火花塞的利记博彩app
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【专利摘要】本发明所涉及的火花塞进一步可靠地防止由外力引起的接地电极脱落。火花塞包括：主体金属外壳和焊接于主体金属外壳的顶端面的接地电极。接地电极具有基部，该基部焊接于顶端面，至少一部分埋设于主体金属外壳，基部在自身的宽度方向的中心厚度最大，并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小。顶端面的宽度大于基部的最大厚度，顶端面的宽度与上述最大厚度之差设为0.2mm以下。在含有基部的厚度最大的线段的垂直二等分线的剖面中，基部的最大埋设量设为0.10mm以上。在含有基部的宽度的线段的垂直二等分线的剖面中，基部中的相对于顶端面埋设最深的位置位于主体金属外壳的外周面和内周面中的至少一者上。
【专利说明】火花塞
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及在内燃机等中使用的火花塞。
【背景技术】
[0002]火花塞例如安装于内燃机(发动机)，为了对燃烧室内的混合气体等进行点火而使用。通常，火花塞包括:绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，其贯穿至轴孔的顶端侧；主体金属外壳，其设于绝缘体的外周；以及棒状的接地电极，其焊接于主体金属外壳的顶端面。接地电极具有基部，该基部焊接于主体金属外壳的顶端面，并且朝向轴线方向顶端侧延伸，且该基部的至少一部分埋设于主体金属外壳。另外，接地电极在自身的大致中间部分以使自身的顶端部与中心电极相对的方式折回，从而在接地电极的顶端部与中心电极的顶端部之间形成有间隙。而且，通过向上述间隙施加高电压，在上述间隙产生火花放电，从而对混合气体等进行点火。
[0003]另外，近年来提出了如下方法:通过将接地电极中的位于与中心电极相反一侧的面设为弯曲面状等，从而在宽度方向的中心具有最大厚度，通过以接地电极的厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而逐渐变小的方式构成该接地电极，从而实现点火性的提高(例如，参照专利文献I等)。
[0004]而且，接地电极通常利用电阻焊接以略微埋设于主体金属外壳的状态焊接于该主体金属外壳。而且，伴随着焊接而形成有主体金属外壳和接地电极相互熔合而成的、所谓的熔融塌陷。在此，若上述熔融塌陷向主体金属外壳的外周面、内周面溢出，则担心在将火花塞安装于内燃机等时产生障碍、或者在中心电极与熔融塌陷之间产生遍布绝缘体的表面的异常放电。因此，在进行焊接时，一般通过调节接地电极相对于主体金属外壳的按压载荷、在两者之间的接触部分流动的通电电流来抑制熔融塌陷在主体金属外壳的外周面、内周面溢出。
[0005]专利文献1:日本特开平8 — 213149号公报
[0006]可是，近年来，为了谋求火花塞小型化(小径化)而谋求缩小主体金属外壳的直径。在这种缩小了直径的主体金属外壳中，其顶端面(即，接地电极的被焊接面)的宽度变小，主体金属外壳的顶端面的宽度与接地电极的厚度之差非常小。而且，如上所述，在使用厚度在宽度方向的中心最大的接地电极的情况下，接地电极中的具有最大厚度的部位极其接近主体金属外壳的内周面、外周面。
[0007]在这种结构中，为了防止熔融塌陷向主体金属外壳的外周面、内周面溢出，可以考虑将通电电流设定得较小，从而抑制熔融塌陷的形成。但是，在该情况下，不能够使主体金属构件和接地电极充分地熔透，很难提高接地电极相对于主体金属外壳的焊接强度。
[0008]而且，如上所述，在采用使接地电极构成为在其宽度方向的中心具有最大厚度、且该接地电极的厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小的结构的情况下，在与内燃机等的动作相伴的振动等外力施加于接地电极时，应力集中于上述具有最大厚度的部位与主体金属外壳之间的焊接部分。因此，容易在主体金属外壳和接地电极之间的焊接部分产生裂纹，容易产生接地电极自主体金属外壳脱落的情况。因而，在接地电极形成为上述形状的情况下，为了进一步可靠地防止接地电极脱落，需要更优异的焊接强度，但如上所述，在接地电极极其接近主体金属外壳的内周面等的情况下，很难实现焊接强度的提高。即，在使接地电极构成为在宽度方向的中心具有最大厚度且该接地电极的厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而逐渐变小、并且构成为主体金属外壳的顶端面的宽度与接地电极的厚度之差非常小的火花塞中，尤其担心由外力导致的接地电极脱落。
【发明内容】
[0009]本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于能够在尤其担心由外力导致的接地电极脱落的火花塞中充分地确保焊接强度，从而进一步可靠地防止接地电极脱落。
[0010]以下，对适用于解决上述目的的各个结构逐项说明。另外，根据需要对所对应的结构备注特有的作用效果。
[0011]结构1.本结构的火花塞的特征在于，包括:
[0012]筒状的绝缘体，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；
[0013]中心电极，其插入设置于上述轴孔的顶端侧；
[0014]筒状的主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及
[0015]接地电极，其焊接于上述主体金属外壳的顶端面，在该接地电极与上述中心电极之间形成间隙；
[0016]上述接地电极具有基部，该基部焊接于上述主体金属外壳的顶端面，并且朝向上述轴线方向顶端侧延伸，且该基部的至少一部分埋设于上述主体金属外壳，
[0017]上述基部在自身的宽度方向的中心厚度最大,并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小，
[0018]并且，上述主体金属外壳的沿着与上述轴线正交的方向的顶端面的宽度大于上述最大厚度，另一方面，上述主体金属外壳的顶端面的宽度与上述最大厚度之差设为0.2mm以下，
[0019]将含有上述基部的厚度最大的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中的、沿着上述轴线的上述基部的最大埋设量设为0.1Omm以上，
[0020]在含有上述基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中，使上述基部相对于上述主体金属外壳的顶端面埋设最深的位置位于上述主体金属外壳的外周面和内周面中的至少一者上。
[0021]另外，“基部的最大埋设量”是指在截面中，从基部中的相对于主体金属外壳埋设最深的部位的埋设量减去基部中的相对于主体金属外壳埋设最浅的部位的埋设量后的值(以下相同)。
[0022]根据上述结构1，基部在自身的宽度方向的中心厚度最大，并且随着朝向上述宽度方向的外侧而厚度变小。另外，主体金属外壳的沿着与轴线正交的方向的顶端面的宽度大于基部的最大厚度，另一方面，主体金属外壳的顶端面的宽度与上述最大厚度之差设为0.2mm以下。即，在施加有外力时容易产生接地电极脱落，为了确保能够防止脱落的程度的焊接强度，在以前的方法中也难以确保充分的焊接强度。
[0023]关于这一点，根据上述结构1，在含有基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与轴线平行地延伸的剖面中，使上述基部相对于主体金属外壳的顶端面埋设最深的位置位于主体金属外壳的外周面和内周面中的至少一者。即，在对接地电极施加外力时，应力尤其施加于基部和主体金属外壳的焊接部分中的内周、外周,但在该应力特别施加的部位,基部相对于主体金属外壳埋设最深。因而，能够进一步可靠地确保能够充分地克服应力的焊接强度。
[0024]另外，根据上述结构1，含有基部的厚度最大的线段的垂直二等分线并且与轴线平行地延伸的剖面中的、沿着轴线的基部的最大埋设量设为0.1Omm以上。即，在基部中的除外周、内周以外的部位，确保了充分的埋设量。由此，能够实现焊接强度进一步提高，能够进一步可靠防止接地电极脱落。
[0025]另外，使基部中的相对于主体金属外壳埋设最深的位置位于主体金属外壳的外周面、内周面，是通过在使熔融塌陷相对于主体金属外壳的外周面、内周面积极地溢出的条件下将接地电极焊接于主体金属外壳而实现的。通过使熔融塌陷向主体金属外壳的外周面、内周面溢出，能够使主体金属外壳的顶端面的最内周、最外周变形为凹状，其结果，能够将基部中的相对于主体金属外壳埋设最深的位置设为主体金属外壳的外周面、内周面。另外，在焊接时，通过使熔融塌陷溢出的程度的比较大的通电电流流过，从而主体金属外壳和接地电极充分地熔透这一点也有助于提高焊接强度。
[0026]另外，通过切除向主体金属外壳的内周面等溢出的熔融塌陷，能够避免伴随着熔融塌陷溢出而发生的不良情况。
[0027]结构2.在上述结构I的基础上，本结构的火花塞的特征在于，
[0028]在将上述基部的硬度设为维氏硬度A (Hv)、将上述主体金属外壳的顶端面的硬度设为维氏硬度B (Hv)时，满足A≤B — 50 (Hv),
[0029]将含有上述基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中的、沿着上述轴线的上述基部的最大埋设量设为0.05mm~0.4mm。
[0030]在实现焊接强度的进一步提高这一点上，优选的是使基部的内周、外周相对于主体金属外壳更深地埋设。但是，为了增大埋设量，需要增大通电电流甚至发热量，若使发热量过度增大，则在主体金属外壳和接地电极之间的焊接界面，接地电极等所含有的成分的析出状态与平时不同。其结果，例如在主体金属外壳和接地电极的表面设置镀层从而焊接界面脆化的情况等下，焊接强度有可能降低。
[0031]关于这一点，根据上述结构2，由于基部的内周、外周的最大埋设量设为0.05mm以上，因此能够实现焊接强度进一步提高。另外，由于满足A > B - 50，因此容易使基部埋设于主体金属外壳，由于将上述最大埋设量设为0.05mm以上，因此不必使发热量过度增大。因而，能够进一步可靠地防止焊接界面中的成分的析出状态发生变化，能够有效地抑制焊接强度降低。
[0032]另外，根据上述结构2，由于基部的内周、外周的最大埋设量设为0.4mm以下，因此能够进一步可靠地抑制发热量过度增大，能够更进一步可靠地防止焊接界面中的成分的析出状态变化。其结果，能够进一步有效地抑制焊接强度降低。
[0033]另外，若使基部的硬度A过度增大，则在基部中，接地电极难以变形，难以设为规定的焊接界面，或者在焊接界面处接地电极脆化而有可能难以确保充分的焊接强度。因而，优选的是将基部的硬度A设为例如260Hv以下。
[0034]结构3.在上述结构1或2的基础上，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极由镍或以镍为主要成分的合金构成。
[0035]另外，“主要成分”是指在材料中质量比最高的成分。
[0036]根据上述结构3，接地电极由Ni或以Ni为主要成分的合金形成。因而，能够提高接地电极的热传导性，能够实现优异的耐磨耗性。
[0037]结构4.在上述结构I至3中的任一项的基础上，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极含有93质量％以上的镍、0.05质量％?0.45质量％的包括钇(Y)在内的稀土类元素。
[0038]另外，作为“稀土类元素”，除了钇(Y)以外还能够列举出镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、镝(Dy)、铒(Er)及镱(Yb)。
[0039]根据上述结构4，接地电极由含有93质量％以上的Ni的金属形成。因而，能够提高接地电极的热传导性，能够实现优异的耐磨耗性。
[0040]另一方面，大量含有Ni的金属在高温下容易进行颗粒生长，在如上述结构4那样利用大量含有Ni的金属形成接地电极的情况下，在高温下，担心构成接地电极的金属进行颗粒生长。
[0041]关于这一点，根据上述结构4，在接地电极中含有一种以上的稀土类元素，并且稀土类元素的含量设为0.05质量％以上。因而，能够进一步可靠地抑制构成接地电极的金属进行颗粒生长，能够进一步提高耐磨耗性。
[0042]另外，若稀土类元素的含量过大，则在高温下容易在接地电极的表面产生湿粒。若产生湿粒，则有可能因该湿粒的存在而导致形成于中心电极与接地电极之间的间隙局部变窄，进而导致点火性降低。关于这一点，根据上述结构4，稀土类元素的含量为0.45质量％以下，足够小。因而，能够有效地抑制湿粒产生，能够进一步可靠地防止点火性降低。
[0043]另外，在利用大量含有Ni的金属形成接地电极的情况下，如上所述，接地电极的热传导性提高。因此，在将接地电极焊接于主体金属外壳时，为了使主体金属外壳和接地电极充分地熔透，需要使通电电流甚至发热量增大一定程度。但是，在接地电极含有稀土类元素的情况下，若增大发热量，则有可能使焊接界面中的稀土类元素的析出状态发生变化。其结果，容易在焊接界面产生裂纹，焊接强度有可能降低。
[0044]关于这一点，通过采用上述结构I等，即使在如上述结构4那样利用含有93质量％以上的N1、0.05质量％?0.45质量％的稀土类元素的金属形成接地电极而担心焊接强度降低的情况下，也能够确保优异的焊接强度。换言之，上述结构I等在利用含有93质量％以上的N1、0.05质量％?0.45质量％的稀土类元素的金属形成接地电极的情况下尤其有效。
[0045]结构5.在上述结构I至4中的任一项的基础上，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极中的至少上述基部的上述中心电极侧的面至少在自身的宽度方向上具有平坦的面，除上述平坦的面以外的面形成为弯曲面状。
[0046]另外，“接地电极中的至少基部的中心电极侧的面在自身的宽度方向上具有平坦的面”是指在基部的与中心轴线正交的截面中，基部中的位于中心电极侧的面的外形线形成为直线状。
[0047]根据上述结构5，在接地电极位于间隙与燃料喷射装置之间的状态下，在火花塞安装于内燃机等的情况下，燃料气体易于以绕过接地电极的方式进入间隙。因而，能够进一步可靠地防止伴随着安装位置的不同的点火性的极端降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1是表示火花塞的结构的局部剖切主视图。
[0049]图2A是表示火花塞的顶端部的结构的放大主视图，图2B是表示火花塞的顶端部的结构的局部剖切放大侧视图。
[0050]图3是图2A的J — J线剖视图。
[0051]图4是表不基部等的局部放大首I]视图。
[0052]图5是图4的K — K线剖视图。
[0053]图6是表不基部等的局部放大首I]视图。
[0054]图7是图6的L — L线剖视图。
[0055]图8是表示另一实施方式中的接地电极的形状的局部放大剖视图。
[0056]图9是表示另一实施方式中的接地电极的形状的局部放大剖视图。
[0057]图10是表示另一实施方式中的接地电极的形状的局部放大剖视图。
[0058]图11是表示另一实施方式中的接地电极的形状的局部放大剖视图。
[0059]图12是表示另一实施方式中的接地电极的形状的局部放大剖视图。
[0060]图13是表不另一实施方式中的、基部相对于主体金属外壳的埋设形态的局部放大剖视图。
[0061]附图标记说明
[0062]1、火花塞；2、绝缘电瓷(绝缘体);3、主体金属外壳；4、轴孔；5、中心电极；26、(主体金属外壳的)顶端面；27、接地电极；28、火花放电间隙(间隙)；271、基部；CL1、轴线。
【具体实施方式】
[0063]以下，参照【专利附图】
【附图说明】一实施方式。图1是表示火花塞I的局部剖切主视图。另外，在图1中，将火花塞I的轴线CLl方向作为附图中的上下方向、将下侧作为火花塞I的顶端侦||、将上侧作为后端侧来进行说明。
[0064]火花塞I由形成为筒状的作为绝缘体的绝缘电瓷2和用于保持该绝缘电瓷2的筒状的主体金属外壳3等构成。
[0065]绝缘电瓷2如公知那样通过烧结氧化铝等而形成，在其外形部包括形成于后端侧的后端侧主体部10、在比该后端侧主体部10靠顶端侧的位置向径向外侧突出形成的大径部11、在比该大径部11靠顶端侧的位置以比该大径部11细的直径形成的中间主体部12、以及在比该中间主体部12靠顶端侧的位置以比该中间主体部12细的直径形成的脚部13。此外，绝缘电瓷2中的大径部11、中间主体部12以及大部分的脚部13收纳于主体金属外壳3的内部。而且，在中间主体部12和脚部13之间的连接部形成有锥状的台阶部14，利用该台阶部14将绝缘电瓷2卡定于主体金属外壳3。
[0066]而且，在绝缘电瓷2中贯穿形成有沿轴线CLl延伸的轴孔4，在该轴孔4的顶端侧插入并固定有中心电极5。中心电极5包括由热传导性优异的金属〔例如铜、铜合金、纯镍(Ni)等〕构成的内层5A和由镍基合金构成的外层5B。另外，中心电极5整体形成为棒状(圆柱状)，其顶端部分自绝缘电瓷2的顶端突出。[0067]此外，在轴孔4的后端侧，以自绝缘电瓷2的后端突出的状态插入并固定有端子电极6。
[0068]而且，在轴孔4的中心电极5与端子电极6之间配设有圆柱状的电阻器7。该电阻器7的两端部借助导电性的玻璃密封层8、9而分别与中心电极5和端子电极6电连接。
[0069]此外，上述主体金属外壳3由低碳钢等(例如S25C等)金属形成为筒状，在其外周面形成有螺纹部(外螺纹部)15，该螺纹部15用于将火花塞I安装于内燃机、燃料电池改性器等燃烧装置。另外，在螺纹部15的后端侧，朝向外周侧突出形成有座部16，在螺纹部15后端的螺纹头17嵌入有环状的垫圈18。而且，在主体金属外壳3的后端侧设有截面六边形状的工具卡合部19和朝向径向内侧弯曲的铆接部20，该工具卡合部19用于在将主体金属外壳3安装于燃烧装置时与扳手等工具相卡合。另外，在本实施方式中，为了实现火花塞I小型化而缩小主体金属外壳3的直径，并将螺纹部15的螺纹径设定得较小(例如，M12以下)。
[0070]另外，在主体金属外壳3的内周面设有用于卡定绝缘电瓷2的锥状的台阶部21。而且，绝缘电瓷2相对于主体金属外壳3从其后端侧向顶端侧插入，在自身的台阶部14与主体金属外壳3的台阶部21相卡定的状态下使主体金属外壳3的后端侧开口部向径向内侧铆接、即形成上述铆接部20，从而使绝缘电瓷2固定于主体金属外壳3。另外，在台阶部
14、21之间夹设有圆环状的衬板22。由此，保持燃烧室内的气密性，避免进入暴露于燃烧室内的绝缘电瓷2的脚部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙内的燃料气体向外部泄漏。
[0071]而且，为了使铆接作用下的密闭更加完全，在主体金属外壳3的后端侧，且是在主体金属外壳3与绝缘电瓷2之间夹设有环状的环构件23、24，在环构件23、24之间填充有滑石25的粉末。S卩，主体金属外壳3借助衬板22、环构件23、24以及滑石25而保持绝缘电瓷2。
[0072]另外，如图2A、图2B所示，在主体金属外壳3的顶端面26焊接有棒状的接地电极27。接地电极27通过将其顶端面按压于主体金属外壳3的顶端面26并且对接地电极27与顶端面26之间的接触部分通电而焊接于上述顶端面26。另外，伴随着焊接，主体金属外壳3和接地电极27熔合而成的金属向上述接触部分的外侧溢出，从而形成所谓的熔融塌陷(未图示)。在此，在熔融塌陷向主体金属外壳3的外周面溢出的情况下，有可能在将火花塞I安装于内燃机等时产生障碍，在熔融塌陷向主体金属外壳3的内周面溢出的情况下，有可能在中心电极5与熔融塌陷之间产生遍布绝缘电瓷2的表面的异常放电。因此，在以往，将接地电极27焊接于主体金属外壳3时的按压载荷、通电电流一般设定为能够极力防止熔融塌陷向主体金属外壳3的内周面等溢出的值。
[0073]而且，在本实施方式中，为了实现耐腐蚀性的提高，在主体金属外壳3和接地电极27的表面设有由以N1、Zn为主要成分的金属构成的镀层(未图示)。镀层例如能够通过在将焊接有接地电极27的主体金属外壳3浸溃于含有Zn、Ni的酸性的镀层用水溶液的基础上使直流电流流向主体金属外壳3和接地电极27而形成。但是，在形成镀层时，受到酸的影响，主体金属外壳3和接地电极27之间的焊接界面可能会脆化。
[0074]此外，接地电极27由Ni或以Ni为主要成分的合金形成，在本实施方式中，由含有93质量％以上的镍、并且含有0.05质量％?0.45质量％的包括乾(Y)在内的稀土类元素的金属形成。作为稀土类元素，除了 Y以外还能够列举出镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、镝(Dy)、铒(Er)及镱(Yb)。
[0075]另外，在增大将接地电极27焊接于主体金属外壳3时的通电电流、增大发热量的情况下，在主体金属外壳3和接地电极27之间的焊接界面上，接地电极27等所含有的成分(在本实施方式中为稀土类元素)的析出状态发生变化。在析出状态发生变化、并且焊接界面伴随着镀层的形成工序而脆化的情况下，可能会发生焊接强度降低。
[0076]返回说明接地电极27，接地电极27在自身的大致中间部分折回，在自身的顶端侧侧面与中心电极5的顶端部之间形成有作为间隙的火花放电间隙28。而且，通过对该火花放电间隙28施加电压，能够在火花放电间隙28内且在沿着轴线CLl的方向上进行火花放电。另外，接地电极27在焊接于主体金属外壳3的顶端面26之后在自身的大致中间部分折回。
[0077]此外，接地电极27具有基部271，该基部271焊接于上述顶端面26，并且朝向轴线CLl方向顶端侧延伸，且该基部271的至少一部分埋设于主体金属外壳3。如图3〔图3是图2A的J 一 J线剖视图〕所示，基部271在自身的宽度方向的中心厚度最大，并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小。特别是在本实施方式中，接地电极27中的至少基部271(在本实施方式中为接地电极27的整个区域)构成为中心电极5侧的面27C在自身的宽度方向上具有平行的面，除上述面27C以外的面形成为弯曲面状。即，通过基部271，在与基部271的中心轴线正交的截面中，面27C的外形线形成为直线状，形成基部271中的除上述面27C以外的面的外形线构成为弯曲线状。
[0078]而且，在本实施方式中，如上所述，由于实现了主体金属外壳3的小径化，因此沿着与轴线CLl正交的方向的主体金属外壳3的顶端面26的宽度Wl设定得较小(另外，在本实施方式中，宽度Wl设定为在主体金属外壳3的周向上恒定)。因此，宽度Wl虽然大于基部271的最大厚度Tl，但是宽度Wl与最大厚度Tl之差为0.2mm以下。另外，如上所述，由于接地电极27在自身的宽度方向的中心厚度最大，并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小，因此基部271的宽度方向的中心部(具有最大厚度Tl的部位)最接近于主体金属外壳3的顶端面26的内周、外周。
[0079]然而，在宽度Wl与最大厚度Tl之差为0.2mm以下的情况下，在将接地电极27焊接于主体金属外壳3时，熔融塌陷容易向主体金属外壳3的内周面、外周面溢出，为了防止熔融塌陷溢出，不得不将焊接时的按压载荷、通电电流设定得较小。但是，若减小按压载荷、通电电流，则基部271相对于主体金属外壳3的埋设量、两者的熔透量减少，因此有可能两者的焊接强度不充分。
[0080]另外，像本实施方式这样，在接地电极27设为厚度在自身的宽度方向的中心最大、并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小的形状的情况下，在对接地电极27施加伴随着内燃机等的动作的振动的、使接地电极27弯曲时的应力等外力时，应力集中施加于基部271中的具有最大厚度的部位与主体金属外壳3之间的焊接部分。因此，容易在上述焊接部分产生裂纹，接地电极27有可能相对较容易自主体金属外壳3脱落。S卩，本实施方式中的火花塞I构成为，虽然考虑到接地电极27的形状而需要确保更优异的焊接强度，但是由于顶端面26的宽度Wl与厚度Tl之差较小而难以确保充分的焊接强度。
[0081]因此，在本实施方式中，通过在不特别减小焊接时的按压载荷、通电电流的前提下将接地电极27焊接于主体金属外壳3，从而使熔融塌陷勉强向主体金属外壳3的内周面、外周面溢出，伴随着熔融塌陷的溢出，使顶端面26的最内周部、最外周部变形。由此，如图4所示，在获取含有基部271的宽度的线段SGl的垂直二等分线PMl并且与轴线CLl平行地延伸的截面时，如图5 (图5是图4的K 一 K线剖视图)所示，使基部271相对于主体金属外壳3的顶端面26埋设最深的位置271M位于主体金属外壳3的外周面3G或内周面3N的至少一者(在本实施方式中为主体金属外壳3的外周面3G)。即,在施加有外力时应力所集中的部位，基部271充分地埋设于主体金属外壳3，确保了非常优异的焊接强度。
[0082]另外，在本实施方式中，在接地电极27焊接于主体金属外壳3之后，利用规定的夹具切除向主体金属外壳3的外周面、内周面溢出的熔融塌陷。[0083]而且，在本实施方式中，为了在基部271的除外周、内周以外的部位确保良好的焊接强度，如图6所示，在获取含有基部271的厚度达到最大的线段SG2的垂直二等分线PM2并且与轴线CLl平行地延伸的截面时，如图7 (图7是图6的L 一 L线剖视图)所示，将沿着轴线CLl的基部271的最大埋设量MB2设为0.1Omm以上。
[0084]另外，在本实施方式中，为了实现更优异的焊接强度，如图5所示，含有基部271的宽度的线段SGl的垂直二等分线PMl并且与轴线CLl平行地延伸的截面中的、沿着轴线CLl的基部271的最大埋设量MBl设为0.05mm以上。另外，“基部271的最大埋设量”是指从基部271中的相对于主体金属外壳3埋设最深的部位的埋设量减去基部271中的相对于主体金属外壳3埋设最浅的部位的埋设量而得到的值。
[0085]另外，在将最大埋设量MBl设为0.05mm以上时，例如，在将接地电极27焊接于主体金属外壳3时，考虑使发热量增大，但是若使发热量过度增大，则在焊接界面上，接地电极27所含有的成分(稀土类元素)的析出状态发生变化。在该情况下，有可能不能够充分地发挥将最大埋设量MBl设为0.05mm以上所带来的提高焊接强度的效果。
[0086]因此，在本实施方式中，为了在不使发热量过度增大的前提下将最大埋设量MBl设为0.05mm以上，在将基部271的硬度设为维氏硬度A (Hv)、将主体金属外壳3的顶端面26的硬度设为维氏硬度B (Hv)时，满足AB — 50 (Hv)0即，基部271的硬度A设为即使在最小的情况下也比顶端面26的硬度B略小的程度。因此，在焊接时不会使发热量过度增大，能够比较容易地将基部271埋设于主体金属外壳3。另外，本实施方式中的基部271的硬度A设为260Hv以下。
[0087]另外，基部271的硬度A是指基部271中的、除伴随着对主体金属外壳3进行焊接而产生硬度变化的部位以外的部位的硬度。另外，顶端面26的硬度B是指除伴随着接地电极27的焊接而产生硬度变化的部位以外的部位的硬度。
[0088]另外,在本实施方式中，最大埋设量MBl设为0.4mm以下,从而能够进一步可靠地实现抑制焊接时的发热量增大。
[0089]如以上详细所述，根据本实施方式，在含有基部271的宽度的线段SGl的垂直二等分线PMl并且与轴线CLl平行地延伸的截面中，使基部271相对于主体金属外壳3的顶端面26埋设最深的位置271M位于主体金属外壳3的外周面3G。即，在对接地电极27施加有外力时，应力尤其施加于基部271和主体金属外壳3之间的焊接部分中的内周、外周，但在该应力特别施加的部位，基部271最大程度地埋设于主体金属外壳3。因此，能够进一步可靠地确保能够充分克服应力的焊接强度。[0090]另外，含有基部271的厚度最大的线段SG2的垂直二等分线PM2并且与轴线CLl平行地延伸的截面中的、基部271的最大埋设量MBl设为0.05mm以上。即，在基部271中的除外周、内周以外的部位确保了充分的埋设量。由此，能够实现焊接强度进一步提高，能够进一步可靠地防止接地电极27脱落。
[0091]此外 ，由于最大埋设量MBl设为0.05mm以上，因此能够实现焊接强度进一步提高。另外，由于构成为满足A≥B — 50，因此易于使基部271埋设于主体金属外壳3，由于将最大埋设量MBl设为0.05mm以上，因此不再需要使发热量过度增大。因而，能够进一步可靠地防止焊接界面中的成分的析出状态发生变化，能够有效地抑制设置有镀层的情况等下的焊接强度降低。
[0092]另外，在本实施方式中，由于最大埋设量MBl设为0.4mm以下，因此能够进一步可靠地防止焊接时的发热量过度增大，能够更进一步可靠地防止焊接界面中的成分的析出状态变化。其结果，能够进一步有效地抑制焊接强度降低。
[0093]而且，接地电极27由含有93质量％以上的Ni的金属形成。因而，能够提高接地电极27的热传导性，能够实现优异的耐磨耗性。
[0094]另一方面，在利用大量含有Ni的金属形成接地电极27的情况下，在高温下，担心构成接地电极27的金属进行颗粒生长，但在本实施方式中，在接地电极27中含有一种以上的稀土类元素，并且稀土类元素的含量设为0.05质量％以上。因而，能够进一步可靠地抑制构成接地电极27的金属进行颗粒生长，能够进一步提高耐磨耗性。
[0095]另外，接地电极27中的稀土类元素的含量为0.45质量％，足够小。因此，能够有效地抑制产生湿粒，能够进一步可靠地防止点火性降低。
[0096]此外，接地电极27中的至少基部271形成为，中心电极5侧的面27C具有平坦的面，除上述平坦的面以外的面形成弯曲面状。因而，在接地电极27位于火花放电间隙28与燃料喷射装置之间的状态下，在火花塞I安装于内燃机等的情况下，燃料气体易于以绕过接地电极27的方式进入火花放电间隙28。因而，能够进一步可靠地防止伴随着安装位置不同而导致的点火性的极端降低。
[0097]接着，为了确认由上述实施方式起到的作用效果，至少各制作5个火花塞的试样，对各个试样进行焊接强度评价试验，该各个火花塞的试样在含有基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与轴线平行地延伸的截面中将基部中的相对于主体金属外壳的顶端面埋设最深的位置(最深埋设位置)设为主体金属外壳的外周面、内周面或除这些面以外的面，并且使从主体金属外壳的顶端面的宽度Wl减去基部的最大厚度Tl后的值(Wl — Tl)、最大埋设量MB1、MB2以及从主体金属外壳的顶端面的硬度B减去基部的硬度A后的值(B — A)进行各种变更。
[0098]焊接强度评价试验的概要如下所述。即，对没有在主体金属外壳和接地电极设置镀层的试样和在主体金属外壳和接地电极设置有镀层的试样分别重复弯折接地电极，在焊接部分测量接地电极断裂(接地电极自主体金属外壳脱落)的次数(断裂次数)，并且计算断裂次数的平均值(平均断裂次数)。在此，将平均断裂次数为3.5次以上的试样评价为“◎”，表示具有优异的焊接强度，将平均断裂次数为2.5次以上且小于3.5次的试样评价为“〇”，表示具有良好的焊接强度。另一方面，将平均断裂次数为小于2.5次的试样评价为“ X ”，表示焊接强度较差。在表1~表3中示出该试验的试验结果。[0099]另外，与没有设置镀层的试样相比，设置有镀层的试样受到设置镀层时的酸的影响，主体金属外壳和接地电极的焊接强度容易降低。另外，最深埋设位置、最大埋设量MB1、MB2等通过调节将接地电极焊接于主体金属外壳时的通电电流、按压载荷来改变。例如，通过将通电电流设定得较小，能够抑制熔融塌陷的形成(即，熔融塌陷向主体金属外壳的外周面、内周面溢出)，能够将最深埋设位置设为主体金属外壳的除外周面和内周面以外的位置。另外，通过将通电电流设定得较大，能够积极地形成熔融塌陷(使熔融塌陷相对于主体金属外壳的外周面、内周面溢出)，能够将最深埋设位置设为主体金属外壳的内周面、外周面。而且，通过增减通电电流、按压载荷能够增减最大埋设量MBl、MB2。[0100]另外，通过将主体金属外壳的顶端面的硬度设为大致恒定，另一方面利用加热处理等调苄基部的硬度A，从而改变B — A。而且，各个试样均利用含有93质量％以上的镍、并且含有0.05质量％~0.45质量％的稀土类元素的金属形成接地电极。此外，中心电极侧的面在自身的宽度方向上具有平坦的面，除上述中心电极侧的面以外的面形成为弯曲面状。[0101][表1]
【权利要求】
1.一种火花塞,其特征在于,包括: 筒状的绝缘体，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔； 中心电极，其插入设置于上述轴孔的顶端侧； 筒状的主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及 接地电极，其焊接于上述主体金属外壳的顶端面，在该接地电极与上述中心电极之间形成间隙； 上述接地电极具有基部，该基部焊接于上述主体金属外壳的顶端面，并且朝向上述轴线方向顶端侧延伸，且该基部的至少一部分埋设于上述主体金属外壳， 上述基部在自身的宽度方向的中心厚度最大，并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小， 并且，上述主体金属外壳的沿着与上述轴线正交的方向的顶端面的宽度大于上述最大厚度，另一方面，上述主体金属外壳的顶端面的宽度与上述最大厚度之差设为0.2mm以下，将含有上述基部的厚度最大的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中的、沿着上述轴线的上述基部的最大埋设量设为0.1Omm以上， 在含有上述基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中，使上述基部相对于上述主体金属外壳的顶端面埋设最深的位置位于上述主体金属外壳的外周面和内周面中的至少一者上。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 在将上述基部的硬度设为维氏硬度A (Hv)、将上述主体金属外壳的顶端面的硬度设为维氏硬度B (Hv)时，满足A≥B — 50 (Hv), 将含有上述基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中的、沿着上述轴线的上述基部的最大埋设量设为0.05mm~0.4mm。
3.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 上述接地电极由镍或以镍为主要成分的合金构成。
4.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于， 上述接地电极含有93质量％以上的镍、0.05质量％~0.45质量％的包括乾在内的稀土类元素。
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， 上述接地电极中的至少上述基部的上述中心电极侧的面至少在自身的宽度方向上具有平坦的面，除上述平坦的面以外的面形成为弯曲面状。
6.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于， 上述接地电极由镍或以镍为主要成分的合金构成。
7.根据权利要求6所述的火花塞，其特征在于， 上述接地电极含有93质量％以上的镍、0.05质量％~0.45质量％的包括乾在内的稀土类元素。
【文档编号】H01T13/32GK103579908SQ201310310909
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】鬼海高明, 吉本修 申请人:日本特殊陶业株式会社
【专利摘要】本发明所涉及的火花塞进一步可靠地防止由外力引起的接地电极脱落。火花塞包括：主体金属外壳和焊接于主体金属外壳的顶端面的接地电极。接地电极具有基部，该基部焊接于顶端面，至少一部分埋设于主体金属外壳，基部在自身的宽度方向的中心厚度最大，并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小。顶端面的宽度大于基部的最大厚度，顶端面的宽度与上述最大厚度之差设为0.2mm以下。在含有基部的厚度最大的线段的垂直二等分线的剖面中，基部的最大埋设量设为0.10mm以上。在含有基部的宽度的线段的垂直二等分线的剖面中，基部中的相对于顶端面埋设最深的位置位于主体金属外壳的外周面和内周面中的至少一者上。
【专利说明】火花塞
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及在内燃机等中使用的火花塞。
【背景技术】
[0002]火花塞例如安装于内燃机(发动机)，为了对燃烧室内的混合气体等进行点火而使用。通常，火花塞包括:绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，其贯穿至轴孔的顶端侧；主体金属外壳，其设于绝缘体的外周；以及棒状的接地电极，其焊接于主体金属外壳的顶端面。接地电极具有基部，该基部焊接于主体金属外壳的顶端面，并且朝向轴线方向顶端侧延伸，且该基部的至少一部分埋设于主体金属外壳。另外，接地电极在自身的大致中间部分以使自身的顶端部与中心电极相对的方式折回，从而在接地电极的顶端部与中心电极的顶端部之间形成有间隙。而且，通过向上述间隙施加高电压，在上述间隙产生火花放电，从而对混合气体等进行点火。
[0003]另外，近年来提出了如下方法:通过将接地电极中的位于与中心电极相反一侧的面设为弯曲面状等，从而在宽度方向的中心具有最大厚度，通过以接地电极的厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而逐渐变小的方式构成该接地电极，从而实现点火性的提高(例如，参照专利文献I等)。
[0004]而且，接地电极通常利用电阻焊接以略微埋设于主体金属外壳的状态焊接于该主体金属外壳。而且，伴随着焊接而形成有主体金属外壳和接地电极相互熔合而成的、所谓的熔融塌陷。在此，若上述熔融塌陷向主体金属外壳的外周面、内周面溢出，则担心在将火花塞安装于内燃机等时产生障碍、或者在中心电极与熔融塌陷之间产生遍布绝缘体的表面的异常放电。因此，在进行焊接时，一般通过调节接地电极相对于主体金属外壳的按压载荷、在两者之间的接触部分流动的通电电流来抑制熔融塌陷在主体金属外壳的外周面、内周面溢出。
[0005]专利文献1:日本特开平8 — 213149号公报
[0006]可是，近年来，为了谋求火花塞小型化(小径化)而谋求缩小主体金属外壳的直径。在这种缩小了直径的主体金属外壳中，其顶端面(即，接地电极的被焊接面)的宽度变小，主体金属外壳的顶端面的宽度与接地电极的厚度之差非常小。而且，如上所述，在使用厚度在宽度方向的中心最大的接地电极的情况下，接地电极中的具有最大厚度的部位极其接近主体金属外壳的内周面、外周面。
[0007]在这种结构中，为了防止熔融塌陷向主体金属外壳的外周面、内周面溢出，可以考虑将通电电流设定得较小，从而抑制熔融塌陷的形成。但是，在该情况下，不能够使主体金属构件和接地电极充分地熔透，很难提高接地电极相对于主体金属外壳的焊接强度。
[0008]而且，如上所述，在采用使接地电极构成为在其宽度方向的中心具有最大厚度、且该接地电极的厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小的结构的情况下，在与内燃机等的动作相伴的振动等外力施加于接地电极时，应力集中于上述具有最大厚度的部位与主体金属外壳之间的焊接部分。因此，容易在主体金属外壳和接地电极之间的焊接部分产生裂纹，容易产生接地电极自主体金属外壳脱落的情况。因而，在接地电极形成为上述形状的情况下，为了进一步可靠地防止接地电极脱落，需要更优异的焊接强度，但如上所述，在接地电极极其接近主体金属外壳的内周面等的情况下，很难实现焊接强度的提高。即，在使接地电极构成为在宽度方向的中心具有最大厚度且该接地电极的厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而逐渐变小、并且构成为主体金属外壳的顶端面的宽度与接地电极的厚度之差非常小的火花塞中，尤其担心由外力导致的接地电极脱落。
【发明内容】
[0009]本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于能够在尤其担心由外力导致的接地电极脱落的火花塞中充分地确保焊接强度，从而进一步可靠地防止接地电极脱落。
[0010]以下，对适用于解决上述目的的各个结构逐项说明。另外，根据需要对所对应的结构备注特有的作用效果。
[0011]结构1.本结构的火花塞的特征在于，包括:
[0012]筒状的绝缘体，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔；
[0013]中心电极，其插入设置于上述轴孔的顶端侧；
[0014]筒状的主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及
[0015]接地电极，其焊接于上述主体金属外壳的顶端面，在该接地电极与上述中心电极之间形成间隙；
[0016]上述接地电极具有基部，该基部焊接于上述主体金属外壳的顶端面，并且朝向上述轴线方向顶端侧延伸，且该基部的至少一部分埋设于上述主体金属外壳，
[0017]上述基部在自身的宽度方向的中心厚度最大,并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小，
[0018]并且，上述主体金属外壳的沿着与上述轴线正交的方向的顶端面的宽度大于上述最大厚度，另一方面，上述主体金属外壳的顶端面的宽度与上述最大厚度之差设为0.2mm以下，
[0019]将含有上述基部的厚度最大的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中的、沿着上述轴线的上述基部的最大埋设量设为0.1Omm以上，
[0020]在含有上述基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中，使上述基部相对于上述主体金属外壳的顶端面埋设最深的位置位于上述主体金属外壳的外周面和内周面中的至少一者上。
[0021]另外，“基部的最大埋设量”是指在截面中，从基部中的相对于主体金属外壳埋设最深的部位的埋设量减去基部中的相对于主体金属外壳埋设最浅的部位的埋设量后的值(以下相同)。
[0022]根据上述结构1，基部在自身的宽度方向的中心厚度最大，并且随着朝向上述宽度方向的外侧而厚度变小。另外，主体金属外壳的沿着与轴线正交的方向的顶端面的宽度大于基部的最大厚度，另一方面，主体金属外壳的顶端面的宽度与上述最大厚度之差设为0.2mm以下。即，在施加有外力时容易产生接地电极脱落，为了确保能够防止脱落的程度的焊接强度，在以前的方法中也难以确保充分的焊接强度。
[0023]关于这一点，根据上述结构1，在含有基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与轴线平行地延伸的剖面中，使上述基部相对于主体金属外壳的顶端面埋设最深的位置位于主体金属外壳的外周面和内周面中的至少一者。即，在对接地电极施加外力时，应力尤其施加于基部和主体金属外壳的焊接部分中的内周、外周,但在该应力特别施加的部位,基部相对于主体金属外壳埋设最深。因而，能够进一步可靠地确保能够充分地克服应力的焊接强度。
[0024]另外，根据上述结构1，含有基部的厚度最大的线段的垂直二等分线并且与轴线平行地延伸的剖面中的、沿着轴线的基部的最大埋设量设为0.1Omm以上。即，在基部中的除外周、内周以外的部位，确保了充分的埋设量。由此，能够实现焊接强度进一步提高，能够进一步可靠防止接地电极脱落。
[0025]另外，使基部中的相对于主体金属外壳埋设最深的位置位于主体金属外壳的外周面、内周面，是通过在使熔融塌陷相对于主体金属外壳的外周面、内周面积极地溢出的条件下将接地电极焊接于主体金属外壳而实现的。通过使熔融塌陷向主体金属外壳的外周面、内周面溢出，能够使主体金属外壳的顶端面的最内周、最外周变形为凹状，其结果，能够将基部中的相对于主体金属外壳埋设最深的位置设为主体金属外壳的外周面、内周面。另外，在焊接时，通过使熔融塌陷溢出的程度的比较大的通电电流流过，从而主体金属外壳和接地电极充分地熔透这一点也有助于提高焊接强度。
[0026]另外，通过切除向主体金属外壳的内周面等溢出的熔融塌陷，能够避免伴随着熔融塌陷溢出而发生的不良情况。
[0027]结构2.在上述结构I的基础上，本结构的火花塞的特征在于，
[0028]在将上述基部的硬度设为维氏硬度A (Hv)、将上述主体金属外壳的顶端面的硬度设为维氏硬度B (Hv)时，满足A≤B — 50 (Hv),
[0029]将含有上述基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中的、沿着上述轴线的上述基部的最大埋设量设为0.05mm~0.4mm。
[0030]在实现焊接强度的进一步提高这一点上，优选的是使基部的内周、外周相对于主体金属外壳更深地埋设。但是，为了增大埋设量，需要增大通电电流甚至发热量，若使发热量过度增大，则在主体金属外壳和接地电极之间的焊接界面，接地电极等所含有的成分的析出状态与平时不同。其结果，例如在主体金属外壳和接地电极的表面设置镀层从而焊接界面脆化的情况等下，焊接强度有可能降低。
[0031]关于这一点，根据上述结构2，由于基部的内周、外周的最大埋设量设为0.05mm以上，因此能够实现焊接强度进一步提高。另外，由于满足A > B - 50，因此容易使基部埋设于主体金属外壳，由于将上述最大埋设量设为0.05mm以上，因此不必使发热量过度增大。因而，能够进一步可靠地防止焊接界面中的成分的析出状态发生变化，能够有效地抑制焊接强度降低。
[0032]另外，根据上述结构2，由于基部的内周、外周的最大埋设量设为0.4mm以下，因此能够进一步可靠地抑制发热量过度增大，能够更进一步可靠地防止焊接界面中的成分的析出状态变化。其结果，能够进一步有效地抑制焊接强度降低。
[0033]另外，若使基部的硬度A过度增大，则在基部中，接地电极难以变形，难以设为规定的焊接界面，或者在焊接界面处接地电极脆化而有可能难以确保充分的焊接强度。因而，优选的是将基部的硬度A设为例如260Hv以下。
[0034]结构3.在上述结构1或2的基础上，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极由镍或以镍为主要成分的合金构成。
[0035]另外，“主要成分”是指在材料中质量比最高的成分。
[0036]根据上述结构3，接地电极由Ni或以Ni为主要成分的合金形成。因而，能够提高接地电极的热传导性，能够实现优异的耐磨耗性。
[0037]结构4.在上述结构I至3中的任一项的基础上，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极含有93质量％以上的镍、0.05质量％?0.45质量％的包括钇(Y)在内的稀土类元素。
[0038]另外，作为“稀土类元素”，除了钇(Y)以外还能够列举出镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、镝(Dy)、铒(Er)及镱(Yb)。
[0039]根据上述结构4，接地电极由含有93质量％以上的Ni的金属形成。因而，能够提高接地电极的热传导性，能够实现优异的耐磨耗性。
[0040]另一方面，大量含有Ni的金属在高温下容易进行颗粒生长，在如上述结构4那样利用大量含有Ni的金属形成接地电极的情况下，在高温下，担心构成接地电极的金属进行颗粒生长。
[0041]关于这一点，根据上述结构4，在接地电极中含有一种以上的稀土类元素，并且稀土类元素的含量设为0.05质量％以上。因而，能够进一步可靠地抑制构成接地电极的金属进行颗粒生长，能够进一步提高耐磨耗性。
[0042]另外，若稀土类元素的含量过大，则在高温下容易在接地电极的表面产生湿粒。若产生湿粒，则有可能因该湿粒的存在而导致形成于中心电极与接地电极之间的间隙局部变窄，进而导致点火性降低。关于这一点，根据上述结构4，稀土类元素的含量为0.45质量％以下，足够小。因而，能够有效地抑制湿粒产生，能够进一步可靠地防止点火性降低。
[0043]另外，在利用大量含有Ni的金属形成接地电极的情况下，如上所述，接地电极的热传导性提高。因此，在将接地电极焊接于主体金属外壳时，为了使主体金属外壳和接地电极充分地熔透，需要使通电电流甚至发热量增大一定程度。但是，在接地电极含有稀土类元素的情况下，若增大发热量，则有可能使焊接界面中的稀土类元素的析出状态发生变化。其结果，容易在焊接界面产生裂纹，焊接强度有可能降低。
[0044]关于这一点，通过采用上述结构I等，即使在如上述结构4那样利用含有93质量％以上的N1、0.05质量％?0.45质量％的稀土类元素的金属形成接地电极而担心焊接强度降低的情况下，也能够确保优异的焊接强度。换言之，上述结构I等在利用含有93质量％以上的N1、0.05质量％?0.45质量％的稀土类元素的金属形成接地电极的情况下尤其有效。
[0045]结构5.在上述结构I至4中的任一项的基础上，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极中的至少上述基部的上述中心电极侧的面至少在自身的宽度方向上具有平坦的面，除上述平坦的面以外的面形成为弯曲面状。
[0046]另外，“接地电极中的至少基部的中心电极侧的面在自身的宽度方向上具有平坦的面”是指在基部的与中心轴线正交的截面中，基部中的位于中心电极侧的面的外形线形成为直线状。
[0047]根据上述结构5，在接地电极位于间隙与燃料喷射装置之间的状态下，在火花塞安装于内燃机等的情况下，燃料气体易于以绕过接地电极的方式进入间隙。因而，能够进一步可靠地防止伴随着安装位置的不同的点火性的极端降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1是表示火花塞的结构的局部剖切主视图。
[0049]图2A是表示火花塞的顶端部的结构的放大主视图，图2B是表示火花塞的顶端部的结构的局部剖切放大侧视图。
[0050]图3是图2A的J — J线剖视图。
[0051]图4是表不基部等的局部放大首I]视图。
[0052]图5是图4的K — K线剖视图。
[0053]图6是表不基部等的局部放大首I]视图。
[0054]图7是图6的L — L线剖视图。
[0055]图8是表示另一实施方式中的接地电极的形状的局部放大剖视图。
[0056]图9是表示另一实施方式中的接地电极的形状的局部放大剖视图。
[0057]图10是表示另一实施方式中的接地电极的形状的局部放大剖视图。
[0058]图11是表示另一实施方式中的接地电极的形状的局部放大剖视图。
[0059]图12是表示另一实施方式中的接地电极的形状的局部放大剖视图。
[0060]图13是表不另一实施方式中的、基部相对于主体金属外壳的埋设形态的局部放大剖视图。
[0061]附图标记说明
[0062]1、火花塞；2、绝缘电瓷(绝缘体);3、主体金属外壳；4、轴孔；5、中心电极；26、(主体金属外壳的)顶端面；27、接地电极；28、火花放电间隙(间隙)；271、基部；CL1、轴线。
【具体实施方式】
[0063]以下，参照【专利附图】
【附图说明】一实施方式。图1是表示火花塞I的局部剖切主视图。另外，在图1中，将火花塞I的轴线CLl方向作为附图中的上下方向、将下侧作为火花塞I的顶端侦||、将上侧作为后端侧来进行说明。
[0064]火花塞I由形成为筒状的作为绝缘体的绝缘电瓷2和用于保持该绝缘电瓷2的筒状的主体金属外壳3等构成。
[0065]绝缘电瓷2如公知那样通过烧结氧化铝等而形成，在其外形部包括形成于后端侧的后端侧主体部10、在比该后端侧主体部10靠顶端侧的位置向径向外侧突出形成的大径部11、在比该大径部11靠顶端侧的位置以比该大径部11细的直径形成的中间主体部12、以及在比该中间主体部12靠顶端侧的位置以比该中间主体部12细的直径形成的脚部13。此外，绝缘电瓷2中的大径部11、中间主体部12以及大部分的脚部13收纳于主体金属外壳3的内部。而且，在中间主体部12和脚部13之间的连接部形成有锥状的台阶部14，利用该台阶部14将绝缘电瓷2卡定于主体金属外壳3。
[0066]而且，在绝缘电瓷2中贯穿形成有沿轴线CLl延伸的轴孔4，在该轴孔4的顶端侧插入并固定有中心电极5。中心电极5包括由热传导性优异的金属〔例如铜、铜合金、纯镍(Ni)等〕构成的内层5A和由镍基合金构成的外层5B。另外，中心电极5整体形成为棒状(圆柱状)，其顶端部分自绝缘电瓷2的顶端突出。[0067]此外，在轴孔4的后端侧，以自绝缘电瓷2的后端突出的状态插入并固定有端子电极6。
[0068]而且，在轴孔4的中心电极5与端子电极6之间配设有圆柱状的电阻器7。该电阻器7的两端部借助导电性的玻璃密封层8、9而分别与中心电极5和端子电极6电连接。
[0069]此外，上述主体金属外壳3由低碳钢等(例如S25C等)金属形成为筒状，在其外周面形成有螺纹部(外螺纹部)15，该螺纹部15用于将火花塞I安装于内燃机、燃料电池改性器等燃烧装置。另外，在螺纹部15的后端侧，朝向外周侧突出形成有座部16，在螺纹部15后端的螺纹头17嵌入有环状的垫圈18。而且，在主体金属外壳3的后端侧设有截面六边形状的工具卡合部19和朝向径向内侧弯曲的铆接部20，该工具卡合部19用于在将主体金属外壳3安装于燃烧装置时与扳手等工具相卡合。另外，在本实施方式中，为了实现火花塞I小型化而缩小主体金属外壳3的直径，并将螺纹部15的螺纹径设定得较小(例如，M12以下)。
[0070]另外，在主体金属外壳3的内周面设有用于卡定绝缘电瓷2的锥状的台阶部21。而且，绝缘电瓷2相对于主体金属外壳3从其后端侧向顶端侧插入，在自身的台阶部14与主体金属外壳3的台阶部21相卡定的状态下使主体金属外壳3的后端侧开口部向径向内侧铆接、即形成上述铆接部20，从而使绝缘电瓷2固定于主体金属外壳3。另外，在台阶部
14、21之间夹设有圆环状的衬板22。由此，保持燃烧室内的气密性，避免进入暴露于燃烧室内的绝缘电瓷2的脚部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙内的燃料气体向外部泄漏。
[0071]而且，为了使铆接作用下的密闭更加完全，在主体金属外壳3的后端侧，且是在主体金属外壳3与绝缘电瓷2之间夹设有环状的环构件23、24，在环构件23、24之间填充有滑石25的粉末。S卩，主体金属外壳3借助衬板22、环构件23、24以及滑石25而保持绝缘电瓷2。
[0072]另外，如图2A、图2B所示，在主体金属外壳3的顶端面26焊接有棒状的接地电极27。接地电极27通过将其顶端面按压于主体金属外壳3的顶端面26并且对接地电极27与顶端面26之间的接触部分通电而焊接于上述顶端面26。另外，伴随着焊接，主体金属外壳3和接地电极27熔合而成的金属向上述接触部分的外侧溢出，从而形成所谓的熔融塌陷(未图示)。在此，在熔融塌陷向主体金属外壳3的外周面溢出的情况下，有可能在将火花塞I安装于内燃机等时产生障碍，在熔融塌陷向主体金属外壳3的内周面溢出的情况下，有可能在中心电极5与熔融塌陷之间产生遍布绝缘电瓷2的表面的异常放电。因此，在以往，将接地电极27焊接于主体金属外壳3时的按压载荷、通电电流一般设定为能够极力防止熔融塌陷向主体金属外壳3的内周面等溢出的值。
[0073]而且，在本实施方式中，为了实现耐腐蚀性的提高，在主体金属外壳3和接地电极27的表面设有由以N1、Zn为主要成分的金属构成的镀层(未图示)。镀层例如能够通过在将焊接有接地电极27的主体金属外壳3浸溃于含有Zn、Ni的酸性的镀层用水溶液的基础上使直流电流流向主体金属外壳3和接地电极27而形成。但是，在形成镀层时，受到酸的影响，主体金属外壳3和接地电极27之间的焊接界面可能会脆化。
[0074]此外，接地电极27由Ni或以Ni为主要成分的合金形成，在本实施方式中，由含有93质量％以上的镍、并且含有0.05质量％?0.45质量％的包括乾(Y)在内的稀土类元素的金属形成。作为稀土类元素，除了 Y以外还能够列举出镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、钐(Sm)、镝(Dy)、铒(Er)及镱(Yb)。
[0075]另外，在增大将接地电极27焊接于主体金属外壳3时的通电电流、增大发热量的情况下，在主体金属外壳3和接地电极27之间的焊接界面上，接地电极27等所含有的成分(在本实施方式中为稀土类元素)的析出状态发生变化。在析出状态发生变化、并且焊接界面伴随着镀层的形成工序而脆化的情况下，可能会发生焊接强度降低。
[0076]返回说明接地电极27，接地电极27在自身的大致中间部分折回，在自身的顶端侧侧面与中心电极5的顶端部之间形成有作为间隙的火花放电间隙28。而且，通过对该火花放电间隙28施加电压，能够在火花放电间隙28内且在沿着轴线CLl的方向上进行火花放电。另外，接地电极27在焊接于主体金属外壳3的顶端面26之后在自身的大致中间部分折回。
[0077]此外，接地电极27具有基部271，该基部271焊接于上述顶端面26，并且朝向轴线CLl方向顶端侧延伸，且该基部271的至少一部分埋设于主体金属外壳3。如图3〔图3是图2A的J 一 J线剖视图〕所示，基部271在自身的宽度方向的中心厚度最大，并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小。特别是在本实施方式中，接地电极27中的至少基部271(在本实施方式中为接地电极27的整个区域)构成为中心电极5侧的面27C在自身的宽度方向上具有平行的面，除上述面27C以外的面形成为弯曲面状。即，通过基部271，在与基部271的中心轴线正交的截面中，面27C的外形线形成为直线状，形成基部271中的除上述面27C以外的面的外形线构成为弯曲线状。
[0078]而且，在本实施方式中，如上所述，由于实现了主体金属外壳3的小径化，因此沿着与轴线CLl正交的方向的主体金属外壳3的顶端面26的宽度Wl设定得较小(另外，在本实施方式中，宽度Wl设定为在主体金属外壳3的周向上恒定)。因此，宽度Wl虽然大于基部271的最大厚度Tl，但是宽度Wl与最大厚度Tl之差为0.2mm以下。另外，如上所述，由于接地电极27在自身的宽度方向的中心厚度最大，并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小，因此基部271的宽度方向的中心部(具有最大厚度Tl的部位)最接近于主体金属外壳3的顶端面26的内周、外周。
[0079]然而，在宽度Wl与最大厚度Tl之差为0.2mm以下的情况下，在将接地电极27焊接于主体金属外壳3时，熔融塌陷容易向主体金属外壳3的内周面、外周面溢出，为了防止熔融塌陷溢出，不得不将焊接时的按压载荷、通电电流设定得较小。但是，若减小按压载荷、通电电流，则基部271相对于主体金属外壳3的埋设量、两者的熔透量减少，因此有可能两者的焊接强度不充分。
[0080]另外，像本实施方式这样，在接地电极27设为厚度在自身的宽度方向的中心最大、并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小的形状的情况下，在对接地电极27施加伴随着内燃机等的动作的振动的、使接地电极27弯曲时的应力等外力时，应力集中施加于基部271中的具有最大厚度的部位与主体金属外壳3之间的焊接部分。因此，容易在上述焊接部分产生裂纹，接地电极27有可能相对较容易自主体金属外壳3脱落。S卩，本实施方式中的火花塞I构成为，虽然考虑到接地电极27的形状而需要确保更优异的焊接强度，但是由于顶端面26的宽度Wl与厚度Tl之差较小而难以确保充分的焊接强度。
[0081]因此，在本实施方式中，通过在不特别减小焊接时的按压载荷、通电电流的前提下将接地电极27焊接于主体金属外壳3，从而使熔融塌陷勉强向主体金属外壳3的内周面、外周面溢出，伴随着熔融塌陷的溢出，使顶端面26的最内周部、最外周部变形。由此，如图4所示，在获取含有基部271的宽度的线段SGl的垂直二等分线PMl并且与轴线CLl平行地延伸的截面时，如图5 (图5是图4的K 一 K线剖视图)所示，使基部271相对于主体金属外壳3的顶端面26埋设最深的位置271M位于主体金属外壳3的外周面3G或内周面3N的至少一者(在本实施方式中为主体金属外壳3的外周面3G)。即,在施加有外力时应力所集中的部位，基部271充分地埋设于主体金属外壳3，确保了非常优异的焊接强度。
[0082]另外，在本实施方式中，在接地电极27焊接于主体金属外壳3之后，利用规定的夹具切除向主体金属外壳3的外周面、内周面溢出的熔融塌陷。[0083]而且，在本实施方式中，为了在基部271的除外周、内周以外的部位确保良好的焊接强度，如图6所示，在获取含有基部271的厚度达到最大的线段SG2的垂直二等分线PM2并且与轴线CLl平行地延伸的截面时，如图7 (图7是图6的L 一 L线剖视图)所示，将沿着轴线CLl的基部271的最大埋设量MB2设为0.1Omm以上。
[0084]另外，在本实施方式中，为了实现更优异的焊接强度，如图5所示，含有基部271的宽度的线段SGl的垂直二等分线PMl并且与轴线CLl平行地延伸的截面中的、沿着轴线CLl的基部271的最大埋设量MBl设为0.05mm以上。另外，“基部271的最大埋设量”是指从基部271中的相对于主体金属外壳3埋设最深的部位的埋设量减去基部271中的相对于主体金属外壳3埋设最浅的部位的埋设量而得到的值。
[0085]另外，在将最大埋设量MBl设为0.05mm以上时，例如，在将接地电极27焊接于主体金属外壳3时，考虑使发热量增大，但是若使发热量过度增大，则在焊接界面上，接地电极27所含有的成分(稀土类元素)的析出状态发生变化。在该情况下，有可能不能够充分地发挥将最大埋设量MBl设为0.05mm以上所带来的提高焊接强度的效果。
[0086]因此，在本实施方式中，为了在不使发热量过度增大的前提下将最大埋设量MBl设为0.05mm以上，在将基部271的硬度设为维氏硬度A (Hv)、将主体金属外壳3的顶端面26的硬度设为维氏硬度B (Hv)时，满足AB — 50 (Hv)0即，基部271的硬度A设为即使在最小的情况下也比顶端面26的硬度B略小的程度。因此，在焊接时不会使发热量过度增大，能够比较容易地将基部271埋设于主体金属外壳3。另外，本实施方式中的基部271的硬度A设为260Hv以下。
[0087]另外，基部271的硬度A是指基部271中的、除伴随着对主体金属外壳3进行焊接而产生硬度变化的部位以外的部位的硬度。另外，顶端面26的硬度B是指除伴随着接地电极27的焊接而产生硬度变化的部位以外的部位的硬度。
[0088]另外,在本实施方式中，最大埋设量MBl设为0.4mm以下,从而能够进一步可靠地实现抑制焊接时的发热量增大。
[0089]如以上详细所述，根据本实施方式，在含有基部271的宽度的线段SGl的垂直二等分线PMl并且与轴线CLl平行地延伸的截面中，使基部271相对于主体金属外壳3的顶端面26埋设最深的位置271M位于主体金属外壳3的外周面3G。即，在对接地电极27施加有外力时，应力尤其施加于基部271和主体金属外壳3之间的焊接部分中的内周、外周，但在该应力特别施加的部位，基部271最大程度地埋设于主体金属外壳3。因此，能够进一步可靠地确保能够充分克服应力的焊接强度。[0090]另外，含有基部271的厚度最大的线段SG2的垂直二等分线PM2并且与轴线CLl平行地延伸的截面中的、基部271的最大埋设量MBl设为0.05mm以上。即，在基部271中的除外周、内周以外的部位确保了充分的埋设量。由此，能够实现焊接强度进一步提高，能够进一步可靠地防止接地电极27脱落。
[0091]此外 ，由于最大埋设量MBl设为0.05mm以上，因此能够实现焊接强度进一步提高。另外，由于构成为满足A≥B — 50，因此易于使基部271埋设于主体金属外壳3，由于将最大埋设量MBl设为0.05mm以上，因此不再需要使发热量过度增大。因而，能够进一步可靠地防止焊接界面中的成分的析出状态发生变化，能够有效地抑制设置有镀层的情况等下的焊接强度降低。
[0092]另外，在本实施方式中，由于最大埋设量MBl设为0.4mm以下，因此能够进一步可靠地防止焊接时的发热量过度增大，能够更进一步可靠地防止焊接界面中的成分的析出状态变化。其结果，能够进一步有效地抑制焊接强度降低。
[0093]而且，接地电极27由含有93质量％以上的Ni的金属形成。因而，能够提高接地电极27的热传导性，能够实现优异的耐磨耗性。
[0094]另一方面，在利用大量含有Ni的金属形成接地电极27的情况下，在高温下，担心构成接地电极27的金属进行颗粒生长，但在本实施方式中，在接地电极27中含有一种以上的稀土类元素，并且稀土类元素的含量设为0.05质量％以上。因而，能够进一步可靠地抑制构成接地电极27的金属进行颗粒生长，能够进一步提高耐磨耗性。
[0095]另外，接地电极27中的稀土类元素的含量为0.45质量％，足够小。因此，能够有效地抑制产生湿粒，能够进一步可靠地防止点火性降低。
[0096]此外，接地电极27中的至少基部271形成为，中心电极5侧的面27C具有平坦的面，除上述平坦的面以外的面形成弯曲面状。因而，在接地电极27位于火花放电间隙28与燃料喷射装置之间的状态下，在火花塞I安装于内燃机等的情况下，燃料气体易于以绕过接地电极27的方式进入火花放电间隙28。因而，能够进一步可靠地防止伴随着安装位置不同而导致的点火性的极端降低。
[0097]接着，为了确认由上述实施方式起到的作用效果，至少各制作5个火花塞的试样，对各个试样进行焊接强度评价试验，该各个火花塞的试样在含有基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与轴线平行地延伸的截面中将基部中的相对于主体金属外壳的顶端面埋设最深的位置(最深埋设位置)设为主体金属外壳的外周面、内周面或除这些面以外的面，并且使从主体金属外壳的顶端面的宽度Wl减去基部的最大厚度Tl后的值(Wl — Tl)、最大埋设量MB1、MB2以及从主体金属外壳的顶端面的硬度B减去基部的硬度A后的值(B — A)进行各种变更。
[0098]焊接强度评价试验的概要如下所述。即，对没有在主体金属外壳和接地电极设置镀层的试样和在主体金属外壳和接地电极设置有镀层的试样分别重复弯折接地电极，在焊接部分测量接地电极断裂(接地电极自主体金属外壳脱落)的次数(断裂次数)，并且计算断裂次数的平均值(平均断裂次数)。在此，将平均断裂次数为3.5次以上的试样评价为“◎”，表示具有优异的焊接强度，将平均断裂次数为2.5次以上且小于3.5次的试样评价为“〇”，表示具有良好的焊接强度。另一方面，将平均断裂次数为小于2.5次的试样评价为“ X ”，表示焊接强度较差。在表1~表3中示出该试验的试验结果。[0099]另外，与没有设置镀层的试样相比，设置有镀层的试样受到设置镀层时的酸的影响，主体金属外壳和接地电极的焊接强度容易降低。另外，最深埋设位置、最大埋设量MB1、MB2等通过调节将接地电极焊接于主体金属外壳时的通电电流、按压载荷来改变。例如，通过将通电电流设定得较小，能够抑制熔融塌陷的形成(即，熔融塌陷向主体金属外壳的外周面、内周面溢出)，能够将最深埋设位置设为主体金属外壳的除外周面和内周面以外的位置。另外，通过将通电电流设定得较大，能够积极地形成熔融塌陷(使熔融塌陷相对于主体金属外壳的外周面、内周面溢出)，能够将最深埋设位置设为主体金属外壳的内周面、外周面。而且，通过增减通电电流、按压载荷能够增减最大埋设量MBl、MB2。[0100]另外，通过将主体金属外壳的顶端面的硬度设为大致恒定，另一方面利用加热处理等调苄基部的硬度A，从而改变B — A。而且，各个试样均利用含有93质量％以上的镍、并且含有0.05质量％~0.45质量％的稀土类元素的金属形成接地电极。此外，中心电极侧的面在自身的宽度方向上具有平坦的面，除上述中心电极侧的面以外的面形成为弯曲面状。[0101][表1]
【权利要求】
1.一种火花塞,其特征在于,包括: 筒状的绝缘体，其具有沿轴线方向贯穿的轴孔； 中心电极，其插入设置于上述轴孔的顶端侧； 筒状的主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及 接地电极，其焊接于上述主体金属外壳的顶端面，在该接地电极与上述中心电极之间形成间隙； 上述接地电极具有基部，该基部焊接于上述主体金属外壳的顶端面，并且朝向上述轴线方向顶端侧延伸，且该基部的至少一部分埋设于上述主体金属外壳， 上述基部在自身的宽度方向的中心厚度最大，并且厚度随着朝向上述宽度方向的外侧而变小， 并且，上述主体金属外壳的沿着与上述轴线正交的方向的顶端面的宽度大于上述最大厚度，另一方面，上述主体金属外壳的顶端面的宽度与上述最大厚度之差设为0.2mm以下，将含有上述基部的厚度最大的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中的、沿着上述轴线的上述基部的最大埋设量设为0.1Omm以上， 在含有上述基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中，使上述基部相对于上述主体金属外壳的顶端面埋设最深的位置位于上述主体金属外壳的外周面和内周面中的至少一者上。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 在将上述基部的硬度设为维氏硬度A (Hv)、将上述主体金属外壳的顶端面的硬度设为维氏硬度B (Hv)时，满足A≥B — 50 (Hv), 将含有上述基部的宽度的线段的垂直二等分线并且与上述轴线平行地延伸的剖面中的、沿着上述轴线的上述基部的最大埋设量设为0.05mm~0.4mm。
3.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 上述接地电极由镍或以镍为主要成分的合金构成。
4.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于， 上述接地电极含有93质量％以上的镍、0.05质量％~0.45质量％的包括乾在内的稀土类元素。
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， 上述接地电极中的至少上述基部的上述中心电极侧的面至少在自身的宽度方向上具有平坦的面，除上述平坦的面以外的面形成为弯曲面状。
6.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于， 上述接地电极由镍或以镍为主要成分的合金构成。
7.根据权利要求6所述的火花塞，其特征在于， 上述接地电极含有93质量％以上的镍、0.05质量％~0.45质量％的包括乾在内的稀土类元素。
【文档编号】H01T13/32GK103579908SQ201310310909
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】鬼海高明, 吉本修 申请人:日本特殊陶业株式会社
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