CN107453208B - 火花塞 - Google Patents

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CN107453208B CN201710232681.8A CN201710232681A CN107453208B CN 107453208 B CN107453208 B CN 107453208B CN 201710232681 A CN201710232681 A CN 201710232681A CN 107453208 B CN107453208 B CN 107453208B
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Abstract

本发明提供火花塞,提高贵金属端头的耐剥离性。火花塞具备中心电极、接地电极和经由熔融部接合于接地电极的一端部的附近的贵金属端头。熔融部以在接地电极的宽度方向上分别存在于比接地电极的两方的侧端部靠内侧的从侧端部离开的位置的方式,扩展形成至比贵金属端头的外形靠外侧处。而且,熔融部在接地电极的宽度方向上的贵金属端头的两个侧端部中的至少一方的侧端部的附近具有向从接地电极的一端部离开的方向突出的熔融突出部。

Description

火花塞
技术领域
本发明涉及火花塞。
背景技术
通常,火花塞在其顶端侧具有中心电极和接地电极。而且,以往,为了响应对于火花塞的引燃性的提高、耐消耗性的提高的要求而使用在接地电极的一端部的附近接合有贵金属端头的火花塞。
通常,贵金属端头和接地电极在热膨胀率上不同,因此,当由于火花塞的使用而受到冷热循环时,贵金属端头可能会从接地电极剥离。因此,以往,为了防止贵金属端头的剥离而针对其接合方法研究了各种办法(专利文献1、2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-123182号公报
专利文献2:日本特开2012-074271号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,近年来,在更严苛的使用环境下使用火花塞的可能性升高,要求进一步提高贵金属端头的耐剥离性。
用于解决课题的方案
本发明为了解决上述的课题而完成,可以作为以下的方式来实现。
(1)根据本发明的一方式,提供一种火花塞,具备中心电极、接地电极和贵金属端头,该贵金属端头具有隔着放电间隔而与所述中心电极对向的放电面且经由熔融部而接合于所述接地电极的一端部的附近。该火花塞的特征在于,所述熔融部扩展形成至比所述贵金属端头的外形靠外侧处,以使得在与所述放电面垂直的方向上对所述接地电极、所述贵金属端头和所述熔融部进行了投影时,在所述接地电极的宽度方向上所述熔融部分别存在于比所述接地电极的两方的侧端部靠内侧的从所述侧端部离开的位置,并且所述熔融部具有熔融突出部,所述熔融突出部在所述接地电极的宽度方向上的所述贵金属端头的两个侧端部中的至少一方的侧端部的附近向从所述接地电极的所述一端部离开的方向突出。
根据该火花塞,通过熔融突出部的存在,能够抑制接地电极与贵金属端头之间的交界附近的氧化皮的产生,贵金属端头的耐剥离性提高。
(2)在上述火花塞中,可以是,在与所述放电面垂直的方向上对所述接地电极、所述贵金属端头和所述熔融部进行了投影时,
在将所述接地电极的宽度方向上的所述贵金属端头的最大端头宽度设为W,
将通过所述贵金属端头的中央且在与所述宽度方向垂直的长度方向上延伸的直线设为La,
将与所述贵金属端头的所述一方的侧端部相切且在所述长度方向上延伸的切线设为Lb,
将从所述直线La起的所述宽度方向的距离为±W/4以内的范围内的所述熔融部中的距离所述接地电极的所述一端部最远的第一位置设为P1,
将从所述切线Lb起的所述宽度方向的距离为±0.2mm以内的范围内的所述熔融突出部中的距离所述接地电极的所述一端部最远的第二位置设为P2,
将所述长度方向上的所述第二位置P2与所述第一位置P1之间的长度设为Δy时,
Δy≥0.1mm。
根据该结构,贵金属端头的耐剥离性进一步提高。
(3)在上述火花塞中,可以是,在与所述放电面垂直的方向上对所述接地电极、所述贵金属端头和所述熔融部进行了投影时,所述熔融突出部分别存在于所述接地电极的宽度方向上的所述贵金属端头的所述两个侧端部的附近。
根据该结构,由于具有两个熔融突出部,因此贵金属端头的耐剥离性进一步提高。
需要说明的是,本发明能够以各种形态来实现。例如,能够以火花塞的制造方法、火花塞用的接地电极的制造方法等方式来实现。
附图说明
图1是表示作为一实施方式的火花塞的主视图。
图2是将接地电极的前端部向与贵金属端头的放电面垂直的方向进行投影而得到的俯视图。
图3是接地电极的形状特征的说明图。
图4是表示贵金属端头的接合工序的说明图。
图5是表示贵金属端头的接合工序的说明图。
图6是表示另一实施方式中的贵金属端头的接合工序的说明图。
图7是表示又一实施方式中的贵金属端头的接合工序的说明图。
图8是表示通过图7的接合工序得到的接地电极的说明图。
图9是表示另一实施方式的接地电极的说明图。
图10是表示又一实施方式的接地电极的说明图。
图11是表示又一实施方式的接地电极的说明图。
图12是表示熔融突出部对氧化皮的进展的影响的实验结果的图。
图13是表示熔融突出部对氧化皮的进展的影响的实验结果的图。
图14是表示熔融突出部对氧化皮的进展的影响的实验结果的图。
图15是表示熔融突出部对氧化皮的进展的影响的实验结果的图。
具体实施方式
图1是表示作为本发明的一实施方式的火花塞100的主视图。在图1中,将火花塞100的火花放电间隔SG所处的下侧定义为火花塞100的前端侧且将上侧定义为后端侧来进行说明。该火花塞100具备绝缘体10、中心电极20、接地电极30、端子配件40和主体配件50。绝缘体10具有沿着轴线O延伸的轴孔。需要说明的是,将轴线O也称为“中心轴”。中心电极20是沿着轴线O延伸的棒状的电极,以插入到绝缘体10的轴孔内的状态被保持。接地电极30是基端部固定于主体配件50的主体配件前端部51的前端面52且前端部与中心电极20对向的电极。端子配件40是用于接受电力供给的端子,与中心电极20电连接。在中心电极20的前端焊接有贵金属端头22,在接地电极30的一端部的附近的内表面也焊接有贵金属端头32。接地电极30的贵金属端头32的表面具有作为接地电极30的放电面的功能。这些贵金属端头22、32由Pt(铂)、Ir(铱)等贵金属或包含贵金属的合金形成。中心电极20的贵金属端头22也可以省略。需要说明的是,在图1中,为了便于图示而以比实际大的尺寸描绘了这些贵金属端头22、32。在两个端头22、32之间形成了火花放电间隔SG。主体配件50是将绝缘体10的周围覆盖的筒状构件,将绝缘体10固定于内部。在主体配件50的外周形成有螺纹部54。螺纹部54是形成有螺纹牙的部位,在将火花塞100向发动机缸盖安装时与发动机缸盖的螺纹孔螺合。在螺纹部54的前端侧存在未形成螺纹牙的主体配件前端部51。
图2(A)是将实施方式的火花塞的接地电极30的前端部向与贵金属端头32的表面(放电面)垂直的方向投影而得到的俯视图。在此,示出接地电极30的宽度方向X和与其垂直的长度方向Y。贵金属端头32经由熔融部34而接合于接地电极30的长度方向的端部30ed的附近。该熔融部34是例如在通过激光焊接将贵金属端头32向接地电极30接合时形成的部分,扩展形成至比贵金属端头32的外形靠外侧处。而且,熔融部34在贵金属端头32的整个背面侧形成。熔融部34优选在长度方向Y上到达接地电极30的端部30ed。在宽度方向X上的熔融部34的左右存在接地电极30的母材部分(未成为熔融部的部分)。换言之,在该俯视图中,熔融部34以在接地电极30的宽度方向X上熔融部34分别存在于比接地电极30的两方的侧端部30s靠内侧且从两方的侧端部30s离开的位置的方式形成。该熔融部34还在接地电极30的宽度方向X上的贵金属端头32的一方的侧端部32s的附近具有向长度方向Y上的从接地电极30的端部30ed离开的方向突出的熔融突出部34p。如后所述,该熔融突出部34p具有抑制熔融部34与接地电极30之间的交界附近的氧化皮的产生的效果。需要说明的是,在以下的说明中,为了与贵金属端头32、熔融部34区分,将不包含贵金属端头32、熔融部34的接地电极30的部分也称为“接地电极母材30”。
图2(B)示出作为比较例的接地电极130的俯视图。该比较例除了熔融部34不具有熔融突出部34p这一点之外,具有与图2(A)所示的实施方式相同的结构。在此,以熔融部34的中心C为起点而示出了表示接地电极母材30的热膨胀的大小的热膨胀向量E30和表示熔融部34的热膨胀的大小的热膨胀向量E34。而且,在图2(B)的右侧也示出了这些热膨胀向量E30、E34的X方向分量E30x、E34x和Y方向分量E30y、E34y。通常,接地电极母材30的热膨胀向量E30比熔融部34的热膨胀向量E34大。在距熔融部34的中心C远的位置,熔融部34与接地电极母材30的热膨胀量之差大,因此,若接地电极母材30成为高温,则会在熔融部34与接地电极母材30之间的界面产生大的应力。若在高温时产生这样的大的应力,则具有在熔融部34与接地电极母材30之间的界面形成氧化物(氧化皮)而容易进展的倾向。这样的氧化皮会成为使贵金属端头32的耐剥离性下降的要因。
另一方面,在图2(A)所示的实施方式中,由于在金属端头32的一方的侧端部32s的附近形成有熔融突出部34p,所以该熔融突出部34p作为妨碍接地电极母材30的沿着X方向的热膨胀的障碍物发挥功能。其结果是,接地电极母材30的热膨胀向量E30的X方向分量E30x与图2(B)所示的比较例相比变小,熔融部34与接地电极母材30的热膨胀量之差(尤其是X方向分量E30x、E34x之差)也变小。因此,在该实施方式中,在熔融部34与接地电极母材30的界面产生的应力与比较例相比变小,氧化皮的形成也受到抑制,因此贵金属端头32的耐剥离性提高。
图3是图2(A)所示的接地电极30的形状特征的说明图。在此,使用以下的标号。
(1)最大端头宽度W:接地电极30的宽度方向X上的贵金属端头32的最大宽度
(2)直线La:通过贵金属端头32的中央且在接地电极30的长度方向Y上延伸的直线
(3)切线Lb:与贵金属端头32的侧端部32s相切且在长度方向Y上延伸的切线
(4)第一位置P1:熔融部34中的在从直线La起的宽度方向X的距离为±W/4以内的范围内距离接地电极30的一端部30ed最远的部分的位置
(5)第二位置P2:熔融突出部34p中的在从切线Lb起的宽度方向X的距离为±0.2mm以内的范围内的距离接地电极30的一端部30ed最远的部分的位置
(6)长度Δy:长度方向Y上的第二位置P2与第一位置P1之间的长度
第二位置P2与第一位置P1之间的长度Δy优选满足以下式子。
Δy≥0.1mm…(1)
若满足该(1)式,则熔融突出部34p沿着长度方向Y突出得足够长,因此贵金属端头32的耐剥离性进一步提高。需要说明的是,该长度Δy是在图3的俯视图中在接地电极30的内表面30in上观察的尺寸,在接地电极30的内部(比内表面30in深的部分),熔融突出部34p可以向更靠里的方向(图3的-Y方向)延伸。
图4、图5是表示在接地电极30上接合贵金属端头32的工序的说明图。图4(B)是用于载置贵金属端头32的接地电极30的俯视图,图4(A)是其A-A剖视图,示出了载置贵金属端头32的样态。在接地电极30的端部30ed的附近形成有用于载置贵金属端头32的载置部30r。该载置部30r是比接地电极30的内表面30in凹陷的凹状部分。
图5示出了在接地电极30上载置了贵金属端头32之后使用照射部200照射激光LB的情况。激光LB从接地电极30的端部30ed侧照射接地电极30与贵金属端头32之间的交界,使接地电极30与贵金属端头32之间的交界熔融而形成熔融部34(图2、图3),由此将两者接合。此时,优选的是,通过使照射部200沿着接地电极30的宽度方向X往复扫描,而使激光束LB在接地电极30的宽度方向X上扫描。例如,在去路(+X方向的扫描)中,在比接地电极30与贵金属端头32之间的交界稍靠贵金属端头32的位置进行扫描,在回路(-X方向的扫描)中,在比接地电极30与贵金属端头32之间的交界稍靠接地电极30的位置进行扫描。在该接合方法中,通过控制激光束LB的照射能够形成熔融突出部34p,能够使贵金属端头的耐剥离性提高。尤其是,在比接地电极30与贵金属端头32之间的交界稍靠接地电极30的位置进行扫描的情况下,通过在贵金属端头32的两方的侧端部32s的附近将激光束LB的输出维持为足够的大小,能够增大在贵金属端头32的侧端部32s的附近形成的熔融突出部34p。
需要说明的是,通常,接地电极母材30比贵金属端头32容易熔融,因此当如图5那样照射激光LB而进行接合时,会在贵金属端头32的背面侧在比贵金属端头32的外形宽的范围形成熔融部34。而且,接地电极30内部的熔融部34的范围比在接地电极30的内表面30in上观察的范围向更靠长度方向Y的里侧(图3的-Y侧)的范围扩展。
图6是表示另一实施方式中的贵金属端头32的接合工序的说明图。在该例子中,在接地电极30未形成凹状的载置部30r(图4),在接地电极30的内表面30in上载置贵金属端头32。这种情况下,也能够与图5同样,通过向接地电极30与贵金属端头32之间的交界照射激光LB,来使接地电极30与贵金属端头32之间的交界熔融而形成熔融部34(图2、图3)。
图7是表示又一实施方式中的贵金属端头32的接合工序的说明图。在该例子中,在贵金属端头32的端部32ed比接地电极30的端部30ed向长度方向Y的外侧突出的状态下将贵金属端头32载置于接地电极30,并照射激光LB。这种情况下,可以将照射部200斜着倾斜来向接地电极30与贵金属端头32之间的交界照射激光束LB。
图8示出了通过图7的接合工序而接合有贵金属端头32的接地电极30。在该例子中,在贵金属端头32的长度方向的端部32ed比接地电极30的端部30ed沿长度方向Y突出的状态下,将贵金属端头32接合于接地电极30。这种情况下,也与图3同样,由于在熔融部34形成有熔融突出部34p,因此起到与图3同样的效果。
图9是表示另一实施方式中的接地电极30的说明图。该接地电极30在接地电极30的宽度方向X上的贵金属端头32的两个侧端部32s的两方的附近分别形成有熔融突出部34p这一点上与图3不同,其他结构与图3相同。这种情况下,优选的是,两个熔融突出部34p分别满足上述(1)式。若在熔融部34设置两个熔融突出部34p,则能够进一步提高贵金属端头32的耐剥离性。
图10、图11是表示又一实施方式中的接地电极30的说明图。图10的接地电极30在贵金属端头32的平面形状为梯形这一点上与图9不同,其他结构与图9相同。而且,图11的接地电极30在贵金属端头32的平面形状为圆形这一点上与图9不同,其他结构与图9相同。这些接地电极30也起到与图9所示的接地电极大致同样的效果。需要说明的是,在这些情况下,两个熔融突出部34p中的一方可以省略。
图12是表示与熔融突出部34p对氧化皮的进展的影响相关的实验结果的图。使用的样品的形状与图3是同样的,其规格如下所述。
·接地电极30:Ni系合金,1.3mm×2.7mm
·贵金属端头32:Pt-Ni合金,1.3mm×1.3mm
·熔融突出部34p的个数:1处
·两个位置P1、P2之间的长度Δy:0.05mm~0.20mm
·熔融突出部34p的位置Δ:-0.4mm~+0.4mm
需要说明的是,对于熔融突出部34p的位置Δ,在熔融突出部34p中的最突出的部分处于贵金属端头32的侧端部32s的切线Lb上时设为±0,将相比于切线Lb向贵金属端头32的外侧偏离的位置设为正,将相比于切线Lb向贵金属端头32的内部偏离的位置设为负。
图12的试验条件如下所述。
·温度条件:接地电极30的前端的最高温度1100℃
·冷热循环:以2分钟加热1分钟缓冷进行3000循环
关于各样品,在冷热循环之后,在通过接地电极30的中心的直线La处将接地电极30和贵金属端头32切断而用金属显微镜进行观察,测定了在两者的界面处进展的氧化皮的长度。而且,计算了将氧化皮的进展长度除以界面的长度所得到的值作为氧化皮进展率。在图12中,标注有白色的双重圆圈的样品表示氧化皮进展率小于50%,标注有白色圆圈的样品表示氧化皮进展率为50%以上。不过,标注有白色圆圈的样品与没有熔融突出部34p的样品(图示省略)相比,氧化皮进展率较小。通常,接地电极30与贵金属端头32之间的界面处的氧化皮的进展率越小,则具有贵金属端头32的耐剥离性越高的倾向。
从图12的实验结果可知,熔融突出部34p的位置Δ优选处于从贵金属端头32的侧端部32s的切线Lb起的宽度方向X的距离为±0.2mm以内的范围内。而且,第二位置P2与第一位置P1之间的长度Δy优选为0.1mm以上。若满足这些参数的范围,则氧化皮进展率小,因此贵金属端头32的耐剥离性进一步提高。
图13是表示与熔融突出部34p对氧化皮的进展的影响相关的另一实验结果的图。与图12之间的实验条件的差异仅在于取代使用平面形状为正方形形状的贵金属端头32而使用了直径1.5mm的圆形的贵金属端头32这一点,其他实验条件与图12相同。可知,在图13中也得到了与图12大致相同的结果。
图14是表示与熔融突出部34p对氧化皮的进展的影响相关的又一实验结果的图。与图12之间的实验条件的差异仅在于冷热循环数为5000循环这一点及将长度Δy和熔融突出部34p的位置Δ的参数设为了更窄的范围这一点,其他实验条件与图12相同。从图14的实验结果可知,最优选的是,熔融突出部34p的位置Δ处于贵金属端头32的侧端部32s的切线Lb上。
图15是表示与熔融突出部34p对氧化皮的进展的影响相关的又一实验结果的图。与图14之间的实验条件的差异仅在于将熔融突出部34p的个数设为了两个这一点,其他实验条件与图14相同。根据图14和图15的实验结果可知,优选设置两个熔融突出部34p。
·变形例
需要说明的是,本发明并不局限于上述的实施例或实施方式,能够在不脱离其主旨的范围内以各种形态实施。
·变形例1:
作为火花塞,能够将具有图1所示的结构以外的各种结构的火花塞应用于本发明。尤其是关于端子配件、绝缘体的具体形状,能够进行各种变形。
标号说明
10…绝缘体
20…中心电极
22…贵金属端头
30…接地电极(接地电极母材)
30ed…接地电极的端部
30in…接地电极的内表面
30r…形成于接地电极的贵金属端头的载置部
30s…接地电极的侧端部
32…贵金属端头
32ed…贵金属端头的端部
32s…贵金属端头的侧端部
34…熔融部
34p…熔融突出部
40…端子配件
50…主体配件
51…主体配件前端部
52…前端面
54…螺纹部
100…火花塞
130…接地电极
200…照射部

Claims (2)

1.一种火花塞,具备中心电极、接地电极和贵金属端头,该贵金属端头具有隔着放电间隔而与所述中心电极对向的放电面,且经由熔融部接合于所述接地电极的一端部的附近,
其特征在于,
所述熔融部扩展形成至比所述贵金属端头的外形靠外侧处,以使得在与所述放电面垂直的方向上对所述接地电极、所述贵金属端头和所述熔融部进行了投影时,在所述接地电极的宽度方向上所述熔融部分别存在于比所述接地电极的两方的侧端部靠内侧的从所述侧端部离开的位置,并且所述熔融部具有熔融突出部,所述熔融突出部在所述接地电极的宽度方向上的所述贵金属端头的两个侧端部中的至少一方的侧端部的附近向从所述接地电极的所述一端部离开的方向突出,
在与所述放电面垂直的方向上对所述接地电极、所述贵金属端头和所述熔融部进行了投影时,
在将所述接地电极的宽度方向上的所述贵金属端头的最大端头宽度设为W,
将通过所述贵金属端头的中央且在与所述宽度方向垂直的长度方向上延伸的直线设为La,
将与所述贵金属端头的所述一方的侧端部相切且在所述长度方向上延伸的切线设为Lb,
将从所述直线La起的所述宽度方向的距离为±W/4以内的范围内的所述熔融部中的距离所述接地电极的所述一端部最远的第一位置设为P1,
将从所述切线Lb起的所述宽度方向的距离为±0.2mm以内的范围内的所述熔融突出部中的距离所述接地电极的所述一端部最远的第二位置设为P2,
将所述长度方向上的所述第二位置P2与所述第一位置P1之间的长度设为Δy时,
Δy≥0.1mm。
2.根据权利要求1所述的火花塞,其特征在于,
在与所述放电面垂直的方向上对所述接地电极、所述贵金属端头和所述熔融部进行了投影时,所述熔融突出部分别存在于所述接地电极的宽度方向上的所述贵金属端头的所述两个侧端部的附近。
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