CN107623253B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火花塞，确保电极的耐氧化性并抑制早燃的发生。火花塞具备中心电极和与中心电极之间形成间隙的接地电极，中心电极和接地电极中的至少一个电极使用以镍为主成分且含有20质量％以上的铬的镍合金形成。在电极中的使用镍合金形成的部分，硅的含量为0.1质量％以上，从由稀土类元素构成的元素组中选择的一种以上的特定元素的含量的合计为0.01质量％以上，空隙的面积在与长度方向平行的剖面的全部面积中占据的比例为1％以下。

Description

火花塞

技术领域

本说明书涉及在内燃机等中用于对燃料气体进行点火的火花塞。

背景技术

内燃机使用的火花塞例如具备：具有沿轴线方向延伸的轴孔的绝缘体；插设于轴孔的中心电极；在绝缘体的外周设置的筒状的主体配件；以及与主体配件连接的接地电极。而且，为了实现耐消耗性的提高，已知有在中心电极或接地电极中的形成产生火花放电的间隙的部位配置有贵金属端头的火花塞。

另外，中心电极或接地电极由于曝露在内燃机的高温的燃烧气体下而要求高耐氧化性。例如，作为接地电极的材料，提出了如下的合金：以镍(Ni)为主成分，硅(Si)的含量为0.50质量％以上且小于1.0质量％，铝(Al)的含量为0.2质量％以上且2.0质量％以下，铬(Cr)的含量为12质量％以上且34质量％以下，从由稀土类元素构成的组中选择的至少一种的含量为0.03质量％以上且0.2质量％以下，铁(Fe)的含量为超过0质量％且20质量％以下，碳(C)的含量为0.10质量％以下，锰(Mn) 的含量为1.0质量％以下，硅(Si)及铝(Al)的合计含量为0.80质量％以上且为Cr的含量的1/10以下。通过设为这样的组成，在电极中，能够实现耐氧化性的提高，例如，抑制在电极与端头之间形成氧化皮的情况，能够提高端头的耐剥离性。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本专利第5662622号公报

发明内容

【发明的概要】

【发明要解决的课题】

然而，在上述技术中，对于材料的导热性能的提高未充分地想办法，因此例如存在电极的温度过度升高而引起早燃的可能性。

本说明书在使用于内燃机的火花塞中，公开了一种确保电极的耐氧化性并抑制早燃的发生的技术。

【用于解决课题的方案】

本说明书公开的技术可以作为以下的适用例来实现。

[适用例1]一种火花塞，具备中心电极和在与所述中心电极之间形成间隙的接地电极，

所述中心电极和所述接地电极中的至少一个电极使用以镍为主成分且含有20质量％以上的铬的镍合金而形成，

所述火花塞的特征在于，

在所述电极中的使用所述镍合金而形成的部分中，

硅的含量为0.1质量％以上，

从由稀土类元素构成的元素组中选择的一种以上的特定元素的含量的合计为0.01质量％以上，

空隙的面积在与长度方向平行的剖面的全部面积中占据的比例为 1％以下。

根据上述结构，电极中的使用镍合金形成的部分的铬的含量为20 质量％以上，硅的含量为0.1质量％以上，从由稀土类元素构成的元素组中选择的1种以上的特定元素的含量的合计为0.01质量％以上，因此在表面形成致密且难以剥离的氧化膜，因此能够提高耐氧化性。此外，对于镍合金，空隙的面积在与长度方向平行的剖面的全部面积中占据的比例为1％以下。其结果是，能够抑制以空隙为起因的热导率的下降，因此能够提高电极的导热性能而抑制早燃的发生。因此，能够确保电极的耐氧化性并抑制早燃的发生。

[适用例2]根据适用例1记载的火花塞，其特征在于，

在所述电极中的使用所述镍合金而形成的部分中，

铁的含量为11质量％以上且19质量％以下，

铬的含量为30质量％以下，

硅的含量为1质量％以下，

所述一种以上的特定元素的含量的合计为0.2质量％以下，

硅的含量与所述一种以上的特定元素的含量之积为0.15以下。

根据上述结构，能够进一步提高电极的导热性能。因此，能够确保电极的耐氧化性，而且提高电极的导热性能而抑制早燃的发生。

[适用例3]根据适用例1或2记载的火花塞，其特征在于，

在所述电极中的使用所述镍合金而形成的部分中，

碳的含量为0.1质量％以下，

铝的含量为0.2质量％以上且1.5质量％以下。

根据上述结构，能够进一步提高电极的导热性能。因此，能够确保电极的耐氧化性，而且抑制早燃的发生。

[适用例4]根据适用例1～3中任一记载的火花塞，其特征在于，

在所述电极中的使用所述镍合金而形成的部分中，

铝的含量为0.5质量％以上且1.0质量％以下，

铬的含量为26质量％以下，

铁的含量为13质量％以上且17质量％以下。

根据上述结构，能够进一步提高电极的导热性能。因此，能够确保电极的耐氧化性，而且抑制早燃的发生。

[适用例5]根据适用例1～4中任一记载的火花塞，其特征在于，

在所述电极中的使用所述镍合金而形成的部分中，空隙的面积在与所述长度方向平行的所述剖面的全部面积中占据的比例为0.5％以下。

根据上述结构，能够进一步抑制以空隙为起因的热导率的下降，因此能够进一步提高电极的导热性能。因此，能够确保电极的耐氧化性，而且抑制早燃的发生。

需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，例如，能够以火花塞、使用了火花塞的点火装置、搭载该火花塞的内燃机、搭载有使用了该火花塞的点火装置的内燃机、火花塞的电极、火花塞的电极用的合金等形态实现。

附图说明

图1是实施方式的火花塞的一例的剖视图。

图2是火花塞100的前端附近的放大剖视图。

图3是高温下的接地电极主体33的表面附近的构造的示意图。

图4是表示将接地电极主体33利用与长度方向平行的面剖切的剖面的COMPO像的图。

【标号说明】

5...衬垫，6...第二密封垫，7...第三密封垫，8...第一密封垫，9... 滑石，10...绝缘体，12...轴孔，13...腿部，15...缩外径部，16...缩内径部， 17...第一主体部，18...第二主体部，19...突缘部，20...中心电极，23... 头部，24...突缘部，25...腿部，26...中心电极主体，28...中心电极端头， 30...接地电极，31...连接端，32...自由端，33...接地电极主体，38...接地电极端头，40...端子配件，41...帽装配部，42...突缘部，43...腿部，50... 主体配件，51...工具卡合部，52...螺纹部， 53...敛紧部，54... 基座部，56...缩内径部，58...变形部，59...插入孔，60...第一导电性密封层，70...电阻体，80...第二导电性密封层，100...火花塞

具体实施方式

A.实施方式：

A-1.火花塞的结构：

图1是实施方式的火花塞的一例的剖视图。图示的单点划线表示火花塞100的轴线CO。图示的剖面是包含轴线CO的剖面。以下，将与轴线CO平行的方向也称为“轴线方向”。在与轴线CO平行的方向中，将图1的下方向也称为前端方向LD，将上方向也称为后端方向 BD。前端方向LD是从后述的端子配件40朝向电极20、30的方向。而且，以轴线CO为中心，将位于与轴线CO垂直的面上的圆的径向也简称为“径向”，将该圆的圆周方向也简称为“周向”。将前端方向 LD的端也简称为前端，将后端方向BD的端也简称为后端。

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、主体配件50、第一导电性密封层60、电阻体70、第二导电性密封层80、第一密封垫8、滑石9、第二密封垫6和第三密封垫7。

绝缘体10是具有沿着轴线方向延伸而贯通绝缘体10的轴孔12的大致圆筒状的构件。绝缘体10对氧化铝进行烧制而形成(也可以采用其他的绝缘材料)。绝缘体10具有从前端侧朝向后端方向BD依次排列的腿部13、缩外径部15、第一主体部17、突缘部19、第二主体部18。缩外径部15的外径朝向前端方向LD逐渐减小。在绝缘体10的缩外径部15的附近(在图1的例子中，为第一主体部17)的内部形成有朝向前端方向LD而内径逐渐减小的缩内径部16。

中心电极20位于绝缘体10的轴孔12内的前端侧。中心电极20 具备中心电极端头28和中心电极主体26。

中心电极主体26是沿着轴线方向延伸的棒状的构件。中心电极主体26具有从前端侧朝向后端方向BD依次排列的腿部25、突缘部24、头部23。腿部25的前端侧的部分在绝缘体10的前端侧，向轴孔12外露出。中心电极20的其他的部分保持在轴孔12内。突缘部24的前端侧的面由绝缘体10的缩内径部16支承。

中心电极主体26例如使用镍(Ni)或包含镍作为主成分的合金(例如，NCF600、NCF601)形成。需要说明的是，中心电极主体26可以包括埋设于内部，且由导热性比Ni或包含Ni作为主成分的合金优异的铜或以铜为主成分的合金形成的芯材。

中心电极端头28例如通过激光焊接而接合在中心电极主体26的腿部25的前端部分。中心电极端头28由以高熔点的贵金属为主成分的材料形成。该中心电极端头28的材料使用例如铱(Ir)或铂(Pt)、或者以Ir或Pt为主成分的合金。

端子配件40位于绝缘体10的轴孔12内的后端侧。端子配件40 是沿着轴线方向延伸的棒状体，使用导电材料(例如，低碳钢等金属) 形成。端子配件40具有从前端侧朝向后端方向BD依次排列的腿部43、突缘部42、帽装配部41。腿部43插入到绝缘体10的轴孔12中。帽装配部41在绝缘体10的后端侧，向轴孔12外露出。

圆柱状的电阻体70在绝缘体10的轴孔12内，配置于端子配件 40与中心电极20之间。电阻体70具有降低火花产生时的电波噪声的功能。电阻体70由例如包含作为主成分的玻璃颗粒、玻璃以外的陶瓷颗粒、导电性材料的组成物形成。

第一导电性密封层60配置在中心电极20与电阻体70之间，第二导电性密封层80配置在端子配件40与电阻体70之间。其结果是，中心电极20与端子配件40经由电阻体70和导电性密封层60、80而电连接。导电性密封层60、80例如由包含B₂O₃-SiO₂系等玻璃颗粒和金属颗粒(Cu、Fe等)的组成物形成。

主体配件50是具有沿轴线CO延伸而贯通主体配件50的插入孔 59的大致圆筒状的构件。主体配件50使用低碳钢材形成(也可以采用其他的导电材料(例如，金属材料))。在主体配件50的插入孔59中插入绝缘体10。主体配件50以配置于绝缘体10的径向的周围的状态，对绝缘体10进行保持。在主体配件50的前端侧，绝缘体10的前端侧的端部(在本实施方式中，腿部13的前端侧的部分)向插入孔59外露出。在主体配件50的后端侧，绝缘体10的后端侧的端部(在本实施方式中，第二主体部18的后端侧的部分)向插入孔59外露出。

主体配件50具有从前端侧朝向后端方向BD依次排列的螺纹部 52、基座部54、变形部58、工具卡合部51、敛紧部53。在基座部54 与螺纹部52之间，嵌入将金属板折弯而形成的环状的衬垫5。

基座部54是突缘状的部分。螺纹部52是在外周面形成有用于与内燃机的安装孔螺合的螺纹的大致圆筒状的部分。

主体配件50具有相比变形部58而配置在前端侧的缩内径部56。缩内径部56的内径从后端侧朝向前端方向LD逐渐减小。在主体配件 50的缩内径部56与绝缘体10的缩外径部15之间夹有第一密封垫8。第一密封垫8是铁制的O环(也可以采用其他的材料(例如，铜等金属材料))。

工具卡合部51的形状是与火花塞扳手卡合的形状(例如，六棱柱)。在工具卡合部51的后端侧设有敛紧部53。敛紧部53相比绝缘体10的突缘部19而配置在后端侧，形成主体配件50的后端侧的端。敛紧部 53通过将主体配件50朝向径向的内侧弯折而形成。

在主体配件50的后端侧，在主体配件50的内周面与绝缘体10的外周面之间形成环状的空间SP。在本实施方式中，该空间SP是由主体配件50的敛紧部53及工具卡合部51、绝缘体10的突缘部19的后端部分及第二主体部18围成的空间。在该空间SP内的后端侧配置第二密封垫6。在该空间SP内的前端侧配置第三密封垫7。在本实施方式中，这些密封垫6、7是铁制的C环(也可以采用其他的材料)。在空间SP内的2个密封垫6、7之间填充滑石(脱石)9的粉末。

在火花塞100的制造时，将主体配件50向内侧折弯而形成敛紧部 53。并且，敛紧部53被向前端侧按压。由此，形成变形部58，经由密封垫6、7和滑石9，绝缘体10在主体配件50内被朝向前端侧按压。第一密封垫8在缩外径部15与缩内径部56之间被按压，并且，将主体配件50与绝缘体10之间密封。通过以上所述，能抑制内燃机的燃烧室内的气体通过主体配件50与绝缘体10之间向外漏出的情况。而且，主体配件50固定于绝缘体10。

接地电极30具有接地电极主体33和接地电极端头38。接地电极主体33是与主体配件50电连接的棒状的构件。接地电极主体33使用例如包含镍(Ni)作为主成分的合金形成。关于形成接地电极主体33的镍合金的详情，在后文叙述。

需要说明的是，接地电极主体33与中心电极主体26同样地可以包括埋设于内部，由导热性比Ni或包含Ni作为主成分的合金优异的铜或以铜为主成分的合金形成的芯材。接地电极端头38使用例如Ir或 Pt、或者以Ir或Pt为主成分的合金。

A-2.火花塞的前端附近的结构

参照图2，进一步说明火花塞100的前端附近的结构。图2是火花塞100的前端附近的放大剖视图。

绝缘体10的前端(即，腿部13的前端)相比主体配件50的前端而位于前端侧。并且，中心电极主体26的前端和中心电极端头28相比绝缘体10的前端而位于前端侧。

接地电极主体33的一端是为了使接地电极30与主体配件50电导通而通过例如阻焊而与主体配件50的前端连接的连接端31。接地电极主体33的另一端是自由端32。接地电极主体33从与主体配件50连接的连接端31朝向前端方向LD延伸，并朝向轴线CO弯曲。并且，接地电极主体33沿着与轴线CO垂直的方向延伸而到达自由端32。

接地电极主体33中的沿着与轴线CO垂直的方向延伸的自由端32 侧的部分的一侧面在轴线CO上沿轴线方向与中心电极端头28相对。在接地电极主体33的该一侧面，在与中心电极端头28相对的位置焊接接地电极端头38。接地电极端头38在与中心电极端头28之间形成产生火花放电的间隔(也称为间隙)。

图2的接地电极主体33的剖面是利用通过棒状的接地电极主体 33的轴线的面将接地电极主体33剖切的剖面。图2的接地电极主体 33的剖面是接地电极主体33的与长度方向平行的剖面中的1个。

图2的中心电极主体26的剖面是利用通过棒状的中心电极主体 26的轴线的面将中心电极主体26剖切的剖面。图2的中心电极主体 26的剖面是中心电极主体26的与长度方向平行的剖面中的1个。

A-3.形成接地电极主体33的材料

对于形成接地电极主体33的材料进行说明。接地电极主体是向燃烧室内最突出的部分，因此曝露在高温的燃烧气体下。因此，接地电极主体要求高耐氧化性。尤其是近年来，由于为了内燃机的排放物的减少或燃油经济性提高而推进内燃机的燃烧室内的进一步高温化或推进火花塞的小型化，因此形成接地电极主体的材料要求更高的耐氧化性。另一方面，为了耐氧化性的提高而向形成接地电极主体的Ni合金添加其他的元素作为添加物时，通常导热性容易下降，因此接地电极主体的导热性能容易下降。其结果是，接地电极主体过度地成为高温，存在容易发生早燃(过早引燃)的问题。因此，在本实施方式中，为了确保接地电极主体33的耐氧化性并提高导热性能而抑制早燃的发生，对于形成接地电极主体33的材料进行了研究。以下详细地进行说明。

接地电极主体33的材料是以Ni为主成分的合金。在此，以镍为主成分的合金(以下，也简称为Ni合金)是指合金包含的多个成分(元素) 中的含量(单位为质量％)最多的成分为Ni的合金。镍为主成分的合金与例如铁(Fe)为主成分的合金相比，耐氧化性优异。例如，如果采用以 Fe为主成分的合金，则基体的合金的耐氧化性不充分，因此即使控制后述的添加物的含量，也无法得到充分的耐氧化性。

该Ni合金至少包含铬(Cr)、硅(Si)、从由稀土类元素构成的元素组中选择的1种以上的特定元素作为添加物。由稀土类元素构成的元素组是钇(Y)、钪(Sc)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。作为含有的1种以上的稀土类元素，实用性地可使用例如Y、 La、Ce、Nd。

在由该Ni合金形成的接地电极主体33中，

条件(1)Cr的含量为20质量％以上。

条件(2)Si的含量为0.1质量％以上。

条件(3)1种类以上的稀土类元素的含量的合计为0.01质量％以上。

其结果是，能够充分地确保该Ni合金的耐氧化性。

关于Cr，将氧化铬(Cr₂O₃)的覆膜形成在Ni合金的表面。通过满足上述条件(1)，Cr₂O₃的覆膜充分地形成于合金的表面，因此能够提高合金的耐氧化性。

Si的氧化物的标准生成自由能量(ΔG°(度))比铬小，因此以少量的添加，在合金的表面中的Cr₂O₃的覆膜的下层能够形成更致密的氧化物 (例如，二氧化硅)的覆膜。通过满足上述条件(2)，在Cr₂O₃的覆膜的下层能够充分地形成硅的氧化物的覆膜，因此能够提高Ni合金的耐氧化性。

稀土类元素容易聚集在Ni合金与Ni合金的表面形成的氧化皮膜 (Cr₂O₃或二氧化硅)之间的界面，以少量的添加，在该界面，作为将Ni 合金与氧化覆膜的结合进行强化的纽带发挥功能。通过满足上述条件 (3)，合金与氧化覆膜的结合被强化，能够抑制氧化覆膜的剥离而提高 Ni合金的耐氧化性。

在由该Ni合金形成的接地电极主体33中，

条件(4)空隙(材料中的微少的空隙)的面积在与长度方向平行的剖面(例如，图2的接地电极主体33的剖面)的全部面积中占据的比例 (以下，也称为空隙面积率)为1％以下。

其结果是，能够提高接地电极主体33的导热性能而抑制早燃的发生。

Ni合金中的空隙相比其他的部分而热导率低，因此空隙面积率越高，在Ni合金的宏观下的热导率越下降。通过满足上述条件(4)，能够抑制以内部的空隙为起因的接地电极主体33的热导率的下降，因此能够提高接地电极主体33的导热性能而抑制早燃的发生。

从以上的说明可知，在本实施方式中，通过满足上述的条件(1)～条件(4)，能够确保接地电极30(接地电极主体33)的耐氧化性，并抑制早燃的发生。

此外，在由Ni合金形成的接地电极主体33中，更优选除了上述条件(1)～条件(4)之外，还满足下述条件(5)～条件(9)。

条件(5)Fe的含量为11质量％以上且19质量％以下。

条件(6)Cr的含量为30质量％以下。

条件(7)Si的含量为1质量％以下。

条件(8)1种类以上的稀土类元素的含量的合计为0.2质量％以下。

条件(9)Si的含量(单位为质量％)与1种类以上的稀土类元素的含量的合计(单位は质量％)之积为0.15以下。

图3是高温下的接地电极主体33(Ni合金)的表面附近的构造的示意图。如图3的箭头AR1所示，在使用火花塞100的高温(例如，摄氏900度)下，在Ni合金的表面形成上述的氧化覆膜OL(例如，Cr₂O₃或二氧化硅的覆膜)。氧化覆膜OL主要是Cr₂O₃的覆膜，因此在形成氧化覆膜OL时，在Ni合金的表面附近，Ni合金中的Cr朝向表面移动。其结果是，在Ni合金的表面附近，在氧化覆膜OL的下层形成Cr的含量比Ni合金的芯部CL低的Cr缺乏层LL。实际上，Cr的含量从合金的表面朝向中心逐级地变化，因此Cr缺乏层LL与芯部CL的交界虽然未明确地确定，但是在图3中，为了图的简化，明确地区分Cr缺乏层LL与芯部CL。

添加物的含量(浓度)越少，则金属的热导率越高。因此，Cr缺乏层LL由于Cr的含量比芯部CL少，因此热导率比芯部CL高。因此，如果Cr缺乏层LL存在，则接地电极主体33的导热性能提高。在此，当形成Cr缺乏层LL时，在Cr缺乏层LL与芯部CL之间产生Cr的浓度斜度，因此如图3中的箭头AR2所示，由于浓度扩散而Cr从芯部 CL向Cr缺乏层LL移动。为此，当促进Cr的由扩散引起的移动时，在Cr缺乏层LL中，Cr的缺乏被解消，带来导热性能的提高的Cr缺乏层LL消灭或减少。

Fe会阻碍由扩散引起的Cr的移动，因此Fe的含量越多，则能够使Cr的扩散速度越慢。因此，如果Fe的含量为11质量％以上，则能够维持形成的Cr缺乏层LL，能够提高接地电极主体33的导热性能。另一方面，如果Fe的含有率过高，则在高温环境下的连续使用中，在Ni合金中会引起晶界断裂。在Ni合金中由于晶界断裂而缺陷增加时，接地电极主体33的导热性能会下降。这是因为，合金中的缺陷会使合金的热导率下降的缘故。如果Fe的含量为19质量％以下，则在Ni合金中能抑制晶界断裂，能够抑制接地电极主体33的导热性能的下降。因此，通过满足上述条件(5)，能够维持Cr缺乏层LL并抑制高温环境下的连续使用中的晶界断裂，因此能够进一步提高接地电极主体33的导热性能。

Cr的含量过多时，在Cr缺乏层LL中，Cr的含量可能不会充分减少，而且，Cr缺乏层LL的形成可能会花费时间。通过满足上述条件(6)，在Cr缺乏层LL中，Cr的含量充分减少，并且提前形成Cr缺乏层LL。因此，能够进一步提高接地电极主体33的导热性能。

氧化覆膜OL相比Cr缺乏层LL或芯部CL而导热性低，因此过厚的氧化覆膜OL会使接地电极主体33的导热性能下降。如果Si的含量过多，则氧化覆膜OL变得过于致密，不会产生氧化覆膜OL的剥离，氧化覆膜OL的厚度过度变厚。而且，当稀土类元素的含量过多时，氧化覆膜OL与合金表面的结合变得过于牢固，不会产生氧化覆膜OL的剥离，氧化覆膜OL的厚度过度变厚。通过满足上述条件(7)～条件(9)，能够抑制以Si或稀土类元素为起因而氧化覆膜OL过度变厚的情况。因此，能够进一步提高接地电极主体33的导热性能。

从以上的说明可知，通过满足上述条件(5)～条件(9)，能够进一步提高接地电极30的导热性能。因此，能够确保接地电极30的耐氧化性并进一步抑制早燃的发生。

此外，在由Ni合金形成的接地电极主体33中，进一步优选除了上述条件(1)～条件(9)之外，还满足下述条件(10)、条件(11)。

条件(10)碳(C)的含量为0.1质量％以下。

条件(11)铝(Al)的含量为0.2质量％以上且1.5质量％以下。

C在Ni合金中，与Cr反应而形成热导率低的碳化铬(例如，Cr₃C₂)。通过满足条件(10)，能够抑制碳化铬的生成，因此能够进一步提高接地电极主体33的导热性能。

Al在氧化覆膜OL与Ni合金之间形成氮化铝(AlN)的层。AlN的热导率比Ni合金高。如果Al的含量为0.2质量％以上，则形成氮化铝 (AlN)的层，接地电极主体33的导热性能进一步提高。另一方面，如果 Al的含有率过高，则在高温环境下的连续使用中，在Ni合金中会引起晶界断裂。如上所述，在Ni合金中由于晶界断裂而缺陷增加时，热导率下降，接地电极主体33的导热性能会下降。如果Al的含量为1.5质量％以下，则在Ni合金中能抑制晶界断裂，能够抑制接地电极主体33 的导热性能的下降。因此，通过满足上述条件(11)，能够形成AlN的层，并抑制晶界断裂，因此能够进一步提高接地电极主体33的导热性能。

从以上的说明可知，通过满足上述条件(10)、条件(11)，不会使接地电极主体33的耐氧化性下降，而且，能够提高接地电极主体33的导热性能。因此，能够确保接地电极30的耐氧化性，并进一步抑制早燃的发生。

此外，在由Ni合金形成的接地电极主体33中，特别优选除了上述条件(1)～条件(11)之外，还满足下述条件(12)～条件(14)。

条件(12)Al的含量为0.5质量％以上且1.0质量％以下。

条件(13)Cr的含量为26质量％以下。

条件(14)Fe的含量为13质量％以上且17质量％以下。

其结果是，能够进一步提高接地电极主体33的导热性能。因此，能够确保接地电极30的耐氧化性，并进一步提高接地电极30的导热性能，而抑制早燃的发生。

如上述条件(12)所示，通过更严格地限制Al的含量的范围，能够更多地形成热导率高的AlN的层，并抑制更细微的晶界断裂。如上述条件(13)所示，通过更严格地限制Cr的含量的上限，在Cr缺乏层LL 中能够进一步降低Cr的含量，并能够使Cr缺乏层LL的形成进一步提前。

其结果是，通过满足上述条件(12)～条件(14)，能够进一步提高接地电极主体33的导热性能。因此，能够确保接地电极30的耐氧化性，并特别抑制早燃的发生。

此外，在由Ni合金形成的接地电极主体33中，最优选除了上述条件(1)～条件(14)之外，还满足下述条件(15)。

条件(15)空隙面积率为0.5％以下。

这样的话，能够进一步抑制以空隙为起因的接地电极主体33的热导率的下降，因此能够进一步提高接地电极主体33的导热性能。因此，能够确保接地电极30的耐氧化性，并最大地抑制早燃的发生。

A-3.接地电极主体33的制造方法

接地电极主体33经由熔化工序、冷却工序、加工工序来制造。在熔化工序中，使用通常的真空熔化炉，调制具有所希望的成分组成的合金的熔液。在冷却工序中，在真空熔化炉内，通过对熔液进行自然冷却而得到锭。在加工工序中，对锭进行热锻，得到规定的直径(例如， 1.6mm)的棒材。在加工工序中，进而，对棒材实施冷拉丝加工，由此得到具有规定的剖面尺寸(例如，1.3mm×2.7mm的矩形)的线材。通过将线材切断成规定的长度(例如，15mm)而得到接地电极主体33。

得到的接地电极主体33将一端接合于主体配件50的前端，并在另一端的附近焊接接地电极端头38，然后进行弯曲加工。由此，接地电极30完成。

在此，说明抑制空隙面积率的方法。图4是表示将接地电极主体 33利用与长度方向平行的面剖切的剖面的COMPO像的图。COMPO 像是使用扫描型电子显微镜(SEM)拍摄的反射电子组成像。在图4中，具有白色的部分是以Si及稀土类元素为主成分的析出物。在图4中，与析出物相邻地存在的具有黑色的部分是空隙。这样，空隙出现在析出物的附近。

空隙确认到在加工工序的拉丝加工之前的阶段的合金中几乎未观察到，在拉丝加工的过程中被导入到合金内。可认为以母材(图4的灰色的部分)与析出物之间的加工特性的差异(延展性或硬度等)为起因，在拉丝加工时，由于析出物与母材之间产生的应力而产生空隙。

因此，为了减少空隙的量，可考虑存在减少析出物的量的方法和减少在析出物与母材之间产生的应力的方法。越减少一次生成的熔液的量，则在冷却工序中能够越加快熔液的冷却速度，越加快冷却速度，则能够越减少析出物的量。通过该方法，能够将空隙面积率减少至1％以下。

此外，通过将冷拉丝加工变更为热(例如，摄氏1000度)拉丝加工，能够将空隙面积率减少至0.5％以下。这考虑是因为，通过进行热拉丝加工，在拉丝加工时，能缓和在析出物与母材之间产生的应力。

B.评价试验

使用火花塞的样品，执行了评价耐氧化性和对于早燃的耐性(以下，也称为耐早燃性)的评价试验。在评价试验中，如下的表1、2所示，作成了53个种类的样品1～53。在各样品中，形成接地电极主体33的材料(合金)以外的结构如上述的火花塞100那样共通。

以下的尺寸在各样品间共通。

间隔的长度G：0.75mm

从主体配件50前端至绝缘体10前端的长度H1：2mm

从主体配件50前端至中心电极20前端的长度H2：3mm

中心电极20前端的直径(中心电极端头28的直径)：0.6mm

弯曲加工前的接地电极主体33的剖面的尺寸：1.3mm×2.7mm

弯曲加工前的接地电极主体33的长度方向的长度：10mm

如下面的表1所示，在各样品中，形成接地电极主体33的材料互不相同。各样品的接地电极主体使用上述的制造方法作成。

【表1】

【表2】

各种类的样品准备各多个，分别使用于成分的含量的测定、空隙面积率的测定、耐早燃性的评价试验、耐氧化性的评价试验。

各种类的样品的接地电极主体33使用的合金中，表1、2所示的添加元素(Si、Cr、Al、Fe、C、稀土类元素、其他)仅包含表1、2所示的含量(单位为质量％)，其余由Ni构成。“其他”的元素例如是不可避免的杂质。需要说明的是，各样品的接地电极主体33的成分的含量具体而言使用高频感应耦合等离子(ICP)发光分光分析法进行了测定。

稀土类元素在样品1～20中为Y，在样品21～40中为La，在样品 41～53中为Ce。需要说明的是，虽然没有对于全部的稀土类元素及其组合来准备样品，但是已知稀土类元素即使种类不同相互也具有非常类似的特性，可认为即便使用其他的种类的稀土类元素也能得到与本次准备的样品同等的结果。

各种类的样品的接地电极主体33的空隙面积率如表1、2所示。空隙面积率如下进行了测定。在利用与接地电极主体33的长度方向平行的面，具体而言，利用通过接地电极主体33的轴线的面将接地电极主体33剖切的剖面(即，图2所示的剖面)中，拍摄了接地电极主体33 的COMPO像。具体而言，以加速电压20kV、倍率150倍的条件，使用日本电子株式会社制的扫描电子显微镜JSM-IT300拍摄了从材料表面分离了至少0.1mm的区域。并且，算出了在图像整体的面积中占据的空隙的面积(如图4的例子所示，图像中的黑色的部分的面积)作为空隙面积率。

在耐早燃性的评价试验中，各种类的样品使用各3个，进行了1 小时、100小时、200小时的在机运转。在在机运转中，在4气缸、排气量1.3L、自然吸气的汽油发动在机安装各样品，反复进行了在1分钟的节气门全开(WOT(Wide-Open Throttle))下的运转之后进行1分钟的空转运转的循环。节气门全开的运转下的旋转速度为3500rpm，空转运转的旋转速度为760rpm。

并且，对于在机运转后的各样品，评价了耐早燃性。具体而言，首先，设为点火提前角30度(上止点前30度的点火时期)，使用上述的汽油发动机，以节气门全开、旋转速度3500rpm进行了1分钟的运转。

并且，在1分钟的运转中，早燃引起的异常燃烧小于40次的情况下，再使点火提前角提前2度，进行了1分钟的运转。通过其反复进行，而确定了异常燃烧成为40次以上的时点的点火提前角。并且，将分别对于1小时、100小时、200小时的在机运转后而确定的点火提前角中的最小的点火提前角确定作为评价值。

将最小的点火提前角为62度以上的样品的评价设为“A”，将最小的点火提前角为56度以上且60度以下的样品的评价设为“B”，将最小的点火提前角为50度以上且54度以下的样品的评价设为“C”。将最小的点火提前角为44度以上且48度以下的样品的评价设为“D”，将最小的点火提前角为38度以上且42度以下的样品的评价设为“E”，将最小的点火提前角为36度以下的样品的评价设为“F”。

在耐氧化性的评价试验中，使用各种类的样品，进行了200小时的在机运转。在在机运转中，使用上述的汽油发动机，反复进行了在上述的1分钟的节气门全开下的运转之后进行1分钟的空转运转的循环。

并且，使用光学显微镜观察将在机运转后的样品的接地电极主体 33利用通过轴线的面剖切的剖面(即，图2所示的剖面)，测定了间隔的相反侧的面MA(参照图2)的氧化皮的厚度。

并且，将氧化皮的厚度小于0.1mm的样品的评价设为“A”，氧化皮的厚度为0.1mm以上且小于0.2mm的样品的评价设为“B”，为 0.2mm以上且小于0.3mm的样品的评价设为“C”。氧化皮的厚度为 0.3mm以上且小于0.4mm的样品的评价设为“D”，氧化皮的厚度为 0.4mm以上的样品的评价设为“E”。

评价结果如表1、表2所示。样品1～19是比较用的样品，不满足上述实施方式满足的上述条件(1)～条件(4)中的至少1个。样品20～53 是上述实施方式的火花塞100的样品，至少满足上述条件(1)～条件(4) 的全部。

上述条件(1)～条件(3)的条件如上所述是用于确保耐氧化性的条件。样品1～8不满足上述条件(1)～条件(3)中的至少1个。例如，样品1、 4～6不含有Si，不满足上述条件(2)。样品2、4、6的Cr的含量为19 质量％，不满足上述条件(1)。而且，样品7、8的Cr的含量为1质量％，不满足上述条件(1)。样品3、5、6不含有稀土类元素，不满足上述条件(3)。

不满足上述条件(1)～条件(3)中的至少1个的样品的耐氧化性的评价为“B”以下。例如，Cr的含量极少的样品7、8的耐氧化性的评价为“E”。这考虑是由于成为用于确保耐氧化性的基础的氧化铬的覆膜几乎无法形成的缘故。而且，在Cr含有一定程度的样品1～6之中，满足上述条件(1)～条件(3)中的2个且不满足1个的样品1～3的耐氧化性的评价为“B”，满足上述条件(1)～条件(3)中的1个且不满足2个的样品 4、5的耐氧化性的评价为“C”，不满足上述条件(1)～条件(3)的全部的样品6的耐氧化性的评价为“D”。

相对于此，满足上述条件(1)～条件(3)的全部的样品9～53的耐氧化性的评价为“A”。

根据以上的结果，能够确认到通过满足上述条件(1)～条件(3)的全部而能够确保接地电极主体33的耐氧化性的情况。

上述条件(4)～条件(14)的条件是用于提高耐早燃性的条件。首先，说明无法确保耐氧化性的样品1～8的耐早燃性的评价结果。样品7、8 的耐早燃性的评价为“A”。尤其是样品8尽管空隙面积率超过 1％(1.1％)，但是耐早燃性的评价为“A”。样品7、8由于Cr的含量极少(1质量％)，因此Ni的含量多(90质量％以上)，添加元素的含量的合计少。因此，在样品7、8中，无法确保耐氧化性，但是材料自身的热导率高，因此无论空隙面积率如何，都可认为耐早燃性充分高。

样品1～6的耐早燃性的评价为“A”。这考虑是因为满足了上述条件(4)～条件(14)的全部条件的缘故。因此，样品1～6可认为耐早燃性充分高。

接下来，说明通过满足条件(1)～条件(3)的全部而能够确保耐氧化性的样品9～53的耐早燃性的评价结果。空隙面积率超过1％的样品、即不满足上述条件(4)的样品9～19的耐早燃性的评价无论其他的条件如何都为“F”。例如，样品17～19尽管Si、Cr、Al、Fe、C、稀土类的含量满足上述条件(5)～条件(14)的条件，但是耐早燃性的评价也为“F”。

相对于此，满足上述条件(4)的样品20～53的耐早燃性的评价无论其他的条件如何都为“E”以上。

根据以上的结果可知，通过满足上述条件(1)～条件(3)的全部，能够确保耐氧化性，通过再满足上述条件(4)，能够抑制早燃的发生。

接下来，更详细地说明满足条件(1)～条件(4)的全部的样品20～53 的耐早燃性的评价结果。

样品20～33的耐早燃性的评价为“E”，样品34～53的耐早燃性的评价为“D”以上。

耐早燃性的评价为“E”的样品20～33不满足上述条件(5)～条件(9) 中的至少1个。例如，样品20～23不满足上述条件(5)～条件(9)的全部。样品24、25虽然满足上述条件(5)、条件(7)～条件(9)，但是Cr的含量不满足上述条件(6)。样品26、27虽然满足上述条件(6)～条件(9)，但是 Fe的含量不满足上述条件(5)。样品28、29虽然满足上述条件(5)、条件(6)、条件(8)、条件(9)，但是Si的含量不满足上述条件(7)。样品30、 31虽然满足上述条件(5)～条件(7)、条件(9)，但是稀土类的含量不满足上述条件(8)。样品32、33虽然满足上述条件(5)～条件(8)，但是Si的含量与稀土类的含量之积不满足上述条件(9)。

相对于此，耐早燃性的评价为“D”以上的样品34～53满足上述条件(5)～条件(9)的全部。

根据以上的结果可知，除了上述条件(1)～条件(4)之外，通过还满足上述条件(5)～条件(9)的全部，能够进一步抑制早燃的发生。

接下来，关于满足条件(1)～条件(9)的全部的样品34～53的耐早燃性的评价结果，更详细地进行说明。

样品34～41的耐早燃性的评价为“D”，样品42～53的耐早燃性的评价为“C”以上。

耐早燃性的评价为“D”的样品34～41不满足上述条件(10)、条件 (11)中的至少1个。例如，样品34～37不满足上述条件(10)、条件(11) 的全部。样品38、39虽然满足上述条件(11)，但是C的含量不满足上述条件(10)。样品40、41虽然满足上述条件(10)，但是Al的含量不满足上述条件(11)。

相对于此，耐早燃性的评价为“C”以上的样品42～53满足上述条件(10)、条件(11)的全部。

根据以上的结果可知，除了上述条件(1)～条件(9)，通过还满足上述条件(10)、条件(11)的全部，能够进一步抑制早燃的发生。

接下来，关于满足条件(1)～条件(11)的全部的样品42～53的耐早燃性的评价结果，更详细地进行说明。

样品42～49的耐早燃性的评价为“C”，样品50～53的耐早燃性的评价为“B”以上。

耐早燃性的评价为“C”的样品42～49不满足上述条件(12)～条件 (14)中的至少1个。例如，样品42、43不满足上述条件(12)～条件(14) 的全部。样品44、45虽然满足上述条件(12)、条件(14)，但是Cr的含量不满足上述条件(13)。样品46、47虽然满足上述条件(13)、条件(14)，但是Al的含量不满足上述条件(12)。样品48、49虽然满足上述条件(12)、条件(13)，但是Fe的含量不满足上述条件(14)。

相对于此，耐早燃性的评价为“B”以上的样品50～53满足上述条件(12)～条件(14)的全部。

根据以上的结果可知，除了上述条件(1)～条件(11)之外，通过还满足上述条件(12)～条件(14)的全部，能够特别抑制早燃的发生。

耐早燃性的评价为“B”以上的样品50～53中的空隙面积率超过 0.5％的样品、即不满足上述条件(15)的样品50、51的耐早燃性的评价为“B”。相对于此，空隙面积率为0.5％以下的样品、即满足上述条件(15)的样品52、53的耐早燃性的评价为“A”。

根据以上的结果可知，除了上述条件(1)～条件(14)之外，通过还满足上述条件(15)，能够最好地抑制早燃的发生。

C.变形例

C-1.变形例1

在上述实施方式中，关于接地电极30的接地电极主体33，适用了在上述条件(1)～条件(15)中至少满足条件(1)～条件(4)的Ni合金。也可以取代于此而对于中心电极20的中心电极主体26适用该Ni合金。即使在这种情况下，也能够确保中心电极主体26的耐氧化性，并提高中心电极主体26的导热性能。因此，能够确保中心电极主体26的耐氧化性并抑制早燃的发生。

C-2.变形例2

在上述实施方式中，接地电极30具备接地电极端头38，但是也可以不具备接地电极端头38。这种情况下，接地电极30的整体为接地电极主体33，因此接地电极30的整体使用在上述条件(1)～条件(15)中至少满足条件(1)～条件(4)的Ni合金形成。

在上述实施方式中，接地电极30的接地电极主体33不具备由铜等导热性比Ni合金高的金属形成的芯部，但是接地电极主体33也可以具备该芯部。这种情况下，接地电极30的接地电极主体33中的除了芯部之外的部分使用在上述条件(1)～条件(15)中至少满足条件(1)～条件(4)的Ni合金形成。

这样，通常，接地电极30中的使用Ni合金形成的部分只要在上述条件(1)～条件(15)中至少满足条件(1)～条件(4)即可。关于中心电极20，适用本发明的情况也同样。

C-3.变形例3

上述实施方式的火花塞100的具体的结构是一例，也可以采用其他的结构。例如，火花塞的发火部的结构可采用各种结构。例如，火花塞可以是接地电极30与中心电极20沿着与轴线垂直的方向相对而形成间隔的类型的火花塞。而且，也可以是具备多个接地电极30和1 个中心电极20并形成多个间隔的类型的火花塞。

另外，例如，绝缘体10的材料或端子配件40的材料并不局限于上述的材料。例如，绝缘体10可以取代以氧化铝(Al2O3)为主成分的陶瓷而使用以其他的化合物(例如，AlN、ZrO₂、SiC、TiO₂、Y₂O₃等)为主成分的陶瓷形成。

以上，说明了本发明的实施方式及变形例，但是本发明不受上述的实施方式及变形例的任何限定，在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实施。

Claims (5)

1.一种火花塞，具备中心电极和在与所述中心电极之间形成间隙的接地电极，

所述中心电极和所述接地电极中的至少一个电极使用以镍为主成分且含有20质量％以上的铬的镍合金而形成，

所述火花塞的特征在于，

在所述电极中的使用所述镍合金而形成的部分中，

硅的含量为0.1质量％以上，

从由稀土类元素构成的元素组中选择的一种以上的特定元素的含量的合计为0.01质量％以上，

空隙的面积在与长度方向平行的剖面的全部面积中占据的比例为1％以下。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

在所述电极中的使用所述镍合金而形成的部分中，

铁的含量为11质量％以上且19质量％以下，

铬的含量为30质量％以下，

硅的含量为1质量％以下，

所述一种以上的特定元素的含量的合计为0.2质量％以下，

硅的含量与所述一种以上的特定元素的含量之积为0.15以下。

3.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于，

在所述电极中的使用所述镍合金而形成的部分中，

碳的含量为0.1质量％以下，

铝的含量为0.2质量％以上且1.5质量％以下。

4.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，

在所述电极中的使用所述镍合金而形成的部分中，

铝的含量为0.5质量％以上且1.0质量％以下，

铬的含量为26质量％以下，

铁的含量为13质量％以上且17质量％以下。

5.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，

在所述电极中的使用所述镍合金而形成的部分中，空隙的面积在与所述长度方向平行的所述剖面的全部面积中占据的比例为0.5％以下。