專利名稱：內(nèi)燃機(jī)用火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在內(nèi)燃機(jī)中使用的火花塞。
背景技術(shù)：
在如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)中使用的火花塞例如包括沿軸線方向延伸的中心電 極；設(shè)置在中心電極外側(cè)的絕緣體；設(shè)置在絕緣體外側(cè)的圓筒狀的金屬殼；以及接地電極， 其基端部被接合到金屬殼的前端。接地電極以使接地電極的內(nèi)周面的末端部與中心電極的 前端部相對(duì)的方式彎曲地配置，從而在中心電極的前端部和接地電極的末端部之間形成火 花放電間隙。此外，提出了如下技術(shù)通過(guò)將由貴金屬合金制成的電極頭(貴金屬電極頭) 分別接合到中心電極的前端部和接地電極的末端部來(lái)增強(qiáng)耐火花消耗性(例如，參見專利 文獻(xiàn)1)。從實(shí)現(xiàn)接地電極的優(yōu)異的散熱性能的角度出發(fā)，已知的技術(shù)為將接地電極設(shè)置 為兩層結(jié)構(gòu)，該兩層結(jié)構(gòu)包括由Ni合金制成的外層和由導(dǎo)熱性能等比Ni合金優(yōu)異的銅合 金制成的內(nèi)層。專利文獻(xiàn)1 日本特開平5-242952號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題順便提及，從提高燃燒效率等角度出發(fā)，近來(lái)需要進(jìn)一步提高燃燒室的內(nèi)部溫度。 當(dāng)在接地電極上設(shè)置貴金屬電極頭時(shí)，貴金屬電極頭的熱經(jīng)由接地電極來(lái)傳導(dǎo)。當(dāng)如上所 述地提高燃燒室的內(nèi)部溫度時(shí)，貴金屬電極頭經(jīng)由接地電極的導(dǎo)熱可能不足。如果貴金屬 電極頭的導(dǎo)熱不足，貴金屬電極頭和接地電極之間的溫度差將增大；因此，作用于貴金屬電 極頭和接地電極之間的焊接部的應(yīng)力將變大，這反過(guò)來(lái)將產(chǎn)生對(duì)貴金屬電極頭的耐剝離性 下降的擔(dān)憂。此外，由于貴金屬電極頭的設(shè)置，存在貴金屬電極頭的耐久性下降以及耐火花 消耗性的增強(qiáng)效果不十分有效的可能性?？紤]到上述情況，創(chuàng)作了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)燃機(jī)用火花塞，該內(nèi) 燃機(jī)用火花塞能夠通過(guò)優(yōu)化接地電極的內(nèi)層和貴金屬電極頭之間的位置關(guān)系而增強(qiáng)貴金 屬電極頭的導(dǎo)熱性能并且增強(qiáng)貴金屬電極頭的耐剝離性和耐久性。用于解決問(wèn)題的方案以下，分項(xiàng)說(shuō)明用于實(shí)現(xiàn)上述目的的適用構(gòu)造。必要時(shí)，對(duì)對(duì)應(yīng)的構(gòu)造所特有的效 果進(jìn)行附加說(shuō)明。構(gòu)造1 一種內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其包括棒狀的中心電極，其沿火花塞的軸線方向 延伸；大致圓筒狀的絕緣體，其具有沿所述火花塞的軸線方向延伸的軸向孔，所述中心電極 被設(shè)置在所述軸向孔中；大致圓筒狀的金屬殼，其設(shè)置在所述絕緣體的外周；接地電極，其 從所述金屬殼的前端部延伸，且所述接地電極的末端被朝向所述中心電極彎曲；以及貴金 屬電極頭，其被接合到所述接地電極的末端部，其中在所述中心電極的前端部和所述貴金屬電極頭之間形成間隙；以如下方式接合所述貴金屬電極頭所述貴金屬電極頭的中心軸 線相對(duì)于所述接地電極的中心軸線朝向所述火花塞的軸線方向的基端側(cè)錯(cuò)位；所述接地電 極包括由鎳合金制成的外層和由導(dǎo)熱性優(yōu)于所述外層的導(dǎo)熱性的材料制成的內(nèi)層；所述內(nèi) 層的末端位于比所述接地電極的基端靠近所述火花塞的軸線的位置；以及在投影面內(nèi)所述 內(nèi)層和所述貴金屬電極頭之間的重疊區(qū)占的比率為25%以上，所述投影面的定義如下通 過(guò)將所述接地電極的從所述接地電極的末端面?zhèn)扔^察的面沿所述接地電極的中心軸線投 影到，所述接地電極的與所述接地電極的中心軸線垂直的截面中的所述內(nèi)層的截面積最大 的截面上，來(lái)定義所述投影面。由貴金屬合金制成的貴金屬部還可以設(shè)置在中心電極的前端部。在這種情況下， 在設(shè)置于中心電極的貴金屬部和設(shè)置于接地電極的貴金屬電極頭之間形成間隙。根據(jù)構(gòu)造1，接地電極具有雙層結(jié)構(gòu)，該雙層結(jié)構(gòu)包括外層和由所呈現(xiàn)的導(dǎo)熱性優(yōu) 于外層的導(dǎo)熱性的材料制成的內(nèi)層，且內(nèi)層相對(duì)于接地電極的基端朝向火花塞的軸線延伸 (在接地電極的中心軸線和火花塞的軸線穿過(guò)的截面內(nèi)，內(nèi)層延伸超過(guò)以下直線，該直線是 金屬殼的內(nèi)周面沿著火花塞的軸線朝向前端側(cè)的延伸線)。具體地，由于呈現(xiàn)優(yōu)異導(dǎo)熱性的 內(nèi)層被設(shè)置到比較靠近貴金屬電極頭的位置，所以可以借助內(nèi)層傳導(dǎo)貴金屬電極頭的熱， 這反過(guò)來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)貴金屬電極頭導(dǎo)熱性能的增強(qiáng)。此外，將位于燃燒室的中心且承受較大量熱的貴金屬電極頭以使得貴金屬電極頭 的中心軸線相對(duì)于接地電極的中心軸線朝向火花塞的軸線的基端側(cè)錯(cuò)位的方式被接合到 接地電極。也就是，貴金屬電極頭被設(shè)置在與燃燒室的中心偏離的位置。因此，能夠相當(dāng)?shù)?減少貴金屬電極頭在燃燒期間承受的熱量，從而可以更可靠地防止耐剝離性和耐久性的下 降。此外，根據(jù)構(gòu)造1，貴金屬電極頭被設(shè)置成使得投影面內(nèi)的內(nèi)層和貴金屬電極頭之 間的重疊區(qū)占投影面內(nèi)的內(nèi)層的面積的比率為25%以上，該投影面是通過(guò)將接地電極的從 接地電極的末端面?zhèn)扔^察的面沿接地電極的中心軸線投影到接地電極的與接地電極的中 心軸線垂直的截面中的內(nèi)層的截面積最大的截面上來(lái)定義的。簡(jiǎn)言之，使得內(nèi)層和貴金屬 電極頭之間沿接地電極的中心軸線得到的重疊區(qū)較大。結(jié)果，可以借助呈現(xiàn)優(yōu)異導(dǎo)熱性的 內(nèi)層更有效地將貴金屬電極頭的熱傳導(dǎo)向金屬殼，從而可以進(jìn)一步增強(qiáng)貴金屬電極頭的導(dǎo) 熱性能。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)更好的耐剝離性和耐久性。如上所述，由于采用構(gòu)造1，實(shí)現(xiàn)了由各部分產(chǎn)生的效果的組合作用。通過(guò)該組合 作用，可以飛躍地增強(qiáng)貴金屬電極頭的耐剝離性和耐久性。此外，由于可以實(shí)現(xiàn)貴金屬電極頭的耐剝離性和耐久性大幅度提高，更可靠且有 效地產(chǎn)生通過(guò)設(shè)置貴金屬電極頭的而獲得的效果；也就是更可靠且有效地產(chǎn)生良好的耐火 花消耗性。構(gòu)造2 在構(gòu)造1中的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，在所述投影面內(nèi)所述內(nèi)層和所述貴金屬 電極頭之間的重疊區(qū)占的比率為28%以上。根據(jù)構(gòu)造2，可以進(jìn)一步增強(qiáng)貴金屬電極頭的耐剝離性和耐久性。從進(jìn)一步增強(qiáng)貴 金屬電極頭的耐剝離性和耐久性的角度出發(fā)，優(yōu)選地，增大內(nèi)層和貴金屬電極頭之間沿著 接地電極的中心軸線的重合度。因此，優(yōu)選地，將重合度設(shè)定成30%以上。構(gòu)造3 在構(gòu)造1或2中的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，以如下方式接合所述貴金屬電極頭所述貴金屬電極頭的中心軸線相對(duì)于所述接地電極的中心軸線朝向所述火花塞的軸線 方向的所述基端側(cè)錯(cuò)位0. Imm以上。根據(jù)構(gòu)造3，貴金屬電極頭被配置在進(jìn)一步與燃燒室的中心偏離的位置。因此，可 以實(shí)現(xiàn)貴金屬電極頭承受熱量的進(jìn)一步減少，可以實(shí)現(xiàn)更好的耐久性。構(gòu)造4 在構(gòu)造1至3中的任一構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，所述內(nèi)層和所述貴金屬 電極頭之間的最短距離被設(shè)定在0. 5mm 2mm的范圍。根據(jù)構(gòu)造4，內(nèi)層和貴金屬電極頭之間的距離被設(shè)定為2mm以下。因此，呈現(xiàn)優(yōu)異 導(dǎo)熱性的內(nèi)層可以更有效地傳導(dǎo)貴金屬電極頭的熱。另一方面，當(dāng)內(nèi)層和貴金屬電極頭之間的距離被設(shè)定成小于0. 5mm的值時(shí)，貴金 屬電極頭的熱被過(guò)度地傳導(dǎo)，這可能在貴金屬電極頭和接地電極之間引入溫度差，且增大 作用于貴金屬電極頭和接地電極之間的接合部的應(yīng)力。在這方面，根據(jù)構(gòu)造4，內(nèi)層和貴金 屬電極頭之間的最短距離被設(shè)定在0.5mm以上。因此，可以使貴金屬電極頭和接地電極之 間的溫度差較小，且可以使作用于貴金屬電極頭和接地電極之間的接合部的應(yīng)力較小。綜上，通過(guò)將內(nèi)層和貴金屬電極頭之間的最短距離設(shè)定在0. 5mm 2mm的范圍，可 以充分地將貴金屬電極頭的熱傳導(dǎo)到使熱不被過(guò)分傳導(dǎo)的程度，從而可以實(shí)現(xiàn)更好的耐剝 離性。構(gòu)造5 在構(gòu)造1至4中的任一構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，以所述貴金屬電極頭的 末端面從所述接地電極的末端面突出的方式，將所述貴金屬電極頭接合到所述接地電極的 靠近中心電極側(cè)的內(nèi)周面。根據(jù)構(gòu)造5，由于金屬頭被配置在與燃燒室的中心進(jìn)一步偏離的位置，可以實(shí)現(xiàn)耐 剝離性和耐久性的進(jìn)一步增強(qiáng)。構(gòu)造6 在構(gòu)造5的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，所述貴金屬電極頭的接合到所述接地電極 的部分沿著所述接地電極的中心軸線的長(zhǎng)度被設(shè)定在0. 5mm 1. 5mm的范圍。當(dāng)接地電極和貴金屬電極頭之間的接合部過(guò)大(過(guò)長(zhǎng))時(shí)，難以均一地焊接各接 合部，這反過(guò)來(lái)容易導(dǎo)致焊接不規(guī)則。如果出現(xiàn)焊接不規(guī)則，熱應(yīng)力的差在接合部發(fā)展，這 使得貴金屬電極頭較容易脫落。另一方面，當(dāng)接地電極和貴金屬電極頭之間的接合部過(guò)小 (過(guò)短)時(shí)，不能確保足夠的接合強(qiáng)度，這可能產(chǎn)生耐剝離性下降的擔(dān)憂。在這方面，根據(jù)構(gòu)造6，貴金屬電極頭的接合到接地電極的部分沿著接地電極的中 心軸線的長(zhǎng)度被設(shè)定在0. 5mm 1. 5mm的范圍。因此，可以將發(fā)生焊接不規(guī)則的可能性最 小化，并且可以確保足夠的焊接強(qiáng)度。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)更好的耐剝離性。構(gòu)造7 在構(gòu)造5或6的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，所述貴金屬電極頭從所述接地電極的 內(nèi)周面被埋設(shè)到所述接地電極中的深度被設(shè)定為0. Imm以上。根據(jù)構(gòu)造7，由于貴金屬電極頭在被埋設(shè)到足夠深度的狀態(tài)下被接合到接地電極， 因此可以增強(qiáng)貴金屬電極頭和接地電極之間的強(qiáng)度，這反過(guò)來(lái)將耐剝離性提高到更高的程度。構(gòu)造8 在構(gòu)造1至7中的任一構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，所述接地電極的接合所 述貴金屬電極頭的部分為平坦的。根據(jù)構(gòu)造8，由于使接地電極的將接合貴金屬電極頭的部分平坦，因此可以以比較 容易、穩(wěn)定的方式將貴金屬電極頭接合到接地電極。結(jié)果，可以進(jìn)一步增強(qiáng)貴金屬電極頭和
6接地電極之間的接合強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)貴金屬電極頭的更好的耐剝離性。構(gòu)造8對(duì)于如下情況作用顯著為了通過(guò)使混合空氣容易地流入火花放電間隙而 增強(qiáng)點(diǎn)火性，使用截面為圓形形狀等的接地電極。構(gòu)造9 在構(gòu)造8的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，所述接地電極的內(nèi)周面被切削或壓制，以 使將接合所述貴金屬電極頭的部分平坦。根據(jù)構(gòu)造9，可以以比較容易的方式使接地電極的將接合貴金屬電極頭的部分平 坦。此外，對(duì)該部分進(jìn)行切削、壓制等，由此接地電極的內(nèi)周面朝向外周面凹陷。通過(guò)將貴 金屬電極頭接合到凹部，可以比較容易地增大內(nèi)層和貴金屬電極頭沿著接地電極的中心軸 線的重合度。具體地，可以比較容易地實(shí)施構(gòu)造1，比較容易且更可靠地增強(qiáng)耐剝離性和耐 久性。構(gòu)造10 在構(gòu)造1至9中的任一構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，所述貴金屬電極頭的 末端面被配置成與所述中心電極的前端部相對(duì)；以及大致沿著垂直于所述火花塞的軸線方 向的方向產(chǎn)生火花放電。在構(gòu)造10中，關(guān)于各構(gòu)造的上述技術(shù)構(gòu)思可以實(shí)施為產(chǎn)生所謂的橫向火花的火 花塞的形式。在這種情況下，可以使接地電極朝向燃燒室的中心的突出量較小。因此，可以 進(jìn)一步減少接地電極和貴金屬電極頭承受的熱量，從而可以將耐剝離性和耐久性增強(qiáng)到更 高的程度。構(gòu)造11 在構(gòu)造1至9中的任一構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，所述貴金屬電極頭的 所述火花塞的軸線方向上的端面被配置成與所述中心電極的前端部相對(duì)；以及大致沿著所 述火花塞的軸線方向產(chǎn)生火花放電。在構(gòu)造11中，關(guān)于各構(gòu)造的上述技術(shù)構(gòu)思可以實(shí)施為產(chǎn)生所謂的縱向火花的火 花塞的形式。在這種情況下，火花放電間隙位于更靠近燃燒室的中心的位置，從而可以實(shí)現(xiàn) 優(yōu)異的點(diǎn)火性。構(gòu)造12 在該構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，所述貴金屬電極頭的末端面被配置成在 比所述中心電極靠前端側(cè)的位置與所述火花塞的軸線相對(duì)；以及相對(duì)于所述火花塞的軸線 方向傾斜地產(chǎn)生火花放電。在構(gòu)造12中，關(guān)于各構(gòu)造的上述技術(shù)構(gòu)思可以實(shí)施為產(chǎn)生所謂的傾向(diagonal direction)火花的火花塞的形式。在這種情況下，可以使接地電極的突出量較小。因此，可 以減少接地電極等承受的熱量，從而可以實(shí)現(xiàn)更好的耐剝離性。此外，在產(chǎn)生縱向火花的火 花塞的情況下，存在接地電極可能阻礙朝向燃燒室中心的火焰?zhèn)鞑サ膿?dān)憂。然而，構(gòu)造12 能夠消除該擔(dān)憂，且可以實(shí)現(xiàn)火焰?zhèn)鞑バ缘脑鰪?qiáng)。通過(guò)采用產(chǎn)生傾向火花的火花塞，可以以 良好平衡的方式增強(qiáng)耐剝離性和火焰?zhèn)鞑バ?。?gòu)造13 在構(gòu)造1至12中的任一構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，所述接地電極在與所 述接地電極的中心軸線垂直的截面內(nèi)的最大截面積被設(shè)定為3. 3mm2以下。響應(yīng)減小火花塞直徑的要求(例如，螺紋的外徑為M 12以下)，通常使金屬殼的接 合接地電極的前端面的部分較小。此外，為了應(yīng)對(duì)具有較小前端面的這種金屬殼，可以采用 較小的接地電極(具有較小的截面積)。此外，從有助于混合氣體流入火花放電間隙的角 度出發(fā)，如上所述，當(dāng)接地電極形成為具有圓形截面形狀等時(shí)，接地電極的截面積很可能較 小。當(dāng)使接地電極的截面積較小時(shí)，借助接地電極來(lái)進(jìn)行的從貴金屬電極頭的導(dǎo)熱性能很
7可能不足。具體地，對(duì)于具有較小截面積的接地電極，額外地?fù)?dān)心貴金屬電極頭的耐剝離性 和耐久性的下降。在這方面，構(gòu)造13的接地電極具有3. 3mm2以下的比較小的最大截面積，這引起對(duì) 耐剝離性和耐久性下降的擔(dān)憂。然而，可以采用構(gòu)造1等來(lái)實(shí)現(xiàn)從貴金屬電極頭的足夠地 導(dǎo)熱的導(dǎo)熱性能。換言之，當(dāng)接地電極的截面積較小時(shí)，采用構(gòu)造1等可以說(shuō)是顯著的。特別地，當(dāng)接地電極的截面積小時(shí)(當(dāng)截面積為3. 3mm2以下時(shí))，能夠更有效地產(chǎn) 生通過(guò)將投影面中內(nèi)層和貴金屬電極頭之間的重疊占投影面中的內(nèi)層的比率(重合度)為 25%以上所獲得的效果。更具體地，關(guān)于以重合度較小(小于25%)時(shí)所得到的導(dǎo)熱性能 為基準(zhǔn)，重合度較大(25%以上)時(shí)所得到的導(dǎo)熱性能提高的比率，當(dāng)接地電極的截面積變 小時(shí)，可進(jìn)一步增大導(dǎo)熱性能提高的比率。具體地，當(dāng)接地電極的截面積較小時(shí)，可以說(shuō)將 重合度增大到25%以上特別顯著。構(gòu)造14 在構(gòu)造1至13中的任一構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，滿足關(guān)系0. 35 ( a/ A^O. 60，其中“A”是在所述投影面內(nèi)所述內(nèi)層沿著所述內(nèi)層的寬度方向的長(zhǎng)度；“a”是 在所述投影面內(nèi)所述內(nèi)層和所述貴金屬電極頭之間的重疊區(qū)沿著所述內(nèi)層的寬度方向的 長(zhǎng)度。表述“內(nèi)層的寬度方向”是指與包括火花塞的軸線和接地電極的中心軸線兩者的 平面垂直的方向。根據(jù)構(gòu)造14，可以使內(nèi)層和貴金屬電極頭之間沿著接地電極的中心軸線的重合度 較大。因此，可以進(jìn)一步增強(qiáng)貴金屬電極頭的導(dǎo)熱性能。當(dāng)0. 35 > a/A時(shí)，可能不能足夠地產(chǎn)生貴金屬電極頭的導(dǎo)熱性能的增強(qiáng)效果。相 比之下，當(dāng)a/A > 0. 60時(shí)，也就是，當(dāng)貴金屬電極頭的埋設(shè)在接地電極中的體積進(jìn)一步增大 時(shí)，難以借助電阻焊接來(lái)結(jié)合貴金屬電極頭。由此，必須通過(guò)切削等在接地電極中形成凹 部，然后將貴金屬電極頭接合到凹部。因此，當(dāng)a/A > 0. 60時(shí)，可能導(dǎo)致貴金屬電極頭接合 時(shí)所用的步驟的數(shù)量的增多。此外，在接地電極中可能以凹部為基點(diǎn)發(fā)生折損等，或者接地 電極可能易于加熱。構(gòu)造15 在構(gòu)造1至14中的任一構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)用火花塞中，滿足關(guān)系0. 07 ( b/ A^O. 40，其中“A”是在所述投影面內(nèi)所述內(nèi)層沿著所述內(nèi)層的寬度方向的長(zhǎng)度；以及 “b”是在所投影面內(nèi)所述內(nèi)層和所述貴金屬電極頭之間的重疊區(qū)沿著與所述內(nèi)層的寬度方 向垂直的方向的長(zhǎng)度。根據(jù)構(gòu)造15，可以進(jìn)一步增大內(nèi)層和貴金屬電極頭之間沿著接地電極的中心軸線 的重疊區(qū)。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)貴金屬電極頭的導(dǎo)熱性能的進(jìn)一步增強(qiáng)。當(dāng)0. 07 > b/A時(shí)，可能不能足夠地產(chǎn)生貴金屬電極頭的導(dǎo)熱性能的增強(qiáng)效果。相 比之下，當(dāng)b/A > 0. 40時(shí)，如設(shè)定關(guān)系a/A > 0. 60的上述情況那樣，可能導(dǎo)致貴金屬電極 頭接合時(shí)所用的步驟的數(shù)量的增多，以及接地電極中可能以凹部為基點(diǎn)發(fā)生折損等。


圖1是示出本實(shí)施方式的火花塞的結(jié)構(gòu)的局部剖切主視圖；圖2(a)是示出火花塞的前端部的結(jié)構(gòu)的局部剖切放大主視圖，圖2(b)是從接地 電極的末端側(cè)觀察接地電極等時(shí)得到的局部放大側(cè)視圖3的(a)是示出內(nèi)層和貴金屬電極頭之間的最短距離等的放大剖視圖，圖3的 (b)是示出在投影面內(nèi)內(nèi)層和貴金屬電極頭之間的重疊區(qū)等的示意圖；圖4是示出貴金屬電極頭與重合度之間的關(guān)系的圖；圖5是示出電極頭的錯(cuò)位量和氧化皮比率的關(guān)系的圖；圖6是用于說(shuō)明在試驗(yàn)中使用的樣品的概念的剖面端面圖(為了方便起見省略陰 影線)；圖7是示出內(nèi)層和貴金屬電極頭之間的最短距離與氧化皮比率之間的關(guān)系的圖；圖8是示出接合部的長(zhǎng)度、埋設(shè)區(qū)的深度和氧化皮比率之間的關(guān)系的圖；圖9是示出接地電極的最大截面積和溫度下降率之間的關(guān)系的圖；圖10(a)是示出另一實(shí)施方式的接地電極等的結(jié)構(gòu)的局部放大主視圖，圖10(b) 是從接地電極的末端側(cè)觀察另一實(shí)施方式的接地電極等時(shí)獲取的局部放大側(cè)視圖；圖11是示出另一實(shí)施方式的火花塞的前端部的結(jié)構(gòu)的局部放大主視圖；圖12是示出另一實(shí)施方式的火花塞的前端部的結(jié)構(gòu)的局部放大主視圖；圖13(a)至圖13(c)是從接地電極的末端側(cè)觀察另一實(shí)施方式的接地電極等時(shí)獲 取的局部放大側(cè)視圖；圖14(a)至圖14(c)是從接地電極的末端側(cè)觀察另一實(shí)施方式的接地電極等時(shí)獲 取的局部放大側(cè)視圖；以及圖15是用于示出另一實(shí)施方式的投影面內(nèi)的內(nèi)層和重疊區(qū)的寬度方向長(zhǎng)度等的 示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1內(nèi)燃機(jī)用火花塞2絕緣體(絕緣元件)3金屬殼4軸向孔5中心電極26 (金屬殼的)前端部27接地電極27A 外層27B 內(nèi)層27f (接地電極的)末端面27i (接地電極的)內(nèi)周面32貴金屬電極頭32f (貴金屬電極頭的)末端面33火花放電間隙(間隙)CLl 軸線CL2 (接地電極的)中心軸線CL3 (貴金屬電極頭的)中心軸線OA重疊區(qū)PH投影面
SL 直線C最短距離D (接合部的)長(zhǎng)度E埋設(shè)部的深度
具體實(shí)施例方式以下，將參考

實(shí)施方式。圖1是示出內(nèi)燃機(jī)用火花塞(下文稱為“火花 塞”)1的局部剖切主視圖。在圖1中，假設(shè)火花塞1的軸線CLl的方向?yàn)閳D中的上下方向， 并且在假設(shè)下側(cè)是火花塞1的前端側(cè)，上側(cè)是火花塞1的基端側(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行說(shuō)明。火花塞1包括用作絕緣體的圓筒狀的絕緣體2、保持絕緣體的圓筒狀的金屬殼3寸。眾所周知，通過(guò)對(duì)氧化鋁等進(jìn)行燒結(jié)而形成絕緣體2，并且該絕緣體2的外形部包 括基端側(cè)體部10，其形成于基端側(cè)；大徑部11，其以沿徑向向外突出的方式形成于基端側(cè) 體部10的前端側(cè)；中間體部12，其形成于大徑部11的前端側(cè)，且直徑比大徑部11的直徑 ?。灰约巴炔?3，其形成于中間體部12的前端側(cè)，且直徑比中間體部12的直徑小。在絕緣 體2中，腿部13的大部分、大徑部11和中間體部12被容納在金屬殼3中。錐狀臺(tái)階部14 形成于腿部13和中間體部12之間的連接部，絕緣體2借助于臺(tái)階部14接合固定到金屬殼 3。此外，軸向孔4以沿軸線CLl貫通絕緣體2的方式形成于絕緣體2中。中心電極 5被插入固定到軸向孔4的前端側(cè)。中心電極5整體為棒狀(柱狀)，中心電極5的前端面 形成為平坦的，且從絕緣體2的前端突出。此外，中心電極5包括由銅或銅合金制成的內(nèi)層 5A和由含鎳(Ni)作為主要成分的Ni合金制成的外層5B。此外，由貴金屬合金(例如，銥 合金)制成的柱狀的貴金屬部31被設(shè)置于中心電極5的前端。更具體地，通過(guò)借助于激光 焊接等在外層5B和貴金屬部31之間的接觸面的外周產(chǎn)生熔融部41 (參照?qǐng)D2 (a)等)來(lái) 形成貴金屬部31。端子電極6以從絕緣體2的基端突出的狀態(tài)被插入固定到軸向孔4的基端側(cè)。柱狀的電阻體7被設(shè)置在軸向孔4中的中心電極5和端子電極6之間的位置。電 阻體7的一端借助于導(dǎo)電玻璃密封層8電連接到中心電極5，電阻體7的另一端借助于導(dǎo)電 密封玻璃層9電連接到端子電極6。此外，金屬殼3由例如低碳鋼等金屬形成為圓筒狀。用于將火花塞1安裝到發(fā)動(dòng) 機(jī)蓋的螺紋(外螺紋)15形成于金屬殼的外周。座部16形成于螺紋15的基端側(cè)的外周 面，且環(huán)狀墊圈18嵌設(shè)在螺紋頸17的周圍，該螺紋頸17被設(shè)置于螺紋15的基端。此外， 工具接合部19被設(shè)置于金屬殼3的基端側(cè)，該工具接合部19用于在將金屬殼3固定到發(fā) 動(dòng)機(jī)蓋時(shí)與例如扳手等工具接合，且具有六角形的截面形狀。用于保持絕緣體2的彎邊部 (clampingportion) 20被設(shè)置于金屬殼的基端。用于緊固接合絕緣體2的錐狀臺(tái)階部21被設(shè)置于金屬殼3的內(nèi)周。絕緣體2從金 屬殼3的基端側(cè)插入到前端側(cè)。在絕緣體的臺(tái)階部14保持緊固接合到金屬殼3的臺(tái)階部 21的狀態(tài)下，設(shè)置在金屬殼3的基端側(cè)的開口被沿徑向向內(nèi)彎邊；也就是，形成彎邊部20， 從而緊固絕緣體2。環(huán)形板狀密封件22被夾在絕緣體2的臺(tái)階部14和金屬殼3的臺(tái)階部
1021之間。由此，保持燃燒室中的氣密性，以防止進(jìn)入到絕緣體2的暴露在燃燒室內(nèi)部的腿部 13與金屬殼3的內(nèi)周面之間的燃料氣體泄露到外部。此外，為了使通過(guò)彎邊實(shí)現(xiàn)的氣密性更完美，在金屬殼3的基端側(cè)，環(huán)形圈構(gòu)件23 和24被夾在金屬殼3和絕緣體2之間，且圈構(gòu)件23和24之間的空間利用滑石粉(滑石)25 填充。具體地，金屬殼3借助于板狀密封件22、圈構(gòu)件23和24以及滑石25來(lái)保持絕緣體 2。由Ni合金等制成的接地電極27被接合到金屬殼3的前端部26的前端面。此外， 接地電極27被形成為通過(guò)彎曲接地電極的末端側(cè)，使末端面27f與中心電極5 (貴金屬部 31)的側(cè)面相面對(duì)。此外，如圖2 (a)所示，在本實(shí)施方式中，接地電極27由兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該兩層結(jié)構(gòu) 包括外層27A和內(nèi)層27B。更具體地，外層27A是由Ni合金(例如Inconel 600或Inconel 601，兩者均為注冊(cè)商標(biāo))制成的。另一方面，內(nèi)層27B是由在導(dǎo)熱性方面優(yōu)于Ni合金的銅 合金或純銅制成的。此外，如圖2(b)所示，接地電極27的截面為圓形，接地電極27在與接 地電極27的中心軸線CL2垂直的截面內(nèi)的最大截面積被設(shè)定為3. 3mm2以下?；氐綀D2(b)，由貴金屬合金(如鉬合金)制成的棱柱狀的貴金屬電極頭32被接合 到接地電極27的內(nèi)周面27i的末端部。更具體地，貴金屬電極頭32以如下方式被接合使 貴金屬電極頭32的一部分埋設(shè)到接地電極27中，且使貴金屬電極頭的末端面32f在與軸 線CLl垂直的方向上從接地電極27的末端面27f突出。作為間隙的火花放電間隙33形成 在貴金屬部31的側(cè)面和貴金屬電極頭32的末端之間，并且沿與軸線CL 1大致垂直的方向 發(fā)生火花放電。此外，如圖3(a)所示，貴金屬電極頭32以使貴金屬電極頭32的末端面32f與中 心電極5(貴金屬部31)的側(cè)面相面對(duì)的方式被接合到接地電極27。更具體地，在貴金屬電 極頭32的中心軸線CL3相對(duì)于接地電極27的中心軸線CL2朝向軸線CLl的方向的基端側(cè) (朝向金屬殼3)錯(cuò)位0. Imm以上的狀態(tài)下，貴金屬電極頭32被接合到接地電極27。在接 地電極27的中心軸線CL2和軸線CLl穿過(guò)的截面中，內(nèi)層27B的末端比直線SL靠近軸線 CL1，其中，直線SL是金屬殼3的內(nèi)周面(也就是接地電極27的基端)在上述截面中沿著 軸線CLl的方向的延長(zhǎng)線。內(nèi)層27B以一直延伸到接地電極27的末端部的方式設(shè)置。在 本實(shí)施方式中，內(nèi)層27B和貴金屬電極頭32之間的最短距離C被設(shè)定在0. 5mm 2mm的范 圍(例如1mm)。此外，貴金屬電極頭32的接合到接地電極27的部分沿接地電極27的中心 軸線CL2方向的長(zhǎng)度D (接合部的長(zhǎng)度)被設(shè)定在0. 5mm 1. 5mm的范圍。貴金屬電極頭 32的被埋設(shè)的部分從接地電極27的內(nèi)周面27i起的深度E被設(shè)定成0. Imm以上。如圖3(b)所示，投影面PH中的內(nèi)層27B和貴金屬電極頭32之間的重疊區(qū)0A(圖 中的標(biāo)點(diǎn)的部分)占投影面PH中的內(nèi)層27B的比率(重合度)為25%以上，其中，投影面 PH是通過(guò)將接地電極27的從接地電極27的末端面27f側(cè)觀察的面沿接地電極27的中心 軸線CL2投影到與接地電極27的中心軸線CL2垂直的截面中的內(nèi)層27B的截面積最大的 截面上來(lái)定義的?，F(xiàn)在將說(shuō)明如上所述構(gòu)造的火花塞1的制造方法。首先，預(yù)先加工金屬殼3。具 體地，借助冷鍛在柱狀金屬材料(鐵基材料和不銹鋼材料，例如S17C和S25C)中形成 通孔，由此形成大概的形狀。然后對(duì)材料切削加工，以修整外形，并且得到作為中間體(semi-manufactured)的接著，具有由Ni合金和銅合金構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)的接地電極27被電阻焊接到中間 體的金屬殼的前端面。由于在焊接期間出現(xiàn)所謂的“下垂”(sag)，在分離“下垂”之后通過(guò) 滾齒(rolling)在中間體的金屬殼的預(yù)定部位形成螺紋15。由此獲得焊接有接地電極27 的金屬殼3。焊接有接地電極27的金屬殼3接受鍍鋅或鍍鎳處理。為了增強(qiáng)耐腐蝕性，金 屬殼的表面可以進(jìn)一步鍍鉻。另一方面，絕緣體2預(yù)先與金屬殼3分開地成型。例如，通過(guò)使用包括作為主要成 分的氧化鋁且還包括粘合劑等的粉末狀材料制備用于成型的粒狀基材，使用粒狀物質(zhì)進(jìn)行 橡膠擠壓成型，由此獲得圓筒狀成型元件。對(duì)如此獲得的成型元件進(jìn)行切削加工，由此進(jìn)行 修整。如此修整的元件被投入到爐中并且燒結(jié)，由此獲得絕緣體2。與金屬殼3和絕緣體2分開地，預(yù)先制造中心電極5。具體地，鍛壓Ni合金，為了 增強(qiáng)散熱特性，在Ni合金的中央設(shè)置由銅合金制成的內(nèi)層5A。接著，貴金屬部31被激光焊 接到中心電極5的前端面。更具體地，在外層5B的前端面和柱狀貴金屬部31的基端面彼 此重合之后，二者的接觸區(qū)的外周面被暴露至激光束，由此，形成熔融部41。由此在中心電 極5的前端設(shè)置貴金屬部31。由玻璃密封層8和9來(lái)密封固定如此獲得的絕緣體2、中心電極5、電阻體7和端 子電極6。玻璃密封層8和9通常是通過(guò)將硼硅酸鹽玻璃和金屬粉末混合在一起制備的。 如此制備的物質(zhì)以?shī)A著電阻體7的方式被注入絕緣體2的軸向孔4，然后在絕緣體2在爐中 被加熱的狀態(tài)下，端子電極6隨后從后方擠壓制備的物質(zhì)，由此玻璃密封層被燒結(jié)和硬化。 此時(shí)，還可以同時(shí)將釉層燒結(jié)在絕緣體2的基端側(cè)體部10的表面上，或者還可以預(yù)先形成 釉層。然后，將具有如上所述地制造的中心電極5和端子電極6的絕緣體2與具有接地 電極27的金屬殼3組裝在一起。更具體地，形成于金屬殼3的基端側(cè)的較薄的開口被徑向 向內(nèi)地彎邊；也就是，形成彎邊部20，由此將絕緣體2和金屬殼3緊固在一起。接著，貴金屬電極頭32被電焊接到接地電極27的末端部。此時(shí)，貴金屬電極頭32 被較深地埋設(shè)在接地電極27中。從而，投影面PH中的內(nèi)層27B和貴金屬電極頭32之間的 重疊區(qū)OA占投影面PH中的內(nèi)層27B的比率(重合度)為25%以上。最后，彎曲接地電極 27，由此實(shí)施用于調(diào)整中心電極5 (貴金屬部31)和設(shè)置在接地電極27上的貴金屬電極頭 32之間的火花放電間隙33的加工。如上面詳細(xì)地描述的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式，接地電極27具有雙層結(jié)構(gòu)，該雙層 結(jié)構(gòu)包括外層27A和包含在導(dǎo)熱性方面優(yōu)于外層27A的材料的內(nèi)層27B。在接地電極27 的中心軸線CL2和軸線CLl穿過(guò)的截面中，內(nèi)層27B —直延伸到截面到達(dá)直線SL的位置 (在本實(shí)施方式中，內(nèi)層27B —直延伸到內(nèi)層27B和貴金屬電極頭32之間的最短距離達(dá)到 0. 5mm 2mm的位置)，其中，直線SL為金屬殼3的內(nèi)周面沿著軸線CLl的方向向前端側(cè)延 伸的延長(zhǎng)線。具體地，呈現(xiàn)優(yōu)異導(dǎo)熱性的內(nèi)層27B被設(shè)置到比較靠近貴金屬電極頭32的位 置。因此，借助于內(nèi)層27B可以容易地對(duì)貴金屬電極頭32進(jìn)行導(dǎo)熱，這反過(guò)來(lái)增強(qiáng)貴金屬 電極頭32的導(dǎo)熱性能。此外，在貴金屬電極頭的中心軸線CL3相對(duì)于接地電極27的中心軸線CL2朝向軸 線CLl的方向的基端側(cè)(朝向金屬殼3)錯(cuò)位(在該實(shí)施方式中，錯(cuò)位0. Imm以上)的狀態(tài)下，將位于燃燒室的中心且承受大量的熱的貴金屬電極頭32被接合到接地電極27。也就 是，貴金屬電極頭32被設(shè)置在從燃燒室的中心偏離的位置。因此，可以相當(dāng)?shù)販p少貴金屬 電極頭32在燃燒期間承受的熱量，從而能更可靠地防止耐剝離性和耐久性的下降。此外，在投影面PH中內(nèi)層27B和貴金屬電極頭32之間的重疊區(qū)OA占投影面PH 中的內(nèi)層27B的面積的比率被設(shè)定為25%以上。結(jié)果，可以借助于呈現(xiàn)優(yōu)異導(dǎo)熱性的內(nèi)層 27B將貴金屬電極頭32的大量的熱向金屬殼3傳導(dǎo)，從而更能提高貴金屬電極頭32的導(dǎo)熱 性能。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)更好的耐剝離性和耐久性。此外，貴金屬電極頭32的接合到接地電極27的部分在接地電極27的中心軸線 CL2方向上的長(zhǎng)度(接合部的長(zhǎng)度)被設(shè)定在0.5mm 1.5mm的范圍。因此，可以使各個(gè)接 合部發(fā)生焊接不規(guī)則的可能性最小化，可以確保足夠的結(jié)合強(qiáng)度。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)更好的耐 剝離性。此外，貴金屬電極頭32以足夠的深度E (0. Imm以上)接合到接地電極27。因此， 可以增強(qiáng)貴金屬電極頭32和接地電極27之間的接合強(qiáng)度，進(jìn)一步地，可以獲得更好的耐剝離性。如上所述，由各區(qū)域呈現(xiàn)的有益效果以組合的方式起作用，借助于有益效果的相 互作用，貴金屬電極頭32的耐剝離性和耐久性飛躍地增強(qiáng)。在本實(shí)施方式中，接地電極27形成為圓形的截面形狀。因此，可以有助于混合空 氣流入火花放電間隙33，從而可以獲得更好的點(diǎn)火性。貴金屬電極頭32的末端面32f在與軸線CLl垂直的方向上從接地電極27的末端 面27f突出；因此，可以獲得更好的點(diǎn)火性的增強(qiáng)。為了確認(rèn)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的效果，通過(guò)遵循有限元方法(FEM)的模擬來(lái)分析內(nèi)層和 貴金屬電極頭之間的重疊占據(jù)投影面的比率與貴金屬電極頭的溫度之間的關(guān)系?，F(xiàn)在對(duì)模 擬分析進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。當(dāng)將火花塞安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上(即，熱從接地電極朝向金屬殼傳導(dǎo)) 且重合度為0%時(shí)，以使貴金屬電極頭的溫度達(dá)到1000°c的方式設(shè)定環(huán)境溫度。分析貴金 屬電極頭的溫度隨著重合度變化的變化。圖4示出了分析結(jié)果。如圖4所示，當(dāng)重合度小于25%時(shí)，貴金屬電極頭的溫度幾乎沒(méi)有實(shí)質(zhì)變化。然 而，當(dāng)重合度達(dá)到25%以上時(shí)，明顯地顯示出貴金屬電極頭的溫度下降和貴金屬電極頭的 有效導(dǎo)熱。對(duì)此，可以想到的原因在于借助于呈現(xiàn)優(yōu)異導(dǎo)熱性的內(nèi)層，貴金屬電極頭的熱 被有效地朝金屬殼傳導(dǎo)。還可以看到，當(dāng)重合度達(dá)到28%以上時(shí)，實(shí)現(xiàn)貴金屬電極頭的更大的溫度的下降 和貴金屬電極頭的更有效的導(dǎo)熱。因此，從實(shí)現(xiàn)貴金屬電極頭的更優(yōu)異的導(dǎo)熱性能的角度 出發(fā)，將重合度設(shè)定成28%以上(例如，30%以上)可以說(shuō)是更優(yōu)選的。接著，制造在貴金屬電極頭的中心軸線相對(duì)于接地電極的中心軸線的錯(cuò)位量(電 極頭錯(cuò)位量)方面變化的各樣品火花塞，并且各樣品進(jìn)行冷熱耐久性試驗(yàn)(heat-cold endurance test)。冷熱耐久性試驗(yàn)的概況如下。具體地，各樣品被安裝到4氣門、2000cc發(fā) 動(dòng)機(jī)。一個(gè)周期包括一分鐘的怠速狀態(tài)和一分鐘的負(fù)荷狀態(tài)(發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)=5000rpm)。 發(fā)動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)100個(gè)周期。在100個(gè)周期以后，觀察各樣品的截面積，由此測(cè)量所形成的氧 化皮的長(zhǎng)度K(參照?qǐng)D6)與接地電極和貴金屬電極頭之間的交界區(qū)的長(zhǎng)度J(也參照?qǐng)D6， 其為示意圖)的比率(氧化皮比率)。圖5示出電極頭錯(cuò)位量和氧化皮比率之間的關(guān)系。
13氧化皮比率越大表示接地電極和貴金屬電極頭之間的接合部中產(chǎn)生越大的熱應(yīng)力差，這反 過(guò)來(lái)意味著耐剝離性不足。此外，基于如下假設(shè)來(lái)表示電極頭錯(cuò)位量沿火花塞的軸線方向 相對(duì)于作為基準(zhǔn)點(diǎn)的接地電極的中心軸線朝向前端側(cè)的錯(cuò)位量表示為負(fù)值，沿火花塞的軸 線方向相對(duì)于作為基準(zhǔn)點(diǎn)的接地電極的中心軸線朝向基端側(cè)的錯(cuò)位量表示為正值。如圖5所示，應(yīng)當(dāng)理解的是，電極頭錯(cuò)位量為Omm以上的樣品能將氧化皮比率降低 到較低水平，且呈現(xiàn)足夠的耐剝離性。對(duì)此，可以想到的原因在于由于貴金屬電極頭被設(shè) 置在與燃燒室的中心分離開的位置，因此可以相當(dāng)程度地減小貴金屬電極頭在燃燒期間承 受的熱量。此外，顯然的是，電極頭錯(cuò)位量為0. Imm以上的樣品顯示出40%以下的氧化皮比 率并且呈現(xiàn)優(yōu)異的耐剝離性。因此，從實(shí)現(xiàn)更大的耐剝離性的增強(qiáng)的角度出發(fā)，可以說(shuō)更期 望的是將電極頭的錯(cuò)位量設(shè)定為0. Imm以上的值。制備內(nèi)層和貴金屬電極頭之間的最短距離“SC”變化的各樣品火花塞。各樣品接 受機(jī)上燃燒器評(píng)價(jià)試驗(yàn)(desk burnerevaluation test)(借助于燃燒器對(duì)樣品加熱2分 鐘，以使貴金屬電極頭達(dá)到950°C，對(duì)如此加熱的樣品緩慢冷卻1分鐘。這些操作構(gòu)成一個(gè) 周期，通過(guò)重復(fù)該操作1000周期來(lái)進(jìn)行試驗(yàn))。然后，測(cè)量氧化皮比率。圖7是示出表示最 短距離“SC”和氧化皮比率之間的關(guān)系的圖。如圖7所示，可以理解的是，當(dāng)貴金屬電極頭和內(nèi)層之間的最短距離“SC”被設(shè)定 成不到0. 5mm的值以及當(dāng)最短距離“SC”超過(guò)2mm時(shí)，氧化皮比率超過(guò)50%，由此耐剝離性 變得不足。對(duì)此，可以想到的原因如下。具體地，當(dāng)最短距離“SC”被設(shè)定成不到0.5mm的 值時(shí)，貴金屬電極頭的熱被過(guò)度地傳導(dǎo)，這在接地電極和貴金屬電極頭之間的接合部中引 入較大的熱應(yīng)力。另一可以想到的原因在于當(dāng)最短距離“SC”超過(guò)2mm時(shí)，熱不易于從貴 金屬電極頭傳導(dǎo)到內(nèi)層，這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致貴金屬電極頭的導(dǎo)熱不足。另一方面，可以清楚的是，當(dāng)貴金屬電極頭和內(nèi)層之間的最短距離“SC”被設(shè)定在 0. 5mm 2mm的范圍時(shí)，氧化皮比率小于50%，且呈現(xiàn)優(yōu)異的耐剝離性。對(duì)此，可以想到的 原因在于貴金屬電極頭的熱可以被充分地傳導(dǎo)到使導(dǎo)熱不過(guò)度的程度。從進(jìn)一步增強(qiáng)耐 剝離性的角度出發(fā)，優(yōu)選地將最短距離“Sc”設(shè)定在0. 5mm 1.8mm的范圍；可以說(shuō)將“SC” 設(shè)定在Imm 1. 5mm的范圍是更優(yōu)選地。制備貴金屬電極頭與接地電極的接合部的長(zhǎng)度“SD”和埋設(shè)部的深度(SE)變化的 各樣品火花塞。對(duì)各樣品進(jìn)行機(jī)上燃燒器評(píng)價(jià)試驗(yàn)(借助于燃燒器對(duì)樣品加熱2分鐘，以 使貴金屬電極頭達(dá)到1000°C，對(duì)如此加熱的樣品緩慢冷卻1分鐘。這些操作構(gòu)成一個(gè)周期， 試驗(yàn)涉及周期的重復(fù))。然后，測(cè)量氧化皮比率到達(dá)50% (50%氧化皮達(dá)到周期)的周期數(shù) 目。圖8示出試驗(yàn)結(jié)果。在圖8中，當(dāng)埋設(shè)部的深度“SE”被設(shè)定成0.05mm時(shí)獲得的試驗(yàn) 結(jié)果用叉號(hào)繪制。當(dāng)埋設(shè)部的深度“SE”被設(shè)定成0. Imm時(shí)獲得的試驗(yàn)結(jié)果用實(shí)心方框繪 制。當(dāng)埋設(shè)部的深度“SE”被設(shè)定成0.2mm時(shí)獲得的試驗(yàn)結(jié)果用實(shí)心圓繪制。當(dāng)埋設(shè)部的 深度“SE”被設(shè)定成0. 3mm時(shí)獲得的試驗(yàn)結(jié)果用實(shí)心三角形繪制。如圖8所示，對(duì)于接合部的長(zhǎng)度“SD”不到0. 5mm的樣品，50%氧化皮達(dá)到周期為 1000周期以下，這表示氧化皮易于發(fā)展；也就是，耐剝離性不夠。對(duì)此，可以想到的原因在 于由于接合部過(guò)小不能確保足夠的結(jié)合強(qiáng)度。即使對(duì)于接合部的長(zhǎng)度“SD”大于1. 5mm的 樣品，50%氧化皮達(dá)到周期也為1000周期以下，這表示耐剝離性不夠。對(duì)此，可以想到的原 因在于由于貴金屬電極頭的接合到對(duì)應(yīng)的接地電極的部分過(guò)大，在各接合部發(fā)生焊接不
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相比之下，除了接合部的深度“SE”為0.05mm的樣品之外，對(duì)于接合部的長(zhǎng)度“SD” 在0. 5mm 1. 5mm的范圍的樣品，50%氧化皮達(dá)到周期超過(guò)1000周期，這表示呈現(xiàn)優(yōu)異的 耐剝離性。對(duì)此，可以想到的原因在于可以使發(fā)生焊接不規(guī)則的可能性最小化并且可以確 保足夠的結(jié)合強(qiáng)度。通過(guò)遵循有限元方法(FEM)的模擬來(lái)分析接地電極的最大截面積和貴金屬電極 頭的溫度之間的關(guān)系(例如溫度等模擬條件設(shè)定如下以如下方式設(shè)定環(huán)境溫度，在將火 花塞安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)(即，從接地電極向金屬殼導(dǎo)熱的狀態(tài)下)且重合度為0%的狀態(tài)下、使 貴金屬電極頭的溫度達(dá)到1000°c )。在以接地電極的最大截面積和當(dāng)重合度被設(shè)定為0% 時(shí)得到的貴金屬電極頭的溫度作為基準(zhǔn)的情況下，計(jì)算出的表示當(dāng)重合度被設(shè)定為50%時(shí) 貴金屬電極頭的溫度下降程度的比率(溫度下降率)的關(guān)系。圖9示出接地電極的最大截 面積和溫度下降率之間的關(guān)系。如圖9所示，清楚的是，對(duì)于接地電極的最大截面積為3. 3mm2以下的樣品，溫度下 降率比較大。具體地，對(duì)于具有較小截面積的接地電極，存在耐剝離性和耐久性下降的擔(dān) 憂。然而，應(yīng)該理解的是，當(dāng)接地電極的截面積小于3. 3mm2時(shí)，通過(guò)將重合度設(shè)定成25%以 上所產(chǎn)生的效果更有效。因此，可以說(shuō)當(dāng)接地電極的截面積較小時(shí)，即3.3mm2以下時(shí)，將重 合度設(shè)定成25%以上更有效。本發(fā)明不限于所述的實(shí)施方式，而是可以例如實(shí)現(xiàn)如下。無(wú)須明言，下面未提供的 本發(fā)明的其它示例應(yīng)用或變形當(dāng)然也是可以的。(a)為了說(shuō)明的方便，在本實(shí)施方式中，接地電極27被說(shuō)明為僅具有兩層結(jié)構(gòu)；然 而，接地電極可以具有三層結(jié)構(gòu)或四層以上的多層結(jié)構(gòu)。期望的是，外層27A之內(nèi)的層包括 呈現(xiàn)比外層27A更好的導(dǎo)熱性的金屬。例如，也可以在外層27A的內(nèi)側(cè)設(shè)置由銅合金或純 銅制成的中間層，且可以在中間層的內(nèi)側(cè)設(shè)置由純鎳制成的最內(nèi)層。此外，當(dāng)接地電極具有 三層以上結(jié)構(gòu)時(shí)，位于外層27A的內(nèi)側(cè)且包括導(dǎo)熱性比外層27A的導(dǎo)熱性高的金屬的多個(gè) 層與內(nèi)層27B對(duì)應(yīng)。當(dāng)采用例如具有中間層和最內(nèi)層的上述結(jié)構(gòu)時(shí)，中間層和最內(nèi)層與內(nèi) 層27B對(duì)應(yīng)。(b)在本實(shí)施方式中，在貴金屬電極頭32的中心軸線CL3相對(duì)于接地電極27的 中心軸線CL2朝向軸線CL 1的方向的基端側(cè)錯(cuò)位0. Imm的狀態(tài)下，接合貴金屬電極頭32。 基本要求是貴金屬電極頭32的中心軸線CL3相對(duì)于接地電極27的中心軸線CL2朝向軸線 CL 1的方向的基端側(cè)錯(cuò)位。貴金屬電極頭32的錯(cuò)位量還可以為0.1mm以下。(c)如圖10(a)和圖10(b)所示，盡管未對(duì)本實(shí)施方式特別說(shuō)明，接地電極27的內(nèi) 周面27i的末端部也可以通過(guò)切削或壓制而形成為平坦的，且被接合到貴金屬電極頭32。 在這種情況下，貴金屬電極頭32可以以比較容易、穩(wěn)定的方式接合到接地電極27。結(jié)果，可 以進(jìn)一步加強(qiáng)貴金屬電極頭32和接地電極27的結(jié)合強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)更好的耐剝離性。接 地電極27的內(nèi)周面可以通過(guò)切削等形成為具有朝向外周面?zhèn)劝枷莸陌疾啃螤睢ＹF金屬電 極頭32被接合到該凹部，由此可以以比較容易的方式增大內(nèi)層27B和貴金屬電極頭32沿 著接地電極27的中心軸線CL2實(shí)現(xiàn)的重疊區(qū)。因此，可以以比較容易且更可靠的方式增強(qiáng) 耐剝離性和耐久性。(d)在本實(shí)施方式中，貴金屬電極頭32的末端面32f被構(gòu)造成與中心電極5的側(cè)面(貴金屬部31)相對(duì)。然而，如圖11所示，貴金屬電極頭32的末端面32f也可以被構(gòu)造 成在比中心電極5靠前端側(cè)的位置與軸線CLl相對(duì)。在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)耐剝離性和 火焰?zhèn)鞑バ栽鰪?qiáng)的平衡。(e)如圖12所示，貴金屬電極頭32的在軸線CLl的方向上得到的端面也可以被構(gòu) 造成與中心電極5(貴金屬部31)的前端部相對(duì)。在這種情況下，由于火花放電間隙33到 達(dá)更靠近燃燒室的中心的位置，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的點(diǎn)火性。(f)在本實(shí)施方式中，接地電極27被賦予圓形的截面形狀，然而，不特別限定接 地電極27的截面形狀。因此，如圖13(a)所示，接地電極27也可以構(gòu)造成具有長(zhǎng)圓形 (oblong)的截面形狀?？蛇x地，如圖13(b)所示，接地電極也可以被構(gòu)造成具有如下截面形 狀(八角形截面形狀)該截面形狀是通過(guò)為矩形截面形狀的四個(gè)角設(shè)置平坦面狀的倒角 部27ch來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？蛇x地，如圖13(c)所示，接地電極也可以被構(gòu)造成使四個(gè)角設(shè)置有彎 曲部27cu，以替換切口部27ch (也可以僅用彎曲部27cu替換部分切口部27ch)。在這種情 況下，和接地電極27設(shè)置有圓形的截面形狀的情況一樣，可以有助于混合空氣流入火花放 電間隙33，可以實(shí)現(xiàn)更好的點(diǎn)火性。如圖14(a)、圖14(b)、圖14(c)所示，可以對(duì)接地電極27的內(nèi)周面27i的末端部 進(jìn)行切削、壓制等，由此使內(nèi)周面27i平坦。(g)盡管在本實(shí)施方式中未特別說(shuō)明，但是可以對(duì)貴金屬電極頭32相對(duì)于內(nèi)層 27B的配置位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足0. 35≤a/A ≤ 0. 60的關(guān)系，如圖15所示，在投影面PH內(nèi) 沿內(nèi)層27B的寬度方向得到的內(nèi)層27B的長(zhǎng)度作為“A”，在投影面PH內(nèi)沿該寬度方向得到 的重疊區(qū)OA的長(zhǎng)度作為“a”。在這種情況下，可以使內(nèi)層27B和貴金屬電極頭32之間沿著 接地電極27的中心軸線CL2得到的重疊區(qū)OA更大。因此，可以將貴金屬電極頭32的導(dǎo)熱 性能增強(qiáng)到更大的程度。也可以將貴金屬電極頭32相對(duì)于內(nèi)層27B的配置位置調(diào)節(jié)成滿足0. 07 ≤ b/ A ≤ 0. 40的關(guān)系，在投影面PH內(nèi)沿著與內(nèi)層27B的寬度方向垂直的方向得到的重疊區(qū)的 長(zhǎng)度作為“b”。當(dāng)貴金屬電極頭被構(gòu)造成滿足0. 07≤b/A≤0. 40的關(guān)系時(shí)，可以使重疊 區(qū)OA更大。因此，可以實(shí)現(xiàn)貴金屬電極頭32的更好的導(dǎo)熱性能。通過(guò)將貴金屬電極頭構(gòu) 造成同時(shí)滿足0. 35 ≤a/A ≤ 0. 60的關(guān)系和0. 07 ≤ b/A ≤ 0. 40的關(guān)系，可以飛躍地增強(qiáng) 貴金屬電極頭32的導(dǎo)熱性能。(h)在本實(shí)施方式中，實(shí)施貴金屬部31被設(shè)置在中心電極5的前端部的情況。然 而，也可以采用省略貴金屬部31的構(gòu)造。(i)在本實(shí)施方式中，實(shí)施接地電極27被接合到金屬殼3的前端部26的前端面的 情況。然而，本發(fā)明也適用于切掉金屬殼的一部分(或者預(yù)先焊接到金屬殼的前端金屬配 件的一部分)，以由此形成接地電極的情況(如日本特開2006-236906號(hào)公報(bào)等所述)。此 外，接地電極27也可以接合到金屬殼3的前端部26的側(cè)面。(j)在本實(shí)施方式中，工具接合部19設(shè)置有六角形的截面形狀；然而，工具接合部 19的形狀不限于這種形狀。例如，工具接合部可以被賦予如Bi-HEX的形狀(變形12角形 狀)(IS022977 :2005(E))等。
權(quán)利要求
一種內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其包括棒狀的中心電極，其沿火花塞的軸線方向延伸；大致圓筒狀的絕緣體，其具有沿所述火花塞的軸線方向延伸的軸向孔，所述中心電極被設(shè)置在所述軸向孔中；大致圓筒狀的金屬殼，其設(shè)置在所述絕緣體的外周；接地電極，其從所述金屬殼的前端部延伸，且所述接地電極的末端被朝向所述中心電極彎曲；以及貴金屬電極頭，其被接合到所述接地電極的末端部，其中在所述中心電極的前端部和所述貴金屬電極頭之間形成間隙；以如下方式接合所述貴金屬電極頭所述貴金屬電極頭的中心軸線相對(duì)于所述接地電極的中心軸線朝向所述火花塞的軸線方向的基端側(cè)錯(cuò)位；所述接地電極包括由鎳合金制成的外層和由導(dǎo)熱性優(yōu)于所述外層的導(dǎo)熱性的材料制成的內(nèi)層；所述內(nèi)層的末端位于比所述接地電極的基端靠近所述火花塞的軸線的位置；以及在投影面內(nèi)所述內(nèi)層和所述貴金屬電極頭之間的重疊區(qū)占的比率為25％以上，所述投影面的定義如下通過(guò)將所述接地電極的從所述接地電極的末端面?zhèn)扔^察的面沿所述接地電極的中心軸線投影到，所述接地電極的與所述接地電極的中心軸線垂直的截面中的所述內(nèi)層的截面積最大的截面上，來(lái)定義所述投影面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，在所述投影面內(nèi)所述內(nèi)層和 所述貴金屬電極頭之間的重疊區(qū)占的比率為28 %以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，以如下方式接合所述貴金 屬電極頭所述貴金屬電極頭的中心軸線相對(duì)于所述接地電極的中心軸線朝向所述火花塞 的軸線方向的所述基端側(cè)錯(cuò)位0. Imm以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，所述內(nèi)層和所 述貴金屬電極頭之間的最短距離被設(shè)定在0. 5mm 2mm的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，以所述貴金屬 電極頭的末端面從所述接地電極的末端面突出的方式，將所述貴金屬電極頭接合到所述接 地電極的靠近中心電極側(cè)的內(nèi)周面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，所述貴金屬電極頭的接合到 所述接地電極的部分沿著所述接地電極的中心軸線的長(zhǎng)度被設(shè)定在0. 5mm 1. 5mm的范 圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，所述貴金屬電極頭從所述 接地電極的內(nèi)周面被埋設(shè)到所述接地電極中的深度被設(shè)定為0. Imm以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，所述接地電極 的接合所述貴金屬電極頭的部分為平坦的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，所述接地電極的內(nèi)周面被切 削或壓制，以使將接合所述貴金屬電極頭的部分平坦。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，所述貴金屬 電極頭的末端面被配置成與所述中心電極的前端部相對(duì)；以及大致沿著垂直于所述火花塞的軸線方向的方向產(chǎn)生火花放電。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，所述貴金屬 電極頭的所述火花塞的軸線方向上的端面被配置成與所述中心電極的前端部相對(duì)；以及大致沿著所述火花塞的軸線方向產(chǎn)生火花放電。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，所述貴金屬 電極頭的末端面被配置成在比所述中心電極靠前端側(cè)的位置與所述火花塞的軸線相對(duì)；以 及相對(duì)于所述火花塞的軸線方向傾斜地產(chǎn)生火花放電。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，所述接地電 極在與所述接地電極的中心軸線垂直的截面內(nèi)的最大截面積被設(shè)定為3. 3mm2以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，滿足關(guān)系 0. 35 彡 a/A 彡 0. 60，其中“A”是在所述投影面內(nèi)所述內(nèi)層沿著所述內(nèi)層的寬度方向的長(zhǎng)度；“a”是在所述投影面內(nèi)所述內(nèi)層和所述貴金屬電極頭之間的重疊區(qū)沿著所述內(nèi)層的寬 度方向的長(zhǎng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，其特征在于，滿足關(guān)系 0. 07 彡 b/A 彡 0. 40，其中“A”是在所述投影面內(nèi)所述內(nèi)層沿著所述內(nèi)層的寬度方向的長(zhǎng)度；以及“b”是在所投影面內(nèi)所述內(nèi)層和所述貴金屬電極頭之間的重疊區(qū)沿著與所述內(nèi)層的寬 度方向垂直的方向的長(zhǎng)度。
全文摘要
通過(guò)提高貴金屬電極頭的導(dǎo)熱性能來(lái)實(shí)現(xiàn)耐剝離性等的增強(qiáng)?；鸹ㄈ?1)包括沿著軸線(CL1)延伸的中心電極(5)、接地電極(27)、貴金屬電極頭(32)等。貴金屬電極頭(32)的中心軸線(CL3)相對(duì)于接地電極(27)的中心軸線(CL2)朝向軸線(CL1)的方向的基端側(cè)錯(cuò)位。接地電極(27)包括外層(27A)和內(nèi)層(27B)，內(nèi)層(27B)的末端位于比接地電極(27)的基端靠近軸線(CL1)的位置。在投影面(PH)內(nèi)內(nèi)層(27B)和貴金屬電極頭(32)之間的重疊區(qū)(OA)占內(nèi)層(27B)的比率為25％以上，其中投影面(PH)是通過(guò)將接地電極(27)的從末端面(27f)側(cè)觀察的面沿中心軸線(CL2)投影到接地電極(27)的與中心軸線(CL2)垂直的截面中的內(nèi)層(27B)的截面積最大的截面上來(lái)定義的。
文檔編號(hào)H01T13/16GK101911409SQ20088012336
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者中山勝稔, 加藤友聰, 岸本香織, 龜田裕之 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社