CN104979753A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供包括即使在冷热循环环境下电极头也不易剥离的接地电极的火花塞，其包括：中心电极，其保持于绝缘体的沿轴线方向延伸的轴孔的一端侧；电极头，在其与上述中心电极之间形成间隙；以及接地电极，其具有与设于上述绝缘体的外周的主体金属外壳接合的一端部，还具有利用电阻焊而接合有上述电极头的另一端部，其中，上述接地电极包含以Ni为主要成分的Ni合金，将上述接地电极的外表面上的100μm×100μm的范围内的在深度方向上距上述外表面的距离设为X(nm)，将上述深度方向上的距离X处的氧浓度设为f(X)(质量％)，将上述氧浓度f(X)成为10时的上述深度方向上的距离X的值设为X’，此时，为30质量％·nm～1000质量％·nm。

Description

火花塞

技术领域

该发明涉及一种包括通过电阻焊而接合有电极头的接地电极的火花塞。

背景技术

火花塞使用于汽车发动机等的内燃机的点火。通常，火花塞包括筒状的主体金属外壳、配置于该主体金属外壳的内孔的筒状的绝缘体、配置于该绝缘体的内孔的顶端侧的中心电极以及一端部与主体金属外壳的顶端侧接合且另一端部在与中心电极的顶端部之间具有间隙的接地电极。而且，火花塞在该间隙进行火花放电，从而使内燃机的燃烧室内的燃料燃烧。

作为形成中心电极和接地电极(以下称为电极)的材料，一般使用Ni合金等。Ni合金在抗氧化性和耐磨性方面相比于以Pt和Ir等贵金属为主要成分的贵金属合金多少要差一些。但是，由于Ni合金相比于贵金属较廉价，因此，Ni合金多作为形成电极的材料使用。

然而，近年来，燃烧室内的温度存在高温化的趋势。而且，为了提高点火性多使用以使形成火花放电间隙的放电部突出到燃烧室的内部的方式配置的发动机。因此，当在由Ni合金等形成的、接地电极的顶端部与中心电极的顶端部之间产生火花放电时，会导致接地电极和中心电极的相对的、各自的顶端部容易发生消耗。于是，开发有以下这样的方法：在接地电极和/或中心电极的顶端部设置贵金属制的电极头，通过利用该电极头产生火花放电，来抑制接地电极和中心电极的消耗。

另一方面，暴露在伴随冷热循环的环境下的电极头容易自电极剥离。因而，以往以来，一直在开发一种使电极头不易自电极剥离的火花塞。

例如，在专利文献1中，公开有这样一种火花塞：其目的在于提高贵金属电极头相对于接地电极的耐剥离性，该接地电极包含以Ni为主要成分且含有0.8wt％以上的Al的合金，“该火花塞的特征在于，…在含有焊接而成的贵金属电极头的半剖面的贵金属电极头的下方20μm的范围的剖面积中，Al聚集体的面积占有率在30％以下”(专利文献1的权利要求1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004－186152号公报

如专利文献1所记载的那样，关于提高电极头的自电极剥离的耐剥离性的方法，正在基于各种观点进行开发。然而，虽然在对电极头材料、电极材料进行开发，但是，当供火花塞放置的环境等发生变化时，相伴与此，电极头的耐剥离性降低。因此，在进行电极头材料等的开发的同时，用于确保电极头的耐剥离性的研究也在持续进行。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种包括有即使在冷热循环环境下电极头也不易剥离的接地电极的火花塞。

用于解决问题的方案

用于解决上述课题的方法，

(1)一种火花塞，该火花塞包括：

中心电极，其保持于沿绝缘体的轴线方向延伸的轴孔的一端侧；

电极头，在该电极头与上述中心电极之间形成间隙；以及

接地电极，其具有与设于上述绝缘体的外周的主体金属外壳接合的一端部，并且具有利用电阻焊而接合有上述电极头的另一端部，其中，

上述接地电极包含以Ni为主要成分的Ni合金，

将上述接地电极的外表面中的100μm×100μm的范围内的在深度方向上距上述外表面的距离设为X(nm)，将上述深度方向上的距离X处的氧浓度设为f(X)(质量％)，将上述氧浓度f(X)成为10时的上述深度方向上的距离X的值设为X’，此时，

为30质量％·nm～1000质量％·nm。

作为上述(1)的优选的方式，能够列举以下的方式。

(2)上述接地电极的Ni的含量在50质量％以上。

(3)根据上述(1)或(2)的火花塞，上述接地电极的Cr的含量在10质量％以上且在30质量％以下。

(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的火花塞，上述接地电极的Y或Zr的含量在0.1质量％以上且在0.5质量％以下。

(5)根据上述(1)～(4)中任一项所述的火花塞，上述接地电极的Al的含量在0质量％以上且在1.8质量％以下。

(6)根据上述(1)～(5)中任一项所述的火花塞，上述接地电极的Si的含量在0质量％以上且在2质量％以下。

发明的效果

本发明的火花塞的包含Ni合金的接地电极在自其外表面在深度方向上到规定的距离为止的表面部分包括具有规定的氧浓度的高氧浓度区域。

电阻焊有电极头的以往的接地电极具有未氧化部分和氧化部分。即，供电极头接合的接地电极的表面部分由于位于电极头正下方的位置而未暴露在空气中，因此难以被氧化(未氧化部分)，但由于其周边部分暴露在空气中因此其周边部分能够被氧化(氧化部分)。另一方面，对于本发明中的接地电极而言，电阻焊有电极头的接地电极的表面部分具有高氧浓度区域，因此，接地电极的表面部分能够利用高氧浓度区域所含有的氧被均匀地氧化。

在不存在高氧浓度区域的以往的接地电极中，存在电极头、接地电极中的未氧化部分和氧化部分这样的三种不同的材料相邻接的部分。由于这三种材料各自的热膨胀系数不同，因此在冷热循环环境下在该部分产生较大的应力，而使电极头容易自该部分剥离。另一方面，本发明的火花塞的供电极头接合的接地电极的表面部分被均匀地氧化。因此，由于电极头与接地电极的氧化部分以面相邻接，而使在冷热循环环境下产生的应力分散在该面整体，因此，与以往的接地电极相比，电极头不易自本发明的接地电极剥离。

因而，采用本发明，能够提供一种包括有即使在冷热循环环境下电极头也不易剥离的接地电极的火花塞。特别是，采用本发明，无论是哪种电极头材料，都能够仅通过考虑电极头的热膨胀系数与氧化的接地电极的热膨胀系数之间的差别来确定电阻焊的条件，从而确保期望的焊接强度。

附图说明

图1是该发明的火花塞的一实施例的火花塞的局部剖面整体说明图。

图2是放大地表示图1所示的火花塞中的电极头和接地电极之间的接合部分的主要部分概略剖面说明图。

图3是放大地表示以往的火花塞中的电极头和接地电极之间的接合部分的主要部分概略剖面说明图。

图4是表示耐剥离性的评价试验中的龟裂扩展长度的测量位置的主要部分概略剖面说明图。

具体实施方式

图1中表示该发明的火花塞的一实施例的火花塞。图1是该发明的火花塞的一实施例的火花塞1的局部剖面整体说明图。另外，在图1中，将纸面下方、即配置有后述的接地电极的一侧作为轴线O的顶端方向、将纸面上方作为轴线O的后端方向进行说明。

如图1所示，该火花塞1包括：绝缘体3，其为大致圆筒形状，且具有沿轴线O方向延伸的轴孔2；中心电极4，其为大致棒状，且配置于上述轴孔2内的顶端侧；端子金属件5，其配置于上述轴孔2内的后端侧；连接部6，其将上述中心电极4和上述端子金属件5在上述轴孔2内电连接；主体金属外壳7，其为大致圆筒形状，且设于上述绝缘体3的外周；电极头9，在该电极头9与上述中心电极4之间形成间隙G；以及接地电极8，其具有与上述主体金属外壳7接合的一端部并且具有利用电阻焊而接合有上述电极头9的另一端部。

上述绝缘体3具有沿轴线O方向延伸的轴孔2，且上述绝缘体3具有大致圆筒形状。另外，绝缘体3包括后端侧主体部11、大径部12、顶端侧主体部13以及腿长部14。后端侧主体部11收容端子金属件5，将端子金属件5和主体金属外壳7绝缘。大径部12在比该后端侧主体部11靠顶端侧的位置朝向径向外侧突出。顶端侧主体部13在该大径部12的顶端侧收容连接部6，具有小于大径部12的外径。腿长部14在该顶端侧主体部13的顶端侧收容中心电极4，且腿长部14所具有的外径和内经分别小于顶端侧主体部13的外径和内径。顶端侧主体部13的内周面和腿长部14的内周面借助凸部15相连接。后述的中心电极4的凸缘部16以与该凸部15相抵接的方式配置于该凸部15，中心电极4固定在轴孔2内。顶端侧主体部13的外周面和腿长部14的外周面借助台阶部17相连接。后述的主体金属外壳7的锥部18隔着板密封件19与该台阶部17相抵接，绝缘体3相对于主体金属外壳7固定。绝缘体3以绝缘体3的顶端方向的端部自主体金属外壳7的顶端面突出的状态固定于主体金属外壳7。绝缘体3期望由具有机械强度、热强度、电气强度的材料形成。这样的材料例如可列举有以氧化铝为主体的陶瓷烧结体。

在上述绝缘体3的轴孔2内，在轴孔2的顶端侧设有中心电极4，在轴孔2的后端侧设有端子金属件5，在中心电极4与端子金属件5之间设有连接部6，该连接部6将中心电极4和端子金属件5固定在轴孔2内并且将它们电连接。上述连接部6由电阻体21、第1密封体22以及第2密封体23构件形成，该电阻体21用于降低传播噪声，该第1密封体22设于该电阻体21与中心电极4之间，该第2密封体23设于该电阻体21与端子金属件5之间。电阻体21通过将含有玻璃粉末、非金属导电性粉末以及金属粉末等的组合物烧结而形成，其电阻值通常在100Ω以上。第1密封体22和第2密封体23通过将含有玻璃粉末和金属粉末等的组合物烧结而形成，它们的电阻值通常在100mΩ以下。该实施方式中的连接部6利用电阻体21、第1密封体22、第2密封体23形成，但连接部6还可以利用电阻体21、第1密封体22、第2密封体23中的至少一者形成。

上述主体金属外壳7具有大致圆筒形状，形成为通过内装绝缘体3而保持绝缘体3。在主体金属外壳7的顶端方向上的外周面上形成有螺纹部24，利用该螺纹部24在未图示的内燃机的缸盖上安装火花塞1。上述主体金属外壳7在螺纹部24的后端侧具有凸缘状的气密部25，在气密部25的后端侧具有用于使扳手(spanner)、扳钳(wrench)等工具卡合的工具卡合部26，在工具卡合部26的后端侧具有压紧部27。在形成于压紧部27的内周面和工具卡合部26的内周面与绝缘体3的外周面之间的环状的空间内配置有滑石30和环状的密封件28、29，绝缘体3相对于主体金属外壳7固定。螺纹部24的内周面的顶端侧以相对于腿长部14具有空间的方式配置，朝向径向内侧突出的突起部32的后端侧的以锥形状扩径的锥部18和绝缘体3的台阶部17隔着环状的板密封件19相抵接。主体金属外壳7能够利用导电性的钢铁材料、例如低碳钢形成。

端子金属件5为用于自外部向中心电极4施加电压的端子，该电压用于在中心电极4与电极头9之间进行火花放电，该端子金属件5以其一部分自绝缘体3的后端侧露出的状态插入于轴孔2内且利用第2密封体23固定。端子金属件5能够利用低碳钢等的金属材料形成。

上述中心电极4具有与上述连接部6相接触的后端部34和自上述后端部34向顶端侧延伸的棒状部35。后端部34具有朝向径向外侧突出的凸缘部16。该凸缘部16以与绝缘体3的凸部15相抵接的方式配置，通过在上述绝缘体3的内周面与后端部34的外周面之间填充第1密封体22，使得中心电极4以其顶端自绝缘体3的顶端面突出的状态固定在绝缘体3的轴孔2内，且相对于主体金属外壳7绝缘保持。中心电极4的后端部34和棒状部35能够由Ni或以Ni为主要成分的Ni合金等的中心电极4所使用的公知的材料形成。中心电极4也可以由外层和芯部形成，该外层利用Ni合金等形成，该芯部利用导热系数高于Ni合金的导热系数的材料形成，且该芯部以与该外层的内部的轴心部同轴地埋入于该外层的内部的轴心部的方式形成。形成芯部的材料例如能够列举有Cu、Cu合金、Ag、Ag合金、纯Ni等。另外，中心电极4还可以在上述棒状部35的顶端面具有电极头。作为形成电极头的材料能够列举有Pt合金和Ir合金等。电极头例如通过电阻焊和/或激光焊接等接合于棒状部35。

通过电阻焊而接合于接地电极8的上述电极头9在该实施方式中为圆柱状。上述电极头9的形状没有特殊限定，作为除圆柱状以外的形状，能够采用椭圆柱状、棱柱状以及板状等适当的形状。上述电极头9由抗氧化性和耐火花损耗性优越于形成接地电极8的材料的材料形成，例如，由以Pt为主要成分的Pt合金、以Rh为主要成分的Rh合金、以Pd为主要成分的Pd合金形成。上述电极头所含有的除主要成分以外的成分可列举有Rh、Pt、Pd等。相比于由其他的贵金属形成的电极头9与接地电极8电阻焊时的发热量，由Pt合金或Rh合金形成的电极头9与接地电极8电阻焊时的发热量较小，因而难以确保接合强度。但是，如下所述，由于该发明的接地电极8具有高氧浓度区域，因此，即使是发热量较小的电极头材料也能够确保期望的接合强度。另外，“主要成分”是指电极头9所含有的成分中含量最多的成分。

在该实施方式中，上述间隙G为设于接地电极8的顶端部的侧面的电极头9的顶端面和与该电极头9的顶端面相对的中心电极4的棒状部35的顶端面之间的最短距离。通常，该间隙G设定为0.3mm～1.5mm。在该间隙G处产生火花放电。在中心电极为具有电极头的中心电极的情况下，设于接地电极的电极头的顶端面和中心电极的电极头的顶端面之间的最短距离为间隙G。在火花塞为以中心电极的侧面和设于接地电极的顶端部的电极头相对的方式设置的横向放电型(日文：横放電型)的火花塞的情况下，中心电极的侧面和设于接地电极的顶端部的电极头的相对的、各自的相对面之间的最短距离为间隙G。

上述接地电极8以如下方式形成，即，接地电极8的一端部接合于主体金属外壳7的顶端部，在中途以大致字母L状弯折，接地电极8的另一端部通过电阻焊接合有电极头9，并使该电极头9的顶端部和中心电极4的顶端部隔着间隙G相对。上述接地电极8为棒状体，与棒状体的轴线正交的剖面形状没有特殊限定，例如可列举有方形、多边形、圆形、椭圆形等。上述接地电极8由以Ni为主要成分的Ni合金形成。上述接地电极8与中心电极4相同，也可以由外侧和芯部形成，该外层由Ni合金形成，该芯部由导热系数高于Ni合金的导热系数的材料形成，且该芯部以与该外层的内部的轴心部同轴地埋入于该外层的内部的轴心部的方式形成。作为形成芯部的材料例如能够列举有Cu、Cu合金、Ag、Ag合金、纯Ni等。

图2是放大地表示图1所示的火花塞的电极头和接地电极之间的接合部分的主要部分概略剖面说明图。如图2所示，上述接地电极8在自其外表面41沿内部方向到规定的距离为止的表面部分44具有满足以下条件(1)的区域。

条件(1)：

在上述接地电极8的外表面41中的100μm×100μm的范围内，将在深度方向上距上述外表面41的距离设为X(nm)，将上述深度方向上的距离X处的氧浓度设为f(X)(质量％)，将上述氧浓度f(X)成为10时的上述深度方向上的距离X的值设为X’，此时，

为30质量％·nm～1000质量％·nm。

换言之，上述接地电极8在自其外表面41沿内部方向到规定的距离为止的表面部分44的至少一部分具有高氧浓度区域。高氧浓度区域中的氧浓度能够以规定区域中的氧浓度的积分值进行表示。即，上述接地电极8具有这样的高氧浓度区域：将在深度方向上距外表面41的距离X处的、与外表面平行的100μm×100μm的范围内的氧浓度设为f(X)，从外表面(X＝0)到氧浓度f(X)成为10质量％时的距离(X＝X’)为止的氧浓度f(X)的积分值为30质量％·nm～1000质量％·nm。如下所述，接地电极8通过在接地电极的制造工序中以特定的条件实施退火，从而能够在其外表面形成高氧浓度区域，因此，在接地电极8中的暴露在空气中的外表面整体上存在有满足条件(1)的区域的情况较多。从提高电极头9的自接地电极8的耐剥离性的观点看，接地电极8只要在预定供电极头9接合的面的表面部分44至少具有满足条件(1)的区域即可。因而，在接地电极8为棱柱形状的情况下，可以是六个面中仅在预定供电极头接合的面的表面部分44具有满足条件(1)的区域。若上述接地电极8满足条件(1)，则能够提高电极头9的自接地电极8的耐剥离性。

图3是放大地表示以往的火花塞中的电极头和接地电极之间的接合部分的主要部分概略剖面说明图。如图3所示，在以往的接地电极108中，在自接地电极108的外表面141沿内部方向到规定的距离为止的表面部分不存在上述的高氧浓度区域。在将电极头109通过电阻焊焊接于接地电极108的情况下，由于接地电极108的接合有电极头109的位于电极头109的正下方的表面部分142未暴露在空气中，因而难以被氧化。另一方面，接地电极108的与上述表面部分142相邻接的表面部分143即自设有电极头109的接合面C₁的外周附近的外表面141沿内部方向到规定的距离为止的表面部分143易于被空气中的氧气氧化，从而易于形成氧化物。因而，位于电极头109的正下方的未氧化部分142的热膨胀系数和与未氧化部分142相邻接的氧化部分143的热膨胀系数不同。另外，电极头109由与形成接地电极18的材料相比抗氧化性和耐火花损耗性良好的材料形成，因此，形成电极头109的材料和形成接地电极108的材料不同。因而，电极头109与接地电极108中的未氧化部分142和氧化部分143的材料不同，热膨胀系数也不同。因而，在电极头109的接合于接地电极108的接合面C₁的外周线P₁处，邻接有电极头109、接地电极108的未氧化部分142以及氧化部分143这三种热膨胀系数不同的材料：。其结果，暴露在冷热循环环境下的火花塞1在热膨胀系数不同的三种材料相邻接的该外周线P₁处产生较大的应力，从而易于以外周线P₁为起点发生剥离。

另一方面，如图2所示，本发明的接地电极8在自接地电极8的外表面41沿深度方向到规定的距离为止的表面部分44具有高氧浓度区域。因此，在通过电阻焊将电极头9焊接于接地电极8的情况下，接地电极8的接合有电极头9的部分的表面附近被均匀地氧化，形成的氧化物均匀地分散。即，接地电极8的位于电极头9的正下方的表面部分42和接地电极8的与上述表面部分42相邻接的表面部分43即自设有电极头9的接合面C的外周附近的外表面41沿内部方向到规定的距离为止的表面部分43被高氧浓度区域中含有的氧均匀地氧化。因而，本发明的接地电极8在与电极头9接合的表面附近不会如图3所示的以往的接地电极108那样存在未氧化部分142和氧化部分143这样的热膨胀系数不同的材料。因而，该火花塞1不会如以往的火花塞所示那样在电极头9与接地电极8之间的接合面C的外周线P处具有三种具有不同的热膨胀系数的材料相邻接的部分，而对于耐剥离性较差的部分不会以点、线的形式存在，接地电极8的氧化部分42、43与电极头9这样的热膨胀系数不同的两种材料以面相接触，因此，相比于以往的火花塞耐剥离性提高。由于本发明的火花塞1在接地电极8的表面部分4具有高氧浓度区域，因此，无论是哪种电极头材料，只要通过考虑电极头9的热膨胀系数与接地电极8的氧化部分42、43的热膨胀系数的差别来决定电阻焊的条件，就都能够确保期望的焊接强度。

上述高氧浓度区域的规定区域的氧浓度的积分值为30质量％·nm～1000质量％·nm即可。若接地电极8的表面部分44中的规定区域的氧浓度的积分值低于30质量％·nm，则难以获得上述效果。若接地电极8的表面部分44中的规定区域的氧浓度的积分值超过1000质量％·nm，则在将电极头9电阻焊在接地电极8上时，电阻焊产生的热会导致形成于表面部分42、43的氧化物增大，而使得进行电阻焊时的电流难以流动，反而使接合强度下降。

通常，上述接地电极8在外表面41处的氧浓度最高，氧浓度自外表面朝向内部去而逐渐降低。外表面41的100μm×100μm的范围内的氧浓度优选在50质量％以下。若上述氧浓度超过50质量％，则在接地电极的外表面41容易形成氧化镍覆膜(NiO)，而可能导致电极头9的接合强度下降。另外，接地电极8的高氧浓度区域的厚度优选在5nm以上且在100nm以下。若高氧浓度区域的厚度在上述范围内，则在将电极头9电阻焊在接地电极8上时，供电极头9接合的接地电极8的表面部分42、43容易被均匀地氧化。

上述接地电极8满足条件(1)的情况，能够通过使用俄歇电子能谱仪自接地电极8的外表面41沿深度方向进行元素分析来确认。元素分析具体而言如下所述地进行。在接地电极8的外表面41即接地电极8中的暴露在空气中的表面的任意的位置进行元素分析。另外，由于接合有电极头9和主体金属外壳7的附近可能受到电阻焊产生的热的影响，因此，在自电极头9和主体金属外壳7分开规定距离、例如5mm的位置进行元素分析较佳。外表面41中的分析范围设为100μm×100μm，在该分析范围内运行电子束的照射从而进行元素分析。计算氧相对于根据获得的光谱的峰强度比而检测出的全部元素的质量比，将该质量比设为氧浓度(质量％)。在上述条件(1)中，将外表面41的氧浓度设为f(0)(质量％)进行表示。在进行了外表面41处的元素分析之后，利用能照射Ar+等的离子枪向外表面41进行溅射，在自外表面41沿深度方向几nm的位置、例如2nm的位置同样地进行元素分析。在上述条件(1)中，将自外表面41沿深度方向距离2(nm)的位置的氧浓度设为f(2)(质量％)进行表示。同样地，交替并重复地进行溅射和元素分析，沿深度方向进行元素分析，直到氧浓度变得小于10质量％为止。由于本发明的接地电极8的表面部分的氧浓度通常自外表面41朝向内部去而逐渐减少，因此，在自外表面41沿深度方向进行俄歇电子能谱分析的过程中，会到达氧浓度小于10质量％的区域。计算在深度方向上自外表面(X＝0)到氧浓度f(X)成为10质量％的距离(X＝X’)为止的氧浓度f(X)的积分值。当该值为30质量％·nm～1000质量％·nm时，接地电极8满足上述条件(1)。

上述接地电极8包含以Ni为主要成分的Ni合金。上述接地电极的Ni的含量优选在50质量％以上且在99质量％以下，特别优选在55质量％以上且在90质量％以下。若上述接地电极8中的Ni的含量在上述范围内时满足条件(1)，则能够进一步提高电极头9的自接地电极8的耐剥离性。上述接地电极8的成分除Ni以外，还含有例如Cr、Zr、Y、Al、Si、Fe、Mn、Mo、W等。另外，“主要成分”是指在接地电极8所含有的成分中含量最多的成分。

上述接地电极8优选含有Cr，更优选的是Cr的含量在10质量％以上且在30质量％以下。接地电极8中的Cr的含量越多，则在室温(25℃)中的电阻率越大。电阻率越大，在将电极头9电阻焊在接地电极8上时发热量就越大，从而容易确保电极头9和接地电极8之间的接合强度。另外，接地电极8中的Cr的含量越多则接地电极8的耐腐蚀性越高，因此，容易确保电极头9和接地电极8之间的接合强度。若接地电极8中的Cr的含量低于10质量％，则难以获得上述效果。若接地电极8中的Cr的含量超过30质量％，则容易自接地电极8的与电极头9接合的部分的表面部分42、43析出被称为γ’相的较硬而难以变形的金属间化合物。若这样的γ’相在接地电极8的表面部分42、43析出，则在进行电阻焊时，可能阻碍电极头9焊入(日文：沈み込む)接地电极8，而可能导致电极头9和接地电极8之间的接合强度降低。

上述接地电极8优选含有Y或Zr，进一步优选的是Y或Zr的含量在0.1质量％以上且在0.5质量％以下。若接地电极8中含有Y或Zr，则Y或Zr将接地电极8的表面部分42、43中含有的氧化物固定在接地电极8的母材45的表面即未因电阻焊而被氧化的部位的表面，从而提高母材45与被氧化的表面部分42、43的密合性。因而，接地电极8中的Y或Zr的含量越多，则越容易确保电极头9和接地电极8之间的接合强度。若接地电极8中的Y或Zr的含量低于0.1质量％，则无法获得上述效果，而可能导致在母材45与被氧化的表面部分42、43之间的界面产生剥离。若接地电极8中的Y或Zr的含量超过0.5质量％，则在制造接地电极8时难以将接地电极8加工为规定的形状。即，虽然能够通过热加工而形成接地电极8，但难以通过冷加工进行加工，导致生产性较差。

上述接地电极8优选的是Al的含量在0质量％以上且在1.8质量％以下。即，通常，优选的是，上述接地电极不含Al，或即使含有Al其含量也在1.8质量％以下。但是，从接地电极8的抗氧化性的观点来看，优选的是，接地电极8含有Al，更优选的是，含有0.3质量％以上的Al。但是，若接地电极8中的Al的含量超过1.8质量％，则由于在制造接地电极8时会在氮气环境下进行热处理，因此在表面容易形成氮化铝的聚集层。若在形成有氮化铝的聚集层的接地电极8焊接电极头9，则焊接产生的热会促进聚集层表面的氧化，而在电极头9和接地电极8之间的接合界面容易形成氧化铝。该氧化铝可能导致电极头9的向接地电极8接合的接合强度降低。

优选的是，上述接地电极8的Si的含量在0质量％以上且在2质量％以下。即，通常，优选的是，上述接地电极8不含Si，或者即使含有Si其含量也在2质量％以下。但是从提高接地电极8的抗氧化性的观点来看，优选的是，接地电极8含有Si，更优选的是，含有0.2质量％以上的Si。但是，例如，在电极头9包含Pt合金的情况下，若接地电极8中的Si的含量超过2质量％，则Si在燃烧室内的高温环境下向电极头9扩散，而容易产生共晶反应。若在电极头9的与接地电极8接合的界面附近产生共晶反应，则主要使晶界附近低熔点化，而在内燃机运转时容易在电极头9的局部产生液相，因此，可能导致电极头9的向接地电极8接合的接合强度降低。

上述接地电极8中含有的各成分的含量能够如下所述地进行测量。即，首先将接地电极8在包含其轴线的平面切断且使该断面露出。通过在该接地电极8的断面上选择中心附近的任意的多个部位利用EPMA进行WDS(Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer)分析，来测量各部位的质量组成。接着，计算测量到的多个部位的测量值的算术平均值，并将该平均值作为接地电极8的组成。

若上述接地电极8具有满足条件(1)的区域，则即使在冷热循环环境下，电极头9也不易自接地电极8剥离。另外，若上述接地电极8如上述那样包含具有特定的组成的Ni合金，且具有满足条件(1)的区域，则电极头9更加不易自接地电极8剥离。

上述火花塞1例如可如下所述地制造。首先，中心电极4和接地电极8例如能够通过以下方法来制造：使用真空熔化炉调制具有期望的组成的合金的溶液，在利用真空铸造自各溶液中调制出铸锭之后，对该铸锭进行热加工、拉丝加工等从而将该铸锭适当调整为规定的形状和规定的尺寸，然后，将其进行退火。在表面部分具有满足上述条件(1)的区域的接地电极8能够通过在对接地电极8进行退火时适当调整环境中的氧浓度、温度、材料的输送速度等来制造。

在接地电极8利用外层和以埋入于该外层的轴心部的方式设置的芯部形成的情况下，接地电极8向形成为杯状的包含Ni合金的外部材料插入包含导热系数高于外部材料的导热系数的Cu合金等的内部材料，通过挤压加工等的塑性加工，形成在外层的内部具有芯部的接地电极8。在中心电极4由外层和芯部形成的情况下，与接地电极8相同地形成中心电极4。

接合于接地电极8的电极头9能够通过如下方式形成：将以成为期望的组成的方式将金属材料混合并熔化而获得的熔化材料例如通过轧制加工为板材，并将该板材通过冲裁加工冲裁形成为规定的电极头形状。另外，能够在通过轧制、锻造或拉丝而将具有期望的组成的合金加工为线状或杆状的原材料之后，沿该原材料的长度方向将该原材料切断成规定的长度而形成电极头9。另外，加工工序能够根据材料的加工性选择热加工或冷加工中的任一种。在中心电极4具有电极头的情况下，能够与接合于接地电极8的电极头9相同地形成电极头。

接着，在通过塑性加工等而形成为规定的形状的主体金属外壳7的端面，利用电阻焊和/或激光焊接等将接地电极8的一端部接合于上述端面。接着，对接合有接地电极8的主体金属外壳7施加Zn镀敷或Ni镀敷。可以在Zn镀敷或Ni镀敷之后进行三价铬酸盐处理。另外，也可以将对接地电极施加的镀层剥离。

接着，利用电阻焊将如上述那样地制作的电极头9接合于接地电极8。通过将电极头9设于接地电极8的规定位置并在按压的同时流过电流来进行电阻焊。在中心电极4具有电极头的情况下，利用电阻焊和/或激光焊接等将电极头接合于形成中心电极4的母材。

另一方面，以如下方式制造火花塞1：通过将陶瓷等烧制成规定的形状来制作绝缘体3。在该绝缘体3的轴孔2内插入设置中心电极4，将形成第1密封体22的组合物、形成电阻体21的组合物、形成第2密封体23的组合物按照这个顺序预压缩并填充在上述轴孔2内。接着，自上述轴孔2内的端部压入端子金属件5并且对上述组合物进行压缩加热。这样，将上述组合物烧结从而形成电阻体21、第1密封体22以及第2密封体23。接着，在接合有接地电极8的主体金属外壳7上组装固定有该中心电极4等的绝缘体3。最后，将接地电极8的顶端部向中心电极4侧弯折，从而使接地电极8的一端与中心电极4的顶端部相对。

本发明的火花塞能够应用为汽车用的内燃机例如汽油发动机等的点火栓。火花塞1的上述螺纹部24螺纹接合在设于盖(head)(未图示)的螺纹孔，从而使火花塞1固定于规定的位置，上述螺纹孔用于划分形成内燃机的燃烧室，。由于该发明的火花塞在冷热循环环境下的电极头9的自接地电极8的耐剥离性方面优越，因此，特别适合于燃烧室内的温度差较大的内燃机。

该发明的火花塞1不限定于上述的实施例，在能够达成本发明的目的的范围内能够进行各种改变。例如，上述火花塞1以中心电极4的顶端面和设于接地电极8的电极头9的顶端面在轴线O方向上隔着间隙G相对的方式配置，但在该发明中，还可以以中心电极的侧面和设于接地电极的电极头的顶端面在中心电极的半径方向上隔着间隙相对的方式配置。该情况下，与中心电极的侧面相对的接地电极可以设有单个，也可以设有多个。

实施例

(试验序号1～22)

＜制作测试体＞

使用真空熔化炉制造合金的溶液，利用真空铸造自各溶液中调制出铸锭，然后，对该铸锭进行热加工、拉丝加工等从而制作出具有棱柱形状(1.5mm×3.0mm×20.0mm)的接地电极母材。然后，对接地电极母材施加退火，从而制作出提高了表面部分的氧浓度的接地电极。接地电极的表面部分的氧浓度通过适当改变对接地电极母材施加退火时的环境中的氧浓度、温度、接地电极母材的输送速度等退火条件来进行调整。

在所制作的接地电极的顶端部的侧面即棱柱形状的接地电极中的六个面中、具有最大面积的两个面中的一个面的顶端部设置含有80质量％的Pt和20质量％的Ni的圆柱状的电极头(直径为0.7mm，高度为0.3mm)，利用电阻焊接合从而制作成测试体。在利用300N的负荷将电极头向接地电极压紧的同时使电流值适当改变从而进行了电阻焊。

＜接地电极的组成＞

通过进行EPMA(日本电子株式会社制JXA-8500F)的WDS分析对表1所示的接地电极的组成进行了测量。首先，将接地电极在包含其中心轴线的平面切断，在该断面中选择中心附近的任意的多个部位，测量各部位的质量组成。接着，计算测量到的多个部位的特定值的算术平均值，将该平均值设为接地电极的组成。在表1中表示结果。

＜氧浓度的积分值＞

在棱柱形状的接地电极中的六个面中接合有电极头的一个面上，选择自电极头分开5mm以上的任意的测量点，使用俄歇电子能谱仪进行元素分析。将分析范围设为100μm×100μm，在该分析范围内运行电子束的照射，根据获得的光谱的峰强度比计算氧浓度(质量％)。在外表面上进行元素分析之后，利用Ar离子枪对上述分析范围进行溅射，在距外表面数nm的位置进一步进行元素分析。交替重复进行元素分析和溅射，沿深度方向进行元素分析直到检测到氧浓度f(X)小于10质量％为止。计算从外表面(X＝0)到氧浓度f(X)为10质量％的深度方向上的距离(X＝X’)为止的氧浓度的积分值

在表1中表示结果。

＜耐剥离性的评价＞

进行以下这样的冷热循环试验：利用气体燃烧器将接地电极中的接合有电极头的部分以950℃加热两分钟，接着，空气冷却1分钟，重复进行1000次这样的循环。接着，在经过电极头的轴线的面将电极头切断并进行研磨，利用放大镜观察研磨面，对在电极头和接地电极之间的接合面产生的龟裂进行测量。如图4所示，在自接合面的两端扩展有龟裂的情况下，测量各自的龟裂扩展长度r₁、r₂，计算龟裂扩展长度的合计(r₁+r₂)相对于接合面的全长R的龟裂扩展率[(r₁+r₂)/R]。在该龟裂扩展率超过50％的情况下，通过提高将电极头电阻焊在接地电极时的电流值来制作提高了接合强度的测试体，利用该测试体进行冷热循环试验，同样地求得龟裂扩展率。改变电流值并重复试验，直到龟裂扩展率低于50％，求得使龟裂扩展率低于50％的电流值的下限值。

根据以下的标准进行耐剥离性的评价。在表1中表示结果。

◎：使龟裂扩展率低于50％的电流值的下限值低于800A

○：使龟裂扩展率低于50％的电流值的下限值在800A以上且低于1000A

△：使龟裂扩展率低于50％的电流值的下限值在1000A以上且低于1200A

×：使龟裂扩展率低于50％的电流值的下限值在1200A以上

－：未评价

表1

如表1所示，接地电极的表面部分中的“氧浓度的积分值”在30质量％·nm～1000质量％·nm的范围内的测试体的耐剥离性的评价结果良好。另一方面，“氧浓度的积分值”低于30质量％·nm的测试体和超过1000质量％·nm的测试体的耐剥离性的评价结果较差。另外，由于接地电极中的Zr或Y的含量超过0.5质量％的测试体在进行冷加工时的加工性恶化，因此未进行耐剥离性的评价。

(试验序号23～27)

除了改变接地电极的组成，将电阻焊时的电流值设为0.8kA之外，与试验序号1～22相同地制作测试体，测量“接地电极的组成”和“氧浓度的积分值”。

利用气体燃烧器将接地电极中的接合有电极头的部分以1000℃加热两分钟，接着空气冷却一分钟，重复进行1000次这样的循环，除此以外，进行与试验序号1～22相同的冷热循环试验，求得电极头和接地电极的接合面中的龟裂扩展率。

根据以下的基准进行耐剥离性的评价。在表2中表示结果。

○：龟裂扩展率低于50％

×：龟裂扩展率在50％以上

表2

如表2所示，与Al的含量超过1.8质量％的测试体相比，接地电极中的Al的含量在1.8质量％以下的测试体的耐剥离性的评价结果良好。

(试验序号28～32)

除了改变接地电极的组成，将电阻焊时的电流值设为0.8kA之外，与试验序号1～22相同地制作测试体，测量“接地电极的组成”和“氧浓度的积分值”。

进行将制作好的测试体在真空中以1200℃退火500小时的扩散处理。接着，在通过电极头的轴线的面将电极头切断，利用能量色散X射线能谱仪(EDS)对获得的断面进行mapping分析，检查是否发生Pt和Si的共晶。

将在观察画面中未观察到共晶的情况设为“○”，将观察到共晶的情况设为“×”，在表3中表示结果。

表3

如表3所示，可明确的是：接地电极中的Si的含量超过2质量％的测试体的接地电极中含有的Si向电极头扩散，并因共晶反应而形成有共晶。若在电极头的与接地电极接合的界面附近发生共晶反应，则主要使得晶界附近低熔点化，而在内燃机运转时容易在电极头的局部产生液相，因此，容易使得电极头的向接地电极接合的接合强度降低。

附图标记说明

1、火花塞；2、轴孔；3、绝缘体；4、中心电极；5、端子金属件；6、连接部；7、主体金属外壳；8、108、接地电极；9、109、电极头；11、后端侧主体部；12、大径部；13、顶端侧主体部；14、腿长部；15、凸部；16、凸缘部；17、台阶部；18、锥部；19、板密封件；21、电阻体；22、第1密封体；23、第2密封体；24、螺纹部；25、气密部；26、工具卡合部；27、压紧部；28、29、密封件；30、滑石；32、突起部；34、后端部；35、棒状部；36、熔融部；37、交界面；38、表面；41、141、外表面；42、43、44、142、143、144、表面部分；45、母材。

Claims (6)

1.一种火花塞，该火花塞包括：

中心电极，其保持于绝缘体的沿轴线方向延伸的轴孔的一端侧；

电极头，在该电极头与上述中心电极之间形成间隙；以及

接地电极，其具有与设于上述绝缘体的外周的主体金属外壳接合的一端部，并且具有利用电阻焊而接合有上述电极头的另一端部，其中，

上述接地电极包含以Ni为主要成分的Ni合金，

将上述接地电极的外表面中的100μm×100μm的范围内的在深度方向上距上述外表面的距离设为X，将上述深度方向上的距离X处的氧浓度设为f(X)，将上述氧浓度f(X)成为10时的上述深度方向上的距离X的值设为X’，此时，

为30质量％·nm～1000质量％·nm，其中，上述X的单位为nm，上述f(X)为以质量％表示的数值。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，

上述接地电极的Ni的含量在50质量％以上。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

上述接地电极的Cr的含量在10质量％以上且在30质量％以下。

4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

上述接地电极的Y或Zr的含量在0.1质量％以上且在0.5质量％以下。

5.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

上述接地电极的Al的含量在0质量％以上且在1.8质量％以下。

6.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

上述接地电极的Si的含量在0质量％以上且在2质量％以下。