阅读说明：本技术 火花塞 (Spark plug ) 是由 木村顺二 于 2019-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种火花塞,能够抑制电极母材与熔融部的界面处的剥离。火花塞具备：沿着第一方向延伸的端头及具有沿第一方向延伸并经由熔融部而与端头连接的延伸部的电极母材。在包含端头的第一方向上的中心轴的截面中,在延伸部与熔融部的界面的两端在第一方向上处于相同位置的情况下,将两端之间的直线距离设为A,或者在两端中的一端在第一方向上处于比另一端靠前端侧的情况下,将从通过该一端并与中心轴垂直的直线与熔融部的外形线的交点至该一端的距离设为A。界面的长度B满足B/A≥1.2。(The invention provides a spark plug which can inhibit the stripping of an electrode base material and a melting part at an interface. The spark plug is provided with: the electrode includes a tip extending in a first direction and an electrode base material having an extension portion extending in the first direction and connected to the tip via a melting portion. In a cross section including a center axis in a first direction of the tip, when both ends of an interface between the extension portion and the melting portion are at the same position in the first direction, a linear distance between both ends is defined as a, or when one of both ends is located more toward a tip side than the other end in the first direction, a distance from an intersection point of a straight line passing through the one end and perpendicular to the center axis and an outline line of the melting portion to the one end is defined as a. The length B of the interface satisfies that B/A is more than or equal to 1.2.)

火花塞

技术领域

本发明涉及火花塞，特别是涉及在电极母材接合有端头的火花塞。

背景技术

已知有在电极母材上经由熔融部而连接有端头的火花塞(例如专利文献1)。

【专利文献1】日本特开2017-228430号公报

发明内容

发明要解决的课题

在这种火花塞中，要求以即使裂纹从电极母材与熔融部的界面的端进展而端头也不会从电极母材脱落的方式抑制电极母材与熔融部的界面处的剥离的技术。

本发明是为了满足该要求而作出的发明，目的在于提供一种能够抑制电极母材与熔融部的界面处的剥离的火花塞。

用于解决课题的方案

为了实现该目的，本发明的火花塞具备：端头，沿着从后端侧朝向前端侧的第一方向延伸；及电极母材，具有沿第一方向延伸且前端部经由熔融部而与端头的后端部连接的延伸部。在包含端头的第一方向上的中心轴且沿第一方向的截面中，在表示延伸部与熔融部的界面的线的两端在第一方向上处于相同位置的情况下，将两端之间的直线距离设为A，或者在两端中的一端在第一方向上处于比另一端靠前端侧的情况下，将通过该一端并与中心轴垂直的直线上的从该一端至直线与熔融部的外形线的另一端侧的交点为止的距离设为A时，表示界面的线的长度B满足B/A≥1.2。

发明效果

根据第一方案记载的火花塞，在包含端头的中心轴的截面中，表示电极母材与熔融部的界面的线的长度B及与中心轴垂直且包含界面的端的线段的长度A满足B/A≥1.2。由此，裂纹难以从电极母材与熔融部的界面的一端进展至另一端，因此能够抑制界面处的剥离。

根据第二方案记载的火花塞，表示界面的线具有朝向前端侧呈凸状的至少一个凸部。通过凸部，能够减小与中心轴垂直的方向上的从一端或另一端起的裂纹的进展程度，因此除了第一方案的效果之外，能够进一步抑制电极母材与熔融部的界面处的剥离。

根据第三方案记载的火花塞，凸部的顶点中的位于最前端侧的第一顶点存在于表示界面的线中的比中心轴靠一端侧的第一区域或比中心轴靠另一端侧的第二区域。由此，与第一顶点存在于中心轴上的情况相比，能够进一步减小与中心轴垂直的方向上的从一端或另一端起的裂纹的进展程度。其结果是，除了第二方案的效果之外，能够进一步抑制电极母材与熔融部的界面处的剥离。

根据第四方案记载的火花塞，表示界面的线具有两个以上的凸部。在与第一顶点存在的区域不同的第一区域或第二区域存在第二顶点，该第二顶点在第一方向上处于与第一顶点相同的位置或者位于仅次于第一顶点的前端侧。通过第二顶点，能够减小与中心轴垂直的方向上的从一端或另一端起的裂纹的进展程度。此外，与第二顶点存在于中心轴上的情况相比，能够进一步减小与中心轴垂直的方向上的从一端或另一端起的裂纹的进展程度。其结果是，除了第三方案的效果之外，能够进一步抑制界面处的剥离。

根据第五方案记载的火花塞，在包含中心轴的任意的截面中，满足B/A≥1.2。由此，除了第一方案至第四方案中任一方案的效果之外，能够进一步抑制电极母材与熔融部的界面处的剥离。

附图说明

图1是第一实施方式的火花塞的单侧剖视图。

图2是包含端头的中心轴的中心电极的剖视图。

图3是包含端头的中心轴的接地电极的剖视图。

图4是第二实施方式的火花塞的包含端头的中心轴的中心电极的剖视图。

图5(a)是电极母材及端头的侧视图，图5(b)是表示B/A与界面的裂纹的长度的比例的关系的相关图。

附图标记说明

10 火花塞

22、41 电极母材

23、43 延伸部

24、44 延伸部的前端部

25、45、71 熔融部

25a、45a、71a 外形线

26、46 端头

27、47 端头的后端部

50、60、72 界面

51、61、73 一端(端)

52、62、74 另一端(端)

53、63、65、75、77、79、81 凸部

54、64、76 第一顶点

55、67、83 直线

56、84 交点

58、68 第一区域

59、69 第二区域

66、78 第二顶点

A 距离

C 中心轴

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的优选实施方式。图1是第一实施方式的火花塞10的以轴线O为界的单侧剖视图。在图1中，将纸面下侧称为火花塞10的前端侧，将纸面上侧称为火花塞10的后端侧。如图1所示，火花塞10具备中心电极20及接地电极40。

绝缘体11是形成有沿轴线O的轴孔12的大致圆筒状的构件，通过机械特性、高温下的绝缘性优异的氧化铝等陶瓷形成。绝缘体11在由轴孔12形成的内周面的前端侧形成有朝向后端侧的圆环状的面即朝后端面13。朝后端面13朝向前端侧缩径。

中心电极20是卡定于朝后端面13的棒状的构件。中心电极20的前端从绝缘体11的前端向前端侧突出。中心电极20的以铜为主成分的芯材21由有底圆筒状的电极母材22覆盖。电极母材22具有包含50wt％以上的Ni的化学组成。芯材21可以省略。

电极母材22具备前端部24从绝缘体11的前端突出的延伸部23。延伸部23是电极母材22的一部分，形成为在轴线方向上延伸的圆柱状。在延伸部23的前端部24经由熔融部25连接有圆盘状的端头26的后端部27。在本实施方式中，端头26具有包含50wt％以上的Pt、Rh、Ir、Ru等贵金属中的1种或2种以上的化学组成。端头26的放电面28与接地电极40相对。中心电极20在轴孔12内与端子配件29电连接。

端子配件29是连接高压线缆(未图示)的棒状的构件，由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成。端子配件29以前端侧***于轴孔12的状态固定于绝缘体11的后端侧。

在绝缘体11的前端侧的外周紧固固定有主体金属件30。主体金属件30是由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成的大致圆筒状的构件。主体金属件30具备向径向的外侧呈突缘状地突出的座部31和形成在比座部31靠前端侧的外周面上的螺纹部32。主体金属件30在发动机(缸盖)的螺纹孔(未图示)紧固固定有螺纹部32。在主体金属件30的前端部连接有接地电极40。

接地电极40是由具有导电性的金属材料形成的棒状的构件。接地电极40具备与主体金属件30接合的电极母材41及端头46。电极母材41具备端部与主体金属件30接合的支撑部42和通过电阻焊、激光焊接等而与支撑部42接合的延伸部43。支撑部42及延伸部43具有包含50wt％以上的Ni的化学组成。

延伸部43形成为在轴线方向上延伸的圆柱状。在延伸部43的前端部44经由熔融部45连接有圆盘状的端头46的后端部47。在本实施方式中，端头46具有包含50wt％以上的Pt、Rh、Ir、Ru等贵金属中的1种或2种以上的化学组成。端头46的放电面48与中心电极20相对。在端头46的放电面48与中心电极20之间形成有火花间隔。

需要说明的是，接地电极40的延伸部43及端头46的前端侧、后端侧为了得到与中心电极20的延伸部23及端头26的前端侧、后端侧的匹配而与火花塞10的前端侧、后端侧不同，将延伸部43中的与支撑部42接合的部位作为后端，将端头46的放电面48作为前端。

图2是包含端头26的中心轴C的中心电极20的剖视图。中心轴C是通过端头26的放电面28的重心并沿着延伸部23延伸的方向的轴。箭头F表示从端头26的后端部27朝向放电面28的第一方向。在本实施方式中，中心轴C与火花塞10的轴线O(参照图1)一致。端头26经由熔融部25而连接于延伸部23。熔融部25将端头26及延伸部23熔合。表示熔融部25与延伸部23的界面50的线被划分为比中心轴C靠界面50的一端51侧的第一区域58及界面50的另一端52侧的第二区域59。

在本实施方式中，通过激光焊接形成熔融部25。表示界面50的线与延伸部23的外形线23a相交的一端51及另一端52(界面50的2个端)中，一端51处于比另一端52靠箭头F方向(第一方向)的前端侧。在这种情况下，将从通过一端51并与中心轴C垂直的直线55和熔融部25的外形线25a的交点56至一端51的直线55上的距离设为A，将界面50的长度(从一端51至另一端52的沿界面50的长度)设为B时，满足B/A≥1.2。

需要说明的是，除了交点56以外，直线55在交点57处也与熔融部25的轮廓相交。然而，求出距一端51的距离A的交点不是若不形成为切截面就不出现的交点57(在外形中隐藏而看不见的部分)，而是与表示从熔融部25的外形能看见的部分的形状的外形线25a相交的交点56。原因是，长度B为从延伸部23的外形线23a与界面50的交点(另一端52)至一端51的沿界面50的长度，因此得到与长度B的匹配，因此将直线55与外形线25a的交点56作为求出距离A的交点。

拍摄包含中心轴C的截面，并进行图像处理，由此标绘了界面50的100个等分点(将直线55的等分点投影于界面50的点)之后，将该点与点之间的直线距离汇总而能够求出长度B。

在此，火花塞10在发动机内反复被进行加热和冷却，因此由于热应力而在延伸部23与熔融部25的界面50容易产生裂纹。裂纹从与高温的燃烧气体接触的界面50的一端51、另一端52进展。火花塞10在包含端头26的中心轴C的截面中，界面50的长度B及与中心轴C垂直且包含界面50的一端51的线段的长度A满足B/A≥1.2，因此裂纹难以从界面50的一端51进展至另一端52，或者难以从另一端52进展至一端51。由此，能够抑制裂纹的进展引起的界面50的破坏。

界面50具有朝向前端侧呈凸状的凸部53。凸部53中的位于最前端侧的第一顶点54处于界面50的一端51及另一端52以外的部位。由于在凸部53存在第一顶点54，因此以第一顶点54为界而凸部53相对于中心轴C的倾斜方向改变。由此，通过凸部53，能够减小与中心轴C垂直的方向上的裂纹的进展程度。由此，能够进一步抑制界面50处的剥离。

凸部53的第一顶点54存在于界面50中的比中心轴C靠另一端52侧的第二区域59。由此，与第一顶点54存在于中心轴C上的情况相比，能够进一步减小与中心轴C垂直的方向上的从另一端52的裂纹的进展程度。其结果是，与第一顶点54存在于中心轴C上的情况相比，能够进一步抑制界面50处的剥离。

需要说明的是，熔融部25的界面50满足的B/A≥1.2这样的条件更优选在包含中心轴C的任意的截面中成立。包含中心轴C的任意的截面通过进行图像处理来得到。该方法首先与中心轴C垂直地一点点研磨中心电极20并反复进行截面的照片拍摄，根据其结果的图像处理，来构筑界面50的三维结构。接下来，通过测定得到的三维结构的包含中心轴C的任意的截面的界面50的长度B及距离A，能够判断在包含中心轴C的任意的截面中是否满足B/A≥1.2。通过在包含中心轴C的任意的截面中满足B/A≥1.2，能够进一步抑制界面50处的剥离。

图3是包含端头46的中心轴C的接地电极40的剖视图。中心轴C是通过端头46的放电面48的重心并沿着延伸部43延伸的方向的轴。箭头F表示从端头46的后端部47朝向放电面48的第一方向。在本实施方式中，中心轴C与火花塞10的轴线O(参照图1)一致。端头46经由熔融部45而与延伸部43连接。表示熔融部45与延伸部43的界面60的线被划分为比中心轴C靠界面60的一端61侧的第一区域68及界面60的另一端62侧的第二区域69。

在本实施方式中，通过激光焊接形成熔融部45。表示界面60的线与延伸部43及熔融部45的外形线43a、45a相交的一端61及另一端62(界面60的2个端)在箭头F方向(第一方向)上处于相同位置。在这种情况下，一端61与另一端62之间的直线距离A(线段的长度)与界面60的长度B满足B/A≥1.2。界面60的长度B与界面50的长度B同样地求出。通过满足B/A≥1.2而裂纹难以从界面60的一端61进展至另一端62，或者难以从另一端62进展至一端61。由此，能够抑制裂纹的进展引起的界面60的破坏。

界面60具有朝向前端侧呈凸状的多个凸部63、65。凸部63中的位于最前端侧的第一顶点64存在于界面60中的比中心轴C靠一端61侧的第一区域68(不包含一端61及中心轴C)。凸部65中的位于最前端侧的第二顶点66存在于界面60中的比中心轴C靠另一端62侧的第二区域69(不包含另一端62及中心轴C)。第二顶点66在第一方向(箭头F方向)上位于仅次于第一顶点64的前端侧。

由于在凸部65存在第二顶点66，因此以第二顶点66为界而凸部65相对于中心轴C的倾斜方向改变。除了第一顶点64之外，还通过第二顶点66，能够减小从界面60的另一端62朝向一端61进展的裂纹的与中心轴C垂直的方向上的进展程度。由此，除了在中心电极20的熔融部25的界面50处得到的作用效果之外，能够进一步抑制界面60处的剥离。

参照图4，说明第二实施方式。在第一实施方式中，说明了在界面50、60上形成1个或2个凸部的情况。相对于此，在第二实施方式中，说明更多的凸部形成于界面72的情况。需要说明的是，关于与第一实施方式中说明的部分相同的部分，标注同一附图标记而省略以下的说明。图4是第二实施方式的火花塞的包含端头26的中心轴C的中心电极70的剖视图。

端头26经由熔融部71而与延伸部23连接。在本实施方式中也通过激光焊接形成熔融部71。表示熔融部71与延伸部23的界面72的线和延伸部23的外形线23a相交的一端73及另一端74(界面72的2个端)中，一端73处于比另一端74靠箭头F方向(第一方向)的前端侧。在这种情况下，从通过一端73并与中心轴C垂直的直线83和熔融部71的外形线71a的交点84至一端73的直线83上的距离A及界面72的长度(从一端73至另一端74的沿界面72的长度)B满足B/A≥1.2。

界面72具有朝向前端侧呈凸状的多个凸部75、77、79、81。凸部75中的位于最前端侧的第一顶点76在第一方向(箭头F方向)上处于与凸部77中的位于最前端侧的第二顶点78相同的位置。凸部79中的位于最前端侧的第三顶点80及凸部81中的位于最前端侧的第四顶点82在第一方向(箭头F方向)上处于比第一顶点76、第二顶点78靠后端侧处。第二顶点78存在于界面72中的比中心轴C靠一端73侧的第一区域58(不包含一端73及中心轴C)。第一顶点76存在于界面72中的比中心轴C靠另一端74侧的第二区域59(不包含另一端74及中心轴C)。根据该火花塞，能够实现与第一实施方式中说明的接地电极40实现的作用效果同样的作用效果。

【实施例】

通过实施例更详细地说明本发明，但是本发明并不限于该实施例。图5(a)是用于作成实施例的火花塞的样品的中心电极的电极母材(延伸部23)及端头26的侧视图。

如图5(a)所示，延伸部23呈圆锥台状的外形，前端部24的端面24a为圆形。延伸部23为Ni基合金(NCF601)制。端头26为Ir合金制(Ir：68wt％、Ru：11wt％、Rh：20wt％、Ni：1wt％)，呈圆柱状的外形。端头26的与放电面28相反侧的后端部27的端面27a为圆形。

在使端头26的端面27a与延伸部23的端面24a接触的状态下，使其以中心轴C为中心旋转，将从激光焊接机的加工头(未图示)射出的激光射束向端头26与延伸部23的交界照射。以各样品的熔融部的化学组成的Ir、Ru、Rh(端头26的成分)的总计为50wt％以上且Ir、Ru、Rh的成分总计大致相同的方式形成熔融部，改变激光射束的点径、激光输出等而作成了B/A不同的各种样品。

将利用燃气喷嘴将作成的各样品的端头26、延伸部23及熔融部加热了2分钟之后进行1分自然冷却的情况作为1个循环，进行了将其反复进行1000循环的耐久试验。在各循环的加热时，延伸部23的温度达到1000℃。在试验后，作成各样品的包含中心轴C的一截面的研磨面，使用金属显微镜进行拍摄，通过图像处理测定了熔融部与延伸部的界面的长度B及距离A以及与中心轴C垂直的方向上的裂纹的长度相对于距离A的比例(％)。将界面的100个等分点间的直线距离汇总而求出长度B。

图5(b)是表示B/A与界面的裂纹的长度的关系的相关图。横轴取为B/A，纵轴取为裂纹的长度的比例(％)。裂纹的长度的比例(％)＝100是指界面的破坏。如图5(b)所示可知，当B/A成为1.2以上时，裂纹的长度的比例(％)显著减小。在满足B/A≥1.2的样品之中，也存在有在界面没有凸部的样品。根据该实施例可知，通过B/A≥1.2，能够抑制裂纹的进展引起的界面的破坏。

实施例是端头26的贵金属成分在熔融部中包含50wt％以上时的结果，但是在熔融部包含的端头26的贵金属成分小于50wt％时，在B/A≥1.2时也观察到与实施例同样的倾向。

以上，基于实施方式而说明了本发明，但是能够容易推测出本发明不受上述实施方式的任何限定，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改良变形。

在实施方式中，说明了延伸部23、43、端头26、46形成为圆柱状、圆锥台状的情况，但是未必限于此。延伸部、端头可以为多棱柱状。

在实施方式中，说明了端头26、46的中心轴C与火花塞10的轴线O一致的情况，但是未必局限于此。火花塞10的轴线O与端头的中心轴C可以不一致。

虽然在实施方式中省略了说明，但是熔融部25、45、71在端头26、46包含的贵金属成分占据50wt％以上的情况下，效果大。这是因为，随着向熔融部25、45、71熔入的端头26、46的量的增加而熔融部25、45、71的线膨胀系数与延伸部23、43的线膨胀系数之差增大，因此在熔融部25、45、71与延伸部23、43的界面50、60、72产生的热应力增大。需要说明的是，熔融部即使端头26、46包含的贵金属成分小于50wt％，由于熔融部的线膨胀系数与延伸部的线膨胀系数存在差异，因此在其界面也会产生热应力，能起到实施方式中说明的作用效果。

在实施方式中，说明了在界面50、60、72存在凸部53、63、65、75、77、79、81的情况，但是未必限于此。在界面可以不必具有凸部。即使在界面没有凸部，只要满足B/A≥1.2，就能够使界面产生的应力分散而抑制界面的剥离。

在实施方式中，说明了照射激光射束而形成熔融部25、45、71的情况，但是未必限于此，当然可以照射电子射束等其他的高能量射束而形成熔融部。

在实施方式中，在中心电极20及接地电极40这双方说明了B/A≥1.2这样的条件成立的情况，但是未必限于此。只要在中心电极、接地电极的任一方中上述的关系成立即可。这是因为，在上述的关系成立的电极中，能够抑制界面的剥离。