专利名称：用于内燃机的火花塞及火花塞的制造方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的火花塞及其制造方法。
背景技术：
用于内燃机的火花塞例如具有在轴线方向上延伸的中心电极、设置于中心电极的外周的绝缘体、组装于绝缘体的外周的圆筒状的主体配件、和基端部与上述主体配件的前端部接合的接地电极。接地电极自身的大致中间部分弯曲，以使其前端部与上述中心电极的前端部相对，由此在中心电极的前端部与接地电极的前端部之间形成火花放电间隙。另外，公知近年来为了谋求耐消耗性的提高，在中心电极和接地电极中形成上述火花放电间隙的部位上接合贵金属端头的技术。作为接合贵金属端头的方法，提案有如下 方法通过对贵金属端头与电极的接触面外边缘间歇照射激光束，形成由多个熔融区域连接而成的环状的熔融部，经由该熔融部而将贵金属端头接合到电极(例如，参照专利文献I等)。此外，在接合贵金属端头时，为了更可靠地接合贵金属端头，在外表面上熔融区域彼此重叠而照射激光束。此时，为了确保贵金属端头的接合强度，可以形成通过在熔融部的表面上重叠三个以上的熔融区域而形成的多重熔融区域。另外，在上述中心电极或接地电极中，不可避免地含有铝(Al)或硅(Si)，或者为了在表面上形成氧化膜而谋求耐氧化性的提高，含有铝(Al)或硅(Si)。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2005-158323号公报
发明内容
发明所要解决的课题但是，通过本申请发明人认真研究后得知若在中心电极或接地电极中含有Al或Si，则有可能在上述熔融部的内部(也有扩展到外部的情况)产生裂纹(龟裂)，降低贵金属端头的接合强度。因此，关于发生该龟裂的原因，通过本申请发明人进一步研究后得知在熔融部的表面存在上述多重熔融区域的情况下，尤其容易产生龟裂。考虑其原因是在接合时，对处于熔融状态的熔融区域多次反复照射激光束，从而激光束的被照射部位过度发热，并且在进行固化时急速冷却，其结果是，熔融区域急速收缩，Al或Si凝缩。鉴于该研究结果，为了抑制龟裂的发生，考虑以不形成多重熔融区域的方式构成熔融部。然而，若以完全不形成多重熔融区域的方式构成熔融部，则担心不能充分确保贵金属端头的接合强度。即，从谋求龟裂的发生抑制的方面考虑，希望以不存在多重熔融区域的方式形成熔融部，但从确保接合强度的方面考虑，需要多重熔融区域。本发明是鉴于上述情况而发明的，其目的在于提供一种用于内燃机的火花塞及其制造方法，该用于内燃机的火花塞在中心电极或接地电极中含有Al或Si，并且在熔融部的表面形成了多重熔融区域，其中，能够飞跃性地提高贵金属端头的接合强度。
用于解决课题的手段以下，分项说明适于解决上述目的的各构成。此外，根据需要记述对应的结构中特有的作用效果。构成I.本构成的用于内燃机的火花塞，具有棒状的中心电极，在轴线方向上延伸；筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周；筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周；
接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分，上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分的金属材料的成分、以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上，上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述用于内燃机的火花塞的特征在于，构成上述对象部分的金属材料以镍(Ni)为主成分，并且在Al和Si中至少含有Si，Si的含量为O. 4质量％以上，且Al和Si的总计含量为O. 5质量％以上且I. 6质量％以下，上述熔融部通过多个熔融区域连接而形成，上述多个熔融区域通过间歇照射激光束或电子束而形成，在上述熔融部的表面存在通过三个以上的熔融区域重叠而形成的多重熔融区域，另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度设为上述基准线的长度的35%以下。此外，“主成分”是指在材料中含有最多的成分。另外，通常熔融区域在外表面具有圆形状的外周线(轮廓)，但存在由于重叠熔融区域而使外周线不明确的情况。此时，通过以经过熔融区域的外周线中较明确的部分而描绘的假想圆为基准，能够确定外表面上的熔融区域的中心或多重熔融区域的位置和大小(以下，同样)。根据上述构成I，在对象部分(中心电极或接地电极)中，Si的含量设为O. 4质量％以上，并且Al和Si的总计含量设为O. 5质量％以上，因此能够提高对象部分的耐氧化性。而且，在熔融部的表面形成有多重熔融区域，因此能够防止贵金属端头中的接合强度的降低。另外，在上述投影面上，贵金属端头与熔融部重叠的区域相对于投影贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上。即，在贵金属端头与对象部分之间的较宽的范围形成有熔融部，通过该熔融部，能够更可靠地吸收贵金属端头与对象部分之间的热膨胀的差。其结果是，能够更可靠地防止随着冷热循环的反复而在熔融部与贵金属端头或对象部分的边界部分中的龟裂的发生。而且，在上述对象部分中含有Al或Si，因此有可能随着多重熔融区域的形成而发生龟裂，但根据上述构成I，与对象部分中的Al和Si的总计含量为I. 6质量％以下对应，上述基准线中经过多重熔融区域的部位的长度设为基准线的长度的35%以下。因此，能够极力减少熔融部中焊接时的过热和急冷的部分，进而能够更可靠地防止固化时的熔融部的急速的收缩。其结果是，能够有效抑制熔融部的内部中的龟裂的发生。以上，根据上述构成1，设置多重熔融区域，并且能够抑制熔融部的内部以及熔融部与贵金属端头等的边界部分中的龟裂的发生，其结果是， 能够飞跃性地提高贵金属端头的接合强度。此外，为了更可靠地实现因形成多重熔融区域而产生的上述作用效果，优选将上述基准线中经过多重熔融区域的部位的长度设为基准线的长度的5%以上，更优选基准线的长度的10%以上。构成2.本构成的用于内燃机的火花塞具有棒状的中心电极，在轴线方向上延伸；筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周；筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周；接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分，上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分的金属材料的成分以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上，上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述用于内燃机的火花塞的特征在于，构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在Al和Si中至少含有Si，Si的含量为O. 4质量％以上，且Al和Si的总计含量为O. 5质量％以上且I. 9质量％以下，上述熔融部通过多个熔融区域连接而形成，上述多个熔融区域通过间歇照射激光束或电子束而形成，在上述熔融部的表面存在通过三个以上的熔融区域重叠而形成的多重熔融区域，另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度设为上述基准线的长度的30%以下。本申请发明人认真研究后，发现Al和Si的总计含量越多，越容易发生熔融部的内部中的龟裂。因此，如上述构成2那样，在Al和Si的总计含量设为I. 9质量％以下而含有较多Al或Si的情况下，更有可能发生熔融部内中的龟裂的发生。对于此点，根据上述构成2，与Al和Si的总计含量较多地设为1.9质量％以下的情况对应，上述基准线中经过多重熔融区域的部位的长度设为基准线的长度的30%以下。因此，能够进一步减少焊接时过热和急冷的部分，能够进一步可靠地防止熔融部的急速的收缩。其结果是，即使在含有较多Al和Si、更可能发生龟裂的情况下，也能够更可靠地抑制龟裂的发生。构成3.本构成的用于内燃机的火花塞具有
棒状的中心电极，在轴线方向上延伸；筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周；筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周；接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分，上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分的金属材料的成分、以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且
在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上，上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述用于内燃机的火花塞的特征在于，构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在Al和Si中至少含有Si，Si的含量为O. 4质量％以上，且Al和Si的总计含量为O. 5质量％以上且5. O质量％以下，上述熔融部通过多个熔融区域连接而形成，上述多个熔融区域通过间歇照射激光束或电子束而形成，在上述熔融部的表面存在通过三个以上的熔融区域重叠而形成的多重熔融区域，另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度设为上述基准线的长度的20%以下。根据上述构成3，与Al和Si的总计含量非常多地设为5. O质量％以下的情况对应，上述基准线中经过多重熔融区域的部位的长度设为基准线的长度的20%以下。因此，能够进一步减少焊接时过热和急冷的部分，即使进一步可能发生龟裂的情况下，也能够极其有效抑制龟裂的发生。此外，若Al和Si的总计含量超过5. O质量％，则有可能金属材料脆化,加工性降低。构成4.本构成的用于内燃机的火花塞在上述构成I至3中任一构成中，其特征在于，上述贵金属端头至少设置于上述接地电极。在使用时，中心电极及接地电极成为非常高温，更接近燃烧室的中心的接地电极与中心电极相比更高温。另外，通常接地电极配置于火花塞的最前端，因此随着因内燃机的动作而产生的振动，与中心电极相比施加有更大的应力。即，对于温度及振动这两者，接地电极置于与中心电极相比更严峻的环境。因此，在接合到接地电极的贵金属端头中，要求优异的接合强度。对于此点，根据上述构成4，接合有贵金属端头的对象部分设为接地电极，要求优异的接合强度，采用上述构成I等，从而能够更可靠地实现所希望的接合强度。换言之，在贵金属端头接合到接地电极的情况下，上述构成I等特别有效。构成5.本构成的用于内燃机的火花塞在上述构成4中，其特征在于，上述接地电极的基端部的截面积为3_2以下。根据上述构成5，接地电极的基端部的截面积设为3mm2以下，在使用时进一步成为高温。因此，要求贵金属端头中进一步优异的接合强度，采用上述构成I等，从而能够实现耐更严峻的环境的充分的接合强度。换言之，在贵金属端头接合到接地电极并且接地电极的基端部的截面积设为3_2以下的情况下，上述构成I等特别有效。构成6.本构成的火花塞的制造方法,该火花塞具有棒状的中心电极，在轴线方向上延伸；筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周；筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周；接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心 电极及上述接地电极中至少一者的对象部分，上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部经由含有构成上述对象部分的金属材料的成分、以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上，上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述火花塞的制造方法的特征在于，构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在Al和Si中至少含有Si，Si的含量为O. 4质量％以上，且Al和Si的总计含量为O. 5质量％以上且I. 6质量％以下，在通过对上述对象部分与上述贵金属端头的接触面外边缘部间歇照射激光束或电子束形成多个熔融区域连接而成的上述熔融部、且在上述对象部分接合上述贵金属端头的工序中，在上述熔融部的表面通过重叠三个以上的熔融区域形成多重熔融区域，另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，照射激光束或电子束，以使上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度为上述基准线的长度的35%以下。根据上述构成6，在制造的火花塞中，能够达到与上述构成I同样的作用效果。构成7.本构成的火花塞的制造方法，该火花塞具有棒状的中心电极，在轴线方向上延伸；筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周；筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周；接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分，上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分的金属材料的成分、以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上，上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述火花塞的制造方法的特征在于，构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在Al和Si中至少含有Si，Si的含量为O. 4质量％以上，且Al和Si的总计含量为O. 5质量％以上且I. 9质量％以下，在通过对上述对象部分与上述贵金属端头的接触面外边缘部间歇照射激光束或电子束形成多个熔融区域连接而成的上述熔融部、且在上述对象部分接合上述贵金属端头的工序中，在上述熔融部的表面通过重叠三个以上的熔融区域形成多重熔融区域，另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，照射激光束或电子束，以使上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度为上述基准线的长度的30%以下。根据上述构成7，在制造的火花塞中，能够达到与上述构成2同样的作用效果。构成8.本构成的火花塞的制造方法，该火花塞具有
棒状的中心电极，在轴线方向上延伸；筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周；筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周；接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分，上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分的金属材料的成分、以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上，上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述火花塞的制造方法的特征在于，构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在Al和Si中至少含有Si，Si的含量为O. 4质量％以上，且Al和Si的总计含量为O. 5质量％以上且5. O质量％以下，在通过对上述对象部分与上述贵金属端头的接触面外边缘部间歇照射激光束或电子束形成多个熔融区域连接而成的上述熔融部、且在上述对象部分接合上述贵金属端头的工序中，在上述熔融部的表面通过重叠三个以上的熔融区域形成多重熔融区域，另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，照射激光束或电子束，以使上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度为上述基准线的长度的20%以下。根据上述构成8，在制造的火花塞中，能够达到与上述构成3同样的作用效果。构成9.本构成的火花塞的制造方法在上述构成6至8中任一构成中，激光束或电子束的脉冲长度设为IOms以上且30ms以下，并且在一个脉冲中的输出成为最大之后，在上述脉冲长度的50%以上的时间以内，以一个脉冲中的最大输出的30%以下的输出照射激光束或电子束。根据上述构成9，在形成一个熔融区域时，在一个脉冲中的输出成为最大之后，在上述脉冲长度的50%以上的时间以内，以一个脉冲中的最大输出的30%以下的输出来输出激光束等。即，熔融区域在脉冲长度的50%以上的时间以内缓慢冷却。因此，能够更可靠地防止固化时的熔融区域的急速的收缩，进而能够非常有效地抑制熔融部的内部中的龟裂的发生。此外，若脉冲长度小于10ms，则不能对焊接对象部分进行预热(即，成为急速加热)，或者缓慢冷却时间变短(即，成为急冷)，因此有可能不能充分发挥上述作用效果。另一方面，若脉冲长度超过30ms，则有可能在外表面上熔融区域的外径(所谓轮缘直径)变大，过大地形成多重熔融区域。因此，考虑这些点，优选脉冲长度设为IOms以上且30ms以下。构成10.本构成的火花塞的制造方法在上述构成6至8中任一构成中，激光束或电子束的脉冲长度设为IOms以上且30ms以下，并且在一个脉冲中的输出成为最大之后，在上述脉冲长度的70%以上的时间以内，以一个脉冲中的最大输出的30%以下的输出照射激光束或电子束。 根据上述构成10，在一个脉冲中的输出成为最大之后，在脉冲长度的70%以上的时间以内，以一个脉冲中的最大输出的30%以下的输出照射激光束等。因此，熔融区域进一步缓慢冷却，其结果是，能够进一步可靠地抑制熔融部的内部中的龟裂的发生。
图I是表不火花塞的结构的局部剖切主视图。图2是表示火花塞的前端部的结构的局部剖切放大主视图。图3(a)是表示熔融部等结构的局部放大主视图，(b)是表示投影了熔融部或贵金属端头的投影面的投影图。图4是展开了熔融部或贵金属端头的外周面时的展开图。图5是表不激光束的波形的图表。图6是表示其他实施方式中的熔融部等的局部放大剖视图。图7(ar(c)是表示其他实施方式中的激光束的波形的图表。
具体实施例方式〔第I实施方式〕以下，参照
实施方式。图I是表示用于内燃机的火花塞(以下，称为“火花塞”)I的局部剖切主视图。此外，在图I中，将火花塞I的轴线CLl方向设为附图中的上下方向、将下侧设为火花塞I的前端侧、将上侧设为后端侧来进行说明。火花塞I由作为绝缘体的绝缘子2、保持该绝缘子2的筒状的主体配件3等构成。公知绝缘子2通过烧成氧化铝等而形成，在其外形部中，具有形成于后端侧的后端侧主体部10、在比该后端侧主体部10靠前端侧朝向径向外突出形成的大径部11、在比该大径部11靠前端侧形成为与大径部11相比细径的中间主体部12、和在比该中间主体部12靠前端侧形成为与中间主体部12相比细径的长脚部13。而且，绝缘子2中的大径部11、中间主体部12及大部分的长脚部13容纳于主体配件3的内部。另外，在中间主体部12与长脚部13的连接部形成有锥状的台阶部14，通过该台阶部14使绝缘子2卡定于主体配件3。而且，在绝缘子2中，沿着轴线CLl贯通形成有轴孔4，在该轴孔4的前端侧插入并固定中心电极5。该中心电极5通过由铜或铜合金构成的内层5A和由以镍(Ni)为主成分的Ni合金构成的外层5B构成。另外，中心电极5整体呈棒状(圆柱状)，前端部从绝缘子2的前端突出。而且，在中心电极5的前端部接合有由贵金属合金(例如，白金合金或铱合金等)构成的圆柱状的贵金属部31。另外，在轴孔4的后端侧，以从绝缘子2的后端突出的状态插入并固定了由低碳钢等金属形成的端子电极6。而且，在轴孔4的中心电极5与端子电极6之间配置有圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部经由导电性的玻璃密封层8、9分别与中心电极5和端子电极6电连接。而且，上述主体配件3通过低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面上形成有用于将火花塞I安装于内燃机的发动机头的螺纹部(外螺纹部)15。另外，在螺纹部15的后端侧的外周面形成有底座部16，在螺纹部15后端的螺纹颈17嵌入了环状的衬垫18。而且，在主体配件3的后端侧设置有用于在将火花塞I安装于发动机头时使扳手等工具卡合的截 面六边形状的工具卡合部19，并且在后端部设置有用于保持绝缘子2的铆接部20。此外，在本实施方式中，为了实现火花塞I的小型化而谋求主体配件3的小径化。因此，螺纹部15的螺纹径也设为较小径(例如，M12以下)。另外，在主体配件3的内周面设置有用于卡定绝缘子2的锥状的台阶部21。而且，绝缘子2从主体配件3的后端侧朝向前端侧插入，以自身的台阶部14与主体配件3的台阶部21卡定的状态，将主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧铆接，即通过形成上述铆接部20来固定。此外，圆环状的密封片22介于上述两台阶部14、21之间。由此，保持燃烧室内的气密性，防止进入到在燃烧室内所暴露的绝缘子2的长脚部13与主体配件3的内周面的间隙的燃料气体泄漏到外部。而且，为了使通过铆接进行密闭更完备，在主体配件3的后端侧中环状的环部件23、24介于主体配件3与绝缘子2之间，在环部件23、24之间填充有滑石(talc) 25的粉末。即，主体配件3经由密封片22、环部件23、24及滑石25保持绝缘子2。另外，如图2所示，在主体配件3的前端部26接合有接地电极27，该接地电极27自身的大致中间被折返，其前端部侧面与中心电极5(贵金属部31)的前端部相对。该接地电极27通过由Ni合金形成的钩状的主体部28、和在该主体部28中与上述贵金属部31相对部位所设置的圆柱状的基座部29构成。而且，通过激光焊接在上述基座部29接合有由预定的贵金属合金(例如，白金合金或铱合金等)形成的圆柱状的贵金属端头32(即，在本实施方式中，基座部29相当于本发明的“对象部分”)。而且，在上述贵金属部31的前端部与贵金属端头32的前端部之间形成有火花放电间隙33，在该火花放电间隙33中，在大致沿着上述轴线CLl的方向上进行火花放电。此外，上述基座部29通过具有在构成主体部28的Ni合金与构成贵金属端头32的贵金属合金之间的热膨胀系数的合金形成。即，通过基座部29来吸收主体部28与贵金属端头32之间的热膨胀的差。而且，贵金属端头32经由含有构成接地电极27 (基座部29)的金属材料的成分以及构成贵金属端头32的贵金属合金的成分的熔融部35而与接地电极27接合。如图3(a)所示，熔融部35通过将采用间歇照射激光束形成的多个(在本实施方式中为12个)熔融区域35A连接成环状而形成。另外，熔融部35的熔入深度(从熔融部35的表面到位于最内部的部位的长度)较大，其结果是，遍及接地电极27与贵金属端头32之间的较大的区域而形成。具体而言，如图3(b)所示，在沿着贵金属端头32的中心轴CL2且与上述中心轴CL2正交的投影面上投影了贵金属端头32及熔融部35的投影面PF上，对于投影贵金属端头32而成的区域AR1，贵金属端头32和熔融部35重叠的区域AR2〔在图3(b)中，标注斜线的部位〕所占的比例(以下，称为“熔融部投影比例”)为70%以上。而且，构成上述基座部29的金属材料以Ni为主成分，并且为了谋求高温下的耐氧化性的提高，在铝(Al)及硅(Si)中至少含有Si，Si的含量为0.4质量％以上，并且Al和Si的总计含量为O. 5质量％以上且I. 6质量％以下。而且，在形成熔融部35时，为了将上述熔融部投影比例更可靠地设为70%以上，以相邻的熔融区域35A的表面彼此重叠的方式照射激光束。如图3(a)所示，在本实施方式中，在熔融部35的表面存在通过重叠三个以上的熔融区域35A形成的多重熔融区域35X〔图3(a)中，标注散点模样的部位〕。
另一方面，在熔融部35的外表面上，设定各熔融区域35A的外表面的直径(所谓轮缘(bead)直径)或各熔融区域35A彼此的间隔，以防止多重熔融区域35X所占的范围过大。具体而言，如图4(图4是将呈圆柱状的熔融部35或贵金属端头32的外周面展开为平面状的展开图)所示，采用经过各熔融区域35A的外表面上的各自的中心的线即基准线BL时，基准线BL中经过多重熔融区域35X的部位(图4中，以粗线表示的部位)相对于基准线BL的长度所占的比例(以下，称为“多重熔融比例”)为35%以下。此外，存在如下情况在外表面重叠有熔融区域35A的部分中，各熔融区域35A的外周线(轮廓)不明确，难以确定熔融区域35A的中心或多重熔融区域35X的位置和大小。此时，在贵金属端头32或接地电极27 (基座部29) —侧，较明确地表示熔融区域35A的外周线，因此通过以经过该外周线而描绘的假想圆为基准，能够确定熔融区域35A的中心或多重熔融区域35X的位置和大小。另外，如上所述，主体配件3设为较小径，因此与主体配件3的前端部26接合的接地电极27 (主体部28)变为较细。具体而言,接地电极27 (主体部28)的基端部的截面积设为3mm2以下。接着，说明如上所述构成的火花塞I的制造方法。首先，预先加工主体配件3。即，通过对圆柱状的金属素材实施冷锻造加工等形成贯通孔，并且制造大致形状。之后，通过实施切削加工整理外形，得到主体配件中间体。其次，将由Ni合金(例如Inconel系合金等)构成的直棒状的主体部28电阻焊接到主体配件中间体的前端面。在该焊接时产生所谓的“塌边”，因此在除去该“塌边”后，在主体配件中间体的预定部位通过滚压成形来形成螺纹部15。由此，得到主体配件3。之后，对接合有主体部28的主体配件3实施镀锌或镀镍。此外，也可以为了提高耐蚀性，在其表面进一步实施铬酸盐处理。接着，在主体部28的前端部经由由以Ni为主成分且含有Al或Si的合金构成的基座部29而接合有贵金属端头32。具体而言，首先，在基座部29的端面上装配贵金属端头32，然后通过预定的按压销(未图示)支撑贵金属端头32。而且，对于激光照射方法，以贵金属端头32的中心轴CL2为旋转轴使贵金属端头32相对旋转，并且对基座部29与贵金属端头32的接合面外边缘间歇照射激光束。由此，形成了以贵金属端头32的中心轴CL2为中心连接成环状的多个熔融区域35A，基座部29与贵金属端头32被接合(点焊法)。
此外，调节激光束的照射位置或输出，以使在照射激光束而形成熔融区域35A时，与之前形成的熔融区域35A重叠，另一方面与再之前形成的熔融区域35A重叠的部分较小，从而上述多重熔融比例设为35%以下。而且，如图5所示，在形成一个熔融区域35A时，激光束的脉冲长度T设为IOms以上30ms以下，并且在一个脉冲中的输出成为最大之后，在脉冲长度T的50%以上(更优选70%以上)的时间以内，以一个脉冲中的最大输出的30%以下的输出照射激光束。此外，通过照射激光束，在贵金属端头32或基座部29不断积蓄热能量，因此也可以为了调节熔融量，阶段性地减少激光束的输出能量。此外，也可以不变更输出能量，或者变更输出能量，并且变更激光束的焦点距离，从而调节熔融量。接着，接合有贵金属端头32的基座部29相对于主体部28的前端部进行电阻焊接。此外，为了更可靠地焊接，在该焊接之前进行焊接部位的电镀除去，或者在电镀工序时 在焊接预定部位实施掩模处理。另一方面，与主体配件3等分开而对绝缘子2进行成形加工。例如，以氧化铝为主体且使用含有粘合剂等的原料粉末，调制成形用粒状物质，且使用该粒状物质进行橡胶冲压(rubber pressing)成形,从而得到筒状的成形体。接着，通过研削加工对所得到的成形体进行整形，通过烧成炉对整形后的产物进行烧成。在烧成后，通过实施各种研磨加工，得到绝缘子2。另外，与上述主体配件3和绝缘子2分开而制造中心电极5。即，对在中央部配置了用于提高散热性的铜合金等的Ni合金进行锻造加工从而制作中心电极5。接着，通过激光焊接等使由贵金属合金构成的贵金属部31接合到中心电极5的前端部。而且，通过玻璃密封层8、9密封并固定如上述那样得到的绝缘子2及中心电极5、电阻体7和端子电极6。作为玻璃密封层8、9，通常混合硼硅酸玻璃和金属粉末而调制，将该调制后的产物以夹着电阻体7的方式注入到绝缘子2的轴孔4内后，从后方向前端侧按压上述端子电极6，在烧成炉内烧成固定。此外，也可以此时在绝缘子2的后端侧主体部10表面同时烧成釉药层，还可以事前形成釉药层。之后，如上所述组装分别作成的具有中心电极5及端子电极6的绝缘子2和具有接地电极27的主体配件3。更详细地说，将绝缘子2插通于主体配件3，然后通过将形成为较薄壁的主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧铆接，即通过形成上述铆接部20而固定。而且，最后使接地电极27弯曲，并且实施调整贵金属部31与贵金属端头32间的上述火花放电间隙33的大小的加工，从而得到上述火花塞I。如以上详述那样，根据本实施方式，在基座部29，Si的含量设为0.4质量％以上，并且Al和Si的总计含量设为O. 5质量％以上，因此能够实现基座部29中的耐氧化性的提闻。而且，在熔融部35的表面形成多重熔融区域35X，因此能够防止贵金属端头32中的接合强度的降低。另外，在上述投影面PF中，相对于投影贵金属端头32而成的区域AR1，贵金属端头32与熔融部35重叠的区域AR2所占的比例设为70%以上。因此，通过熔融部35能够更可靠地吸收贵金属端头32与基座部29之间的热膨胀的差，其结果是，能够更可靠地防止随着冷热循环的反复而在熔融部35与贵金属端头32等的边界部分中的龟裂的发生。而且，与基座部29中的Al和Si的总计含量为I. 6质量％以下对应，上述基准线BL中经过多重熔融区域35X的部位的长度设为基准线BL的长度的35%以下。因此，能够极力减少熔融部35中焊接时的过热和急冷的部分，进而能够防止在固化时的熔融部35的急速的收缩。其结果是，能够有效抑制熔融部35的内部中的龟裂的发生。以上，根据本实施方式，设置多重熔融区域35X，并且能够抑制熔融部35的内部、以及熔融部35与贵金属端头32等的边界部分中的龟裂的发生，其结果是，能够飞跃性地提高贵金属端头32的接合强度。而且，在本实施方式中，激光束的脉冲长度T设为IOms以上，并且在形成一个熔融区域35A时,在一个脉冲中的输出成为最大之后,在脉冲长度T的50%以上的时间以内，以一个脉冲中的最大输出的30%以下的输出来输出激光束。因此，能够更可靠地防止在固化时的熔融区域35A的急速的收缩，进而能够非常有效地抑制熔融部35的内部中的龟裂的发 生。另外，脉冲长度T设为30ms以下，因此能够更可靠地防止过大地形成多重熔融区域 35X。〔第2实施方式〕接着，说明第2实施方式。在本第2实施方式中，与述第I实施方式相比，构成接地电极27 (特别是，接合有贵金属端头32的基座部29)的金属材料的组成、以及基准线BL中经过多重熔融区域35X的部位的长度不同。即，在本第2实施方式中，成为使基座部29中的Al或Si的含量变得更多而得到的结构，Al和Si的总计含量设为O. 5质量％以上且I. 9质量％以下。另外，与基座部29中的Al或Si的总计含量的变更对应而设定上述多重熔融比例，在本第2实施方式中，多重熔融比例设为30%以下。此外，为了将多重熔融比例设为30%以下，在贵金属端头32相对于接地电极27的焊接时，与上述第I实施方式相比，进行使激光束的最大输出等稍微降低的调节等对应(其中，上述熔融部投影比例设为70%以上)。以上，根据本第2实施方式，更可靠地发挥因含有Al和Si而产生的耐氧化性的提高效果，并且抑制熔融部35的内部中的龟裂的发生，能够飞跃性地提高贵金属端头32的接合强度。〔第3实施方式〕接着，说明第3实施方式。在本第3实施方式中，与上述第I、第2实施方式相比，成为使基座部29中的Al或Si的含量变得更多而得到的结构，Al等总计含量设为O. 5质量％以上且5. O质量％以下。另外，与基座部29中的Al或Si的总计含量增大对应而设定上述多重熔融比例，在本第3实施方式中，多重熔融比例设为20%以下。其中，上述熔融部投影比例设为70%以上。以上，根据本第3实施方式，进一步可靠地发挥因含有Al和Si而产生的耐氧化性的提高效果，并且抑制熔融部35的内部中的龟裂的发生，能够有效提高贵金属端头32的接合强度。接着，为了确认上述实施方式所达到的作用效果，制作通过变更熔融部的熔入深度而对熔融部投影比例进行各种变更的火花塞的样品，对各样品进行实机冷热试验。实机冷热试验的概要如下。即，将样品安装于串联6气缸2000CC发动机，然后以在I分钟全开状态(5000rpm)下运转后、I分钟空转作为一个循环，实施100小时。经过100小时后，确认在熔融部与接地电极的边界部分、以及熔融部与贵金属端头的边界部分中有无龟裂。在此，在边界部分确认没有龟裂的样品的接合强度为优异而做出“〇”的评价，另一方面确认有龟裂的样品的接合强度变差而做出“ X ”的评价。表I表示实机冷热试验的试验结果。此外，各样品均将贵金属端头的外径设为O. 75mm。[表I]
权利要求
1.一种用于内燃机的火花塞，具有 棒状的中心电极，在轴线方向上延伸； 筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周； 筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周； 接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及 贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分， 上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分的金属材料的成分以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且 在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上， 上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述用于内燃机的火花塞的特征在于， 构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在铝和硅中至少含有硅，硅的含量为O. 4质量％以上，且铝和硅的总计含量为O. 5质量％以上且I. 6质量％以下， 上述熔融部通过多个熔融区域连接而形成，上述多个熔融区域通过间歇照射激光束或电子束而形成， 在上述熔融部的表面存在通过三个以上的熔融区域重叠而形成的多重熔融区域， 另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度设为上述基准线的长度的35%以下。
2.—种用于内燃机的火花塞，具有 棒状的中心电极，在轴线方向上延伸； 筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周； 筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周； 接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及 贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分， 上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分的金属材料的成分以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且 在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上， 上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述用于内燃机的火花塞的特征在于， 构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在铝和硅中至少含有硅，硅的含量为O. 4质量％以上，且铝和硅的总计含量为O. 5质量％以上且I. 9质量％以下， 上述熔融部通过多个熔融区域连接而形成，上述多个熔融区域通过间歇照射激光束或电子束而形成， 在上述熔融部的表面存在通过三个以上的熔融区域重叠而形成的多重熔融区域， 另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度设为上述基准线的长度的30%以下。
3.一种用于内燃机的火花塞，具有 棒状的中心电极，在轴线方向上延伸； 筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周； 筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周； 接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及 贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分， 上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分 的金属材料的成分以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且 在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上， 上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述用于内燃机的火花塞的特征在于， 构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在铝和硅中至少含有硅，硅的含量为O. 4质量％以上，且铝和硅的总计含量为O. 5质量％以上且5. O质量％以下， 上述熔融部通过多个熔融区域连接而形成，上述多个熔融区域通过间歇照射激光束或电子束而形成， 在上述熔融部的表面存在通过三个以上的熔融区域重叠而形成的多重熔融区域， 另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度设为上述基准线的长度的20%以下。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的用于内燃机的火花塞，其特征在于，上述贵金属端头至少设置于上述接地电极。
5.根据权利要求4所述的用于内燃机的火花塞，其特征在于，上述接地电极的基端部的截面积为3mm2以下。
6.一种火花塞的制造方法，该火花塞具有 棒状的中心电极，在轴线方向上延伸； 筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周； 筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周； 接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及 贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分， 上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分的金属材料的成分以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且 在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上， 上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述火花塞的制造方法的特征在于， 构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在铝和硅中至少含有硅，硅的含量为O. 4质量％以上，且铝和硅的总计含量为O. 5质量％以上且I. 6质量％以下， 在通过对上述对象部分与上述贵金属端头的接触面外边缘部间歇照射激光束或电子束形成多个熔融区域连接而成的上述熔融部、且在上述对象部分接合上述贵金属端头的工序中， 在上述熔融部的表面通过重叠三个以上的熔融区域形成多重熔融区域， 另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，照射激光束或电子束，以使上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度为上述基准线的长度的35%以下。
7.一种火花塞的制造方法，该火花塞具有 棒状的中心电极，在轴线方向上延伸； 筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周； 筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周； 接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及 贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分， 上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分的金属材料的成分以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且 在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上， 上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述火花塞的制造方法的特征在于， 构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在铝和硅中至少含有硅，硅的含量为O. 4质量％以上，且铝和硅的总计含量为O. 5质量％以上且I. 9质量％以下， 在通过对上述对象部分与上述贵金属端头的接触面外边缘部间歇照射激光束或电子束形成多个熔融区域连接而成的上述熔融部、且在上述对象部分接合上述贵金属端头的工序中， 在上述熔融部的表面通过重叠三个以上的熔融区域形成多重熔融区域， 另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，照射激光束或电子束，以使上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度为上述基准线的长度的30%以下。
8.一种火花塞的制造方法，该火花塞具有 棒状的中心电极，在轴线方向上延伸； 筒状的绝缘体，设置于上述中心电极的外周； 筒状的主体配件，设置于上述绝缘体的外周； 接地电极，设置于上述主体配件的前端部；以及 贵金属端头，由贵金属合金形成，并且设置于上述中心电极及上述接地电极中至少一者的对象部分， 上述贵金属端头经由熔融部接合到上述对象部分，上述熔融部含有构成上述对象部分的金属材料的成分以及构成上述贵金属端头的贵金属合金的成分，并且在沿着上述贵金属端头的中心轴且与上述中心轴正交的投影面上投影了上述贵金属端头及上述熔融部的投影面上， 上述贵金属端头与上述熔融部重叠的区域相对于投影上述贵金属端头而成的区域所占的比例为70%以上，上述火花塞的制造方法的特征在于， 构成上述对象部分的金属材料以镍为主成分，并且在铝和硅中至少含有硅，硅的含量为O. 4质量％以上，且铝和硅的总计含量为O. 5质量％以上且5. O质量％以下， 在通过对上述对象部分与上述贵金属端头的接触面外边缘部间歇照射激光束或电子束形成多个熔融区域连接而成的上述熔融部、且在上述对象部分接合上述贵金属端头的工序中， 在上述熔融部的表面通过重叠三个以上的熔融区域形成多重熔融区域， 另一方面，在采用经过各熔融区域的外表面上的各自的中心的线即基准线时，照射激 光束或电子束，以使上述基准线中经过上述多重熔融区域的部位的长度为上述基准线的长度的20%以下。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，激光束或电子束的脉冲长度设为IOms以上且30ms以下，并且 在一个脉冲中的输出成为最大之后，在上述脉冲长度的50%以上的时间以内，以一个脉冲中的最大输出的30%以下的输出照射激光束或电子束。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，激光束或电子束的脉冲长度设为IOms以上且30ms以下，并且 在一个脉冲中的输出成为最大之后，在上述脉冲长度的70%以上的时间以内，以一个脉冲中的最大输出的30%以下的输出照射激光束或电子束。
全文摘要
火花塞(1)具有中心电极(5)、接地电极(27)以及贵金属端头(32)。贵金属端头(32)经由熔融部(35)接合到两电极(5)、(27)中至少一者的对象部分。在投影面(PF)上，贵金属端头(32)与熔融部(35)重叠的区域(AR2)相对于贵金属端头(32)的投影区域(AR1)所占的比例设为70%以上。构成对象部分的金属材料在Al和Si中至少含有Si，Si的含量为0.4质量%以上，并且Al和Si的总计含量为0.5质量%以上且预定量以下。在熔融部(35)的表面存在多重熔融区域(35X)，基准线(BL)中经过多重熔融区域(35X)的部位的长度设为基准线(BL)的长度的预定值以下。由此，在接合对象含有Si等时，能够飞跃性地提高贵金属端头(32)的接合强度。
文档编号H01T13/20GK102859815SQ201180019420
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月15日 优先权日2010年4月16日
发明者鸟居计良, 铃木彰, 无笹守 申请人:日本特殊陶业株式会社