本發(fā)明涉及一種火花塞。

背景技術(shù)：

一直以來，存在汽車、熱電聯(lián)供系統(tǒng)、氣體壓送用泵等內(nèi)燃機用的火花塞。該火花塞具有中心電極和接地電極，在其間設(shè)置有火花放電間隙。通過該火花放電間隙中的火花放電而對混合氣體點火。

在這樣的火花塞中，由于引擎的高性能化/免維護(hù)等而要求提高使用壽命，在中心電極中的相對部即作為面對火花放電間隙的部位的火花放電部配置有ir合金等貴金屬端頭。

在此，貴金屬端頭(ir合金等)與中心電極母材(ni合金等)的熱膨脹系數(shù)的差異大。因此，為了防止由熱應(yīng)力導(dǎo)致的端頭的脫落，通過激光焊接而形成具有貴金屬端頭與中心電極母材的大致中間的熱膨脹系數(shù)的熔融層。由此，通過使熱應(yīng)力降低，確保貴金屬端頭與中心電極母材的接合性。另外，為了在確保良好的接合性的同時還具備點火部的耐久性，公知調(diào)整了熔融層的端頭高度方向上的寬度關(guān)系等的火花塞。(例如，專利文獻(xiàn)1)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2001-15245號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

上述專利文獻(xiàn)中記載的火花塞在確保良好的接合性的同時還具備點火部的耐久性，但是，本發(fā)明人專注研究的結(jié)果是，關(guān)于點火部的耐久性，存在進(jìn)一步提高的余地。

因此，本申請發(fā)明鑒于上述情形，目的在于，提供一種在確保中心電極與貴金屬端頭的良好的接合性的同時使點火部的耐久性進(jìn)一步提高的火花塞。

本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠?qū)崿F(xiàn)為以下的方式。

(1)根據(jù)本發(fā)明的一個方式，提供一種火花塞，具有：棒狀的中心電極，沿軸線方向延伸；筒狀的絕緣體，在自身的前端側(cè)保持所述中心電極；筒狀的主體配件，設(shè)置于所述絕緣體的外周；接地電極，接合于所述主體配件的前端部；以及貴金屬端頭，接合于所述中心電極的前端部，隔著間隙與所述接地電極的端部相對，所述中心電極和所述貴金屬端頭通過將所述中心電極的成分與所述貴金屬端頭的成分熔融而成的熔融部而接合，在所述火花塞中，在包含所述軸線的剖面中，所述貴金屬端頭與所述熔融部的邊界即端頭側(cè)邊界在從所述軸線方向的最靠后端側(cè)的點x至外周端a的范圍內(nèi)的形狀是向所述熔融部側(cè)凸出的形狀，在包含所述軸線的剖面中，所述中心電極與所述熔融部的邊界即中心電極側(cè)邊界在從所述軸線方向的最靠前端側(cè)的點y至外周端b的范圍內(nèi)的形狀是向所述中心電極側(cè)凸出的形狀，所述熔融部中的露出于外表面的部位的外形線是向該熔融部側(cè)凹陷的形狀。根據(jù)該方式的火花塞，貴金屬端頭與熔融部的邊界即端頭側(cè)邊界以及中心電極與熔融部的邊界即中心電極側(cè)邊界都是向熱膨脹系數(shù)較大的材質(zhì)側(cè)凸出的形狀，因此在各個邊界部處緩和由于熱膨脹差產(chǎn)生的應(yīng)力，不易發(fā)生各個邊界處的剝離。另外，由于貴金屬端頭與熔融部的邊界即端頭側(cè)邊界是向熔融部側(cè)凸出的形狀，在由于火花放電而損耗了貴金屬端頭的放電面時，熔融部不易露出于放電面，因此具有良好的耐久性能。進(jìn)而，熔融部中的露出于外表面的部位的外形線是向熔融部側(cè)凹陷的形狀，因此能夠抑制在熔融部處發(fā)生放電的可能性。

(2)在上述方式的火花塞中，也可以是，在包含所述軸線的剖面中，從所述軸線方向的最靠后端側(cè)的點x至所述外周端a的范圍內(nèi)的所述端頭側(cè)邊界中最遠(yuǎn)離穿過所述軸線方向的最靠后端側(cè)的點x與所述外周端a的直線的部位，位于比從所述貴金屬端頭的外周面向內(nèi)側(cè)進(jìn)入了所述貴金屬端頭的外徑的1/4的位置靠徑向外側(cè)處，。由此，在由于火花放電而損耗了貴金屬端頭的放電面時，熔融部更加不易露出于放電面，因此能夠具有更加良好的耐久性能。

附圖說明

圖1是示出火花塞的部分剖面的說明圖。

圖2是放大地示出火花塞的主要部分剖面的說明圖。

圖3是放大地示出火花塞的主要部分剖面的說明圖。

具體實施方式

a.實施方式：

a-1.火花塞的結(jié)構(gòu)：

圖1是示出火花塞10的部分剖面的說明圖。在圖1中，以火花塞10的軸心即軸線ca1作為邊界，在紙面右側(cè)圖示出火花塞10的外觀形狀，在紙面左側(cè)圖示出火花塞10的剖面形狀。將火花塞10在圖1的紙面下側(cè)稱為“前端側(cè)”，將圖1的紙面上側(cè)稱為“后端側(cè)”。

火花塞10具備中心電極100、絕緣體200、主體配件300和接地電極400。在本實施方式中，火花塞10的軸線ca1也是中心電極100、絕緣體200和主體配件300各部件的軸心。

火花塞10在前端側(cè)具有形成于中心電極100與接地電極400之間的間隙sg?；鸹ㄈ?0的間隙sg也被稱為火花間隙?；鸹ㄈ?0構(gòu)成為能夠以使形成有間隙sg的前端側(cè)從燃燒室920的內(nèi)壁910突出的狀態(tài)安裝于內(nèi)燃機90。當(dāng)在將火花塞10安裝于內(nèi)燃機90的狀態(tài)下將高電壓施加到中心電極100時，在間隙sg中發(fā)生火花放電。能夠通過在該間隙sg中發(fā)生的火花放電而對燃燒室920內(nèi)的混合氣體進(jìn)行點火。

在圖1中圖示出彼此正交的xyz軸。將圖1的xyz軸中的沿著軸線ca1的軸設(shè)為z軸。關(guān)于沿著z軸的z軸方向(軸線方向)，將從火花塞10的后端側(cè)朝向前端側(cè)的方向設(shè)為+z軸方向，將其相反方向設(shè)為-z軸方向。+z軸方向是中心電極100與絕緣體200一起沿著軸線ca1從主體配件300的前端側(cè)突出的方向。

將圖1的xyz軸中的沿著接地電極400朝向軸線ca1彎曲的方向的軸設(shè)為y軸。關(guān)于沿著y軸的y軸方向，將接地電極400朝向軸線ca1彎曲的方向設(shè)為-y軸方向，將其相反方向設(shè)為+y軸方向。

將圖1的xyz軸中的與y軸和z軸正交的軸設(shè)為x軸。關(guān)于沿著x軸的x軸方向，將從圖1的紙面里側(cè)朝向紙面近前側(cè)的方向設(shè)為+x軸方向，將其相反方向設(shè)為-x軸方向。

火花塞10的中心電極100是具有導(dǎo)電性的電極體。中心電極100形成為以軸線ca1為中心延伸的棒狀。在本實施方式中，中心電極100由以鎳(ni)作為主成分的鎳合金(例如，因科內(nèi)爾：inconel(注冊商標(biāo)))構(gòu)成。中心電極100的前端側(cè)從絕緣體200的前端側(cè)突出。中心電極100經(jīng)由密封體160、陶瓷電阻170、密封體180而與端子配件190電連接。

貴金屬端頭110經(jīng)由將中心電極100的成分和貴金屬端頭110的成分熔融而成的熔融部120而接合于中心電極100的前端部。

火花塞10的接地電極400是具有導(dǎo)電性的電極體。在本實施方式中，接地電極400形成為在先從主體配件300與軸線ca1平行地延伸之后再朝向軸線ca1彎曲的形狀。接地電極400的基端部接合于主體配件300。接地電極400的末端部在與中心電極100之間形成間隙sg。在本實施方式中，接地電極400由以鎳(ni)作為主成分的鎳合金(例如，因科內(nèi)爾(注冊商標(biāo)))構(gòu)成。

火花塞10的絕緣體200是具有電絕緣性的絕緣子。絕緣體200形成為以軸線ca1為中心延伸的筒狀。在本實施方式中，絕緣體200是對絕緣性陶瓷材料(例如，氧化鋁)進(jìn)行燒制而成的。

絕緣體200具有以軸線ca1為中心延伸的貫通孔即軸孔290。在絕緣體200的軸孔290中，中心電極100以從絕緣體200的前端側(cè)(+z軸方向側(cè))突出的狀態(tài)保持在軸線ca1上。在絕緣體200的外側(cè)從前端側(cè)朝向后端側(cè)依次形成有第一筒狀部210、第二筒狀部220、第三筒狀部250和第四筒狀部270。

絕緣體200的第一筒狀部210是朝向前端側(cè)變得尖細(xì)的圓筒狀的部位，第一筒狀部210的前端側(cè)從主體配件300的前端側(cè)突出。絕緣體200的第二筒狀部220是具有比第一筒狀部210大的直徑的圓筒狀的部位。絕緣體200的第三筒狀部250是比第二筒狀部220和第四筒狀部270更向外周方向伸出的圓筒狀的部位。絕緣體200的第四筒狀部270是自第三筒狀部250起構(gòu)成后端側(cè)的圓筒狀的部位，第四筒狀部270的后端側(cè)從主體配件300的后端側(cè)突出。

火花塞10的主體配件300是具有導(dǎo)電性的金屬體。主體配件300形成為以軸線ca1為中心延伸的筒狀。在本實施方式中，主體配件300是對呈筒狀成型的低碳鋼實施了鍍鎳的金屬體。在其他實施方式中，主體配件300也可以是實施了鍍鋅的金屬體，也可以是未實施鍍敷的金屬體(無鍍敷)。

在主體配件300的內(nèi)側(cè)以從主體配件300的前端側(cè)(+z軸方向側(cè))與中心電極100一起突出的狀態(tài)保持有絕緣體200。在主體配件300的內(nèi)側(cè)從前端側(cè)向后端側(cè)依次形成有配件內(nèi)周面392、環(huán)狀凸部394和配件內(nèi)周面396。

主體配件300的配件內(nèi)周面392是主體配件300的內(nèi)周面中的位于比環(huán)狀凸部394靠前端側(cè)處的部位。主體配件300的環(huán)狀凸部394是從作為主體配件300的內(nèi)周面的配件內(nèi)周面392和配件內(nèi)周面396向內(nèi)側(cè)隆起的環(huán)狀的部位。主體配件300的配件內(nèi)周面396是主體配件300的內(nèi)周面中的位于比環(huán)狀凸部394靠后端側(cè)處的部位。

配件內(nèi)周面392與絕緣體200的間隙大于環(huán)狀凸部394與絕緣體200的間隙、配件內(nèi)周面396與絕緣體200的間隙。在將絕緣體200從主體配件300的后端側(cè)插入而組裝到主體配件300時，環(huán)狀凸部394和配件內(nèi)周面396用于絕緣體200相對于主體配件300的定位。

主體配件300以從中心電極100電絕緣的狀態(tài)斂緊固定于絕緣體200的外側(cè)面。在主體配件300的外側(cè)從前端側(cè)向后端側(cè)依次形成有前端部310、螺紋部320、主體部340、槽部350、工具卡合部360和斂緊蓋380。

主體配件300的前端部310是構(gòu)成主體配件300的前端側(cè)(+z軸方向側(cè))的圓筒狀的部位。在前端部310接合有接地電極400。絕緣體200從前端部310的中央與中心電極100一起向+z軸方向突出。

主體配件300的螺紋部320是在外側(cè)面形成有螺紋牙的圓筒狀的部位。在本實施方式中，能夠通過使主體配件300的螺紋部320螺合到內(nèi)燃機90的螺紋孔930而將火花塞10安裝到內(nèi)燃機90。在本實施方式中，螺紋部320的標(biāo)稱直徑是m12。在其他實施方式中，螺紋部320的標(biāo)稱直徑也可以比m12小(例如，m8、m9、m10)，還可以比m12大(例如，m14、m18)。

主體配件300的主體部340是比槽部350向外周方向伸出的凸緣狀的部位。在將火花塞10安裝于內(nèi)燃機90的狀態(tài)下，在主體部340與內(nèi)燃機90之間壓縮墊圈500。

主體配件300的槽部350設(shè)置于主體部340與工具卡合部360之間，是在將主體配件300斂緊固定到絕緣體200時向外周方向鼓出的圓筒狀的部位。

主體配件300的工具卡合部360是比槽部350向外周方向呈多角形狀伸出的凸緣狀的部位，形成為與用于將火花塞10安裝到內(nèi)燃機90的工具(未圖示)卡合的形狀。在本實施方式中，工具卡合部360的外形是六角形狀。

主體配件300的斂緊蓋380是在將主體配件300斂緊固定到絕緣體200時將主體配件300的后端側(cè)朝向絕緣體200彎曲成型的部位。

在絕緣體200的第三筒狀部250和第四筒狀部270的外側(cè)與主體配件300的工具卡合部360和斂緊蓋380的內(nèi)側(cè)之間分別在后端側(cè)配置環(huán)狀部件610且在前端側(cè)配置環(huán)狀部件620，在環(huán)狀部件610與環(huán)狀部件620之間填充有粉末650。環(huán)狀部件610、620是金屬制成(例如，鐵(fe))的環(huán)狀的部件。粉末650是密閉(密封)用的粉末(例如，粉末的滑石(滑石粉))。

環(huán)狀部件610、620和粉末650將絕緣體200與主體配件300之間密閉，并且提高絕緣體200對主體配件300的保持力。在此，作為環(huán)狀的部件的環(huán)狀部件610、620當(dāng)在與軸線ca1正交的剖面觀察時，可以是在周向上沒有斷開的o字形狀，也可以是在周向的一部分有斷開的c字形狀。

圖2是放大地示出接合有貴金屬端頭110的中心電極100的前端部附近的包括軸線ca1的剖面的說明圖。此外，在圖2中，紙面下側(cè)為“后端側(cè)”，紙面上側(cè)為“前端側(cè)”。

如圖2所示，貴金屬端頭110經(jīng)由將中心電極100的成分與貴金屬端頭110的成分熔融而成的熔融部120而接合于中心電極100的前端部。通過在中心電極100的前端部配置了貴金屬端頭110的狀態(tài)下對兩者的邊界進(jìn)行激光焊接，形成中心電極100的成分與貴金屬端頭110的成分熔融而成的熔融部120，貴金屬端頭110與中心電極100被接合。

貴金屬端頭110與熔融部120的邊界即端頭側(cè)邊界130在從軸線ca1方向的最靠后端側(cè)的點x至外周端a1以及從點x至外周端a2的范圍內(nèi)的形狀為向熔融部120側(cè)凸出的形狀。在此，外周端a1、a2相當(dāng)于權(quán)利要求書中的外周端a。此外，“端頭側(cè)邊界130向熔融部120側(cè)凸出的形狀”是指，從點x至外周端a1的端頭側(cè)邊界130位于比將點x與外周端a1連結(jié)的假想直線靠后端側(cè)處。關(guān)于從點x至外周端a2的端頭側(cè)邊界130也是一樣的。

中心電極100與熔融部120的邊界即中心電極側(cè)邊界140在從軸線ca1方向的最靠前端側(cè)的點y至外周端b1以及從點y至外周端b2的范圍內(nèi)的形狀為向中心電極側(cè)凸出的形狀。在此，外周端b1、b2相當(dāng)于權(quán)利要求書中的外周端b。此外，“中心電極側(cè)邊界140向中心電極100側(cè)凸出的形狀”是指，從點y至外周端b1的中心電極側(cè)邊界140位于比將點y與外周端b1連結(jié)的假想直線靠后端側(cè)處。關(guān)于從點y至外周端b2的中心電極側(cè)邊界140也是一樣的。

熔融部120中的露出于外表面的部位具有向熔融部120側(cè)凹陷的形狀。即，熔融部120的外表面凹陷，在包含軸線ca1的剖面的圖2中，熔融部120的露出于外表面的部位的外形線為向熔融部120側(cè)凹陷的形狀。

與圖2同樣地，圖3是放大地示出接合有貴金屬端頭110的中心電極100的前端部附近的包括軸線ca1的剖面的說明圖，紙面下側(cè)是“后端側(cè)”，紙面上側(cè)是“前端側(cè)”。

在圖3中，為了能夠特定作為更優(yōu)選的方式的熔融部120的形狀，示出了作為基準(zhǔn)的直線等。直線l1是穿過點x和外周端a1的直線，直線l2是穿過點x和外周端a2的直線。直線rl1是穿過從貴金屬端頭110的外周面向內(nèi)側(cè)進(jìn)入了貴金屬端頭110的外徑d的1/4的位置處的與軸線ca1平行的直線。線rl2是穿過從貴金屬端頭110的外周面向內(nèi)側(cè)進(jìn)入了貴金屬端頭110的外徑d的1/4的位置處的與軸線ca1平行的直線。

如圖3所示，點x至外周端a1之間的端頭側(cè)邊界130中最遠(yuǎn)離直線l1的位置t1處于比直線rl1靠徑向外側(cè)處。同樣地，點x至外周端a2之間的端頭側(cè)邊界130中最遠(yuǎn)離直線l2的位置t2處于比直線rl2靠徑向外側(cè)處。這樣一來，端頭側(cè)邊界130中最向熔融部120側(cè)凸出的位置位于相對靠徑向外側(cè)處。由此，與端頭側(cè)邊界130中最向熔融部120側(cè)凸出的位置處于徑向內(nèi)側(cè)的情況相比，在由于火花損耗而減少了貴金屬端頭110的體積時，熔融部120不易露出于放電面。即，耐久性變得良好。此外，存在如下的情況，即在激光焊接時熔融部120的一部分延伸附著到貴金屬端頭110的外周面上。在這樣的情況下，將貴金屬端頭110外周緣的后端點與熔融部120的觸點視作外周端a(a1、a2)。例如，在使用外徑恒定的貴金屬端頭110的情況下，將貴金屬端頭110的外徑恒定的部分的后端點與熔融部120的觸點視作外周端a(a1、a2)。

a-2.效果：

根據(jù)以上說明的實施方式，貴金屬端頭110與熔融部120的邊界即端頭側(cè)邊界130的從軸線ca1方向的最靠后端側(cè)的點x至外周端a1以及從點x至外周端a2的范圍內(nèi)的形狀為向熔融部120側(cè)凸出的形狀。即，端頭側(cè)邊界130為向熱膨脹系數(shù)較大的熔融部120側(cè)凸出的形狀。其結(jié)果是，在貴金屬端頭110與熔融部120的邊界部處緩和由于熱膨脹差產(chǎn)生的應(yīng)力，不易發(fā)生貴金屬端頭110與熔融部120的邊界處的剝離。

進(jìn)而，由于貴金屬端頭110與熔融部120的邊界即端頭側(cè)邊界130的從軸線ca1方向的最靠后端側(cè)的點x至外周端a1以及從點x至外周端a2的范圍內(nèi)的形狀為向熔融部120側(cè)凸出的形狀，在由于火花放電而損耗了貴金屬端頭的放電面時，熔融部不易露出于放電面，因此具有良好的耐久性能。

另外，中心電極100與熔融部120的邊界即中心電極側(cè)邊界140的從軸線ca1方向的最靠后端側(cè)的點y至外周端b1以及從點y至外周端b2的范圍內(nèi)的形狀為向中心電極100側(cè)凸出的形狀。即，中心電極側(cè)邊界140為向熱膨脹系數(shù)較大的中心電極100側(cè)凸出的形狀。其結(jié)果是，在中心電極100與熔融部120的邊界部處緩和由于熱膨脹差產(chǎn)生的應(yīng)力，不易發(fā)生中心電極100與熔融部120的邊界處的剝離。

另外，熔融部120中的露出于外表面的部位具有向熔融部120側(cè)凹陷的形狀。即，熔融部120的外表面凹陷，在包含軸線ca1的剖面的圖2中，熔融部120的露出于外表面的部位的外形線為向熔融部120側(cè)凹陷的形狀，因此能夠抑制在熔融部120處發(fā)生放電的可能性。其結(jié)果是，抑制由放電導(dǎo)致的熔融部120的異常損耗。

進(jìn)而，端頭側(cè)邊界130中最向熔融部120側(cè)凸出的位置位于相對靠徑向外側(cè)處，因此在由于火花損耗而減少了貴金屬端頭110的體積時，與端頭側(cè)邊界130中最向熔融部120側(cè)凸出的位置處于徑向內(nèi)側(cè)的情況相比，熔融部120不易露出于放電面。其結(jié)果是，耐久性變得良好。

b.其他實施方式：

本發(fā)明不限于上述實施方式和實施例、變形例，在不脫離于其主旨的范圍內(nèi)能夠通過各種結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。例如，關(guān)于與“發(fā)明內(nèi)容”一欄中記載的各方式中的技術(shù)特征對應(yīng)的實施方式、實施例、變形例中的技術(shù)特征，為了解決上述課題的一部分或者全部，或者為了實現(xiàn)上述效果的一部分或者全部，能夠適當(dāng)進(jìn)行替換、組合。另外，如果該技術(shù)特征在本說明書中不是作為必需的特征來說明，則能夠適當(dāng)刪除。

標(biāo)號說明

10…火花塞

90…內(nèi)燃機

100…中心電極

110…貴金屬端頭

120…熔融部

130…端頭側(cè)邊界

140…中心電極側(cè)邊界

160…密封體

170…陶瓷電阻

180…密封體

190…端子配件

200…絕緣體

210…第一筒狀部

220…第二筒狀部

250…第三筒狀部

270…第四筒狀部

290…軸孔

300…主體配件

310…前端部

320…螺紋部

340…主體部

350…槽部

360…工具卡合部

380…斂緊蓋

392…配件內(nèi)周面

394…環(huán)狀凸部

396…配件內(nèi)周面

400…接地電極

500…墊圈

610…環(huán)狀部件

620…環(huán)狀部件

650…粉末

910…內(nèi)壁

920…燃燒室

930…螺紋孔

sg…間隙

ca1…軸線

a(a1、a2)…端頭側(cè)邊界的外周端

b(b1、b2)…中心電極側(cè)邊界的外周端

x…端頭側(cè)邊界中最靠后端側(cè)的點

y…中心電極側(cè)邊界中最靠前端側(cè)的點

l(l1、l2)…穿過點x和外周端a(a1、a2)的直線

t…端頭側(cè)邊界中最遠(yuǎn)離直線l的部位

d…貴金屬端頭的外徑

rl(rl1、rl2)…穿過從貴金屬端頭的外周面向內(nèi)側(cè)進(jìn)入了貴金屬端頭的外徑的1/4的位置處的直線。