性的材料构成的覆膜层，

在所述电极基部的至少一部分处使所述接地电极的母材暴露，

所述覆膜层由含有镍、钴及铬的材料构成。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

在所述电极基部的整个外表面使所述接地电极的母材暴露。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

所述覆膜层仅设于所述电极顶端部，

在所述弯折部使所述接地电极的母材暴露。

4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

所述接地电极的母材由含有90质量％以上的镍的金属形成。

5.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

所述覆膜层的厚度为5μm以上且是60μm以下。

6.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

所述覆膜层仅设于所述电极顶端部，或者

7.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

在设于所述电极顶端部的所述覆膜层中，所述覆膜层的设于所述顶端面上的部分的最小厚度大于所述覆膜层的设于所述外周面中的除位于所述中心电极侧的面以外的面上的部分的最小厚度。

8.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

在所述电极顶端部中，所述覆膜层仅设于所述顶端面及所述外周面中的除位于所述中心电极侧的面以外的面上，或者

9.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

所述覆膜层由含有钇和铝的材料构成。

10.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

所述覆膜层利用高速氧燃料喷镀即HVOF、高速空气燃料喷镀即HVAF、等离子喷镀、冷喷涂法或气溶胶沉积法即Aerosol Deposition形成。