火花塞的制作方法

专利名称：火花塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机用的火花塞。
背景技术：
作为在汽车发动机等内燃机的点火中使用的公知的火花塞的一例，已知有图10 所示结构的火花塞(例如，参照专利文献1)。该火花塞201包括在前端(图10下端)突出有中心电极5的中空轴状(筒状)的陶瓷制的绝缘部件(绝缘子)1、对该绝缘部件1以包围的形式进行保持、固定的筒状的主体配件21等。该主体配件21形成为内周面(内径) 从前端侧朝向后端侧直径相对增大，在靠前端部位的内周面形成有用于支撑由在绝缘部件 1的外周面上所设置的朝向前端的面构成的环状的对接部4的、由朝向后端的面构成的环状的托架24。另外，在本申请中，在火花塞、或作为其构成部件的主体配件21或绝缘部件1 等构成部件及其部位(或部分)中，在称为前端时，是指图10中的下端，在称为后端时，是指相反的一端(上端)。另一方面，绝缘部件1在位于其靠前端部位的构成前端变细的锥的前端轴部7的后端，具备由朝向前端的面构成的环状的对接部4，以使对接部4与上述的托架24对接的方式将该对接部4配置在主体配件21的内侧。另外，在绝缘部件1的前端轴部7与主体配件 21的内周面之间形成有环状(筒状)的绝缘空间K。此外，在该前端轴部7的后方具有与该前端轴部7相比直径较大的嵌合轴部10，该嵌合轴部10以间隙嵌合状态配置在主体配件 21内的嵌合孔部30中。在这样的火花塞201中，固定有中心电极5等的绝缘部件1从主体配件21的后端侧插入于其内侧，在内周面的托架24上配置气密保持用的圆环状的扁平衬垫(金属衬垫)42而与对接部4对接。并且，使主体配件21的后端的紧固部39向轴线G侧(内侧) 弯曲，并以覆盖在绝缘部件1的前后方向的中间部位设置的凸缘状的大径轴部12的朝向后端的面14的方式向前端侧较强地对紧固部39进行压缩，从而将绝缘部件1固定在主体配件21内。S卩，在主体配件21的托架24与绝缘部件1的对接部4之间设置扁平衬垫42，紧固两者之间而保持气密，并且，以向主体配件21的前端侧按压绝缘部件1的状态对绝缘部件1进行固定。上述结构的火花塞201经由设置在外周的安装螺纹25安装在通向未图示的发动机头的火花塞孔(螺纹孔)中以供使用，此时，汽缸内的燃料气体(以下简称为气体)由于托架24、扁平衬垫42及对接部4之间实现了气密保持，因此，能够防止其漏出至外部。此夕卜，因气体点火而成为高温的中心电极5及绝缘部件1的热经由扁平衬垫42及主体配件21 传播(传递)至发动机头，从而能够防止绝缘部件1的前端等达到高温。专利文献1 日本特开2005-129398号公报

发明内容
然而，在发动机的运转过程中，火花塞201的靠前端部位始终以高温暴露在爆炸冲击波中。另一方面，主体配件21—般是铁类金属制，而绝缘部件1是陶瓷制。因此，若火花塞201的靠前端部位成为高温，则由于主体配件21的热膨胀率远远大于绝缘部件1的热膨胀率，主体配件21的热膨胀量显著大于绝缘部件1的热膨胀量。即便两部件间存在这样的热膨胀差，由于火花塞201是在使主体配件21的后端的紧固部39朝向前端侧压缩变形、 始终将绝缘部件1较强地向前端侧按压的状态下被装配的，所以通常该热膨胀差所带来的影响不会立刻显现出来。然而，由于主体配件21的轴线G方向上的膨胀显著大于绝缘部件1的轴线G方向上的膨胀，绝缘部件1的对接部4被主体配件21的托架24按压的力随时间经过不可避免地会减 小。并且，若这样的状况持续下去，终究会导致气密性降低。并且，有时最终会如图 11中所示那样，托架24、扁平衬垫42及对接部4之间产生空隙(微小空隙)而燃料气体经过该空隙喷出到外部。主体配件21的轴线G越长或安装螺纹件25越长则这样的问题越容易变得显著。此外，这样的气密性的降低或空隙的产生也会导致将绝缘部件1的前端侧的热排出至发动机头的热传递性降低。如上所述，虽然绝缘部件1的前端侧的热经由作为该气密保持部的对接部4、扁平衬垫42及主体配件21向发动机头排出，但是，由于在此产生了空隙，从而降低了热传递性。结果，绝缘部件1的靠前端部位或中心电极5的温度过高，有时会导致提前点火(过早点火)或产生电极熔损。本发明鉴于所述结构或如上所述构成的火花塞中的所述问题点而做出，在主体配件内向前端侧压缩绝缘部件而保持并固定该绝缘部件的火花塞中，防止该主体配件与绝缘部件之间的气密性降低。为了解决上述技术问题，技术方案1所记载的本发明的火花塞，具备轴状的陶瓷制的绝缘部件，在前端突出有中心电极；以及主体配件，以包围该绝缘部件的方式固定该绝缘部件，并在前端设置有接地电极，所述绝缘部件在其靠前端部位具备形成为与所述主体配件的内周面之间保持环状的绝缘空间的前端轴部，并且，在该前端轴部的后方具备直径大于该前端轴部的直径且在所述主体配件内的嵌合孔部中处于间隙嵌合状态的嵌合轴部， 所述火花塞的特征在于，从所述主体配件的后端侧插入所述绝缘部件，并在预定位置通过止动机构阻止所述绝缘部件向前端侧移动，并且，将设置在所述主体配件的后端的紧固部向轴线侧弯曲并向前端侧压缩，从而所述绝缘部件以被向前端侧按压的状态固定在所述主体配件的内侧，在所述嵌合轴部的外周面与所述嵌合孔部的内周面之间，填充有气密保持用的填充材料。技术方案2所记载的本发明的火花塞，具备轴状的陶瓷制的绝缘部件，在前端突出有中心电极；以及主体配件，以包围该绝缘部件的方式固定该绝缘部件，并在前端设置有接地电极，所述绝缘部件在其靠前端部位具备形成为与所述主体配件的内周面之间保持环状的绝缘空间的前端轴部，并且，在该前端轴部的后方具备直径大于该前端轴部的直径且在所述主体配件内的嵌合孔部中处于间隙嵌合状态的嵌合轴部，所述火花塞的特征在于， 从所述主体配件的后端侧插入所述绝缘部件，并在预定位置通过止动机构阻止所述绝缘部件向前端侧移动，并且，将设置在所述主体配件的后端的紧固部向轴线侧弯曲并向前端侧压缩，从而所述绝缘部件以被向前端侧按压的状态固定在所述主体配件的内侧，作为所述止动机构，在所述绝缘部件上，在所述嵌合轴部的后方设置有直径大于该嵌合轴部的直径且呈环状的由朝向前端的面构成的对接部，并且在所述主体配件上，在所述嵌合孔部的后方设置有直径大于该嵌合孔部的孔径且呈环状的由朝向后端的面构成的托架，所述止动机构使所述对接部直接或间接与该托架对接，从而阻止所述绝缘部件向前端侧移动，在所述嵌合轴部的外周面与所述嵌合孔部的内周面之间，填充有气密保持用的填充材料。技术方案3所记载的本发明根据技术方案2所述的火花塞，其特征在于，所述对接部经由呈环状的气密保持用衬垫与所述托架对接。技术方案4所记载的本发明根据技术方案1 3中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述填充材料是耐热性粘接剂。技术方案5所记载的本发明根据技术方案1 3中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述填充材料是在350°C以下固化的耐热性粘接剂。技术方案6所记载的本发明根据技术方案4或5所述的火花塞，其特征在于，在所述耐热性粘接剂中含有金属粉末。技术方案7所记载的本发明根据技术方案4 6中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述填充材料在火花塞的轴线方向上的填充区域为5mm以上。此外，技术方案8所记载的本发明根据技术方案4 6中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述填充材料在火花塞的轴线方向上的填充区域以所述绝缘部件的嵌合轴部的嵌合前端为起点朝向后方达到 5mm以上。技术方案9所记载的本发明根据技术方案1 3中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述填充材料通过压缩金属粉末而成，在所述主体配件的内周面或所述绝缘部件的外周面设置有用于防止该金属粉末向火花塞的前端侧流出的流出防止机构。技术方案10所记载的本发明根据技术方案1 9中任一项所述的火花塞，其特征在于，不随着朝向所述主体配件的前端而减小所述嵌合孔部的内周面的直径。技术方案11所记载的本发明根据技术方案1 10中任一项所述的火花塞，其特征在于，在所述主体配件的外周面具有安装螺纹，以便所述火花塞以旋入方式安装在发动机头的火花塞孔中，该安装螺纹的螺径为M12以下。发明效果在技术方案1及2所记载的本发明中，即使由于主体配件和绝缘部件的前端部分的高温化和两部件间的热膨胀率之差，绝缘部件相对于主体配件在轴线方向上移动，在主体配件的嵌合孔部的内周面与绝缘部件的嵌合轴部的外周面之间填充有气密保持用的填充材料。因此，即使产生了这样的移动，在该两面之间也能够保持轴线方向上的气密性。也就是说，即使主体配件与绝缘部件相比在轴线方向上较大地膨胀，在此期间，外周面的两面之间只是隔着填充材料在轴线方向上产生相对的滑动，该两面之间隔着填充材料密封的状态没有改变。因此，不会损害该两面之间的气密性。此外，出于相同的原因，中心电极或绝缘部件的热能够在热传递性为破坏的情况下经由填充材料、主体配件排出至发动机头。因此，也能够有效地防止提前点火(过早点火)及电极熔损。另外，由主体配件与绝缘部件之间的热膨胀率差引起的膨胀差，不仅在火花塞的长度(轴线)方向上产生，当然在其径向也会产生，但是，这些各部件的径向尺寸与轴线方向的尺寸相比非常小。因此，能够忽视径向上的热膨胀差带来的影响。另外，用于本发明的气密保持用的填充材料从其使用目的、环境来看，更优选是耐热性及传热性优良的填充材料，作为代表示例了环氧树脂、焊料，但是除此之外还有无机粘接剂。在技术方案3所记载的发明中，所述对接部经由呈环状的气密保持用衬垫与所述托架对接，所以能够保持高的气密性。即，在本发明中，能够使气密保持仅依存于填充材料。 此外，通过另外将气密保持用衬垫设置在止动机构上也能够提高气密保持性能，在该情况下，构成为技术方案3所记载的发明上具有下述效果。即，在技术方案3所记载的发明中， 隔着气密保持用衬垫的所述对接部与所述托架位于嵌合轴部及嵌合孔部的后方。并且，该位置是从绝缘部件及主体配件的前端较大地离开的部位。因而，虽说是隔着气密保持用衬垫的对接部和托架，但是与位于火花塞的前端侧的情况相比，能够相对保持低温。因此，仅在极少数情况下在该衬垫的部位会因热膨胀差产生有损于气密性的空隙，所以，即使填充材料的气密性产生了问题，在该衬垫的部位也能够保持气密性。由此，能够确保极高气密保持性能。在技术方案4所记载的发明中，将填充材料设为耐热性粘接剂，所以，例如在火花塞的组装中，在将绝缘部件插入主体配件的内侧之前，在其嵌合轴部的外周面或主体配件的嵌合孔部的内周面的至少一方涂敷好耐热性粘接剂，由此能够容易地进行该填充，因此， 能够实现组装作业性的提高。另外，作为耐热性粘接剂还有无机粘接剂。此外，在技术方案5所记载的本发明中，将所述填充材料设定为在350°C以下固化的耐热性粘接剂，该情况下能够得到下述效果。填充材料不使用上述耐热性粘接剂而使用例如银焊料的情况下，加热温度虽因其组成而不同但是通常最低加热至600°C左右，在该温度下保持一定时间而进行回流(熔融)，之后，通过在大气中逐渐冷却而固化。另一方面，主体配件通常是使0. 35% C以下的低碳钢(0. 06 0. 35% C的冷锻加工用碳钢)的原料经过冷锻工序、螺纹滚轧、或者部分切削工序、表面处理等的工序之后直接使用。因此，主体配件除非是耐热钢制、耐热合金制的情况，否则在经过了这样的高温下的热处理的情况下，通常其机械强度降低。而在使用在350°C以下固化的耐热性粘接剂(环氧树脂类粘接剂或酚醛树脂类粘接剂)的情况下，不需要这样的高温下的热处理，所以能够防止机械强度降低。 详细情况如下所述。S卩，填充材料使用了焊料的情况下的焊接工序，是在主体配件的内侧插入了绝缘部件的状态下，以在主体配件的嵌合孔部的内周面与绝缘部件的嵌合轴部的外周面之间的适当部位配置该焊料(银焊料)的状态下进行的。一方面，在使该主体配件通过焊接工序的情况下，最低也要加热到60(TC，结果导致机械性质(强度)降低。另一方面，火花塞通过在主体配件的外周面上形成的安装螺纹件以旋入方式安装在发动机头的火花塞孔(螺纹孔) 中。因此，在主体配件经过这样的热处理工序而制成的火花塞旋入火花塞孔中时，由于强度降低，相对低的旋入扭矩就会导致主体配件在安装螺纹的后端(基部)附近产生截断或断裂等不良状况。本申请的发明人通过进行“旋入实物破坏试验”来对主体配件的加热温度与旋入时的断裂扭矩之间的关系进行了确认，结果表明利用上述的普通原料、制法来制造的主体配件，如果其承受的加热温度为350°C以下不会出现什么问题，但是从400°C起其强度降低，450°C以上时其强度大幅降低。因此，在使用350°C以下固化的耐热性粘接剂的情况下， 不需要这样的高温下的热处理，所以也不会导致强度降低。考虑到随着对构成火花塞的主体配件的小径化(例如M12以下的小径螺纹化)的需求的高涨而很难确保壁厚，能够防止强度降低这样的所述效果应该会受到瞩目。另外，作为这样的耐热性粘接剂，只要是具有 150°C以上的耐热温度的树脂即可，虽然示例了以环氧树脂类、酚醛树脂类等热固化性树脂为基材的粘接剂，但是不限于此。热可塑性树脂如果是具有软化点为150°C以上的耐热性的树脂(例如尼龙，氟树脂)则也可以。即，该填充材料只要能够承受得住火花塞的使用环境下受到的温度即可。在技术方案6所记载的发明中，构成填充材料的耐热性粘接剂中含有金属粉末， 所以能够提高热传导性。在此，作为构成金属粉末的金属(或合金)，示出了下述例子。即铁的粉末体、铝或铝合金的粉末体、铜或铜合金的粉末体。另外，金属粉末以混合、搅拌在耐热性粘接剂中状态包含在耐热性粘接剂中，其含有比可以适当设定。出于提高热传导性的方面考虑，优选较多地含有金属粉末。根据试验结果，相对于耐热性粘接剂100质量％，在使用铁的粉末体的情况下优选为20质量％以上。另外，金属粉末的粒径可以在不妨碍填充的范围内进行设定，优选为1 IOym的范围。此外，在这样作为填充材料而在耐热性粘接剂中包含有金属粉末的粘接剂中包含有导电性粘接剂，这样的粘接剂与上述的耐热性粘接剂同样地进行填充即可。在技术方案4 6的任一项中，填充所述填充材料的区域(填充区域)如技术方案7所记载的那样，在火花塞的轴线方向上，与填充材料的种类无关地，都是5mm以上就足够。这是经过了实验验证的。另外，在该情况下，如技术方案8所记载的那样，优选所述填充材料在火花塞的轴线方向上的填充区域以所述绝缘部件的嵌合轴部的嵌合前端为起点朝向后方达到5mm以上。这是因为，如果这样以所述绝缘部件的嵌合轴部的嵌合前端为起点向后方填充填充材料，则能够防止高温的气体滞留或残留在间隙嵌合部位的微小隙间。在技术方案9所记载的发明中，所述填充材料通过压缩金属粉末而成，在所述主体配件的内周面或所述绝缘部件的外周面设置有用于防止该金属粉末向火花塞的前端侧流出的流出防止机构，所以，能够进一步提高绝缘部件的热向主体配件传递的传递性。另外，流出防止机构只要能够防止金属粉末向火花塞的前端侧流出即可。因此，也可以构成为，从火花塞的前端侧对所填充的金属粉末的前端在周方向上(即沿着主体配件的内周面或绝缘部件的外周面)照射激光，使主体配件的内周面和金属粉末的前端部分地熔融或焊接，在此期间对外周面之间进行封固(或者密封)。另外，设定金属粉末的粒径以及填充密度或压缩度，以便通过填充该金属粉末来确保气密性。另外，在本发明中，可以如技术方案10所记载的发明那样，不随着朝向所述主体配件的前端而减小所述嵌合孔部的内周面的直径。通过这样设置，能够较大地确保绝缘部件中的比嵌合轴部靠前端的部分的外周面与主体配件的内周面之间的空隙(绝缘空间)、 或绝缘部件的厚度，所以能够提高耐电压性。即，在对本发明进行具体化的情况下，在主体配件的内周面中的填充材料的前端侧也设置托架，在绝缘部件上设置的对接部经由气密保持用衬垫与该托架对接，能够进一步提高气密性。但是，若这样设定，则与设置该托架相应地，主体配件的内周面与绝缘部件的靠前端部位的外周面之间的距离会缩小，或不能够确保绝缘部件的厚度。另一方面，由于对火花塞的小型化(小径化)的需求，存在对其主体配件的外周面的安装螺纹径也要求设定为M12等各种小型化的需求。在这样的状况下，绝缘部件厚度的确保变得越来越难。即，在这样的状况下，在比填充材料靠前端的部位设置托架的情况下，该托架与绝缘部件之间的绝缘空间或绝缘部件的壁厚变小，结果，存在在两者之间产生异常放电、或在绝缘部件上产生孔等损伤的耐电压性的问题。而在技术方案11所记载的发明中，不随着朝向所述主体配件的前端而减小所述嵌合孔部的内周面的直径，所以，能够较大地确保绝缘部件的厚度，因此能够提高耐电压性。并且，这样的效果在如技术方案12所记载的本发明那样主体配件的外周面的安装螺纹径为M12 (外径12mm的米制螺纹)以下的小火花塞中尤其显著。


图1是本发明的实施方式的火花塞的纵剖视图及其主要部分放大图。图2是图1中的A-A线剖视图。图3是说明图1的火花塞的组装工序的纵剖视图。图4是说明图1的火花塞的组装工序的纵剖视图。图5是说明填充材料的填充区域的其他例子的主要部分放大图。图6是说明填充材料的填充区域的其他例子的主要部分放大图。图7是表示主体配件的加热温度与旋入时的断裂扭矩之间的关系的图。图8是说明填充材料的其他例子的主要部分放大图。图9是说明填充材料的其他例子的主要部分放大图。图10是现有的火花塞的纵剖视图及其主要部分放大图。图11是用于说明图10的火花塞中的问题点的主要部分的进一步的放大图。标号说明1绝缘部件3绝缘部件的前端5中心电极7前端轴部10嵌合轴部13对接部21主体配件23主体配件的前端25安装螺纹26接地电极30嵌合孔部31 托架39紧固用圆筒部(紧固部)41填充材料(耐热性粘接剂填充材料)41b金属粉末(填充材料)42气密保持用衬垫101火花塞K绝缘空间G 轴线
具体实施例方式根据图1、图2详细地说明将本发明所涉及的火花塞具体化了的实施方式的例子。 其中，图1是说明用的纵剖视图及其主要部分放大图。火花塞101包括中空轴状(筒状) 的陶瓷制的绝缘部件1、以及筒状的主体配件21等，所述绝缘部件1使中心电极5从前端3 突出，所述主体配件2以包围绝缘部件1的形式固定该绝缘部件1，并且在前端23具备接地电极26。另外，在本例子中，主体配件21为低碳钢制(具体而言为0.25% C的冷锻加工用碳钢制)。其中，主体配件21具备圆筒状的直管部27，在靠前端部位从前端侧朝向后端侧， 在外周面的大致全长(在本例子中为18mm以上)上配置用于旋入发动机的火花塞孔的安装螺纹(例如M12或M14) 25 ；以及凸缘状的基座环部29，与该直管部27的外径相比直径较大，以便在该安装螺纹旋入时隔着垫圈(密封垫圈)28抵接在发动机头上。在本方式中，该直管部27的内周面从主体配件21的前端23朝向直管部27的后端形成为相同的直径，构成了嵌合孔部30。从直管部27的内周面即该嵌合孔部30的后端朝向后方，具有以与嵌合孔部30的孔径相比直径较大呈环状的由朝向后端的面构成的托架31。在本方式中，该托架31位于与基座环部29的内周面对应的部位，朝向后端扩径为锥状，在纵剖面观察时，该托架31与嵌合孔部30的交叉部33形成为凸圆弧状。另外，该托架31也可以不是锥状而是平坦的圆环状的基座面。此外，在主体配件21的该基座环部29的后方，经由薄壁圆筒部35，设有旋入用的工具扣合部37，在其后端设有紧固用圆筒部39作为紧固部。另外，从薄壁圆筒部35至紧固用圆筒部39的圆筒部的内径在被组装为火花塞之前，与嵌合孔部30的孔径相比直径较大， 与基座环部29内侧的托架31的外缘处的内径大致相同(参照图5、图6)。图1表示在被组装为火花塞的状态下、通过对紧固用圆筒部39向前端侧进行紧固使得包含薄壁圆筒部35 在内都发生了变形的形状。即，在火花塞101完成品中，通过进行紧固而使该紧固用圆筒部 39向火花塞的轴线G侧弯曲并且被向前端侧压缩，从而构成了在将绝缘部件1向前端侧按压的状态下将该绝缘部件1固定在主体配件21的内侧的状态。另外，工具扣合部37的外周面(轮廓)例如在从轴线G方向观察时，形成为六边形或其他的多边形。另一方面，绝缘部件1具备前端轴部7，在靠前端部位配置前端变细的锥部7a ； 以及嵌合轴部10，在该前端轴部7的后方，其外径大于该前端轴部7，在主体配件21内的嵌合孔部30中以预定的隙间成为间隙嵌合状态。该嵌合轴部(圆筒部)10在前后方向上为相同的直径，但是也可以是，其外径与嵌合孔部30的内径相比，在设计上小0. 1 Imm 左右(图中为夸大表示)。并且，在嵌合孔部30的内周面与嵌合轴部10的外周面之间，作为气密保持用的填充材料41填充有耐热性粘接剂(例如环氧树脂类的粘接剂(固化温度 2000C ))，该填充材料41构成圆筒状的层(参照图2)，对该两面间进行粘接，从而保持轴线 G方向上的气密。另外，填充材料41填充在以嵌合轴部10的前端(嵌合前端)Pl为起点至嵌合轴部10的后端附近为止的尺寸Ll的区域中，即填充在嵌合轴部10的轴线G长度的大致整个区域中。另一方面，设定成嵌合轴部10的前端Pl位于主体配件21的嵌合孔部30在轴线 G方向上的大致中间位置，因此，在比嵌合轴部10的前端Pl位于前端侧的前端轴部7的外周面与嵌合孔部30的内周面之间，形成了环状(圆筒状)的空间(绝缘空间)K。此外，在本例子中，设定成嵌合轴部10的后端在轴线G方向上位于托架31的部位。并且，在该嵌合轴部10的后端11具有凸缘状的大径轴部12，与嵌合轴部10相比直径较大，且外周面向外方突出。该大径轴部12的前端和嵌合轴部10的后端11之间通过呈环状且与托架31相匹配的锥状的由朝向前端的面构成的对接部13而连接。另外，在大径轴部12的后方，与大径轴部12相比直径较小的后方轴部15从主体配件21的后端同轴地向后方突出设置。此外，在绝缘部件1中的该后方轴部15的后端17上突出配置有端子(电极端子)40。另外，在绝缘部件1的内侧(中空部内)，虽然没有图示，但通过密封玻璃对从前端突出的中心电极5进行固定，在该密封玻璃的后方配置有电阻体，通过密封玻璃对从后端突出的端子40进行固定。这样的绝缘部件1的内部的结构与现有公知的结构相同。在本例子中，绝缘部件1的大径轴部12的由朝向前端的面构成的对接部13经由圆环状的气密保持用衬垫(扁平衬垫)42与主体配件21的托架31对接，阻止绝缘部件1 向前端移动。即，在本方式中，通过托架31和对接部13构成了止动机构。并且，经由气密保持用衬垫(SPCC制衬垫)42也能够在托架31和对接部13之间保持气密。另外，在该对接状态下，绝缘部件1的前端3即前端轴部7的前端比主体配件21的前端23适量地突出， 将中心电极5的前端与接地电极26之间的间隔保持为设定值。此外，在这样的对接状态下，设定成绝缘部件1的大径轴部12的后端(大径轴部 12与后方轴部15边界)比主体配件21的后端的紧固用圆筒部39位于前端侧，在紧固用圆筒部39的内侧且该大径轴部12的后端处的朝向后端的面14，设有0型环44、滑石45、0 型环44，如上所述那样，对紧固用圆筒部39进行紧固而使其压缩变形，以向前端侧按压绝缘部件1的状态对绝缘部件1进行固定。另外，在此也可以不使用0型环或滑石而对绝缘部件1进行固定。这样的本方式的火花塞101如下所示那样进行组装(参照图3、图4)。对固定有中心电极5等的绝缘部件1的嵌合轴部10的外周面，涂敷适量的耐热性粘接剂(本例中为环氧树脂类的粘接剂)作为填充材料41。另一方面，在主体配件21内侧的由朝向后端的面构成的托架31上配置好衬垫42 (参照图3)。接着，将固定有中心电极5等的绝缘部件 1从主体配件21的后端侧插入至该主体配件21的内侧。此时，对嵌合轴部10和主体配件 21的嵌合孔部30 —边进行定心一边进行嵌合以使该嵌合轴部10插入至主体配件21的嵌合孔部30中，在托架31的衬垫42上将绝缘部件1的由朝向前端的面构成的对接部13对接。并且，如图4所示，在绝缘部件1的大径轴部12的后端的呈环状的朝向后端的面14的后方、且主体配件21的紧固用圆筒部39的内侧的圆筒状空间内，装填0型环44、滑石45、0 型环44。接着，向前端侧冲压模具50，使主体配件21的后端的紧固用圆筒部39向内侧弯曲并且朝向前端侧被压缩而产生塑性变形。之后，使耐热性粘接剂41固化，由此得到本方式的火花塞101。在这样的图1所示的本方式例子的火花塞101中，能够得到下述效果。即，本方式的火花塞101通过主体配件21的安装螺纹25旋入安装在未图示的发动机的火花塞孔(螺纹孔)中并使用。在该情况下，该火花塞101的前端部在由燃料气体的点火产生的爆炸冲击波下被暴于高温，所以主体配件21、绝缘部件1因该热变化一起膨胀。此时，主体配件21与陶瓷制的绝缘部件1相比欲显著热膨胀，所以，绝缘部件1相对于被固定了的主体配件21， 在轴线G方向上以相对收缩的方式运动(滑动)。另一方面，在主体配件21的嵌合孔部30 的内周面与绝缘部件1的嵌合轴部10的外周面之间作为气密保持用的填充材料41填充有耐热性粘接剂。因此，即使在该两面之间因热膨胀率之差而在轴线G方向上产生了相对运动，也能够通过填充材料41即耐热性粘接剂来保持这两面之间的紧贴，所以不会损害该两面之间的气密性。此外，通过耐热性粘接剂原样地保持了该两面之间的紧贴，所以，能够不破坏热传递性地使中心电极5或绝缘部件1的热经由填充材料41、主体配件21向发动机头排出。因此，对提前点火(过早点火)或电极的融损的防止也是有效的。除此之外，在本方式中，就保持主体配件21的内周面与绝缘部件1的外周面之间的气密性而言，将对接部13隔着呈环状的气密保持用衬垫42与托架31对接，并通过冲压使对接部13和托架31之间在前后方向上被压缩，所以，确保了该衬垫的气密。因此，可以说在气密性方面是可靠性极高的结构。特别在本方式中，在位于嵌合孔部30的后方且从火花塞101的前端部位远离的部位的托架31确保该气密，所以，该部位的温度上升相对较低， 在该意义上来讲也是不容易产生由热膨胀引起的气密不良。因而，能够构成气密保持方面可靠性极高的火花塞101。进而，在本方式中，火花塞101的轴线G方向上的填充材料41的填充区域Ll以绝缘部件1的嵌合轴部10的嵌合前端Pl为起点设置至后方为止。因而，不会产生嵌合轴部 10的外周面与嵌合孔部30的内周面之间的微小空间(间隙嵌合的微小空间)，所以，能够防止高温的气体滞留或残留在该微小空间，因此能够起到防止高温的效果。此外，在本方式中，将主体配件21的靠前端部位设为圆筒状的直管部27，从主体配件21的前端朝向直管部27的后端以相同直径的圆剖面笔直地形成该直管部27的内周面而作为嵌合孔部30。即，不朝向主体配件21的前端23减小直径地形成嵌合孔部30的内周面。因此，在该嵌合孔部30的内周面不具有从绝缘部件1的嵌合轴部10朝向前端的前端轴部7的外周面侧(轴线G侧)突出的部位。因而，与以往相比，到前端轴部7的基部 (后端)为止，能够较大地确保主体配件21 (嵌合孔部30)的内周面与绝缘部件1的前端轴部7的外周面之间的绝缘空间K的半径方向上的尺寸。对于绝缘部件1，能够较大地确保前端轴部7的半径方向上的壁厚，所以能够提高耐电压性。因此，相应地能够提高防止异常放电产生的效果。因而，这样如难于确保尺寸的M12(公称直径12mm的米制螺纹)的安装螺纹25的火花塞所示那样螺径特别小的火花塞中，效果更加显著。另外，在所述方式中，将填充有填充材料41的沿轴线G的区域设置成嵌合轴部10 的轴线G长度的大致整个区域，所以，绝缘部件1与主体配件21之间的紧贴部分(紧贴面积)较大，因此，向发动机头的热传导性优良。其中，该填充有填充材料41的沿轴线G的区域基本上只要是充分地保持气密的长度区域即可，因此，其长度只要按照填充材料41的种类、材质等设当地进行设定即可。S卩，填充材料41只要是安全且充分地确保气密的长度区域即可，可以如图5所示那样，设定为以嵌合轴部10的前端(嵌合前端)Pl为起点至嵌合轴部10的中间位置附近为止的尺寸L2区域。图5中，与上述方式相比只有填充材料41的结构不同，因此对相同的部位附加相同的附图标号。以下也一样。此外，出于气密性的观点，也可以如图6所示那样，在嵌合轴部10的中间位置处设置相同的尺寸L2区域。但是，在该情况下，在填充材料 41的前端41b处产生了对应间隙嵌合而形成的微小空间K2，该空间K2成为高温气体的残留空间，会成为助长火花塞前端高温化的原因。因此，虽然以小于尺寸Ll的尺寸L2区域能够保持气密性，但是优选的是如图5所示那样，将填充材料41填充在以嵌合轴部10的前端 Pl (嵌合前端)为起点朝向后方的预定区域中。另外，在上述的方式中，作为填充材料41使用了耐热性粘接剂，但是，在本发明中，如上所述那样，也可以是其中含有热传导性优良的金属粉末(例如铁粉)的耐热性粘接剂。并且，在该情况下，与含有金属粉末相对应地，绝缘部件1与主体配件21之间的热传递性也提高。此外，在上述方式中，在填充材料41中作为耐热性粘接剂使用了固化温度为 350°C以下的环氧树脂类的粘接剂，因此不需要如在填充材料中使用了高融点的焊料的情况那样在火花塞的组装工序中对主体配件21进行高温加热的工序。即，当在填充材料中不使用上述方式那样的耐热性粘接剂而使用例如银焊料的情况下，需要如上所述那样，虽因其组成而不同，但是通常最低要加热到600°C左右，保持一定时间后使回流(熔融)，之后， 在大气中逐渐冷却而固化。因而，主体配件在该高温下接受热处理，机械强度降低。而在上述方式中，由于使用了在350°C以下固化的耐热性粘接剂(环氧树脂类粘接剂)，所以，不需要上述那样的高温下的热处理就能够使耐热性粘接剂固化，因此能够防止机械强度降低。S卩，上述方式中，在填充材料中使用焊料的情况下，如上所述那样，在将绝缘部件1 插入主体配件21的内侧的状态下，以在主体配件21和绝缘部件1的内、外周面之间配置有适当形状的焊料原料的状态，进行其加热熔融。更具体地讲，在将固定有中心电极5等的绝缘部件1从形成有安装螺纹25等的主体配件21的后端侧插入至该主体配件21的内侧时， 在该嵌合轴部10与嵌合孔部30之间的适当位置配置好例如形成为环状的焊料原料。并且，在该插入之后，使主体配件21的后端的紧固用圆筒部39向内侧弯曲并且紧固用圆筒部 39被朝向前端侧压缩而发生塑性变形而将绝缘部件1固定，从而形成火花塞未完成品，之后，进行加热并保持一定时间以使银焊料达到熔点以上(600°C以上)，在该熔融后，例如通过在大气中进行逐渐冷却使银焊料固化。另一方面，主体配件21由上述的原料形成，并经过冷锻工序、螺纹的滚轧工序等而制造出来。因此，这样的主体配件21在通过上述那样的焊接工序的情况下，因该工序中的热处理会导致机械性质(强度)降低。这样的强度降低，成为在将作为制品的火花塞旋入发动机头的火花塞通孔时因扭转应力或拉伸应力等而导致主体配件41在直管部27的外周面的安装螺纹件25的后端(基部)附近如切断或剪断那样断裂等不良状况的原因。而在上述方式中，由于使用了在350°C以下固化的耐热性粘接剂(环氧树脂类粘接剂)，所以， 不需要这样的高温下的热处理。因而，不会导致机械强度降低，能够得到不产生这样的问题的效果。如果考虑到因主体配件21的小型化、小径化而很难确保主体配件的壁厚，该效果显者ο在此，在上述方式(图1)的火花塞101中，通过使用以150°C 500°C的范围(以 50度间隔)进行了加热的SWRCH25K制的主体配件进行组装而成的样品(安装螺纹M12)， 进行旋入实物破坏试验，测定主体配件断裂时的旋入扭矩(断裂扭矩)，以确认主体配件的加热温度与在旋入时产生上述断裂时的拧紧扭矩(断裂扭矩)之间的关系。结果如图7所示。另外，加热条件为，用电炉进行加热，保持1个小时之后，在大气中逐渐冷却。各样品个数为10，数据是其平均值。如图7所示，如果加热温度为350°C以下，则其断裂扭矩为80Nm，大致恒定。与此相对，在400°C时70Nm下断裂。并且，在450°C时，断裂扭矩剧减，从而在45Nm下产生断裂，特别是，在500°C时，在40Nm下断裂，其强度降低至加热温度为350°C以下的大约一半。另外， 还对相同原料制的主体配件且安装螺纹为M14的样品也进行了旋入实物破坏试验，该情况下也显现出了大致同样降低率的强度降低。由此表明，在将主体配件加热至400°C以上的情况下，显现出明显的强度降低，而另一方面，如果加热温度为350°C以下，则对强度没有坏的影响。因此，在主体配件由焊接温度环境下也不会产生强度降低的耐热性的原料形成的情况下是没有什么问题的，但是，在由上述的原料构成的情况下，优选使用350°C以下能够固化的填充材料，使用不需要利用热处理进行熔融工序的固化温度为350°C以下的耐热性粘接剂。另外，包括在350°C以下固化的耐热性粘接剂在内，填充材料只要以能够承受使用火花塞时填充材料的部位受到的温度(100 150°C )为基准来选择其耐热性即可，不限定为上述情况。接着，根据图8说明其他方式。其中，该方式中，作为填充材料41，没有使用粘接剂而仅使用了金属粉末，只有这一点不同于图1的方式，因此仅对该不同点进行说明。即，在本例子中，代替上述方式的耐热性粘接剂而将粒径5μπι的金属粉末(铁粉)41b以预定的压缩状态填充在主体配件21的嵌合孔部30的内周面与绝缘部件1的嵌合轴部10的外周面之间的间隙中。其中，在本方式中，作为用于防止金属粉末41b流出(脱落)至火花塞的前端侧的流出防止机构，从火花塞的前端侧对所填充的金属粉末41b的前端41C在周方向上(即沿着主体配件21的内周面或绝缘部件1的外周面)照射激光，使主体配件21的内周面和金属粉末41b的前端焊接或熔融，期间对外周面之间进行封固(或密封)。由此可以理解为，作为填充材料41，也可以使银焊料等焊料(焊料原料)熔融、固化而填充。另外，由该金属粉末41b构成的填充材料的后端侧通过主体配件21的托架31、衬垫42及绝缘部件1的对接部13而被封闭，所以，只要以在该封闭空间整体中进行填充的方式进行填充即可。在组装成该方式的火花塞时，在组装工序的最后，从主体配件21的前端侧，向主体配件21的嵌合孔部30的内周面与绝缘部件1的嵌合轴部10的外周面之间的间隙，施加例如超声波振动并填充金属粉末41b，之后，沿着嵌合孔部30的内周面，使靠前端部位的金属粉末熔融、固化即可。本发明所涉及的火花塞不限定为如上所述的内容，能够适当地变更而具体化。例如，关于所述的流出防止机构，也能够如图9所示那样，代替照射激光而在由金属粉末41b 构成的填充材料的前端部位装填焊料原料41d并使焊料原料41d熔融、固化。进而，也可以代替照射激光而填充粘接剂或树脂并使其固化。即，也可以在轴线G方向的前后方向上填充不同种类的两种以上的填充材料。在该情况下，优选位于前端侧的填充材料使用耐热性高的材料。
权利要求
1.一种火花塞，具备轴状的陶瓷制的绝缘部件，在前端突出有中心电极；以及主体配件，以包围该绝缘部件的方式固定该绝缘部件，并在前端设置有接地电极， 所述绝缘部件在其靠前端部位具备形成为与所述主体配件的内周面之间保持环状的绝缘空间的前端轴部，并且，在该前端轴部的后方具备直径大于该前端轴部的直径且在所述主体配件内的嵌合孔部中处于间隙嵌合状态的嵌合轴部， 所述火花塞的特征在于，从所述主体配件的后端侧插入所述绝缘部件，并在预定位置通过止动机构阻止所述绝缘部件向前端侧移动，并且，将设置在所述主体配件的后端的紧固部向轴线侧弯曲并向前端侧压缩，从而所述绝缘部件以被向前端侧按压的状态固定在所述主体配件的内侧，在所述嵌合轴部的外周面与所述嵌合孔部的内周面之间，填充有气密保持用的填充材料。
2.一种火花塞，具备轴状的陶瓷制的绝缘部件，在前端突出有中心电极；以及主体配件，以包围该绝缘部件的方式固定该绝缘部件，并在前端设置有接地电极， 所述绝缘部件在其靠前端部位具备形成为与所述主体配件的内周面之间保持环状的绝缘空间的前端轴部，并且，在该前端轴部的后方具备直径大于该前端轴部的直径且在所述主体配件内的嵌合孔部中处于间隙嵌合状态的嵌合轴部， 所述火花塞的特征在于，从所述主体配件的后端侧插入所述绝缘部件，并在预定位置通过止动机构阻止所述绝缘部件向前端侧移动，并且，将设置在所述主体配件的后端的紧固部向轴线侧弯曲并向前端侧压缩，从而所述绝缘部件以被向前端侧按压的状态固定在所述主体配件的内侧，作为所述止动机构，在所述绝缘部件上，在所述嵌合轴部的后方设置有直径大于该嵌合轴部的直径且呈环状的由朝向前端的面构成的对接部，并且在所述主体配件上，在所述嵌合孔部的后方设置有直径大于该嵌合孔部的孔径且呈环状的由朝向后端的面构成的托架，所述止动机构使所述对接部直接或间接与该托架对接，从而阻止所述绝缘部件向前端侧移动，在所述嵌合轴部的外周面与所述嵌合孔部的内周面之间，填充有气密保持用的填充材料。
3.如权利要求2所述的火花塞，其特征在于，所述对接部经由呈环状的气密保持用衬垫与所述托架对接。
4.如权利要求1 3中任一项所述的火花塞，其特征在于， 所述填充材料是耐热性粘接剂。
5.如权利要求1 3中任一项所述的火花塞，其特征在于， 所述填充材料是在350°C以下固化的耐热性粘接剂。
6.如权利要求4或5所述的火花塞，其特征在于， 在所述耐热性粘接剂中含有金属粉末。
7.如权利要求4 6中任一项所述的火花塞，其特征在于， 所述填充材料在火花塞的轴线方向上的填充区域为5mm以上。
8.如权利要求4 6中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述填充材料在火花塞的轴线方向上的填充区域以所述绝缘部件的嵌合轴部的嵌合前端为起点朝向后方达到5mm以上。
9.如权利要求1 3中任一项所述的火花塞，其特征在于，所述填充材料通过压缩金属粉末而成，在所述主体配件的内周面或所述绝缘部件的外周面设置有用于防止该金属粉末向火花塞的前端侧流出的流出防止机构。
10.如权利要求1 9中任一项所述的火花塞，其特征在于，不随着朝向所述主体配件的前端而减小所述嵌合孔部的内周面的直径。
11.如权利要求1 10中任一项所述的火花塞，其特征在于，在所述主体配件的外周面具有安装螺纹，以便所述火花塞以旋入方式安装在发动机头的火花塞孔中，该安装螺纹的螺径为M12以下。
全文摘要
一种火花塞，在主体配件内向前端侧压缩而保持突出有中心电极的绝缘部件，通过紧固而固定主体配件的后端，防止因主体配件与绝缘部件之间的热膨胀差引起两者之间的气密性降低。在主体配件(21)的嵌合孔部(30)中，绝缘部件(1)的嵌合轴部(10)处于间隙嵌合的状态，在嵌合轴部(10)的外周面与嵌合孔部(30)的内周面之间填充有气密保持用的填充材料(41)。即使存在热膨胀差，在该内周面和外周面之间由于填充有气密保持用的填充材料(41)，因此也能够保持气密性。
文档编号H01T13/36GK102210073SQ200980144888
公开日2011年10月5日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月25日
发明者弓野次郎, 无笹守, 铃木彰 申请人:日本特殊陶业株式会社