专利名称：内燃机用火花塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机中使用的火花塞，特别涉及具有接地电极的火花塞，该接地电极在与中心电极侧相反一侧的背面上具有凸状的弯曲面。
背景技术：
例如如图11所示，汽车发动机等内燃机用的火花塞具有中心电极81、设在该中心电极81外侧的绝缘体82、设在该绝缘体82外侧的筒状的主体金属壳体83、以及基端部与上述主体金属壳体83前端部接合的接地电极84。接地电极84是通过使截面呈大致矩形的金属制的棒状体在纵长方向中间位置处向中心方向弯曲而构成的。而且，接地电极84以其前端部内侧面与上述中心电极81的前端面相面对的方式配置，由此在中心电极81的前端部和接地电极84的前端部内侧面之间形成火花放电间隙。
在主体金属壳体83的外周面上形成未图示的螺纹部。火花塞通过在该螺纹部处与发动机的气缸盖螺纹接合而被安装。可是，在火花塞的安装状态下，在接地电极84与图中箭头所示的混合气体的流动的关系成为该图所示的位置关系的情况下，即成为混合气体直接碰到接地电极84的背面这种位置关系的情况下，接地电极84有可能妨碍混合气体向火花放电间隙流入。结果，混合气体难以到达火花放电间隙，有可能使点火性降低。
与此相反，在具有两个以上接地电极的类型中，有把各接地电极做成截面大致圆形的圆柱状这样的技术(例如，参照专利文献1)。通过像这样把截面做成大致圆形，从而即使在成为混合气体直接碰到接地电极的背面的位置关系的情况下，混合气体绕到接地电极的内侧，混合气体也容易到达火花放电间隙。
专利文献1日本特开平11-121142号公报发明内容但是，如上所述，接地电极在纵长方向中间位置处向中心方向弯曲。因此，如图12所示，在具有不进行什么处理单靠弯曲而成的弯曲部的接地电极91中，作用有拉伸弯曲部的外侧(背面侧)，使弯曲部的内侧(中心电极侧)聚集引起的变形应力，朝宽度方向突出，由此形成扩宽部92。而且，当该扩宽部92存在于与火花放电间隙的中心的对应位置时，有可能由于该宽度扩大量而妨碍混合气体向火花放电间隙的流入。因此，即使特意把接地电极91构成为截面圆形，使混合气体容易绕到内侧，也有可能无法充分得到其效果而失去意义。此外，虽然即使是截面大致矩形的上述接地电极84也形成有扩宽部，但是在具有圆形截面的接地电极91的情况下，可以说上述扩宽部92的影响程度特别大。
另一方面，为了尽可能减小上述宽度扩大的程度，可以考虑缓和弯曲部的弯曲程度，即加大弯曲部的曲率半径。可是，在该情况下，火花放电间隙的中心位置与弯曲部之间变窄，会导致燃烧空间的狭小化。因而，从确保燃烧空间方面考虑，不得不将弯曲部的曲率半径减小一定程度，在该情况下，上述扩宽部92的存在引起的问题变得显著。
本发明是鉴于上述实际情况而做成的，其目的在于提供一种内燃机用火花塞，该内燃机用火花塞具有接地电极，该接地电极配置成基端接合于主体金属壳体的前端部、并且通过使其在弯曲部向中心方向弯曲而使前端部与中心电极的前端面相面对，该内燃机用火花塞可以抑制混合气体向火花放电间隙的流入阻碍，因此可实现防止点火性的降低。
下面分项说明适于解决上述课题的各结构。此外，说明相应于需要的对应结构所特有的作用效果等。
结构1.本结构的火花塞具有沿轴线方向延伸的棒状中心电极、设在上述中心电极外周的大致圆筒状的绝缘体、设在上述绝缘体外周的筒状的主体金属壳体、以及接地电极，该接地电极的基端部接合于上述主体金属壳体的前端部，并且具有使本身的中间部弯曲以便使前端部与上述中心电极的前端面相面对的弯曲部；在上述中心电极的前端部和上述接地电极的前端部间具有火花放电间隙，其特征在于上述接地电极在与上述中心电极侧相反一侧的背面上具有凸状的弯曲面，而且从上述中心电极与上述接地电极重叠的方向上看时，自上述火花放电间隙的上述轴线方向上的中心点±1mm的范围内的上述接地电极的宽度的最大值是除了具有该最大值的部位外的具有大致恒定宽度的一般部的宽度的105％以下。
在此，“弯曲部”可以是任意程度的弯曲。此外，只要是接地电极的前端部的内侧面配置成与中心电极的前端面相面对即可。
此外，也可以在接地电极和中心电极的至少一方上设置例如贵金属电极头。在中心电极上设置贵金属电极头的情况下，在相面对的贵金属电极头与接地电极主体之间形成火花放电间隙；在接地电极上设置贵金属电极头的情况下，在相面对的贵金属电极头与中心电极主体之间形成火花放电间隙；在双方上设置贵金属电极头的情况下，在相面对的贵金属电极头彼此间形成火花放电间隙。此外，在未设置任何贵金属电极头的情况下，在中心电极前端面与接地电极内侧面之间形成火花放电间隙。
同时，所谓“宽度”是指从上述中心电极与上述接地电极重叠的方向上看时的与上述轴线方向垂直的方向上的宽度。
另外，所谓“一般部”是指接地电极中不受“弯曲”引起的影响的部分，是指除了因弯曲而宽度扩大的部位、即具有上述最大值的部位外的具有大致恒定宽度的部位。因而，在使用将任何部位都具有相同尺寸和相同形状的截面的棒状体弯曲而成的接地电极的情况下，可以举出例如主体金属壳体的前端面侧的基端部。此外，根据不受“弯曲”引起的影响这样的意思，可以考虑是弯曲前的同部位。这是因为因弯曲而产生宽度扩大现象。
此外，接地电极没有必要一定是截面圆形，只要至少在与中心电极侧相反一侧的背面上具有凸状的弯曲面即可。这是因为如果至少在背面带圆，则混合气体绕到接地电极的内侧，混合气体容易到达火花放电间隙。
采用上述结构1，因为接地电极在与中心电极侧相反一侧的背面上具有凸状的弯曲面，故即使是成为混合气体直接碰到接地电极的背面这种位置关系的情况下，混合气体也绕到接地电极的内侧面，混合气体容易到达火花放电间隙。
此外，如果弯曲引起的宽度扩大在火花放电间隙的轴线方向中心点附近显著，则有可能阻碍混合气体向火花放电间隙的流入。这一点，在结构1中，自火花放电间隙的轴线方向上的中心点±1mm的范围内的上述接地电极的宽度的最大值为接地电极的一般部的宽度发热105％以下。因此，可以把宽度扩大引起的影响抑制为最小限度，不会抵消在背面上具有凸状的弯曲面的效果。其结果，可以抑制混合气体的流入阻碍，可以谋求防止点火性的降低。
这样，为了不妨碍来自接地电极的背面侧的混合气体向火花放电间隙的流入，可以说扩宽部的宽度越小越好。但是另一方面，如果使扩宽部的宽度保留为小于101％，则有可能使接地电极的弯曲部处的弯曲程度(曲率半径)过大。在该情况下，为了以适当的间隙形成在中心电极的前端部与接地电极的前端部之间所形成的火花放电间隙，不得不减小接地电极与绝缘玻璃的间隙，在火花塞污损时有时会使横向跳火的发生频度增大。这种横向跳火是上到绝缘玻璃的前端面而在中心电极与主体金属壳体之间沿径向产生的火花放电。因此，即使混合气体因这种火花放电而点火，在刚点火后的火焰核的周围存在主体金属壳体或绝缘玻璃，火核无法充分地成长，有可能不点火。因而，可以说最好是横向跳火的发生频度低。从这种观点来说，最好是取为以下这种结构。
结构2.根据上述结构1，本结构的火花塞的其特征在于，上述接地电极的宽度具有最大值的部位的宽度是上述一般部的宽度的101％以上。
采用该结构2，则容易避免由把扩宽部的宽度抑制得过小而导致的横向跳火所引起的问题。
结构3.根据上述构成1或2所述的火花塞，本结构的火花塞的特征在于，相对于上述接地电极的厚度是一般部的宽度的0.5以上。
在接地电极的厚度相对于一般部的宽度比较小、即壁厚比较薄的情况下，弯曲部处的扩宽的程度比较小即可。与此相反，像结构3那样，在相对于接地电极的厚度是一般部的宽度的0.5以上的壁厚比较厚的情况下，弯曲部处的宽度扩大程度容易变大。与像这样弯曲时宽度扩大的程度容易变大相反，因为自离火花放电间隙的轴线方向上的中心点±1mm的范围内的接地电极的宽度为接地电极的一般部的宽度的105％以下，所以上述效果的意义更大。
结构4.根据上述构成1～3中任何一项所述的火花塞，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极的宽度具有最大值的部位的硬度为上述一般部的硬度的140％～170％。此外，此处的所谓“140％～170％”的硬度之比是用维氏硬度测定的。
如上所述，接地电极一般通过弯曲加工棒状体的金属材料来形成弯曲部从而呈完成形态。因而，弯曲部因加工硬化而成为硬度上升。如果弯曲加工到弯曲部与一般部的硬度比率超过170％的程度，则弯曲部本身的宽度过大，给点火性带来不良影响。相反，如果硬度比率小于140％，则要弯曲加工接地电极以便在火花放电间隙能够火花放电，接地电极与绝缘体之间的间隙变窄，有可能在火花塞污损时产生横向跳火。因此，优选为了硬度比率为140％～170％而进行弯曲加工。
结构5.根据上述构成1～4所述的火花塞，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极的上述一般部的背面的弯曲部的曲率半径为0.5mm～1.3mm。
一般来说，接地电极的一般部的背面的曲率半径比较小时由混合气体的绕入带来的优点大。这一点，在结构5中，接地电极的一般部的背面的弯曲部的曲率半径为0.5mm～1.3mm，混合气体的绕入带来的效果更可靠地实现。另一方面，在上述曲率半径小于0.5mm的情况，加工显著地变得困难。此外，在筒状的主体金属壳体的宽度(壁厚)上也存在上限，如果上述曲率半径超过1.3mm，则其向主体金属壳体的接合变得困难。
构成6.根据上述构成1～5中任一项所述的火花塞，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极具有外层和由导热性比该外层好的金属构成的内层，在上述一般部的截面上，上述内层的截面积与该截面积的比率为25％～60％。
采用构成6，接地电极具有由导热性比外层好的金属构成的内层。因此，所谓“吸热”变得良好，容易抑制接地电极温度在高速运行等时上升引起的问题。此外，作为构成外层的原料，例如可以举出镍合金；作为构成内层的原料，可以举出以铜为主体的金属材料、或导热性比上述镍合金优良的高纯度镍等。在这种原料结构中，处于内层比外层柔软的倾向，柔软的一方的形状跟随性优良。因此，可以说内层的比率越高，形状跟随性越好，处于不容易导致由无用的变形应力引起的宽度扩大的倾向。因而，在内层的截面积与一般部的截面积的比率小于25％的情况下，有可能即使特意设置内层，也无法期待足够的形状跟随性，容易产生宽度扩大。另一方面，在内层的截面积相对于一般部的截面积的比率超过60％的情况下，外层较薄，有可能因弯曲引起的变形应力而产生断裂。
构成7.根据上述构成1～6中任一项所述的火花塞，本结构的火花塞的特征在于，上述接地电极在自上述火花放电间隙的上述轴线方向上的中心点±1mm的上述范围外至少具有1个弯曲部。
在构成7中，在脱离容易影响点火性的上述范围的部位上设置弯曲部而形成上述火花放电间隙。因此，与在上述范围内形成弯曲部、由此在上述范围内形成扩宽部的情况相比，给予点火性的不良影响、即阻碍混合气体向火花放电间隙的流入的程度减少。因而，可以说更优选是形成1个以上的弯曲部，以使扩宽部(包括具有宽度为接地电极的一般部的宽度的105％以上的扩宽部)位于上述范围外更好。这是因为即使在该范围外有扩宽部，也不会或者极少阻碍混合气体向火花放电间隙的流入。
图1是表示本实施方式的火花塞的总体结构的局部剖视主视图。
图2是表示本实施方式的火花塞的主要部分的结构的局部剖视主视图。
图3是表示从与图2垂直的方向看的火花塞的侧视图。
图4是表示从前端侧看火花塞的状态的俯视图。
图5是表示准备使自火花放电间隙的轴线方向的中心点±1mm的范围内的接地电极的宽度的最大值max相对于接地电极一般部的宽度的比率(dmax/d0)各种不同的样品，取为混合气体直接碰到接地电极的背面的那样的位置关系，测量稀燃极限而得的结果的曲线图。
图6是表示扩宽部相对于一般部的宽度扩大比率、与弯曲部的曲率半径的关系的曲线图。
图7是表示弯曲部的曲率半径(扩宽部相对于一般部的宽度扩大比率)与横向跳火产生率的关系的曲线图。
图8是表示准备使接地电极的厚度相对于一般部的宽度各种不同的棒状样品，测定单纯地弯曲该样品时的比率(dmax/d0)的而得的结果的曲线图。
图9(a)、(b)都是表示另一实施方式中的接地电极的截面形状的图。
图10是表示另一实施方式中的接地电极的侧面形状的图。
图11是表示从前端侧看以往的火花塞的状态的俯视图。
图12是表示从前端侧看以往的火花塞的状态的俯视图。
具体实施例方式
下面，参照
本发明的一个实施方式。此外，图1是表示本实施方式的火花塞100的总体结构的图，图2是表示主要部分的局部剖视主视图。以下主要以图2为中心进行说明。
如图2所示，本实施方式的火花塞100具有主体金属壳体1、绝缘体2、中心电极3以及接地电极4。主体金属壳体1呈筒状，在其内侧保持有绝缘体2。绝缘体2的前端部从主体金属壳体1突出。此外，中心电极3以使设在其前端的贵金属电极头31突出的状态被设在绝缘体2的内侧。而且，接地电极4的基端面焊接在上述主体金属壳体1的前端面上，并且在纵长方向中间位置的弯曲部5处向中心方向弯曲。而且，接地电极4配置成其前端部内侧面与上述中心电极3的前端面相面对。在该接地电极4的内侧面上设有与上述贵金属电极头31相面对的贵金属电极头32。而且，这些贵金属电极头31与贵金属电极头32之间成为火花放电间隙33。
上述绝缘体2例如由氧化铝等陶瓷烧结体构成，在其内部沿着本身的轴向形成有用于配置中心电极3的孔部6。此外，主体金属壳体1由低碳素钢等金属形成为圆筒状，构成火花塞100的壳体，并且在其外周面上形成用于把火花塞100安装于未图示的发动机的气缸盖的螺纹部7。
此外，接地电极4的主体部成为由外层4A和内层4B组成的两层结构。外层4A由镍合金等构成。与此相反，内层4B由导热性比镍合金优良的金属(例如以铜为主体的金属材料、导热性比上述镍合金优良的高纯度镍等)构成。在本实施方式中，接地电极4除了前端部外，特别是在弯曲部5处，内层4B的截面积相对于接地电极4的截面积的比率被设定成25％～60％(例如36％)。通过该内层4B的存在，可以谋求吸热性(散热性)的提高。此外，在本实施方式中，中心电极3的主体部也具有外层和内层的两层结构。
此外，上述中心电极3侧的贵金属电极头31例如以铱为主要成分，由含有10质量％的铂、3质量％的铑以及1质量％的镍的贵金属合金构成。而且，接地电极4侧的贵金属电极头32例如以铂为主要成分，由含有20质量％的铱、5质量％的铑的贵金属合金构成。但是，这些原料的组成不过是示例，并没有什么限定。各贵金属电极头31、32是这样形成的，即由激光焊接、电子束焊接、电阻焊接等将规定形状(例如圆柱状)的片沿着各自的接合面外缘部固定在中心电极3或接地电极4上。
此外，虽然在本实施方式中两个电极3、4都设有贵金属电极头31、32，但是也可以仅在接地电极4或中心电极3中的一方上设置贵金属电极头。在仅在中心电极3上设有贵金属电极头31的情况下，在相面对的贵金属电极头31与接地电极4之间形成火花放电间隙；在仅在接地电极4上设有贵金属电极头32的情况，在相面对的贵金属电极头32与中心电极3之间形成火花放电间隙。与此相反，也可以在两个电极3、4上都不设置贵金属电极头。在该情况下，在中心电极3前端面与接地电极4内侧面之间形成火花放电间隙。
而且，如图2、3、4所示，在本实施方式中，上述接地电极4呈直径为1.3mm的截面圆形。即，是在与中心电极3侧相反一侧的背面上具有凸状弯曲面的结构。由此，在火花塞100的安装状态下，即使在成为混合气体直接碰到接地电极4的背面这种位置关系的情况下，混合气体也绕到接地电极4的内侧，混合气体容易到达火花放电间隙33中。
此外，在本实施方式中，从中心电极3与接地电极4相重叠的方向看时，自上述火花放电间隙33的上述轴线方向上的中心点α±1mm的范围(图2的区域β)内的上述接地电极4的宽度的最大值dmax为除了具有该最大值dmax的部位的具有大致恒定宽度的一般部(在本实施方式中，例如，主体金属壳体1的前端面侧的基端部＝弯曲加工前的接地电极4的任意部位)的宽度d0的105％以下(例如103％)。此外，接地电极4的厚度T是一般部宽度L的0.5以上(在本例中是截面圆形，故为1.0)。
在此，对以上这样所构成的火花塞100的制造方法进行简单的说明。首先，预先加工主体金属壳体1。即，通过对形成为圆柱状的金属原料(例如S15C或S25C之类铁类原料、或者不锈钢原料)进行冷锻造加工而形成通孔，制造大致的形状。然后，通过实施切削加工来调整外形，从而得到主体金属壳体中间体。
接着，用电阻焊接将接地电极4焊接在主体金属壳体中间体的前端部位。由于在该焊接时产生所谓“塌边”，所以去除该“塌边”后，通过滚压成型在主体金属壳体中间体的规定部位上形成螺纹部7。由此，得到焊接有接地电极4的主体金属壳体1。在焊接有接地电极4的主体金属壳体1上实施镀锌或镀镍。此外，为了谋求提高耐腐蚀性，也可以进一步对其表面实施铬酸盐处理。
而且，通过电阻焊接或激光焊接将上述贵金属电极头32接合在接地电极4的前端部。此外，为了更可靠进行焊接，在该焊接前去除焊接部位的镀层，或者，在镀膜工序时对预定焊接部位实施掩盖。此外，也可以在后述的组装之后进行该片的焊接。
另一方面，与上述主体金属壳体1分别预先进行对绝缘体2的成形加工。例如，使用以氧化铝为主体且含有粘合剂等的原料粉末，调制成形用坯料造粒物，通过用它进行橡胶压制成形(rubber press)，得到筒状的成形体。对所得到的成形体实施切削加工并进行整形。然后，通过将整形后的成形体投入烧成炉进行烧制，得到绝缘体2。
此外，与上述主体金属壳体1、绝缘体2分别制造中心电极3。即，锻造加工Ni类合金，为了提高散热性而在其中央部设置铜芯。而且，通过电阻焊接或激光焊接等在其前端部上接合上述贵金属电极头31。
然后，端子金属零件8和接合有如上述那样得到的贵金属电极头31的中心电极3由密封玻璃9封固固定在上述绝缘体2的孔部6中。密封玻璃一般是使用硼硅酸玻璃与金属粉末混合调制而成的。而且，先做成把中心电极3穿入到绝缘体2的孔部6的状态，上述调制出的密封玻璃9被注入到绝缘体2的孔部6后，做成从后方推压上述端子金属零件8的状态，然后在烧成炉内对其进行烧固。此外，此时，可以同时在绝缘体2的后端侧的筒部表面上烧制釉层，也可以事前形成釉层。
然后，将上述那样分别制作的具有中心电极3和端子金属零件8的绝缘体2、与具有接地电极4的主体金属壳体1组装起来。更详细地说，通过对形成为壁厚较薄的主体金属壳体1的后端部进行冷压边或热压边，绝缘体2的一部分被主体金属壳体1从圆周方向包围而将其保持。
而且，最后，通过弯曲接地电极4，实施调整中心电极3(的贵金属电极头31)和接地电极4(的贵金属电极头32)间的上述火花放电间隙33的加工。在本实施方式中，在形成弯曲部5时，通过采用各种办法，如上所述，自火花放电间隙33的轴线方向的中心点α±1mm的范围内的上述接地电极4宽度的最大值dmax被抑制在上述一般部的宽度d0的105％以下。作为本实施方式中的弯曲加工方法，可以举出如下等方法(1)花费非常长的时间缓慢弯曲，(2)一边改变弯曲点一边分多阶段地弯曲，(3)一边压住要扩宽度的部位一边进行弯曲，(4)弯曲加工后，实施切削。
经过这样通过一系列的工序，可以制造具有上述结构的火花塞100。
如上所述，采用本实施方式，因为接地电极4在与中心电极3侧相反一侧的背面上具有凸状的弯曲面(因为成为截面圆形)，故如图4所示，即使在成为混合气体直接碰到接地电极4的背面这种位置关系的情况下，混合气体也绕到接地电极的内侧，混合气体容易到达火花放电间隙中。
此外，如果弯曲引起的宽度扩大在火花放电间隙的轴线方向中心点附近处很显著，则有可能阻碍混合气体的流入。这一点，在本实施方式中，如上述那样将自火花放电间隙33的上述轴线方向的中心点α±1mm的范围内的上述接地电极4宽度的最大值dmax抑制在上述一般部的宽度d的105％以下。因此，可以把宽度扩大引起的影响抑制到最小限度，在背面上具有凸状的弯曲面的效果不会被抵销。结果，可以抑制混合气体的流入阻碍，可以谋求防止点火性的降低。
而且，如果是本实施方式这样使比接地电极4的厚度T是一般部的宽度L的0.5以上这样壁厚较大的情况，则弯曲部5处的宽度扩大的程度容易变大。对于这样弯曲时宽度扩大的程度容易变大的情况，因为如上所述做成抑制宽度扩大的结构，所以上述效果的意义更大。
接下来，为了确认上述的作用效果，通过变更各种条件制作各种的样品，试进行了各种的评价。以下表述其实验结果。
首先第1，准备使自火花放电间隙33轴线方向的中心点α±1mm范围内的上述接地电极4宽度的最大值dmax相对于接地电极的一般部的宽度d0的比率(dmax/d0)各种不同的样品(火花塞)，取为混合气体直接碰到接地电极的背面的位置关系，由此测量点火极限空燃比(稀燃极限(A/F))。此外，在进行该测量时，把装在点火装置上的评价试验对象的各样品(火花塞)安装在试验用容器中，用将大气与丙烷混合而成的评价混合气体充满该试验用容器内，使火花塞放电，确认混合气体的有无点火。此外，在该试验用容器内安装有风扇，在使火花塞放电时使风扇动作而产生从接地电极的背面朝向火花放电间隙的混合气体流。对各样品变更各种混合比(空燃比)进行10次测量，以发生2次不点火的时刻的混合比为点火极限空燃比。将其结果示于图5的曲线图中。如该图所示，比率(dmax/d0)为100％、105％的样品的稀燃极限(A/F)全都是16.5，与此相反，对比率(dmax/d0)超过105％的两个样品(dmax/d0＝110％，115％)而言，稀燃极限(A/F)分别为16.0、15.5这样的较低值。因此，可以说当比率(dmax/d0)为105％以下，可以抑制宽度扩大引起的流入阻碍，可以谋求防止点火性的降低。
接下来对扩宽部与横向跳火的产生的相关性进行了验证。制作的样品中，首先准备针对各样品进行了弯曲加工以使扩宽部相对于一般部的宽度d0成为100％、101％、103％、106％、112％这样的不同值的样品。此外，在弯曲加工中制作成每个样品都有相同的火花放电间隙。针对这五种火花塞，可以确认扩宽部相对于一般部的宽度扩大比率、与弯曲部的曲率半径之间有图6所示的关系。
而且，用该样品确认了弯曲部的曲率半径与横向跳火的产生率的相关性。进行评价试验时，在绝缘体的前端部表面上涂敷银糊料，模拟火花塞污损了的状态。评价试验通过取为大气气氛，0.6MPa的环境的火花放电试验进行，针对各样品记下了在发生100次火花放电时各自产生横向跳火的次数。将该试验结果示于图7。
根据该试验结果，可以确认横向跳火产生率以弯曲部曲率半径为5mm，即宽度扩大比率为100％为界限而急剧增加。因而，可以确认优选宽度扩大比率为101％以上。此外，根据该结果，弯曲部曲率半径为4.5mm时，估计可以把横向跳火产生率抑制为小于20％。
接下来，准备使接地电极的厚度T相对于一般部的宽度L各种不同的棒状样品，测量了单纯弯曲这些样品时的比率(dmax/d0)。在该情况下，把上述厚度T固定于1.3mm，并且在弯曲时，以与以往同样的恒定速度实施弯曲加工。将其结果示于图8的曲线图中。如该图所示，在厚度T与宽度L之比(以下为了方便称为“高宽比T/L”)小于0.5的情况下，即使单纯进行弯曲，宽度扩大的程度也微小。与此相反，在高宽比T/L为0.5以上的情况，得知仅由于单纯地弯曲，比率(dmax/d0)就会成为105％以上，宽度扩大的程度会增大。即，可以说在高宽比T/L为0.5以上这种壁厚较大的情况下，弯曲部处的宽度扩大的程度容易增大；与此相反，因为使比率(dmax/d0)为105％以下，所以上述效果的意义更大。
接下来，准备外径恒定为1.3mm，使内层的截面积与截面的总面积(全面积)之比为各种不同的棒状样品，测定单纯弯曲样品时的比率(dmax/d0)，并且对外层有无破损进行了判定。在弯曲时，以比以往慢的速度实施了缓慢弯曲加工。将其结果示于表1。
表1
如表1所示，对内层面积相对于全面积的比率小于25％的样品1～4而言，虽然在外层的破损上无特别的问题，但是比率(dmax/d0)超过了1.05。因此，可以说在内层的截面积相对于一般部的截面积的比率不足25％的情况下，即使特意设置比较软质的内层，也无法期待足够的形状跟随性，会容易产生宽度扩大。
此外，对内层面积相对于全面积的比率超过60％的样品9、10而言，虽然比率(dmax/d0)为1.00，但是看到了外层的破损。因此，可以说内层的面积比率越高，形状跟随性就越优良，具有不容易导致由过度的变形应力引起的宽度扩大的倾向。另一方面，在内层的截面积相对于一般部的截面积的比率超过60％的情况下，外层变薄，有可能因弯曲引起的变形应力而导致断裂。
与此相反，对内层的截面积相对于一般部的截面积的比率为25％～60％的样品5～8而言，比率(dmax/d0)不超过1.05，此外，也未产生外层的破损。因此，可以说通过设置内层，所谓“吸热”变好，可以抑制接地电极4的温度在高速运行时等上升引起的问题，并且通过使内层截面积相对于一般部截面积的比率为25％～60％，可以既抑制外层的破损，又有效地抑制宽度扩大。
而且，验证了扩宽部相对于一般部的硬度比率。如上所述，扩宽部相对于一般部的宽度的比率为101％～105％的情况从点火性方面来说可以得到良好的结果。扩宽部的宽度相对于扩宽部处的硬度密切相关，确认了该关系。
首先，准备多个未进行接地电极的弯曲加工的、未完成的火花塞，使接地电极的弯曲加工条件各种不同，做成了多个火花塞。然后，测定做成的各火花塞的接地电极的扩宽部的表面硬度(维氏硬度)，扩宽部相对于一般部的硬度比率分成130％、140％、155％、170％、180％(公差±2％)这五种，分别各准备了30根火花塞。接着，测定扩宽部的宽度与弯曲部的曲率半径，针对各自的种类，计数(1)扩宽部相对于一般部的宽度的比率为105％以上的个数、(2)扩宽部相对于一般部的宽度的比率为小于101％的个数、(3)弯曲部的曲率半径超过4.5mm的个数。将该结果示于表2。
表2
从表2可以看出扩宽部相对于一般部的宽度的比率超过105％的样品在硬度比率为170％的情况下产生了1根，在硬度比率为180％的情况产生了10根。另一方面，在硬度比率为130％、140％、155％的情况下，产生的个数为“0”。因而，如果硬度比率为170％以下，则虽然几乎未产生扩宽率超过105％的样品，但是硬度比率为180％、扩宽率超过105％的样品会一下子增大，故可以说不好。
此外，扩宽部相对于一般部的宽度的比率小于101％的样品在硬度比率为140％的情况下为1根，在硬度比率为130％的情况下为8根。另一方面，在硬度比率为155％、170％、180％的情况下为“0”。因而，可以说在混合气体的绕入方面，硬度比率为130％的样品优良。另一方面，因为曲率半径超过4.5mm的样品为5根、发生横向跳火，所以硬度比率为130％的样品的点火性差。
如上所述，可以说硬度比率与扩宽部的宽度有密切的关系，优选硬度比率为140％～170％。
此外，不限定于上述实施方式记载的内容，例如也可以如下那样地实施。
(a)虽然在上述实施方式中，具体化了接地电极4呈截面圆形的情况，但是不限于截面圆形。即，只要在与中心电极3侧相反一侧的背面上具有凸状弯曲面即可，例如如图9(a)所示，也可以是截面椭圆形的接地电极41，如图9(b)所示，也可以是截面呈部分被去掉的圆形的接地电极42。在该情况下，如果中心电极侧呈平面，则容易进行焊接贵金属电极头32的作业，存在着情况好这样的优点。当然，截面也可以是半圆形、椭形，也可以使其背面的曲率在中途不同。但是，为了更有效地实现本发明，最好是高宽比T/L为0.5以上。
(b)此外，虽然在上述实施方式中，全都用在弯曲前具有相同尺寸且相同形状的截面的棒状接地电极4，但是没有必要一定是棒状。因而，例如，如图10所示，也可以用具有较大直径(宽度大)的基部51与小于该基部51的小径部52的接地电极53。此外，如该图所示，也可以在基部51和小径部52间设有锥形部54。但是，在该构成中，也是有必要使自火花放电间隙的轴线方向的中心点±1mm的范围(图10的区域β)内的接地电极4的宽度的最大值dmax为接地电极53的一般部(图中是小径部52中的与弯曲无关的部位)的宽度d0的105％以上。
(c)虽然在上述实施方式中未谈及有关接地电极4的一般部的背面的弯曲部的曲率的细节，但是可以如下地考虑。
一般来说，接地电极的一般部的背面的曲率半径比较小时由混合气体的绕入引起的优点大。这一点，优选接地电极4的一般部的背面的弯曲部的曲率半径为0.5mm～1.3mm。在上述曲率半径小于0.5mm的情况下，有可能使加工显著变难；如果超过1.3mm，有可能使其向主体金属壳体1的接合变难。此外，优选弯曲面部分(圆弧状部分)长度与截面外周总距离的比率为60％以上。
(d)虽然在上述实施方式中未特别谈及，但是也可以采用在自火花放电间隙的轴线方向的中心点±1mm的范围外至少具有一个弯曲部的结构。此外，也可以在自火花放电间隙的轴线方向的中心点±1mm的范围内不设置弯曲点而在上述范围外设置多个弯曲点来构成接地电极。
(e)虽然在上述实施方式中，把接地电极4取为由外层4A、内层4B组成的两层结构，但是可以由1层构成，也可以具有3层结构。
权利要求
1.一种内燃机用火花塞，该内燃机用火花塞具有沿轴线方向延伸的棒状的中心电极、设在上述中心电极外周的大致圆筒状的绝缘体、设在上述绝缘体外周的筒状的主体金属壳体、以及接地电极，该接地电极的基端部与上述主体金属壳体的前端部接合、并且具有为使其前端部与上述中心电极的前端面相面对而使本身的中间部弯曲的弯曲部；在上述中心电极的前端部与上述接地电极的前端部间具有火花放电间隙，其特征在于，上述接地电极在与上述中心电极侧相反一侧的背面上具有凸状的弯曲面，而且沿上述中心电极与上述接地电极重叠的方向看时自上述火花放电间隙的上述轴线方向上的中心点±1mm的范围内的上述接地电极的宽度的最大值为除了具有该最大值的部位外的具有大致恒定宽度的一般部的宽度的105％以下。
2.根据权利要求1所述的内燃机用火花塞，其特征在于，上述接地电极的宽度具有最大值的部位的宽度为上述一般部的宽度的101％以上。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机用火花塞，其特征在于，上述接地电极的厚度是一般部的宽度的0.5以上。
4.根据权利要求1或2中所述的内燃机用火花塞，其特征在于，上述接地电极的宽度具有最大值的部位的硬度为上述一般部的硬度的140％～170％。
5.根据权利要求1或2所述的内燃机用火花塞，其特征在于，上述接地电极的上述一般部的背面的弯曲部的曲率半径为0.5mm～1.3mm。
6.根据权利要求1或2所述的内燃机用火花塞，其特征在于，上述接地电极具有外层和由导热性比该外层好的金属构成的内层，在上述一般部的截面上，上述内层截面积相对于一般部的截面积的比率为25％～60％。
7.根据权利要求1或2所述的内燃机用火花塞，其特征在于，上述接地电极在自上述火花放电间隙的上述轴线方向上的中心点±1mm的上述范围外至少具有一个弯曲部。
全文摘要
本发明提供一种内燃机用火花塞，其具有前端部配置成与中心电极的前端面相面对的接地电极，抑制混合气体的流入阻碍，由此谋求防止点火性的降低。火花塞具有主体金属壳体、绝缘体、中心电极以及接地电极。接地电极其基端面焊接在主体金属壳体的前端面上，在纵长方向中间位置的弯曲部处向中心方向弯曲。接地电极呈直径1.3mm的截面圆形，即使是成为混合气体直接碰到接地电极的背面这种位置关系的情况，混合气体也绕到接地电极的内侧，容易到达火花放电间隙。自火花放电间隙的轴线方向的中心点±1mm的范围(区域(B))内的接地电极的宽度最大值为接地电极的一般部宽度的105％以下，能抑制宽度扩大引起的混合气体的流入阻碍。
文档编号H01T13/20GK101039017SQ20071008682
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月14日 优先权日2006年3月14日
发明者吉田和正, 鸟居计良, 松谷涉 申请人:日本特殊陶业株式会社