CN104904077A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

有效地防止端头的剥离(脱落)以及变形等。火花塞(1)具备中心电极(5)以及在与中心电极(5)之间形成火花放电间隙(33)的接地电极(27)，在两电极(5、27)的至少一个焊接有端头(31、32)。端头(31(32))比焊接该端头的电极(27(5))的热膨胀系数小，端头(31(32))的贵金属成分的含有率A(质量％)与电极(27(5))的贵金属成分的含有率B(质量％)的差(A-B)被设为是50质量％以上。在端头(31(32))与电极(27(5))之间的中间层(34(35))存在空孔(38(39))，在将端头(31(32))与中间层(34(35))之间的边界的长度设为L(mm)、将沿着端头(31(32))与中间层(34(35))之间的边界的方向的空孔(38(39))的长度设为N(mm)时，被设为0.1≤N/L≤0.4。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及内燃机等所使用的火花塞。

背景技术

内燃机等所使用的火花塞例如具备：在轴线方向延伸的中心电极；设置在中心电极外周的绝缘体；设置在绝缘体外周的筒状的主体配件；以及与主体配件的前端部接合的接地电极。另外，接地电极以其前端部与中心电极的前端部对置的方式被弯折，在中心电极的前端部和接地电极的前端部之间形成有间隙。

并且，近年来提出有如下技术：在接地电极和中心电极中的形成上述间隙的部位焊接有由耐消耗性优异的金属(例如铱合金或铂合金等)构成的端头，从而使引燃性和耐消耗性提高(例如参照专利文献1等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-229230号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，焊接有端头的电极例如由以镍为主要成分的金属形成，一般来说端头的热膨胀系数比焊接有端头的电极的热膨胀系数小。因此，在高温下，在端头及电极间产生的热应力差比较大。其结果，随着冷热周期的反复，在端头与电极间急速形成有氧化皮，从而存在端头从电极早期剥离(脱落)的风险。

因此，为了防止端头的剥离(脱落)，考虑将端头极坚固地焊接到电极，从而抑制在端头和电极间形成氧化皮。但是，在这种情况下，在端头的位于电极侧的部位，以被电极的热膨胀拉拽的形式而产生更大的热膨胀(变形)。由此，在端头的位于电极侧的部位和在端头的位于与电极相反一侧的部位之间的热膨胀差变大。其结果，在端头的位于与电极相反一侧的部位发生变形(例如弯曲)，在该部位有产生破裂的可能。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的特征为：在端头的热膨胀系数比焊接有端头的电极的热膨胀系数小的火花塞上，使端头相对于电极的焊接性提高，从而能更可靠地防止端头的剥离(脱落)，并有效地防止端头的变形和破裂。

用于解决问题的手段

以下，关于适于解决上述目的各结构分项进行说明。此外，根据需要对对应的结构附记特有的作用效果。

结构1.本结构的火花塞，具备中心电极以及在与上述中心电极之间形成间隙的接地电极，在上述两电极的至少一个上焊接有端头，该火花塞的特征在于，

上述端头的热膨胀系数比焊接有上述端头的上述电极小，上述端头的贵金属成分的含有率A(质量％)与上述电极的贵金属成分的含有率B(质量％)之差(A-B)是50质量％以上，

在上述端头和上述电极之间的中间层存在空孔，在包含上述端头的中心轴的截面，在将上述端头和上述中间层的边界的长度设为L(mm)、将沿着上述端头和上述中间层的边界的方向的上述空孔的长度设为N(mm)时，0.1≤N/L≤0.4。

根据上述结构1，因为A-B被设为50质量％以上，所以在使用时(高温下)中能充分使端头和电极所含有的贵金属成分扩散。随着该扩散，可使在中间层存在的空孔进入端头的内部(特别是中间层侧)，并能够在端头内部形成空孔。并且，通过在该端头内部所形成的空孔，能够缓和伴随电极的热膨胀从电极向端头施加的应力，并能够使端头的位于电极侧的部位和端头的位于与电极相反一侧的部位之间的热膨胀差降低。其结果，能够更可靠地防止在端头的变形和破裂的发生。

另外，由于存在在端头内部形成的空孔，能够使电极与端头间的热应力差降低。因此，能够有效地抑制在端头与电极间的氧化皮的形成，能够提高端头相对于电极的焊接性。其结果，能够更可靠地防止端头从电极剥离(脱落)。

此外，在设为0.1>N/L的情况下，不能够在端头的内部充分地形成空孔，有可能不能发挥上述的作用效果。另外，在设为N/L>0.4时，空孔变得难于进入端头内部，有可能不能发挥上述的作用效果。

结构2.本结构的火花塞，其特征在于，在上述结构1中，在上述截面，将对从上述端头的一个侧面到另一个侧面的范围4等分的与上述中心轴平行的直线从一端起依次设为P1、P2、P3，

在将从P1到P3的范围的沿着上述边界的方向的上述空孔的长度设为Q(mm)时，0.6≤Q/N。

根据上述结构2，在端头以及电极间产生的热应力差容易成为特别大的端头中心侧形成空孔的大部分。因此，在使用时(高温下)，能够在端头的中心侧内部更多地形成空孔，并能够更有效地使电极以及端头间的热应力差降低。其结果，能够更加提高端头的焊接性，并能够更越发可靠地防止端头的剥离(脱落)。

结构3.本结构的火花塞，在上述结构1或2中，在向与上述端头的中心轴正交的平面沿着上述中心轴投影焊接有上述端头的上述电极和位于该电极侧的上述端头的端面时，上述电极的投影面和上述端面的投影面重叠的区域呈矩形状或圆形状，

在上述区域是矩形状的情况下将K(mm)设为上述区域的长边，在上述区域是圆形状的情况下将K(mm)设为上述区域的直径，

在将T(mm)设为沿着上述中心轴的上述端头的最大厚度时，

K/T≥1.2。

此外，在端头的局部埋没在电极的情况下等、在位于电极侧的端头的表面存在多个的情况下，“位于电极侧的端头的端面”是指在端头的外表面中遍及最大范围与中间层相邻的面(即，在确保端头相对于电极的焊接性这一点上最重要的面)。

如上述结构3，满足K/T≥1.2的比较薄的端头在高温下电极发生了热膨胀时，端头的位于电极侧的部位容易与电极的热膨胀对应地变形。因此，能够使电极以及端头间的热应力差更小，并能够实现焊接性的进一步提高。

另一方面，因为端头的位于电极侧的部位更加容易变形，所以端头的位于电极侧的部位和端头的位于与电极相反一侧的部位的间的热膨胀差增大。因此，更加担心在端头的变形和破裂。

这一点，根据上述结构1等，被设为K/T≥1.2，即使在更加担心端头的变形和破裂的情况下，也能够更加可靠地防止端头的变形等。其结果，能够充分地维持通过设为K/T≥1.2所起到的优点(极为优异的焊接性)，并能够消除伴随设为K/T≥1.2的缺点(耐变形性的降低)。即，根据上述结构3，能够同时得到极为优异的焊接性和良好的耐变形性这两者。

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是表示火花塞前端部的结构的局部剖切放大主视图。

图3是表示位于接地电极侧端头以及接地电极间的中间层的结构的放大截面图。

图4是表示位于中心电极侧端头以及中心电极间的中间层的结构的放大截面图。

图5是用于说明长度Ka的接地电极侧端头等的投影图。

图6是表示接地电极侧端头的最大厚度Ta的放大截面图。

图7是用于说明长度Kb的中心电极侧端头等的投影图。

图8是表示中心电极侧端头的最大厚度Tb的放大截面图。

图9是表示在第2实施方式的、火花塞的前端部的结构的局部剖切放大主视图。

图10是表示位于接地电极侧端头以及接地电极间的中间层的结构的放大截面图。

图11是表示位于中心电极侧端头以及中心电极间的中间层的结构的放大截面图。

图12是用于说明长度Kc的接地电极侧端头等的投影图。

图13是表示接地电极侧端头的最大厚度Tc的放大截面图。

图14是表示在第3实施方式的、接地电极侧端头以及接地电极的相对位置关系等的放大截面图。

图15是用于说明长度Ke的接地电极侧端头等的投影图。

具体实施方式

以下，关于实施方式参照附图进行说明。

〔第1实施方式〕

图1是表示火花塞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由呈筒状的绝缘子2和保持绝缘子2的筒状的主体配件3等构成。

众所周知，绝缘子2通过烧结氧化铝等而形成，在其外形部具备：形成于后端侧的后端侧主体部10；在比该后端侧主体部10靠前端侧朝径向向外突出形成的大径部11；在比该大径部11靠前端侧形成为比该大径部11细径的中间主体部12；以及在比该中间主体部12靠前端侧形成为比该中间主体部12细径的长腿部13。此外，在绝缘子2中，大径部11、中间主体部12以及大部分的长腿部13容纳于主体配件3的内部。并且，在中间主体部12与长腿部13的连接部形成锥形的台阶部14，绝缘子2通过该台阶部14卡定在主体配件3上。

并且，在绝缘子2中沿轴线CL1贯通形成轴孔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由内层5A和外层5B构成，其中，内层5A由导热性优异的金属〔例如铜、铜合金、纯镍(Ni)等〕构成，外层5B由以Ni为主要成分的合金构成。并且，中心电极5整体呈棒状(圆柱状)，其前端部从绝缘子2的前端突出。

此外，端子电极6以从绝缘子2的后端突出的状态插入并固定在轴孔4的后端侧。

并且，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。

此外，主体配件3由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安装到燃烧装置(例如内燃机或燃料电池改质器等)的安装孔的螺纹部(外螺纹部)15。另外，在比螺纹部15靠后端侧的外周面形成有向径向外侧突出的基座部16，在螺纹部15后端的螺纹颈17嵌入环状的衬垫18。并且，在主体配件3的后端侧设置有将主体配件3安装到上述燃烧装置时用于卡合扳手等工具的剖面六边形的工具卡合部19，且在后端部设置有用于保持绝缘子2的压紧部20。

另外，在主体配件3的内周设置有用于卡定绝缘子2的锥形的台阶部21。并且，绝缘子2相对于主体配件3从其后端侧向前端侧插入，以自身的台阶部14卡定于主体配件3的台阶部21的状态将主体配件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来固定绝缘子2。并且，圆环状的密封片22介于在台阶部14、21间。由此，保持燃烧室内的气密性，以使进入到暴露于燃烧室内的绝缘子2的长腿部13与主体配件3的内周面之间的间隙的燃料气体不泄露到外部。

并且，为了使因压紧而产生的密闭更完善，在主体配件3的后端侧，环状的环构件23、24介于主体配件3与绝缘子2之间，在环构件23、24间填充有滑石(talc)25的粉末。即，主体配件3通过密封片22、环构件23、24及滑石25来保持绝缘子2。

另外，如图2所述，在主体配件3的前端部26接合有棒状的接地电极27，该棒状的接地电极27由以Ni为主要成分的合金构成。接地电极27在自身的中间部分弯折，其前端部侧面与中心电极5的前端部相对。另外，在中心电极5的前端部与接地电极27的前端部之间形成有作为间隙的火花放电间隙33。在该火花放电间隙33中在沿着轴线CL1的方向进行火花放电。

此外，在接地电极27中在与中心电极5之间形成火花放电间隙33的部位通过电阻焊接而接合有由以预定的贵金属〔例如，铱(Ir)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)以及钯(Pd)〕为主要成分的金属构成的圆柱状的接地电极侧端头(相当于本发明的“端头”)31。另外，在中心电极5中在与接地电极2之间形成火花放电间隙33的部位通过激光焊接而接合有由预定的贵金属(例如，Ir、Pt、Rh、Ru以及Pd)为主要成分的金属构成的圆柱状的中心电极侧端头(相当于本发明的“端头”)32。

并且，在本实施方式中，焊接有端头31、32的接地电极27以及中心电极5(特别是外层5B)如上所述由以Ni为主要成分的合金形成。因此，接地电极侧端头31的热膨胀系数比焊接有端头31的接地电极27的热膨胀系数小。另外，中心电极侧端头32的热膨胀系数比焊接有端头32的中心电极5(外层5B)的热膨胀系数小。

并且，在本实施方式中，当将接地电极侧端头31的贵金属成分的含有率设为A1(质量％)、将接地电极27的贵金属成分的含有率设为B1(质量％)时，A1-B1被设为50质量％以上。另外，当将中心电极侧端头32的贵金属成分的含有率设为A2(质量％)、中心电极5(外层5B)的贵金属成分的含有率设为B2(质量％)时，A2-B2被设为50质量％以上。

并且，在本实施方式中，在接地电极27以及中心电极5(外层5B)中构成为含有铬为10质量％以上、35质量％以下，能够确保良好的加工性，并且能够实现优异的耐氧化性。此外，为了更加提高耐氧化性，也可以使接地电极27以及中心电极5(外层5B)中含有预定量(例如，合计含有量1质量％以上3质量％以下)的铝(Al)以及硅(Si)。另外，为了实现进一步提高耐氧化性等，也可以使接地电极27和中心电极5(外层5B)含有预定量(例如，合计含有量0.01质量％以上1质量％以下)的钇(Y)或稀土族元素〔镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、镝(Dy)、铒(Er)、以及镱(Yb)〕。

进而，在接地电极侧端头31以及接地电极27之间形成中间层34。如图3所示，中间层34具有接地电极侧端头31以及接地电极27熔合而成的熔融部36、以及在该熔融部36以及接地电极侧端头31的边界部分形成的多个空孔38(另外，在图3中为了便于图示，比实际厚地示出熔融部36和空孔38，另外，比实际长且数量少地示出空孔38。在通过电阻焊接将接地电极侧端头31焊接到接地电极27的情况等中，也存在熔融部36非常薄，几乎不能确认的情况)。通过熔融部36，接地电极侧端头31相对于接地电极27被接合，在本实施方式中，遍及接地电极侧端头31以及接地电极27之间的整个区域形成有熔融部36。

并且，在包含接地电极侧端头31的中心轴CL2的截面，构成为当将接地电极侧端头31和中间层34的边界的长度设为La〔＝La1+La2+La3(mm)〕、将沿着上述边界的方向的上述空孔38的长度设为Na〔＝Na1+Na2+Na3+Na4+Na5+Na6(mm)〕时满足0.1≤Na/La≤0.4。

并且，在包含上述中心轴CL2的截面，对从接地电极侧端头31的一个侧面到另一个侧面的范围进行4等分的、与上述中心轴CL2平行的直线从一端依次设为直线Pa1、直线Pa2(在本实施方式中，与中心轴CL2一致)以及直线Pa3。此时，构成为当将在从直线Pa1到直线Pa3的范围的、沿着接地电极侧端头31和中间层34的边界的方向的空孔38的长度设为Qa〔＝Na2+Na3+Na4+Na5(mm)〕时满足0.6≤Qa/Na。即，构成为空孔38的大部分位于接地电极侧端头31的中心侧。

另外，如图2所示，中间层35形成于中心电极侧端头32以及中心电极5(外层5B)之间。

如图4所示，中间层35具有中心电极侧端头32以及中心电极5(外层5B)熔合而成的熔融部37、以及形成于该熔融部37以及中心电极侧端头32的边界部分的多个空孔39(此外，在图4中为了便于图示，比实际厚且长地示出空孔39，并且其数量比实际数量少地示出空孔39)。

通过熔融部37将中心电极侧端头32与中心电极5(外层5B)接合，在本实施方式中，遍及中心电极侧端头32以及中心电极5之间的整个地区形成有熔融部37。

并且，在包含中心电极侧端头32的中心轴CL3的截面，构成为当将中心电极侧端头32和中间层35的边界的长度设为Lb〔＝Lb1+Lb2(mm)〕、将沿着上述边界的方向的上述空孔39长度设为Nb〔＝Nb1+Nb2+Nb3+Nb4+Nb5+Nb6(mm)〕时满足0.1≤Nb/Lb≤0.4。

另外，在包含上述中心轴CL3的截面，对从中心电极侧端头32的一个侧面到另一个侧面的范围进行4等分的、与上述中心轴CL3平行的直线从一端依次设为直线Pb1、直线Pb2(在本实施方式中与中心轴CL3一致)以及直线Pb3。此时，构成为当将在从直线Pb1到直线Pb3的范围中的沿着中心电极侧端头32和中间层35的边界的方向的空孔39长度设为Qb〔＝Nb2+Nb3+Nb4+Nb5(mm)〕时满足0.6≤Qb/Nb。即，构成为空孔39的大部分位于中心电极侧端头32的中心侧。

此外，沿着边界的空孔38、39的长度能够如下地进行调节。即，在通过电阻焊接对端头31、32进行焊接的情况下，通过改变在电阻焊接时的端头31、32对电极5、27的按压负荷、通电电流，能够调节空孔38、39的长度。例如，通过使按压负荷增大、使端头31、32以及电极5、27的接触面积增大，能够减少电阻焊接时的发热量，并能够形成更多的空孔38、39(使空孔38、39变得更长)。另外，在通过激光焊接对端头31、32进行焊接的情况下，通过改变在激光焊接时的端头31、32对电极5、27的按压负荷、激光电子束的能量，能够调节空孔38、39长度。例如，通过使激光电子束的能量增大而能够使发热量增大，并能够使形成的空孔38、39变得比较少(进一步缩短空孔38、39)。此外，不通过焊接条件的改变，而例如通过调节端头31、32和电极5、27所含有的气体的量也能够调节空孔38、39的长度。

另外，能够通过以下的方法测量空孔38、39的长度。即，得到包含中心轴CL2、CL3的截面并且对该截面实施截面剖光(cross polishing)加工或采用FIB(聚焦离子束装置)照射离子束，从而抛光截面。此后，通过SEM(扫描型电子显微镜)等观察抛光的截面来测量空孔38、39的长度。

并且，在本实施方式中，如图5所示，在向与接地电极侧端头31的中心轴CL2正交的平面Sa投影接地电极27与位于接地电极27一侧的接地电极侧端头31的端面时，接地电极27的投影面27P和上述端面的投影面31P重叠的区域Ra(图5中的赋予散点图案的部位)呈圆形。并且，如图6所示，构成为当将上述区域Ra的直径设为Ka(mm)、将沿着上述中心轴CL2的接地电极侧端头31的最大厚度设为Ta(mm)时满足Ka/Ta≥1.2。即，为了实现放电面积的增大(提高耐消耗性)，将Ka设置为比较大，另一方面从制造成本等的方面出发，Ta被设置为比较小，接地电极侧端头31被设为比较薄。

另外，如图7所示，在本实施方式中，在向与中心电极侧端头32的中心轴CL3正交的平面Sb投影了中心电极5和位于中心电极5一侧的中心电极侧端头32的端面时，中心电极5的投影面5P和上述端面的投影面32P重叠的区域Rb(图7中赋予散点图案的部位)呈圆形。并且，如图8(此外，在图8中未图示空孔39)所示，构成为在将上述区域Rb的直径设为Kb(mm)、将沿着上述中心轴CL3的中心电极侧端头32的最大厚度设为Tb(mm)时满足Kb/Tb≥1.2。即，与接地电极侧端头31同样地，中心电极侧端头32也被设为比较薄。

如上详细示出，根据本实施方式，因为A1-B1(A2-B2)被设为50质量％以上，所以在使用时(高温下)能够使端头31、32所含有的贵金属成分充分扩散。随着该扩散，能够使存在于中间层34、35的空孔38、38进入端头31、32的内部(特别是中间层34、35侧)，并能够在端头31、32的内部形成空孔。并且，通过形成在该端头31、32的内部的空孔，能够缓和随着电极5、27的热膨胀而从电极5、27对端头31、32施加的应力，并能够降低端头31、32的位于电极5、27一侧的部位和端头31、32的位于与电极5、27相反一侧的部位之间的热膨胀差。其结果，能够更可靠地防止在端头31、32发生变形和破裂。

另外，通过形成在端头31、32的内部的空孔的存在，能够使在电极5、27以及端头31、32之间的热应力差降低。因此，能够有效地抑制在端头31、32以及电极5、27之间形成氧化皮，能够提高端头31、32相对于电极5、27的焊接性。其结果，能够更可靠地防止端头31、32的剥离(脱落)。

并且，在本实施方式中，被设置为0.6≤Qa/Na以及0.6≤Qb/Nb，在端头31、32以及电极5、27之间产生的热应力差特别容易变大的端头31、32的中心侧形成有空孔38、39的大部分。因此，在使用时(高温下)，能够在端头31、32的中心侧内部形成有更多的空孔，能够更有效地使在电极5、27以及端头31、32之间的热应力差降低。其结果，能够使端头31、32的焊接性进一步提高，并能够更加可靠地防止端头31、32的剥离(脱落)。

并且，因为满足Ka/Ta≥1.2以及Kb/Tb≥1.2，所以能够使在电极5、27以及端头31、32之间的热应力差变得更小，并能够实现焊接性的进一步提高。

另一方面，在满足Ka/Ta≥1.2以及Kb/Tb≥1.2时，更加担心在端头31、32的变形和破裂，但通过满足上述的结构，能够更加可靠地防止端头31、32的变形等。其结果，能够充分地维持通过设为Ka/Ta≥1.2(Kb/Tb≥1.2)而实现的优势(极为优异的焊接性)并能够消除伴随着设为Ka/Ta≥1.2(Kb/Tb≥1.2)的缺点(耐变形性的降低)。

另外，在使电极5、27含有Y或稀土族元素的情况下，因为这些元素原子半径比较大，所以容易使电极5、27的晶格产生变形。从而，使端头31、32所含有的贵金属成分更加容易扩散，进而使空孔更可靠进入到端头31、32的内部。其结果，能够更加可靠地发挥上述的作用效果。

〔第2实施方式〕

接着，以与上述第1实施方式的不同点为中心对第2实施方式进行说明。在上述第1实施方式中，遍及接地电极侧端头31以及接地电极27之间的整个区域形成有中间层34，遍及中心电极侧端头32以及中心电极5(外层5B)之间的整个区域形成有中间层35。与此相对，在本第2实施方式中，通过改变焊接条件，如图9所示，在接地电极侧端头41以及接地电极27之间的局部形成有中间层44，在中心电极侧端头42以及中心电极5(外层5B)之间的局部形成有中间层45。此外，在本实施方式中，为了充分确保接地电极侧端头41相对于接地电极27的焊接性，如图10所示，在包含接地电极侧端头41的中心轴CL4的截面，接地电极侧端头41以及中间层44的边界的长度被设置为比在接地电极侧端头41上不经由中间层44而与接地电极27相邻的部位的长度大。另外，为了充分确保中心电极侧端头42相对于中心电极5的焊接性，如图11所示，中心电极侧端头42以及中间层45边界的长度被设置为比中心电极侧端头42中的不经由中间层45而与中心电极5相邻的部位的长度大。

并且，如图10所示，中间层44具备熔融部46、以及位于该熔融部46和接地电极侧端头41的边界部分的多个空孔48。并且，在包含接地电极侧端头41的中心轴CL4的截面，被构成为当将接地电极侧端头41与中间层44的边界的长度设为Lc(mm)、将沿着上述边界的方向的上述空孔48的长度设为Nc〔＝Nc1+Nc2+Nc3+Nc4+Nc5(mm)〕时满足0.1≤Nc/Lc≤0.4。此外，在通过电阻焊接而将接地电极侧端头41等接合到接地电极27时，也存在熔融部46非常薄几乎不能确认的情况。

并且，在包含上述中心轴CL4的截面，将对从接地电极侧端头41的一个侧面到另一个侧面的范围进行4等分的、与上述中心轴CL4平行的直线从一端依次设为直线Pc1、直线Pc2(在本实施方式中与中心轴CL4一致)以及直线Pc3。此时，构成为在从直线Pc1到直线Pc3的范围的、沿着上述边界的方向的空孔48的长度设为Qc〔＝Nc2+Nc3+Nc4(mm)〕时满足0.6≤Qc/Nc。

另外，如图11所示，中间层45具有熔融部47、以及位于该熔融部47以及中心电极侧端头42的边界部分的多个空孔49。并且，在包含中心电极侧端头42的中心轴CL5的截面，构成为在将中心电极侧端头42与中间层45的边界的长度设为Ld〔＝Ld1+Ld2(mm)〕、将沿着上述边界的方向的上述空孔49的长度设为Nd〔＝Nd1+Nd2+Nd3+Nd4+Nd5(mm)〕时满足0.1≤Nd/Ld≤0.4。

并且，在包含上述中心轴CL5的截面，将对从中心电极侧端头42的一个侧面到另一个侧面的范围进行4等分的、与上述中心轴CL5平行的直线从一端依次设为直线Pd1、直线Pd2(在本实施方式中与中心轴CL5一致)以及直线Pd3。此时，构成为将在从直线Pd1到直线Pd3的范围的、沿着上述边界的方向的空孔49的长度设为Qd〔＝Nd2+Nd3+Nd4+Nd5(mm)〕时满足0.6≤Qd/Nd。

并且，在上述第1实施方式中，接地电极侧端头31呈圆柱状，但在本第2实施方式中，接地电极侧端头41呈长方体状。

因此，如图12所示，在向与接地电极侧端头41的中心轴CL4正交的平面Sc沿着上述中心轴CL4投影接地电极27和位于接地电极27一侧的接地电极侧端头41的端面时，接地电极27的投影面27P和上述端面的投影面41P重叠的区域Rc成为矩形状。

另外，如图13所示，构成为在将上述区域Rc的长边设为Kc(mm)、将沿着上述中心轴CL4的接地电极侧端头41的最大厚设为Tc(mm)时满足Kc/Tc≥1.2。

以上，根据本第2实施方式，能够起到与上述第1实施方式同样的作用效果。即，能够特别提高端头41、42相对于电极5、27的焊接性，并能够非常有效地防止在端头41、42的变形和破裂。

〔第3实施方式〕

接着，以与上述第1、第2实施方式的不同点为中心对第3实施方式进行说明。在上述第1、第2实施方式中，接地电极侧端头31、41的整体与接地电极27的前端相比位于基端侧。

与此相对，在本第3实施方式中，如图14所示，接地电极侧端头51以其一部分比接地电极27的前端突出的方式被焊接到接地电极27。此外，为了充分地确保接地电极侧端头51相对于接地电极27的焊接性，接地电极侧端头51以及中间层54的边界的长度被设置为比接地电极侧端头51中的不经由中间层54而与接地电极27相邻的部位的长度大。

并且，接地电极侧端头51与上述第2实施方式同样地被设置为长方体状。因此，如图15所示，在向与接地电极侧端头51的中心轴CL6正交的平面Se沿着上述中心轴CL6投影接地电极27和位于接地电极27一侧的接地电极侧端头51的端面(在接地电极侧端头51的外表面中与中间层54最大范围地相邻且在确保焊接性的点上特别重要的面)时，接地电极27的投影面27P和上述端面的投影面51P重叠的区域Re成为矩形状。并且，如图14所示，构成为在将上述区域Re的长边设为Ke(mm)、将沿上述中心轴CL6的接地电极侧端头51的最大厚设为Te(mm)时满足Ke/Te≥1.2。

以上，根据本第3实施方式，基本上能够起到与上述第1、第2实施方式同样的作用效果。

并且，因为接地电极侧端头51比接地电极27的前端突出，所以能够抑制因接地电极27产生的火焰核的增长阻碍。其结果，能够实现引燃性的提高。

接着，为了确认通过上述实施方式所起到的作用效果，制作具有组成各不相同的端头、并对该端头的贵金属成分的含有率A(质量％)和焊接有端头的接地电极中的贵金属成分的含有率B(质量％)之差(A-B)进行了各种改变的多个火花塞的样品。此外，对于各样品，通过调节焊接时的按压负荷和通电电流等，当将沿着上述边界的方向的空孔的长度设为N(mm)、将端头和中间层之间的边界的长度设为L(mm)、将位于端头的中心侧的(位于从直线P1到直线P3的范围)空孔的沿着上述边界的方向的长度设为Q(mm)时，能够使长度N(mm)相对于长度L(mm)的比例(N/L)、和长度Q(mm)相对于长度N的比例(Q/N)设为各不相同。并且，关于各样品进行了机上燃烧器试验。即，将在空气氛围下使用燃烧器加热2分钟使接地电极的温度成为1000℃之后缓慢冷却1分钟作为一个周期，从而实施1000个周期。并且，在1000个周期结束后，观察端头的表面(位于中间层的相反侧、形成火花放电间隙的表面)以及接地电极的截面，评价各样品在耐变形性以及焊接性方面的优劣。

具体地说，对在端头的表面产生变形和破裂的样品在耐变形性上设为差而作出“×”的评价，另一方面在端头的表面上未产生变形和破裂的样品设为具有良好的耐变形性而作出“○”的评价。

另外，测量相对于端头以及中间层的边界部分的长度的、在该边界部分中被形成的氧化皮的长度，并且计算氧化皮的长度相对于上述边界部分的长度的比例(氧化皮比例)，决定对氧化皮比例成为50％以上的样品设为焊接性差而作出“×”的评价。另一方面，对氧化皮比例成为25％以上小于50％的样品设为具有良好的焊接性而作出“○”的评价，对氧化皮比例成为小于25％的样品设为具有极为优异的焊接性而作出“◎”的评价。

并且，从耐变形性以及焊接性的方面出发综合性地判定样品，对于耐变形性及焊接性的至少一方评价成为“×”的样品综合判断为“×”。与此相对，对于在耐变形性以及焊接性的双方评价成为“○”的样品将综合判断设为“○”，对于在耐变形性的评价为“○”且在焊接性的评价为成“◎”的样品将综合判断设为“◎”。

在表1中示出该试验的结果。此外，各样品都由INC600(注册商标)(Ni-16Cr-7Fe)形成接地电极。另外，将端头的热膨胀系数设为比接地电极的热膨胀系数小。

[表1]

如表1所示，可知A-B小于50质量％的样品(样品1、2)在端头容易产生变形和破裂。这是因为贵金属成分的浓度差小，所以在高温下端头的贵金属成分难于向接地电极侧扩散，进而空孔难于进入端头的内部。

另外，N/L小于0.1的样品(样品3)和N/L比0.4大的样品(样品4)被确认耐变形性和焊接性差。

与此相对，可知A-B为50质量％以上并且满足0.1≤N/L≤0.4的样品(样品5～11)在耐变形性以及焊接性的双方具有良好的性能。这是基于如下理由考虑的。即，将A-B设为50质量％以上，从而在高温下端头的贵金属成分充分地扩散到接地电极侧。并且，伴随该扩散，边界部分的遍及比较广大范围形成的空孔进入端头内部(中间层侧)，在端头的内部形成体积比较大的空孔。通过该空孔使伴随接地电极的热膨胀从接地电极施加到端头的应力变得缓和，端头的位于接地电极侧的部位和端头的位于表面侧的部位之间的热膨胀差减少。其结果，抑制了在端头表面的变形和破裂的发生。另外，通过在端头内部形成的空孔的存在，在接地电极以及端头间的热应力差降低，其结果，抑制了在边界部分的氧化皮的形成。

并且，可知满足0.6≤Q/N的样品(样品10、11)具有极为优异的焊接性。这被认为是因为在与接地电极之间的热应力差容易成为特别大的端头中心侧的内部形成很多的空孔，所以能够更加有效地降低热应力差。

根据上述试验的结果，可以说为了使焊接性以及耐变形性的双方良好，优选构成为将端头的贵金属成分的含有率A(质量％)和电极的贵金属成分的含有率B(质量％)之差(A-B)设为50质量％以上，并满足0.1≤N/L≤0.4。

另外，可以说为了实现焊接性的进一步提高，更优选满足0.6≤A/N。

其次，制做外径〔与端头的投影面以及接地电极的投影面重叠区域的直径K(mm)相等〕以及沿着中心轴的最大厚度T(mm)分别不同的圆柱状的端头焊接在接地电极而成的多个火花塞的样品。并且，对于所得到的样品进行上述机上燃烧器试验，并评价耐变形性以及焊接性。

在表2中示出该试验的结果。此外，各样品都由Pt-20Ni形成端头，并且由Ni-1.5Si-1.5Cr-2Mn形成接地电极，将端头的热膨胀系数设为比接地电极的热膨胀系数小。

[表2]

如表2所示，可知满足K/T≥1.2的样品(样品21～23)在焊接性极为优异，并具有良好的耐变形性。这是基于如下理由考虑的。

即，被设为K/T≥1.2的比较薄的端头，当在高温下接地电极热膨胀时，端头的位于接地电极侧的部位易于与接地电极的热膨胀对应地变形。因此，在接地电极以及端头间的热应力差变小，能够实现优异的焊接性。

另一方面，端头的位于接地电极侧的部位更容易变形，从而端头的位于接地电极侧的部位和端头的位于表面侧(与中间层相反一侧)的部位的热膨胀差增大。因此，被设为K/T≥1.2的端头容易产生变形和破裂，耐变形性差。

但是，通过在中间层设置上述空孔，从而如上所述，能够使端头的位于接地电极侧的部位和端头的位于表面侧(与中间层相反一侧)的部位的热膨胀差降低，进而能够更可靠地防止端头的变形和破裂。即，在使用焊接性的方面虽然优异但是耐变形性容易变得不充分的K/T≥1.2的端头的情况下，通过如上所述地在中间层设置空孔，能够使耐变形性充分提高，其结果，被认为能够实现极为优异的焊接性和良好的耐变形性。

此外，不限于上述实施方式的记载内容，例如也可以下如下地实施。当然，也可以是以下未示例的其他的应用例、变更例。

(a)在上述实施方式中，在中心电极5以及接地电极27两者上焊接有端头31、32，但也可以仅在两电极的一者设置端头。在该情况下，被设置在一个电极的端头和另一个电极之间形成火花放电间隙。

(b)在上述实施方式中，被设置为由以贵金属作为主要成分的金属形成端头，在端头的贵金属成分的含有率比在焊接有端头的电极的贵金属成分的含有率大。与此相对，例如，也可以设置为通过以贵金属为主要成分的金属形成电极，从而电极中的贵金属成分的含有率比端头中的贵金属成分的含有率大，并且含有率之差成为50质量％以上。即使在该情况下，伴随着在高温下的贵金属成分的扩散，空孔进入端头的内部。其结果，能够起到与上述实施方式同样的作用效果。

(c)在上述实施方式中，对在主体配件3的前端部26接合有接地电极27的情况进行了具体化，但也能够适用于以去掉主体配件的一部分(或与主体配件预先焊接的前端配件的一部分)的方式来形成接地电极的情况(例如，特开2006-236906号公报等)。

(d)在上述实施方式中，工具卡合部19被设为截面六角形状，但关于工具卡合部19的形状，不限于这样的形状。例如，也可以设为Bi-HEX(变形12边)形状〔ISO22977:2005(E)〕等。

标号说明

1…火花塞，5…中心电极，27…接地电极，31…接地电极侧端头，32…中心电极侧端头，33…火花放电间隙(间隙)，34，35…中间层，38，39…空孔，CL2，CL3…(端头的)中心轴。

Claims (3)

1.一种火花塞，具备中心电极以及在与上述中心电极之间形成间隙的接地电极，在上述两电极的至少一个上焊接有端头，该火花塞的特征在于，

上述端头的热膨胀系数比焊接有上述端头的上述电极小，上述端头的贵金属成分的含有率A(质量％)与上述电极的贵金属成分的含有率B(质量％)之差(A-B)是50质量％以上，

在上述端头和上述电极之间的中间层存在空孔，在包含上述端头的中心轴的截面，在将上述端头和上述中间层的边界的长度设为L(mm)、将沿着上述端头和上述中间层的边界的方向的上述空孔的长度设为N(mm)时，0.1≤N/L≤0.4。

2.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

在上述截面，将对从上述端头的一个侧面到另一个侧面的范围4等分的与上述中心轴平行的直线从一端起依次设为P1、P2、P3，

在将从P1到P3的范围的沿着上述边界的方向的上述空孔的长度设为Q(mm)时，0.6≤Q/N。

3.如权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

在向与上述端头的中心轴正交的平面沿着上述中心轴投影焊接有上述端头的上述电极和位于该电极侧的上述端头的端面时，上述电极的投影面和上述端面的投影面重叠的区域呈矩形状或圆形状，

在上述区域是矩形状的情况下将K(mm)设为上述区域的长边，在上述区域是圆形状的情况下将K(mm)设为上述区域的直径，

在将T(mm)设为沿着上述中心轴的上述端头的最大厚度时，

K/T≥1.2。