火花塞的制作方法

本发明涉及一种火花塞。

背景技术：

以往，为了提高火花塞的点火性，例如，有时增加对火花塞施加的点火能量(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－108465号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，为了增加点火能量，需要能够生成较大的能量的点火线圈等，点火系统整体的成本增加。因此，要求一种能够利用简单的结构来提高火花塞的点火性的技术。

用于解决问题的方案

本发明是为了解决上述问题而做成的，可以通过以下技术方案来实现。

(1)根据本发明的一技术方案，提供一种火花塞。该火花塞的特征在于，包括：筒状的主体金属配件；绝缘体，其自身的外周的至少一部分由所述主体金属配件保持，并且该绝缘体具有沿着轴线延伸的轴孔；中心电极，其设于所述轴孔；以及接地电极，其固定于所述主体金属配件，在与所述中心电极之间形成放电间隙；所述中心电极和所述接地电极中的至少一者具有朝向另一个电极突出并形成所述放电间隙的柱状的突出部，在所述突出部的侧面的局部具有凹坑，所述突出部包括：圆柱状的贵金属电极头，其位于所 述放电间隙侧；以及熔融部，其位于与所述贵金属电极头的所述放电间隙侧相反的那一侧，通过所述贵金属电极头与电极母材熔融而形成该熔融部，所述凹坑形成于所述熔融部，在将所述凹坑的从所述贵金属电极头的侧面算起的深度设为D、将所述贵金属电极头的直径为R时，满足以下条件(1)。

0.05mm≤D≤0.3×R···(1)

如果是这种技术方案的火花塞，由于在朝向放电间隙突出的突出部的侧面的局部形成有凹坑，因此能够利用该凹坑阻挡热量自突出部的顶端的散去，突出部的顶端能够保持较高的温度。其结果，电极的消焰作用降低，点火性提高。因此，能够利用简单的结构来提高火花塞的点火性。另外，由于凹坑形成于熔融部，因此能够容易地形成凹坑。另外，由于突出部具有贵金属电极头，因此能够提高电极的耐久性。另外，通过使凹坑的深度D与贵金属电极头的直径R满足上述条件(1)，能够良好地提高火花塞的点火性。

(2)在上述技术方案的火花塞中，也可以是，在将所述凹坑的开口部的、沿着所述突出部的中心轴线的方向上的尺寸设为T时，满足以下条件(2)。

T≥0.2mm···(2)

如果是这种技术方案的火花塞，则能够良好地提高火花塞的点火性。

(3)也可以是，上述技术方案的火花塞在所述突出部上具有多个所述凹坑。如果是这种技术方案的火花塞，则能够更良好地提高火花塞的点火性。

(4)在上述技术方案的火花塞中，也可以是，所述突出部位于中心电极上。如果是这种技术方案的火花塞，则能够降低中心电极的消焰作用。

(5)在上述技术方案的火花塞中，也可以是，所述突出部位于接地电极上。如果是这种技术方案的火花塞，则能够降低接地电极的消焰作用。

本发明除了利用上述火花塞的技术方案以外，还能利用例如火花塞的制造方法等各种技术方案来实现。

附图说明

图1是火花塞的局部剖视图。

图2是中心电极的顶端部分的立体图。

图3是用于说明突出部的各部分的尺寸的图。

图4是表示在熔融部上形成有多个凹坑的例子的图。

图5是表示第1点火性评价试验的试验结果的图表。

图6是表示第2点火性评价试验的试验结果的图表。

图7是表示第1振动评价试验的试验结果的图。

图8是表示第2振动评价试验的试验结果的图。

图9是表示第3点火性评价试验的试验结果的图表。

图10是表示第4点火性评价试验的试验结果的图表。

附图标记说明

3…陶瓷电阻；4…密封体；5…垫圈；6、7…环构件；8…板垫；9…滑石；10…绝缘体；12…轴孔；13…腿长部；14…轴孔内台阶部；15…电瓷台阶部；17…顶端侧主体部；18…后端侧主体部；19…中央主体部；20…中心电极；21…电极母材；22…芯材；23…凸缘部；30…接地电极；40…端子金属配件；50…主体金属配件；51…工具卡合部；52…安装螺纹部；53…弯边部；54…密封部；56…金属配件内台阶部；57…顶端面；58…压缩变形部；60…突出部；61…贵金属电极头；62…熔融部；63…凹坑；64…顶端面；65…高温部；100…火花塞。

具体实施方式

A.实施方式：

图1是本发明的一实施方式中的火花塞100的局部剖视图。火花塞100具有沿着轴线O延伸的细长形状。在图1中，单点划线所示的轴线O的右侧表示外观主视图，轴线O的左侧表示经过轴线O的剖视图。在以下说明中，将图1的上方侧称作火花塞100的顶端侧，将图1的下方侧称作后端侧。

火花塞100包括绝缘体10、中心电极20、接地电极30以及主体金属配件50。绝缘体10自身的外周的至少一部分由筒状的主体金属配件50来保持，并且绝缘体10具有沿着轴线O延伸的轴孔12。在该轴孔12内设有中心电极20。接地电极30固定于主体金属配件50的顶端面57，在与中心电极20之间形成放电间隙G。

绝缘体10是对以氧化铝为首的陶瓷材料进行烧制而形成的绝缘电瓷。绝缘体10是在中心形成有轴孔12的、筒状的构件，该轴孔12在顶端侧收纳中心电极20的一部分，在后端侧收纳端子金属配件40的一部分。在绝缘体10的轴向中央形成有扩大了外径的中央主体部19。在比中央主体部19靠端子金属配件40侧的位置形成有用于使端子金属配件40与主体金属配件50之间绝缘的后端侧主体部18。在比中央主体部19靠中心电极20侧的位置形成有外径比后端侧主体部18的外径小的顶端侧主体部17，在比顶端侧主体部17进一步靠顶端的位置形成有外径比顶端侧主体部17小且越朝向中心电极20侧去外径越小的腿长部13。

主体金属配件50是包围并保持从绝缘体10的后端侧主体部18的一部分到腿长部13的部位的、圆筒状的金属配件。主体金属配件50例如由低碳钢形成，整体被实施了镀镍、镀锌等镀敷处理。主体金属配件50从后端侧依次包括工具卡合部51、密封部54以及安装螺纹部52。在工具卡合部51能嵌合用于将火花塞100安装于发动机缸盖的工具。安装螺纹部52具有能螺合于发动机缸盖的安装螺纹孔内的螺纹牙。密封部54呈凸缘状形成于安装螺纹部52的根部。在密封部54与发动机缸盖之间嵌插有使板体弯折而形成的环状的垫圈5。主体金属配件50的顶端面57是中空的圆状，从其中央突出有绝缘体10的腿长部13和中心电极20。

在主体金属配件50的比工具卡合部51靠后端侧的位置设有厚度较薄的弯边部53。另外，在密封部54与工具卡合部51之间设有厚度与弯边部53同样较薄的压缩变形部58。在主体金属配件50的从工具卡合部51到弯边部53的部位的内周面与绝缘体10的后端侧主体部18的外周面之间设有圆环状的环构 件6、7，而且在两环构件6、7之间填充有滑石(talc)9的粉末。在制造火花塞100时，通过将弯边部53向内侧弯折并向顶端侧按压，从而压缩变形部58发生压缩变形，利用该压缩变形部58的压缩变形，并且借助环构件6、7和滑石9，在主体金属配件50内朝向顶端侧按压绝缘体10。通过该按压，滑石9在轴线O方向被压缩从而主体金属配件50内的气密性得到提高。

在主体金属配件50的内周，位于绝缘体10的腿长部13的基端的电瓷台阶部15隔着环状的板垫8按压于在安装螺纹部52所处的位置形成的金属配件内台阶部56。该板垫8是用于保持主体金属配件50与绝缘体10之间的气密性的构件，防止燃烧气体的流出。

接地电极30由耐腐蚀性高的金属形成。例如，因科镍合金(商标名)600、因科镍合金601等以镍为主要成分的镍合金可作为耐腐蚀性高的金属。接地电极30的基端焊接于主体金属配件50的顶端面57。在本实施方式中，接地电极30的中间部分以接地电极30的顶端部分的一侧面与中心电极20面对的方式弯曲。接地电极30也可以是以上述镍合金为母材并在其内部埋入了铜、铜合金的双层结构，也可以是还在铜、铜合金的内部埋入了镍或镍合金的三层结构。另外，主要成分是指在该物体的成分中质量％最多的成分，其比例并不限于超过50质量％。

中心电极20是在电极母材21的内部埋设有导热性比电极母材21的导热性优异的芯材22的、棒状的构件。电极母材21由以镍为主要成分的镍合金形成，芯材22由铜或以铜为主要成分的合金形成。

在中心电极20的后端部附近形成有呈向外周侧突出的形状的凸缘部23。凸缘部23从后端侧抵接于形成在轴孔12的轴孔内台阶部14，从而在绝缘体10内定位中心电极20。中心电极20的后端部借助陶瓷电阻3和密封体4电连接于端子金属配件40。

图2是中心电极20的顶端部分的立体图。在本实施方式中，中心电极20在其顶端部分具有柱状的突出部60，该柱状的突出部60朝向作为另一个电极的接地电极30突出，并且形成放电间隙G。突出部60包括：圆柱状的贵金属 电极头61，其位于放电间隙G侧：熔融部62，其位于与贵金属电极头61的放电间隙G侧相反的那一侧，通过电极母材21与贵金属电极头61熔融而形成该熔融部62。贵金属电极头61例如由白金(Pt)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)或这些金属的合金形成。在本实施方式中，电极母材21具有比突出部60大的直径。电极母材21的顶端形成为锥形状，并连接于熔融部62。

在突出部60的侧面设有凹坑63。在本实施方式中，凹坑63形成于熔融部62。熔融部62通过以下方式形成：通过使电极母材21和贵金属电极头61以这些构件的中心轴线C为中心进行旋转，并且使用脉冲振荡激光装置对这些构件的交界进行多次激光照射，从而形成熔融部62。在本实施方式中，通过提高激光照射的任意一次的输出，从而在熔融部62上形成凹坑63。为了将凹坑63形成为圆形，优选的是提高激光照射的最后一次的输出。用于形成凹坑63的激光的输出预先确定，以使凹坑63的尺寸满足后述的条件(1)、(2)。在本实施方式中，电极母材21和贵金属电极头61的中心轴线C、即突出部60的中心轴线C与轴线O一致。

图3是说明突出部60的各部分的尺寸的图。突出部60的高度H、即从贵金属电极头61的顶端面64到熔融部62的后端的沿着中心轴线C的尺寸一般为0.5mm～2.5mm，在本实施方式中为2.5mm。

在本实施方式中，在将贵金属电极头61的直径设为R时，优选的是凹坑63的深度D满足以下条件(1)。凹坑63的深度D是指从贵金属电极头61的侧面朝向中心轴线C的方向的深度。另外，贵金属电极头61的直径R为0.17mm以上。

0.05mm≤D≤0.3×R···(1)

另外，在本实施方式中，在将凹坑63的开口部的沿着突出部60的中心轴线C的方向上的尺寸设为T时，优选的是尺寸T满足以下条件(2)。以下，将尺寸T称作开口高度T。

T≥0.2mm···(2)

后面说明突出部60的凹坑63的尺寸优选满足上述条件(1)、(2)的理 由。

根据以上说明的本实施方式的火花塞100，由于在设于中心电极20的顶端部分的突出部60的侧面的局部形成有凹坑63，因此能够利用该凹坑63阻挡热量自中心电极20的顶端散去，能够保持较高的中心电极20的顶端的温度。其结果，中心电极20的消焰作用降低，点火性提高。更具体地说，由于与凹坑63相比沿着中心轴线C靠顶端侧的部分即高温部65(图3)被凹坑63阻挡了散热，因此在该部分，电极表面的温度局部升高，热电子放出性变良好。这样的话，在高温部65附近易于放电，在高温部65附近易于形成初始火炎。这样的话，高温部65与其他部分相比处于高温，因此消焰效果变小，点火性提高。因而，根据本实施方式，能够利用在设于中心电极20的顶端部分的突出部60上形成凹坑63这样的简单的结构来提高火花塞100的点火性。另外，在本实施方式中，不是将凹坑设于突出部60的侧面的整周，而是设于局部，因此与在整周设置凹坑的情况相比，能够容易地生成局部成为高温的部分，能够有效地提高点火性。

另外，在本实施方式中，由于在熔融部62上形成凹坑63，因此仅靠调整激光装置的输出就能够容易地形成凹坑63。因此，能够抑制为了形成凹坑63而使制造成本增加的情况。另外，在本实施方式中，由于在中心电极20上具有贵金属电极头61，因此能够提高中心电极20的耐久性。

另外，在本实施方式中，在突出部60上仅形成有一个凹坑63。与此相对，凹坑63也可以形成有多个。在图4中，示出了在突出部60上形成有两个凹坑63的例子。在形成多个凹坑63的情况下，可以以突出部60的中心轴线C为中心在突出部60的侧面上以等间隔配置各个凹坑63。另外，凹坑63彼此可以以不接触的方式相接近地配置。

在本实施方式中，“在突出部60的侧面的局部上具有凹坑63”是指在突出部60的侧面整周的、除凹坑63以外的部分上没有凹坑的意思。即，除凹坑63以外的部分是指外径恒定或者相对于电极头直径R的直径差小于0.05mm。

B.试验结果：

以下，根据各种试验结果，说明凹坑63的尺寸优选满足上述条件(1)、(2)的理由。

B1.第1点火性评价试验：

图5是表示第1点火性评价试验的试验结果的图表。在该第1点火性评价试验中，准备凹坑63的深度D不同的多个火花塞100的样品(深度D分别为0mm、0.02mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.10mm)，在将各个样品安装于排气量2.0L的4缸发动机的基础上，将点火时机设为MBT(最佳点火位置)并使发动机以转速1500rpm运转。然后，慢慢地增大空燃比，即，使燃料变稀薄，并且按照各个空燃比测量燃烧变化率(COV)，将燃烧变化率超过5％时的空燃比(A/F)作为点火极限空燃比表示在图表中。另外，在该试验中使用的样品均是贵金属电极头61的直径R为0.4mm，凹坑的开口高度T为0.2mm，突出部60的高度H为2.5mm，凹坑的数量为一个。另外，图5所示的各个值均表示对各个样品进行了3次测量的平均值。

如图5所示，根据该第1点火性评价试验得到的结果是，与凹坑63的深度D小于0.05mm时相比，凹坑63的深度D为0.05mm以上时，点火极限空燃比较大、点火性优异。

B2.第2点火性评价试验：

图6是表示第2点火性评价试验的试验结果的图表。在该第2点火性评价试验中，对于将贵金属电极头61的直径R设为1.2mm、将其他条件设为与第1点火性评价试验中的各个样品相同的条件的各个样品，进行了与第1点火性评价试验相同的试验。图6所示的各个值均表示对各个样品进行了3次测量的平均值。

如图6所示，根据该第2点火性评价试验得到的结果也与第1点火性评价试验相同地是，与凹坑63的深度D小于0.05mm时相比，凹坑63的深度D为0.05mm以上时，点火极限空燃比较大、点火性优异。因而，根据第1点火性评价试验和第2点火性评价试验，能够确认上述条件(1)中的凹坑63的深度D的下限值优选为0.05mm。

B3.第1振动评价试验：

图7是表示第1振动评价试验的试验结果的图。在该第1振动评价试验中，对于将贵金属电极头61的直径R设为0.4mm的各个样品，使其凹坑63的深度D发生各种变化，从而准备突出部60相对于直径R的残存率不同的多个样品(残存率分别为65％、70％、75％、80％、100％)。残存率是指从贵金属电极头61的直径R中减去凹坑63的深度D后的值Z(参照图3)相对于直径R的比例。而且，在本试验中，将这些样品安装于超声波振动试验机，将振动频率设为27.3kHz并使其振动600秒。27.3kHz这样的频率是根据一般的贵金属电极头的共振频率所确定的值。该试验的结果是，在贵金属电极头61与电极母材21之间的熔融部62产生了破损时，在图7中表示为“×”，在熔融部62不产生破损时，表示为“○”。另外，形成于各个样品的凹坑63的开口高度T为0.2mm，凹坑63的数量为一个，突出部60的高度H为2.5mm。另外，图7所示的试验结果是，均对同样条件下的样品进行了3次试验，如果在一次试验中就产生了破损，则作为试验结果标记为“×”。

如图7所示，根据该第1振动评价试验得到的结果是，在贵金属电极头61的直径R为0.4mm的情况下，如果残存率为70％以上、即凹坑63的深度D相对于贵金属电极头61的直径R为30％以下，则不会产生破损。

B4.第2振动评价试验：

图8是表示第2振动评价试验的试验结果的图。在该第2振动评价试验中，对于将贵金属电极头61的直径R设为1.2mm的各个样品，进行了与第1振动评价试验相同的试验。图8所示的试验结果是，均对同样条件下的样品进行了3次试验，如果在一次试验中就产生了破损，则作为试验结果标记为“×”。

如图8所示，根据该第2振动评价试验得到的结果是，即使在贵金属电极头61的直径R为1.2mm的情况下，也与第1振动评价试验相同地，如果残存率为70％以上、即凹坑63的深度D相对于贵金属电极头61的直径R为30％以下的话，则不会产生破损。因而，根据第1振动评价试验和第2振动评价试验，能够确认到上述条件(1)中的凹坑63的深度D的上限值优选为0.3×R。

根据以上说明的第1点火性评价试验、第2点火性评价试验、第1振动评价试验以及第2振动评价试验能够理解到的是，通过将凹坑63以满足上述条件(1)的方式形成于突出部60，能够抑制突出部60的破损，并且能够良好地提高点火性。

B5.第3点火性评价试验：

图9是表示第3点火性评价试验的试验结果的图表。在该第3点火性评价试验中，准备凹坑63的开口高度T彼此不同的多个火花塞100的样品(T分别为0mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm)，对各个样品进行与第1点火性评价试验相同内容的试验。在该试验中使用的样品均是贵金属电极头61的直径R为0.4mm，凹坑63的深度D为0.05mm，突出部60的高度H为2.5mm，凹坑63的数量为一个。图9所示的各个值均表示对各个样品进行了3次测量后的平均值。

如图9所示，根据该第3点火性评价试验得到的结果是，与凹坑63的开口高度T小于0.2mm时相比，凹坑63的开口高度T为0.2mm以上时，点火极限空燃比较大、点火性优异。因而能够理解到，若凹坑63的开口高度T满足上述条件(2)，则点火性良好地提高。

B6.第4点火性评价试验：

图10是表示第4点火性评价试验的试验结果的图表。在该第4点火性评价试验中，准备多个在隔着突出部60的中心轴线C对称的位置配置有同一形状的两个凹坑63的样品，并进行了与第1点火性评价试验相同的试验。各个样品的条件除了凹坑63的数量以外，与第1点火性评价试验中的各个样品相同。图10所示的各个值均表示对各个样品进行了3次测量后的平均值。另外，在图10中，示出了第4点火性评价试验的试验结果(凹坑的数量：2个)，并且，为了参考还示出了第1点火性评价试验的试验结果(凹坑的数量：1个)。

如图10所示，根据该第4点火性评价试验可确认的是，对于形成于突出部60的凹坑63的数量而言，相比于一个，更优选为多个，特别是在凹坑63的深度D为0.05mm以上时是明显优选的。另外，在本试验中，将两个凹坑63配 置在隔着突出部60的中心轴线C对称的位置，但是为了局部生成高温的部分，也可以将凹坑63彼此以不接触的方式相接近地配置。

C.变形例：

＜第1变形例＞

在上述实施方式中，在突出部60上具有圆柱状的贵金属电极头61。与此相对，贵金属电极头61也可以不是圆柱状。另外，在突出部60上也可以没有贵金属电极头61。在该情况下，突出部60由电极母材21所形成，凹坑63形成于电极母材21的侧面。

＜第2变形例＞

在上述实施方式中，在激光焊接时形成了突出部60的凹坑63。与此相对，凹坑63例如既可以使用钻头等通过切削加工来形成，也可以通过冲孔加工来形成。

＜第3变形例＞

在上述实施方式中，在中心电极20上具有突出部60。与此相对，例如，也可以在接地电极30侧具有突出部。具体地说，例如，在接地电极30的内侧面上，设置由与接地电极30的母材相同种类的材料所形成的中间构件作为电极母材，在该中间构件上焊接贵金属电极头，在中间构件与贵金属电极头之间的接合部分形成熔融部。然后，在该熔融部上形成与图2和图3相同形状的凹坑。如果是这种结构，则接地电极30的顶端保持较高的温度，因此接地电极30的消焰作用降低，点火性提高。另外，并不限于在中心电极20的顶端部分与接地电极30的顶端部分中的任一者上设有突出部，也可以在这两者上都设有突出部。

本发明并不限于上述实施方式、变形例，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构来实现。例如，为了解决上述问题的一部分或全部，或者为了达到上述效果的一部分或全部，与发明内容栏所记载的各个技术方案中的技术特征对应的实施方式、变形例的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，该技术特征如果在本说明书中没有被说明是必需特征，则能够适当地进行删 除。