CN105281205A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

一种火花塞，抑制在电极端头与熔融部之间的裂纹的产生及发展，实现火花塞的长寿命化。火花塞具备接地电极，接地电极具有电极母材及一端(453)侧是直径(A)为0.8～1.2mm的圆柱状且以贵金属作为主要成分的端头(450)，经由将端头和电极母材熔合的熔融部(455)，端头的另一端(454)侧的一部分与电极母材连接。并且，端头的另一端侧的面与电极母材接触且具有被熔融部包围的端头母材界面(IS0)。在经过圆柱中心轴的截面(RP)中，相对于中心轴处于一侧的端头母材界面的端点(Pa7)与相对于中心轴处于一侧的端头和熔融部的界面(IS1)的端点且为向外部暴露的端点(Pa5)之间距离是直径的0.7倍以上。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种在电极具有贵金属端头的火花塞。

背景技术

以往，在火花塞中存在在中心电极和接地电极之间具备贵金属端头的火花塞(专利文献1)。火花塞在具备那些贵金属端头的电极间反复进行火花放电时，中心电极的贵金属端头和接地电极的贵金属端头各自的放电面损耗。于是，中心电极和接地电极之间的间隙扩大，无法使火花塞稳定地产生火花。

在此，存在如下技术：通过使接地电极的贵金属端头的直径变大，从而使放电面变大，能够抑制接地电极的贵金属端头的损耗(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：德国公开102011077279号公报

专利文献2：日本特开2002-313524号公报

发明内容

发明所要解决的问题

电极的贵金属端头配置在电极母材上，预先通过电阻焊接被临时固定之后，通过将贵金属端头的底部周边激光焊接，从而与电极母材连接。更具体地说，贵金属端头的底部通过向外周照射激光熔融，并与由同样的该激光所熔融的电极母材的素材一起构成熔融部。此外，电极母材例如以镍作为主要成分来构成。贵金属端头例如由铂的合金和铱的合金等构成。

但是，如上述的以往技术一样地，在贵金属端头的直径变大时，贵金属端头的底部的外周附近被熔融，但是贵金属端头的底部的中心附近未被激光熔融。其结果，贵金属端头的底部中心附近成为通过电阻焊接而与电极母材临时固定那样的状态。

在这样的状态下，在火花塞被反复暴露在发动机的燃烧室的燃烧中时，因贵金属端头的素材的热膨胀率和电极母材的素材的热膨胀率之间的差导致在临时固定的贵金属端头的底部和电极母材的间产生裂纹。并且，热膨胀率的差引起的变形在被临时固定的贵金属端头的底部和电极母材之间的界面的外周成为最大。其结果，在与被临时固定的贵金属端头的底部和电极母材之间的界面的外周接触的、贵金属端头和熔融部之间的界面上产生裂纹。通过发动机的燃烧室的反复的燃烧，该裂纹沿着贵金属端头和熔融部之间的界面增长。并且，裂纹达到到贵金属端头以及熔融部外周面时，贵金属端头从电极脱落的可能性变大。因此，如上述的以往技术一样地，在贵金属端头的直径变大时，此次因为裂纹导致的贵金属端头的脱落，所以难以确保火花塞的长寿命。

用于解决问题的手段

本发明是为了解决上述的课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式来实现。

(1)根据本发明的一个方式提供一种火花塞。该火花塞具备接地电极，该接地电极具有电极母材、以及一端侧是直径为0.8mm～1.2mm的圆柱状且以贵金属作为主要成分的端头，经由将上述端头与上述电极母材熔合的熔融部，上述端头的另一端的一部分与上述电极母材连接。并且，该火花塞具有上述端头的上述另一端侧的面与上述电极母材接触且被上述熔融部包围的端头母材界面。在经过上述圆柱中心轴的截面中，在相对于上述中心轴处于一侧的上述端头母材界面的端点与相对于上述中心轴处于上述一侧的上述端头和上述熔融部的界面的端点且为向外部暴露的端点之间的距离是上述直径的0.7倍以上。

如果设为这样的方式，同端头-母材头母材界面端点与端头和熔融部的界面端点的距离小于端头的直径的0.7倍的方式相比，从端头母材界面的端点产生的裂纹沿着端头和熔融部的界面发展，并能够使达到外部为止的距离变长。因此，在具备前端部分的直径为0.8～1.2mm的端头的火花塞中，能够抑制因火花所引起的端头的损耗、并且确保直至因裂纹所引起的端头的脱落为止的时间从而能够实现火花塞的长寿命化。

(2)能够设为如下方式：在上述方式的火花塞中，在上述截面中，上述端头母材界面的两端的端点间的距离是0.35mm以下。

在这样的方式中，与端头母材界面的两端的端点间的距离比0.35mm大的方式相比，可使在端头母材界面的两端的热膨胀差引起的变形减小。其结果是，与上述方式相比，能够抑制在端头母材界面的端点的裂纹的产生。

(3)能够设为如下方式：在上述方式的火花塞中，在上述截面中，相对于上述中心轴处于上述一侧的上述电极母材和上述熔融部的界面的端点且为向外部暴露的端点与上述端头的上述圆柱部分的外侧面之间的在与上述中心轴正交的方向的距离是0.35mm以下。

在这样的方式中，同电极母材和熔融部的界面的端点与端头的前端部分的外侧面之间的距离比0.35mm大的方式相比，熔融部未从端头达到远的电极母材的部分。即，能够使在焊接中形成熔融部时被熔融的电极母材减少。其结果，能够将熔融部的素材的结构设为接近端头的素材的结构的火花塞。因此，能够使熔融部的素材的热膨胀率与端头的素材的热膨胀率之差变小。由此，能够抑制在熔融部和端头的界面的热膨胀率之差引起的裂纹的产生以及增长。

(4)能够设为以下方式：在上述方式的火花塞中，上述贵金属从Pt、Rh、Ir以及Ru所构成的组中选择。

本发明也可以由火花塞以外的种种的方式来实现。例如，能够通过接地电极、接地电极的焊接方法、接地电极的制造方法以及火花塞的制造方法等的方式来实现。

附图说明

图1是示出火花塞10的局部截面的说明图。

图2是示出在火花塞10的接地电极400设置的电极端头450的附近的结构的剖视图以及俯视图。

图3是示出在火花塞10的接地电极400设置的电极端头450的附近的结构的剖视图。

图4是示出在火花塞10的接地电极400设置的电极端头450的附近的其他的结构的剖视图。

图5是示出在火花塞10的接地电极400设置的电极端头450的附近的其他的结构的剖视图。

图6是示出将中心电极的电极端头的直径和接地电极的电极端头的直径相等的火花塞安装在自然吸气发动机的情况下的电极端头的磨耗量的图表。

图7是示出将与在图6的试验中使用的火花塞同样规格的火花塞安装到增压发动机的情况下的电极端头的磨耗量的图表。

图8是示出将接地电极的电极端头的直径比中心电极的电极端头的直径大的火花塞安装到发动机的情况下的电极端头的磨耗量的图表。

图9是示出使用将接地电极的电极端头的直径A设定为各种各样的值的样品来进行的电极端头450的引燃性评价试验的结果的图表。

图10是示出使用将评价使用接地电极的电极端头的直径A设定为各种各样的值的样品来进行电极端头450的消耗量评价的试验的结果的图表。

图11是示出成为进行剥离性试验的评价时的基准的截面RP的图。

图12是示出成为进行剥离性试验的评价时的基准的截面RP的图。

图13是在耐剥离性试验开始前的试验品之一的截面RP的剖视图。

图14是耐剥离性试验开始前的试验品之一的俯视图。

图15是示出使用接地电极的电极端头的直径A为1.0mm的火花塞来进行的耐剥离性试验的结果的图表。

图16是示出使用接地电极的电极端头的直径A为0.7mm的火花塞来进行的耐剥离性试验的结果的图表。

图17是示出使用接地电极的电极端头的直径A为1.0mm的火花塞来进行的耐剥离性试验的结果的图表。

图18是示出使用接地电极的电极端头的直径A为0.7mm的火花塞来进行的耐剥离性试验的结果的图表。

具体实施方式

A.实施方式：

A1.火花塞的整体结构：

图1是示出火花塞10的部分截面的说明图。在图1中将作为火花塞10的轴心的轴线CA作为边界，在轴线CA的纸面左侧图示出火花塞10的外观形状，在轴线CA的纸面右侧图示出火花塞10的截面形状。在本实施方式的说明中，将在火花塞10的图1的纸面下侧称为“前端侧”，将图1的纸面上侧称为“后端侧”。

火花塞10具有中心电极100、绝缘体200、主体配件300以及接地电极400。在本实施方式中，火花塞10的轴线CA是中心电极100、绝缘体200以及在主体配件300的各部件的轴心。

火花塞10在前端侧具有形成在中心电极100和接地电极400之间的间隙SG。火花塞10的间隙SG被称作“火花间隙”。火花塞10被构成为：能够以使形成有间隙SG的前端侧从燃烧室920的内壁910突出的状态安装在内燃机90。在将火花塞10安装到内燃机90的状态下，在对中心电极100施加了高电压(例如，1万～5万伏)的情况下，在间隙SG产生火花放电。在间隙SG产生的火花放电实现对在燃烧室920的混合气的引燃。

图1图示了相互正交的XYZ轴。图1的XYZ轴与后述的其他图中的XYZ轴对应。

在图1的XYZ轴中，X轴是与Y轴以及Z轴正交的轴。在沿着X轴的X轴方向中，+X轴方向是从图1的纸面内部向纸面跟前的方向，-X轴方向是+X轴方向的反方向。

在图1的XYZ轴中，Y轴是与X轴以及Z轴正交的轴。在沿着Y轴的Y轴方向中，+Y轴方向是从图1的纸面右侧向纸面左侧的方向，-Y轴方向是+Y轴方向的反方向。

在图1的XYZ轴中，Z轴是沿着轴线CA的轴。在沿着Z轴的Z轴方向(轴线方向)中，+Z轴方向是从火花塞10的后端侧向前端侧的方向，-Z轴方向是+Z轴方向的反方向。

火花塞10的中心电极100是具有导电性的电极。中心电极100具有将轴线CA向中心延长的棒状的形状。在本实施方式中，中心电极100是以镍(Ni)为主要成分的镍合金(例如，铬镍铁合金600(「INCONEL」注册商标))构成。在本说明书的说明中，“主要成分”是指该结构所包含的各成分以质量％进行比较的情况下含有最多的成分。中心电极100的外侧面由绝缘体200与外部电绝缘。中心电极100的前端侧从绝缘体200的前端侧突出。中心电极100的后端侧与位于绝缘体200的后端侧的结构电连接。在本实施方式中，中心电极100的后端侧经由端子配件190与位于绝缘体200的后端侧的结构电连接。

火花塞10的绝缘体200是具有电绝缘性的绝缘子。绝缘体200具有使轴线CA向中心延长的筒状的形状。在本实施方式中，通过对绝缘性陶瓷材料(例如、氧化铝)进行烧成来制造绝缘体200。绝缘体200具有作为将轴线CA向中心延长而成的贯通孔的轴孔290。在绝缘体200的轴孔290中，在使中心电极100从绝缘体200的前端侧突出的状态下，中心电极100被保持在轴线CA上。

火花塞10的主体配件300是具有导电性的金属体。主体配件300具有将轴线CA向中心延长的筒状的形状。在本实施方式中，主体配件300是在形成为筒状的低碳钢上实施了镀镍的部件。在其他的实施方式中，主体配件300既可以实施了镀锌的部件，也可以是没实施电镀的部件(未电镀)。主体配件300在与中心电极100电绝缘的状态下通过铆接固定在绝缘体200的外侧面。在主体配件300的前端侧形成有端面310。绝缘体200与中心电极100一起从端面310的中央向+Z轴方向突出。在端面310连接有接地电极400。

火花塞10的接地电极400是具有导电性的电极。接地电极400具有电极母材410和电极端头450。电极母材410具有从主体配件300的端面310向+Z轴方向延伸之后向轴线CA弯曲的形状。电极母材410的后端侧被连接到主体配件300。在电极母材410的前端侧连接有电极端头450。电极端头450在与中心电极100之间形成间隙SG。

在本实施方式中，电极母材410的材质与中心电极100相同，是以镍(Ni)为主要成分的镍合金。在本实施方式中，电极端头450的材质是以铂(Pt)作为主要成分、含有20质量％的铑(Rh)的合金。在其他的实施方式中，电极端头450的材质只要是与电极母材410相比耐久性优异的材质即可，既可以是纯粹的贵金属(例如，是铂(Pt)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)等)，也可以是以这些的贵金属作为主要成分的合金(例如，以这些的贵金属作为主要成分、含有Ni的合金)。

A2.接地电极的电极端头附近的结构：

图2是示出在火花塞10的接地电极400设置的电极端头450的附近的结构的剖视图以及俯视图。电极端头450具有大致圆柱状的形状。电极端头450以火花塞10的轴线CA和电极端头450的圆柱中心轴一致的方式配置在接地电极400。

在接地电极400设置在电极端头450时，进行如以下的处理。首先，大致圆柱状的电极端头450配置在电极母材410上的预定位置。并且，电极端头450与电极母材410被电阻焊接。其结果，电极端头450与电极母材410被临时固定。此后，对电极端头450与电极母材410接触的部位从电极端头450的周围照射激光，从而使电极端头450与电极母材410被激光焊接。此外，在激光焊接中，能够使用气体激光、固体激光、半导体激光等任意的激光。

在激光焊接时，向从电极端头450的外周向电极端头450的轴线CA的方向、即向从电极端头450侧向电极母材410侧的方向照射激光。从电极端头450的周围向电极端头450以及电极母材410，以轴线CA作为中心向位于相互大致均等的角度的15～25的位置来进行激光的照射。

其结果，电极端头450的一部分和电极母材410的一部分被熔融，从而使它们熔合，形成熔融部455。在熔融部455被冷却并固化时，在电极端头450中，在轴线方向上与暴露一侧的端面453相反一侧的端部454和电极母材410之间经由熔融部455连接。在未熔融的电极端头450中，电极母材410的相反侧(端面453侧)的端部450p具有圆柱状的形状。此外，图2上段的剖视图是在经过轴线CA、包含接地电极400向轴线CA延伸的方向的B-B截面RP的剖视图(参照图2下段)。

此外，在本说明书中，在记述形成有熔融部455之后的状态的情况下，将在最初与电极母材410一起准备的电极端头450中的未熔融的部分称为“电极端头450”。另外，在记述形成有熔融部455之后的状态的情况下，将在最初与电极端头450一起准备的电极母材410中的未熔融的部分称为“电极母材410”。

激光焊接的结果是，被形成的熔融部455在经过轴线CA的截面中具有如在以下说明的形状。如下规定表示电极端头450的各部位的标号。

451：相对于轴线CA处于一侧(图2中右侧)的电极端头450的圆柱状部分450p的外侧面。

452：相对于轴线CA处于另一侧(图2中左侧)的电极端头450的圆柱状部分450p的外侧面。

453：在轴线方向上电极母材410所处一侧的相反侧的电极端头450的端面。

如下规定表示熔融部455的各部位的标号。

Pa1：在相对于轴线CA处于一侧(图2中的右侧)的熔融部455中的在轴线方向上距离端面453最远的点。

Pa2：在相对于轴线CA处于另一侧(图2中左侧)的熔融部455中的在轴线方向上距离端面453最远的点。

Pa3：是相对于轴线CA处于一侧的电极母材410和熔融部455的界面IS3的端点且是向外部暴露的端点。

Pa4：是相对于轴线CA处于另一侧的电极母材410和熔融部455的界面IS4的端点且是向外部暴露的端点。

Pa5：是相对于轴线CA处于一侧的熔融部455中的电极端头450和熔融部455的界面IS1的端点且是向外部暴露的端点。

Pa6：是相对于轴线CA处于另一侧的熔融部455中的电极端头450和熔融部455的界面IS2的端点且是向外部暴露的端点。

Pa7：是电极端头450和电极母材410的界面IS0的端点且是相对于轴线CA处于一侧的端点。

Pa8：是电极端头450和电极母材410的界面IS0的端点且是相对于轴线CA处于另一侧的端点。

RL：作为通过点Pa3和点Pa4的直线的基准线。

如下规定表示电极端头450以及熔融部455的尺寸的标号。

A：在轴线方向上电极母材410所处一侧的相反侧的端的电极端头450的宽度(本实施方式中，圆柱状部分450p的圆柱的直径)。

C：界面IS0的端点Pa7和端点Pa8的距离。

L1：相对于轴线CA在一侧的界面IS0的端点Pa7和界面IS1的端点Pa5的距离。

L2：相对于轴线CA在另一侧的界面IS0的端点Pa8和界面IS2的端点Pa6的距离。

G1：在与电极端头450的圆柱状部分450p的外侧面451和端点Pa3之间的在与轴线垂直的方向上的距离。

G2：在与电极端头450的圆柱状部分450p的外侧面452和端点Pa4之间的在与轴线垂直的方向上的距离。

H：从轴线CA和基准线RL的交点到轴线CA和端面453交点的距离。

此外，L1也能粗略地作为界面IS1长度来把握。L2也能够粗略地作为界面IS2的长度来把握。H也能够粗略地作为电极端头450的高度来把握。

在本实施方式中，熔融部455在经过轴线CA的截面中具有满足以下的条件的形状。

L1≥0.7×A……(1)

并且，L2≥0.7×A……(2)

在满足上述式(1)、(2)的本实施方式中，与未满足上述式(1)、(2)的方式相比，界面IS0的端点Pa7和界面IS1的端点Pa5的距离L1以及界面IS0的端点Pa8和界面IS2的端点Pa6的距离L2长。通过设为这样的方式，能得到如以下的效果。即，与满足上述式(1)、(2)的方式相比，裂纹从电极端头450和电极母材410的界面IS0沿着电极端头450和熔融部455的界面IS1、IS2发展时，能够使裂纹到达界面IS1、IS2的外部侧的端(在图2中端点Pa5、Pa6)的距离变长。由此，在火花塞10安装到发动机、并使发动机运转来执行燃烧周期时，因为熔融部455和电极端头450的热膨胀率(线膨胀率)的差引起在熔融部455和电极端头450的界面IS1、IS2产生裂纹，并使直至电极端头450从熔融部455脱落为止的期间变长。另外，在预先规定的足够短的期间更换火花塞10的情况下，与未满足上述式(1)、(2)的方式相比，能够使在更换火花塞10之前电极端头450从熔融部455脱落的可能性进一步降低。

此外，优选在经过轴线CA的任意的截面上满足上述式(1)、(2)。但是，火花塞的接地电极的端头通常在理想的情况下被旋转对称地设置。因此，在预定的截面中，如果满足上述式(1)、(2)，则也可以认为能够起到本实施方式的上述的效果。因此，在经过电极端头450的轴线且包含接地电极400延伸的方向的平面RP(参照图2下段)中能够判断是否满足上述式(1)、(2)。以下，在对熔融部455的截面形状进行判断时，将该截面RP作为基准。

另外，在本实施方式中，熔融部455在经过轴线CA的截面RP中还具有满足以下的条件的形状。

C≤0.35mm···(3)

满足上述式(3)是指与不满足上述式(3)的方式相比界面IS0小。通过设为这样的方式能得到如以下的效果。

电极端头450的素材(例如、铂(Pt)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)等)的热膨胀系数比作为电极端头450的素材的镍合金的热膨胀系数小。因此，在两者接触的界面IS0中，在温度变高时，换言之，温度从接合时的温度偏离时将产生形变。对此，其他界面IS1～IS4是电极母材410的素材和电极端头450的素材的混合物，具有两者中间的热膨胀系数的熔融部455是与电极母材410的素材或电极端头450的素材相接的界面。因此，在其他界面IS1～IS4中，与界面IS0相比，因热膨胀差所引起的变形小。因此，在界面IS0中因发动机的热循环产生的温度变化的反复，与其他界面IS1～IS4相比在早阶段产生裂纹。

并且，在界面IS0中，变形的应力最大的是外周部、即在图2的截面中的端点Pa7、Pa8。通过使界面IS0的大小变小从而能够使热膨胀所引起的在界面IS0的外周部的电极端头450和电极母材410的尺寸差变小。其结果，能够使在界面IS0的外周部施加的热应力变小。由此，能够降低从界面IS0的外周部产生裂纹并向熔融部455和电极端头450的界面IS1、IS2发展而达到使电极端头450从电极母材410脱落的可能性。

另外，在本实施方式中，熔融部455在经过轴线CA的截面中还具有满足以下的条件的形状。

G1≥0.35mm···(4)

并且，G2≥0.35mm···(5)

在具有满足式(4)、(5)的形状的熔融部455的火花塞中，在电极端头450和电极母材410被激光焊接时，与不满足上述式(4)、(5)的方式相比，处于距离电极端头450远的位置的电极母材410未被熔融。因此，在具有满足式(4)、(5)的形状的熔融部455的火花塞与不满足上述式(4)、(5)的方式相比，能够将熔融部455的素材中电极端头450的素材所占的比例设置较多。其结果，能够将熔融部455的热膨胀率设为与电极端头450的热膨胀率接近的值。由此，在运转发动机而执行燃烧周期时，使沿着熔融部455和电极端头450的界面IS1、IS2产生裂纹的可能性进一步降低。

A3.接地电极的电极端头附近的其他的结构：

图3是示出在火花塞10的接地电极400设置的电极端头450的附近的其他的结构的剖视图。在图2的方式中，熔融部455从相对于轴线CA处于一侧的电极端头450的外侧面451经过轴线CA达到相对于轴线CA处于另一侧的电极端头450的外侧面452。并且，在相对于轴线CA处于一侧的熔融部455中的距离端面453最远的点Pa1和在相对于轴线CA处于另一侧的熔融部455中的距离端面453最远的点Pa2是在轴线CA上的相同的点。另一方面，在图3所示的方式中，在截面RP内，熔融部455未在轴线CA附近分布。其结果，熔融部455和电极母材410之间的界面IS3、IS4与图2的方式相比具有复杂的曲面。其他的点，图3熔融部455形状与图2熔融部455形状相同。

例如，与图2的方式的熔融部455的生成相比，能够通过降低激光的功率、将激光的照射对象位置设置在轴线方向上距离电极端头450的端面453更远的位置、将激光的照射对象位置设置在距离轴线更远的位置等的方法来生成图3的方式的熔融部455。在图3的方式中，也能够满足上述式(1)～(5)的条件。

在图3的方式中，表示熔融部455和电极母材410之间的界面IS3、IS4的边界描画有复杂的曲线。因此，即使在熔融部455和电极母材410之间的界面IS3、IS4上产生裂纹，该裂纹也难以沿着界面IS3、IS4超越弯曲点来发展。

另外，熔融部455和电极母材410被配置为相互啮合的方式。更具体地说，以电极母材410的一部分同由熔融部455与电极端头450的端部454所构成的凹部嵌合的方式来配置熔融部455和电极母材410。因此，即使在熔融部455和电极母材410的界面IS3、IS4中产生裂纹，熔融部455也难以从电极母材410脱落。

图4是示出在火花塞10的接地电极400设置的电极端头450的附近的其他的结构的剖视图。在图2的方式中，在截面RP内中，由向电极端头450的外侧面451照射的激光所形成的熔融部455，没有超越轴线CA向相反侧突出。另外，由向电极端头450的外侧面452照射的激光所形成的熔融部455也没有超过轴线CA向相反侧突出。与此相对，在图4的方式中，由向电极端头450的外侧面451照射的激光所形成的熔融部455也夹着轴线CA突出达到相反侧。由向电极端头450的外侧面452照射的激光所形成的熔融部455夹着轴线CA突出达到相反侧。其结果，熔融部455和电极母材410的界面IS3、IS4与图2的方式相比具有复杂的曲面。其他的点，图4的熔融部455的形状与图2的熔融部455的形状相同。

例如，与图2的方式的熔融部455的生成相比，能够通过提高激光的功率等方法生成图4的方式的熔融部455。在图4方式中也能够满足上述式(1)～(5)的条件。

在图4方式中，表示熔融部455和电极母材410的界面IS3、IS4的边界描画有以突然变化的角度弯折的复杂的曲线。因此，即使在熔融部455和电极母材410之间的界面IS3、IS4上产生裂纹，该裂纹也难以沿着界面IS3、IS4超越弯曲点来发展。

另外，熔融部455和电极母材410被配置为相互啮合的方式。换言之，以电极母材410的凸部与熔融部455的凹部嵌合、熔融部455的凸部与电极母材410的凹部嵌合这样的方式配置有熔融部455和电极母材410。因此，即使在熔融部455和电极母材410之间的界面IS3、IS4中产生裂纹，熔融部455也难以从电极母材410脱落。

图5是示出在火花塞10的接地电极400设置的电极端头450的附近的其他的结构的剖视图。在图5所示的方式中，在截面RP内，在熔融部455中的距离电极端头450的端面453最远的部分大致为平面。在图5方式中也能够满足上述式(1)～(5)的条件。

在图5方式中，表示熔融部455和电极母材410之间的界面IS3、IS4的边界具有角部(参照图5Pa1、Pa2的附近)。因此，即使在熔融部455和电极母材410之间的界面IS3、IS4上产生裂纹，该裂纹也难以超过角部沿着界面IS3、IS4来发展。

此外，在本实施方式的电极端头450相当于在“用于解决问题的手段”的“端头”。轴线CA相当于“中心轴”。截面RP相当于“经过圆柱中心轴的截面”。界面IS0相当于“端头母材界面”。

端点Pa7相当于“相对于中心轴处于一侧的端头母材界面的端点”，端点Pa5相当于“是相对于中心轴处于一侧的端头和熔融部的界面的端点并且是暴露在外部的端点”。Pa3相当于“是相对于中心轴处于一侧的电极母材和熔融部的界面端点且是暴露在外部的端点”，外侧面451相当于“端头的圆柱部分的外侧面”。

另外，端点Pa8相当于“相对于中心轴处于一侧的端头母材界面的端点”，端点Pa6相当于“是相对于中心轴处于一侧的端头和熔融部的界面的端点并且是向外部暴露的端点”。点Pa4相当于“是相对于中心轴处于一侧的电极母材和熔融部的界面的端点并且是暴露在外部的端点”，外侧面452相当于“端头的圆柱部分的外侧面”。

B.实施例：

B1.中心电极以及接地电极的电极端头的磨耗量和接地电极的大小的关系：

首先，对通过使接地电极400的电极端头450的圆柱状部分450p的直径变大所引起的中心电极以及接地电极的电极端头的磨耗量的削减的效果进行验证。

图6表示将中心电极的电极端头(在图1中未图示的)直径和接地电极的电极端头的直径A(参照图2)相等的火花塞安装在自然吸气发动机的情况下的、中心电极的电极端头和接地电极的电极端头的磨耗量的图表。中心电极的电极端头的直径和接地电极的电极端头的直径A全都是0.7mm，各自的放电面积是0.38mm²。

图6的横轴表示将在安装有各火花塞的发动机的燃烧室内的燃烧的次数换算为汽车的运行距离的值。纵轴表示中心电极的电极端头和接地电极的电极端头的磨耗量。图表Gc1表示中心电极的电极端头的磨耗量，图表Go1表示接地电极的电极端头的磨耗量。根据图6可知，在将接地电极的电极端头的直径相等的火花塞安装在自然吸气发动机的情况下，接地电极的电极端头的磨耗量(Go1)比中心电极的电极端头的磨耗量(Gc1)少。

图7是表示在将与图6的试验中使用的火花塞相同规格的火花塞安装到增压发动机的情况下的、中心电极的电极端头和接地电极的电极端头的磨耗量的图表。图7的试验中使用的发动机相对于图6的试验中使用的发动机压缩率高，并且是进行增压的发动机。图7的试验中使用的发动机的其他的点，与图6的试验中使用的发动机大致相同。

图7横轴也表示将在安装有各火花塞的发动机的燃烧室内的燃烧的次数换算为汽车的行车距离的值。纵轴表示中心电极的电极端头和接地电极的电极端头的磨耗量。图表Gc2表示中心电极的电极端头的磨耗量，图表Go2表示接地电极的电极端头的磨耗量。在将接地电极的电极端头的直径相等的火花塞安装到高压缩的增压发动机时，与安装到压缩率低的自然吸气发动机的情况相比，可知在相同的耐久距离的接地电极的电极端头的磨耗量大(参照图6的Go1和图7的Go2)。另一方面，中心电极的电极端头的磨耗量没有增大到接地电极的电极端头的磨耗量(参照图6的Gc1和图7的Gc2)。其结果，接地电极的电极端头的磨耗量(Go2)比中心电极的电极端头的磨耗量(Gc2)变多。

图8表示将接地电极的电极端头的直径比中心电极的电极端头的直径大的火花塞安装到图7的试验中使用的发动机的情况下的、中心电极的电极端头和接地电极的电极端头的磨耗量的图表。在图8的试验中使用的火花塞中，接地电极的电极端头端面的面积是中心电极的电极端头端面的面积的2倍。具体地说，接地电极的电极端头的直径A是1.0mm，放电面积是0.78mm²。关于图8的试验中使用的火花塞的其他的点，包含中心电极的电极端头的端面的面积，并且与图6以及图7的试验中使用的火花塞相同。

图8的横轴也表示将在安装有各火花塞的发动机的燃烧室内的燃烧的次数换算为汽车的行车距离的值。纵轴表示中心电极的电极端头和接地电极的电极端头的磨耗量。图表Gc3表示中心电极的电极端头的磨耗量，图表Go3表示接地电极的电极端头的磨耗量。可知在将接地电极的电极端头的直径比中心电极的电极端头的直径大的火花塞安装到高压缩的增压发动机的情况下，与接地电极的电极端头的直径和中心电极的电极端头的直径相等的火花塞相比，接地电极的电极端头的磨耗量少(参照图7的Go2和图8的Go3)。其结果可知中心电极的电极端头和接地电极的电极端头的磨耗量哪一个都未从自然吸气发动机的情况增大(参照图6的Gc1、Go1和图8的Gc3、Go3)。

根据以上的结果可知，在高压缩率的增压发动机使用的情况等，火花塞处于高负荷的情况下，可知如果将接地电极的电极端头的直径A设置较大(参照图2)，则能够确保耐久距离、即的火花塞的长寿命。

B2.引燃性试验：

使用将中心电极的电极端头的直径设为固定值0.7mm、将接地电极的电极端头的直径A(参照图2)设置为各种各样的值而生成的样品，来进行评价电极端头450引燃性的试验。试验中使用的火花塞的接地电极具有以下的结构。

电极母材的材质：铬镍铁合金600

电极端头的材质：以铂(Pt)为主要成分，含有铑(Rh)为20质量％的合金。

A：0.7～1.5mm

G1、G2：0.3mm

L1、L2：0.8mm

H：0.8mm

在排气量1.5L的4气缸发动机的一个气缸安装作为试验品的火花塞，对于其他的气缸安装在整个实验相同的插头来进行了试验。

关于各试验品，使空燃比(A/F)慢慢增大而将燃料变稀薄，把全火花数的1％不发火的值作为关于各试验品的不发火界限值。相对于A＝1.0mm的试验品的不发火界限值为2％以上，关于不发火界限值下降的试验品将引燃性的评价设为X(差)。对于不发火界限值比A＝1.0mm的试验品的不发火界限值高、或不发火界限值的降低量小于2％的试验品，将引燃性的评价设为圆(良)。在图9示出试验结果。

图9是示出使用将接地电极的电极端头的直径A设定为各种各样的值的样品来进行的电极端头450的引燃性评价试验的结果的图表。根据图9试验结果可知在接地电极的电极端头的直径A是0.7～1.2mm的情况下引燃性良好。

B3.耐久性试验：

使用将接地电极的电极端头的直径A(参照图2)设定为各种各样的值而生成的样品，来进行评价电极端头450的消耗量的试验。在试验中使用的火花塞的其他的点与上述的引燃性试验时相同。

在排气量为1.5L的4气缸发动机的一个气缸安装作为试验品的火花塞，关于其他的气缸在整个实验中安装相同的插头来进行试验。试验是在节流阀全开(发动机圈数：5000rpm)的状态通过运行一定时间来进行的。

关于各试验品，将在试验前后的轴线方向最靠近中心电极100的地点的轴线方向的位置的差作为磨耗量来测量。对于A＝1.0mm的试验品的磨耗量是5％以上，关于磨耗量大的试验品将耐久性的评价设为X(差)。对于磨耗量比A＝1.0mm的试验品少、或这磨耗量的增量小于5％的试验品将耐久性的评价设为圆(良)。在图10示出试验结果。

图10是示出使用将接地电极的电极端头的直径A设定为各种各样的值的样品来进行的评价电极端头450的消耗量的试验的结果的图表。根据图10的试验结果可知在接地电极的电极端头的直径A是0.8～1.5mm的情况下耐久性好。

另外，在考虑图9的引燃性评价试验的结果和图10的耐久性试验的结果时，接地电极的电极端头的直径A优选设为0.8mm～1.2mm。

B4.剥离性试验1：

使用将接地电极的电极端头和电极母材之间的界面的宽度C(参照图2)设定为0.1mm～0.4mm的各种各样的值，将电极端头和熔融部的界面的长度L1、L2设定为0.1mm～0.8mm的各种各样的值的样品，来进行评价电极端头450的剥离性的试验。此外，在试验时，准备接地电极的电极端头的直径A(参照图2)为0.7mm的火花塞和1.0mm的火花塞。另外，在试验中使用的火花塞中L1＝L2。试验中使用的火花塞的其他的点是与上述的引燃性试验时相同。

电极端头和熔融部的界面的长度L1、L2的变更是通过变更激光焊接时的激光的照射位置与轴线CA之间的距离来进行的。在本试验中使用的试验品中，L1和L2的值相等。以下，在归纳L1和L2来标明时，标明为“L”。

在排气量为1.5L的4气缸发动机的一个气缸安装作为试验品的火花塞，关于其他的气缸在整个实验中安装相同的插头来进行试验。反复进行100小时如下的处理来进行试验，该处理为：以节流阀全开(发动机圈数：5000rpm)的状态运行1分钟，此后停止运行1分钟。

图11以及图12是示出成为进行了剥离性试验的评价时的基准的截面RP的图。为了容易技术的理解，在图11以及图12中示出了在形成熔融部455之前的状态的电极端头450以及电极母材410。关于剥离性试验的评价，在经过火花塞的轴线CA、包含接地电极400向轴线CA延伸的方向的截面RP中，通过测量在电极端头和熔融部之间的界面IS1、IS2的裂纹的大小来进行的。更具体地说，基于在向轴线方向投影时的与轴线CA垂直的方向(在图2、图11以及图12中的Y轴方向)的裂纹的长度的合计值相对于在向轴线方向投影时的与轴线CA垂直的方向的电极端头和熔融部的界面IS1和界面IS2的长度的合计值的比例Ra(％)，评价耐剥离性。此外，在本实施方式中，截面RP是不包含在激光焊接时在最后由被照射的激光熔融的部分WPL(参照图2下段)的面。

图13是在耐剥离性试验开始前的试验品的一个截面RP的剖视图。图14是在耐剥离性试验开始前的试验品的一个俯视图。在耐剥离性试验开始前的试验品中，裂纹没进入到电极端头450与熔融部455之间界面IS1、IS2。

图15是示出使用接地电极的电极端头的直径A为1.0mm的火花塞来进行的耐剥离性试验的结果的图表。横轴表示电极端头和熔融部的界面的长度L。纵轴表示向轴线方向投影时的裂纹的长度的合计值相对于电极端头450的直径A的比例Ra。如果Ra是97％以下，则电极端头450从熔融部455脱落的可能性低。在对图15中，用实线示出Ra＝97％的位置。

根据图15可知在电极端头的直径A为1.0mm的火花塞中，在L≥0.7mm的范围中，不论界面IS0大小C如何，都能达成Ra<97％。据此可知，如果电极端头和熔融部的界面的长度L相对于电极端头450的直径A的比例是0.7以上则耐剥离性良好。

另外，在图15的图表中，在C≤0.35mm以下的试验品中，如果是L≥0.7mm，则能够达成Ra≤88％。与此相对，在C＝0.4mm的试验品中，即使是L≥0.7mm，则Ra＝96％。据此可知，如果电极端头和熔融部界面的长度L相对于电极端头450的直径A的比例是0.7以上，并且，界面IS0的两端的端点Pa7、Pa8间的距离为0.35mm以下，则耐剥离性更加良好。

图16是示出使用接地电极的电极端头的直径A为0.7mm的火花塞来进行的耐剥离性试验的结果的图表。横轴表示电极端头和熔融部的界面的长度L。纵轴表示向轴线方向投影时的裂纹的长度的合计值相对于电极端头450的直径A的比例Ra。与图15相同，在图16中也用实线表示Ra＝97％的位置。

根据图16可知，在电极端头的直径A为0.7mm的火花塞中，不论电极端头和熔融部的界面的长度L和界面IS0的大小C如何，都能达成Ra<97％。在电极端头的直径A为0.7mm的火花塞中，因为电极端头450的直径充分地小，所以不形成作为熔化残余部分的电极端头450和电极母材410的界面IS0(参照图2～图5)，因此认为裂纹难以形成。

B5.剥离性试验2：

使用将接地电极的电极端头外侧面和熔融部455的端的距离G1、G2设定为0.1～0.4mm的各种各样的值、将电极端头和熔融部界面的长度L1、L2设定为0.1～0.8mm的各种各样的值而生成的样品，来进行了评价电极端头450的剥离性的试验。此外，在试验时，准备了接地电极的电极端头的直径A(参照图2)为0.7mm的火花塞和1.0mm的火花塞。另外，在试验中使用的火花塞中G1＝G2。试验中使用的火花塞的其他的点与上述的剥离性试验1时相同。另外，耐久性试验中使用的发动机的方法以及驾驶方法也与上述的剥离性试验1时相同。

接地电极的电极端头的外侧面和熔融部455的端的距离G1、G2的变更是通过变更激光焊接时的激光的直径来进行的。在本试验中使用的试验品中，G1和G2的值相等。以下，在归纳G1和G2进行标明时，标明为“G”。

图17是示出使用接地电极的电极端头的直径A为1.0mm的火花塞来进行的耐剥离性试验的结果的图表。横轴表示电极端头和熔融部界面的长度L。纵轴表示向轴线方向投影时的裂纹的长度的合计值相对于电极端头450的直径A的比例Ra。在图17中也用实线表示Ra＝97％的位置。

根据图17可知，在电极端头的直径A为1.0mm的火花塞中，在L≥0.7mm的范围中，不论电极端头的外侧面和熔融部的端的距离G如何，都达成Ra＜97％。据此可知，如果电极端头和熔融部的界面的长度L相对于电极端头450的直径A的比例是0.7以上，则耐剥离性良好。

另外，在图17的图表中，在G≤0.35mm以下的试验品中，如果是L≥0.7mm，能达成Ra≤86％。与此相对，在C＝0.4mm的试验品中，即使是L≥0.7mm，则Ra＝96％。据此可知，如果电极端头和熔融部的界面的长度L相对于电极端头450的直径A的比例是0.7以上，并且，电极端头的外侧面451、452与熔融部的端点Pa3、Pa4的距离是0.35mm以下，则耐剥离性更加良好。

图18是示出使用接地电极的电极端头的直径A为0.7mm的火花塞的耐剥离性试验的结果的图表。横轴表示电极端头和熔融部的界面的长度L。纵轴表示在向轴线方向投影时的裂纹的长度的合计值相对于电极端头450的直径A的比例Ra。在图18中也用实线表现Ra＝97％的位置。

根据图18可知，在电极端头的直径A为0.7mm的火花塞中，不论电极端头和熔融部的界面的长度L和电极端头的外侧面和熔融部的端的距离G如何，都能达成Ra<97％。在电极端头的直径A为0.7mm的火花塞中，因为电极端头450的直径充分地小，所以未形成作为熔化残余部分的电极端头450和电极母材410的界面IS0，因此认为裂纹难以形成。

C.变形例子：

C1.变形例子1：

在图2～图5示出的实施方式中，在上述实施方式中，因为电极母材410的表面是平面，所以由点Pa3、Pa4所决定的基准线RL与在截面RP中的电极母材410的表面一致。但是，电极母材410的表面也可以不是平面。

C2.变形例子2：

在上述实施例中，对电极端头的直径A为1.0mm的火花塞进行了试验。但是，即使电极端头的直径A为其他的大小，只要满足上述式(1)、(2)，与不满足上述式(1)、(2)的方式相比，也能够使界面IS1、IS2长度变长。因此，能够使在界面IS1、IS2产生裂纹到电极端头450从熔融部455脱落的期间变长。但是，电极端头的直径A优选为0.8mm～1.2mm(参照图9以及图10)。

C3.变形例子3：

在上述实施方式中，电极端头450是以铂(Pt)为主要成分、且含有20质量％的铑(Rh)的合金。但是，电极端头也可以含由Pt、Rh、Ir、Ru等，并且也可以含有W、Re等其他的元素。

本发明不限于上述的实施方式、实施例、变形例，可在不脱离其主旨的范围内通过各种结构来实现。例如，与发明内容的栏记载的各方式中的技术的特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术的特征，为了解决上述的课题的一部分或全部，或是为了达成上述的效果的一部分或全部，能够适宜地进行更换或组合。另外，如果该技术的特征在本说明书中未作为必须的而进行说明，则可适宜地删除。

Claims (4)

1.一种火花塞，具备接地电极，该接地电极具有电极母材以及一端侧是直径为0.8mm～1.2mm的圆柱状且以贵金属作为主要成分的端头，经由将上述端头与上述电极母材熔合的熔融部，上述端头的另一端侧的一部分与上述电极母材连接，

所述火花塞具有上述端头的上述另一端侧的面与上述电极母材接触且被上述熔融部包围的端头母材界面，

所述火花塞的特征在于，

在经过上述圆柱的中心轴的截面，相对于上述中心轴处于一侧的上述端头母材界面的端点与相对于上述中心轴处于上述一侧的上述端头和上述熔融部的界面的端点且是向外部暴露的端点之间的距离是上述直径的0.7倍以上。

2.如权利要求1所述的火花塞，其中，

在上述截面，上述端头母材界面的两端的端点间的距离是0.35mm以下。

3.如权利要求1或2所述的火花塞，其中，

在上述截面，相对于上述中心轴处于上述一侧的上述电极母材和上述熔融部的界面的端点且是向外部暴露的端点与上述端头的上述圆柱部分的外侧面之间的在与上述中心轴正交的方向的距离是0.35mm以下。

4.如权利要求1或2所述的火花塞，其中，

上述贵金属从Pt、Rh、Ir以及Ru所构成的组中选择。