专利名称：火花塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种火花塞。
背景技术：
专利文献1公开了现有的火花塞。该火花塞具有接地电极，该接地电极包括固定 在主体配件的基端部；与基端部一体形成并弯曲的弯曲部；与弯曲部一体形成并与中心电 极形成火花放电间隙的前端部。接地电极具有芯部，从基端部经弯曲部向前端部延伸；传热部，位于芯部外侧， 从基端部经弯曲部向前端部延伸；表皮部，位于传热部的外侧，从基端部经弯曲部延伸到前 端部。芯部由纯镍构成，传热部由铜构成，表皮部由镍基合金构成。芯部的纯镍的维氏硬 度Hv为96，和维氏硬度Hv为46的铜相比，硬度较高。传热部的铜的导热率为0. 94cal/ cm ·秒· °C，导热率大于镍基合金。并且，传热部的铜的热膨胀率为17. 0X10_6/°C，热膨胀 率大于热膨胀率为11. 5X10_6/°C的镍基合金、热膨胀率为13. 3X10_6/°C的纯镍。表皮部的 镍基合金和铜、纯镍相比，具有良好的耐热性及抗蚀性。这种结构的现有的火花塞配置到发动机上，在高温条件下，在中心电极和接地电 极之间反复放电。此时，在该火花塞中，构成传热部的铜具有良好的导热性，因此前端部侧的热通过 传热部有效地传导到基端部侧，从主体配件向发动机良好地散热。即，该火花塞因传热部具 有良好的散热性，因此可抑制前端部的温度上升，发挥良好的耐久性。另一方面，该火花塞中，因构成传热部的铜的热膨胀率较高，所以接地电极在高温 条件下突起。当接地电极发生突起时，接地电极和中心电极的火花放电间隙改变，对性能造 成不良影响。因此，该火花塞通过调整传热部及表皮部的厚度，来抑制这种接地电极的突 起。并且，构成芯部的纯镍的硬度大于构成传热部的铜的硬度而获得的芯部加强效果，也有 助于抑制接地电极突起。专利文献1 日本特开平11-185928号公报
发明内容
而在火花塞中，当过大的力作用于接地电极时，接地电极可能折损。针对这一点，在上述现有的火花塞中，虽然采用了维氏硬度大于传热部的芯部，但 芯部的硬度小于表皮部的硬度，依然存在接地电极折损的问题。因此也出现了使接地电极大型化、或形成为不易折损的形状的对策，但近年来，火 花塞进一步小径化，从而要求接地电极的小型化，所以上述对策也变得难以实现。本发明鉴于以上情况而出现，其目的在于提供一种可更切实地抑制接地电极折损 的火花塞。本发明的一种火花塞，具有接地电极，该接地电极包括基端部，固定在主体配件上；弯曲部，与上述基端部一体形成并弯曲；以及前端部，与上述弯曲部一体形成并与中心 电极形成火花放电间隙，上述接地电极具有芯部，从上述基端部经上述弯曲部向上述前端 部延伸；和表皮部，位于上述芯部的外侧，从上述基端部经上述弯曲部延伸到上述前端部， 上述芯部由第1金属构成，上述表皮部由第2金属构成，上述火花塞的特征在于，上述第1 金属的硬度大于上述第2金属的硬度(技术方案1)。在本发明的火花塞中，构成芯部的第1金属的硬度大于构成表皮部的第2金属，因 此即使过大的力作用于表皮部而接地电极要折损时，也可由芯部抵抗该力。因此，本发明的火花塞可更切实地抑制接地电极折损。对于该作用效果，现有的加 强效果仅是和传热部的金属相比来限定芯部的硬度。本发明的火花塞中，因构成芯部的第 1金属的硬度大于构成表皮部的第2金属，所以和现有的加强效果相比，发挥了明显的加强 效果，可更切实地抑制接地电极折损。作为表皮部，一般采用Ni-Mn-Si合金、Ni-Mn-Si-C合金、Ni-Mn-Si-Cr-Al合金等 镍基合金，镍铁合金(“镍铁合金”是注册商标)600、镍铁合金601等第2金属。该第2金 属的维氏硬度Hv为100 170左右。此外，本发明的表皮部中不含有通过镀金等表面处理 形成的薄膜。因此，作为芯部，采用比该火花塞的表皮部硬度大的哈氏合金(“哈氏合金”是注 册商标)A、哈氏合金B、哈氏合金C等维氏硬度Hv为170 210左右的第1金属。接地电极还具有传热部，该传热部位于表皮部内，并从基端部经弯曲部向前端部 延伸。传热部由导热性大于第1金属及第2金属的导热性的第3金属构成(技术方案2)。 此时，接地电极的前端部一侧的热通过传热部有效地传导到基端部一侧，因此可发挥良好 的散热性、耐久性。作为传热部，可采用纯铜、铜合金、银等第3金属。因此，本发明可具体化为具有不设置传热部的接地电极的火花塞，也可具体化为 具有设置了传热部的接地电极的火花塞。在具有设置了传热部的接地电极的火花塞中，芯 部可位于传热部内，传热部也可位于芯部内，芯部的一部分可从传热部伸出，传热部的一部 分也可从芯部伸出，芯部和传热部可分别独立存在。在本发明的火花塞中，传热部位于芯部的外侧(技术方案3)。因此，通过使导热性 良好的传热部与表皮部接触，在芯部的导热性较低时，也可提高接地电极的散热性。并且，在本发明的火花塞中，芯部位于传热部的外侧(技术方案4)。因此，通过使 硬度大于表皮部的芯部与表皮部接触，和技术方案3的火花塞相比，可更切实地抑制接地 电极折损。在本发明的火花塞中优选，通过与接地电极延伸的方向正交的剖面观察接地电极 时，芯部至少在弯曲部的中间向中心电极一侧偏心(技术方案5)。此时，至少在弯曲部的中 间，在接地电极的剖面中，中心电极的相反侧的表皮部或表皮部及传热部的剖面积大于中 心电极的剖面积。因此，该火花塞与表皮部或表皮部及传热部的中心和芯部中心一致的火 花塞相比，表皮部或表皮部及传热部与芯部因热膨胀差而像所谓双金属片一样作用。因此， 具有可减轻接地电极在高温条件下突起的趋势。优选第2金属和第1金属相比，IOOO0C以上的高温区域的抗氧化性能好(技术方 案6)。第2金属和第1金属相比，耐火花消耗性能好(技术方案7)。例如第2金属是镍铁合金601、第1金属是哈氏合金C时，可起到本发明的作用效果，并发挥良好的耐久性。
图1是实施例1的火花塞的正面图(局部剖视图)。图2是实施例1的火花塞的主要部分放大剖视图。图3涉及实施例1的火花塞，是表示图2的III-III剖面的剖视图。图4涉及实施例2的火花塞，是和图3相同的剖视图。图5涉及实施例3的火花塞，是和图3相同的剖视图。图6是实施例4的火花塞的主要部分放大剖视图。图7涉及实施例4的火花塞，是表示图6的VII-VII剖面的剖视图。图8涉及实施例5的火花塞，是和图7相同的剖视图。图9涉及实施例6的火花塞，是和图7相同的剖视图。图10涉及试验1，是表示接地电极的剖面积和振动折损试验的合格率的关系的图表。图11涉及试验3，是表示A/S和振动折损试验的合格率的关系的图表。图12涉及试验4，是表示B/S和接地电极的温度的关系的图表。标号说明1主体配件4A基端部4B弯曲部3中心电极4、4a、4b、4c、4d、4e、4f 接地电极g火花放电间隙4C前端部41 芯部43表皮部100、200、300、400、500、600 火花塞42传热部
具体实施例方式以下参照
将本发明具体化的实施例1 6。(实施例1)如图1及图2所示，实施例1的火花塞100具有主体配件1、绝缘体2、中心电极3 及接地电极4等。并且在图1及图2中，图纸下方为前端侧，图纸上方为后端侧。主体配件1通过低碳钢等金属形成为圆筒状，构成火花塞100的外壳，并且其外周 面形成螺纹部7和工具扣合部le。螺纹部7用于将火花塞100安装到未图示的发动机。工 具扣合部Ie具有六角状的轴剖面形状，在安装主体配件1时，扣合扳手、扳钳等工具。绝缘体2由以氧化铝等为主体的绝缘材料构成，前端突出地嵌入到主体配件1的 内侧。绝缘体2中，用于插入中心电极3及端子电极13的贯通孔6形成在轴线方向上。贯通孔6的前端侧插入并固定中心电极3，贯通孔6的后端侧插入并固定端子电极13。并且， 在贯通孔6内，在端子电极13和中心电极3之间配置电阻15。该电阻15的两端部经由导 电性玻璃密封层16、17分别电连接到中心电极3和端子电极13。此外，电阻15通过电阻 组成物形成，该组成物混合玻璃粉末和导电材料粉末(根据需要可混合玻璃以外的陶瓷粉 末)，并通过热压等烧结而获得。中心电极3是由镍基合金等构成的圆柱轴体。中心电极3的前端大致为圆锥形， 从贯通孔6的前端突出。如图2中放大所示，接地电极4a包括基端部4A，通过焊接等固定在主体配件1的 前端侧的开口边缘；弯曲部4B，与基端部4A成一体，按圆弧大致直角地弯曲；前端部4C，与 弯曲部4B成一体，和中心电极3相对。接地电极4a的前端部4C和中心电极3之间形成火 花放电间隙g。在该火花塞100中，接地电极4a以1. Imm构成一边，以2. 2mm构成另一边。 即，剖面积S为2. 42mm2。接地电极4a的剖面积S应为多大，通过下述试验进行说明。接地电极4a是双层结构的大致矩形剖面的轴体，具有芯部41，从基端部4A经弯 曲部4B向前端部4C延伸；表皮部43，位于芯部41的外侧，从基端部4A经弯曲部4B延伸 到前端部4C。表皮部43延伸到前端部4C的末端。而芯部41在前端部4C中，延伸到中心 电极3的轴线附近。芯部41的前端位置延伸到前端部4C的哪个位置(和中心电极3的轴 线相比靠近根部侧还是前端侧)，根据散热性等性能要求适当调整。芯部41中，作为第1金属采用高强度镍基合金的哈氏合金C。哈氏合金C的维氏 硬度Hv为210，热膨胀率为11. 3 X IO-V0C0表皮部43中，作为第2金属采用镍基合金的镍铁合金601。镍铁合金601的维氏 硬度Hv为170，热膨胀率为11.5X10-6/°C。镍铁合金601和哈氏合金C相比，在1000°C以 上的高温区域下具有良好的抗氧化性及耐火花消耗性能。通过与接地电极4a延伸的方向正交、且位于弯曲部4B中间的剖面(图2的 III-III剖面)观察接地电极4a时，如图3所示，芯部41位于表皮部43的中央。换言之， 芯部41的图形中心(相当于重心)C1和表皮部43的图形中心C3在同一位置。如图2所 示，芯部41和表皮部43的相对位置关系在芯部41延伸的方向的整个区域中，和图3的剖 面所示的相对位置关系相同。即，芯部41在弯曲部4B的整个区域中，位于表皮部43的中 心。并且这种情况下，也可以是随着靠近接地电极4a的前端部4C、芯部41的前端变细的形 状。作为这种结构的实施例1的火花塞100配置在未图示的发动机上，在高温条件下， 在中心电极3和接地电极4a之间反复放电。在实施例1的火花塞100中，构成芯部41的 哈氏合金A的硬度大于构成表皮部43的镍铁合金600，因此即使过大的力作用于表皮部43 而使接地电极4a要折损时，也可由芯部41抵抗该力。因此，实施例1的火花塞100可更切实地抑制接地电极4a折损。并且，如实施例1的火花塞100所示，在表皮部42内设置芯部41时，接地电极4a 的剖面积中的芯部41的剖面积的比例为40% 50%的范围，从而可提高接地电极4a的散 热性。(实施例2)如图4所示，在实施例2的火花塞200中，和实施例1的火花塞100相比，接地电极4b的芯部41变粗。其他结构和实施例1相同。该火花塞200因芯部41较粗，所以和火花塞100相比，接地电极4b的折损抑制效 果更明显。芯部41应粗到什么程度，会通过后述试验进行说明。(实施例3)如图5所示，在实施例3的火花塞300中，接地电极4c的芯部41相对于表皮部43 向中心电极3 —侧偏心。换言之，芯部41的图形中心Cl相对于表皮部43的图形中心C3， 以距离Dl向中心电极3—侧偏心。芯部41在弯曲部4B的整个区域中向中心电极3—侧 偏心。S卩，在接地电极4c的剖面中，中心电极3的相反侧的表皮部43的剖面积大于中心电 极3 —侧的剖面积。其他结构和实施例1相同。在该火花塞300中，也可通过芯部41抑制接地电极4c折损。并且，该火花塞300 和表皮部43的图形中心C3与芯部41的图形中心Cl 一致的实施例1的火花塞100相比， 表皮部43和芯部41因热膨胀差而象所谓双金属片(Bimetal) —样作用。因此，在该火花 塞300中具有可减轻接地电极4c在高温条件下突起的趋势。(实施例4)如图6所示，实施例4的火花塞400具有接地电极4d。该接地电极4d是三层结 构的大致矩形剖面的轴体，具有芯部41，从基端部4A经弯曲部4B向前端部4C延伸；传热 部42，位于芯部41的外侧，从基端部4A经弯曲部4B向前端部4C延伸；表皮部43，位于传 热部42的外侧，从基端部4A经弯曲部4B延伸到前端部4C。S卩，接地电极4d在表皮部43 内具有传热部42。在表皮部43内，传热部42位于芯部41的外侧，覆盖芯部41整体。芯 部41及传热部42的前端位置延伸到前端部4C的何处(和中心电极3的轴线相比是根部 侧还是前端侧)，根据散热性等性能要求适当调整。传热部42中，作为第3金属采用铜。铜的导热率为0. 94cal/cm ·秒· °C，导热率 大于哈氏合金C、镍铁合金601。并且，铜的维氏硬度Hv为46，在构成接地电极4d的金属中 硬度最低。进一步，铜的热膨胀率为17.0父10_6/1，在构成接地电极4(1的金属中热膨胀率最大。通过与接地电极4d延伸的方向正交、且位于弯曲部4B中间的剖面(图6的 VII-VII剖面)观察接地电极4d时，如图7所示，芯部41及传热部42位于表皮部43的中 央。换言之，芯部41的图形中心Cl及传热部42的图形中心C2和表皮部43的图形中心C3 在同一位置。芯部41及传热部42和表皮部43的相对位置关系，在芯部41及传热部42延 伸的方向的整个区域上，与图7的剖面所示的相对位置关系相同。即，芯部41及传热部42 在弯曲部4B的整个区域上位于表皮部43的中心。其他结构和实施例1相同，对相同的结 构标以同样的标号并省略结构的详细说明。在该火花塞400中，接地电极4d的前端部4C 一侧的热通过传热部42有效地传导 到基端部4A —侧，因此可发挥良好的散热性。此时，通过使导热性良好的传热部42与表皮 部43接触，即使芯部41的导热性较低时，也可提高接地电极4d的散热性。因此，可抑制前 端部4C的温度上升，发挥良好的耐久性。其他作用效果和实施例1相同。并且，如实施例4的火花塞4所示，在表皮部41内设置芯部41及传热部42时，接 地电极4d的剖面积内的芯部41的剖面积的比例在10% 15%的范围，从而可提高接地电 极4d的散热性。
(实施例5)如图8所示，在实施例5的火花塞500中，在接地电极4e的表皮部43内，芯部41 位于传热部42的外侧，覆盖传热部42的整体。其他结构和实施例4相同。在该火花塞500 中，和实施例4同样，通过传热部42可发挥良好的散热性。并且，此时，使硬度大于表皮部 43的芯部41与表皮部43接触，与实施例4的火花塞400相比，可提高接地电极4e的折损 抑制效果。(实施例6)如图9所示，在实施例6的火花塞600中，接地电极4f的芯部41相对于传热部42 及表皮部43向中心电极3—侧偏心。换言之，芯部41的图形中心Cl相对于传热部42的 图形中心C2及表皮部43的图形中心C3，以距离Dl向中心电极3 —侧偏心。芯部41在弯 曲部4B的全部区域上，向中心电极3 —侧偏心。即，在接地电极4f的剖面中，传热部42及 表皮部43的中心电极3的相反侧的剖面积大于中心电极3 —侧的剖面积。其他结构和实 施例4相同。在该火花塞600中，通过芯部41可抑制接地电极4f折损。并且，该火花塞600与 芯部41、传热部42及表皮部43的各中心一致的实施例4的火花塞400相比，表皮部43及 传热部42与芯部41因热膨胀差而像所谓双金属片一样作用。因此，在该火花塞600中，具 有可减轻接地电极4f在高温条件下突起的趋势。其他作用效果和实施例4相同。以上参照实施例1 6说明了本发明，但本发明不限于上述实施例1 6，在不脱 离其主旨的范围内，可适当变更来使用。例如，芯部41的剖面形状不限于矩形，也可以是圆、椭圆、三角形、多边形等。(试验1)对于接地电极4的剖面积S应为多大，准备具有下述试验品A D的接地电极4 的火花塞，进行各接地电极4的振动折损试验。在该试验中，在用燃烧器将接地电极4加热 到1000°C的状态下，实施基于JIS规格B8031-1995的耐撞击性试验。从而调查弯曲部4B 的折损发生状况，求出η = 5时的合格率(％)。此外，温度用放射温度计测量。图10表示 接地电极4的剖面积S和振动折损试验下的合格率的关系。试验品A 仅由镍铁合金601构成的接地电极4。试验品B 由镍铁合金601及哈氏合金C构成的接地电极4 (相当于实施例1的接 地电极4a)。试验品C 由镍铁合金601、哈氏合金C及铜构成的接地电极4 (相当于实施例5的 接地电极4e)。试验品D 由镍铁合金601、哈氏合金C及铜构成的接地电极4 (相当于实施例4的 接地电极4d)。如图10所示，由试验品A构成的接地电极4在接地电极4的剖面积S为4. 2mm以上 时，合格率为100%。而由试验品A构成的接地电极4在接地电极4的剖面积S小于4. 2mm 时，合格率降低，在接地电极4的剖面积S为2. 42mm以下时，合格率为0%。与之相对，在由 试验品B D构成的接地电极4a、4d、4e中，即使接地电极4a、4d、4e的剖面积S为2. 42mm, 合格率也是100%。进一步，由试验品B、D构成的接地电极4a、4d在接地电极4a、4d的剖 面积S为1.4mm时，合格率也可保持100%。此外，在由试验品C构成的接地电极4e中，接地电极4e的剖面积S小于2. 5mm时，合格率下降，使接地电极4e的剖面积S为1. 4mm时的 合格率为80%。通过该试验可知，通过在表皮部43内设置由硬度大于表皮部43的金属构 成的芯部41，可起到接地电极4的加强效果。接地电极4的剖面积S为2. 5mm2以下时，火花塞100 600小径化到无法使接地 电极4大型化，或设置成不易折损的形状的程度。在该火花塞100 600中，在表皮部43 内设置芯部41而形成的接地电极4的加强效果显著。(试验2)对在试验1中使用的各试验品A D的接地电极4，进行和各接地电极4的散热性 相关的试验。在该试验中，直到作为镍铁合金601的抗氧化性能上限的1050°C为止，用燃烧 器加热整个接地电极4，求出η = 5时的各接地电极4的平均温度。在该试验中，在模仿发 动机的头部部分的不锈钢制的块中，安装具有试验品A D的接地电极4的火花塞，并进行 试验。在该块的内部形成冷却水的水路，接近火花塞的实际使用情况。此外，温度通过放射 温度计测定。在该试验中，在试验品A的接地电极4中，平均温度为1050°C，没有散热性。在试 验品B的接地电极4a中，平均温度为1031°C，和由试料1构成的接地电极4相比，确认有很 小的散热性。在试验品C的接地电极4e中，平均温度为874°C，和试验品A、B的接地电极 4、4a相比，具有非常良好的散热性。在试验品D的接地电极4d中，平均温度为959°C，虽然 比试验品C的接地电极4e差，但和试验品A、B的接地电极4、4a相比，具有良好的散热性。 通过该试验可知，通过在表皮部43内设置传热部43，可提高接地电极4的散热性。(试验3)通过和接地电极4延伸的方向正交的剖面观察接地电极4时，接地电极4的剖面 积S和芯部41的剖面积A的比例应为多少，对此进行了试验。振动折损试验的条件和试验 1相同，求出η = 5时的合格率(％)。芯部41是哈氏合金C，表皮部43是镍铁合金601。 图11表示A/S和振动折损试验的合格率的关系。如图11所示，A/S在0.04以下时，合格率为0%。当芯部41过细时，没有接地电 极4的折损抑制效果。而当A/S超过0.04时，合格率上升。如果采用A/S超过0.04的粗 细的芯部41，则接地电极4的折损抑制效果发挥作用。并且，如A/S为0.1以上，则合格率 变为100%。通过该试验可知，当A/S为0. 1以上时，可稳定地批量生产具有折损抑制效果 的火花塞100。(试验4)通过和接地电极4延伸的方向正交的剖面观察接地电极4时，接地电极4的剖面 积S和传热部42的剖面积B的比例应为多少，对此进行了试验。条件和试验2相同，求出 η = 5时的接地电极4的温度(V)。图12表示B/S和接地电极的温度的关系。如图12所示，当B/S小于0. 2时，温度变化较少，传热部42的散热效果较少。这 是因为传热部42较细。而加粗传热部42，B/S为0.2以上时，温度变化变大，散热效果发挥 作用。工业利用性本发明可用于火花塞。
权利要求
1.一种火花塞，具有接地电极，该接地电极包括基端部，固定在主体配件上；弯曲部，与上述基端部 一体形成并弯曲；以及前端部，与上述弯曲部一体形成并与中心电极形成火花放电间隙，上述接地电极具有芯部，从上述基端部经上述弯曲部向上述前端部延伸；和表皮部， 位于上述芯部的外侧，从上述基端部经上述弯曲部延伸到上述前端部， 上述芯部由第1金属构成，上述表皮部由第2金属构成， 上述火花塞的特征在于， 上述第1金属的硬度大于上述第2金属的硬度。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，上述接地电极还具有传热部，该传热部位于上述表皮部内，并从上述基端部经上述弯 曲部向上述前端部延伸，上述传热部由导热性大于上述第1金属及上述第2金属的导热性的第3金属构成。
3.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于， 上述传热部位于上述芯部的外侧
4.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于， 上述芯部位于上述传热部的外侧
5.根据权利要求1至4中任一项所述的火花塞，其特征在于，通过与上述接地电极延伸的方向正交的剖面观察上述接地电极时，上述芯部至少在上 述弯曲部的中间向上述中心电极一侧偏心。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的火花塞，其特征在于，上述第2金属和上述第1金属相比，在1000°C以上的高温区域的抗氧化性能好。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的火花塞，其特征在于， 上述第2金属和上述第1金属相比，耐火花消耗性能好。
全文摘要
提供一种可更切实地抑制接地电极折损的火花塞。本发明的火花塞(100)具有接地电极(4)，该接地电极(4)包括固定在主体配件(1)的基端部(4A)；与基端部(4A)一体形成并弯曲的弯曲部(4B)；与弯曲部(4B)一体形成并与中心电极(3)形成火花放电间隙(g)的前端部(4C)。接地电极(4)具有芯部(41)，从基端部(4A)经弯曲部(4B)向前端部(4C)延伸；和表皮部(43)，位于芯部(41)的外侧，从基端部(4A)经弯曲部(4B)延伸到前端部(4C)。芯部(41)由作为第1金属的哈氏合金(C)构成，表皮部(43)由作为第2金属的镍铁合金(601)构成。哈氏合金(C)的硬度大于镍铁合金(601)。
文档编号H01T13/20GK102138260SQ20098013049
公开日2011年7月27日 申请日期2009年8月31日 优先权日2008年9月2日
发明者伴谦治, 弓野次郎, 铃木彰 申请人:日本特殊陶业株式会社