火花塞的制造方法与工艺

本发明涉及火花塞。尤其是涉及在接地电极及中心电极中的至少一方设有端头的火花塞。

背景技术：
火花塞使用于机动车发动机等内燃机的点火用。火花塞通常具备：筒状的主体配件；配置于该主体配件的内孔的筒状的绝缘体；配置于该绝缘体的前端侧内孔的中心电极；一端接合于主体配件的前端侧且另一端与中心电极之间具有火花放电间隙的接地电极。并且，火花塞在内燃机的燃烧室内，在形成在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进行火花放电，使填充在燃烧室内的燃料燃烧。然而，作为形成接地电极及中心电极的材料，通常使用Ni合金等。对于耐氧化性及耐消耗性，Ni合金与以Pt及Ir等贵金属为主成分的贵金属合金相比稍差，但是由于比贵金属廉价，因此作为形成接地电极及中心电极的材料而优选使用。然而，近年来，燃烧室内的温度处于高温化的倾向，当由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，接地电极及中心电极相对的各自的前端部容易产生火花消耗。因此，开发出了如下的方法：在接地电极与中心电极相对的各自的前端部设置端头，利用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，多使用以耐氧化性及耐火花消耗性优异的贵金属为主成分的材料。例如，在专利文献1中，以提供“本发明涉及…抑制贵金属构件的火花消耗、氧化消耗、以及异常消耗并且也抑制了贵金属构件的发汗现象的耐久性更高的火花塞”(参见专利文献1的第4页第11～15行)的情况为课题，作为用于解决该课题的方案而记载了“一种火花塞··上述贵金属构件以Ir为主成分，包含0.3质量％以上且43质量％以下的Rh、5.2质量％以上且41质量％以下的Ru、0.4质量％以上且19质量％以下的Ni”(参见专利文献1的权利要求1)。另外，在专利文献1中记载了“为了进一步提高确保其他的使用条件下的优越性的例如高温(900℃以上)下的耐氧化消耗性，可以在贵金属构件中包含例如Pt、Pd、Re、Os。或者在确保其他的使用条件下的优越性的例如火花塞(贵金属构件)为比较低的温度(600℃左右)的情况下，为了进一步提高耐氧化消耗性及耐火花消耗性，可以在贵金属构件中包含从Sr、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ti、Zr及Hf中选择的元素的氧化物(包括复合氧化物)。尤其是优选使用Y2O3、La2O3、ThO2、ZrO2”(参见专利文献1的第4页第39～47行)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本再公表2004-107517号公报

技术实现要素：
发明要解决的课题本发明课题在于提供一种通过在中心电极及接地电极中的至少一方具备高温环境下的耐火花消耗性优异的端头而耐久性优异的火花塞。用于解决课题的方案用于解决所述课题的方案中，(1)一种火花塞，具备中心电极和与所述中心电极之间设有间隙地配置的接地电极，其特征在于，所述中心电极和所述接地电极中的至少一方具有形成所述间隙的端头，所述端头具有：以Ir为主成分的金属母材；及包含具有由通式ABO3表示的钙钛矿结构的氧化物(A是从周期表的第2族元素选择的至少1种，B是从金属元素选择的至少1种)的至少1种的氧化物颗粒，在观察所述端头的截面时，所述氧化物颗粒占据的面积的比例为1％以上且13％以下。作为所述(1)的优选的形态，可列举如下的形态。(2)所述金属母材含有Rh，所述金属母材的结晶粒界存在的所述氧化物颗粒的个数M相对于所述端头含有的所述氧化物颗粒的全部个数N之比(M/N)为0.85以下。(3)在所述(1)或(2)的火花塞中，所述金属母材的结晶粒的平均粒径为3～150μm。(4)在所述(1)～(3)中的任一个火花塞中，所述氧化物颗粒的平均粒径为0.05～30μm。(5)在所述(1)～(4)中的任一个火花塞中，所述金属母材含有1质量％以上且35质量％以下的Rh。(6)在所述(5)的火花塞中，所述金属母材含有5质量％以上且20质量％以下的Ru。(7)在所述(1)～(6)中的任一个火花塞中，所述金属母材含有0.4质量％以上且3质量％以下的Ni。(8)在所述(1)～(7)中的任一个火花塞中，所述氧化物是SrZrO3、SrHfO3、BaZrO3及BaHfO3中的至少一种。(9)在所述(1)～(8)中的任一个火花塞中，所述端头为圆柱状，其直径R最大为1mm。(10)在所述(1)～(9)中的任一个火花塞中，在以经过所述端头的轴线的面切割而得到的切割面中，长度F与长度L之比即F/L为0.6以上，该长度F是通过对所述端头和所述中心电极和/或所述接地电极进行熔融而形成的熔融部在从所述端头的一侧面至另一侧面的范围内的表示所述端头与所述中心电极和/或所述接地电极的接合面的直线上的长度，该长度L是所述端头的在与所述轴线正交的方向上的长度。发明效果根据本发明，所述端头具有以Ir为主成分的金属母材和具有由通式ABO3表示的钙钛矿结构的氧化物颗粒，观察所述端头的截面时的所述氧化物颗粒占据的面积相对于观察区域的整个面积的比例为1％以上且13％以下，因此本发明的端头的高温环境下例如800℃以上的环境下的耐火花消耗性优异，能够提供出耐久性优异的火花塞。当所述金属母材含有Rh时，高温环境下的金属母材的耐氧化性提高。当金属母材的耐氧化性提高时，能够抑制金属母材的氧化消耗造成的氧化物颗粒的脱落。由此，当所述金属母材含有Rh时，能够充分发挥端头具有氧化物产生的耐火花消耗性的提高效果。但是，即使含有Rh，所述金属母材的结晶粒界与金属母材的结晶粒内相比也容易发生氧化。因此，与金属母材的结晶粒内相比，容易氧化的金属母材的结晶粒界存在的氧化物颗粒容易脱落。当氧化物颗粒脱落时，具有氧化物产生的耐火花消耗性的提高效果下降。因此，所述金属母材的结晶粒界存在的所述氧化物颗粒的个数相对于所述端头含有的所述氧化物颗粒的全部个数之比为特定的值以下时，能够成为耐消耗性更优异的端头，其结果是，能够提供耐久性更优异的火花塞。当所述金属母材的结晶粒的平均粒径为3～150μm的范围内时，能够抑制金属母材的脱落，因此能够成为耐火花消耗性更优异的端头，其结果是，能够提供出耐久性更优异的火花塞。若所述氧化物颗粒的平均粒径为0.05μm以上，则能够抑制存在于端头的表面的氧化物颗粒的飞散，而且，若所述氧化物颗粒的平均粒径为30μm以下，则能够降低氧化物颗粒从端头脱落时的氧化物的损失。由此，若所述氧化物颗粒的平均粒径为0.05～30μm的范围内，则氧化物能够充分地有助于端头的耐火花消耗性的提高。其结果是，能够提供出耐久性更优异的火花塞。若所述金属母材含有1质量％以上的Rh，则能够进一步抑制上述的高温环境下的金属母材的氧化。而且，若所述金属母材含有35质量％以下的Rh，则端头的熔点不会过度下降，能够成为耐火花消耗性优异的端头，其结果是，能够提供出耐久性优异的火花塞。若所述金属母材含有1质量％以上且35质量％以下的Rh、且含有5质量％以上的Ru，则上述的高温环境下的金属母材的结晶粒界处的耐氧化性进一步提高。若金属母材的结晶粒界的耐氧化性提高，则能够抑制金属母材自身的脱落或存在于粒界的氧化物颗粒的脱落。由此，通过所述金属母材含有5质量％以上的Ru，能够充分地发挥端头具有氧化物产生的耐火花消耗性的提高效果。另一方面，当Ru的含有量超过20质量％时，耐火花消耗性反而下降。因此，当所述金属母材含有5质量％以上且20质量％以下的Ru时，能够成为耐火花消耗性更优异的端头。其结果是，能够提供出耐久性优异的火花塞。若所述金属母材含有0.4质量％以上且3质量％以下的Ni，则在后述的端头制造工序中的烧结时，Ni成为液体而能够进入其他的金属及氧化物粉末之间，因此能够成为烧结性提高且耐火花消耗性更优异的端头。其结果是，能够提供出耐久性优异的火花塞。若所述氧化物为SrZrO3、SrHfO3、BaZrO3及BaHfO3的至少一种，则能够成为耐火花消耗性更优异的端头，其结果是，能够提供出耐久性优异的火花塞。当所述端头的放电面小时，引燃性提高，另一方面，放电部分局部性地成为高温，因此通常端头的火花消耗加速。另一方面，高温区域的耐火花消耗性优异的本发明的火花塞的端头的直径R最大为1mm的端头的情况下，与以往的端头相比，能够提高引燃性，并抑制火花消耗的加速。若增大所述熔融部的体积而比(F/L)为0.6以上，则能够提高所述端头与中心电极和/或接地电极的焊接强度。另一方面，若增大熔融部的体积，则通常端头的火花消耗加速。然而，耐火花消耗性优异的本发明的火花塞的比(F/L)为0.6以上的情况下，能够提高焊接强度并维持耐火花消耗性。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整体说明图。图2是示意性地表示图1所示的火花塞的端头的截面的一部分的主要部分剖视说明图。图3是将图1所示的火花塞的设有端头的中心电极放大表示的主要部分剖视说明图。图4是表示表1所示的端头的氧化物颗粒的面积比例与消耗体积比例的关系的坐标图。图5是表示表3所示的端头的比(M/N)与消耗体积比例的关系的坐标图。图6是表示表4所示的端头的金属母材的结晶粒的平均粒径与消耗体积比例的关系的坐标图。图7是表示表5所示的端头的氧化物颗粒的平均粒径与消耗体积比例的关系的坐标图。图8是表示表6所示的端头的端头直径与消耗体积比例的关系的坐标图。图9是表示表7所示的端头的比(F/L)与消耗体积比例的关系的坐标图。具体实施方式本发明的火花塞具备中心电极和与所述中心电极之间设有间隙地配置的接地电极，所述中心电极和所述接地电极中的至少一方具有形成所述间隙的端头。本发明的火花塞的一实施例的火花塞如图1所示。图1是本发明的火花塞的一实施例的火花塞1的局部剖视整体说明图。需要说明的是，在图1中，以纸面下方为轴线O的前端方向，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的大致圆筒状的绝缘体3；设置在所述轴孔2内的前端侧的大致棒状的中心电极4；设置在所述轴孔2内的后端侧的端子配件5；保持所述绝缘体3的大致圆筒状的主体配件6；一端隔着火花放电间隙G而与中心电极4的前端面相对地配置且另一端与主体配件6的端面接合的接地电极7；分别设于所述中心电极4和所述接地电极7的端头8、9。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与端子配件5之间设有用于将中心电极4及端子配件5固定在轴孔2内的密封体10、11及用于降低传播噪音的电阻体12。在绝缘体3的轴线O方向的中央附近形成沿径向突出的突缘部13，在该突缘部13的后端侧收容端子配件5，并形成有将端子配件5与主体配件6绝缘的后端侧主体部14。在该突缘部13的前端侧形成有收容电阻体12的前端侧主体部15，在该前端侧主体部15的前端侧形成有收容中心电极4且外径比前端侧主体部15小的长腿部16。绝缘体3以绝缘体3的前端方向的端部从主体配件6的前端面突出的状态固定于主体配件6。绝缘体3优选由具有机械强度、热强度、电强度的材料形成，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。所述主体配件6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6的前端方向的外周面形成有螺纹部17，利用该螺纹部17向未图示的内燃机的汽缸盖装配火花塞1。在螺纹部17的后端侧形成凸缘状的气体密封部18，在该气体密封部18与螺纹部17之间嵌入衬垫19。在气体密封部18的后端侧形成有用于使扳手和活扳手等工具卡合的工具卡合部20，在工具卡合部20的后端侧形成有敛缝部21。在敛缝部21及工具卡合部20的内周面与绝缘体3的外周面之间形成的环状的空间内配置环状的密封垫22、23及滑石24，绝缘体3相对于主体配件6被固定。主体配件6可以由导电性的钢铁材料例如低碳钢形成。端子配件5是用于从外部向中心电极4施加用于在中心电极4与接地电极7之间进行火花放电的电压的端子。端子配件5具有：外径比轴孔2的内径大，从轴孔2露出，且其突缘型部的一部分与轴线O方向的后端侧端面抵接的露出部25；从该露出部25的轴线O方向的前端侧向前端方向延伸，且收容在轴孔2内的大致圆柱状的柱状部26。端子配件5可以由低碳钢等金属材料形成。所述中心电极4为大致棒状，通过外层27和以同心地埋入该外层27的内部的轴心部的方式形成的芯部28形成。中心电极4以其前端从绝缘体3的前端面突出的状态固定在绝缘体3的轴孔2内，相对于主体配件6被保持为绝缘。芯部28由导热率比外层27高的材料形成，可列举例如Cu、Cu合金、Ag、Ag合金、纯Ni等。外层27可以通过Ni合金等使用于中心电极4的公知的材料形成。所述接地电极7形成为例如大致棱柱体，一端部接合于主体配件6的前端面，在中途弯曲成大致L字状，另一端部以与中心电极4的前端部之间隔着火花放电间隙G而相对的方式形成。所述接地电极7可以通过Ni合金等使用于接地电极7的公知的材料形成。本实施方式的火花塞1的火花放电间隙G是设置在中心电极4的前端部的端头8与设置在接地电极7的前端部的端头9之间的最短距离，该火花放电间隙G通常设定为0.3～1.5mm。所述端...