火花塞的制作方法

1.本发明涉及一种火花塞。


背景技术：

2.作为在内燃机、例如汽油发动机中使用的点火用的火花塞，已知有通过在中心电极与接地电极之间施加电压而产生火花的火花塞(例如，专利文献1)。
3.专利文献1中公开了一种火花塞，在中心电极的前端设有贵金属电极头，并且使用铱(ir)、铑(rh)作为贵金属电极头的材料。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2013-30388号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.然而，ir、rh是昂贵的材料，不一定被所有市场接受。因此，期望在抑制ir、rh的用量的同时，开发出具有耐久性的贵金属电极头。
9.用于解决问题的方案
10.本发明是为了解决上述课题而完成的，能够作为以下的方式实现。
11.(1)根据本发明的一方式，提供一种火花塞。火花塞的特征在于，该火花塞具备：中心电极，其在一端具备圆柱状的贵金属电极头；以及接地电极，在其与所述贵金属电极头的圆形的放电面之间形成火花隙，其中，所述贵金属电极头的pt的质量％最多，ni的含有率为0质量％以上且40质量％以下，在所述贵金属电极头的与所述放电面平行的截面和与所述放电面垂直的截面这两者中，在从截面的外形线到所述放电面的直径的10％的距离的区域中，纵横比为1以上且10以下的颗粒占观测到的颗粒的70％以上。根据该方式的火花塞，在贵金属电极头的与放电面平行的截面和与放电面垂直的截面这两者中，在从截面的外形线到放电面的直径的10％的距离的区域中，纵横比为1以上且10以下的颗粒占观测到的颗粒的70％以上，由此能够抑制贵金属电极头发生不均匀的消耗，作为其结果，能够抑制贵金属电极头从中心电极剥离，因此贵金属电极头的耐久性提高。
12.(2)在上述方式的火花塞中，也可以是，在所述贵金属电极头的与所述放电面平行的截面和与所述放电面垂直的截面这两者中，在截面的整体，纵横比为1以上且10以下的颗粒占观测到的颗粒的70％以上。根据该方式的火花塞，能够更有效地抑制贵金属电极头发生不均匀的消耗，因此贵金属电极头的耐久性更加提高。
13.需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，例如能够以火花塞的制造方法、安装有火花塞的发动机头等形态实现。
附图说明
14.图1是表示火花塞的局部截面的说明图。
15.图2是示意性地表示贵金属电极头的概略结构的立体图。
16.图3是表示贵金属电极头的与放电面垂直的截面的剖视示意图。
17.图4是说明颗粒的长边和短边的测定法的图。
18.图5是示意性地表示比较例的贵金属电极头的概略结构的立体图。
19.图6是比较例的贵金属电极头的剖视示意图。
20.图7是说明本实施方式的贵金属电极头与比较例的贵金属电极头的耐久性的不同的图。
21.图8是示意性地表示第2实施方式的贵金属电极头的概略结构的立体图。
22.图9是表示第2实施方式的贵金属电极头的与放电面垂直的截面的剖视示意图。
23.图10是说明第2实施方式的贵金属电极头与比较例的贵金属电极头的耐久性的不同的图。
具体实施方式
24.a.第1实施方式：
25.图1是表示火花塞100的局部截面的说明图。在图1中，以作为火花塞100的轴心的轴线ca为分界，在纸面右侧图示火花塞100的外观形状，在纸面左侧图示火花塞100的截面形状。在本实施方式的说明中，将图1的下方侧称为火花塞100的前端侧，将图1的上方侧称为火花塞100的后端侧。
26.火花塞100具备：具有沿着轴线ca的轴孔12的绝缘体10、设于轴孔12的中心电极20、配置于绝缘体10的外周的筒状的主体配件50以及在与中心电极20之间设置间隙地配置的接地电极30。需要说明的是，火花塞100的轴线ca与中心电极20的轴线相同。
27.绝缘体10是通过对以氧化铝为代表的陶瓷材料进行焙烧而形成的绝缘子。绝缘体10是配置于主体配件50的内周的构件，是在中心形成有轴孔12的筒状的构件，该轴孔12在前端侧收纳中心电极20的一部分，在后端侧收纳端子配件40的一部分。在绝缘体10的轴向中央形成有外径大的中央躯干部19。在中央躯干部19的后端侧形成有外径比中央躯干部19小的后端侧躯干部18。在中央躯干部19的前端侧形成有外径比后端侧躯干部18小的前端侧躯干部17。在前端侧躯干部17的更前端侧形成有越朝向中心电极20侧、外径越小的长腿部13。
28.主体配件50是包围并保持从绝缘体10的后端侧躯干部18的一部分到长腿部13的部位的筒状的配件。主体配件50例如由低碳钢形成，对整体实施镀镍、镀锌等镀敷处理。主体配件50从后端侧起依次具备工具卡合部51、密封部54以及安装螺纹部52。用于将火花塞100安装于发动机头90的工具卡合在工具卡合部51。安装螺纹部52是在主体配件50的外周的整周形成有外螺纹的部分，是拧入到发动机头90的安装螺纹孔93的部分。密封部54在安装螺纹部52的根部处形成为凸缘状。在密封部54与发动机头90之间插入嵌合有通过弯折板体而形成的环状的垫圈65。主体配件50的前端侧的端面57是中空的圆状，绝缘体10的长腿部13的前端和中心电极20的前端从其中央突出。
29.在主体配件50的比工具卡合部51靠后端侧的位置设有厚度薄的紧固部53。另外，
在密封部54与工具卡合部51之间设有与紧固部53同样地厚度薄的压缩变形部58。在从工具卡合部51到紧固部53的主体配件50的内周面与绝缘体10的后端侧躯干部18的外周面之间夹设有圆环状的环构件66、67，而且在这些环构件66、67之间填充有滑石69的粉末。在制造火花塞100时，通过将紧固部53向前端侧按压以成为向内侧弯折，而使压缩变形部58压缩变形。通过该压缩变形部58的压缩变形，经由环构件66、67和滑石69将绝缘体10在主体配件50内朝向前端侧按压。并且，通过该按压，滑石69在轴线ca方向上压缩，从而主体配件50内的气密性提高。
30.在主体配件50形成有向内周突出的配件内台阶部56。另外，在绝缘体10形成有位于长腿部13的后端且向外周突出的绝缘体台阶部15。在主体配件50的内周，配件内台阶部56隔着环状的密封件68与绝缘体台阶部15接触。该密封件68是保持主体配件50与绝缘体10之间的气密性的构件，防止燃烧气体的流出。在本实施方式中，使用板密封件作为密封件。
31.接地电极30的基端32固定于主体配件50的端面57。接地电极30具备从基端32向前端侧延伸的基端部36、形成有与中心电极20的前端对置的面的对置部33以及将基端部36与对置部33连接且呈弯曲的形状的弯曲部38。接地电极30以镍为主要成分而形成。需要说明的是，也可以在接地电极30的内部埋设导热性比接地电极30的表面部优异的芯材。芯材例如也可以由铜或者以铜为主要成分的合金形成。也可以在对置部33中的与中心电极20的前端对置的面设有贵金属电极头。贵金属电极头也可以以贵金属为主要成分而形成。作为贵金属，例如可列举出铂、铱、钌、铑或者它们的合金等。
32.中心电极20是在电极构件21的内部埋设有导热性比电极构件21优异的芯材22的棒状的构件。电极构件21由以镍为主要成分的镍合金形成，芯材22由铜或者以铜为主要成分的合金形成。需要说明的是，芯材22也可以省略。
33.在中心电极20的后端侧的端部附近形成有向外周侧突出的凸缘部23。凸缘部23从后端侧与在绝缘体10的轴孔12中向内周侧突出的轴孔内台阶部14相接，将中心电极20定位在绝缘体10内。中心电极20在中心电极20的后端侧经由密封体64和陶瓷电阻63而与端子配件40电连接。
34.中心电极20在一端具备圆柱状的贵金属电极头25。具体而言，在中心电极20的面且是与接地电极30对置的面设有圆柱状的贵金属电极头25。贵金属电极头25的放电面是圆形。在贵金属电极头25的圆形的放电面与接地电极30之间形成有火花隙。
35.对于贵金属电极头25而言，铂(pt)的质量％最多，镍(ni)的含有率为0质量％以上且40质量％以下。从耐久性优异的观点出发，贵金属电极头25优选pt的含有率为75质量％以上且92质量％以下、ni的含有率为8质量％以上25质量％以下，更优选pt的含有率为78质量％以上且90质量％以下、ni的含有率为10质量％以上22质量％以下，进一步优选pt的含有率为80质量％以上且85质量％以下、ni的含有率为15质量％以上且20质量％以下。在本实施方式中，对于贵金属电极头25而言，pt的含有率为80质量％，ni的含有率为20质量％。
36.图2是示意性地表示贵金属电极头25的概略结构的立体图。在图2中，为了便于说明，在纸面右侧示出相对于放电面平行地切断贵金属电极头25的状态。图2所示的剖切面通过贵金属电极头25的厚度方向的中央。在图2中，为了便于图示，将构成贵金属电极头25的金属晶粒中的后述的纵横比为1以上且10以下的颗粒p1图示为格子状。在以下的说明中，将贵金属电极头25的放电面的直径设为直径r。需要说明的是，在贵金属电极头25的放电面不
是正圆的情况下，“放电面的直径r”是指放电面的短径。
37.图3是表示贵金属电极头25的与放电面垂直的截面的剖视示意图。图3所记载的截面是沿着图2的iii-iii线的截面，是通过贵金属电极头25的中心轴线的截面。如图3所示，在本实施方式中，若将从截面的外形线到放电面的直径r的10％的距离的区域设为区域t，则在区域t中，纵横比为1以上且10以下的颗粒p1占观测到的颗粒的70％以上。另外，在图2所示的贵金属电极头25的与放电面平行的截面中也是，在从截面的外形线到放电面的直径r的10％的距离的区域t中，纵横比为1以上且10以下的颗粒p1占观测到的颗粒的70％以上。从提高贵金属电极头25的耐久性的观点出发，区域t中的颗粒p1的比例在与放电面平行的截面和与放电面垂直的截面这两者中，优选分别为80％以上，更优选分别为85％以上，进一步优选分别为90％以上。需要说明的是，在本实施方式的贵金属电极头25中，在与放电面平行的截面和与放电面垂直的截面这两者中，在比区域t靠内侧的区域中也是，纵横比为1以上且10以下的颗粒p1占观测到的颗粒的70％以上。从提高贵金属电极头25的耐久性的观点出发，比区域t靠内侧的区域中的颗粒p1的比例在与放电面平行的截面和与放电面垂直的截面这两者中，优选分别为80％以上，更优选分别为85％以上，进一步优选分别为90％以上。
38.在此，纵横比能够通过以下的方法测定。首先，在利用基于离子铣削法的截面加工装置(截面抛光机(cp))对表面进行研磨之后，获取sem(扫描电子显微镜)的图像或使用了ebsd(电子通道图样)法的sem的图像。之后，在从该图像用后述的方法描绘了分别包封各颗粒的长方形之后，计算纵横比(长边的长度/短边的长度)。
39.图4是说明颗粒p1的长边s1和短边s2的测定法的图。如图4所示，首先，描绘包含颗粒p1的最小的长方形re。也就是说，长方形re的4边分别与颗粒p1的轮廓相切。在此，在与放电面垂直的截面的情况下，长方形re的朝向为长方形re的长边s1或者短边s2与贵金属电极头25的外形线平行的朝向。只要至少长方形re的1边与表示贵金属电极头25的放电面的外形线平行即可。需要说明的是，在与放电面平行的截面的情况下，从对称性的观点出发，长方形re的朝向不限。但是，对每个颗粒p1所描绘的长方形全部朝向相同的朝向。即，在选择了多个长方形中的任意的2个长方形时，一个长方形的1边与另一个长方形的1边平行即可。
40.纵横比为1以上且10以下的颗粒p1的晶粒为粒状，形成粒状组织。在区域t中，颗粒p1占观测到的颗粒的70％以上，从而贵金属电极头25的耐久性提高。关于该机理，使用具备在区域t中纵横比为1以上且10以下的颗粒p1小于70％的构成的比较例来推定。
41.图5是示意性地表示比较例的贵金属电极头125的概略结构的立体图。在图5中，为了便于说明，在纸面右侧示出相对于放电面平行地切断贵金属电极头125的状态。图5所示的剖切面通过贵金属电极头125的厚度方向的中央。在图5中，为了便于图示，将构成贵金属电极头125的金属晶粒中的纵横比大于10的颗粒p2图示为横纹状。
42.图6是比较例的贵金属电极头125的剖视示意图。图6所记载的截面与图3所记载的截面同样地，是贵金属电极头125的与放电面垂直的截面。在比较例的贵金属电极头125的区域t中，纵横比为1以上且10以下的颗粒p1小于观测到的颗粒的70％，纵横比大于10的颗粒p2为观测到的颗粒的30％以上。需要说明的是，在比较例的贵金属电极头125中，在区域t中，纵横比大于10的颗粒p2占观测到的颗粒的约100％。比较例的贵金属电极头125例如可列举为通过将轧制后的合金冲裁成圆柱形状而制成的贵金属电极头，这样的电极头中的晶
粒在轧制方向上被拉伸，因此形成平行的晶界。
43.图7是说明本实施方式的贵金属电极头25与比较例的贵金属电极头125的耐久性的不同的图。在纸面左上示出本实施方式的贵金属电极头25的与放电面平行的截面，并且，在纸面左下示出长期使用后的贵金属电极头25的形状。另外，在纸面右上示出比较例的贵金属电极头125的与放电面平行的截面，并且，在纸面左下示出长期使用后的比较例的贵金属电极头125的形状。在图7中，在贵金属电极头25、125的与放电面平行的截面中，将构成贵金属电极头25、125的颗粒中的纵横比为1以上且10以下的颗粒p1图示为格子状，将纵横比大于10的颗粒p2图示为横纹状。另外，在图7中，用虚线表示贵金属电极头25、125已消耗的状态的外形线。
44.通常，如图1所示，设于中心电极20的前端的贵金属电极头25、125比接地电极30的前端更远离燃烧室的中心，因此使用中的温度比接地电极30的前端的温度低，作为其结果，在比较维持晶粒的形状的状态下消耗。并且，由于晶界相对于晶粒具有局部较低的熔点，因此比晶粒优先被消耗。需要说明的是，燃烧室内的氧化为严酷的状况的贵金属电极头25、125的侧面的消耗与由火花放电引起的贵金属电极头25、125的前端的消耗相比，消耗的程度大。
45.对于本实施方式的贵金属电极头25而言，在贵金属电极头25的与放电面平行的截面和与放电面垂直的截面这两者中，在从截面的外形线到直径r的10％的距离的区域t中，纵横比为1以上且10以下的颗粒p1占观测到的颗粒的70％以上。纵横比为1以上且10以下的颗粒p1由于晶体组织的各向异性小，因此在贵金属电极头25的区域t中，晶界的朝向成为随机的状态。因此，如图7所示，本实施方式的贵金属电极头25在贵金属电极头25的周向上均匀地进行消耗。换言之，本实施方式的贵金属电极头25伴随着火花塞100的使用而消耗呈大致同心圆状地朝向径向内侧进展。相对于此，比较例的贵金属电极头125由于晶体组织的各向异性大，因此在贵金属电极头125的周向上不会均匀地消耗，引起不均匀的消耗。更具体而言，由于晶界优先消耗，因此消耗沿着晶界延伸的方向而进展。即，在比较例的贵金属电极头125中，朝向径向内侧进展的消耗的程度在周向上并不均匀。作为其结果，比较例的贵金属电极头125随着使用而不均匀地消耗，尽管体积充分地残留，但有时过早地从中心电极20剥离。另一方面，本实施方式的贵金属电极头25作为抑制引起不均匀的消耗的结果，抑制从中心电极20剥离，因此贵金属电极头25的耐久性提高。因而，能够谋求火花塞100的长寿命化。
46.另外，对于本实施方式的贵金属电极头25而言，pt的质量％最多，ni的含有率为0质量％以上且40质量％以下，因此与铱(ir)、铑(rh)的含量多的贵金属电极头相比，能够抑制材料成本。其结果，能够谋求火花塞100的低成本化。另外，pt的含有率最多，因此与ir、rh、ni的含量多的贵金属电极头相比，加工性优异。因此，能够代替线切割加工而使用冲裁加工来制造，能够降低加工成本，结果，能够谋求火花塞100的低成本化。因而，根据本实施方式的火花塞100，能够抑制贵金属电极头25的耐久性的降低，并且抑制火花塞100的制造所需的成本的增大。
47.作为本实施方式的贵金属电极头25的制造方法，没有特别限定，例如可列举出以下的方法。也就是说，可列举出从轧制了合金的薄板以成为圆柱的形状的方式冲裁之后实施热处理的方法。在此，作为热处理，根据贵金属电极头25的厚度、组成而不同，例如可列举
出在pt和ni不氧化的气氛(例如，ar气氛)中，在800℃至1000℃下加热1小时到10小时左右的方法。认为通过进行这样的热处理，能够使因轧制而纵横比变大的晶体重结晶化，从而控制晶粒的形状。需要说明的是，在实施了上述冲裁加工的情况下，贵金属电极头25的外周面的附近由于加工应变变大，因此在热处理时优先重结晶。
48.b.第2实施方式
49.图8是示意性地表示第2实施方式的贵金属电极头25a的概略结构的立体图。在图8中，为了便于说明，在纸面右侧示出相对于放电面平行地切断贵金属电极头25a的状态。图8所示的剖切面通过贵金属电极头25a的厚度方向的中央。在图8中，为了便于图示，将构成贵金属电极头25a的金属晶粒中的、后述的纵横比为1以上且10以下的颗粒p1图示为格子状。另外，将构成贵金属电极头25a的金属晶粒中的纵横比大于10的颗粒p2图示为横纹状。
50.图9是表示第2实施方式的贵金属电极头25a的与放电面垂直的截面的剖视示意图。如图8和图9所示，第2实施方式的贵金属电极头25a在贵金属电极头25a的与放电面平行的截面和与放电面垂直的截面这两者中，在从截面的外形线到直径r的10％的距离的区域中，纵横比为1以上且10以下的颗粒p1占观测到的颗粒的70％以上。另一方面，第2实施方式的贵金属电极头25a在比从截面的外形线到直径r的10％的距离的区域t靠内侧的区域中，观测到的颗粒中的颗粒p1所占的比例小于70％。
51.图10是说明第2实施方式的贵金属电极头25a与上述比较例的贵金属电极头125的耐久性的不同的图。在纸面左上表示第2实施方式的贵金属电极头25a的与放电面平行的截面，并且，在纸面左下表示长期使用后的贵金属电极头25a的形状。在图10中，在贵金属电极头25a、125的与放电面平行的截面，将构成贵金属电极头25a、125的颗粒中的、纵横比为1以上且10以下的颗粒p1图示为格子状，将纵横比大于10的颗粒p2图示为横纹状。另外，在图10中，用虚线表示贵金属电极头25a、125消耗后的状态的外形线。
52.在第2实施方式的贵金属电极头25a中也是，在从截面的外形线到直径r的10％的距离的区域中，纵横比为1以上且10以下的颗粒p1占观测到的颗粒的70％以上。因此，对于贵金属电极头25a而言，晶体组织的方向性较小的颗粒p1占贵金属电极头25a的表面的大部分。在此，贵金属电极头25a由于随着使用而消耗从表面朝向内部进展，因此在第2实施方式的贵金属电极头25a中也是，与第1实施方式的贵金属电极头25同样地，能够抑制在周向上消耗不均匀地进展。因而，在第2实施方式的结构中，也能够提高贵金属电极头25a的耐久性。
53.作为第2实施方式的贵金属电极头25a的制造方法，没有特别限定，例如可列举出在从轧制了合金的薄板以成为圆柱的形状的方式冲裁之后，以比上述热处理短的时间或低的温度进行热处理的方法。
54.c.其他实施方式：
55.本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其宗旨的范围内以各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或者全部，或者为了实现上述效果的一部分或者全部，与发明内容部分所记载的各方式中的技术特征相对应的实施方式中的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，若该技术特征在本说明书中没有作为必须的特征进行说明，则能够适当地删除。
56.附图标记说明
57.10
…
绝缘体，12
…
轴孔，13
…
长腿部，14
…
轴孔内台阶部，15
…
绝缘体台阶部，17
…
前端侧躯干部，18
…
后端侧躯干部，19
…
中央躯干部，20
…
中心电极，21
…
电极构件，22
…
芯材，23
…
凸缘部，25、25a
…
贵金属电极头，30
…
接地电极，32
…
基端，33
…
对置部，36
…
基端部，38
…
弯曲部，40
…
端子配件，50
…
主体配件，51
…
工具卡合部，52
…
安装螺纹部，53
…
紧固部，54
…
密封部，56
…
配件内台阶部，57
…
端面，58
…
压缩变形部，63
…
陶瓷电阻，64
…
密封体，65
…
垫圈，66、67
…
环构件，68
…
密封件，69
…
滑石，90
…
发动机头，93
…
安装螺纹孔，100
…
火花塞，125
…
贵金属电极头，ca
…
轴线，p1
…
颗粒，p2
…
颗粒，r
…
直径，re
…
长方形，s1
…
长边，s2
…
短边，t
…
区域