专利名称：火花塞及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机等燃烧装置中使用的火花塞及其制造方法。
背景技术：
火花塞例如安装到内燃机(发动机)上，用于对燃烧箱内的混合气体进行点火。一般情况下，火花塞具有具有轴孔的绝缘体；插通于该轴孔的前端一侧的中心电极；设置在绝缘体外周的主体配件；与主体配件的前端 部结合的接地电极。接地电极在设置于自身的大致中间部分的弯曲部中，使前端部与中心电极相对地弯曲折返，在接地电极的前端部和中心电极的前端部之间形成火花放电间隙。并且，通过向中心电极施加高压，在火花放电间隙产生火花放电，对混合气体进行点火(例如参照专利文献I等)。专利文献I :特开2008-108478号公报
发明内容
而近年来，要求火花塞的小型化、小径化，为了可与小径化的主体配件结合，要求接地电极较细，或弯曲部的曲率半径较小。进一步，在近年来的高输出发动机中，因振动等，施加到接地电极(尤其是弯曲部)的应力较大。即存在以下情况不得不将强度较低、或应力易集中到弯曲部的接地电极在易发生其折损的严酷环境下使用。因此，要求进一步提高接地电极的耐折损性。本发明鉴于以上情况而出现，其目的在于提供一种可飞跃性地提高接地电极的耐折损性的火花塞及其制造方法。以下对适用实现上述目的的各构成分项进行说明。此外，根据需要，对对应的构成记载其特有的作用效果。构成I.本构成的火花塞具有筒状的绝缘体，具有在轴线方向贯通的轴孔；中心电极，插入设置到上述轴孔的前端一侧；筒状的主体配件，设置在上述绝缘体的外周；以及接地电极，配置在上述主体配件的前端部，上述接地电极通过自身的弯曲部向上述中心电极一侧弯曲，上述火花塞的特征在于上述弯曲部中，在位于和上述中心电极相反一侧的上述接地电极的背面及与该背面邻接的两个侧面的至少一部分上，形成在上述接地电极的长边方向上延伸的凹部，在和上述接地电极的中心轴正交的截面中，上述接地电极中上述凹部的底部的硬度大于上述接地电极中位于上述中心电极一侧的面的中央部分的硬度。根据上述构成1，弯曲部中在接地电极的背面或侧面的至少一部分设置有沿着接地电极的长边方向延伸的凹部，凹部的底部的硬度大于接地电极中位于中心电极一侧的面的中央部分(即伴随着凹部形成基本不发生硬度变化的部位)。因此，可极有效地提高应力尤其易于集中的弯曲部的强度，飞跃性地提高接地电极的耐折损性。并且，也可考虑接地电极中在中心电极一侧的面上设置凹部，但在该中心电极一侧的面上设置凹部时，易发生以凹部为基点的断裂。因此，从切实提高耐折损性的角度出发，优选在接地电极的背面、侧面设置凹部。
并且，也可考虑不设置凹部、通过推压接地电极的侧面等全部区域，增大接地电极的侧面等整个区域的硬度，但这种情况下，可能会导致制造成本的增加。因此，设置凹部的同时至少增大凹部的底部的硬度，从抑制制造成本上升的同时有效提高耐折损性的角度而言较为优选。构成2.本构成的火花塞的特征是，在上述构成I中，上述凹部形成在上述弯曲部的长边方向的整个区域。根据上述构成2，在弯曲部的整个区域可提高强度，进一步提高接地电极的耐折损性。构成3.本构成的火花塞的特征是，在上述构成I或2中，在和上述接地电极的长边方向正交的截面中，设上述凹部的深度为D(mm)、上述接地电极沿着上述凹部的深度方向的厚度为TD(mm)、上述凹部的宽为W(mm)、上述接地电极沿着上述凹部的宽度方向的厚度为TW(mm)时，满足下式(I)及(2)0 < D 彡 TD/2......(I)Tff/20Tff......(2)此外，在接地电极的两个侧面分别形成凹部时，“凹部的深度”是指各凹部的深度的总和。根据上述构成3，可充分维持接地电极的厚度的同时，进一步切实提高底部的硬度。即，可较切实地防止接地电极的强度下降的同时，提高弯曲部的强度。结果可进一步提高耐折损性。构成4.本构成的火花塞的特征是，在上述构成3中满足下式(3)及⑷TD/6 彡 D 彡 TD/3......(3)Tff/6 ^ W ^ TW/3......(4)根据上述构成4，可进一步切实提高底部的硬度，进一步提高弯曲部的强度。结果可实现进一步良好的耐折损性。构成5.本构成的火花塞的特征是，在上述构成I至4中任一项中上述凹部分别形成在上述接地电极的上述两个侧面。根据上述构成5，在接地电极的两个侧面形成凹部，因此变为接地电极被两个凹部夹持的形态，可增大凹部的底部硬度。结果可进一步提高耐折损性。构成6.本构成的火花塞的制造方法是上述构成I至5的任意一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，包括弯曲工序，在上述接地电极上形成上述弯曲部；以及凹部形成工序，在上述接地电极上形成凹部，在上述弯曲工序之后，进行上述凹部形成工序。
在弯曲接地电极前形成凹部时，随着接地电极的弯曲，底部硬度可能会降低。针对这一点，在上述构成6中，其构成是在弯曲了接地电极后形成凹部。因此，可切实防止硬度下降，进一步提高耐折损性。
图I是表示火花塞的构成的部分截断正视图。图2是表示火花塞的前端部的构成的放大正视图。图3是表示凹部的截面形状的部分放大剖视图。图4(a)、(b)是表示形成凹部的面的其 他例子的部分放大剖视图。图5(a) (C)是表示凹部的形成范围的其他例子的部分放大正视图。图6(a) (C)是表示凹部的截面形状的其他例子的部分放大剖视图。图7是表示在凹部形成工序中使用的夹具等的图，(a)是放大俯视图，(b)是放大正视图。
具体实施例方式以下参照
一个实施方式。图I是表示火花塞I的部分截断正视图。并且在图I中，将火花塞I的轴线CLl方向作为附图中的上下方向、将下侧作为火花塞I的前端一侧、上侧作为后端一侧进行说明。火花塞I由作为绝缘体的绝缘件2及保持它的筒状的主体配件3等构成。绝缘件2众所周知通过烧制氧化铝等形成，在其外形部上具有形成在后端侧的圆柱状的后端侧主体部10 ;和该后端侧主体部10相比在前端侧向径向朝外突出形成的大径部11 ;和该大径部11相比在前端侧比其细径地形成的中主体部12 ;和该中主体部12相比在前端侧比其细径地形成的长足部13。并且，绝缘件2中，大径部11、中主体部12及大部分长足部13收容在主体配件3的内部。并且，在中主体部12和长足部13的连接部上形成锥形的阶梯部14，通过该阶梯部14，绝缘件2卡止到主体配件3。进一步，在绝缘件2中，沿着轴线CLl贯通形成轴孔4，在该轴孔4的前端一侧插入、固定有中心电极5。中心电极5由镍(Ni)合金形成，整体呈棒状(圆柱状)。并且，中心电极5的前端面平坦地形成，并从绝缘件2的前端突出。此外，中心电极5的内部也可设置由具有良好的导热性的铜、铜合金构成的内层。此时，中心电极5的散热性提高，可提高耐消耗性。并且，在轴孔4的后端侧，端子电极6以从绝缘件2的后端突出的状态插入、固定。进一步，在轴孔4的中心电极5的端子电极6之间，配置圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部通过导电性的玻璃密封层8、9分别电连接到中心电极5和端子电极6。并且，上述主体配件3通过低碳素钢等金属形成为筒状，其外周面上形成用于将火花塞I安装到内燃机或燃料电池改性器等燃烧装置的螺纹部(阳螺纹部)15 (例如螺纹直径M14)。并且，螺纹部15的后端侧的外周面上形成向径向外侧突出形成的锷状的座部16，螺纹部15后端的螺钉头17中嵌入有环形的垫圈18。进一步，在主体配件3的后端侧设置有在将火花塞I安装到燃烧装置时用于使扳手等工具卡合的截面六角形的工具卡合部19。并且，在工具卡合部19的后端侧设置向径向内侧弯曲形成的铆接部20，通过该铆接部20保持绝缘件2。并且，主体配件3的内周面上设置用于卡止绝缘件2的锥形的阶梯部21。并且，绝缘件2从主体配件3的后端侧向前端侧插入，在自身的阶梯部14卡止到主体配件3的阶梯部21的状态下，使主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧铆接，即形成上述铆接部20，从而固定到主体配件3。此外，上述两个阶梯部14、21之间存在圆环状的板材填料22。这样一来，可保持燃烧箱内的密封性，进入到暴露于燃烧箱内的绝缘件2的长足部13和主体配件3的内周面之间的间隙的燃料气体不会泄漏到外部。进一步，为使基于铆接的密封较为完善，在主体配件3的后端侧，在主体配件3和绝缘件2之间存在环形部件23、24，并且在环形部件23、24之间填充滑石(夕 > 々)25。即，主体配件3通过板材填料22、环形部件23、24及滑石25保持绝缘件2。进一步，在上述主体配件3的前端部26上结合接地电极27，该接地电极27由Ni合金形成，并且沿自身长边方向具有基本相同的宽度及厚度。该接地电极27通过形成在自身的大致中间的弯曲状(非直线状)的弯曲部27C，向中心电极5—侧弯曲折返，其前端部与中心电极5的前端部相对。并且，在两个电极5、27之间，形成火花放电间隙28，在该火花放电间隙28中，大致沿轴线CLl方向产生火花放电。此外，在本实施方式中，主体配件3的前端面的面积较小。因此，与主体配件3的前端部26结合的接地电极27的基端部的截面积也较小(例如是4. 48mm2以下)。并且如图2及图3所示，接地电极27具有位于中心电极5的相反一侧的背面27b ;与该背面27b邻接的两个侧面27sl、27s2，在本实施方式中，从两个侧面27sl、27s2的基端侧到前端，形成沿接地电极27的长边方向延伸的凹状的凹部29。S卩，凹部29在上述弯曲部27C的长边方向的整个区域形成。并且，凹部29在和接地电极27的长边方向正交的截面中，呈截面V字状。并且，本实施方式中的凹部29通过对接地电极27实施塑性加工而形成(制造方法后述)，因此接地电极27中凹部29的底部29b (即实施了塑性加工的部位)的硬度,大于接地电极27中位于中心电极5—侧的面的中央部分(即未实施特别加工的部位)的硬度。此外，底部29b是指，凹部29中，从接地电极27中的凹部29的形成面(在本例中是侧面27sl、27s2)沿着凹部29的深度方向最远的部位。进一步，凹部29分别满足以下两个公式地构成。即，设凹部29的深度为D(mm)、接地电极27沿着凹部29的深度方向的厚度为TD(mm)、凹部29的宽为W(mm)、接地电极27沿着凹部29的宽度方向的厚度为TW(mm)时，满足0 < D彡TD/2 (优选TD/6彡D彡TD/3)、及TW/20 ^ff< TW (优选TW/6 ^ff ^ TW/3)地构成。此外，“凹部29的深度D”是形成在两个侧面27sl、27s2上的各凹部29的深度的总和。并且，设置凹部的位置不限于上述两个侧面27sl、27s2，在上述背面27b及两个侧面27sl、27s2中的至少一面设置凹部即可。因此，可如图4(a)所示，在两个侧面27sl、27s2中的一个面上设置凹部31，也可如图4(b)所示，在背面27b上设置凹部32。进一步，也可从背面27b到侧面27sl (侧面27s2)设置凹部。
并且，也可不从接地电极27的基端侧到前端设置凹部，而如图5(a)所示，在接地电极27中仅对应弯曲部27C的形成范围地设置凹部33，也可如图5 (b)所示，仅对应弯曲部27C的一部分设置凹部34。进一步，也可不连续地设置凹部，而如图5(c)所示，沿着接地电极27的长边方向间断地设置凹部35。并且，凹部的截面形状不限于V字状，可如图6(a)所示，截面矩形地形成凹部36，也可如图6(b)所示，截面弯曲状(例如截面半圆状)地形成凹部37。并且，也可如图6(c)所示，截面梯形地形成凹部38。接着说明如上所述的火花塞I的制造方法。首先，提前加工好主体配件3。即，通过对圆柱状的金属材料(例如S17C、S25这样的铁系材料、不锈钢材料)实施冷轧锻造加工等，形成贯通孔，并且制造出大概形状。之后通过实施切削加工整饬外形，获得主体零件中间体。接着，对主体配件中间体的前端面电阻焊接由Ni合金构成的直棒状的接地电极27。在进行该焊接时，产生所谓的“滴流”，因此在去除了该“滴流”后，在主体配件中间体的规定部位通过滚压成形形成螺纹部15。这样一来，可获得焊接了接地电极27的主体配件3。并且，对焊接了接地电极27的主体配件3实施镀锌或镀镍。此外，为提高耐蚀性，可对其表面进一步实施铬酸盐处理。另一方面，独立于上述主体配件3，成型加工绝缘件2。例如，使用以氧化铝为主体并含有粘合剂等的原料粉末，调制成型用材料造粒物，使用它进行橡胶压块成型，从而可获得筒状的成型体。并且，对获得的成型体实施研磨加工，整理外形，在此基础上实施烧制加工，从而获得绝缘件2。并且,通过对Ni合金实施锻造加工,制造出中心电极5。并且，如上获得的绝缘件2及中心电极5、电阻体7、端子电极6，通过玻璃密封层8、9密封固定。作为玻璃密封层8、9 一般混合硼娃酸玻璃和金属粉末而调制,使该调制出的材料夹持电阻体7，注入到绝缘件2的轴孔4内之后，在从后推压上述端子电极6的状态下，在烧制炉内烧制凝固。并且此时，可在绝缘件2的后端侧主体部10的表面也可同时烧制釉药层，也可事先形成釉药层。之后，具有如上分别制造的中心电极5及端子电极6的绝缘件2与具有接地电极27的主体配件3固定。具体而言，在向主体配件3插入绝缘件2的基础上，将较薄地形成的主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧铆接，即通过形成上述铆接部20，从而固定绝缘件2和主体配件3。接着，在弯曲工序中，使接地电极27向中心电极5—侧弯曲折返，在接地电极27上形成弯曲部27C。之后在凹部形成工序中，如图7(a)、(b)所示，使可自由旋转地保持的辊状夹具JG1、JG2的外周面分别抵接接地电极27的侧面27sl、27s2，在此基础上通过两个夹具JG1、JG2夹入接地电极27的同时，使两个夹具JG1、JG2沿接地电极27的长边方向同步移动。这样一来，接地电极27塑性变形，在两个侧面27sl、27s2上形成凹部29。之后，通过实施调整形成在中心电极5及接地电极27之间的火花放电间隙28的大小的加工，从而获得上述火花塞I。此外，沿着接地电极27的长边方向间断地形成凹部时，也可通过规定的冲压装置(未图示)使接地电极27变形，从而形成凹部。并且，在接地电极27结合到主体配件3的结合工序之前，也可在接地电极27上形成凹部(即也可以在结合工序前进行凹部形成工 序)。因此，可对直棒状的接地电极27形成了凹部后，将该接地电极27与主体配件3结合。并且，也可弯曲了接地电极27后形成凹部，之后在主体配件3上结合接地电极27。
如上所述，根据本实施方式，弯曲部27C中，在接地电极27的背面27b或侧面27sl、27s2的至少一部分上设置沿接地电极27的长边方向延伸的凹部29，凹部29的底部29b的硬度大于接地电极27的上述中央部分(伴随着凹部29的形成基本不发生硬度变化的部位)。因此，可极有效地提高应力尤其易于集中的弯曲部29C的强度，可飞跃性地提高接地电极27的耐折损性。此外，本发明如本实施方式所示，在使用较细的、耐折损性可能降低的接地电极27时尤其有效。
并且，凹部29在弯曲部27C的长边方向的整个区域形成，因此在弯曲部27C的整个区域中可提闻强度，提闻耐折损性。并且，设20凹部的深度为D (mm)、接地电极27沿着凹部29的深度方向的厚度为TD (mm)、凹部29的宽为W(mm)、及接地电极27沿着凹部29的宽度方向的厚度为TW(mm)时，满足0 < D彡TD/2、及TW/20彡W < TW地构成。因此，可充分维持接地电极27的厚度的同时，进一步切实提闻底部29b的硬度。结果可进一步提闻耐折损性。并且，在接地电极27的两个侧面27sl、27s2形成凹部29，因此变为接地电极27被两个凹部29夹持的形态，可增大凹部29的底部29b硬度。并且，在弯曲接地电极27前形成凹部29时，在弯曲接地电极27时，底部29b的硬度可能下降，因此在本实施方式中，在弯曲了接地电极27后形成凹部29地构成。因此，可较切实地防止硬度下降，进一步提高耐折损性。并且，在接地电极27结合前如形成凹部29，则易于形成凹部29。并且，如使凹部的截面形状为弯曲状(参照图6 (b))，则可抑制形成凹部时使用的夹具的损耗，提高生产性。接着，为了确认上述实施方式产生的作用效果，制造以下样本，对各样本进行耐折损性评价实验使接地电极的外表面平坦状形成(即不设置凹部)的火花塞的样本(样本A);通过对接地电极的两个侧面实施切削加工而设置的凹部(即使凹部的底部与接地电极中位于中心电极一侧的面的中央部分的硬度为同一程度)的火花塞的样本(样本B，样本A、B均相当于比较例)；通过对接地电极的背面或侧面实施塑性加工而设置凹部，使凹部底部的硬度大于接地电极的上述中央部分的硬度的火花塞的样本(相当于实施例)。耐折损性评价试验的概要如下。即，将各样本组装到较大振动的二轮车用单汽缸发动机(排气量125cc)上，驱动上述发动机。并且，每隔规定时间观察接地电极，测定到接地电极中产生裂纹为止所需的时间(耐久时间)，并且算出各样本的耐久时间相对于和比较例相当的样本A的耐久时间的比例(耐久性提高率)。并且，对于设置了凹部的样本，通过规定的维氏硬度计测定凹部(在接地电极的两个侧面设置凹部时，任意一个凹部)的底部硬度，并且算出上述底部硬度相对于接地电极的上述中央部分的硬度的比例(硬度上升率)。表I表示各样本中的耐久性提高率及硬度上升率。此外，对于相当于实施例的样本，分别变更接地电极中的凹部的形成面(凹部形成面)、沿着接地电极的长边方向的凹部的形成范围(在接地电极的长边方向的大致整个区域设置凹部，还是仅对应弯曲部设置，或是仅对弯曲部的一部分设置)、沿着凹部形成面中的凹部的宽度方向的凹部的形成位置(将凹部设置在凹部形成面的宽度方向中央，还是从中央偏离设置)、凹部的形状(截面形状、及沿着长边方向的形状(连续或间断))、及凹部的深度D、宽度W。表I同时表示各样本中的凹部形成面、长边方向中的凹部的形成范围(凹部形成范围)、宽度方向上的凹部的形成位置(凹部形成位置)、凹部的形状、及凹部的深度D、宽度W。此外，各样本中均是接地电极沿着凹部深度方向的厚度TD为I. 3mm，接地电极沿着凹部的宽度方向的厚度TW为2. 7mm。并且，对于样本23，通过对直棒状(弯曲前)的接地电极实施塑性加工而设置凹部， 对于其他样本，在接地电极上形成了弯曲部后，通过实施塑性加工而设置凹部。(表 I)
权利要求
1.一种火花塞,具有 筒状的绝缘体，具有在轴线方向贯通的轴孔； 中心电极，插入设置到上述轴孔的前端一侧； 筒状的主体配件，设置在上述绝缘体的外周；以及 接地电极，配置在上述主体配件的前端部， 上述接地电极通过自身的弯曲部向上述中心电极一侧弯曲， 上述火花塞的特征在于 上述弯曲部中，在位于和上述中心电极相反一侧的上述接地电极的背面及与该背面邻接的两个侧面的至少一部分上，形成在上述接地电极的长边方向上延伸的凹部， 在和上述接地电极的中心轴正交的截面中，上述接地电极中上述凹部的底部的硬度大于上述接地电极中位于上述中心电极一侧的面的中央部分的硬度。
2.根据权利要求I所述的火花塞，其特征在于，上述凹部形成在上述弯曲部的长边方向的整个区域。
3.根据权利要求I或2所述的火花塞，其特征在于，在和上述接地电极的长边方向正交的截面中， 设上述凹部的深度为D(mm)、上述接地电极沿着上述凹部的深度方向的厚度为TD(mm)、上述凹部的宽为W(mm)、上述接地电极沿着上述凹部的宽度方向的厚度为TW(mm)时，满足下式⑴及⑵ O < D ≤ TD/2......(I) Tw/20≤w≤Tw......(2)。
4.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，满足下式(3)及(4) TD/6 ≤ D ≤TD/3......(3) Tff/6 ≤ W ≤ TW/3......⑷。
5.根据权利要求I至4的任意一项所述的火花塞，其特征在于，上述凹部分别形成在上述接地电极的上述两个侧面。
6.一种火花塞的制造方法，是权利要求I至5的任意一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，包括弯曲工序，在上述接地电极上形成上述弯曲部；以及凹部形成工序，在上述接地电极上形成凹部， 在上述弯曲工序之后，进行上述凹部形成工序。
全文摘要
本发明提供火花塞及其制造方法，提高接地电极的耐折损性，火花塞(1)具有绝缘件(2)，具有在轴线(CL1)方向贯通的轴孔(4)；中心电极(5)，插入设置到轴孔(4)的前端一侧；主体配件(3)，设置在绝缘件的外周；以及接地电极(27)，配置在主体配件的前端部，接地电极(27)通过自身的弯曲部(27C)向中心电极一侧弯曲，弯曲部中，在接地电极的背面(27b)及两个侧面(27s1、27s2)的至少一部分上形成在接地电极的长边方向上延伸的凹部(29)，在和接地电极的中心轴正交的截面中，凹部(29)的底部(29b)的硬度大于接地电极(27)中位于中心电极(5)一侧的面的中央部分的硬度。
文档编号H01T21/02GK102629734SQ20121002231
公开日2012年8月8日 申请日期2012年2月1日 优先权日2011年2月1日
发明者小林宪司 申请人:日本特殊陶业株式会社