专利名称：火花塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气地产生火花以便为内燃机中的燃料点火的火花塞(点火塞)，本发明特别地涉及火花塞的接地电极。
背景技术：
在火花塞中，良好的点火性是优选的，例如，建议如下技术具有突出部分的接地电极与中心电极相对，使得火焰的蔓延改进，并且点火能力加强。在所建议的技术的火花塞中，贵金属被电阻焊接于接地电极并形成突出部分，使得点火能力加强。[相关技术文献][专利文献1]日本特开2003-317896号公报[专利文献2]日本特开2008-243713号公报
发明内容
发明要解决的问题因为贵金属是昂贵的，所以建议如下技术将低成本合金电阻焊接于接地电极并形成突出部分，该低成本合金是与形成接地电极的基材相同类型的便宜合金(例如，镍)。 然而，在接地电极的基材和突出部分是相同的金属的情况下，因为不存在各个材料的熔点的差别，所以与具有小体积的突出部分的温度升高的速率相比，具有大体积的基材的温度升高的速率是缓慢的。因此，基材的熔化与突出部分相比是缓慢的，并且存在焊接强度不够高的问题。本发明设计成解决上述问题，并且本发明具有使突出部分电阻焊接于接地电极时的焊接强度加强的目的。用于解决问题的方案本发明设计成解决上述问题的至少一部分并且可以通过下述的实施方式或应用实现。[方面1]一种火花塞，其包括中心电极，所述中心电极在轴向上延伸；绝缘体，所述绝缘体形成在所述中心电极的外周处并且使所述中心电极的前端露出；金属壳，所述金属壳形成在所述绝缘体的外周处，以及接地电极，所述接地电极被焊接至所述金属壳，其中，所述接地电极具有基材，所述基材配置成使得所述基材的顶端部分与所述中心电极的端面相对；以及突状部，所述突状部设置在所述基材的所述顶端部分处并且以突出形状形成在接近所述中心电极的部分处，所述基材和所述突状部由以相同的金属作为主要成分的材料形成并且通过电阻焊接而相互连接，并且在所述基材的比电阻是R且所述突状部的比电阻是 S时，所述基材和所述突状部形成为满足关系R > S，其中R和S单位均为μ Ω cm。[方面 2]在根据方面1的所述火花塞中，所述基材和所述突状部由以镍作为所述主要成分的材料形成。[方面 3]在根据方面1或2的所述火花塞中，所述基材和所述突状部形成为满足关系 R-S 彡 20。[方面 4]在根据方面1至3中任一项的所述火花塞中，所述顶端部分和所述突状部之间的焊接部分的面积是1. Imm2以上。[方面 5]在根据方面1至4中任一项的所述火花塞中，贵金属合金被焊接在所述突状部的顶端处。[方面 6]在根据方面1至5中任一项的所述火花塞中，所述突状部的外周中的与所述基材相接的边界部分被激光焊接。[方面 7]一种制造火花塞的方法，所述火花塞包括中心电极，所述中心电极在轴向上延伸；绝缘体，所述绝缘体形成在所述中心电极的外周处并且使所述中心电极的前端露出； 接地电极，所述接地电极连接至金属壳，并且具有基材和突状部，所述基材配置成使得所述基材的顶端部分与所述中心电极的端面相对，所述突状部设置在所述基材的所述顶端部分处并且以突出形状形成在接近所述中心电极的部分处，所述方法包括利用具有与所述基材相同的金属作为主要成分的材料形成比电阻比所述基材的比电阻小的构件；以及将所述构件电阻焊接于所述顶端部分的接近所述中心电极的部分。[方面 8]在根据方面7的所述制造火花塞的方法中，在将贵金属合金焊接于所述构件的顶端之后，执行将所述构件电阻焊接于所述顶端部分的接近所述中心电极的部分。在本发明中，以上描述的各个实施方式可以适当地组合在一起实施或以省略一些部分的方式实施。发明的效果根据方面1的火花塞，接地电极的由以相同的金属作为主要成分的材料形成的基材和突状部形成为(基材的比电阻R) > (突状部的比电阻S)。因此，体积比突状部的体积大的基材的熔化可以加快，并且焊接强度可以加强。根据方面2的火花塞，基材和突状部可以以作为主要成分的低成本的镍形成。因此，成本可以降低。 根据方面3的火花塞，(基材的比电阻R)-(突状部的比电阻S)彡20，使得焊接强度可以充分地加强。根据方面4的火花塞，即使接地电极的顶端部分和突状部之间的焊接部分的面积是1. Imm2以上，由于R-S彡20，仍使得焊接强度可以加强。根据方面5的火花塞，贵金属合金焊接于突状部的前端。因此，与所有的突状部均由贵金属形成的情况相比，可以以低成本加强耐用性。根据方面6的火花塞，基材和突状部被电阻焊接并且接着在外周边界部分处激光焊接。因此，基材和突状部之间的焊接强度可以进一步加强。根据方面7的制造火花塞的方法，利用具有与基材相同的金属作为主要成分的材料形成为比电阻比基材的比电阻小的构件电阻焊接于顶端部分的接近中心电极的部分。因此体积比构件的体积大的基材的熔化可以加快，并且焊接强度可以加强。根据方面8的制造火花塞的方法，与所有的突状部均由贵金属形成的情况相比， 可以以低成本制造耐用性加强的火花塞。
图1是主要示出根据第一实施方式的火花塞100的部分剖视图的说明图。图2是主要示出根据第一实施方式的接地电极30的详细结构的说明图。图3是示出图2中的A-A截面的截面图。图4是示出根据第一实施方式的突状部36和相对面32的焊接部分的示意图。图5是示出根据第一实施方式的突状部36至接地电极基材35的焊接过程的流程图。图6是示出根据第一实施方式的接地电极基材35和突状部36的焊接的说明图。图7是示出根据第一实施方式的突状部36的断裂试验的说明图。图8是根据变型例(1)的接地电极30a的顶端部分的放大图。图9是示出根据变型例O)的相对面32和突状部36的焊接面350a的示意图。
具体实施例方式A.实施方式Al.火花塞的构造图1是主要示出火花塞100的部分剖视图的说明图。火花塞100包括绝缘体10、 中心电极20、接地电极30、端子金属配件40以及金属壳50。从绝缘体10的一端突出的棒状中心电极20通过绝缘体10内部电气地连接至设置在绝缘体10的另一端处的端子金属配件40。中心电极20的外周被绝缘体10绝缘，并且绝缘体10的外周在远离端子金属配件40的位置处被金属壳50保持。电气地连接至金属壳50的接地电极30形成火花间隙， 该火花间隙是在接地电极30和中心电极20的前端之间产生火花的间隙。火花塞100通过金属壳50安装在设置于内燃机(未示出)的发动机缸盖(engine head) 200的螺纹孔201 处，并且在20000伏特至30000伏特的高电压施加于端子金属配件40时，在形成在中心电极20和接地电极30之间的间隙处产生火花。火花塞100的绝缘体10是由包括氧化铝的烧结陶瓷材料形成的绝缘体。绝缘体 10是筒状体，在绝缘体10的中心形成容纳中心电极20和端子金属配件40的轴向孔12。外径大的凸缘部19形成在绝缘体10的轴向中央处。使端子金属配件40和金属壳50绝缘的后端侧主体部18形成在比凸缘部19靠端子金属配件40侧的位置。外径比后端侧主体部 18的外径小的前端侧主体部17形成在比凸缘部19靠中心电极20侧的位置。腿部13形成在前端侧主体部17的更前端处，腿部13的外径比前端侧主体部17的外径小，并且腿部13 的外径朝向前端侧减小。火花塞100的金属壳50是包围并且保持从绝缘体10的后端侧主体部18的一部分起到腿部13的部分的筒状体形状的金属配件，并且在实施方式中，金属壳50由低碳钢构成。金属壳50包括工具接合部51、安装螺纹部52、密封部M以及前端面57。金属壳50的工具接合部51接合将火花塞100安装于发动机缸盖200的工具(未示出)。金属壳50的安装螺纹部52具有接合于发动机缸盖200的安装螺纹孔201的螺纹。金属壳50的密封部 M以圆形形状形成在安装螺纹部52的基部处，并且通过使板弯曲而形成的圆形垫圈5插入在密封部M和发动机缸盖200之间。金属壳50的前端面57是形成在安装螺纹部52的前端处的中空圆形表面，并且被腿部13包围的中心电极20在前端面57的中央处突出。火花塞100的中心电极20是棒状电极，其中，导热率比中心电极基材21的导热率高的芯材25埋设在中心电极基材21的内部，中心电极基材21形成为有底的筒状。在实施方式中，中心电极基材21由诸如hconel (注册商标)等以镍作为主要成分的镍合金组成， 并且芯材25包括铜或包括以铜作为主要成分的铜合金。中心电极20以中心电极基材21 的前端从绝缘体10的轴向孔12突出的状态下插入到绝缘体10的轴向孔12中，并且中心电极20通过陶瓷电阻3和密封体4电气地连接至端子金属配件40。火花塞100的接地电极30是面向中心电极20的前端的电极，接地电极30连接至金属壳50的前端面57并且弯曲成与中心电极20的轴向正交。在实施方式中，接地电极30 由诸如hconel (注册商标)等以镍作为主要成分的镍合金组成。图2是主要示出根据第一实施方式的接地电极30的详细结构的说明图。接地电极30由接地电极基材35和突状部36构成，并且包括顶端面31、相对面32以及背面33，顶端面31构造接地电极基材35的顶端，相对面32在接地电极30的表面中与中心电极20相对，背面33与相对面32相反，并且背面33背向接地电极30。突状部36以与中心电极20 的前端相对并且向中心电极20的前端突出的方式通过电阻焊接连接至接地电极30的相对面32。接地电极基材35和突状部36由包括相同的金属(第一实施方式中的镍)作为主要成分的材料形成并且具有如下说明的公式1和公式2的关系。其中，在公式1中，接地电极基材35的比电阻是R( μ Ω cm)，并且突状部36的比电阻是S( μ Ω cm)。在第一实施方式中，接地电阻基材35与权利要求中的“基材”对应。比电阻R >比电阻S. · ·(公式1)，比电阻R-比电阻S彡20...(公式2)如图2所示，在突状部36和中心电极20之间形成间隙，该间隙被称为火花间隙。 突状部36的重心位于基本上沿着中心电极20的中心轴延伸的线上。在实施方式中，突状部36是截面为圆形的圆柱形突起，其中，从相对面32开始的高度T是0. 3mm以上。图3是示出图2中的A-A截面的截面图。在图3中，电阻焊接部300示出由电阻焊接形成的焊接部分，并且激光焊接部310示出由激光焊接形成的焊接部分。突状部36和接地电极基材35通过电阻焊接而焊接，并且突状部36的外周面的与接地电极基材35相接的边界部分通过激光焊接而焊接。图4是示出根据第一实施方式的突状部36和相对面32的焊接部分的示意图。如图4所示，突状部36和相对面32之间的焊接面350的面积A(图4中以剖面线示出)是 1. Imm2以上。此外，在说明书中，“焊接部分”和“焊接面”表示接地电极基材35和突状部 36之间的焊接部分和焊接面，该焊接部分和焊接面通过接地电极基材35和突状部36的材料的熔化和混合而形成或通过经由电阻焊接的原子水平的扩散而形成。A2.焊接过程
图5是示出根据第一实施方式的突状部36至接地电极基材35的焊接过程的流程图。图6是示出接地电极基材35和突状部36的焊接的说明图。图6(a)示出了通过电阻焊接的焊接，并且图6(b)示出了通过激光焊接的焊接。首先，利用以镍作为主要成分的材料形成接地电极基材35和由突状部36构造的电极头(步骤S10)。接下来，电阻焊接接地电极基材35和电极头(步骤Si》。具体地，如图6(a)所示，在以预定压力基本上均勻地压变成突状部36的镍电极头36a的上侧端面的状态下，电阻焊接电极500执行电阻焊接。电阻焊接电极500的电位相对于接地电极基材 35的接地电位变成高电压，因此，大电流通过电阻焊接电极500流动至镍电极头36a和接地电极基材35。因此，以使得镍电极头36a的下侧表面和与下侧表面接触的接地电极基材35 二者熔化并且混合的方式形成电阻焊接部300，镍电极头36a电阻焊接于接地电极基材35， 并且形成突状部36。作为电阻焊接电极500，可以使用诸如具有分割型形状或凹部的单元之类的现有技术中已知的各种类型。此外，突状部36与接地电极基材35相比具有小的体积，然而，接地电极基材35和突状部36形成为使得比电阻满足公式1和公式2的关系，因此，接地电极基材35的温度升高加快，并且接地电极基材35和突状部36在基本上相同的定时开始焊接。因此，有效地混合接地电极基材35和突状部36的焊接材料，并且接地电极基材35和突状部36之间的电阻焊接强度加强。此外，在第一实施方式中，在接地电极基材35和突状部36通过电阻焊接连接之后，通过激光焊接焊接突状部36的外周面中的与接地电极基材35相接的边界部分。具体地，激光瞄准突状部36和接地电极基材35之间的接触表面并照射，并且照射位置环绕整个接触表面。如图6(b)所示，焊接并且混合接地电极基材35和突状部36之间的边界部分的材料，形成环形激光焊接部310，并且通过激光焊接牢固地连接接地电极基材35和突状部 36。在通过激光焊接焊接接地电极基材35和突状部36之后，将接地电极30组装到金属壳50，并且突状部36通过接地电极基材35的顶端部分的弯曲过程弯曲成以预定的火花间隙与中心电极20相对。接地电极30通过如上所述的过程制造并且组装到金属壳50。A3.试验结果1 (断裂试验1)图7是示出根据第一实施方式的突状部36的断裂试验的说明图。此外，表1是示出在根据第一实施方式的断裂试验中使用的样品材料的成分的列表，并且表2是示出根据第一实施方式的断裂试验的评价结果的列表。在第一实施方式中，在以下描述的条件下执行断裂试验1。(1)准备具有彼此不同的比电阻的材料(以镍作为主要成分的材料)，并且利用一般交流电型电阻焊接电源执行焊接。此外，由利用金属用电阻测量仪器(TER2000RH)(由ULVAC-RIK0有限公司制造)的四端子测量方法测量比电阻值。( 在如下条件下执行焊接焊接载荷是200N，焊接频率 60HZ，焊接周期10周期，电流值是lkA。(3)使用宽度是2. 5mm、高度是1.4mm的外侧基材， 并且形成突状部36的镍电极头使用高度(长度)是1mm、直径Φ是Imm的圆柱。在第一实施方式中，如表1所示，利用各种比电阻值的样品材料执行断裂试验。此外，在表1中，Ni 镍，Cr 铬，Fe 铁，Si 硅并且Mn 锰。表 权利要求
1.一种火花塞，其包括中心电极，所述中心电极在轴向上延伸；绝缘体，所述绝缘体形成在所述中心电极的外周处并且使所述中心电极的前端露出； 金属壳，所述金属壳形成在所述绝缘体的外周处，以及接地电极，所述接地电极连接至所述金属壳， 其中，所述接地电极具有基材，所述基材配置成使得所述基材的顶端部分与所述中心电极的端面相对；以及突状部，所述突状部设置在所述基材的所述顶端部分处并且以突出形状形成在接近所述中心电极的部分处，所述基材和所述突状部由以相同的金属作为主要成分的材料形成并且通过电阻焊接而相互连接，并且在所述基材的比电阻是R且所述突状部的比电阻是S时，所述基材和所述突状部形成为满足关系R > S，其中R和S单位均为μ Ω cm。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述基材和所述突状部由以镍作为所述主要成分的材料形成。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 所述基材和所述突状部形成为满足关系R-S ^ 20。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其特征在于， 所述顶端部分和所述突状部之间的焊接部分的面积是1. Imm2以上。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的火花塞，其特征在于， 贵金属合金被焊接在所述突状部的顶端处。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的火花塞，其特征在于， 所述突状部的外周中的与所述基材相接的边界部分被激光焊接。
7.一种制造火花塞的方法，所述火花塞包括 中心电极，所述中心电极在轴向上延伸；绝缘体，所述绝缘体形成在所述中心电极的外周处并且使所述中心电极的前端露出； 接地电极，所述接地电极连接至金属壳，并且具有基材和突状部，所述基材配置成使得所述基材的顶端部分与所述中心电极的端面相对，所述突状部设置在所述基材的所述顶端部分处并且以突出形状形成在接近所述中心电极的部分处，所述方法包括利用具有与所述基材相同的金属作为主要成分的材料形成比电阻比所述基材的比电阻小的构件；以及将所述构件电阻焊接于所述顶端部分的接近所述中心电极的部分。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在将贵金属合金焊接于所述构件的顶端之后，执行将所述构件电阻焊接于所述顶端部分的接近所述中心电极的部分。
全文摘要
一种火花塞，其构造成使得改进突状部至接地电极的电阻焊接的强度。接地电极(30)包括接地电极基材(35)和突状部(36)。突状部(36)以突状部(36)与中心电极(20)的前端相对并朝中心电极(20)的前端突出的方式通过电阻焊接连接于接地电极(30)的相对面(32)。接地电极基材(35)和突状部(36)由以相同的金属(例如，镍)作为主要成分的材料形成，并且具有下列公式(1)和公式(2)的关系比电阻(R)＞比电阻(S)...公式(1)，并且比电阻(R)-比电阻(S)≥20...公式(2)，其中，在公式(1)中，R是以μΩcm为单位的接地电极基材(35)的比电阻，并且S是以μΩcm为单位的突状部(36)的比电阻。因此，能够促进体积比突状部(36)的体积大的接地电极基材(35)的熔化，因此，焊接强度增加。
文档编号H01T13/20GK102576986SQ20108004067
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月4日 优先权日2009年9月11日
发明者无笹守, 铃木彰 申请人:日本特殊陶业株式会社