CN101447650A - 内燃机用火花塞 - Google Patents

Abstract

一种内燃机用火花塞。该火花塞包括接地电极和接合到接地电极的远端部的贵金属电极头。由贵金属电极头和接地电极被熔化在一起的熔化结合部将贵金属电极头接合到接地电极。贵金属电极头的突出长度是0.3mm以上。关于熔化结合部，这里定义的第一熔化角S1°、第二熔化角S2°、第一接触角θ1°和第二接触角θ2°满足关系50≤S1+S2≤120和θ1＞θ2。

Description

内燃机用火花塞

技术领域

本发明涉及一种内燃机用火花塞。

背景技术

内燃机用火花塞被安装到内燃机并且用于点燃燃烧室中的空气燃料混合物。一般地，该火花塞包括：具有轴向孔的绝缘体；***到轴向孔中的中心电极；设置在绝缘体的外周上的金属壳；以及安装到金属壳的前端面的接地电极。在接地电极和中心电极之间限定火花放电间隙。

将含有如铂合金等贵金属合金的贵金属电极头(tip)接合到含有如镍合金等具有耐热性和耐腐蚀性的金属的接地电极的前端部。贵金属电极头可以提高耐火花损耗性和点火性。已提出将贵金属电极头接合到接地电极的技术，在该技术中，由激光束沿着接地电极和贵金属电极头之间的交界的外表面进行焊接(例如，参见JP-A-2002-313524和JP-B-3460087)。

近年来，已开发具有高压缩比的发动机以增加发动机输出。在这种发动机的燃烧室中，贵金属电极头和接地电极暴露于高温。另外，接地电极的散热性(heat dissipation property)朝向其远端(distal end)劣化，并且接地电极的温度在靠近其远端的部分趋向于变高。为此，可能在贵金属电极头和接地电极之间的交界处产生由于冷热循环的重复导致的变形。这可能在贵金属电极头和接地电极之间的交界处引起氧化皮(oxidescale)、破裂等，使得贵金属电极头可能从接地电极脱落。

此外，已响应发动机小型化的需求减小了火花塞的尺寸，并且金属壳本身的直径和厚度已变得更小。因为接合到金属壳的面积减小，所以必须减小设置在金属壳的前端处的接地电极的尺寸。因此，可能进一步降低接地电极的头部散热性，并且前述问题可能变得更受关注。

发明内容

考虑到上述情况完成了本发明，本发明的目的是提供一种能够防止由于冷热循环的重复导致的贵金属电极头从接地电极的损失(脱落)并且能够延长寿命周期的内燃机用火花塞。

根据以下方面实现本发明的上述目的。

在第一方面中，本发明提供一种内燃机用火花塞，该火花塞包括：筒状绝缘体，其具有沿轴向延伸的轴向孔；中心电极，其被***到轴向孔中并且沿轴向从轴向孔的基端向轴向孔的前端延伸；筒状金属壳，其设置在绝缘体的外周上并且沿轴向从绝缘体的前端向绝缘体的基端延伸；接地电极，其从设置在金属壳的前端部的接地电极的基端向接地电极的远端延伸；和贵金属电极头，其含有贵金属作为主要成分，并且其基端接合到接地电极的远端部的侧面，且其远端面对中心电极的前端部，其中，贵金属电极头在沿着贵金属电极头的中心轴线的方向上从接地电极的远端部的侧面突出的长度为0.3mm以上，由贵金属电极头和所述接地电极被熔化在一起的熔化结合部(moltenbond)将贵金属电极头接合到接地电极；第一熔化角S1、第二熔化角S2、第一接触角θ1和第二接触角θ2满足关系(i)和(ii)：(i)50≤S1+S2≤120；及(ii)θ1>θ2，其中，在沿着接地电极的纵向并且包含贵金属电极头的中心轴线的截面中，将第一交界点定义为熔化结合部的外表面和贵金属电极头的外表面之间的的交界点；将第一虚线定义为与贵金属电极头的中心轴线垂直并且通过接地电极的可视轮廓的延长线和第一交界点之间的沿贵金属电极头的中心轴线的方向的中点的直线；将第一交点定义为第一虚线和熔化结合部的可视轮廓之间的交点；将第二交点定义为第一虚线与熔化结合部和贵金属电极头之间的交界线之间的交点；将第一线定义为通过第一交界点和第一交点的直线；将第二线定义为通过第一交界点和第二交点的直线；将第一熔化角S1[°]定义为第一线和第二线之间的夹角；将第二交界点定义为熔化结合部的外表面和接地电极的外表面之间的交界点；将第二虚线定义为与贵金属电极头的中心轴线平行并且通过贵金属电极头的可视轮廓的延长线和第二交界点之间的沿与贵金属电极头的中心轴线正交的方向的中点的直线；将第三交点定义为第二虚线和熔化结合部的可视轮廓之间的交点；将第四交点定义为第二虚线与熔化结合部和接地电极之间的交界线之间的交点；将第三线定义为通过第二交界点和第三交点的直线；将第四线定义为通过第二交界点和第四交点的直线；将第二熔化角S2[°]定义为第三线和第四线之间的夹角；将第一接触角θ1[°]定义为第一线和贵金属电极头的可视轮廓的延长线之间的夹角；将第二接触角θ2[°]定义为第三线和接地电极的可视轮廓的延长线之间的夹角。

在沿着接地电极的纵向延伸并且包含贵金属电极头的中心轴线的截面中，在贵金属电极头的两侧存在两个熔化结合部。当熔化结合部对称布置并且具有相同的尺寸时，可以根据任一个熔化结合部来确定S1、S2、θ1和θ2。当熔化结合部不对称地布置或具有不同的尺寸时，可以通过以下步骤来确定角S1、S2、θ1和θ2：测量各个熔化结合部的第一熔化角、第二熔化角、第一接触角和第二接触角；并且取熔化结合部的各角度的平均值。

根据第一方面，将贵金属电极头接合到接地电极的前端，从而加强了耐火花损耗性和点火性。特别地，由于贵金属电极头在沿着贵金属电极头的中心轴线的方向上从接地电极的远端部的侧面突出的长度为0.3mm以上，因此，可以获得可靠的效果。

可以通过激光焊接或电子束焊接将贵金属电极头的基端接合到接地电极以形成熔化结合部。该熔化结合部围绕贵金属形成以接合并熔化贵金属电极头和接地电极。因此，与电阻焊接相比，显著地加强了结合强度。

如本发明的上述背景技术中所述，接地电极的散热性朝向其远端劣化。因此，可能在贵金属电极头和熔化结合部之间的交界或者在熔化结合部和接地电极之间的交界产生应变应力。根据上述第一方面，关于熔化结合部，满足关系50≤S1+S2≤120，其中，S1(°)是在贵金属电极头侧的第一熔化角，S2(°)是在接地电极侧的第二熔化角。因此，即使当重复冷热循环时，也能防止在交界中形成氧化皮，并且可以防止贵金属电极头的损失。因此，能够延长火花塞的寿命周期。

当S1+S2小于50(°)时，熔化结合部的体积可能不充分，并且由于冷热循环的重复容易形成氧化皮。此外，当S1+S2超过120(°)时，熔化结合部过大，并且由于腐蚀导致熔化结合部可能凹陷(有缺口)。

一般地，当进行激光焊接或电子束焊接时，含有镍作为主要成分的接地电极比贵金属电极头更容易熔化。换句话说，相对于贵金属电极头的金属成分，熔化结合部含有更多量的接地电极的金属成分。由于贵金属电极头的金属成分的耐腐蚀性趋向于比接地电极的金属成分的耐腐蚀性强，因此，从熔化结合部的耐腐蚀性的观点考虑，熔化结合部优选含有尽可能多的贵金属电极头的金属成分。这样，根据上述第一方面，贵金属电极头侧的第一接触角θ1(°)和接地电极侧的第二接触角θ2(°)满足关系θ1>θ2。因此，在熔化结合部中熔化的贵金属电极头的金属成分的量变得相对大，并且可以显著地加强耐腐蚀性。因此，能够可靠地防止贵金属电极头的损失，并且能够延长火花塞的寿命周期。

当第一接触角θ等于或小于第二接触角θ2时，在熔化结合部中熔化的贵金属电极头的金属成分的量可能不足，这可能使耐腐蚀性劣化。

可以采用下面的本发明的第二和第三方面来进一步加强本发明的第一方面的火花塞的效果。

在第二方面中，本发明提供了根据第一方面的火花塞，其中，满足1.1<θ1/θ2≤2.0的关系。

根据第二方面，满足关系1.1<θ1/θ2≤2.0。因此，可以在熔化结合部中熔化足够量的贵金属电极头的金属成分，并且可以加强耐腐蚀性。此外，当θ1/θ2低于或等于1.1时，在熔化结合部中熔化的贵金属电极头的金属成分可能不足。另一方面，当θ1/θ2超过2.0时，在熔化结合部中熔化的贵金属电极头的量可能过大。然后，可能在接地电极和熔化结合部之间产生由于应力导致的变形，这可能在接地电极和熔化结合部之间的交界处产生脱落。

在第三方面中，本发明提供了根据第一或第二方面的火花塞，其中，满足关系20≤S2<S1≤70。

根据第三方面，满足关系20≤S2<S1≤70。因此，可以在贵金属电极头的位于熔化结合部中的一部分和接地电极的位于熔化结合部中的一部分之间确定优异的体积平衡。结果，将贵金属电极头更稳定地接合到接地电极，并且能够更可靠地防止贵金属电极头从接地电极的脱落。

附图说明

图1是示出一个实施方式的火花塞的部分剖视图；

图2是示出火花塞的前端的部分剖视图；

图3是贵金属电极头、熔化结合部(molten bond)和接地电极的示出定义S1的交界点、交点、直线和虚线的示意图；

图4是贵金属电极头、熔化结合部和接地电极的示出S1的示意图；

图5是贵金属电极头、熔化结合部和接地电极的示出S2的示意图；

图6是贵金属电极头、熔化结合部和接地电极的示出θ1的示意图；

图7是贵金属电极头、熔化结合部和接地电极的示出θ2的示意图；

图8是示出熔化结合部的变型例的示意图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行说明。然而，本发明不应该被解释为限于该实施方式。图1是示出火花塞1的部分剖视图。图1中的上下方向对应于火花塞1的轴线X方向；轴线的下侧对应于前端侧；轴线的上侧对应于基端侧。

火花塞1包括筒状绝缘体2和保持绝缘体2的筒状金属壳3。

轴向孔4沿着轴线X贯穿绝缘体2。将中心电极5***并固定到轴向孔4的前端侧，将端子电极6***并且固定到轴向孔4的基端侧。将电阻7置于轴向孔4内的中心电极5和端子电极6之间。电阻7的两端经由导电玻璃密封层8和9与中心电极5和端子电极6电连接。

中心电极5被固定到绝缘体2，并且中心电极5的一部分从绝缘体2的前端突出。端子电极6被固定到绝缘体2，并且端子电极6的一部分从绝缘体2的基端突出。通过焊接将贵金属电极头31接合到中心电极5的前端。

绝缘体2由烧结氧化铝等形成。绝缘体2包括：形成在基端侧的基端主干部(barrel portion)10；比基端主干部10更靠近前端侧并且径向外侧突出的大直径部11；比大直径部11更靠近前端侧并且直径小于大直径部11的直径的中间主干部12；以及比中间主干部12更靠近前端侧并且直径小于中间主干部12的直径的腿部13。绝缘体2的一部分、即大直径部11、中间主干部12和腿部13的大部分被收容在金属壳3中。锥状台阶部14形成在腿部13和中间主干部12之间的连接部处，并且使绝缘体2与金属壳3接合。

金属壳3含有如低碳钢等金属并且具有筒状形状。金属壳3的外周面设置有用于将火花塞1安装到发动机缸盖的螺纹部(外螺纹部)15。座部16形成在螺纹部15的基端侧的外周上。环状垫圈18被装配到螺纹部15的基端上的螺纹颈部17。当金属壳3被安装到发动机缸盖时用于接合如扳手等工具的截面为六边形的工具接合部19被布置在金属壳3的基端侧。用于保持绝缘体2的弯边部20设置在金属壳3的基端。

沿着金属壳3的内周设置用于保持绝缘体2的锥状台阶部21。从金属壳3的基端侧朝向前端侧***绝缘体2，并且将绝缘体的台阶部14保持在金属壳3的台阶部21上。在这种状态中，金属壳3的基端侧的开口径向向内弯边，从而形成弯边部20。结果，绝缘体被固定到金属壳3。环状板片密封垫(plate packing)22被置于绝缘体2的台阶部14和金属壳3的台阶部21之间。因此，保持了燃烧室中的气密性，使得进入绝缘体2的暴露于燃烧室的内部的腿部13和金属壳3的内周之间的间隙的燃料空气不能向外泄漏。

此外，为了通过弯边更加完全地密封，环状的环构件23、24被置于金属壳3和金属壳3的基端的绝缘体2之间，且用滑石粉25填充环构件23和24之间的空间。换句话说，金属壳3经由板片密封垫22、环构件23和24以及滑石粉25来保持绝缘体2。

如图2所示，具有大致L形截面的接地电极27被接合到金属壳3的前端面26。更具体地，将接地电极27的基端部焊接到金属壳3的前端面26，并且弯曲接地电极27的远端，使得接地电极27的远端部的侧面对着中心电极5(贵金属电极头31)的前端部。贵金属电极头32被接合到接地电极27以与贵金属电极头31相对。在贵金属电极头31和32之间限定的间隙用作火花放电间隙。在本实施方式中，贵金属电极头31和32含有贵金属材料(例如，Pt-Ir合金，Pt-Rh合金等)，也就是说，贵金属电极头31和32含有贵金属作为主要成分。如这里使用的那样，术语“主要成分”表示(例如，在贵金属电极头31中)含有的50wt％以上的量的成分。

中心电极5包括含有铜或铜合金的内层5A以及含有镍(Ni)合金的外层5B。接地电极27含有Ni合金。

中心电极5包括小直径的前端部，具有棒状形状(柱状)，并且具有平坦的前端面。柱状贵金属电极头31被放置在中心电极5的前端面上，并且对该电极头和电极之间的界面的外边缘进行如激光焊接、电子束焊接或电阻焊接等焊接。结果，将贵金属电极头31接合到中心电极5。

另一方面，与贵金属电极头31相对的贵金属电极头32被定位在接地电极27的一部分上，并且借助于激光束或电子束(本实施方式采用激光束)沿着界面的外边缘进行焊接。结果，使贵金属电极头32中包含的贵金属材料和接地电极27中的Ni合金熔化，并且形成熔化结合部34。接地电极27和贵金属电极头32借助于熔化结合部34接合在一起。在本实施方式中，将贵金属电极头32的沿轴线X方向的突出长度设定为0.3mm以上。

在激光焊接前，也可以由电阻焊接等将贵金属电极头32的基端部部分地埋设在接地电极27中。此外，可以省略设置在中心电极5上的贵金属电极头31。在该情况下，在贵金属电极头32和中心电极5的前端部之间限定火花放电间隙33。

如图3所示，在沿着接地电极27的纵向并且包括贵金属电极头32的中心轴线Y的截面中，将第一交界点K1定义为熔化结合部34和贵金属电极头32之间的外表面上的交界点；将第一虚线L7定义为通过接地电极27的可视轮廓的延长线L6和第一交界点K1之间的沿中心轴线Y方向的中点C1并且垂直于中心轴线Y的直线；将第一交点P1定义为第一虚线L7和熔化结合部34的可视轮廓之间的交点；将第二交点P2定义为第一虚线L7与熔化结合部34和贵金属电极头32之间的交界线之间的交点；将第一线L1定义为通过第一交界点K1和第一交点P1的直线；并且将第二直线L2定义为通过第一交界点K1和第二交点P2的直线。

在该情况下，将第一熔化角S1(°)定义为第一线L1和第二线L2之间的夹角(参见图4)。

此外，将第二交界点K2定义为熔化结合部34和接地电极27之间的外表面上的交界点；将第二虚线L8定义为通过贵金属电极头32的可视轮廓的延长线L5和第二交界点K2之间的沿与中心轴线Y正交的方向的中点C2并且平行于中心轴线Y的直线；将第三交点P3定义为第二虚线L8和熔化结合部34的可视轮廓之间的交点；将第四交点P4定义为第二虚线L8与熔化结合部34和接地电极27之间的交界线之间的交点；将第三线L3定义为通过第二交界点K2和第三交点P3的直线；并且将第四线L4定义为通过第二交界点K2和第四交点P4的直线。

在该情况下，将第二熔化角S2(°)定义为第三线L3和第四线L4之间的夹角(参见图5)。

此外，将第一接触角θ1(°)定义为第一线L1和贵金属电极头32的可视轮廓的延长线L5之间的夹角(参见图6)。将第二接触角θ2(°)定义为第三线L3和接地电极27的可视轮廓的延长线L6之间的夹角(参见图7)。在本实施方式中，进行激光焊接以满足关系50≤S1+S2≤120和关系θ1>θ2。

在图3至图7中，第一熔化角S1、第二熔化角S2、第一接触角θ1和第二接触角θ2被示出为预期的各角度的对顶角。另外，图3至图8省略了剖面线以防止附图的复杂化，并且设置点图案用于熔化结合部34。

在本实施方式中，满足关系1.1<θ1/θ2≤2.0。此外，也满足关系20≤S2<S1≤70。

当观察沿着沿接地电极27的纵向并且包含贵金属电极头32的中心轴线Y的截面时，在贵金属电极头32的横向两侧存在两个熔化结合部34。如图3至图7所示，只要熔化结合部34对称布置并且具有相同的尺寸，则基于任一个熔化结合部34都可以确定S1、S2、θ1和θ2。当熔化结合部34不对称布置或具有不同的尺寸时，可以通过以下步骤来确定角S1、S2、θ1和θ2：测量各个熔化结合部的第一熔化角、第二熔化角、第一接触角和第二接触角；并且取所测量的熔化结合部的各角度的平均值。

将说明本实施方式的火花塞1的制造方法。首先，对金属壳3进行预处理。具体地，通过冷锻在柱状金属材料(如S17C或S25C等铁基材料或不锈钢材料)中形成通孔，从而形成金属壳3的大致形状。随后，对该材料进行切割处理，从而形成材料的轮廓，从而获得金属壳中间体。

通过电阻焊接将含有如Inconel(商品名)基合金等Ni合金的接地电极27安装到金属壳中间体的前端面。由于在焊接过程中产生所谓的“垂流物(sag)”，因此，在去除垂流物之后通过滚轧在金属壳中间体上的预定位置处形成螺纹部15。因此，获得焊接到接地电极27上的金属壳3。在将贵金属电极头32接合到接地电极27后，可以将接地电极焊接到金属壳中间体。对焊接到接地电极27的金属壳3进行镀锌或镀镍。为了加强耐腐蚀性，可以对金属壳的表面进行铬酸盐处理。

此外，将贵金属电极头32接合到接地电极27的远端部。更具体地，将贵金属电极头32布置在(或暂时安装到)接地电极27的预定部分上。当贵金属电极头32相对于激光照射部件绕贵金属电极头32的作为转动轴线的中心轴线Y转动时，将接地电极27和贵金属电极头32之间的界面的外边缘间歇性地暴露于激光束。结果，当从贵金属电极头32的远端面观察时，形成多个熔化点(熔化结合部34)以具有连续的环形图案。因此，接地电极27和贵金属电极头32被接合在一起。在调整激光束的照射角、照射点、照射能量和脉冲宽度使得角S1、S2、θ₁和θ₂满足上述关系的同时进行激光束照射。

为了更可靠地进行焊接，在焊接之前从焊接区域去除镀层，或者在电镀处理过程中对将被焊接的区域进行掩模。可以在下述安装操作之后焊接贵金属电极头32。

独立于金属壳3预先成型绝缘体2。例如，使用含有氧化铝作为主要成分和粘合剂的原料粉末来制备用于成型的基本颗粒材料(basis granulation material)。并且对该基本颗粒材料进行橡胶压制成型，以获得筒状成型元件。对如此获得的成型体进行切割从而成型该成型体。将成型后的成型体放入熔炉中进行烧结，从而获得绝缘体2。

独立于金属壳3和绝缘体2制造中心电极5。具体地，对Ni合金进行锻造，并且将含有铜合金的内层5A设置在锻造合金的中央以加强散热性。通过如电阻焊接、激光焊接等焊接将贵金属电极头31接合到中心电极的前端部。

由玻璃密封层8和9固定地密封如此获得的绝缘体2和中心电极5以及电阻7和端子电极6。作为玻璃密封层8和9，通常混合制备硼硅酸盐玻璃和金属粉末。在将玻璃密封层插进绝缘体2的轴向孔4中使得电阻7被夹在玻璃密封层之间后，从基端侧按压端子电极6。在该状态下，在熔炉中烧结该组件。此时，也可以同时烧结绝缘体2的基端主干部10的表面上的釉层，或者可以预先形成釉层。

随后，将具有如上所述制造的中心电极5和端子电极6的绝缘体2安装到具有接地电极27的金属壳3。更具体地，通过使弯边部20沿径向向内的方向弯边来固定绝缘体2和金属壳3，该弯边部形成为金属壳3的基端的较薄的延伸部。

最后，弯曲接地电极27，并且对设置在中心电极5的前端的贵金属电极头31和设置在接地电极27上的贵金属电极头32之间的火花放电间隙33进行调整处理。

由下面这一系列的步骤制造如上所述构造的火花塞1。

进行以下试验以确定本实施方式的优点。具体地，将含有铂作为主要成分和铑(Pt-20Rh wt％)并且具有0.7mm的直径和0.8mm的高度的柱状合金制备成贵金属电极头32的样品。此外，将INCONEL 601(商品名)制备成接地电极27(镍基合金)的样品。在适当地调整激光束的照射的照射角、照射点、照射能量和脉冲宽度使得角S1、S2、θ1和θ2为预定值的状态下进行激光焊接，从而制造评价样品。在各评价样品中将熔化结合部的熔化深度(对应于图4中的附图标记D)调整到0.25mm。

对各评价样品进行“燃烧器热试验(burner thermal test)”、“实际使用时的第一热耐久性试验”和“实际使用时的第二热耐久性试验”。更具体地，关于“燃烧器热试验”，将燃烧器设定成当加热贵金属电极头时电极头的温度达到1100℃。在该状态下，棒状的评价样品经受1000次将各样品加热两分钟并且缓慢冷却一分钟的循环。当完全未产生破裂时给出“○”(圆圈)等级；当产生不会极大地影响贵金属电极头的脱落的小破裂时给出“Δ”(三角形)等级；当产生大破裂或者产生贵金属电极头的脱落时给出“×”(叉标记)等级。

在制造火花塞样品后，在比“燃烧器热试验”的条件更严酷的条件下使用评价样品进行“实际使用时的第一热耐久性试验”和“实际使用时的第二热耐久性试验”。具体地，在“实际使用时的第一热耐久性试验”中，将火花塞样品安装到活塞位移为2000cc的六缸直列发动机，并且将其全油门发动机转速设定为5000rpm(此时将接地电极的温度设定为大约1000℃)。在该设定中，样品经受1000个循环，在各循环中，发动机以全油门运行一分钟，随后以空转速度(大约700rpm)运行一分钟。如上所述对如此经受了循环试验的样品进行评价。另外，检查样品以判断是否存在如凹陷(scooping)等严重缺陷。

在比“实际使用时的第一热耐久性试验”的条件更严酷的条件下进行“实际使用时的第二热耐久性试验”。具体地，在“实际使用时的第二热耐久性试验”中，将火花塞样品安装到活塞位移为2000cc的四缸直列发动机，并且将全油门发动机转速设定为6500rpm(此时将接地电极的温度设定为大约1050℃)。在该设定中，样品经受1000个循环，在各循环中，发动机以全油门运行一分钟，随后停转一分钟。如上所述对如此经受了循环试验的样品进行评价。另外，检查样品以判断是否存在严重缺陷。

关于各试验，原则上不对在“燃烧器热试验”中被评价为“×”的那些样品进行“实际使用时的第一热耐久性试验”。原则上不对在“实际使用时的第一热耐久性试验”中被评价为“×”的那些样品或者被确定为具有严重缺陷的样品进行“实际使用时的第二热耐久性试验”(存在几个例外)。

表1给出各试验的结果。

表 1

表1示出满足关系50≤S1+S2≤120、θ1>θ2、1.1<θ1/θ2≤2.0和20≤S2<S1≤70的样品1、3和4在“燃烧器热试验”、“实际使用时的第一热耐久性试验”和“实际使用时的第二热耐久性试验”中都不产生破裂并且提供优异的耐脱落性。

相反地，在S1+S2小于50(S1+S2＝46)的样品2中，在试验条件是三个试验中最不严酷的试验条件的“燃烧器热试验”中产生大破裂，并且在“实际使用时的第一热耐久性试验”中产生贵金属电极头的损失。此外，在(S1+S2＝38且S2＝16)的样品6中，在“燃烧器热试验”中产生大破裂以及贵金属电极头的损失。

上述结果表明：当S1+S2小于50时，熔化结合部的体积不充分，从而，由于冷热循环的重复导致形成氧化皮，由此导致贵金属电极头的损失等。

相反地，在S1+S2超过120(＝142)的样品9中，在“燃烧器热试验”中产生小破裂，并且在“实际使用时的第一热耐久性试验”中产生熔化结合部的凹陷。熔化接合部被认为：由于熔化结合部过大，因此，熔化结合部受腐蚀而形成凹陷。

此外，在满足关系θ1≤θ2的样品12、13和14中，在“燃烧器热试验”中产生大破裂。该结果被认为是由于贵金属电极头在熔化结合部中的熔化量不足使耐腐蚀性劣化而导致的。

接着，将解释满足关系50≤S1+S2≤120且θ1>θ2的样品。满足关系50≤S1+S2≤120且θ1>θ2的样品在“燃烧器热试验”中被评价为“○”。因此，当至少满足上述关系时可以加强耐脱落性。然而，即使当满足上述关系时，在θ1/θ2的值超过2.0(θ1/θ2＝2.36)的样品5中，在“实际使用时的第一热耐久性试验”中产生小破裂。相反地，在θ1/θ2的值低于1.1的样品10中，在“实际使用时的第一热耐久性试验”中也产生小破裂。在前一种情况(样品5)下，认为贵金属电极头在熔化结合部中的熔化量变得过大。因此，容易产生由于应力导致的接地电极和熔化结合部之间的应变，并且在接地电极和熔化结合部之间的界面中产生破裂。在后一种情况(样品10)下，认为是贵金属电极头在熔化结合部中的熔化量稍微不足引起的。

在不满足关系20≤S2<S1≤70的样品7、8和11(在样品中S2>S1；在样品8中S1>70；在样品11中S2<20)中，在“实际使用时的第一热耐久性试验”中不产生破裂，但在“实际使用时的第二热耐久性试验”中产生小破裂。在这些情况下，火花塞在实际使用时不会出现任何问题。然而，认为：贵金属电极头在熔化结合部中的部分和接地电极在熔化结合部中的部分之间的体积平衡稍微劣化，从而在“实际使用时的第二热耐久性试验”中产生小破裂。

尽管根据本发明的实施方式给出了上述说明，但本发明不限于此。当然，可以采用实施这里公开的原理的各种模式，而不会背离所附权利要求书的精神和范围。例如，可以如下实现本发明。

(a)在上述实施方式中，熔化结合部34形成为不超过贵金属电极头32的中心轴线Y。然而，截面中的熔化结合部34的右部和左部中的至少一方可以超过中心轴线Y。此外，如图8所示，可以连接截面中的熔化结合部34的左部和右部。

(b)在上述实施方式中，如上所述构造各熔化结合部34。位于接地电极27的远端侧的一个熔化结合部的温度趋于比位于接地电极27的基端侧的另一个熔化结合部的温度更高。因此，这些熔化结合部中的至少一个熔化结合部(位于接地电极27的远端侧的)优选具有上述实施方式的构造。

(c)尽管本实施方式中的接地电极27含有Ni合金，但是，接地电极27可以具有包括内层和外层的两层结构。在该情况下，优选至少外层含有Ni合金。

(d)贵金属电极头31和32中含有的材料不受限制。例如，除了本实施方式中示出的Pt-Ir合金和Pt-Rh合金外，可以将含有铱作为主要成分的贵金属用于贵金属电极头31和32。

(e)尽管上述实施方式未特别说明，但是，根据近年来对小型化火花塞的需求，也可以将具有较小的远端面积(如位于2.0mm²至3.5mm²的范围)的电极用作接地电极27。从而，当截面积较小时，接地电极27的散热性劣化。因此，接地电极27的温度可能变高，施加在贵金属电极头32上的热应力平衡更容易失去。这样，通过采用本实施方式的结构可以稳定地防止热应力的不平衡。具体地，在接地电极27的温度变得更高的条件下，由本实施方式的结构得到的优点变得更明显。

(f)在上述实施方式中，将接地电极27接合到金属壳3的前端。然而，如例如通过引用包含于此的JP-A-2006-236906所述，可以通过切割金属壳的一部分(或者通过切割预先焊接到金属壳的前端金属配件的一部分)来形成接地电极。

(g)在本实施方式中，工具接合部19具有六边形截面，但是工具接合部19的形状不限于此。例如，工具接合部可以具有例如Bi-HEX(变形的十二边形)形状(ISO22977：2005(e))。

本申请基于2007年11月30日提交的日本专利申请No.2007-309620，上述申请的全部内容通过引用包含于此。

Claims (3)

1.一种内燃机用火花塞，其包括：

筒状绝缘体，其具有沿轴向延伸的轴向孔；

中心电极，其被***到所述轴向孔中并且沿所述轴向从所述轴向孔的基端向所述轴向孔的前端延伸；

筒状金属壳，其设置在所述绝缘体的外周上并且沿所述轴向从所述绝缘体的前端向所述绝缘体的基端延伸；

接地电极，其从设置在所述金属壳的前端部上的所述接地电极的基端向所述接地电极的远端延伸；以及

贵金属电极头，其含有贵金属作为主要成分，该贵金属电极头的基端被接合到所述接地电极的远端部的侧面，该贵金属电极头的远端面面对所述中心电极的前端部，

其中，所述贵金属电极头在沿着所述贵金属电极头的中心轴线方向上从所述接地电极的所述远端部的所述侧面突出的长度是0.3mm以上，

由所述贵金属电极头和所述接地电极被熔化在一起的熔化结合部将所述贵金属电极头接合到所述接地电极；并且

第一熔化角S1、第二熔化角S2、第一接触角θ1和第二接触角θ2满足关系(i)和(ii)：

(i)50≤S1+S2≤120；以及

(ii)θ1>θ2，

其中，在沿着所述接地电极的纵向并且包含所述贵金属电极头的所述中心轴线的截面中，

将第一交界点定义为在所述熔化结合部和所述贵金属电极头之间的外表面上的交界点；

将第一虚线定义为与所述贵金属电极头的所述中心轴线垂直并且通过所述接地电极的可视轮廓的延长线和所述第一交界点之间的沿所述贵金属电极头的所述中心轴线方向的中点的直线；

将第一交点定义为所述第一虚线和所述熔化结合部的可视轮廓之间的交点；

将第二交点定义为所述第一虚线与所述熔化结合部和所述贵金属电极头之间的交界线之间的交点；

将第一线定义为通过所述第一交界点和所述第一交点的直线；

将第二线定义为通过所述第一交界点和所述第二交点的直线；

将所述第一熔化角S1[°]定义为所述第一线和所述第二线之间的夹角；

将第二交界点定义为所述熔化结合部的外表面和所述接地电极的外表面之间的交界点；

将第二虚线定义为与所述贵金属电极头的所述中心轴线平行并且通过所述贵金属电极头的可视轮廓的延长线和所述第二交界点之间的沿与所述贵金属电极头的所述中心轴线正交的方向的中点的直线；

将第三交点定义为所述第二虚线和所述熔化结合部的所述可视轮廓之间的交点；

将第四交点定义为所述第二虚线与所述熔化结合部和所述接地电极之间的交界线之间的交点；

将第三线定义为通过所述第二交界点和所述第三交点的直线；

将第四线定义为通过所述第二交界点和所述第四交点的直线；

将所述第二熔化角S2[°]定义为所述第三线和所述第四线之间的夹角；

将所述第一接触角θ1[°]定义为所述第一线和所述贵金属电极头的可视轮廓的所述延长线之间的夹角；及

将所述第二接触角θ2[°]定义为所述第三线和所述接地电极的所述可视轮廓的所述延长线之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，满足关系1.1<θ1/θ2≤2.0。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，满足关系20≤S2<S1≤70。

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