火花塞及其制造方法与流程

本发明涉及在接地电极设有端头的火花塞及其制造方法。

背景技术：

在机动车发动机等内燃机中，通常使用Ni合金等作为形成中心电极及接地电极的材料。关于耐氧化性及耐消耗性，Ni合金比以Pt及Ir等贵金属为主成分的贵金属合金稍差。然而，由于比贵金属廉价，因此优选使用作为形成接地电极及中心电极的材料。

然而，在由Ni合金等形成的接地电极的前端部与中心电极的前端部之间产生火花放电时，在接地电极与中心电极相对的各自的前端部容易产生火花消耗。因此，有时采用如下的方法：在接地电极与中心电极相对的各自的前端部设置贵金属制的端头，通过该端头产生火花放电，由此提高接地电极及中心电极的耐消耗性。

作为形成该端头的材料，可列举Ir、Ir合金、Pt合金等(例如专利文献1)。作为将端头接合于中心电极及接地电极的方法，通常为阻焊。然而，接合强度有时变得不充分，对于此进行了各种尝试。

例如，在专利文献2中记载了如下的内燃机用火花塞：“一种内燃机用火花塞，具备：板状的缓和层端头，被阻焊成埋设于所述接地电极的前端部的状态；贵金属端头，具有被阻焊于所述缓和层端头的中心电极侧的部位及所述接地电极中的所述缓和层端头的中心电极侧的部位的外周侧的部位上的一端面、及与所述中心电极的前端部之间形成间隙的另一端面，其中，所述贵金属端头由以铂为主成分的铂合金构成，并且所述缓和层端头由具有形成所述贵金属端头的铂合金与形成所述接地电极的金属材料之间的线膨胀系数的铂合金构成，所述缓和层端头中的与所述贵金属端头接合的部位的面积比所述贵金属端头的一端面的面积小，并且在所述接地电极与所述贵金属端头的交界部的外周部分的整个区域设有至少所述贵金属端头和所述接地电极通过激光焊接发生熔融而成的熔融部”(专利文献2的权利要求1)。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开昭58-198886号公报

【专利文献2】国际公开第2010/058835号公报

技术实现要素：

然而，近年来，在机动车发动机等内燃机中，为了实现其高输出化或燃油经济性提高，向设置在燃烧室内的火花塞周边直接喷射燃料的发动机或以稀薄燃烧这样的高氧气氛下的燃烧条件运转的情况处于变多的倾向。在这样的条件下，端头容易氧化消耗，因此优选使用由含有与耐火花消耗性优异的Ir合金等相比耐氧化性优异的Pt或Rh的合金构成的端头。

然而，由这样的含有Pt及Rh的合金构成的端头如图7(a)所示在严苛的反复冷热循环的特定的条件下，中央部鼓出而变形为凸状的形状，由此可知火花放电间隔缩小而引燃性下降或者端头从电极剥离。

在端头及电极产生的热应力越大，上述那样的现象越容易发生。例如，在通过激光焊接将端头接合于电极的情况下，在通过激光焊接形成的熔融部能够减轻热应力，因此上述那样的现象不会发生。因此，可考虑通过改换为阻焊或者在阻焊的基础上进行激光焊接，由此减轻热应力，避免发生上述现象。然而，当将端头利用激光焊接接合于电极时，作为电极的性能反而会下降。例如，将高度小且宽度大的端头通过激光焊接而接合于电极的情况下，熔融部在有助于火花放电的端头的放电面露出，因此在该熔融部处端头容易消耗。这样，在将高度小且宽度大的端头接合于电极的情况等特定的条件下，通过将端头利用激光焊接进行接合无法解决所述问题，因此期望基于其他的手段的解决。

本发明目的在于提供一种能够抑制在严苛的反复冷热循环的特定的条件下产生的利用与激光焊接不同的方法接合的端头的变形及剥离的火花塞及其制造方法。

用于解决所述课题的方案为，

(1)一种火花塞，具备中心电极、与所述中心电极隔着间隙配置的接地电极以及接合在所述接地电极的与所述中心电极相对的相对面上的端头，其中，

所述端头具有放电层和缓和层，

所述缓和层由Pt-Ni合金形成并且经由扩散层而接合于所述相对面，

所述扩散层具有从所述接地电极侧朝向所述缓和层侧而Pt的含有率增大和/或Ni的含有率减少的倾斜组成，

所述放电层由Pt-Rh合金形成，并且经由包覆扩散层而接合在所述缓和层的与接合所述接地电极的一侧相反的一侧，

所述包覆扩散层具有从所述缓和层侧朝向所述放电层侧而Pt的含有率增大和/或Ni的含有率减少的倾斜组成，

以与所述相对面平行的面切断所述放电层时得到的多个截面的平均截面积为Amm²，以与所述相对面平行的面切断所述缓和层时得到的多个截面的平均截面积为Bmm²时，满足0.81≤A/B≤1.21。

作为所述(1)的优选的形态，可列举如下的形态。

(2)所述包覆扩散层的厚度为Cμm，所述扩散层的厚度为Dμm时，满足C>D。

(3)在所述(1)或(2)的火花塞中，所述放电层的Pt及Rh的合计含有率为90质量％以上。

用于解决所述另一课题的方案为，

(4)一种火花塞的制造方法，是所述(1)～(3)中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

在将所述放电层与所述缓和层通过固相扩散接合来接合而形成了所述端头之后，将所述缓和层与所述相对面通过固相扩散接合来接合。

本发明的火花塞具有端头，该端头具有由Pt-Rh合金形成的放电层和由Pt-Ni合金形成的缓和层，以与所述所述相对面平行的面切断所述放电层时得到的多个截面的平均截面积A和以与所述相对面平行的面切断所述缓和层时得到的多个截面的平均截面积B之比A/B满足0.81≤A/B≤1.21，因此能够抑制端头的变形及剥离。

本发明的火花塞的制造方法将所述放电层与所述缓和层通过固相扩散接合来接合而形成了所述端头之后，将所述缓和层与所述相对面通过固相扩散接合来接合，因此能够将包覆扩散层和扩散层形成为包覆扩散层的厚度C大于扩散层的厚度D。包覆扩散层配置在比扩散层靠燃烧室内的内部处，放置在严苛的环境下，因此在包覆扩散层产生裂纹的情况下，与扩散层未产生裂纹的情况相比，裂纹进展且端头剥离的可能性升高。根据本发明的火花塞的制造方法，能够容易将包覆扩散层和扩散层形成为包覆扩散层的厚度C大于扩散层的厚度D，因此能够抑制在放置于严苛的环境下的包覆扩散层产生裂纹的情况，而且，能够抑制裂纹的进展及端头的剥离。

附图说明

图1是本发明的火花塞的一实施例的火花塞的局部剖视说明图。

图2是将图1所示的火花塞的接地电极和端头放大表示的剖视说明图。

图3是表示另一实施方式的端头的剖视说明图。

图4是表示另一实施方式的端头的剖视说明图。

图5是表示另一实施方式的端头的剖视说明图。

图6是表示另一实施方式的端头的剖视说明图。

图7(a)是表示由Pt-Rh合金构成的圆盘状的端头发生了变形的状态的剖视说明图。图7(b)是表示由Pt-Ni合金构成的圆盘状的端头发生了变形的状态的剖视说明图。

图8是表示通过附属于EPMA的WDS对端头的研磨面进行了线分析时的元素的含有率I与分析线的距离X的关系的概略说明图。

具体实施方式

本发明的火花塞的一实施例的火花塞1如图1所示。图1是本发明的火花塞的一实施例即火花塞1的局部剖视整体说明图。需要说明的是，在图1中，以纸面下方即配置后述的接地电极的一侧为轴线O的前端方向并以纸面上方为轴线O的后端方向进行说明。

如图1所示，该火花塞1具备：具有沿轴线O方向延伸的轴孔2的大致圆筒形状的绝缘体3；配置在所述轴孔2内的前端侧的大致棒状的中心电极4；配置在所述轴孔2内的后端侧的端子配件5；配置在所述轴孔2内的所述中心电极4与所述端子配件5之间的连接部6；保持所述绝缘体3的大致圆筒形状的主体配件7；一端部接合于所述主体配件7的前端且另一端部隔着间隙而与所述中心电极4相对地配置的接地电极8；设于所述接地电极8的端头9。

绝缘体3具有沿轴线O方向延伸的轴孔2，具有大致圆筒形状。绝缘体3具备后端侧主体部11、大径部12、前端侧主体部13、长腿部14。后端侧主体部11收容端子配件5，将端子配件5与主体配件7绝缘。大径部12配置在比该后端侧主体部11靠前端侧处，向径向外方突出。前端侧主体部13配置在该大径部12的前端侧，具有比大径部12小的外径，并收容连接部6。长腿部14配置在该前端侧主体部13的前端侧，具有比前端侧主体部13小的外径及内径，并收容中心电极4。绝缘体3以绝缘体3的前端方向的端部从主体配件7的前端面突出的状态固定于主体配件7。绝缘体3优选由具有机械强度、热强度、电绝缘性的材料形成。作为这样的材料，可列举例如以氧化铝为主体的陶瓷烧结体。

连接部6配置在轴孔2内的中心电极4与端子配件5之间，将中心电极4及端子配件5固定在轴孔2内并将它们电连接。

主体配件7具有大致圆筒形状，以通过内装绝缘体3而保持绝缘体3的方式形成。在主体配件7的前端方向的外周面形成有螺纹部24。利用该螺纹部24在未图示的内燃机的缸盖上装配火花塞1。主体配件7在螺纹部24的后端侧具有凸缘状的气体密封部25，在气体密封部25的后端侧具有用于将扳手和活扳手等工具卡合的工具卡合部26，在工具卡合部26的后端侧具有敛缝部27。螺纹部24的内周面的前端侧相对于长腿部14以具有空间的方式配置。主体配件7可以由导电性的钢铁材料例如低碳钢形成。

端子配件5是用于将在中心电极4与接地电极8之间进行火花放电用的电压从外部向中心电极4施加的端子。端子配件5以其一部分从绝缘体3的后端侧露出的状态插入到轴孔2内并通过连接部6固定。端子配件5可以由低碳钢等金属材料形成。

中心电极4具有与连接部6相接的后端部28和从所述后端部28向前端侧延伸的棒状部29。中心电极4以其前端从绝缘体3的前端突出的状态固定在绝缘体3的轴孔2内，相对于主体配件7被保持绝缘。中心电极4的后端部28和棒状部29可以通过Ni合金等的使用于中心电极4的公知的材料形成。中心电极4可以通过外层和芯部形成，该外层由Ni合金等形成，该芯部由导热率比Ni合金高的材料形成，以同心地埋入到该外层的内部的轴心部的方式形成。作为形成芯部的材料，可列举例如Cu、Cu合金、Ag、Ag合金、纯Ni等。

接地电极8形成为大致棱柱形状，一端部接合于主体配件7的前端部，在中途弯曲成大致L字状，另一端部以与中心电极4的前端之间隔着间隙相对的方式形成。接地电极8可以通过以Ni为主成分的Ni合金等的使用于接地电极8的公知的材料形成。而且，可以与中心电极4同样地通过外层和芯部形成，该外层由Ni合金等形成，该芯部由导热率比Ni合金高的材料形成，以同心地埋入到该外层的内部的轴心部的方式形成。

如图2所示，端头9在该实施方式中为圆盘状，设置在接地电极8的与中心电极4相对的相对面31上。端头9具有放电层40和缓和层50。缓和层50经由扩散层70而接合于接地电极8的相对面31，放电层40经由包覆扩散层而接合于缓和层50的与接合接地电极8的一侧相反的一侧。

如前所述，发明者们对于由Pt-Rh合金构成的圆盘状的端头固相扩散接合于接地电极的火花塞，在严苛的反复冷热循环的环境下进行了耐久试验时，如图7(a)所示可知，端头的中央部鼓出而变形为凸状的形状。这样端头的形状变形为凸状时，火花放电间隔G缩小而引燃性下降，而且，端头从电极剥离。另一方面，对于由Pt-Ni合金构成的圆盘状的端头固相扩散接合于接地电极的火花塞，在严苛的反复冷热循环的环境下进行了耐久试验时，端头不像Pt-Rh合金那样变形，但是如图7(b)所示可知，由固相扩散接合产生的限制弱的外周部变形，成为端头的中央部凹陷的凹状的形状。因此，发明者们使严苛的反复冷热循环的环境下取为相反的变形方式的Pt-Rh合金与Pt-Ni合金一体化，由此认为能够抑制端头的变形及剥离，完成了本发明。即，将通过Pt-Rh合金形成的放电层40配置在进行火花放电的一侧，将由Pt-Ni合金构成的缓和层50配置在与接地电极8接合的一侧而形成了一体化的端头9。而且，在来到本发明的过程中，如后所述可知，在Pt-Rh合金的平均截面积A与Pt-Ni合金的平均截面积B之比A/B处于特定的范围时才能够抑制端头的变形及剥离。

以下，详细说明本实施方式的端头9。

放电层40由Pt-Rh合金形成。即，放电层40中，Pt的质量含有率最多，Rh的质量含有率第二多。具体而言，放电层40中，Pt的含有率优选为60质量％以上且95质量％以下，Rh的含有率优选为5质量％以上且40质量％以下。放电层40由Pt-Rh合金形成，因此耐氧化性及耐火花消耗性优异。尤其是放电层40中的Pt及Rh的含有率处于所述范围时，耐氧化性及耐消耗性更优异。放电层40形成与中心电极4之间进行火花放电的放电面41。端头9的放电面41由耐氧化性及耐火花消耗性优异的Pt-Rh合金形成，因此耐氧化性及耐火花消耗性优异。Pt与Rh的合计含有率优选为90质量％以上。Pt与Rh的合计含有率为90质量％以上时，中心电极4的前端与端头9的放电面41之间的距离即火花放电间隔G比较大，即使在负载作用于接地电极8的情况下也能够维持端头9的耐消耗性。端头9作为Pt及Rh以外含有的元素，可列举例如从Ru、Pd、Ni、W、Os、Al及Y等中选择的至少1种元素。

缓和层50由Pt-Ni合金形成。即，缓和层50中，Pt的质量含有率最多，Ni的质量含有率第二多。具体而言，缓和层50中，Pt的含有率优选为60质量％以上且95质量％以下，Ni的含有率优选为5质量％以上且40质量％以下。缓和层50由Pt-Ni合金形成，因此与通过Pt-Rh合金形成的放电层40相比，熔点低，耐火花消耗性差。然而，缓和层50由于配置在放电层40与接地电极8之间，因此在有助于火花放电的面未露出，即使耐火花消耗性比放电层40差，作为电极的性能也几乎不下降。而且，如上所述，通过Pt-Ni合金形成的缓和层50在严苛的反复冷热循环的环境下容易成为中央部凹陷的凹状的形状。端头9使容易成为凸状的形状的放电层40与容易成为凹状的形状的缓和层50一体化而形成，由此能够抑制端头9的变形及剥离。

放电层40及缓和层50包含的各成分的含有率可以如下求出。首先，经过端头9的中心，以与放电层40及缓和层50的层叠方向平行的面将端头9切断，使切断面露出。对该切断面进行镜面加工而形成研磨面。在放电层40的研磨面中，在除了放电层40与缓和层50的交界附近的任意的5个部位的测定点进行成分分析，将得到的测定值的算术平均值作为放电层40含有的各成分的含有率。而且，在缓和层50的研磨面中，在除了放电层40与缓和层50的交界附近及缓和层50与接地电极8的交界附近之外的任意的5个部位的测定点进行成分分析，将得到的测定值的算术平均值作为缓和层50含有的各成分的含有率。需要说明的是，成分分析通过附属于电子线微量分析器(EPMA：Electron Probe Micro Analyzer)的波长分散型X线分光器(WDS：Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer)进行。

该实施方式的端头9将具有同一形状的放电层40与缓和层50接合而形成圆盘状的端头，但是放电层40与缓和层50的形状和/或大小也可以不同。而且，放电层40及缓和层50的形状并未特别限定为圆盘状，可以是椭圆盘状、方盘状、圆锥台形状、椭圆锥台形状、棱锥台形状、倒圆锥台形状、倒椭圆锥台形状及倒棱锥台形状等，可以将这样的具有不同的形状及大小的放电层与缓和层任意组合来形成端头。例如，图3所示的端头309将圆盘状的放电层340与具有比放电层340大的直径的圆盘状的缓和层350以各自的轴线一致的方式层叠而形成端头309。而且，图4所示的端头409将圆盘状的放电层440与具有比放电层440小的直径的圆盘状的缓和层450以各自的轴线一致的方式层叠而形成端头409。而且，图5所示的端头509将圆盘状的放电层540与圆锥台形状的缓和层550以各自轴线一致的方式层叠而形成端头509。

端头9中，以与相对面31平行的面切断放电层40时得到的多个截面的平均截面积为Amm²，以与相对面31平行的面切断缓和层50时得到的多个截面的平均截面积为Bmm²时，满足0.81≤A/B≤1.21。接合于接地电极8的端头9在暴露于严苛的反复冷热循环的环境下的情况下，若A/B小于0.81，则放电层40容易从缓和层50剥离。若A/B大于1.21，则端头9变形为凸状的形状，火花放电间隔G缩小而引燃性下降。另一方面，若A/B为0.81以上且1.21以下，则能够抑制端头9的变形及剥离。

放电层40及缓和层50各自的平均截面积A、B可以如下求出。对于缓和层50，利用X线CT扫描仪从相对面31侧朝向放电层40侧等间隔地拍摄与相对面31平行的断层图像，得到多个断层图像。得到的多个断层图像中的缓和层50的面积的算术平均值作为平均截面积B。同样，对于放电层40，利用X线CT扫描仪从缓和层50侧朝向放电面41侧等间隔地拍摄与相对面31平行的断层图像，得到多个断层图像。将得到的多个断层图像的放电层40的面积的算术平均值作为平均截面积A。

如图2所示，缓和层50与接地电极8的相对面31经由扩散层70而接合。缓和层50与放电层40经由扩散层60(以下，称为包覆扩散层60)而接合。扩散层70通过利用固相扩散接合将缓和层50与接地电极8的相对面31接合而形成。包覆扩散层60通过利用固相扩散接合将缓和层50与放电层40接合而形成。作为固相扩散接合，可列举例如阻焊、摩擦搅拌接合及热压接等。阻焊是大电流流过接合的构件之间，通过产生的电阻热进行加热，施加压力而进行的接合方法。摩擦搅拌接合是在接合的构件的接合面处，边按压接合用工具，边使接合用工具旋转，由此产生摩擦热，通过该摩擦热使接合部分软化，通过对该部分进行搅拌而将构件彼此接合的接合方法。热压接是对于接合的构件，以构件的熔点以下的适当的温度，边施加压力边使构件紧贴，使构件产生塑性变形而进行的接合方法。

扩散层70从所述接地电极8侧朝向所述缓和层50侧具有Pt的含有率增大和/或Ni的含有率减少的倾斜组成。如前所述，接地电极8由Ni合金等形成，而且，缓和层50由Pt-Ni合金形成。因此，当缓和层50与接地电极8的相对面31通过固相扩散接合而接合时，在缓和层50的Pt的含有率比接地电极8的Pt的含有率大的情况下，Pt从缓和层50朝向接地电极8扩散，而且，在接地电极8的Ni的含有率比缓和层50的Ni的含有率大的情况下，Ni从接地电极8朝向缓和层50扩散。其结果是，在缓和层50与接地电极8之间形成具有前述的倾斜组成的扩散层70。

包覆扩散层60从所述缓和层50侧朝向所述放电层40侧具有Pt的含有率增大和/或Ni的含有率减少的倾斜组成。如前所述，缓和层50由Pt-Ni合金形成，而且，放电层40由Pt-Rh合金形成。因此，当缓和层50与放电层40通过固相扩散接合而接合时，在放电层40的Pt的含有率比缓和层50的Pt的含有率大的情况下，Pt从放电层40朝向缓和层50扩散，而且，在缓和层50的Ni的含有率比放电层40的Ni的含有率大的情况下，Ni从缓和层50朝向放电层40扩散。其结果是，在放电层40与缓和层50之间形成具有前述的倾斜组成的包覆扩散层60。

缓和层50与接地电极8优选仅通过固相扩散接合来接合。即，优选在缓和层50与接地电极8之间仅形成具有通过固相扩散接合形成的倾斜组成的扩散层70，而不存在通过激光焊接等形成的熔融部。通过激光焊接等形成的熔融部比放电层40的耐消耗性差。由此，熔融部的体积或露出面积越大，端头9的耐消耗性越下降。因此，从耐消耗性的观点出发，优选熔融部小，特别优选不存在熔融部。而且，在缓和层50与接地电极8仅通过固相扩散接合来接合而不具有熔融部的情况下，该端头9特别是抑制端头9的变形及剥离的效果高。

放电层40与缓和层50优选仅通过固相扩散接合来接合。通过激光焊接等形成的熔融部比放电层40的耐消耗性差。由此，熔融部的体积或露出面积越大，端头9的耐消耗性越下降。因此，放电层40与缓和层50优选仅通过固相扩散接合来接合，不具有熔融部。

通过与前述的测定放电层40及缓和层50包含的各成分的含有率时同样地使切断面露出并利用附属于EPMA的WDS对镜面加工接合部分的切断面而得到的研磨面进行元素分析的情况、及利用金属显微镜观察在镜面加工之后进行基于二水合草酸的电解蚀刻而得到的研磨面的情况等，能够确认在放电层40与缓和层50之间及缓和层50与接地电极8之间分别形成扩散层60、70的情况。扩散层70及包覆扩散层60通常具有几百μm左右的厚度。通过附属于EPMA的WDS对所述研磨面进行映射分析时，作为Pt和/或Ni从在扩散层60、70的两侧相邻的构件中的一方的构件向另一方的构件扩散、且Pt和/或Ni的质量含有率从一方的构件侧朝向另一方的构件侧连续地或逐级地增大或减少的区域，能够确认扩散层70及包覆扩散层60分别具有倾斜组成的情况。而且，在如阻焊及热压接那样向接合的构件彼此施加压力而使构件发生塑性变形由此将构件彼此接合的情况下，观察构件彼此发生塑性变形而紧贴的情况。在如激光焊接等那样形成熔融部的情况下，通过金属显微镜观察熔融部时，在熔融部的区域整体观察到接合的构件的熔融液凝固之后形成的特有的结晶组织例如枝晶组织等，或者在熔融部的区域整体观察到构件彼此混合的大理石花纹状的熔融合金层。需要说明的是，在固相扩散接合的情况下，以接合的构件的熔点以下的温度进行接合，因此在利用金属显微镜观察扩散层60、70的情况下，即使在扩散层60、70的局部观察到枝晶组织等的结晶组织或构件彼此混合的大理石花纹状的熔融合金层，也不会在扩散层60、70的区域整体观察到枝晶组织等的结晶组织或构件彼此混合的大理石花纹状的熔融合金层。

端头9在包覆扩散层60的厚度为Cμm，扩散层70的厚度为Dμm时，优选满足C>D。

端头9与接地电极8具有放电层40与缓和层50、及缓和层50与接地电极8这2个接合部。在一方的接合部发生剥离时，整体的应力得以缓和，能抑制另一方的接合部处的剥离。在C≤D的情况下，放电层40与缓和层50之间的接合强度容易低于缓和层50与接地电极8之间的接合强度，因此在放电层40与缓和层50之间容易产生裂纹。放电层40与缓和层50之间的接合部即包覆扩散层60配置在比缓和层50与接地电极8之间的接合部即扩散层70靠燃烧室内的内部处，在由于放置于严苛的环境而在放电层40与缓和层50之间产生了裂纹的情况下，与在缓和层50与接地电极8之间产生了裂纹的情况相比，裂纹进展且端头脱落的可能性高。因此，满足C>D即包覆扩散层60的厚度C大于扩散层70的厚度D的情况能够抑制在放置于严苛的环境下的放电层40与缓和层50的接合部产生裂纹的情况，而且，能够抑制裂纹的进展及端头的脱落。

包覆扩散层60及扩散层70各自的厚度通过适当变更固相扩散接合的条件例如电流值、加热温度、处理时间等能够调制。

包覆扩散层60及扩散层70各自的厚度可以如下求出。首先，与前述的测定放电层40及缓和层50包含的各成分的含有率时同样地使切断面露出，对切断面进行镜面加工而形成研磨面。在该研磨面中，沿着放电层40及缓和层50的层叠方向设定分析线，沿着该分析线通过附属于EPMA的WDS测定特性X线，得到例如图8所示的线分析轮廓。纵轴表示元素的含有率I(质量％)，横轴表示沿着分析线测定的距离X。在图8中，示出Pt的线分析轮廓PF_Pt和Ni的线分析轮廓PF_Ni。需要说明的是，得到的线分析轮廓为了出去噪声而优选通过滤波除去波长小于1μm的微小的特性X线强度的变动成分。

接下来，在放电层40、缓和层50及接地电极8各自的研磨面中，在各个层的中心附近即与其他的层的交界及表面分别分离了0.05mm以上的任意的至少3个部位的测定点测定Pt及Ni的含有率(质量％)。求出得到的测定值的算术平均值，将放电层40中的Pt的含有率设为I_Pt1，Ni的含有率设为I_Ni1，将缓和层50中的Pt的含有率设为I_Pt2，Ni的含有率设为I_Ni2，将接地电极8中的Pt的含有率设为I_Pt3，Ni的含有率设为I_Ni3。

在图8中，Pt的线分析轮廓PF_Pt与Pt的含有率I＝I_Pt1-0.03×(I_Pt1-I_Pt2)…式(1)表示的直线的交点的x坐标设为x₁，Ni的线分析轮廓PF_Ni与Ni的含有率I＝I_Ni1+0.03×(I_Ni2-I_Ni1)…式(2)表示的直线的交点的x坐标设为x₂，将它们的值的平均值作为放电层40与包覆扩散层60的交界的x坐标x_m1(＝(x₁+x₂)/2)。而且，同样，Pt的线分析轮廓PF_Pt与Pt的含有率I＝I_Pt2+0.03×(I_Pt1-I_Pt2)…式(3)表示的直线的交点的x坐标设为x₃，Ni的线分析轮廓PF_Ni与Ni的含有率I＝I_Ni2-0.03×(I_Ni2-I_Ni1)…式(4)表示的直线的交点的x坐标设为x₄，将它们的值的平均值作为包覆扩散层60与缓和层50的交界的x坐标x_m2(＝(x₃+x₄)/2)。

此外，Pt的线分析轮廓PF_Pt与Pt的含有率I＝I_Pt2-0.03×(I_Pt2-I_Pt3)…式(5)表示的直线的交点的x坐标设为x₅，Ni的线分析轮廓PF_Ni与Ni的含有率I＝I_Ni2+0.03×(I_Ni3-I_Ni2)…式(6)表示的直线的交点的x坐标设为x₆，将它们的值的平均值作为缓和层50与扩散层70的交界的x坐标x_m3(＝(x₅+x₆)/2)。而且，同样，Pt的线分析轮廓PF_Pt与Pt的含有率I＝I_Pt3+0.03×(I_Pt2-I_Pt3)…式(7)所示的直线的交点的x坐标设为x₇，Ni的线分析轮廓PF_Ni与Ni的含有率I＝I_Ni3-0.03×(I_Ni3-I_Ni2)…式(8)所示的直线的交点的x坐标设为x₈，将它们的值的平均值设为扩散层70与接地电极8的交界的x坐标x_m4(＝(x₇+x₈)/2)。

包覆扩散层60的厚度t₁通过t₁＝|x_m1-x_m2|算出，扩散层70的厚度t₂通过t₂＝|xm₃-xm₄|算出。

需要说明的是，在根据分析线的设定位置而厚度t₁、t₂变动的情况下，优选适当变更分析线的位置而在多个分析线中测定Pt及Ni的含有率(质量％)，如上所述算出厚度t₁、t₂，将得到的值的算术平均值作为最终的包覆扩散层60的厚度t₁及扩散层70的厚度t₂。

该端头9接合于接地电极8的平面形状的相对面31，但是也可以如图6所示，相对面631具有有底的凹部632，在该凹部632嵌入端头609，缓和层650经由通过固相扩散接合形成的扩散层670而接合于凹部632。凹部632具有与缓和层650的形状互补的形状，从相对面631朝向与相对面631正交的方向通过切削等形成。而且，作为另一形态，可以边使电流流动，边将端头按压于接地电极的相对面，由此将端头埋设于接地电极。

需要说明的是，在该实施方式中，在中心电极4未设置端头，但是端头也可以设置在中心电极4和接地电极8这两方。在中心电极4设置端头的情况下，设于中心电极4的端头只要通过作为端头而使用的公知的材料形成并通过公知的接合方法而接合于中心电极4即可。该实施方式的火花塞1的火花放电间隔G是中心电极4的前端和与端头9的中心电极4相对的放电面41之间的最短距离。在中心电极4设置端头的情况下，是设于中心电极4的端头的前端与设于接地电极8的端头的放电面之间的最短距离。该火花放电间隔G通常设定为0.3～1.5mm，在该火花放电间隔G产生火花放电。

该火花塞1具备端头9，该端头9具有由处于变形为凸状的倾向的Pt-Rh合金形成的放电层40和由处于变形为凹状的倾向的Pt-Ni合金形成的缓和层50，放电层40的平均截面积A与缓和层50的平均截面积B之比A/B满足0.81≤A/B≤1.21，因此能够抑制端头9的变形及剥离。而且，在进行火花放电的一侧配置由Pt-Rh合金形成的放电层40，因此耐火花消耗性及耐氧化性优异。此外，放电层40与缓和层50、及缓和层50与接地电极8分别通过固相扩散接合而接合，熔融部的体积小，因此耐消耗性优异。

火花塞1例如如下制造。

接地电极8及中心电极4例如使用真空熔化炉，调制具有所希望的组成的合金的熔液，进行拉丝加工等，适当调整成预定的形状及预定的尺寸而制作。如图6所示，在接地电极608埋设端头609的情况下，通过切削等形成凹部632。需要说明的是，在通过阻焊等将端头609埋设于接地电极608的情况下，可以不形成凹部632。在通过外层和以埋入到该外层的轴心部的方式设置的芯部形成接地电极8的情况下，关于接地电极8，向形成为杯状的由Ni合金等构成的外材插入由导热率比外材高的Cu合金等构成的内材，通过挤压加工等塑性加工，形成在外层的内部具有芯部的接地电极8。中心电极4还可以与接地电极8同样地由外层和芯部形成，这种情况下与接地电极8同样地向形成为杯状的外材插入内材，在进行了挤压加工等塑性加工之后，能够将塑性加工为大致棱柱状的结构作为中心电极4。

接下来，在通过塑性加工等而形成为预定的形状的主体配件7的前端，通过阻焊和/或激光焊接等而接合接地电极8的一端部。

端头9首先制作成为放电层40的圆盘体和成为缓和层50的圆盘体。例如，成为放电层40的圆盘体可以采用将至少含有Pt及Rh的端头材料进行调配及熔化而得到的熔化材例如通过轧制加工为板材并通过冲裁加工将该板材冲裁成预定的形状而形成的方法、将至少含有Pt及Rh的合金通过轧制、锻造或拉丝而加工成线状或杆状的原料之后将其沿长度方向切断成预定的长度而形成的方法等。成为缓和层50的圆盘体也可以与放电层40同样地制作。

接下来，将成为放电层40的圆盘体与成为缓和层50的圆盘体通过固相扩散接合进行接合来制作端头9。接下来，将制作的端头9中的缓和层50与制作的接地电极8的相对面31通过固相扩散接合来接合。根据该方法，能够容易地将包覆扩散层60的厚度C、扩散层70的厚度D调整成厚度C大于D。包覆扩散层60配置在比扩散层70靠燃烧室内的内部处，在由于放置于严酷的环境而在包覆扩散层60产生了裂纹的情况下，与在扩散层70产生裂纹的情况相比，裂纹进展且端头9剥离的可能性升高。根据该火花塞1的制造方法，能够容易地以包覆扩散层60的厚度C大于扩散层70的厚度D的方式形成包覆扩散层60和扩散层70，因此能够抑制放置在严苛的环境下的包覆扩散层60产生裂纹的情况，而且，能够抑制裂纹的进展及端头的剥离。

作为与所述方法不同的方法，也可以采用在将成为缓和层50的圆盘体与接地电极8的相对面31通过固相扩散接合而接合之后、通过在缓和层50的与接合接地电极8的一侧相反的一侧的面上层叠作为放电层40的圆盘体并通过固相扩散接合来接合的方法。此外，还可以采用如下方法：将至少含有Pt及Rh的端头材料、至少含有Pt及Ni的端头材料进行调配及熔化而得到的熔化材料分别通过轧制等加工成板材并进行了固相扩散接合之后，将该板材通过冲裁加工而冲裁成预定的形状来形成。需要说明的是，为了提高各层的紧贴度，也可以采用将扩散层通过热处理形成得较厚的方法。

另一方面，通过将陶瓷等烧制成预定的形状来制作绝缘体3，向该绝缘体3的轴孔2内插设中心电极4，将形成连接部6的组成物预备压缩并填充到所述轴孔2内。接下来，从所述轴孔2内的端部压入端子配件5并对所述组成物进行压缩加热。这样，所述组成物烧结而形成连接部6。接下来，在接合有接地电极8的主体配件7上组装固定有该中心电极4等的绝缘体3。最后，将接地电极8的前端部向中心电极4侧折弯，使接合于接地电极8的端头9的放电面41与中心电极4的前端相对来制造火花塞1。

本发明的火花塞1被使用作为机动车用的内燃机例如汽油发动机等的点火栓，在设置在划分形成内燃机的燃烧室的缸盖(未图示)上的螺纹孔螺合所述螺纹部24，固定在预定的位置。本发明的火花塞1能够使用于任意的内燃机。本发明的火花塞1特别适合于在严苛的反复冷热循环的环境下暴露火花塞那样的内燃机。

本发明的火花塞1没有限定为前述的实施例，在能够实现本发明的目的的范围内能够进行各种变更。

【实施例】

1.冷热循环试验

(样品的制作)

在由NCF601构成的方料上通过阻焊接合表1所示的各端头而制作了样品。表1所示的试验编号1～3及24～26的端头是端头整体具有表1所示的组成的端头。表1所示的试验编号4～23及27～29的端头是具有放电层和缓和层的包覆端头。包覆端头通过准备具有表1所示的组成的成为放电层的圆盘体或方盘体和具有表1所示的组成的成为缓和层的圆盘体或方盘体，并将两者利用阻焊接合来制作。在将包覆端头接合于方料时，使缓和层与方料接触并通过阻焊来接合。

试验编号4～23及27～29的端头的平均截面积A、B如前所述使用X线CT扫描仪(株式会社东芝制TOSCANER-32300μFD)得到多个断层图像，通过得到的断层图像的算术平均值来求出。算出平均截面积A相对于平均截面积B之比(A/B)，如表1所示。

在放电层与缓和层的密度接近的情况下，基于X线CT扫描仪的层的判别变得困难，因此以经过端头的中心并与放电层及缓和层的层叠方向平行的面切断端头，对切断面进行镜面加工而作为研磨面，在该研磨面中利用附属于扫描型电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope)的能量分散型X线分析器(EDS：Energy Dispersive Spectrometer)(日本电子株式会社制IT300)确认了组成之后，通过利用X线CT扫描仪得到的截面图像的算术平均值来求出平均截面积A及B。

关于端头的组成，如前所述，以经过端头的中心且与放电层及缓和层的层叠方向平行的面切断端头，对切断面进行镜面加工而作为研磨面，在该研磨面中，在研磨面的中心附近、在包覆端头的情况下为放电层及缓和层各自的中心附近的任意的5个部位的测定点进行成分分析，将得到的测定值的算术平均作为端头、放电层及缓和层各自的组成。关于成分分析，通过附属于电子线微量分析器(EPMA：Electron Probe Micro Analyzer)的波长分散型X线分光器(WDS：Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer)(日本电子株式会社制JXA-8500F)设定为加速电压：20kV，点径100μm而进行。需要说明的是，在表1中，例如“Pt-20Rh”的记载表示Rh的含有率为20质量％而其余部分为Pt。

另外，通过附属于EPMA的WDS对所述研磨面进行了映射分析时，确认到在放电层与缓和层之间及缓和层与接地电极之间具有几百μm的厚度的扩散层。任意的扩散层都具有从在两侧相邻的构件中的一方的构件侧朝向另一方的构件侧而Pt的含有率和/或Ni的含有率增大或减少的倾斜组成。

如前所述求出放电层与缓和层之间的包覆扩散层的厚度C和缓和层与方料的相对面之间的扩散层的厚度D。首先，与求出端头的组成时同样，得到端头的研磨面，在该研磨面中，沿着放电层及缓和层的层叠方向设定分析线，沿着该分析线通过附属于EPMA的WDS测定特性X线，得到了线分析轮廓PF_Pt、PF_Ni。而且，如前所述求出放电层、缓和层及方料各自的中心附近的Pt及Ni的含有率(质量％)的平均值I_Pt1、I_Pt2、I_Pt3、I_Ni1、I_Ni2、I_Ni3。根据上述的值和线分析轮廓PF_Pt、PF_Ni如前所述求出包覆扩散层的厚度C及扩散层的厚度D。

(冷热循环试验方法)

将利用燃烧器对制作的样品进行加热、以1100℃维持120秒钟、放置冷却60秒钟的循环作为1循环，进行了1000循环的冷热循环试验。

(端头的变形量)

将与方料中的接合有端头的面正交的方向设为Y，以所述面上的点为0而将配置端头的方向作为正。在冷热循环试验后，测定端头中的与接合于方料的一侧相反的一侧的面中的Y值最大的部位和最小的部位处的Y值，将最大值与最小值之差作为变形量。在表1中，将端头的中央部的Y值比端头的端部大时的变形量表示为正，将端头的中央部的Y值比端头的端部小时的变形量表示为负。

(端头的变形抑制效果)

通过表1所示的“端头的变形量”的绝对值，按照以下的基准，评价端头的变形抑制效果，如表1所示。

×：变形量为40μm以上

△：变形量为20μm以上且小于40μm

○：变形量为10μm以上且小于20μm

◎：变形量小于10μm

(端头的剥离性评价)

将冷热循环试验后的样品埋入到树脂中，以能够测定端头的直径的方式以经过端头的轴线的面进行了切断。在缓和层与方料的接合部分，测定了两者无间隙地接合的部分的宽度f，在缓和层与放电层的接合部分，测定了两者无间隙地接合的部分的宽度g。将端头的宽度作为E，按照下式算出了缓和层与方料的接合部分的剥离比例X、及缓和层与放电层的接合部分的剥离比例Y。

X＝{(E-f)/E}×100(％)

Y＝{(E-g)/E}×100(％)

通过剥离比例X及Y值，按照以下的基准，评价端头的剥离性，如表1所示。

×：X或Y值为50％以上

△：X或Y值为30％以上且小于50％

○：X或Y值为10％以上且小于30％

◎：X或Y值小于10％

2.耐久试验

(火花塞的制作)

制作了与图1所示的火花塞具有同样的形状的火花塞。端头与“1.冷热循环试验”同样地制作，通过阻焊而接合于因科镍合金601制的接地电极。

(耐久试验方法)

将制作的火花塞装配于排气量2.0升且串列4气缸的涡轮发动机，在空燃比12.0、吸引负压190kPa的条件下，使发动机以全开状态动作200小时。

(端头的消耗性评价)

将耐久试验前后的火花放电间隔G利用销规进行测定，算出了火花放电间隔G的增加量。通过火花放电间隔G的增加量，按照以下的基准，评价端头的消耗性，如表1所示。需要说明的是，在表1的“消耗性”一栏中，“通常”的情况下耐久试验前的火花放电间隔G为0.75mm，“高负载”的情况下耐久试验前的火花放电间隔G为1.05mm。

“通常”的情况下

×：火花放电间隔G的增加量为0.20mm以上

△：火花放电间隔G的增加量为0.165mm以上且小于0.20mm

○：火花放电间隔G的增加量为0.15mm以上且小于0.165mm

◎：火花放电间隔G的增加量小于0.15mm

“高负载”的情况下

×：火花放电间隔G的增加量为0.30mm以上

△：火花放电间隔G的增加量为0.20mm以上且小于0.30mm

○：火花放电间隔G的增加量为0.165mm以上且小于0.20mm

◎：火花放电间隔G的增加量为0.15mm以上且小于0.165mm

☆：火花放电间隔G的增加量小于0.15mm

(综合评价)

在表1中，“☆”为4分，“◎”为3分，“○”为2分，“△”为1分，“×”为0分，通过各样品的各评价项目的得分的合计，按照以下的基准进行了评价。其中，在各评价项目中即使一个为“×”的情况下，无论合计分如何，综合评价都为“×”。

×：0分～10分

△：11分～15分

○：15分～17分

◎：18分

☆：19分

【表1】

如表1所示，处于本发明的权利要求1的范围内的试验编号8～15、17～20、22、23、27～29的样品都是端头的变形性、剥离性及消耗性的试验结果良好，综合评价良好。另一方面，处于本发明的权利要求1的范围外的试验编号1～7、16、21、24～26的样品的端头的变形性、剥离性及消耗性中的至少任一个的试验结果差，综合评价差。以下，关于各样品具体进行说明。

试验编号1及2与试验编号8～10相比，具备Pt-20Rh合金制的端头的试验编号1的样品的耐消耗性优异，但是变形为凸状，端头与接地电极的耐剥离性差。具备Pt-10Ni合金制的端头的试验编号2的样品的耐消耗性差，端头变形为凹状。另一方面，具备将Pt-20Rh合金制的放电层与Pt-10Ni、Pt-20Ni、Pt-40Ni合金制的缓和层分别接合而一体化的端头的试验编号8～10的样品都是端头的变形性、剥离性及消耗性的试验结果良好，综合评价良好。试验编号8～10的样品由于具备将处于变形为凸状的倾向的放电层与处于变形为凹状的倾向的缓和层一体化的端头，因此变形性及剥离性良好，由于在进行火花放电的部位配置耐消耗性优异的Pt-20Rh合金制的放电层，因此可知耐消耗性良好。

试验编号4及5与试验编号1相比，都在进行火花放电的部位配置Pt-20Rh合金，因此耐消耗性优异，但是变形性及剥离性差。分别具有Pt制及Pt-5Au合金制的缓和层的试验编号4及5的样品与试验编号1的样品相比，变形为凸状的变形量增大。由此可知，即便具有缓和层也未必能抑制端头的变形及剥离，根据缓和层的材质的不同而变形量增大。

试验编号6及7与试验编号3相比，都在进行火花放电的部位配置含有Ir的合金，因此高负载下的耐消耗性差。具有Pt-10Ni合金制的缓和层的试验编号6及7的样品与不具有所述缓和层的试验编号3的样品相比，变形量小，而且，剥离性也良好。

试验编号17～20与试验编号16相比，放电层的平均截面积A与缓和层的平均截面积B之比A/B大于1.21的试验编号16的样品与比A/B为0.81以上且1.21以下的试验编号17～20的样品相比，端头的变形量大，变形抑制效果差。

试验编号17～20与试验编号21相比，放电层的平均截面积A与缓和层的平均截面积B之比A/B小于0.81的试验编号21的样品与比A/B为0.81以上且1.21以下的试验编号17～20的样品相比，放电层与缓和层之间的接合部分的耐剥离性差。

试验编号11～13与试验编号14及15相比，具备Pt及Rh的合计含有率为90质量％以上的端头的试验编号11～13的样品与具备Pt及Rh的合计含有率小于90质量％的端头的试验编号14及15相比，高负载下的耐消耗性良好。

试验编号9与试验编号22及23相比，放电层与缓和层之间的包覆扩散层的厚度C和缓和层与接地电极之间的扩散层的厚度D之比C/D为1以下的试验编号22及23的样品与C/D大于1的试验编号9的样品相比，放电层与缓和层之间的接合部分的耐剥离性差。

试验编号24～26及试验编号27～29与试验编号1～3及试验编号8～10差异仅在于端头的形状的点，前者为棱柱状的端头，而后者为圆盘状的端头。另一方面，试验编号24～26与试验编号1～3、及试验编号27～29与试验编号8～10分别得到了同样的评价结果。因此可知，无论端头的形状如何都产生同样的课题，根据本发明，能得到同样的评价结果。

根据以上所述可知，通过Pt-Rh合金形成的放电层与通过Pt-Ni合金形成的缓和层经由包覆扩散层接合的端头经由扩散层而接合于接地电极，且放电层的平均截面积A与缓和层的平均截面积B之比A/B为0.81以上且1.21以下时，端头的变形性、耐剥离性及耐消耗性优异。

【标号说明】

1 火花塞

2 轴孔

3 绝缘体

4 中心电极

5 端子配件

6 连接部

7 主体配件

8、308、408、508、608、708a、708b 接地电极

9、309、409、509、609、709a、709b 端头

11 后端侧主体部

12 大径部

13 前端侧主体部

14 长腿部

24 螺纹部

25 气体密封部

26 工具卡合部

27 敛缝部

28 后端部

29 棒状部

31、631 相对面

40、340、440、540、640 放电层

50、350、450、550、650 缓和层

60 包覆扩散层

70 扩散层

41 放电面

632 凹部

G 火花放电间隔

C 包覆扩散层的厚度

D 扩散层的厚度