CN105723580B

CN105723580B - 火花塞的制作方法

Info

Publication number: CN105723580B
Application number: CN201480062358.5A
Authority: CN
Inventors: 加藤友聪; 大野龙; 大野龙一
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2017-11-14
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: WO2015072051A1; JP5755708B2; CN105723580A; US9899805B2; EP3070795A4; KR20160070827A; US20160268781A1; JP2015097172A; EP3070795B1; EP3070795A1

Abstract

一种火花塞的制作方法，制造能够抑制焊接塌边、溅射、气孔的火花塞。该火花塞具备中心电极以及接地电极，中心电极以及接地电极的至少任意一方具有电极母材和与电极母材焊接的柱状的贵金属端头。其特征在于，具有激光焊接工序，通过照射脉冲振荡激光，在电极母材和贵金属端头的边界部的周围形成多个单位熔融部，对电极母材和贵金属端头的进行焊接，其中，每一次的激光的照射形成一个单位熔融部，在激光焊接工序中，将激光的照射轴与贵金属端头的中心轴在贵金属端头的径向上错开，在将贵金属端头的直径设为A，将错开激光的照射轴的量设为X时，满足A/20≤|X|≤A/4。

Description

火花塞的制作方法

技术领域

本发明涉及火花塞的制作方法。

背景技术

存在在火花塞的中心电极或接地电极激光焊接有电极母材和贵金属端头的情形。在电极母材和贵金属端头之间的激光焊接中，有时熔融部的表面扩展的所谓“焊接塌边”波及贵金属端头的前端，或者在激光照射时熔融的金属的溅射附着在电极母材、贵金属端头。这样的焊接塌边和溅射可能导致火花塞的引燃性的降低。另外，在激光照射时，若在熔融部产生气孔，则存在贵金属端头因熔融部的接合强度降低而从电极母材剥离的可能。在专利文献1中记载有如下技术：通过变更在激光焊接时所使用的矩形状的激光强度波形，来抑制溅射和气孔等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2008/123343号公报

发明内容

发明将要解决的课题

近年，因为要求火花塞所使用的环境的高温化、提高引燃性，所以高熔点的贵金属端头正在被使用。为了对电极母材和高熔点的贵金属端头进行焊接，在使用高能量的激光的情况下，容易产生焊接塌边、溅射、气孔。因此，期盼对焊接塌边、溅射、气孔进一步抑制的技术。

用于解决课题的手段

本发明是为了解决上述的课题而完成的，能够作为以下的方式来实现。

(1)根据本发明的一个方式，提供火花塞的制作方法，该火花塞具备中心电极以及接地电极，上述中心电极以及上述接地电极的至少任意一方具有电极母材和焊接于该电极母材的柱状的贵金属端头。该制作方法的特征在于，具有激光焊接工序，通过照射脉冲振荡激光，在上述电极母材和上述贵金属端头的边界部的周围形成多个单位熔融部，对上述电极母材和上述贵金属端头进行焊接，其中，每一次的上述激光的照射形成一个上述单位熔融部。在上述激光焊接工序中，使上述激光的照射轴与上述贵金属端头的中心轴在上述贵金属端头的径向上错开，在将上述贵金属端头的直径设为A，将错开上述激光的照射轴的量设为X时，满足A/20≤|X|≤A/4。根据该方式的制作方法，通过将激光的照射轴与贵金属端头的中心轴在径向上错开，从而能够形成沿着贵金属端头的周向具有长径的椭圆形状的单位熔融部。因此，能抑制向贵金属端头前端的焊接塌边、溅射、气孔(以下，称焊接塌边等)。另外，通过将激光的照射轴与贵金属端头的中心轴在径向上错开的量X设置为满足A/20≤|X|≤A/4的范围，从而能够有效地抑制焊接塌边等。

(2)根据本发明的其他方式，提供火花塞的制作方法，该火花塞具备中心电极以及接地电极，上述中心电极以及上述接地电极的至少任意一方具有电极母材和焊接于该电极母材的柱状的贵金属端头。该制作方法的特征在于，具有激光焊接工序，通过照射脉冲振荡激光，在上述电极母材和上述贵金属端头的边界部的周围形成多个单位熔融部，对上述电极母材和上述贵金属端头进行焊接，其中，每一次的上述激光的照射形成一个上述单位熔融部，在上述激光焊接工序中，将使上述电极母材和上述贵金属端头相对于上述激光的照射轴相对地旋转的每单位时间的转速设为R(rps)、将上述激光的脉冲宽度设为M(msec)时，满足5≤0.36×R×M≤30。即使通过这样设置，也能够形成沿着贵金属端头的周向具有长径的椭圆形状的单位熔融部，因此能够抑制焊接塌边等。另外，通过将电极母材和贵金属端头相对于激光的照射轴的相对的转速R以及激光的脉冲宽度M设置为5≤0.36×R×M≤30，从而能够有效地抑制焊接塌边等。

(3)根据本发明的其他方式，提供火花塞的制作方法，该火花塞具备中心电极以及接地电极，上述中心电极以及上述接地电极的至少任意一方具有电极母材和焊接于该电极母材的柱状的贵金属端头。该制作方法的特征在于，具有激光焊接工序，通过照射脉冲振荡激光，在上述电极母材和上述贵金属端头的边界部的周围形成多个单位熔融部，对上述电极母材和上述贵金属端头进行焊接，其中，每一次的上述激光的照射形成一个上述单位熔融部，在上述激光焊接工序中，使用具有激光光斑成为椭圆形状的光学系统的激光照射装置，形成沿着上述贵金属端头的周向具有长径的椭圆形状的上述单位熔融部。根据该方式的制作方法，因为具有激光光斑成为椭圆形状的光学系统，所以如果对电极母材和贵金属端头的边界部照射激光，则能够形成沿着贵金属端头的周向具有长径的椭圆形状的熔融部。因而，能够容易地抑制焊接塌边等。

(4)在上述方式的制作方法中也可以具有如下特征：将上述单位熔融部的在上述贵金属端头的周向上的最大宽度设为D、将上述单位熔融部的在与上述贵金属端头的中心轴平行的方向上的最大宽度设为d时，上述单位熔融部具有满足1.05≤D/d≤1.50的椭圆形状。根据该方式的制作方法，为了抑制焊接塌边等能够将熔融部的形状设置为适合的形状。

(5)在上述方式的制作方法中也可以具有如下特征：在边界部的周围形成多个上述单位熔融部从而遍及上述贵金属端头的全周地形成熔融部，在将沿着上述贵金属端头的周向截断上述熔融部而成的截面的面积设为S1，将上述截面中的上述熔融部的面积设为S2时，满足(S2/S1)×100≥70。根据该方式的制作方法，能抑制贵金属端头从电极母材剥离。

(6)在上述方式的制作方法中也可以具有如下特征：在上述激光焊接工序中，对上述电极母材和上述贵金属端头的上述边界部的周围，以激光光斑的每单位面积的能量为30J/mm²以上的方式照射上述激光。根据该方式的制作方法，即使在因激光光斑的每单位面积的能量30J/mm²以上这样比较高而容易产生焊接塌边等的情况下，由于能够形成沿着贵金属端头的周向具有长径的椭圆形状的单位熔融部，所以也能够有效地抑制焊接塌边等。

本发明也能够以上述的火花塞的制作方法以外的各种方式来实现。例如，能够以火花塞、火花塞用的中心电极和接地电极、火花塞用的中心电极和接地电极的制作方法等的方式来实现。

附图说明

图1是火花塞100的局部剖视图。

图2是对中心电极20的前端附近放大地示出的图。

图3是对中心电极20的前端附近放大地示出的剖视图。

图4是示出电极母材和贵金属端头的激光焊接方法的流程图。

图5是示出本实施方式中的激光焊接工序的情况的图。

图6是示出产生了焊接塌边、溅射、气孔的火花塞的熔融部的图。

图7是示出在条件1以及条件2中使激光照射轴LS的偏移量X变化的情况下的焊接状态的评价结果的图。

图8是示出在条件1以及条件2中使D/d的值变化而形成单位熔融部的情况下的焊接状态的评价结果的图。

图9是示出计算熔融部比率的情形的图。

图10是用于对计算氧化皮的发展比例的方法进行说明的图。

图11是示出熔融部比率和氧化皮的发展比例之间的关系的图。

图12是示出第二实施方式中的电极母材和贵金属端头的激光焊接方法的流程图。

图13是示出使转速R和脉冲宽度M变化的情况下的焊接状态的评价结果的图。

图14是示出第三实施方式中的电极母材和贵金属端头的激光焊接方法的流程图。

具体实施方式

A.第一实施方式:

A1.火花塞的结构:

图1是火花塞100的局部剖视图。如图1所示，火花塞100具有沿着轴线O的细长形状。在图1中，以单点划线表示的轴线O的右侧示出外观主视图，轴线O的左侧示出以通过火花塞100的中心轴的截面截断火花塞100的剖视图。在以下的说明中，将与轴线O平行且图1的上方侧称为前端侧，将图1的下方侧称为后端侧。图1中的xyz轴与其他的图中的xyz轴对应。在图1中，火花塞100的后端侧是-z方向，火花塞100的前端侧是+z方向。在仅称“z方向”时，是指与z轴平行的方向(沿着z轴的方向)。对于x轴以及y轴这也是相同的。

火花塞100具有绝缘子10、中心电极20、接地电极30、端子配件40以及主体配件50。从绝缘子10的前端突出的棒状的中心电极20通过绝缘子10的内部与设置在绝缘子10的后端的端子配件40电连接。中心电极20的外周由绝缘子10保持，绝缘子10的外周在与端子配件40分离的位置由主体配件50保持。与主体配件50电连接的接地电极30在与中心电极20的前端之间形成作为使火花产生的间隙的火花间隙。

绝缘子10是将氧化铝等进行烧结而形成的绝缘体。绝缘子10是在中心形成有轴孔12的筒状的部件，该轴孔12收纳中心电极20以及端子配件40。在绝缘子10的轴方向中央形成有使外径变大的中间主体部19。在比中间主体部19靠近后端侧，形成有使端子配件40和主体配件50之间绝缘的后端侧主体部18。在比中间主体部19靠近前端侧形成有外径比后端侧主体部18小的前端侧主体部17，在前端侧主体部17的更前端侧形成有外径比前端侧主体部17小且越向前端侧外径变得越小的长腿部13。

主体配件50是从绝缘子10的后端侧主体部18的一部分起直至长腿部13的部位包围来保持的筒状的配件。在本实施方式中，主体配件50由低碳钢形成，并对整体实施镀镍、镀锌等的镀覆处理。主体配件50具有工具卡合部51、安装螺纹部52和密封部54。工具卡合部51供用于将火花塞100安装到发动机缸盖的工具嵌合。安装螺纹部52具有与发动机缸盖的安装螺纹孔螺合的螺纹牙。密封部54凸缘状地形成在安装螺纹部52的根部，在密封部54和发动机缸盖之间嵌插有通过弯折板材而形成的环状的衬垫5

在比主体配件50的工具卡合部51靠近后端侧设置有薄壁的敛缝部53。另外，在密封部54和工具卡合部51之间与敛缝部53同样地设置有薄壁的压缩变形部58。圆环状的环部件6、7介于从工具卡合部51到敛缝部53的主体配件50的内周面和绝缘子10的后端侧主体部18的外周面之间，并且在两环部件6、7之间填充滑石(脱石)9的粉末。在制作火花塞100时，将敛缝部53向内侧弯折并向前端侧按压从而压缩变形部58压缩变形，通过该压缩变形部58的压缩变形，经由环部件6、7以及滑石9，绝缘子10在主体配件50内被向前端侧按压。通过该按压，滑石9在轴线O方向上被压缩而提高主体配件50内的气密性。

在主体配件50的内周，位于绝缘子10的长腿部13的基端的绝缘子台阶部15经由环状的片式密封垫8被形成在安装螺纹部52的位置的配件内台阶部56按压。该片式密封垫8是保持主体配件50和绝缘子10之间的气密性的部件，防止燃烧气体的流出。

接地电极30由耐腐蚀性高的金属构成，作为一个例子，使用镍合金。该接地电极30的基端被焊接在主体配件50的前端侧57。接地电极30的前端侧向与轴线O交叉的方向弯曲。在接地电极30的与中心电极20的前端相对的部分，圆柱状的贵金属端头34被焊接到电极母材31。

中心电极20是在电极母材21的内部埋设热传导性比电极母材21优异的芯材22的棒状的部件。电极母材21由以镍作为主要成分的镍合金构成，芯材22由铜或以铜作为主要成分的合金构成。在中心电极20的前端，圆柱状的贵金属端头24被焊接到电极母材21。

贵金属端头24、34例如由铂(Pt)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)或它们的合金形成。另外，图1示出的轴线O也是贵金属端头24、34中心轴O。

图2是对中心电极20的前端附近放大地表示的图。图3是对中心电极20的前端附近放大地表示的剖视图。中心电极20在电极母材21和贵金属端头24的边界部26(图3)附近具有电极母材21和贵金属端头24熔融而形成的熔融部25。熔融部25由多个的单位熔融部25n1～25n12(图2)所构成。单位熔融部25n1～25n12在贵金属端头24的周向上遍及全周地形成。所谓贵金属端头24的周向既可以说是电极母材21的周向，也可以说是边界部26附近的周向。如图2所示，各个单位熔融部25n1～25n12与相邻的单位熔融部互相重叠。另外，单位熔融部的数量也可以适当地变更。

单位熔融部25n12是多个的单位熔融部25n1～25n12中最后形成的单位熔融部。单位熔融部25n12具有椭圆形状，该椭圆形状沿着贵金属端头24的周向具有长径、沿着作为与轴线O平行的方向的z方向具有短径。各个单位熔融部25n1～25n12如后所述以相同的条件顺次形成。因此，例如，单位熔融部25n11虽然因与接着单位熔融部25n11而形成的单位熔融部25n12重叠而难以确认整体的形状，但具有与单位熔融部25n12相同的椭圆形状。

在本实施方式，单位熔融部25n1～25n12的形状优选满足以下的式(1)。

1.05≤D/d≤1.50…式(1)

其中，D是贵金属端头24的周向的最大宽度(长径)，

d是贵金属端头24的与中心轴O平行的方向的最大宽度(短径)。

此外，所谓单位熔融部25n1～25n12的贵金属端头24周向的最大宽度如果用图2进行说明，是指在从x方向观察中心电极20的情况下的单位熔融部25n1～25n12在y方向的最大长度。

另外，在本实施方式中，熔融部25优选满足以下的式(2)。

(S2/S1)×100≥70…式(2)

其中，S1是将熔融部25的与中心轴O(z轴)平行的方向的中心沿着贵金属端头24的周向(图2中xy平面)截断而得到的截面的面积，

S2是截面中的熔融部25的面积。

此外，所谓熔融部25的与中心轴O(z轴)平行的方向，也可以不是与中心轴O完全平行的方向，例如，也可以是包含几度的偏差的大致平行的方向。

关于优选满足式(1)以及式(2)的理由，与实验结果一起后述。

A2.火花塞的制作方法:

在本实施方式的制作方法中，首先准备主体配件50、绝缘子10、中心电极20以及接地电极30。中心电极20是将电极母材21和贵金属端头24激光焊接而形成的。关于电极母材21和贵金属端头24的激光焊接方法后述。

接着，接地电极30与主体配件50接合。此外，对中心电极20和绝缘子10进行组装。并且，实施将组装有中心电极20的绝缘子10组装到主体配件50的组装工序。通过该组装工序，在主体配件50的内侧构成组装有绝缘子(绝缘体)10和中心电极20的组装体。

在组装工序之后实施主体配件50的敛缝工序。通过该敛缝工序，绝缘子10被固定在主体配件50。此后，贵金属端头34被激光焊接在接地电极30的电极母材31。并且，最后在主体配件50的密封部54和安装螺纹部52之间安装衬垫5，从而完成火花塞100。此外，上述制作方法是一个例子，能够以与此不同的各种方法制作火花塞。例如，上述的工序的顺序能够任意地变更。

A3.电极母材和贵金属端头的激光焊接方法:

图4是示出电极母材和贵金属端头的激光焊接方法的流程图。该方法应用于中心电极20和接地电极30的两者，但在此以中心电极20的激光焊接为例进行说明。这种情形在以下的实施方式中也相同。

首先，在电极母材21的预定位置(本实施方式中的前端)配置贵金属端头24(步骤S101)。在步骤S101中，为了将电极母材21和贵金属端头24临时固定既可以进行阻焊也可以通过夹具将电极母材21和贵金属端头24进行固定。

接着，对电极母材21和贵金属端头24的边界部26附近的周围照射激光(步骤S102)。在步骤S102中，以中心轴O作为中心使电极母材21和贵金属端头24转动，使用脉冲振荡激光装置，在边界部26附近的周围依次形成单位熔融部，其中，每1次的激光照射形成1个单位熔融部。由此，遍及贵金属端头24的全周(边界部26附近的周围)地形成由多个单位熔融部25n1～25n12构成的熔融部25。在本实施方式中，使激光照射轴LS与贵金属端头24的中心轴O在贵金属端头24的径向上错开，来照射激光。

此外，在本实施方式中，将每个脉冲的能量除以激光光斑面积而计算出的、激光光斑的每单位面积的能量是30J/mm²以上。

图5是示出在本实施方式的激光焊接工序的情形的图。图5(a)是从-x方向观察激光焊接工序的图，图5(b)是从+z方向观察激光焊接工序的图。如图5(a)所示，在电极母材21和贵金属端头24的边界部26附近照射激光LB。激光照射轴LS与xy平面平行。另外，如图5(b)所示，激光照射轴LS与贵金属端头24的中心轴O在贵金属端头24的径向(图5(b)中的x方向)上错开。即，激光LB在边界部26附近照射，以避免激光照射轴LS和贵金属端头24的中心轴O相交。换句话说，在激光焊接工序中，激光的照射轴LS与贵金属端头24的中心轴O在贵金属端头24的径向上错开，以使激光的照射轴LS和贵金属端头24的中心轴O的位置成为异面的位置。如此设定照射激光LB的位置，并向边界部26附近照射激光LB，从而单位熔融部25n1～25n12如图2所示成为沿着贵金属端头24的周向具有长径的椭圆形状。在本实施方式中，以贵金属端头24的直径A和激光照射轴LS的从中心轴O的偏移量X满足以下的式(3)的方式设定照射激光的位置。

A/20≤|X|≤A/4…式(3)

在本实施方式中，通过使激光照射轴LS与贵金属端头24的中心轴O在径向上错开，从而能够形成沿着贵金属端头24的周向具有长径的椭圆形状的单位熔融部25n1～25n12。因此，本实施方式的单位熔融部和周向的最大宽度D相同，与形成圆形状的单位熔融部相比，根据本实施方式的制作方法能够缩短熔融部25的z方向的最大宽度d。由此，能够抑制向贵金属端头24前端的焊接塌边和在贵金属端头24前端附近附着溅射。因此，即使在贵金属端头24的厚度比较小的情况下，因为能够有效地抑制向贵金属端头24前端的焊接塌边和溅射的附着，所以能够确保火花塞的引燃性。

另外，一般来说，在单位熔融部的互相重叠的部分容易产生气孔。但是，本实施方式的单位熔融部和z方向的最大宽度d相同，与形成圆形状的单位熔融部相比，根据本实施方式的制作方法，能够以少的发射数形成熔融部25。因此，与形成圆形状的单位熔融部相比，能够减小熔融部25中的单位熔融部互相重叠的部分的面积。由此，能够抑制在单位熔融部互相重叠的部分容易产生的气孔。

另外，通过以激光照射轴LS的偏移量满足上述的式(3)的方式设置照射激光的位置，能够有效地抑制焊接塌边、溅射、气孔。并且，一般来说，存在激光光斑的每单位面积的能量越高越容易产生焊接塌边、溅射、气孔的倾向。但是，根据本实施方式的制作方法，激光光斑的每单位面积的能量是30J/mm²以上，即使在以往的约2～3倍以上和比较高的情况下，也能够抑制焊接塌边、溅射、气孔。因此，即使在以高能量对高熔点的贵金属端头24进行激光焊接的情况下也能够有效地抑制焊接塌边、溅射、气孔。

以下，根据实验结果来说明满足式(3)地进行电极母材21和贵金属端头24之间的焊接的依据。

A4.第一实施方式的实施例1:

在本实施例中，在上述的激光焊接方法(图4，步骤S 101～步骤S102)中的步骤S102中，使贵金属端头24的直径A和偏移量X在以下示出的各自的条件1、2内不同，按照同样的直径A和偏移量X分别制作100个火花塞。

<激光焊接条件1>

·贵金属端头

直径A:0.6mm

材质:Ir合金

·激光

激光功率:200W

脉冲宽度:6msec

发射数:12次发射

电极母材和贵金属端头的转速:2rps

激光光斑直径:150μm

激光光斑的每单位面积的能量:68J/mm²(由(200W×6msec)/((150μm/2000)²×π)计算出。)

<激光焊接条件2>

·贵金属端头

直径A:0.8mm

材质:Pt合金

·激光

激光功率:150W

脉冲宽度:4msec

发射数:16次发射

电极母材和贵金属端头的转速:2rps

激光光斑直径:150μm

激光光斑的每单位面积的能量:34J/mm²(由(150W×4msec)/((150μm/2000)²×π)计算出。)

接着，确认在制作了的火花塞的熔融部中有无产生焊接塌边、溅射、气孔。并且，对由于产生焊接塌边、溅射、气孔而判断为焊接状态不良(NG)火花塞的个数进行计算。

图6是示出产生了焊接塌边、溅射、气孔的火花塞的熔融部的图。在图6(a)中示出了在熔融部中产生焊接塌边的情形。在本实施例中，测量从位于最靠+z方向的熔融部的前端z1到位于最靠-z方向的熔融部的前端z2的距离L，在L≥0.1mm的情况下，由于焊接塌边而判断为焊接状态是NG。

图6(b)示出产生溅射SP的火花塞。在本实施例中，在产生直径0.1mm以上的溅射SP的情况下，由于溅射而判断为焊接状态是NG。

在图6(c)中示出产生气孔BH的火花塞。在本实施方式中，对火花塞的中心电极20照射X射线，来确认气孔BH的有无。截断确认有气孔BH处并使用金属显微镜观察，从而测定气孔BH的大小。在被测量的气孔BH的大小为0.1mm以上的情况下，由于气孔而判断为焊接状态是NG。

图7是示出在条件1以及条件2下使激光照射轴LS的偏移量X变化的情况下的焊接状态的评价结果的图。在图7中示出偏移量X、由于产生焊接塌边以及溅射而判断为NG的火花塞的个数、以及由于产生气孔而判断为NG的火花塞的个数。另外，在图7用斜线示出由于焊接塌边以及溅射、气孔而判断为焊接状态是NG的火花塞的个数为0的范围。

在条件1下，偏移量X的绝对值在0.15≤|X|≤0.03的范围内时，电极母材21和贵金属端头24的焊接状态良好(OK)。另外，在条件2下，偏移量X的绝对值处于0.20≤|X|≤0.04的范围内时，焊接状态良好。若对焊接状态为良好的情况下的偏移量X、和在条件2下的贵金属端头24的直径A的关系进行调查，可知焊接状态在X的绝对值处于A/20≤|X|≤A/4范围内为良好。

总结以上结果，偏移量X的绝对值|X|和贵金属端头24的直径A的关系在满足A/20≤|X|≤A/4(式(3))时，示出以下情形：形成对焊接塌边、溅射、气孔抑制的熔融部25，电极母材21和贵金属端头24被良好地焊接。

A5.第一实施方式的实施例2(单位熔融部的形状评价):

接着，根据实验结果说明满足式(1)地进行电极母材21和贵金属端头24之间的焊接的优选的依据。

在本实施例中，将单位熔融部25n1～25n12的贵金属端头24的周向的最大宽度设为D，将与贵金属端头24的中心轴O平行的方向(z方向)的最大宽度设为d，使D/d的值变化的火花塞各制作100个。激光焊接条件使用上述的实施例1中的条件1以及条件2。接着，计算由于产生焊接塌边、溅射、气孔而判断为焊接状态是NG的火花塞的个数。焊接状态被判断NG的基准因为与上述的实施例1同样，所以省略说明。

图8是示出在条件1以及条件2下使D/d的值变化而形成单位熔融部的情况下的焊接状态的评价结果的图。在图8中示出D/d的值、根据焊接塌边以及溅射产生的情况而判断为NG的火花塞的个数、根据气孔产生的情况而被判断为NG的火花塞的个数。另外，在图8中，用斜线示出根据焊接塌边以及溅射、气孔判断为焊接状态是NG的火花塞的个数为0的范围。

如图8所示，在条件1以及条件2下，在D/d的值处于1.05≤D/d≤1.50(式(1))的范围内时，不产生焊接塌边、溅射、气孔，焊接状态良好。根据以上的结果，示出满足式(1)地进行电极母材21和贵金属端头24之间的焊接是优选的。

A6.第一实施方式的实施例3(贵金属端头的耐剥离性评价):

接着，基于实验结果来说明满足式(2)地进行电极母材21和贵金属端头24之间的焊接是优选的依据。

在本实施例中，关于由椭圆形状的单位熔融部形成的熔融部制作多个使熔融部比率(S2/S1)变化的火花塞。评价了熔融部比率和贵金属端头24的从电极母材21的耐剥离性。

图9是示出计算熔融部比率的情形的图。图9(a)是示出熔融部25的截断位置的图，图9(b)是示出被截断的熔融部的截面的图。如图9(a)所示，将对与中心轴O(z轴)平行的方向的熔融部25的中心P沿着贵金属端头24的周向(xy平面)截断的截面面积设为S1，将截面中的熔融部25的面积设为S2，通过计算(S2/S1)×100来求出熔融部比率。具体地说，将激光焊接条件适当地变更，而使单位熔融部具有椭圆形状，来制作具有熔融部比率为50％、60％、70％、80％、90％的中心电极20的火花塞。

接着，为了评价熔融部比率和贵金属端头24的耐剥离性的关系，进行冷热试验。在冷热试验中，首先使用燃烧器对中心电极20的前端加热2分钟，使中心电极20的温度上升到1000℃。此后切断燃烧器，使中心电极20缓慢冷却1分钟，再次使用燃烧器对中心电极20加热2分钟而使中心电极20的温度上升到1000℃。将该循环反复进行1000次。接着，以通过中心轴O的zy平面截断熔融部25，测量在熔融部25附近产生的氧化皮的长度。并且，根据所测量的氧化皮的长度，求出氧化皮的发展比例。

图10是用于对计算氧化皮的发展比例的方法进行说明的图。在图10中示出对进行了冷热试验的火花塞的中心电极20以通过中心轴O的zy平面截断的截面(半截面)图。分别求出在半截面的y方向的氧化皮OS的长度B1、B2的合计值B、和电极母材21与贵金属端头24的y方向的焊接长度C1、C2的合计值C，通过求出氧化皮的长度B相对于焊接长度C的比例来计算氧化皮的发展比例。并且，在氧化皮OS的发展比例小于50％的情况下，判断为耐剥离性良好。

图11是示出熔融部比率和氧化皮的发展比例的关系的图。如图11所示，在熔融部比率超过70％时，氧化皮的发展比例小于50％。即，在熔融部比率满足(S2/S1)×100≥70(式(2))时，贵金属端头24的耐剥离性良好。根据以上的结果，示出满足式(2)地进行电极母材21和贵金属端头24的焊接是优选的。

B.第二实施方式:

B1.火花塞的结构:

本实施方式中的火花塞100的结构与第一实施方式的火花塞100的结构(图1～图3)相同，因此省略说明。

B2.火花塞的制作方法:

本实施方式中的火花塞100的制作方法，除了电极母材和贵金属端头之间的激光焊接方法之外，与上述的第一实施方式相同，因此省略说明。

B3.电极母材和贵金属端头之间的激光焊接方法:

图12是示出在第二实施方式的电极母材和贵金属端头的激光焊接方法的流程图。第二实施方式也与上述的第一实施方式相同，在电极母材21的预定位置配置贵金属端头24(步骤S201)。

接着，对电极母材21和贵金属端头24的边界部26附近的周围照射激光(步骤S202)。在本实施方式中，将使电极母材21以及贵金属端头24相对于激光照射轴LS相对地旋转的每单位时间的转速R(rps)、和激光的脉冲宽度M(msec)以满足以下的式(4)的方式进行调整。此外，向着贵金属端头24的中心轴O与xy平面平行地照射激光。

5≤0.36×R×M≤30···式(4)

像这样，即使将转速R和激光的脉冲宽度M以满足式(4)地进行调整，也能够形成沿着贵金属端头24的周向具有长径的椭圆形状的单位熔融部25n1～25n12，因此起到与上述的第一实施方式同样的效果。

另外，根据本实施方式的制作方法，与第一实施方式相同，激光光斑的每单位面积的能量即使是30J/mm²以上和比以往高的情况，也能够抑制焊接塌边、溅射、气孔。

以下，根据实验结果来说明满足式(4)地进行电极母材21和贵金属端头24的焊接的依据。

B4.第二实施方式的实施例1:

在本实施例中，在上述的激光照射工序(步骤S202)中，使将电极母材21和贵金属端头24以中心轴O做为中心进行旋转的转速R(rps)、激光的脉冲宽度M(msec)在以下示出的条件内不同，按照不同的条件来分别制作100个火花塞。关于制作的火花塞，计算由于产生焊接塌边、溅射、气孔而判断为焊接状态为NG的火花塞的个数。焊接状态被判断NG的基准与上述的第一实施方式的实施例1相同，因此省略说明。

<激光焊接条件>

·贵金属端头

直径A:0.6mm

材质:Ir合金

·激光

脉冲宽度:M(msec)

转速:R(rps)

发射数:12次发射

激光光斑直径:直径150μm

图13是示出使转速R(rps)和脉冲宽度M变化的情况下的焊接状态的评价结果的图。在图13中，示出转速R、脉冲宽度M(msec)、由于产生焊接塌边和溅射而判断为NG的火花塞的个数、由于产生气孔而判断为NG的火花塞的个数、转速R(rps)和脉冲宽度M(msec)和0.36相乘而得到值(0.36×R×M)、激光功率、激光光斑的每单位面积的能量。此外，“0.36×R×M”意味着“R×360°×(M/1000(sec))”，相当于激光照射中的旋转角度。此外，在图13中以斜线示出不存在由于焊接塌边、溅射、气孔而被判断为NG的火花塞的范围。

根据图13示出的结果，示出在转速R和脉冲宽度M满足5≤0.36×R×M≤30(式(4))的关系的情况下(旋转角度为5°以上30°以下的情况)，形成焊接塌边、溅射、气孔被抑制的熔融部25，电极母材21和贵金属端头24被良好地焊接。

C.第三实施方式:

C1.火花塞的结构:

本实施方式的火花塞100的结构与第一实施方式的火花塞100的结构(图1～图3)相同，因此省略说明。

C2.火花塞的制作方法:

本实施方式中的火花塞100的制作方法除了电极母材和贵金属端头的激光焊接方法之外，与上述的第一实施方式相同，因此省略说明。

C3.电极母材和贵金属端头之间的激光焊接方法:

图14是示出第三实施方式中的电极母材和贵金属端头的激光焊接方法的流程图。第三实施方式也与上述的第一实施方式以及第二实施方式相同，在电极母材21的预定的位置配置贵金属端头24(步骤S301)。

接着，在电极母材21和贵金属端头24的边界部26附近的周围照射激光(步骤S302)。在本实施方式中，使用具有激光光斑成为椭圆形状的光学系统的激光照射装置，对电极母材21和贵金属端头24的边界部26附近照射激光。具体地说，使用具备能够形成椭圆的波束的透镜的激光照射装置来照射激光。此外，向贵金属端头24的中心轴O与xy平面平行地照射激光。以激光光斑的长径处于贵金属端头24的周向、激光光斑的短径处于与贵金属端头24的中心轴O(z轴)平行的方向的方式调整并照射激光。

此外，具有激光光斑成为椭圆形状的光学系统的激光照射装置，例如能够使用具有使圆形的激光束变形为椭圆的单元的激光照射装置、射出的波束的截面是椭圆形状的使用半导体激光的照射装置等各种的装置。另外，作为使圆形的激光束变形为椭圆的方法，例如也可以使用具有形成圆形的激光束的透镜的激光照射装置，使激光的照射轴(入射轴)LS与透镜的中心轴错开来入射到透镜，进而使焦点移动，由此将射出的波束截面设为椭圆形状。

即使通过这样处理，因为也能够形成沿着贵金属端头24的周向具有长径的椭圆形状的单位熔融部25n1～25n12，所以起到与上述的第一实施方式以及第二实施方式同样的效果。

另外，根据本实施方式的制作方法，与第一实施方式以及第二实施方式相同，即使激光光斑的每单位面积的能量是30J/mm²以上、以往的约2～3倍以上和比较高的情况下，也能够抑制焊接塌边、溅射、气孔。

并且，不需要如第一实施方式那样使激光照射轴LS相对于贵金属端头的中心轴O错开、或如第二实施方式那样调整电极母材21和贵金属端头24的转速R、激光的脉冲宽度M，就能够形成椭圆形状的单位熔融部。因此，通过与一般的激光焊接同样的操作，就能够抑制焊接塌边、溅射、气孔。

D.变形例:

在上述各种实施方式中，一边使电极母材21和贵金属端头24旋转一边对边界部26附近照射激光来进行激光焊接。与此相对，也可以一边使激光照射装置沿贵金属端头24的周向旋转，一边不使电极母材21和贵金属端头24旋转地对边界部26附近的周围照射激光来进行激光焊接。另外，也可以使激光照射装置沿贵金属端头24的周向旋转，并且使电极母材21和贵金属端头24旋转地对边界部26附近的周围照射激光来进行激光焊接。

在上述各种实施方式中，单位熔融部25n1～25n12的形状是椭圆形状。与此对应，单位熔融部25n1～25n12的形状也可以不是完全的椭圆形状。例如，关于单位熔融部25n1～25n12的形状只要长径和短径满足上述的式(1)并且没有由于焊接塌边而判断为焊接状态是NG的形状即可。如果单位熔融部25n1～25n12是这样的形状，则能够起到与上述各种实施方式同样的效果。

在上述的各种实施方式中，示出中心电极20的电极母材21与贵金属端头24的激光焊接方法。该激光焊接方法也可以应用在接地电极30的电极母材31和贵金属端头34。贵金属端头34也可以经由介于电极母材31和贵金属端头34之间的中间端头被激光焊接在电极母材31。在使用中间端头的情况下，例如，贵金属端头34被预先激光焊接在中间端头，该中间端头被阻焊或激光焊接在接地电极30的电极母材31。在这种情况下，能够将中间端头作为接地电极的一部分。中间端头例如也可以由与接地电极同样的材料形成。

本发明不限于上述的实施方式和变形例，在不脱离其宗旨的范围内能够以各种结构来实现。例如，为了解决了上述的课题的一部分或者全部、或者为了实现上述的效果的一部分或者全部，对于与发明内容一栏记载的各方式中的技术的特征对应的实施方式、变形例中的技术的特征能够进行适当地替换、组合。另外，该技术的特征在本说明书中如果没有作为必需的特征进行说明，则能够适当地删除。

标号说明

5…衬垫

6，7…环部件

8…片式密封垫

9…滑石

10…绝缘子

12…轴孔

13…长腿部

15…绝缘子台阶部

17…前端侧主体部

18…后端侧主体部

19…中间主体部

20…中心电极

21…电极母材

22…芯材

24…贵金属端头

25…熔融部

25n1～25n12…单位熔融部

26…边界部

30…接地电极

31…电极母材

34…贵金属端头

40…端子配件

50…主体配件

51…工具卡合部

52…安装螺纹部

53…敛缝部

54…密封部

56…金属配件内台阶部

57…前端侧

58…压缩变形部

100…火花塞

O…中心轴(轴线)

P…熔融部中心

LB…激光

LS…激光照射轴

BH…气孔

SP…溅射

OS…氧化皮。

Claims

1.一种火花塞的制作方法，该火花塞具备中心电极以及接地电极，上述中心电极以及上述接地电极的至少任意一方具有电极母材和焊接于该电极母材的柱状的贵金属端头，该火花塞的制作方法的特征在于，

具有激光焊接工序，通过照射脉冲振荡激光，在上述电极母材和上述贵金属端头的边界部的周围形成多个单位熔融部，对上述电极母材和上述贵金属端头进行焊接，其中，每一次的上述激光的照射形成一个上述单位熔融部，

在上述激光焊接工序中，使上述激光的照射轴与上述贵金属端头的中心轴在上述贵金属端头的径向上错开并处于与上述贵金属端头的中心轴异面的位置，

在将上述贵金属端头的直径设为直径A，将错开上述激光的照射轴的量设为X时，满足

A/20≤|X|≤A/4。

2.一种火花塞的制作方法，该火花塞具备中心电极以及接地电极，上述中心电极以及上述接地电极的至少任意一方具有电极母材和焊接于该电极母材的柱状的贵金属端头，该火花塞的制作方法的特征在于，

在上述激光焊接工序中，将使上述电极母材和上述贵金属端头相对于上述激光的照射轴相对地旋转的每单位时间的转速设为R(rps)、将上述激光的脉冲宽度设为M(msec)时，满足5≤0.36×R×M≤30。

3.一种火花塞的制作方法，该火花塞具备中心电极以及接地电极，上述中心电极以及上述接地电极的至少任意一方具有电极母材和焊接于该电极母材的柱状的贵金属端头，该火花塞的制作方法的特征在于，

在上述激光焊接工序中，使用具有激光光斑成为椭圆形状的光学系统的激光照射装置，形成沿着上述贵金属端头的周向具有长径的椭圆形状的上述单位熔融部。

4.根据权利要求1～3的任意一项所述的火花塞的制作方法，其特征在于，

将上述单位熔融部的在上述贵金属端头的周向上的最大宽度设为D，将上述单位熔融部的在与上述贵金属端头的中心轴平行的方向上的最大宽度设为d时，上述单位熔融部具有满足1.05≤D/d≤1.50的椭圆形状。

5.根据权利要求1～3的任意一项所述的火花塞的制作方法，其特征在于，

在上述边界部的周围形成多个上述单位熔融部从而遍及上述贵金属端头的全周地形成熔融部，在将沿着上述贵金属端头的周向截断上述熔融部而成的截面的面积设为S1，将上述截面中的上述熔融部的面积设为S2时，满足(S2/S1)×100≥70。

6.根据权利要求1～3的任意一项所述的火花塞的制作方法，其特征在于，

在上述激光焊接工序中，对上述电极母材和上述贵金属端头的上述边界部的周围，以激光光斑的每单位面积的能量为30J/mm²以上的方式照射上述激光。