CN108352680A - 火花塞 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高火花塞的耐消耗性且提高贵金属电极头与中间构件之间的接合强度的火花塞。火花塞的电极具有：电极母材；贵金属电极头；中间构件，其配置于电极母材与贵金属电极头之间，并具有位于靠贵金属电极头侧的位置的主体部和位于靠电极母材侧的位置的凸缘部；第1熔融部，其形成于中间构件的主体部与贵金属电极头之间；以及第2熔融部，其在中间构件的凸缘部与电极母材之间至少形成在与贵金属电极头的轴线交叉的位置。在包含贵金属电极头的轴线的剖面中，将贵金属电极头的直径设为Tw，将第1熔融部与中间构件的交界同第2熔融部之间的最短距离设为S1，将第1熔融部与中间构件的交界同第2熔融部之间的最长距离设为S2，此时，满足1.0mm≤Tw≤1.2mm且(S2－S1)≤0.3mm。

Description

火花塞
技术领域
本发明涉及一种用于在内燃机中对燃料气体进行点火的火花塞。
背景技术
在用于在内燃机中对燃烧气体进行点火的火花塞中，在中心电极与接地电极之间形成用于进行火花放电的间隙。在此，公知有一种在接地电极的电极母材上借助中间构件安装有贵金属电极头的火花塞(例如专利文献1)。中间构件用于降低在将贵金属电极头直接安装于电极母材时可能产生的不良情况的发生。例如，通过借助中间构件，能够降低贵金属电极头的使用量。
在专利文献1的技术中，在利用焊接将中间构件接合于电极母材时，通过对形成在中间构件与电极母材之间的熔核的尺寸、自电极母材的配置面起到贵金属电极头的端面为止的高度、以及贵金属电极头的最大宽度这几者之间的关系进行规定，从而提高电极母材与中间构件之间的接合强度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－33670号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，从提高耐消耗性的观点考虑，要求贵金属电极头大径化。当贵金属电极头大径化时，在利用激光焊接使贵金属电极头与中间构件之间进行接合时，对在贵金属电极头与中间构件之间形成的熔融部进行作用的应力容易变大。其结果，可能难以确保贵金属电极头与中间构件之间的接合强度。因此，要求一种不仅能够提高电极母材与中间构件之间的接合强度、而且还能够提高贵金属电极头与中间构件之间的接合强度的技术。
本说明书公开一种提高火花塞的耐消耗性且提高贵金属电极头与中间构件之间的接合强度的技术。
用于解决问题的方案
本说明书所公开的技术能够作为以下的应用例而实现。
(应用例1)一种火花塞，其具备中心电极和接地电极，
所述中心电极和所述接地电极中的至少一个电极具有：
电极母材；
贵金属电极头，该贵金属电极头具有放电面，在该放电面与另一个电极之间形成间隙；
中间构件，其配置于所述电极母材与所述贵金属电极头之间，并具有主体部和凸缘部，该主体部位于靠所述贵金属电极头侧的位置，该凸缘部位于靠所述电极母材侧的位置且其直径比所述主体部的直径大；
第1熔融部，其形成于所述中间构件的所述主体部与所述贵金属电极头之间；以及
第2熔融部，其在所述中间构件的所述凸缘部与所述电极母材之间至少形成在与所述贵金属电极头的轴线交叉的位置，
该火花塞的特征在于，
在包含所述贵金属电极头的轴线的剖面中，
将所述贵金属电极头的直径设为Tw，
将所述第1熔融部与所述中间构件的交界同所述第2熔融部之间的最短距离设为S1，
将所述第1熔融部与所述中间构件的交界同所述第2熔融部之间的最长距离设为S2，此时，
满足1.0mm≤Tw≤1.2mm且(S2－S1)≤0.3mm。
采用上述结构，最长距离S2与最短距离S1之间的差(S2－S1)满足(S2－S1)≤0.3mm。其结果，即使在贵金属电极头的直径Tw比较大的情况下，具体而言为1.0mm≤Tw≤1.2mm的情况下，也能够抑制在将中间构件和电极母材焊接起来时作用于第1熔融部的局部应力。因而，能够利用贵金属电极头的直径Tw大径化来提高耐消耗性，并且，能够抑制在将中间构件和电极母材焊接起来时在第1熔融部产生裂纹，从而能够提高贵金属电极头与中间构件之间的接合强度。
(应用例2)根据应用例1所述的火花塞，其特征在于，
该火花塞满足0.2mm≤S1≤0.4mm。
采用上述结构，由于最短距离S1为0.2mm以上，因此能够抑制因电阻焊时的力矩而作用于第1熔融部的应力。另外，由于最短距离S1为0.4mm以下，因此能够抑制将贵金属电极头与中间构件焊接起来时的温度差，从而能够抑制作用于第1熔融部的热应力。其结果，能够进一步有效地抑制在将中间构件和电极母材焊接起来时在第1熔融部产生裂纹。因而，能够进一步提高贵金属电极头与中间构件之间的接合强度。
(应用例3)根据应用例1或2所述的火花塞，其特征在于，
在所述剖面中，
将所述第1熔融部与所述贵金属电极头的交界同所述第2熔融部之间的最短距离设为T1，
将所述第1熔融部与所述贵金属电极头的交界同所述第2熔融部之间的最长距离设为T2，此时，
满足|(T2－T1)－(S2－S1)|≤0.4mm。
{(T2－T1)－(S2－S1)}越小，则越能够抑制作用于第1熔融部的局部应力。采用上述结构，通过使{(T2－T1)－(S2－S1)}为0.4mm以下，能够抑制作用于第2熔融部的局部应力。其结果，能够进一步抑制在将中间构件和电极母材焊接起来时在第2熔融部产生裂纹。因而，能够进一步提高贵金属电极头与中间构件之间的接合强度。
(应用例4)根据应用例1至3中任一项所述的火花塞，其特征在于，
所述电极母材是所述接地电极的母材，所述贵金属电极头是所述接地电极的电极头。
采用上述结构，在因更靠近燃烧室的中心部而容易成为高温、从而要求贵金属电极头与中间构件之间的接合强度的接地电极中，能够提高贵金属电极头与中间构件之间的接合强度。
此外，本发明能够以各种实施方式来实现，例如，能够以火花塞、火花塞用的电极、搭载有火花塞的内燃机、使用有该火花塞的点火装置、搭载该点火装置的内燃机等实施方式来实现。
附图说明
图1是本实施方式的火花塞100的剖视图。
图2是表示火花塞100的前端附近的图。
图3是接地电极30的制造方法的说明图。
图4是表示第3评价试验的评价结果的图表。
图5是表示变形例的突出部35的图。
具体实施方式
A.实施方式
A－1.火花塞的结构
以下，根据实施方式来说明本发明的实施的形态。图1是本实施方式的火花塞100的剖视图。图1的单点划线示出火花塞100的轴线CL。还将与轴线CL平行的方向(图1的上下方向)称作轴线方向。还将位于与轴线CL垂直的平面上且以轴线CL为中心的圆的径向简称作“径向”，还将该圆的周向简称作“周向”。还将图1中的下方向称作前端方向FD，还将图1中的上方向称作后端方向BD。将图1中的下侧称作火花塞100的前端侧，将图1中的上侧称作火花塞100的后端侧。
该火花塞100安装于内燃机，其用于在内燃机的燃烧室内使燃料气体点燃。火花塞100具备：绝缘电瓷10，其作为绝缘体；中心电极20；接地电极30；端子金属壳体40；以及主体金属壳体50。
绝缘电瓷10是通过对氧化铝等进行烧结而形成的。绝缘电瓷10是具有沿着轴线方向延伸且贯通绝缘电瓷10的通孔12(轴孔)的大致圆筒形状的构件。绝缘电瓷10包括凸缘部19、后端侧主体部18、前端侧主体部17、台阶部15、以及伸长部13。后端侧主体部18位于比凸缘部19靠后端侧的位置，且具有比凸缘部19的外径小的外径。前端侧主体部17位于比凸缘部19靠前端侧的位置，且具有比凸缘部19的外径小的外径。伸长部13位于比前端侧主体部17靠前端侧的位置，且具有比前端侧主体部17的外径小的外径。在火花塞100安装于内燃机(未图示)时，伸长部13暴露在内燃机的燃烧室内。台阶部15形成在伸长部13与前端侧主体部17之间。
主体金属壳体50由导电性的金属材料(例如低碳钢材)形成，是用于将火花塞100固定于内燃机的发动机盖(省略图示)的圆筒状的金属壳体。主体金属壳体50形成有沿着轴线CL贯通主体金属壳体50的***孔59。主体金属壳体50配置于绝缘电瓷10的外周。即，在主体金属壳体50的***孔59内***、保持有绝缘电瓷10。绝缘电瓷10的前端比主体金属壳体50的前端向前端侧突出。绝缘电瓷10的后端比主体金属壳体50的后端向后端侧突出。
主体金属壳体50具有：工具卡合部51，其为六棱柱形状并供火花塞扳手卡合；安装螺纹部52，其用于安装于内燃机；以及座部54，其为凸缘状并形成于工具卡合部51与安装螺纹部52之间。安装螺纹部52的公称直径例如为M8(8mm)、M10、M12、M14、M18中的任意一者。
在主体金属壳体50的安装螺纹部52与座部54之间嵌插有将金属板弯折而形成的环状的垫圈5。在火花塞100被安装于内燃机时，垫圈5将火花塞100与内燃机(发动机盖)之间的间隙密封。
主体金属壳体50还具有：弯边部53，其为薄壁并设于工具卡合部51的后端侧；压缩变形部58，其为薄壁并设于座部54与工具卡合部51之间。在主体金属壳体50的自工具卡合部51起到弯边部53的部位的内周面与绝缘电瓷10的后端侧主体部18的外周面之间形成的环状的区域中配置有环状的环构件6、7。在该区域中的两个环构件6、7之间填充有滑石(talc)9的粉末。弯边部53的后端被向径向内侧弯折而固定于绝缘电瓷10的外周面。主体金属壳体50的压缩变形部58在制造时通过固定于绝缘电瓷10的外周面的弯边部53被向前端侧按压而发生压缩变形。通过压缩变形部58的压缩变形，并隔着环构件6、7和滑石9将绝缘电瓷10在主体金属壳体50内朝向前端侧按压。绝缘电瓷10的台阶部15(绝缘电瓷侧台阶部)隔着金属制的环状的板密封件8被在主体金属壳体50的安装螺纹部52的内周形成的台阶部56(金属壳体侧台阶部)按压。其结果，能够利用板密封件8来防止内燃机的燃烧室内的气体自主体金属壳体50与绝缘电瓷10之间的间隙向外部泄漏。
中心电极20具有：中心电极主体21，其为棒状并沿轴线方向延伸；以及中心电极头29，其为圆柱状并接合于中心电极主体21的前端。中心电极主体21配置于绝缘电瓷10的通孔12的内部的靠前端侧的部分。中心电极主体21具有包含电极母材21A和埋设于电极母材21A的内部的芯部21B在内的构造。电极母材21A例如由镍或以镍为主要成分的合金形成，在本实施方式中电极母材21A由NCF600形成。芯部21B由导热性比用于形成电极母材21A的合金的导热性优异的铜或以铜为主要成分的合金形成，在本实施方式中芯部21B由铜形成。
另外，中心电极主体21具有设于轴线方向上的预定位置的凸缘部24、比凸缘部24靠后端侧的部分即头部23(电极头部)、以及比凸缘部24靠前端侧的部分即腿部25(电极腿部)。凸缘部24支承于绝缘电瓷10的台阶部16。腿部25的前端部分、即中心电极主体21的前端比绝缘电瓷10的前端向前端侧突出。关于中心电极头29，在后面进行叙述。
接地电极30具有：接地电极母材31，其接合于主体金属壳体50的前端；以及突出部35，其自接地电极母材31的前端部31A的靠后端侧的表面31S朝向中心电极头29突出。关于接地电极30，在后面进行叙述。
端子金属壳体40是沿轴线方向延伸的棒状的构件。端子金属壳体40由导电性的金属材料(例如低碳钢)形成，在端子金属壳体40的表面通过镀覆等而形成有用于防腐蚀的金属层(例如Ni层)。端子金属壳体40具有形成于轴线方向上的预定位置的凸缘部42(端子凸缘部)、位于比凸缘部42靠后端侧的位置的帽安装部41、以及比凸缘部42靠前端侧的腿部43(端子腿部)。端子金属壳体40的帽安装部41在比绝缘电瓷10靠后端侧的位置露出。端子金属壳体40的腿部43***到绝缘电瓷10的通孔12内。在帽安装部41安装有与高压电缆(未图示)相连接的火花塞帽，从而对帽安装部41施加用于产生火花放电的高电压。
在绝缘电瓷10的通孔12内，在端子金属壳体40的前端(腿部43的前端)与中心电极20的后端(头部23的后端)之间配置有用于降低火花产生时的电波噪声的电阻体70。电阻体70例如由包含作为主要成分的玻璃颗粒、玻璃以外的陶瓷颗粒、以及导电性材料在内的组合物形成。在通孔12内，电阻体70与中心电极20之间的间隙被导电性密封件60填埋。电阻体70与端子金属壳体40之间的间隙被导电性密封件80填埋。导电性密封件60、80例如由包含B2O3－SiO2系等的玻璃颗粒和金属颗粒(Cu、Fe等)在内的组合物形成。
A－2.火花塞100的前端部分的结构：
对上述火花塞100的前端附近的结构，进一步详细说明。图2是表示火花塞100的前端附近的图。在图2的(A)中示出利用含有轴线CL的特定面对火花塞100的前端附近进行剖切而得到的剖面。在图2的(B)中示出图2的(A)的剖面中的突出部35的附近的放大图。
中心电极头29具有大致圆柱形状，其例如使用激光焊接、即借助由激光焊接形成的熔融部27接合于中心电极主体21的前端(腿部25的前端)(图2的(A))。熔融部27是中心电极头29的成分和中心电极主体21的成分熔融凝固而成的部分。中心电极头29由以高熔点的贵金属为主要成分的材料形成。中心电极头29例如使用铂(Pt)来形成。作为替代，也可以是，中心电极头29使用铱(Ir)或者以铂、铱为主要成分的合金来形成。
接地电极母材31是截面为四边形的弯曲的棒状体。接地电极母材31的后端部31B接合于主体金属壳体50的前端面50A。由此，主体金属壳体50和接地电极母材31被电连接起来。接地电极母材31的前端部31A是自由端。
接地电极母材31例如使用NCF601等镍合金来形成。也可以是，在接地电极母材31内埋设有芯材，该芯材是使用导热系数高于镍合金的导热系数的金属、例如铜、含有铜的合金而形成的。
突出部35具有贵金属电极头351、中间构件353、以及第1熔融部352。
贵金属电极头351具有沿轴线方向延伸的大致圆柱形状，其使用铂来形成。作为替代，也可以是，贵金属电极头351使用铱(Ir)或者以铂、铱为主要成分的合金来形成。贵金属电极头351的后端面是放电面351B，在该放电面351B与中心电极头29的靠前端侧的放电面29A之间形成间隙G(火花间隙)。贵金属电极头351的前端面与第1熔融部352相接触。将贵金属电极头351的直径(放电面351B的直径)设为Tw。贵金属电极头351的直径Tw越大，则能够使贵金属电极头351的体积越大，因此能够提高火花塞100的耐消耗性。
中间构件353具有主体部353A和位于比主体部353A靠前端侧、即靠接地电极母材31侧的位置的凸缘部353B。中间构件353例如使用以镍为主要成分的合金来形成，该合金例如为向镍添加铝(Al)、硅(Si)而成的合金。主体部353A具有沿轴线方向延伸的大致圆柱形状。主体部353A的后端面与第1熔融部352相接触。主体部353A的直径与贵金属电极头351的直径Tw大致相等，即与直径Tw相同或比直径Tw稍大。凸缘部353B是具有比主体部353A和贵金属电极头351这两者的外径大的外径Fw的圆盘状的部分。因而，凸缘部353B在比主体部353A靠前端侧的位置具有比主体部353A的外周面向径向的外侧延伸出的部分。
第1熔融部352通过激光焊接形成在贵金属电极头351与中间构件353之间。第1熔融部352是贵金属电极头351的成分和中间构件353的成分熔融凝固而成的部分。换言之，贵金属电极头351借助第1熔融部352接合于中间构件353的主体部353A的后端侧。在图2的(B)的例子中，第1熔融部352遍布突出部35的整周地形成，且还形成于与轴线CL交叉的位置。
突出部35的前端面35S、即中间构件353的凸缘部353B的前端面35S通过电阻焊而接合于接地电极母材31的前端部31A的表面31S。并且，在凸缘部353B的前端面35S与接地电极母材31的表面31S之间，至少在与贵金属电极头351的轴线CL交叉的位置形成有第2熔融部354。第2熔融部354是中间构件353的成分和接地电极母材31的成分通过电阻焊熔融凝固而成的部分，还被称作熔核。
第2熔融部354能够根据电阻焊的条件的不同而具有各种大小和形状。图2的(B)的第2熔融部354在整体上具有圆盘形状。并且，第2熔融部354与中间构件353的交界面的形状具有向后端侧凸起的碗形状，第2熔融部354与接地电极母材31的交界面的形状具有向前端侧凸起的碗形状。
如此，通过将贵金属电极头351夹着中间构件353地固定于接地电极母材31，能够在不增大由比较昂贵的材料形成的贵金属电极头351的使用量的前提下加长包含贵金属电极头351的突出部35的突出长度Dh(图2的(B))。通过加长突出长度Dh，能够抑制由于在间隙G产生的火花而被点燃的燃料气体的燃烧扩大受到接地电极母材31的妨碍。其结果，能够提高火花塞100的点燃性能。
在此，在图2的(B)的剖面中，将第1熔融部352与中间构件353的交界BL1同第2熔融部354之间的最短距离设为S1，将交界BL1与第2熔融部354之间的最长距离设为S2。能够将最短距离S1说成是交界BL1上的点中的距第2熔融部354的距离最短的点同第2熔融部354之间的距离。能够将最长距离S2说成是交界BL1上的点中的距第2熔融部354的距离最长的点同第2熔融部354之间的距离。在图2的(B)的例子中，交界BL1上的点中的距第2熔融部354的距离最短的点是位于交界BL1与轴线CL的交点同交界BL1与突出部35的外周面的交点之间的点。另外，交界BL1上的点中的距第2熔融部354的距离最长的点是交界BL1与轴线CL的交点。
另外，在图2的(B)的剖面中，将第1熔融部352与贵金属电极头351的交界BL2同第2熔融部354之间的最短距离设成T1，将交界BL2与第2熔融部354之间的最长距离设成T2。能够将最短距离T1说成是交界BL2上的点中的距第2熔融部354的距离最短的点同第2熔融部354之间的距离。能够将最长距离T2说成是交界BL2上的点中的距第2熔融部354的距离最长的点同第2熔融部354之间的距离。在图2的(B)的例子中，交界BL2上的点中的距第2熔融部354的距离最短的点是交界BL1与轴线CL的交点。另外，交界BL2上的点中的距第2熔融部354的距离最长的点是交界BL1与突出部35的外周面的交点。
A－3.接地电极30的制造方法
图3是接地电极30的制造方法的说明图。首先，制造者准备焊接前的圆柱形状的贵金属电极头351和焊接前的中间构件353。焊接前的中间构件353具有：主体部353A，其为圆柱形状并沿着轴线CL延伸；凸缘部353B，其配置于主体部353A的前侧；以及凸部353C。凸部353C位于中间构件353的前端面35S与轴线CL的交点处，并自前端面35S向前端侧突出。
制造者使用激光焊接将贵金属电极头351和中间构件353接合起来。首先，如图3的(A)所示，使用紧固工具Cp对中间构件353的凸缘部353B进行固定，在中间构件353的主体部353A的后端面上配置贵金属电极头351。然后，在使用预定的按压构件Pr对贵金属电极头351的后端面进行按压的状态下，自径向的外侧朝向内侧对贵金属电极头351与主体部353A的接触部分照射与轴线CL大致垂直的激光Lz。例如，使用光纤激光照射装置等照射装置，对贵金属电极头351与主体部353A的接触部分照射激光Lz。而且，通过使贵金属电极头351和主体部353A以轴线CL为中心相对于激光Lz的照射装置相对地旋转，从而遍及贵金属电极头351与主体部353A的接触部分的整周地照射激光Lz。由此，形成图2的(B)所示的形状的第1熔融部352，贵金属电极头351和主体部353A被接合起来。
此时，通过对激光Lz的能量、聚光位置、贵金属电极头351和主体部353A的转速、以及利用按压构件Pr施加的压力等条件进行调整，从而能够控制第1熔融部352的形状。例如，通过加快转速且增强激光Lz的能量，能够减小第1熔融部352的轴线CL上的厚度与第1熔融部352的外周面处的厚度的差。
接下来，如图3的(B)所示，制造者利用电阻焊将接合有贵金属电极头351的中间构件353(即突出部35)固定于棒状的接地电极母材31的表面31S。此时，通过在凸缘部353B的靠后端侧的面被筒状的焊接用电极Wd按压的状态下使用于焊接的电流在接地电极母材31与中间构件353之间流动，从而进行电阻焊。由于在接地电极母材31的表面31S和凸部353C相接触的状态下开始电阻焊，因此，电流首先集中于凸部353C。因而，凸部353C和接地电极母材31中的与中间构件353接触的部分发生熔融而形成第2熔融部354。之后，使中间构件353的前端面35S接触于接地电极母材31的表面31S，对中间构件353的前端面35S和接地电极母材31进行电阻焊。由此，制造了接地电极30。
此时，通过对凸部353C的形状、尺寸、以及电阻焊的电流大小、施加于焊接用电极Wd的压力等电阻焊的条件进行调整，从而能够控制第2熔融部354的大小和形状。例如，凸部353C的轴线方向上的长度越长，则第2熔融部354的轴线方向上的长度越长，凸部353C的与轴线方向垂直的方向上的长度越长，则第2熔融部354的与轴线方向垂直的方向上的长度越长。
在该电阻焊时，由于凸缘部353B被按压，因此，如图3的(B)所示那样，会在突出部35的内部产生以第2熔融部354(第2熔融部354形成于图3的(B)的凸部353C的位置)为中心的力矩MT。该力矩例如是以欲使突出部35的与轴线CL垂直的剖面柔软弯曲成向后端侧(图3的(B)的上侧)凸起的碗形状的方式发挥作用的力。在贵金属电极头351的直径Tw比较大的情况下，该力矩MT容易导致在第1熔融部352的外周面产生裂纹。
因此，在本实施方式的火花塞100中，构成为，使贵金属电极头的直径Tw为比较大的值，具体而言设为1.0mm≤Tw≤1.2mm，且使上述最长距离S2与最短距离S1的差值(S2－S1)成为0.3mm以下。即，本实施方式的火花塞100满足1.0mm≤Tw≤1.2mm且(S2－S1)≤0.3mm。具体而言，最长距离S2与最短距离S1的差值(S2－S1)越小，则越能够在中间构件353与第1熔融部352的交界BL1处抑制力矩MT的偏差，从而能够使力矩MT均匀。其结果，即使在贵金属电极头的直径Tw比较大的情况下，具体而言为1.0mm≤Tw≤1.2mm的情况下，也能够抑制在将中间构件353和接地电极母材31焊接起来时作用于第1熔融部352的局部应力，从而能够在中间构件353与第1熔融部352的交界BL1处抑制由力矩MT引起的柔软弯曲。因而，能够通过贵金属电极头351的直径Tw大径化来提高耐消耗性，并且，能够抑制在将中间构件353和接地电极母材31焊接起来时在第1熔融部352产生裂纹，从而能够提高贵金属电极头351与中间构件353之间的接合强度。
并且，最短距离S1优选满足0.2mm≤S1≤0.4mm。最短距离S1越短，则由力矩MT引起的柔软弯曲的曲率半径越小，因此，作用于第1熔融部352的外周面的应力尤其容易变大。因而，当最短距离S1小于0.2mm时，容易在第1熔融部352产生裂纹。另外，与贵金属电极头351相比，作为镍合金的中间构件353的导热系数较低(即散热较差)。因此，当最短距离S1超过0.4mm时，由电阻焊产生的热会积蓄于中间构件353，中间构件353容易变成高温。与此相对，由于贵金属电极头351的导热系数较高，因此贵金属电极头351不会像中间构件353那样成为高温。因此，在因贵金属电极头351与中间构件353的温度差而产生的热应力的作用下，容易在第1熔融部352产生裂纹。在满足0.2mm≤S1≤0.4mm的情况下，能够抑制因电阻焊时的力矩而作用于第1熔融部352的应力，且能够抑制贵金属电极头351与第1熔融部352的电阻焊时的温度差，从而能够抑制作用于第1熔融部352的热应力。其结果，能够进一步有效地抑制在将中间构件和电极母材焊接起来时在第1熔融部352产生裂纹。因而，能够进一步提高贵金属电极头与中间构件之间的接合强度。
并且，进一步优选的是，上述最短距离S1、最长距离S2、最短距离T1、最长距离T2满足|(T2－T1)－(S2－S1)|≤0.4mm。与中间构件353同第1熔融部352的交界BL1同样地，最长距离T2与最短距离T1的差值(T2－T1)越小，则也越能够在贵金属电极头351与第1熔融部352的交界BL2处抑制力矩MT的偏差，从而能够使力矩MT均匀。因此，差值(T2－T1)越小，则越能够在贵金属电极头351与第1熔融部352的交界BL2处抑制由力矩MT引起的柔软弯曲。因而，若(T2－T1)与(S2－S1)的差值的绝对值即|(T2－T1)－(S2－S1)|越小，则能够使交界BL1处的由力矩MT引起的柔软弯曲与交界BL2处的由力矩MT引起的柔软弯曲的差越小。其结果，能够进一步抑制因力矩MT而作用于第1熔融部352的应力。因而，能够进一步抑制在将中间构件353和接地电极母材31焊接起来时在第1熔融部352产生裂纹，从而能够进一步提高贵金属电极头351与中间构件353之间的接合强度。
并且，特别优选的是，接地电极30如上述实施方式那样，满足上述S1、S2之间的关系、S1的范围、以及S1、S2与T1、T2之间的关系。由于接地电极30位于比中心电极20靠前端侧的位置，因此，接地电极30更靠近燃烧室的中心部而容易成为高温。因此，比起中心电极20，在接地电极30中，要求贵金属电极头与中间构件之间的接合强度。因而，在上述实施方式中，在要求贵金属电极头351与中间构件353之间的接合强度的接地电极30中，能够提高贵金属电极头351与中间构件353之间的接合强度。
A－4.第1评价试验
使用火花塞的样品，执行了贵金属电极头351与中间构件353之间的接合强度的评价试验。在第1评价试验中，如表1所示，使用了上述最长距离S2与最短距离S1的差值(S2－S1)和贵金属电极头351的直径Tw中的至少一者互不相同的66种样品。
[表1]
如表1所示，在66种样品中，差值(S2－S1)被设为小于0.1mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm中的任意一者。另外，贵金属电极头351的直径Tw被设为0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm、1mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm、1.2mm、1.25mm、1.3mm中的任意一者。
各样品共同的尺寸如下。
激光焊接前的贵金属电极头351的厚度Th(图3的(A))：0.4mm
激光焊接前的中间构件353的主体部353A的厚度Fh(图3的(A))：0.3mm
突出部35的突出长度Dh(图2的(B))：0.85mm
试验者准备了表1的直径Tw的贵金属电极头351和具有直径Tw的主体部353A的中间构件353，在改变激光焊接的条件的情况下制作了包括具有各种形状的第1熔融部352的突出部35在内的接地电极30。试验者在利用包含轴线CL的面剖切接地电极30而得到的剖面中测量了差值(S2－S1)。并且，试验者确定了使差值(S2－S1)成为期望的值的激光焊接的条件，使用该条件制作了样品。
在第1评价试验中，利用显微镜观察各样品的第1熔融部352的表面，检查有无裂纹。并且，在发现了裂纹的情况下，在利用经过该裂纹的中心且包含轴线CL的面来剖切样品的接地电极30而得到的剖面中，测量了裂纹的径向上的长度(深度)。将无裂纹或裂纹的长度小于0.1mm的样品评价为“A”，将裂纹的长度为0.1mm以上且0.15mm以下的样品评价为“B”，将裂纹的长度为0.15mm以上的样品评价为“C”。以A、B、C的顺序来表示贵金属电极头351与中间构件353之间的接合强度优异程度。
如表1所示，在直径Tw为1.1mm以下的样品中，差值(S2－S1)为0.5mm以下的样品的评价全部是“A”。在直径Tw为1.15mm的样品中，差值(S2－S1)为0.5mm的样品的评价是“B”，差值(S2－S1)为0.4mm以下的样品的评价是“A”。在直径Tw为1.2mm的样品中，差值(S2－S1)为0.4mm和0.5mm的样品的评价是“B”，差值(S2－S1)为0.3mm以下的样品的评价是“A”。在直径Tw为1.25mm的样品中，差值(S2－S1)为0.5mm的样品的评价是“C”，差值(S2－S1)为0.3mm和0.4mm的样品的评价是“B”，差值(S2－S1)为0.2mm以下的样品的评价是“A”。在直径Tw为1.3mm的样品中，差值(S2－S1)为0.4mm和0.5mm的样品的评价是“C”，差值(S2－S1)为0.3mm的样品的评价是“B”，差值(S2－S1)为0.2mm以下的样品的评价是“A”。
由以上内容能够确认到，至少在1.0mm≤Tw≤1.2mm的范围中，优选满足(S2－S1)≤0.3mm。若如此设置，则能够抑制在第1熔融部352产生裂纹，从而能够提高贵金属电极头351与中间构件353之间的接合强度。
另外，了解到，在Tw为1.25mm和1.3mm的情况下，优选满足(S2－S1)≤0.2mm。
A－5.第2评价试验
在第2评价试验中，如表2所示，最长距离S2与最短距离S1的差值(S2－S1)被固定为0.2mm，并进行了更严格的评价。在第2评价试验中，使用了贵金属电极头351的直径Tw与最短距离S1中的至少一者互不相同的81种样品。
[表2]
如表2所示，在81种样品中，最短距离S1被设为0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm中的任意一者。另外，贵金属电极头351的直径Tw被设为0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm、1mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm、1.2mm中的任意一者。
通过对激光焊接前的贵金属电极头351的厚度Th和激光焊接前的中间构件353的主体部353A的厚度Fh进行调整，从而改变了最短距离S1。
在第2评价试验中，与第1评价试验同样地，对各样品测量了有无裂纹和裂纹的径向上的长度(深度)。将无裂纹的样品评价为“A”，将裂纹的长度小于0.01的样品评价为“B”，将裂纹的长度为0.01mm以上且0.05mm以下的样品评价为“C”，将裂纹的长度为0.05mm以上的样品评价为“D”。以A、B、C、D的顺序来表示贵金属电极头351与中间构件353之间的接合强度优异程度。
如表2所示，在直径Tw小于1.0mm的样品中，不管最短距离S1的值如何，所有样品的评价均是“B”以上。其原因在于，在直径Tw小于1.0mm的样品中，上述由力矩MT引起的柔软弯曲的程度比较小。
在直径Tw为1.0mm以上且小于1.2mm的样品中，最短距离S1的值小于0.2mm的样品、即最短距离S1为0.1mm、0.15mm的样品的评价是“C”以下。另外，在直径Tw为1.0mm以上且小于1.2mm的样品中，最短距离S1的值大于0.4mm的样品、即最短距离S1为0.45mm、0.5mm的样品的评价是“C”以下。
与此相对，在直径Tw为1.0mm以上且小于1.2mm的样品中，最短距离S1的值为0.2mm以上且0.4mm以下的样品的评价是“B”以上。由以上内容能够确认到，在火花塞100中，进一步优选满足0.2mm≤S≤0.4mm。
进一步详细地看，在直径Tw为1mm的样品中，最短距离S1为0.25mm、0.3mm的样品的评价是“A”。因而，了解到，在直径Tw为1.0mm的情况下，最短距离S1特别优选为0.25mm、0.3mm。另外，在直径Tw为1.05mm的样品中，最短距离S1为0.3mm的样品的评价是“A”。因而，了解到，在直径Tw为1.05mm的情况下，最短距离S1特别优选为0.3mm。
A－6.第3评价试验
在第3评价试验中，准备了以下的样品组，并进行了更严格的评价。
样品组A1：Tw＝1.0mm、S1＝0.3mm、(S2－S1)＝0.3mm
样品组A2：Tw＝1.0mm、S1＝0.3mm、(S2－S1)＝0.1mm
样品组B1：Tw＝1.1mm、S1＝0.4mm、(S2－S1)＝0.3mm
样品组B2：Tw＝1.1mm、S1＝0.4mm、(S2－S1)＝0.25mm
样品组C1：Tw＝1.2mm、S1＝0.2mm、(S2－S1)＝0.3mm
样品组C2：Tw＝1.2mm、S1＝0.2mm、(S2－S1)＝0.05mm
对于各样品组，准备了上述|(T2－T1)－(S2－S1)|的值分别为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm的5个样品。通过在细微地改变激光焊接的条件的情况下制作包括具有各种形状的第1熔融部352的突出部35在内的接地电极30，从而准备了这些样品。
在第3评价试验中，重复进行了3000次以样品的前端部附近(贵金属电极头351的附近)的加热和冷却为1次循环的冷热试验。在1次循环中，利用燃烧器对各样品的前端部附近进行了两分钟加热，接着，在空气中进行了两分钟冷却。使用辐射温度计来测量温度，以便利用两分钟的加热使贵金属电极头351的放电面351B的温度达到作为目标温度的1000摄氏度，并根据该测量结果来调节燃烧器的强度。
利用包含轴线CL的剖面对冷热试验后的各样品的接地电极30进行剖切，在该剖面中测量了氧化皮的产生率。具体而言，确定了在图2的(B)所示的第1熔融部352与中间构件353的交界BL1以及贵金属电极头351与第1熔融部352的交界BL2各自产生氧化皮的部分。在这些交界处的维持了接合的部分未产生氧化皮，在这些交界处的产生了剥离的部分产生氧化皮。并且，产生氧化皮的部分相对于交界的全长的比例作为氧化皮的产生率而被计算出。氧化皮的产生率越低，则贵金属电极头351与中间构件353之间的接合强度越优异。
图4是表示第3评价试验的评价结果的图表。在图5的(A)中，示出了样品组A1的评价结果(方形记号)和样品组A2的评价结果(圆圈记号)。在图5的(B)中，示出了样品组B1的评价结果(方形记号)和样品组B2的评价结果(圆圈记号)。在图5的(C)中，示出了样品组C1的评价结果(方形记号)和样品组C2的评价结果(圆圈记号)。
如图5所示，在所有样品组中，|(T2－T1)－(S2－S1)|的值为0.5mm的样品的氧化皮的产生率超过了50％。与此相对，在所有样品组中，|(T2－T1)－(S2－S1)|的值为0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm的样品的氧化皮的产生率小于50％。由以上内容确认到，在火花塞100中，更优选的是，满足|(T2－T1)－(S2－S1)|≤0.4mm。
进一步详细地看，在所有样品组中，随着|(T2－T1)－(S2－S1)|的值变小，氧化皮的产生率大致直线地下降。并且，在|(T2－T1)－(S2－S1)|为0.1mm的样品中，氧化皮的产生率大致为0％。因而可知，|(T2－T1)－(S2－S1)|的值越小，则贵金属电极头351与中间构件353之间的接合强度越显著地提高。即，可知，在满足|(T2－T1)－(S2－S1)|≤0.4mm的范围内，|(T2－T1)－(S2－S1)|优选为较小。即，|(T2－T1)－(S2－S1)|进一步优选为0.3mm以下，特别优选为0.2mm以下，最优选为0.1mm以下。
B.变形例
(1)图2所示的突出部35是一个例子，并不限于此。例如，在突出部35中，第1熔融部352并不限于图2所示的形状，而能够具有各种形状。图5是表示变形例的突出部35的图。对于图5的(A)的突出部35的第1熔融部352，由于第1熔融部352的轴线CL上的厚度与第1熔融部352的外周面处的厚度基本没有差别，因此，无论径向上的位置如何，第1熔融部352的厚度为大致恒定。在该例子中，交界BL1上的定义最短距离S1的点是交界BL1与轴线CL的交点，交界BL1上的定义最长距离S2的点是交界BL1与外周面的交点。另外，交界BL2上的定义最短距离T1的点是交界BL2与轴线CL的交点，交界BL2上的定义最长距离T2的点是交界BL2与外周面的交点。
图5的(B)的突出部35的第1熔融部352与图2的(B)的第1熔融部352相比位于靠后端侧的位置。即，图5的(B)的第1熔融部352位于更远离接地电极母材31的表面31S的位置。如此，第1熔融部352的轴线方向上的位置能够任意地改变。
图5的(C)的突出部35的第1熔融部352未形成于与轴线CL交叉的位置。即，在该例子中，激光焊接的焊接深度未达到轴线CL处。如此，第1熔融部352也可以不与贵金属电极头351的靠前端侧的整个面接触，贵金属电极头351的靠前端侧的面的一部分也可以是不隔着第1熔融部352，而是与中间构件353直接接触。在该例子中，交界BL1上的定义最短距离S1的点是交界BL1上的点中的最靠近轴线CL的点，交界BL1上的定义最长距离S2的点是交界BL1上的点中的位于轴线CL与外周面之间的点。另外，交界BL2上的定义最短距离T1的点是交界BL2上的点中的最靠近轴线CL的点，交界BL2上的定义最长距离T2的点是交界BL2与外周面的交点。
(2)在上述实施方式中，突出部35使用于接地电极30，但突出部35也可以使用于中心电极20。即，突出部35也可以电阻焊于中心电极20的腿部25(中心电极母材)的前端面。即，也可以是，中心电极20包括贵金属电极头、中间构件以及中心电极母材，在贵金属电极头与中间构件之间形成有第1熔融部，在中间构件与中心电极母材之间形成有第2熔融部。即使在该情况下，在电极头的直径Tw为1.0mm≤Tw≤1.2mm的范围中，也优选最短距离S1和最长距离S2满足(S2－S1)≤0.3mm。
(3)在上述实施方式中，接地电极30和中心电极20在火花塞100的轴线CL的方向上相对并形成了用于产生火花放电的间隙。作为替代，也可以是，接地电极30和中心电极20在与轴线CL垂直的方向上相对并形成用于产生火花放电的间隙。
(4)上述实施方式的火花塞100的通常的结构、例如主体金属壳体50、中心电极20、绝缘电瓷10的材质能够进行各种变更。另外，主体金属壳体50、中心电极20、绝缘电瓷10的细节部位的尺寸能够进行各种变更。例如，主体金属壳体50的材质既可以是镀锌的低碳钢或镀镍的低碳钢，也可以是未被施加镀覆的低碳钢。另外，绝缘电瓷10的材质也可以是氧化铝以外的各种绝缘性陶瓷。
以上，根据实施方式、变形例说明了本发明，但上述发明的实施方式是为了容易理解本发明而做出的，并不限定本发明。本发明能够在不脱离其主旨和权利要求书的前提下进行变更、改良，并且在本发明中包含其等同发明。
附图标记说明
5、垫圈；6、环构件；8、板密封件；9、滑石；10、绝缘电瓷；12、通孔；13、伸长部；15、台阶部；16、台阶部；17、前端侧主体部；18、后端侧主体部；19、凸缘部；20、中心电极；21、中心电极主体；21A、电极母材；21B、芯部；23、头部；24、凸缘部；25、腿部；27、熔融部；29、中心电极头；29A、放电面；30、接地电极；31、接地电极母材；31A、前端部；31B、后端部；35、突出部；35S、前端面；40、端子金属壳体；41、帽安装部；42、凸缘部；43、腿部；50、主体金属壳体；50A、顶端面；51、工具卡合部；52、安装螺纹部；53、弯边部；54、座部；56、台阶部；58、压缩变形部；59、***孔；60、导电性密封件；70、电阻体；80、导电性密封件；100、火花塞；351、金属电极头；351B、放电面；352、第1熔融部；353、中间构件；353A、主体部；353B、凸缘部；353C、凸部；354、第2熔融部。

Claims (4)

1.一种火花塞，其具备中心电极和接地电极，
所述中心电极和所述接地电极中的至少一个电极具有：
电极母材；
贵金属电极头，该贵金属电极头具有放电面，在该放电面与另一个电极之间形成间隙；
中间构件，其配置于所述电极母材与所述贵金属电极头之间，并具有主体部和凸缘部，该主体部位于靠所述贵金属电极头侧的位置，该凸缘部位于靠所述电极母材侧的位置且其直径比所述主体部的直径大；
第1熔融部，其形成于所述中间构件的所述主体部与所述贵金属电极头之间；以及
第2熔融部，其在所述中间构件的所述凸缘部与所述电极母材之间至少形成在与所述贵金属电极头的轴线交叉的位置，
该火花塞的特征在于，
在包含所述贵金属电极头的轴线的剖面中，
将所述贵金属电极头的直径设为Tw，
将所述第1熔融部与所述中间构件的交界同所述第2熔融部之间的最短距离设为S1，
将所述第1熔融部与所述中间构件的交界同所述第2熔融部之间的最长距离设为S2，此时，
满足1.0mm≤Tw≤1.2mm且(S2－S1)≤0.3mm。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，
该火花塞满足0.2mm≤S1≤0.4mm。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，
在所述剖面中，
将所述第1熔融部与所述贵金属电极头的交界同所述第2熔融部之间的最短距离设为T1，
将所述第1熔融部与所述贵金属电极头的交界同所述第2熔融部之间的最长距离设为T2，此时，
满足{(T2－T1)－(S2－S1)}≤0.4mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的火花塞，其特征在于，
所述电极母材是所述接地电极的母材，所述贵金属电极头是所述接地电极的电极头。
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