火花塞的制作方法
【专利摘要】本发明的课题是提供一种火花塞，在中心电极及接地电极至少一方具有端头的火花塞中，即使是相比现有技术降低所述端头的贵金属含有量，也能够具有耐耗损性，并维持中心电极与接地电极之间的火花放电间隙，由此具有耐久性。本发明的火花塞具有：中心电极；接地电极，与所述中心电极之间设置间隙而配置；以及端头，设置于所述接地电极和所述中心电极相对的各自的前端部的至少一方，其特征在于，所述端头含有3质量%以上35质量%以下的元素组M（M表示Pt及Rh中的至少一种）、0质量%以上15质量%以下的元素组L（L表示Ir、Ru及Pd中的至少一种），所述元素组M及所述元素组L的合计含有量最多为35质量%，Ni、所述元素组M及所述元素组L的合计含有量至少为94质量%。
【专利说明】火花塞
【技术领域】
[0001]本发明涉及火花塞，尤其涉及在接地电极及中心电极至少一方设有端头的火花塞【背景技术】
[0002]在汽车发动机等内燃机点火时使用的火花塞通常具有:筒状的主体配件；筒状的绝缘体，配置在该主体配件的内孔中；中心电极，配置在该绝缘体的前端侧内孔中；以及接地电极，其一端接合在主体配件的前端侧，另一端与中心电极之间具有火花放电间隙。并且，火花塞在内燃机的燃烧室内形成于中心电极的前端部与接地电极的前端部之间的火花放电间隙中进行火花放电，使被填充在燃烧室内的燃料燃烧。
[0003]可是，形成接地电极和中心电极的材料通常使用Ni合金等。Ni合金在耐氧化性及耐耗损性方面多少劣于以Pt和Ir等贵金属为主成分的贵金属合金，但是价格比贵金属便宜，因而适合用作形成接地电极和中心电极的材料。但是，近年来存在燃烧室内的温度高温化的趋势，如果在用Ni合金等形成的、接地电极的前端部和中心电极的前端部之间产生火花放电，则接地电极及中心电极的相对的各自前端部能够容易产生火花耗损。因此，研制出了这样的方法:在接地电极及中心电极相对的各自的前端部设置端头，通过使在该端头产生火花放电，提高接地电极及中心电极的耐耗损性。关于形成端头的材料，往往是使用以耐氧化性及耐耗损性良好的贵金属为主成分的材料。
[0004]例如，在专利文献I中记载了作为解决如下课题的技术方案“所述Pt-Ni合金材料端头由5~23重量％Ni和余量的Pt构成”(参照专利文献I的权利要求2)的火花塞，所述课题是提供“一种火花塞，其目的在于，进一步提高在中心电极及外侧电极的火花放电面具有贵金属端头的火花塞的高温耐久性”(参照专利文献I的第I页右栏第13~16行)。
[0005]在专利文献2中， 以“提供一种耐久性良好且实现火花塞的长寿命化的火花塞”(参照专利文献2的第2页左上栏第11~13行)为目的，记载了“一种火花塞，……作为火花放电部而固定了 Pt-Ni类合金，或者作为所述火花放电部使用耐耗损性良好的Pt合金，并且在该Pt合金和母材金属之间设置由Pt-Ni类合金构成的中间层，该火花塞的特征在于，所述Pt-Ni合金使用在5~40重量％Ni与95~60重量％Pt的合金中分散了 0.02~I重量份的Re、Y、Zr、Hf、Al、T1、La的金属氧化物中的一种或者两种的合金材料”(参照专利文献2的权利要求1)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开昭59 - 160988号公报
[0009]专利文献2:日本特开昭61 - 135083号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]近年来，要求进一步节约资源及降低火花塞的原价。针对这种要求，考虑到在利用如前面所述以贵金属为主成分的贵金属合金形成的端头中，削减稀少且高价的资源即贵金属的含有量。但是，如果降低贵金属的含有量，则如后面所述由于各种原因而在端头形成凸出物，由于该凸出物而难以维持耐耗损性及火花放电间隙。
[0012]本发明的课题是提供一种火花塞，在中心电极及接地电极至少一方具有端头的火花塞中，即使是相比现有技术降低所述端头的贵金属含有量，也能够具有耐耗损性，并维持中心电极与接地电极之间的火花放电间隙，由此具有耐久性。
[0013]用于解决课题的技术方案
[0014]关于用于解决前述课题的技术方案，(I) 一种火花塞，具有:中心电极；接地电极，与所述中心电极之间设置间隙而配置；以及端头，设置于所述接地电极和所述中心电极相对的各自的前端部的至少一方，其特征在于，所述端头含有3质量％以上35质量％以下的元素组M (M表示Pt及Rh中的至少一种)、0质量％以上15质量％以下的元素组L (L表示Ir、Ru及Pd中的至少一种),所述元素组M及所述元素组L的合计含有量最多为35质量％,N1、所述元素组M及所述元素组L的合计含有量至少为94质量％。
[0015]作为前述(I)的优选方式是，(2)所述端头含有0.2质量％以上6质量％以下的元素组S (S表示S1、Al、T1、Cr、Mn中的至少一种)，(3)所述端头含有I质量％以上10质量％以下的所述元素组L, (4)所述端头含有5质量％以上30质量％以下的所述元素组M,所述元素组M及所述元素组L的合计含有量最多为30质量％, (5)所述元素组S的含有量为0.5质量％以上3质量％以下，(6)所述端头不通过熔融部而被接合在所述接地电极和/或所述中心电极(以下称为电极)的表面上，该熔融部是通过所述端头与所述电极的熔融而形成的，或者所述端头的至少一部分通过所述熔融部被接合在所述表面上，在沿与所述表面为同一平面的面将所述端头所接合的电极切断时得到的切断面中，由所述端头和/或所述熔融部和所述电极的边界线包围的部分的面积S至少为0.7mm2, (7)所述面积S至少为1.2mm2。
[0016]发明效果
[0017]根据本发明，由于所述端头含有预定量的元素组S，因而能够进一步抑制凸出物的形成。因此，能够提供耐耗损性良好、维持火花放电间隙、耐久性更加良好的火花塞。
[0018]根据本发明，即使相比现有技术降低端头的贵金属含有量时，如前面所述，所述端头含有预定量的N1、元素组M及根据期望的元素组L，因而能够具有耐耗损性，并抑制凸出物的形成。通过抑制凸出物的形成，并抑制因凸出物而造成的端头的过热，能够抑制耗损加速，并且能够抑制因凸出物而造成的火花放电间隙的缩小。因此，能够提供具有耐耗损性、维持火花放电间隙、并具有耐久性的火花塞。
[0019]根据本发明，所述面积S至少为0.7mm2，优选为1.2mm2,因而能够容易将通过火花放电而受到的热量转移到接地电极和/或中心电极，能够抑制端头的过热。其结果是，能够抑制凸出物的形成，该凸出物具有容易因端头的过热而形成的趋势。因此，能够提供耐耗损性良好、维持火花放电间隙、耐久性更加良好的火花塞。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的火花塞的一个实施例即火花塞的部分截面整体说明图。
[0021]图2是形成于现有技术的火花塞的凸出物的照片。[0022]图3 (a)是端头所接合的接地电极的主要部分截面说明图。
[0023]图3 (b)是沿与图3 (a)所示的端头所接合的接地电极的表面为同一平面的面切断时的端头的切断面。
[0024]图4是说明实机耐久试验前后的凸出物的凸出高度的说明图。
【具体实施方式】
[0025]本发明的火花塞具有:中心电极；接地电极，与所述中心电极之间设置间隙而配置；以及端头，设置于所述接地电极和所述中心电极至少一方。本发明的火花塞如果是具有这种结构的火花塞，则其它结构没有特殊限定，能够采用公知的各种结构。
[0026]本发明的火花塞的一个实施例即火花塞如图1所示。图1是本发明的火花塞的一个实施例即火花塞的部分截面整体说明图。另外，在图1中将纸面下方设为轴线O的前端方向、将纸面上方设为轴线O的后端方向进行说明。
[0027]该火花塞I如图1所示具有:大致圆筒状的绝缘体3,具有沿轴线O方向延伸的轴孔2 ;大致棒状的中心电极4，设置于所述轴孔2内的前端侧；端子配件5，设置于所述轴孔2内的后端侧；大致圆筒状的主体配件6，保持所述绝缘体3 ;接地电极7，其一端隔着火花放电间隙G与中心电极4的前端面相对而配置，另一端被接合在主体配件6的端面上；以及端头8、9，设置于所述中心电极4和所述接地电极7至少一方。
[0028]所述绝缘体3在该轴孔2内的前端侧设有中心电极4，在后端侧设有端子配件5，在中心电极4和端子配件5之间设有密封体10、11、和用于降低传播杂音的电阻体12,所述密封体用于将中心电极4和端子配件5固定在轴孔2内。在绝缘体3的轴线O方向的中央附近形成有沿径向凸出的凸缘部13，在该凸缘部13的后端侧形成有容纳端子配件5、并将端子配件5和主体配件6绝缘的后端侧主体部14。在该凸缘部13的前端侧形成有容纳电阻体12的前端侧主体部15，在该前端侧主体部15的前端侧形成有容纳中心电极4、并且外径小于前端侧主体部15的长腿部16。在绝缘体3的前端方向的端部从主体配件6的前端面凸出的状态下，绝缘体3被固定于主体配件6。绝缘体3优选利用具有机械强度、热强度、电气强度的材料形成，关于这种材料，例如可以举出以氧化铝为主体的陶瓷烧结体。
[0029]所述主体配件6具有圆筒形状，并且形成为通过内装绝缘体3来保持绝缘体3。在主体配件6的前端方向的外周面形成有螺纹部17，利用该螺纹部17将火花塞I安装在未图示的内燃机的发动机缸盖上。在螺纹部17的后端侧形成有凸缘状的气体密封部18，衬垫19嵌入在该气体密封部18和螺纹部17之间。在气体密封部18的后端侧形成有用于卡合扳手和活扳手等工具的工具卡合部20，在工具卡合部20的后端侧形成有铆接部21。在形成于铆接部21及工具卡合部20的内周面与绝缘体3的外周面之间的环状空间中，配置有环状的密封片22、23和滑石24，绝缘体3被固定于主体配件6。主体配件6能够利用导电性的钢铁材料例如低碳钢形成。
[0030]端子配件5是用于从外部对中心电极4施加电压的端子，该电压用于在中心电极4和接地电极7之间进行火花放电。端子配件5具有露出部25和大致圆柱状的柱状部26，露出部25从轴孔2露出，其外径大于轴孔2的内径，露出部25的凸缘型部的一部分与轴线O方向的后端侧端面抵接,柱状部26从该露出部25的轴线O方向的前端侧向前端方向延伸，被容纳在轴孔2内。端子配件5能够利用低碳钢等金属材料形成。[0031]所述中心电极4大致呈棒状，由外层27和芯部28形成，芯部28形成为被同心地埋入该外层27的内部的轴心部。中心电极4以其前端从绝缘体3的前端面凸出的状态被固定在绝缘体3的轴孔2内，被绝缘保持在主体配件6上。芯部28利用导热率高于外层27的材料形成，例如可以举出Cu、Cu合金、Ag、Ag合金、纯Ni等。
[0032]外层15能够利用Ni合金等中心电极4使用的公知的材料形成。
[0033]所述接地电极7例如形成为大致方柱体，一端部被接合在主体配件6的前端面上，并在中途被弯曲成大致L字状，另一端部形成为与中心电极4的前端部之间隔着火花放电间隙G面对。所述接地电极7能够利用Ni合金等接地电极7使用的公知的材料形成。该实施方式的火花塞I的火花放电间隙G是指在中心电极4的前端部设置的端头8与在接地电极7的前端部设置的端头9之间的最短距离，该火花放电间隙G通常被设定为0.3?
1.5_。所述端头8、9可以设置于接地电极7和中心电极4相对的各自的前端部至少一方，例如当在更容易成为高温的接地电极7的前端部设有端头9、在中心电极4的前端部没有设置端头8的情况下，设置于接地电极7的端头9和中心电极4相对的各自的面对面之间的最短距离为火花放电间隙G。
[0034]本发明的火花塞I的端头8、9含有3质量％以上35质量％以下的元素组M (M表示Pt及Rh中的至少一种)、0质量％以上15质量％以下的元素组L(L表示Ir、Ru及Pd中的至少一种)，所述元素组M及所述元素组L的合计含有量为3质量％以上35质量％以下，N1、所述元素组M及所述元素组L的合计含有量至少为94质量％。满足这些条件的Ni的含有量为59质量％以上97质量％以下。
[0035]所述端头8、9通过增大Ni的含有量来取代通常作为主成分而使用的贵金属，能够降低高价的贵金属的含有量。
[0036]元素组M是在高温环境下耐氧化性和耐火花耗损性良好的材料。因此，推测元素组M的含有量越多，通过在实机中使用火花塞1，在端头8、9被置于冷热循环环境下时，作为端头8、9的体积减小的难易度而评价的耐耗损性越高。但是，与该推测相反，在端头8、9的主成分不是元素组M的情况下，元素组M的含有量越多，耐耗损性不一定提高。在端头8、9的主成分不是元素组M的情况下，有时在端头形成凸出物，由于该凸出物的形成，容易产生端头的耗损，并且难以维持火花放电间隙G。因此，
【发明者】们认真研究的结果发现，如前面所述，在元素组M及元素组L的含有量、元素组M和元素组L的合计含有量、Ni和元素组M和元素组L的合计含有量处于特定的范围内时，抑制凸出物的形成，从而能够提供具有耐耗损性、而且维持火花放电间隙G、具有耐久性的火花塞I。
[0037]如果元素组M的含有量不足3质量％，则不能发挥耐氧化性和耐火花耗损性良好的元素组M的效果，并导致端头8、9的耐耗损性变差。另外，如果元素组M的含有量不足3质量％，例如在端头8、9容易形成图2所示的凸出物，导致火花放电间隙G缩小。如果火花放电间隙G缩小，则有可能短路，在短路的情况下将导致失火。另外，如果形成凸出物，则与高温的空气层接触的面积增大，端头8、9受到的热量难以向接地电极7和/或中心电极4转移，端头8、9容易过热。如果端头8、9过热，则端头8、9的耗损加剧，因而耐耗损性变差。
[0038]所述凸出物被认为是如下所述形成的。在实机的燃烧室内反复进行温度的上升和下降，因而端头8、9被置于冷热循环环境下。如果端头8、9被置于这种冷热循环环境下，则端头8、9的主成分即Ni在晶粒边界容易氧化及腐蚀，在所述晶粒边界产生氧化物及腐蚀生成物，容易产生内部应力。在燃烧室内成为高温，端头8、9被置于高温下时，认为将以缓解应力的方式产生塑性变形和蠕变变形，由于这些变形，产生端头8、9的表面的鼓起或者结晶粒从端头8、9的表面凸出，这些被认为是图2所示的凸出物。
[0039]如果元素组M的含有量为3质量％以上35质量％以下、优选5质量％以上30质量％以下，则元素组M是难以氧化及腐蚀的元素，因而能够抑制Ni在晶粒边界的氧化及腐蚀。其结果是，抑制在端头8、9的表面形成凸出物。如果能够抑制凸出物的形成，则抑制端头8、9由于凸出物而过热，由此能够抑制端头的耗损。因此，如果元素组M的含有量为3质量％以上35质量％以下、优选5质量％以上30质量％以下，则能够提供耐耗损性良好、而且维持火花放电间隙、具有耐久性的火花塞I。
[0040]如果元素组M的含有量超过35质量％,例如在端头8、9的表面容易形成图2所示的凸出物。如果形成凸出物，则如前面所述，耐耗损性变差，火花放电间隙G缩小。在元素组M的含有量较少时，所述凸出物被认为是由于其它原因而形成的。元素组M的含有量越增力口，越能够抑制Ni的氧化及腐蚀的绝对量。另一方面，Ni的氧化及腐蚀是从端头8、9的表面向深度方向进行的。Ni比元素组M容易氧化及腐蚀，因而通过使Ni有选择地耗损，元素组M富集的层一直形成到端头8、9的内部。在容易产生氧化及腐蚀的Ni的晶粒边界附近容易形成元素组M富集的层，在元素组M富集的层和形成端头8、9的母材即Ni的含有量较多的层中，热膨胀率不同，因而如果大量地形成元素组M富集的层，在被置于冷热循环环境下的端头8、9的内部产生应力。由于该应力，产生端头8、9的表面的鼓起或者结晶粒在端头8、9的表面凸出，这些被认为是图2所示的凸出物。另外，如果元素组M的含有量较多，则端头8、9的延展性下降而变脆，因而根据元素组M富集的层而在端头8、9产生裂纹等，以该裂纹为起点，端头8、9过热，进而容易形成凸出物。
[0041]优选元素组L的含有量最多为15质量％,特别优选在I质量％以上10质量％以下。元素组L的熔点比Ni高，因而通过含有适量的元素组L，耐耗损性提高。如果含有超过15质量％的元素组L，则端头8、9的延展性下降而变脆，因而在端头8、9容易产生裂纹，以该裂纹为起点，端头8、9容易过热，进而容易形成凸出物。如果形成凸出物，如前面所述端头8、9的耗损发展，难以维持火花放电间隙G。
[0042]在元素组M的含有量为3质量％以上35质量％以下、元素组L的含有量为O质量％以上15质量％以下、尤其是I质量％以上10质量％以下时,如果元素组M与元素组L的合计含有量为3质量％以上35质量％以下、尤其是4质量％以上35质量％以下，则耐耗损性提高，能够维持火花放电间隙。在元素组M的含有量为5质量％以上30质量％以下、元素组L的含有量为O质量％以上15质量％以下、尤其是I质量％以上10质量％以下时，如果元素组M与元素组L的合计含有量为5质量％以上30质量％以下、尤其是6质量％以上30质量％以下，则端头8、9的耐耗损性进一步提高，能够维持火花放电间隙。如果元素组M与元素组L的合计含有量不足3质量％,则基于与元素组M的含有量不足3质量％时相同的理由，容易在端头8、9形成凸出物，耐耗损性变差，难以维持火花放电间隙G。如果元素组M与元素组L的合计含有量超过35质量％,基于与元素组M的含有量超过35质量％时相同的原因，容易形成凸出物。因此，耐耗损性变差，难以维持火花放电间隙G。
[0043]优选元素组S的含有量为0.2质量％以上6质量％以下,特别优选0.5质量％以上3质量％以下。如果含有适量的元素组S，则能够抑制凸出物的形成。在含有适量的元素组S时能够抑制凸出物的形成的理由如下所述。元素组S容易与氧反应，因而在晶粒边界优先氧化并形成氧化物。通过在晶粒边界存在适量的氧化物，能够抑制油和未燃烧燃料等的沉积物中包含的腐蚀性元素和氧向端头8、9的内部扩散。其结果是，能够抑制Ni的氧化及腐蚀，由此能够抑制凸出物的形成。
[0044]如果元素组S的含有量为0.5质量％以上3质量％以下,则能够进一步抑制凸出物的形成，因而是优选方式。如果元素组S的含有量超过6质量％，则端头8、9的导热率降低，因而即使是能够抑制凸出物的形成，也有可能导致耐耗损性变差。
[0045]如果元素组M的含有量为5质量％以上30质量％以下、而且元素组S的含有量为
0.5质量％以上3质量％以下，则能够进一步抑制凸出物的形成，其结果是，通过抑制端头
8、9的过热来抑制端头8、9的耗损，能够维持火花放电间隙G，因而是特别优选的方式。
[0046]所述端头8、9设置于接地电极7和中心电极4的产生火花放电的面上。该实施方式的端头8、9的形状是圆柱状，但端头8、9的形状没有特殊限定，能够采用圆柱状、方柱状及板状等合适的形状。另外，所述端头8、9可以通过用合适的方法进行焊接被接合在所述接地电极7和/或中心电极4的表面上，也可以以将一部分埋设在设置于接地电极7和/或中心电极4的孔或者缺口中的方式被接合在所述表面上。
[0047]图3 Ca)是端头所接合的接地电极的主要部分截面说明图。图3 (b)是沿与图3(a)所示的端头所接合的接地电极的表面为同一平面的面切断时的端头的切断面。如图3Ca)和(b)所示，所述端头9通过熔融部32被接合在所述接地电极7的表面31上，熔融部32是通过所述端头9和所述接地电极7的熔融而形成的，在沿与所述表面31为同一平面的面将所述端头9所接合的接地电极7切断时得到的切断面中，优选由所述熔融部32和所述接地电极7的边界线33包围的部分的面积S至少为0.7_2，特别优选至少为1.2_2。如果所述面积S至少为0.7_2、进而至少为1.2mm2,则端头9通过火花放电而受到的热量容易向接地电极7转移，能够抑制端头9过热，因而能够进一步提闻耐耗损性，并且能够抑制在端头9形成凸出物。在图3 (a)中示出了端头9通过熔融部32被接合在接地电极7上的情况，但端头9和接地电极7也可以不通过熔融部32而直接进行接合，此时的面积S是指由端头9和接地电极7的边界线包围的部分。另外，也可以是，端头9和接地电极7有一部分通过熔融部32进行接合，其它部分不通过熔融部32而直接进行接合。此时的面积S是指由端头9和接地电极7的边界线以及由熔融部32和接地电极7的边界线包围的部分。另夕卜，在图3 Ca)中示出了被接合在接地电极7上的端头9，关于被接合在中心电极4上的端头8，与接地电极的情况相同地，优选所述面积S至少为0.7mm2，特别优选至少为1.2mm2。
[0048]在所述熔融部32中有时也形成凸出物，但该凸出物比在端头8、9的表面形成的凸出物少。如果在熔融部32形成凸出物，则端头8、9受到的热量难以向接地电极7和/或中心电极4 (下面有时也称为电极)转移，因而端头8、9过热，在端头8、9容易形成凸出物，进而难以维持耐耗损性和火花放电间隙G。可是，如果端头8、9含有适量的元素组S，则如前面所述能够抑制凸出物的形成。另一方面，如果端头8、9含有元素组S，则形成氧化物，该氧化物使端头8、9内部的应力增大，因而端头8、9容易从电极4、7剥离。如果端头8、9进一步从电极4、7剥离，则端头8、9的前端过热而容易形成凸出物，因而导致不能发挥元素组S对凸出物的形成的抑制效果。元素组S只要在表面及表面附近的端头内部形成氧化物，就能够产生抑制Ni的氧化及腐蚀的效果，因而尽可能地抑制氧化量的设计是最佳的，以便使不会氧化到端头内部深处。因此，如果使面积S至少达到0.7_2，特别是至少达到1.2mm2,则受到的热量容易向接地电极7和/或中心电极4转移，因而端头的表面温度下降，元素组S在端头8、9内部的氧化被抑制在端头8、9的极表面层，并防止内部应力的增大，由此能够防止剥离，也能够抑制Ni的氧化及腐蚀。因此，如果所述面积S具有期望的面积，则能够抑制凸出物的形成，防止端头8、9的剥离，抑制端头8、9的过热，由此能够提高耐耗损性，维持火花放电间隙。
[0049]所述面积S能够按照下面所述进行测定。在与端头8、9所接合的电极4、7的表面31 (下面有时称为接合面)为同一平面的面中，将端头8、9所接合的电极4、7切断，对于所得到的切断面，使用SEM(主体:日本电子株式会社制JSM-6490LA，检测器:日本电子株式会社制EX-94300S4L1Q)拍摄组分像或者进行绘图分析。然后，使用所拍摄到的组分像或者绘图照片，利用Adobe Photoshop CS等图像处理软件,测定由端头8、9和/或熔融部32与电极4、7的边界线33包围的部分的面积。另外，在端头8、9的形状是沿与所述接合面31垂直的方向延伸的柱状或者在所述接合面31具有底面的锤状的情况下，不按照上面所述将端头8、9所接合的电极4、7切断，而是利用数字显微镜(々一二 > ^制VHX-2000)从电极4、7的上方即与所述接合面31垂直的方向拍摄端头8、9，与上述相同地使用Photoshop等测定由熔融部32与电极4、7的边界线33包围的部分的面积。
[0050]所述端头8、9实质上含有合计为94质量％以上的N1、元素组M、以及根据期望含有的元素组L，和根据期望的元素组S。这些各成分的含有方式是在前述的各成分的含有率的范围内，使这些各成分和所述成分以外的成分例如Co、Fe、Re、Mo、Ta及不可避免杂质的合计值达到100质量％。可以在能够实现本申请发明的目的的范围内含有Co、Fe、Re、Mo、Ta及不可避免杂质，也可以是与元素组S合起来最多含有6质量％。
[0051]所述端头8、9中包含的各成分的含有率能够按照下面所述进行测定。即，首先将端头8、9切断而露出断面，在该端头8、9的断面中选择任意多个位置(例如5处)，利用EPMA进行 WDS (Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer:波长色散 X 射线光谱仪)分析，由此测定各个位置的质量组分。然后，计算所测定出的多个位置的值的平均值，将该平均值作为端头8、9的组分。另外，关于测定位置，将通过端头8、9与电极的熔融而形成的焊接部32除外。
[0052]所述火花塞I例如按照下面所述制造。首先，关于端头8、9能够采用以下的方法:例如通过轧制将熔解材料加工成板材，通过冲压加工将该板材冲压形成为预定的端头形状的方法，所述熔解材料是将各成分的含有率在前述的范围内的端头材料进行调配及熔解而得到的；通过轧制、锻造或者拉丝将合金加工成线状或者棒状的素材，然后沿长度方向将该素材切断形成为预定长度的方法等。另外，根据材料的加工性能，加工工序能够适当选择热轧或者冷轧任意一种。
[0053]关于中心电极4和/或接地电极7，例如能够使用真空熔解炉调制具有期望的组分的合金的熔液，通过进行拉丝加工等适当调整为预定的形状及预定的尺寸，从而制得中心电极4和/或接地电极7。关于中心电极4是将由导热率比外层部件高的Cu合金等构成的内层部件，插入到形成为杯状的由Ni合金等构成的外层部件中，通过挤压加工等塑性加工，形成在外层的内部具有芯部的中心电极4。另外，该实施方式的火花塞I的接地电极7利用一种材料形成， 但接地电极7也可以与中心电极4相同地由外层、和以埋入该外层的轴心部的方式设置的芯部形成，在这种情况下，与中心电极4相同地，将内层部件插入形成为杯状的外层部件中，并进行挤压加工等塑性加工，然后将被塑性加工为大致方柱状的部件作为接地电极7。
[0054]然后，通过电阻焊接或者激光焊接等将接地电极7的一端部接合在通过塑性加工等形成为预定的形状的主体配件6的端面上。然后,对接地电极7所接合的主体配件6实施镀锌或者镀镍。也可以在镀锌或者镀镍后进行3价铬酸盐处理。并且，也可以将对接地电极实施的镀覆剥离。
[0055]然后，通过电阻焊接和/或激光焊接等将如上所述制作的端头8、9熔融固定在接地电极7和中心电极4上。在通过电阻焊接将端头8、9接合在接地电极7和/或中心电极4上的情况下，例如将端头8、9设置在接地电极7和/或中心电极4的预定位置，并且进行按压的同时进行电阻焊接。在通过激光焊接将端头8、9接合在接地电极7和/或中心电极4上的情况下，例如将端头8、9设置在接地电极7和/或中心电极4的预定位置，从端头8、9的斜上方向端头8、9与接地电极7和/或中心电极4的接触部分中的一部分或者全周照射激光光束。另外，也可以在进行电阻焊接后进行激光焊接。
[0056]另一方面，通过将陶瓷等烧成预定的形状制得绝缘体3，将端头8所接合的中心电极4插入设置在该绝缘体3的轴孔2内，在所述轴孔2内顺序地预备压缩并填充用于形成密封体10、11的玻璃粉末、用于形成电阻体12的电阻体组成物、以及所述玻璃粉末。然后，将端子配件5从所述轴孔2内的端部压入，对电阻体组成物和玻璃粉末进行压缩加热。这样将电阻体组成物和玻璃粉末进行烧结并形成电阻体12和密封体10、11。然后，将固定了该中心电极4等的绝缘体3安装在接地电极7所接合的主体配件6上。最后，将接地电极7的前端部弯折到中心电极4侧，使接地电极7的一端与中心电极4的前端部相对，如此制得火花塞I。
[0057]本发明的火花塞I被用作汽车用的内燃机例如汽油发动机等的点火栓，所述螺纹部17被螺合到在用于划分形成内燃机的燃烧室的发动机缸盖(未图示)设置的螺纹孔中，并被固定在预定的位置。本发明的火花塞I能够用于任何类型的内燃机，即使是降低稀少且高价的贵金属的含有量，也能够维持端头8、9在冷热循环环境下的耐耗损性和火花放电间隙。
[0058]本发明的火花塞I不限于前述的实施例，能够在可以实现本申请发明的目的的范围内进行各种变更。例如，所述火花塞I以如下方式配置:使中心电极4的前端面和接地电极7的前端部的外周面沿轴线O方向隔着火花放电间隙G相对，但在本发明中，也可以配置成使中心电极的侧面和接地电极的前端面沿中心电极的半径方向隔着火花放电间隙相对。在这种情况下，与相对中心电极的侧面的接地电极可以设置为一个，也可以设置为多个。
[0059]实施例
[0060]<火花塞试验体的制作>
[0061]端头是这样制作的，通过锻造将熔解材料加工成方柱状，对该方柱进行轧制、拉丝加工等使成为圆线，切断成预定的长度而形成为圆柱状的端头形状，所述熔解材料是将具有预定的组分的端头材料进行调配及熔解而得到的。中心电极和接地电极是这样制作的，按照前面所述调制具有预定的组分的合金的熔液，通过进行拉伸加工等适当调整制作为预定的形状和预定的尺寸，从而制得利用由Ni合金构成的外层和由Cu合金构成的芯部形成的中心电极，和由Ni合金构成的接地电极。
[0062]然后，将接地电极接合在主体配件的一端面上，通过电阻焊接将制得的端头接合在接地电极中没有接合主体配件的接地电极的端部上。另一方面，通过激光焊接将制得的端头接合在中心电极的前端部。另一方面，通过将陶瓷烧成为预定的形状制得绝缘体，将端头所接合的中心电极插入该绝缘体的轴孔内，依次向轴孔内填充玻璃粉末、电阻体组成物、玻璃粉末，最后插入端子配件并进行密封固定。
[0063]然后，将固定了中心电极的绝缘体安装在接地电极所接合的主体配件上，最后将接地电极的前端部弯折到中心电极侧，使接合在接地电极上的端头和接合在中心电极的前端面上的端头相对，从而制得火花塞试验体。
[0064]另外，所制得的火花塞试验体的螺纹径为M12，表示端头之间的最短距离的火花放电间隙G为1.1mm,端头的直径为0.7mm,端头的高度为1.2mm,按照以下所述测定出的面积S 为 0.43mm2。
[0065]关于面积S，利用数字显微镜(々一二 > 7制VHX-2000)从与电极的端头所接合的接合面垂直的方向拍摄端头，从拍摄到的图像中，测定由熔融部与电极的边界线包围的部分的面积，所述熔融部是在进行激光焊接时通过电极和端头熔融而形成的。
[0066]关于表I?3所示的端头的组分，通过进行EPMA(日本电子株式会社制JXA-8500F)的WDS分析(加速电压:20kV，焊点直径:100 μ m)，测定了质量组分。首先，将端头切断而露出断面，在该端头的断面中选择任意5处进行了测定。然后，计算所测定的5处的值的平均值，将该平均值作为端头的组分。
[0067]<机上火花耗损试验>
[0068]将制得的火花塞试验体安装在加压条件0.6MPa、氮流量0.51/分的高压腔中，以IOOHz频率进行放电250小时。利用投影仪(东芝株式会社制T0SCANER-32250 μ hd、以170kV、100 μ A进行测定)测定该试验前后的被接合在接地电极上的端头的体积，将从试验前的各种端头的体积减去试验后的各种端头的体积得到的值作为耗损体积，使用将纯镍的耗损体积设为I时的各种端头的耗损体积比(各种端头的耗损体积/Ni的耗损体积)进行了评价。结果如表I?表3所示。
[0069]O:耗损体积比为0.95以上时
[0070]1:耗损体积比为0.85以上且小于0.95时
[0071]2:耗损体积比为0.75以上且小于0.85时
[0072]3:耗损体积比为小于0.75时
[0073]<实机耐久试验>
[0074]将制得的火花塞试验体安装在试验用的发动机(排气量2000cc、6缸)上，进行将节气阀全开I分钟、空转状态I分钟这种周期的运转反复100小时的耐久试验。
[0075](凸出物的评价)
[0076]在所述投影仪中跟踪实机耐久试验前的被接合在接地电极上的端头的轮廓，每当经过25小时运转时间时跟踪端头的轮廓，得到各个跟踪图。图4是说明实机耐久试验前后的凸出物的凸出高度的说明图。如图4所示，首先使用跟踪图测定了从实机耐久试验前的接地电极的接合面到前端面(虚线)的与接合面垂直的X方向的距离h。然后，每当实机耐久试验经过25小时后，使用跟踪图测定从接地电极的接合面到凸出物的前端的X方向的距离f，采用每当经过25小时而测定的测定值中数值最大的测定值。凸出长度d是通过计算所采用的所述距离f与所述距离h之差而求出的，按照下面的基准进行评价。结果如表1~表3所示。
[0077]O:凸出长度为0.50mm以上时
[0078]1:凸出长度为0.45臟以上且小于0.50臟时
[0079]2:凸出长度为0.40臟以上且小于0.45臟时
[0080]3:凸出长度为0.35臟以上且小于0.4Ctam时
[0081]4:凸出长度为0.20臟以上且小于0.35臟时
[0082]5:凸出长度为0.10臟以上且小于0.20臟时
[0083]6:凸出长度为0.05臟以上且小于0.1Ctam时
[0084]7:凸出长度小于0.05mm时
[0085](耐耗损性的评价)
[0086] 利用前述的投影仪测定了实机耐久试验前后的被接合在接地电极上的端头的体积，计算试验后的端头的体积与试验前的端头的体积之比，将该计算值作为耗损体积比，按照下面的基准进行了评价。结果如表1~表3所示。
[0087]O:耗损体积比为0.95以上时
[0088]1:耗损体积比为0.85以上且小于0.95时
[0089]2:耗损体积比为0.75以上且小于0.85时
[0090]3:耗损体积比为0.70以上且小于0.75时
[0091]4:耗损体积比小于0.70时
[0092]【表1】
【权利要求】
1.一种火花塞，具有:中心电极；接地电极，与所述中心电极之间设置间隙而配置；以及端头，设置于所述接地电极和所述中心电极相对的各自的前端部的至少一方，所述火花塞的特征在于， 所述端头含有3质量％以上35质量％以下的元素组M、0质量％以上15质量％以下的元素组L,所述元素组M及所述元素组L的合计含有量最多为35质量％，N1、所述元素组M及所述元素组L的合计含有量至少为94质量％,其中，M表示Pt及Rh中的至少一种，L表示Ir、Ru及Pd中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 所述端头含有0.2质量％以上6质量％以下的元素组S，其中，S表示S1、Al、T1、Cr、Mn中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 所述端头含有I质量％以上10质量％以下的所述元素组L。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的火花塞,其特征在于， 所述端头含有5质量％以上30质量％以下的所述元素组M，所述元素组M及所述元素组L的合计含有量最多为30质量％。
5.根据权利要求1?4中任意一项所述的火花塞,其特征在于， 所述元素组S的含有量为0.5质量％以上3质量％以下。
6.根据权利要求1?5中任意一项所述的火花塞,其特征在于， 所述端头不通过熔融部而被接合在所述接地电极和/或所述中心电极的表面上，以下将所述接地电极和所述中心电极统称为电极，该熔融部是通过所述端头与所述电极的熔融而形成的，或者所述端头的至少一部分通过所述熔融部被接合在所述表面上，在沿与所述表面为同一平面的面将所述端头所接合的电极切断时得到的切断面中，由所述端头和/或所述熔融部和所述电极的边界线包围的部分的面积S至少为0.7mm2,
7.根据权利要求1?6中任意一项所述的火花塞,其特征在于， 所述面积S至少为1.2mm2。
【文档编号】H01T13/39GK103688429SQ201280035493
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年4月17日 优先权日:2011年7月29日
【发明者】角力山大典, 吉本修 申请人:日本特殊陶业株式会社