火花塞及其组装构造的制作方法
【专利摘要】火花塞（1）具备沿着轴线（CL1）延伸的主体配件（3）和实心环状的衬垫（18）。主体配件（3）具有外螺纹部（15）和底座部（16），衬垫（18）的内径比外螺纹部（15）的螺纹直径小，并设置在外螺纹部（15）及底座部（16）之间。衬垫（18）的前端面（18F）具有从径向外侧朝向径向内侧并朝向轴线（CL）方向后端侧倾斜的倾斜部（18A）。衬垫（18）沿着轴线（CL1）的厚度为2.0mm以下，倾斜部（18A）的最外周部分与最内周部分之间的沿着轴线（CL1）的距离为0.02mm以上且为0.12mm以下，衬垫（18）的维氏硬度为60Hv以上。由此，在将火花塞组装到燃烧装置时，能够高精度地定位主体配件前端部（接地电极）相对于燃烧室的相对位置。
【专利说明】火花塞及其组装构造
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于内燃机等燃烧装置的火花塞以及将火花塞安装到燃烧装置中的火花塞组装构造。
【背景技术】
[0002]火花塞被组装在例如内燃机(发动机)等燃烧装置中，用于燃烧室内混合气体的点火。一般的，火花塞具备:具有轴孔的绝缘体；插通于上述轴孔的前端侧的中心电极；设置在绝缘体外周的主体配件；以及接地电极，基端部与主体配件的前端部接合，前端部与中心电极之间形成火花放电间隙。另外，在主体配件上形成用于将火花塞组装到燃烧装置中的外螺纹部，在外螺纹部的螺纹颈往往安装有实心环状的衬垫(例如，参照专利文献I等)。在将火花塞组装到燃烧装置时，通过上述衬垫确保火花塞(主体配件)与燃烧装置之间的气密性。
[0003]可是，在将火花塞组装到燃烧装置中状态下，例如，以在燃料喷射装置与火花放电间隙之间存在接地电极这样的位置关系组装火花塞时，喷射出的燃料会喷到接地电极的背面。因此，由于接地电极的存在，妨碍了混合气体对火花放电间隙的供给，有可能降低点火性能。因此，认为通过将相对于主体配件前端部中固定了接地电极的部位的、外螺纹部的螺纹牙的相对形成位置作为与在燃烧装置的安装孔中形成的内螺纹部的切入开始位置等对应的位置，由此在将火花塞组装到燃烧装置时，相对于燃烧室将接地电极配置在恒定的位置。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2008 - 135370号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]可是，外螺纹部的螺纹牙相对于主体配件前端部(接地电极)形成在预定的相对位置，并且，在将火花塞以预定的紧固转矩组装到燃烧装置中的情况下，由于衬垫与燃烧装置之间产生的摩擦力等影响，有可能相对于燃烧室无法将主体配件前端部(接地电极)配置在恒定的位置。
[0009]本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种火花塞以及将火花塞组装到燃烧装置的火花塞组装构造，该火花塞具有在将火花塞组装到燃烧装置时能够高精度地定位主体配件前端部(接地电极)相对于燃烧室的相对位置的衬垫。
[0010]用于解决问题的手段
[0011]以下，对适用于解决上述目的各结构分项进行说明。另外，按照需要对所对应结构记载特有的作用效果。
[0012]构成1.本结构的火花塞具备沿着轴线延伸的筒状的主体配件和在上述主体配件的外周设置的金属制的实心环状的衬垫，
[0013]上述主体配件具有:
[0014]外螺纹部，形成在该主体配件自身的前端侧外周；以及
[0015]底座部，形成在比上述外螺纹部靠后端侧，并向径向外侧膨出，
[0016]上述衬垫的内径比上述外螺纹部的螺纹直径小，并且上述衬垫设置在上述外螺纹部以及上述底座部之间，其特征在于，
[0017]上述衬垫的前端面具有从径向外侧朝向径向内侧并朝向上述轴线方向后端侧倾斜的倾斜部，
[0018]上述衬垫沿着上述轴线的厚度为2.0mm以下，
[0019]上述倾斜部的最外周部分与最内周部分之间的沿着上述轴线的距离为0.02mm以上且为0.12mm以下，
[0020]上述衬垫的维氏硬度为60Hv以上。
[0021]并且，所谓“衬垫沿着轴线的厚度”是指通过了以下基准点的衬垫沿轴线的厚度。所谓基准点是指，在包含轴线的剖面中，从衬垫的外侧面的最外周部到衬垫的内侧面沿与轴线正交方向画一条线段，且求得该线段的三等分点时，位于该三等分点中外周侧的点。另夕卜，所谓“衬垫的维氏硬度”是指在包含轴线的剖面中，从衬垫的后端面到前端面之间，划一条沿着轴线延伸且通过上述基准点的线段时，位于该线段的中点的部分的硬度。即，测定“衬垫的厚度”或“衬垫的硬度”的部位，为充分远离后述结构4的槽部的形成位置的部位，是排除了局部薄的部位或随着形成槽部时的加工能够发生固化的部位等以外的部位。
[0022]而且，在衬垫的前端面的外周侧形成倾斜部，且如后述的结构2，在该倾斜部与衬垫的外侧面之间形成为弯曲面状时，所谓的“倾斜部的最外周部分”是指上述倾斜部向外周侧延伸的虚拟面、与将衬垫的外侧面向轴线方向前端侧延伸的虚拟面相交的部分。另外，在倾斜部与衬垫的内侧面(或者，槽部的外周壁面)之间形成为弯曲面状的情况下，所谓“倾斜部的最内周部分”是指倾斜部向内周侧延伸的虚拟面、与将衬垫的内侧面(或者，槽部的外周壁面)向轴线方向前端侧延伸的虚拟面相交的部分。
[0023]根据上述结构1，在衬垫的前端面设置有从径向外侧朝向径向内侧并向后端侧倾斜的倾斜部，倾斜部的最外周部分与最内周部分之间沿着轴线的距离为0.02mm以上。因此，在将火花塞组装到燃烧装置时，仅倾斜部的外周部分与燃烧装置的底座面接触而产生楔效应，能够进一步抑制衬垫相对于上述底座面的滑动。其结果，能够有效地抑制从上述底座面产生铝粉等金属粉末，能够实现衬垫的前端面与燃烧装置的底座面之间摩擦状态的稳定化。
[0024]另外，根据上述结构1，倾斜部的上述距离被设为0.12mm以下，并且衬垫的厚度被设为2.0mm以下。因此，在将火花塞以预定的紧固转矩组装到燃烧装置时，能够使衬垫的倾斜部(翘曲)沿着上述底座面更可靠地变形(矫正)。
[0025]如上所述，根据上述结构1，能够比较容易地使衬垫变形，而且还能够实现衬垫的前端面与燃烧装置的底座面之间摩擦状态的稳定化。其结果，在将火花塞以预定的紧固转矩组装到燃烧装置时，能够高精度地定位主体配件前端部相对于燃烧室的相对位置，进而能够更可靠地将接地电极相对于燃烧室配置在恒定的位置。
[0026]而且，根据上述结构1，衬垫的硬度为60Hv以上。因此，使用于燃烧装置时等衬垫变为高温时，能够有效地抑制衬垫的热变形，能够更可靠地防止火花塞的松弛。其结果，能够更可靠地防止燃烧室内的气密性的降低，而且能够长期地维持高精度的定位状态〔接地电极(主体配件前端部)相对于燃烧室的相对位置关系〕。
[0027]构成2.本结构的火花塞，根据上述结构I所述的火花塞，其特征在于，在上述衬垫的前端面与外侧面之间形成有凸状的弯曲面部，
[0028]在包含上述轴线的剖面中，上述弯曲面部的曲率半径为0.2mm以下。
[0029]并且，弯曲面部的曲率半径也可以不必是恒定的。在曲率半径不是恒定的情况下，所谓“弯曲面部的曲率半径”是在包含轴线的剖面中经过衬垫的外侧面及弯曲面部的边界点、衬垫的前端面及弯曲面部的边界点、和在弯曲面部的外形线上位于上述两边界点的中央的点的虚拟圆的半径。
[0030]根据上述结构2，能够将弯曲面部的曲率半径设为充分小，为0.2mm以下。因此，在将火花塞组装到燃烧装置时，衬垫的弯曲面部容易卡紧于燃烧装置的底座面，能够进一步抑制衬垫相对于上述底座面的滑动。其结果，能够实现衬垫的前端面与上述底座面之间的摩擦状态进一步稳定化，在将火花塞以预定的紧固转矩组装到燃烧装置时，能够更高精度地定位接地电极相对于燃烧室的相对位置。
[0031]构成3.本结构的火花塞，根据上述结构I或者结构2所述的火花塞，其特征在于，在上述倾斜部的外周侧设置有向上述轴线方向前端侧突出的突部。
[0032]根据上述结构3，在将火花塞组装到燃烧装置时，突部容易卡紧在燃烧装置的底座面，能够进一步有效地抑制衬垫相对于上述底座面的滑动。其结果，能够实现衬垫的前端面与上述底座面之间摩擦状态进一步稳定化，能够进一步提高接地电极相对于燃烧室的定位精度。
[0033]构成4.本结构的火花塞根据上述结构I至3中的任一项所述的火花塞，其特征在于，上述衬垫在比上述倾斜部靠内周侧具有以上述轴线为中心的环状的槽部，
[0034]沿着上述轴线的上述衬垫的厚度为1.0mm以上。
[0035]为了防止衬垫的脱落，必需使衬垫的内径比螺纹部的螺纹直径小。在此，缩小衬垫的内径可以按照以下进行:通过将具有突出部的夹具推压在衬垫的内周侧并在衬垫中设置槽部，由此使衬垫的内侧面向径向内侧伸出。但是，此时，若无法充分地确保衬垫的壁厚，则在形成槽部时衬垫有可能发生破裂等损坏。
[0036]鉴于这一点，根据上述结构4，由于充分地增加衬垫的厚度，以达到1.0mm以上，所以能够更可靠地防止在形成槽部时衬垫的损坏。其结果，能够实现成品率的提高。
[0037]结构5.本结构的火花塞根据上述结构I至4中的任一项所述的火花塞，其特征在于，上述衬垫的维氏硬度为150Hv以下。
[0038]根据上述结构5，能够抑制在形成槽部时所使用的夹具等的损伤，并能够提高加工性。另外，由于衬垫容易变形，所以在将火花塞组装到燃烧装置时，能够更可靠地确保衬垫沿着燃烧装置的底座面变形(矫正)。
[0039]结构6.本结构的火花塞根据上述结构I到5中的任一项所述的火花塞，其特征在于，具备:绝缘体，设置在上述主体配件的内周，并具有在上述轴线方向贯通的轴孔；
[0040]中心电极，设置在上述轴孔的前端侧；以及
[0041]棒状的接地电极，固定在上述主体配件上，且在该接地电极自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成火花放电间隙，
[0042]上述接地电极由一根电极构成。
[0043]在由沿着主体配件的圆周方向间歇地设置的、分别具有相同长度的3根以上的电极构成接地电极时，在中心电极与上述多个电极之间的每一个中，火花放电以大致均等的比例发生。因此，即使以在燃料喷射装置与火花放电间隙之间存在上述多个电极中的一根电极这样的位置关系将火花塞组装到燃烧装置，由于不是特别地妨碍混合气体对其它电极与中心电极之间形成的火花放电间隙的供给，所以也难以发生点火性能极端地降低情况。
[0044]与此相对，如上述结构6，在由一根电极构成接地电极，仅形成一个火花放电间隙的情况下，以接地电极存在于燃料喷射装置与火花放电间隙之间这样的位置关系将火花塞组装在燃烧装置中时，会妨碍混合气体向火花放电间隙的供给，有可能使点火性能极端地降低。
[0045]关于这一点，根据上述结构I等，在将火花塞组装到燃烧装置时，能够更可靠地将接地电极相对于燃烧室配置在恒定的位置，能够更可靠地防止点火性能的降低。换句话说，上述结构I等在由一根电极构成接地电极且仅形成一个火花放电间隙的火花塞中，特别有意义。
[0046]构成7.本结构的火花塞根据上述结构I至5中的任一项所述的火花塞，其特征在于，具备:绝缘体，配置在上述主体配件的内周，并具有在上述轴线方向贯通的轴孔；
[0047]中心电极，设置在上述轴孔的前端侧；以及
[0048]棒状的接地电极，固定在上述主体配件上，且在该接地电极自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成火花放电间隙，
[0049]上述接地电极由下述部件构成:
[0050]一根主电极，在与上述中心电极的前端面之间形成上述火花放电间隙；以及
[0051]副电极，该副电极自身的前端部与上述绝缘体的前端部或者上述中心电极的前端部侧面相对，且该副电极比上述主电极短。
[0052]如上述结构7可以认为，由比较长的主电极、和与绝缘体的前端部相对的比主电极短的副电极构成接地电极，主要在主电极与中心电极之间所形成的火花放电间隙(主间隙)中产生火花放电，在绝缘体被碳等污损时等特殊条件下，可以例外地在中心电极与副电极之间发生火花放电，使碳等烧毁。另外，还可以认为，由比较长的主电极、和与中心电极的前端部侧面相对的比主电极短的副电极构成接地电极，通过与中心电极的前端部侧面相对的副电极能够实现放电电压的降低，主要在主电极与中心电极之间所形成火花放电间隙(主间隙)中产生火花放电。这样结构的火花塞，在以上述主间隙与燃料喷射装置之间存在主电极这样的位置关系组装到燃烧装置时，有可能使点火性能极端地降低。
[0053]关于这一点，根据上述结构I等，在将火花塞组装到燃烧装置时，能够更可靠地将主电极相对于燃烧室配置在恒定的位置，能够更可靠地防止点火性能的降低。换句话说，上述结构I等，在由一根主电极和比该主电极短的副电极构成接地电极的火花塞中，特别有意义。
[0054]构成8.本结构的火花塞根据上述结构I至5中的任一项所述的火花塞,其特征在于，具备:绝缘体，设置在上述主体配件的内周，并具有在上述轴线方向贯通的轴孔；
[0055]中心电极，设置在上述轴孔的前端侧；以及[0056]棒状的接地电极，固定在上述主体配件上，且在该接地电极自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成火花放电间隙，
[0057]上述接地电极由隔着上述轴线相对的两根电极构成。
[0058]如上述结构8，可以认为由隔着轴线相对的两根电极构成接地电极。这样结构的火花塞，上述两根电极中的一个电极，以及，与中心电极之间形成的火花放电间隙(第一间隙)与燃料喷射装置之间存在上述一个电极的位置关系组装到燃烧装置时，除了第一间隙之外，相对于在上述两根电极中的另一方电极与中心电极之间所形成火花放电间隙(第二间隙)，由上述一个电极妨碍混合气体的供给。因此，有可能使点火性能极端地降低。
[0059]对于这一点，根据上述结构I等，在将火花塞组装到燃烧装置时，能够更可靠地将两根电极相对于燃烧室配置在恒定的位置，能够更可靠地防止点火性能的降低。换句话说，上述结构I等在接地电极由隔着轴线相对的两根电极构成的火花塞中，特别有意义。
[0060]结构9.本结构的火花塞，根据上述结构I至8中的任一项所述的火花塞，其特征在于，在包括上述衬垫的中心轴的剖面中，从上述衬垫的剖面区域的最内周部到最外周部的沿着与上述中心轴正交的方向的宽度为2.7mm以下。
[0061]近年来，要求火花塞小型化(小直径化)，可以将主体配件设为比较小的直径(例如，外螺纹部的螺纹直径为MlO以下)。在这样的直径小的主体配件中，与使用直径比较大的主体配件的情况相比，接地电极中固定在主体配件一侧的部位接近火花放电间隙。因此，从燃料喷射口一侧观察时，火花放电间隙的整体被接地电极隐藏的范围(相当于从燃料喷射口侧观察火花放电间隙，并且将轴线作为旋转轴旋转火花塞时，火花放电间隙的整体被接地电极隐藏后到火花放电间隙的一部分能够再次看到时火花塞的旋转角度)比较大。即，放大了导致混合气体对火花放电间隙的供给妨碍的接地电极的配置范围。因此，在具有直径比较小的主体配件的火花塞中更担心降低点火性能。
[0062]关于这一点，如上述结构9，具有衬垫宽度被设为2.7mm以下的、直径比较小的火花塞更担心点火性能随着接地电极的配置位置的偏移而降低，通过采用上述结构I等，能消除这样的担心。换句话说，上述结构I等在具有宽度为2.7mm以下的衬垫，且特别容易发生点火性能随接地电极的配置位置的偏移而降低的火花塞中，特别有意义。
[0063]结构10.本结构的火花塞安装构造是通过将上述结构I至9任一项所述的火花塞组装到燃烧装置的内螺纹部而构成的，其特征在于，
[0064]上述火花塞，具备:
[0065]绝缘体，设置在上述主体配件的内周，并具有在上述轴线方向贯通的轴孔；
[0066]中心电极，设置在上述轴孔的前端侧；以及
[0067]接地电极，固定在上述主体配件的前端部，在该接地电极自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成火花放电间隙，
[0068]形成上述主体配件的外螺纹部和上述燃烧装置的内螺纹部，以在上述火花塞组装到上述燃烧装置中的状态下，将上述火花塞的上述火花放电间隙的中心位置相对于上述燃烧装置的燃烧室的内壁面配置在规定的相对位置。
[0069]并且，所谓“火花放电间隙的中心”，是指在由一根电极构成接地电极的情况下，将隔着火花放电间隙而相对的中心电极以及接地电极的两个相对面各自的中心(重心)连接起来的线段的中点。另外，在由主电极以及副电极构成接地电极的情况下，所谓“火花放电间隙的中心”是指将隔着火花放电间隙而相对的中心电极以及主电极的两个相对面各自的中心(重心)连接起来的线段的中点。而且，在由隔着轴线相对的两根电极构成轴接地电极的情况下，所谓“火花放电间隙的中心”是指将上述两根电极中的一个电极和中心电极的两个相对面各自的中心(重心)连接起来的线段的中点。
[0070]上述结构10的组装构造中，通过采用上述结构I等的火花塞，能够极高精度地进行火花放电间隙的中心相对于燃烧室的定位，能够更可靠地防止点火性能伴随位置偏移的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0071]图1是表示火花塞的结构的局部剖切主视图。
[0072]图2是表示衬垫的结构的局部放大剖视图。
[0073]图3是表示衬垫的槽部的结构的图1的J 一 J线的剖视图。
[0074]图4是表不衬垫的另一例子的局部放大剖视图。
[0075]图5是用于表示衬垫的厚度和硬度的测定位置的放大剖视示意图。
[0076]图6是表示衬垫的宽度等的衬垫的剖视图。
[0077]图7是表示燃烧装置以及组装到燃烧装置中的火花塞的结构的局部剖切放大主视图。
[0078]图8 (a)、(b)是说明槽部的形成过程的局部放大剖视图。
[0079]图9是表示主火花塞的结构的主视图。
[0080]图10是表示主衬套以及试验衬套的结构的立体图。
[0081]图11是根据主火花塞的标记表示赋予了标记的主衬套的主视图。
[0082]图12 Ca)是表示根据主火花塞的标记赋予了标记的试验火花塞，(b)是表示根据主衬套的标记赋予了标记的试验衬套。
[0083]图13是用于说明对衬垫做记号的主视图。
[0084]图14是表示在试验火花塞和衬垫之间产生滑动的情况下，试验火花塞和衬垫各自的标记的位置关系的主视图。
[0085]图15是表示在衬垫的试验衬套之间产生滑动的情况下，衬垫及试验衬套各自的标记的位置关系的主视图。
[0086]图16 (a)、(b)是表不另一实施方式的衬垫结构的局部放大剖视图。
[0087]图17是表不另一实施方式的火花塞结构的放大主视图。
[0088]图18是表示另一实施方式的火花塞结构的放大主视图。
[0089]图19是表示另一实施方式的火花塞结构的放大主视图。
[0090]图20是表示另一实施方式的火花塞结构的放大主视图。
【具体实施方式】
[0091]以下，参照附图对一实施方式进行说明。图1是表示火花塞I的局部剖切主视图。并且，在图1中，将火花塞I的轴线CLl方向作为图中的上下方向，将下侧作为火花塞I的前端侧，将上侧作为后端侧进行说明。
[0092]火花塞I由形成筒状的绝缘体即绝缘子2和保持该绝缘子2的筒状主体配件3等构成。
[0093]绝缘子2，如公知那样通过烧结氧化铝等而形成，在其外形部中，具备:在后端侧形成的后端侧主体部10 ;在比该后端侧主体部10靠前端侧在径向向外侧突出地形成的大径部11 ;在比该大径部11靠前端侧形成直径比该大径部11细的中间主体部12 ;在比该中间主体部12靠前端侧形成直径比该中间主体部12细的长腿部13。在绝缘子2中，大径部
11、中间主体部12以及大部分的长腿部13收纳在主体配件3的内部。并且，在中间主体部12与长腿部13连接的连接部形成前端朝向前端侧变细的台阶部14，通过该台阶部14将绝缘子2卡定在主体配件3中。
[0094]而且，在绝缘子2中，沿着轴线CLl贯通地形成轴孔4。并且，在该轴孔4的前端侧插入设置有中心电极5。中心电极5具备由热传导性优良的铜或铜合金等构成的内层5A、和由以镍(Ni)为主要成分的Ni合金构成的外层5B。另外，中心电极5整体形成棒状(圆柱状)，其前端部从绝缘子2的顶端突出。而且，在中心电极5的前端部设置有由贵金属合金(例如，铱合金或钼合金等)构成的贵金属端头31。并且，也可以不设置贵金属端头31。
[0095]另外，在轴孔4的后端侧，以从绝缘子2的后端突出的状态插入并固定有端子电极6。
[0096]而且，在轴孔4的中心电极5与端子电极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，分别与中心电极5和端子电极6电连接。
[0097]除此之外，主体配件3由低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面形成用于将火花塞I安装到燃烧装置(例如，内燃机或燃料电池改质器等)的安装孔中的外螺纹部15。另外，在外螺纹部15的后端侧形成向径向外侧膨出的凸缘状的底座部16，位于外螺纹部15与底座部16之间的圆筒状的螺纹颈17的外周嵌入环状的衬垫18 (关于衬垫18的结构在后面详细描述)。而且，在主体配件3的后端侧设置有在将主体配件3安装到燃烧装置时用于卡合扳手等工具的剖面六角形的工具卡合部19，而且在后端部设置用于保持绝缘子2的铆接部20。
[0098]另外，在主体配件3的内周面的前端侧设置有用于卡定绝缘子2的锥状台阶部21。并且，绝缘子2从主体配件3的后端侧向前端侧插入，在绝缘子2自身的台阶部14被卡定在主体配件3的台阶部21的状态下，将主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧铆接，SP通过形成上述铆接部20而固定于主体配件3。并且，在两个台阶部14、21之间存在圆环状的密封片22。由此，保持燃烧室内的气密性，以使暴露于燃烧室内的绝缘子2的长腿部13与主体配件3的内周面之间的间隙中所进入的燃料气体不泄漏到外部。
[0099]而且，为了通过铆接实现更彻底的密闭，在主体配件3的后端侧环状的环部件23、24介于主体配件3与绝缘子2之间，在环部件23、24之间填充滑石(talc)25的粉末。SP，主体配件3通过密封片22、环部件23、24以及滑石25保持绝缘子2。
[0100]另外，在主体配件3的前端部26接合有呈棒状的接地电极27的一端。在本实施方式中，接地电极27由一根电极构成，接地电极27自身的中间部弯曲，前端部侧面与中心电极5的前端面(贵金属端头31)相对。另外，接地电极27由Ni合金〔例如，"INC0NEL"600或者“INC0NEL”601等(均为商标名)〕形成的外层27A、和热传导性比上述Ni合金更优良的金属即铜合金或纯铜等形成的内层27B构成。而且，中心电极5 (贵金属端头31)的前端面与接地电极27的前端部(另一端部)之间形成火花放电间隙33，在该火花放电间隙33中大致沿着轴线CLl的方向进行火花放电。
[0101]接着，对本发明的特征部分即衬垫18的结构进行说明。
[0102]衬垫18由预定的热传导性优良的金属(例如，以铜为主要成分的合金等)形成，形成实心环状。另外，如图2所示，为了防止衬垫18从主体配件3脱落，衬垫18的内径被设为比外螺纹部15的螺纹直径小。
[0103]而且，衬垫18的前端面(位于轴线CLl方向前端侧的面)18F形成从径向外侧朝向径向内侧并向轴线CLl方向后端侧倾斜的倾斜部18A。该倾斜部18A自身的最外周部分(在本实施方式中，将倾斜部18A向外周侧延伸的虚拟面与将衬垫18的外侧面18G向轴线CU方向前端侧延伸的虚拟面相交的部分)与最内周部分之间的沿轴线CLl的距离L设为0.02mm 以上 0.1 2mm 以下。
[0104]除此之外，在衬垫18的前端面18F中，在比上述倾斜部18A靠内周侧形成有凹状的槽部18B。在包括轴线CLl的剖面中，沿与轴线CLl正交的方向对衬垫18所占有的区域进行三等分时，该槽部18B形成在位于最内周侧的区域。另外，如图3 (图3是图1的J 一J线的剖视图)所示，槽部18B以轴线CLl为中心(也可以偏移稍许)形成为环状。
[0105]返回图2，虽然在衬垫18的前端面18F与外侧面18G之间形成凸状的弯曲面部18W，但是也可以将上述弯曲面部18W的曲率半径设为比较小，以使衬垫18的前端面18F与外侧面18G之间成为有棱角的形状。具体地说，在包含轴线CLl的剖面中，可以将弯曲面部18W的曲率半径R设为0.2mm以下。并且，弯曲面部18W的曲率半径也可以不必恒定。在曲率半径不恒定的情况下，所谓“曲率半径R”是指在包含轴线CLl的剖面中、经过衬垫18的外侧面18G以及弯曲面部18W的边界点、衬垫18的前端面18F以及弯曲面部18W的边界点、和在弯曲面部18W的外形线上位于上述两边界点的中央的点的虚拟圆的半径。另外，如图4所示，也可以在衬垫18中沿轴线CLl方向位于最前端侧的部位(即，倾斜部18A的外周侧)，设置向轴线CLl方向前端侧突出的环状突部18P。
[0106]而且，在本实施方式中，如图5 (为图示的方便，省略了阴影线)所示，沿着轴线CLl的衬垫18的厚度T被设为1.0mm以上且2.0mm以下。并且，所谓“厚度T”是指在包含轴线CU的剖面中，从衬垫18的外侧面18G的最外周部MO到衬垫18的内侧面沿与轴线CLl正交的方向画线段SI，在分别求得该线段SI的三等分点P1、P2时，在上述三等分点Pl、P2中通过外周侧的点Pl的位置的沿着衬垫18的轴线CLl的厚度。即，所谓“厚度T”是指在衬垫18中除了槽部18B或弯曲面部18W等厚度局部不同的部位以外的部位的厚度。
[0107]同时，在本实施方式中，衬垫18的硬度为维氏硬度的60Hv以上且150Hv以下。并且，衬垫18的硬度是指，在包括轴线CLl的剖面中，从衬垫18的后端面到前端面18F之间沿着轴线CLl延伸，且在画通过上述点Pl的线段S2时，位于该线段S2的中点P3的部分的硬度。即，衬垫18的硬度是指在衬垫18中除了槽部18B的附近等硬度能够大幅度地变动的部位之外的部位的硬度。
[0108]而且，如图6所示，在包含衬垫18的中心轴CL2的剖面中，上述衬垫18的剖面区域的从最内周部到最外周部的沿着与上述中心轴CL2正交的方向的宽度W为2.7mm以下。并且，所谓衬垫18的中心轴CL2是指在衬垫18的中心设置的孔部18H中，连接位于轴线CLl方向前端侧的开口的中心与位于轴线CLl方向后端侧的开口的中心的直线。另外，在本实施方式中构成为，轴线CLl与衬垫18的中心轴CL2 —致。[0109]除此之外，还形成有外螺纹部15和内螺纹部FS，用于将火花塞I组装到燃烧装置中，如图7所示，在将火花塞I的外螺纹部15与在燃烧装置EN的安装孔HO中形成的内螺纹部FS螺合时，使火花放电间隙33的中心相对于燃烧室ER的内壁面IW的位置配置在预定的相对位置。并且，所谓火花放电间隙33的中心是指连接了隔着火花放电间隙33相对的中心电极5 (贵金属端头31)以及接地电极27的两个相对面各自的中心(重心)的线段的中点。
[0110]接着，对按照上述构成的火花塞I的制造方法进行说明。
[0111]首先，预先加工主体配件3。即，对圆柱状的金属原材料(例如，铁类原材料或不锈钢原材料)通过冷锻加工等形成大致形状，且形成贯通孔。其后，通过实施切削加工对外形进行整形，得到主体配件中间体。
[0112]接着，在主体配件中间体的前端面通过电阻焊接焊接了由Ni合金等构成的直棒状的接地电极27。在进行该焊接时，由于发生所谓的“塌边”，在除去该“塌边”之后，在主体配件中间体的预定部位通过滚丝形成外螺纹部15。由此，得到了焊接了接地电极27的主体配件3。并且，在外螺纹部15的滚丝时，外螺纹部15相对于接地电极27的接合位置的切入位置和切出的相对位置与在燃烧装置EN的安装孔HO中形成的内螺纹部FS的切入位置等对应地设定。即，通过滚丝形成外螺纹部15，以使在将火花塞I的外螺纹部15与燃烧装置EN的安装孔HO螺合时，接地电极27相对于燃烧装置EN配置在恒定的相对位置。
[0113]接着，对焊接了接地电极27后的主体配件3实施镀锌或者镀镍。并且，为了提高耐腐蚀性，也可以在其表面进一步实施铬酸盐处理。
[0114]另一方面，除了上述主体配件3之外，还预先对绝缘子2进行成形加工。即，使用例如以氧化铝为主体且包含粘结剂等的原料粉末，调制成形用基础颗粒物，且使用该成形用基础颗粒物进行橡胶冲压成形，得到筒状的成形体。并且，对得到成形体，实施研削加工进行整形，且用烧结炉对整形后的成形体进行烧结，由此得到绝缘子2。
[0115]另外，除了上述主体配件3、绝缘子2之外，还预先制造中心电极5。S卩，锻造加工Ni合金来制作中心电极5，并在在中央部配置用于提高散热性的铜合金等。接着，通过激光焊接等使由贵金属合金构成的贵金属端头31与中心电极5的前端部接合。
[0116]接着，将通过上述得到的绝缘子2、中心电极5、电阻体7及端子电极6通过玻璃密封层8、9进行密封固定。作为玻璃密封层8、9 一般地调制混合硼娃酸玻璃和金属粉末,将该调制后的混合物以夹持电阻体7的方式注入绝缘子2的轴孔4内后，从后方按压端子电极6，通过在烧结炉内加热烧结凝固。并且，与此同时，也可以在绝缘子2的后端侧主体部10表面烧结釉层，也可以预先形成釉层。
[0117]然后，将具备以上述方式分别制作的中心电极5以及端子电极6的绝缘子2和具备接地电极27的主体配件3固定。更详细地说，绝缘子2插通于主体配件3后，对壁厚形成得比较薄的主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧铆接，即通过形成了上述铆接部20，来固定绝缘子2和主体配件3。
[0118]接着，在主体配件3的螺纹颈17的外周安装衬垫18。首先，对以Cu为主要成分的轧制加工后的铜合金板实施冲裁加工等，由此得到两端面(前端面以及后端面)形成为平坦状(即，不形成倾斜部18A等)的环状金属板。并且，在所得到的金属板的前端面与外侧面之间的面，随着上述加工形成些许弯曲的形状(即，弯曲面部18W)或向前端侧突出的突部18P。并且，如图8 (a)所示，将主体配件3插通于所得到的金属板MB，在螺纹颈17的外周侧配置上述金属板MB。接着，如图8 (b)所示，将具有与槽部18B对应的环状突出部PR、和与倾斜部18A对应的、从外周侧朝向内周侧并向轴线CLl方向后端侧倾斜的锥部TP的夹具JG沿轴线CLl方向以预定的载荷(例如，1.1吨?1.8吨左右)推压在上述金属板MB的前端面。由此，金属板MB成形为具有倾斜部18A以及槽部18B的衬垫18，进而通过使衬垫18的内径比外螺纹部15的螺纹直径更小，在螺纹颈17的外周安装衬垫18。
[0119]接着，使接地电极27向中心电极5侧弯曲，通过调整在中心电极5与接地电极27之间形成的火花放电间隙33的大小，得到上述火花塞I。
[0120]如以上详细的描述，根据本实施方式，在衬垫18的前端面18F设置倾斜部18A，且倾斜部18A的最外周部分和最内周部分之间的沿轴线CLl的距离为0.02mm以上。因此,在将火花塞I组装到燃烧装置EN中时，仅倾斜部18A的外周部分与燃烧装置EN的底座面接触产生楔效应，能够进一步抑制衬垫18相对于上述底座面的滑动。其结果，能够有效地抑制从上述底座面产生铝粉等金属粉末，能够实现衬垫18的前端面18F与燃烧装置EN的底座面之间的摩擦状态的稳定化。
[0121]另外，由于倾斜部18A的上述距离L为0.12mm以下，并且衬垫18的厚度T为2.0mm以下，所以在将火花塞I组装到燃烧装置EN中时，能够更可靠地使衬垫18的倾斜部18A(翘曲)沿上述底座面变形(矫正)。
[0122]如上所述，根据本实施方式，能够比较的容易地使衬垫18变形，且能够实现衬垫18的前端面18F与燃烧装置EN的底座面之间的摩擦状态的稳定化。其结果，在以预定的紧固转矩将火花塞I组装到燃烧装置EN中时，能够使主体配件3的前端部相对于燃烧室ER的沿轴线CLl的相对位置高精度地定位，能够进一步使接地电极27相对于燃烧室ER(火花放电间隙33的中心)更可靠地配置在恒定的位置。
[0123]同时，由于弯曲面部18W的曲率半径R充分小，为0.2mm以下，所以在将火花塞I组装到燃烧装置EN中时，弯曲面部18W容易卡紧在燃烧装置EN的底座面，能够进一步抑制衬垫18相对于上述底座面的滑动。其结果，能够实现衬垫18的前端面18F与上述底座面之间的摩擦状态的稳定化，能够更高精度地定位接地电极27相对于燃烧室ER的相对位置。
[0124]而且，由于衬垫18的硬度为60Hv以上，所以能够有效地抑制衬垫18的热变形，能够更可靠地防止火花塞I的松弛。其结果，能够更可靠地防止燃烧室内的气密性的降低，使高精度定位后的接地电极27相对于燃烧室ER的相对位置能够维持很长期间。
[0125]另外，由于衬垫的厚度T充分厚，为1.0mm以上，所以能够更可靠地防止形成槽部18B时衬塾18的损坏，能够实现成品率的提闻。
[0126]除此之外，由于衬垫18的硬度为150Hv以下，能够抑制夹具JG随着槽部18B的形成而导致的损伤，能够提高加工性。
[0127]另外，如本实施方式所述，由一根电极构成接地电极27，仅形成一个火花放电间隙33的情况下，以燃料喷射装置和火花放电间隙33之间存在接地电极27的位置关系将火花塞I组装到燃烧装置EN中时，妨碍了混合气体向火花放电间隙33的供给，存在使点火性能极端地降低的顾虑。可是，根据本实施方式，在将火花塞I组装到燃烧装置EN中时，更可靠地将接地电极27相对于燃烧室ER配置在恒定的位置。因此，能够更可靠地防止点火性能的降低。换句话说，相对于上述燃烧室ER高精度地定位接地电极27的相对位置的结构，在由一根电极构成接地电极27，仅形成一个火花放电间隙33的火花塞I中，特别有意义。
[0128]接着，为了确认由上述实施方式所达到的作用效果，制作具有衬垫的火花塞样品，对于各样品进行定位精度评价试验，该衬垫的倾斜部的最外周部分和最内周部分之间沿着轴线的距离L被施以各种变更。定位精度评价试验的概要如下。即，以预定的紧固转矩将样品组装到模拟燃烧装置的预定的铝制试验台时，测定中心电极前端面相对于目标标准位置的沿着轴线CLl的位置偏移量。其中，对于位置偏移量不足0.1mm的样品，相对于燃烧装置能够高精度地定位主体配件前端部(接地电极)的位置，做出“〇”的评价。另一方面，对于位置偏移量为0.1mm以上且不足0.2mm的样品，定位精度稍微劣化，做出“A”的评价，对于位置偏移量为0.2mm以上的样品，定位精度劣化，做出“ X ”的评价。并且，作为样品，准备了将外螺纹部的螺纹直径设为M12且将衬垫的宽度W设为2.8mm的样品以及将外螺纹部的螺纹直径设为MlO且将衬垫的宽度W设为2.7mm的样品。在表1中，示出了外螺纹部的螺纹直径被设为Ml2，衬垫的宽度W设为2.8mm的样品的试验结果，在表2中示出了外螺纹部的螺纹直径被设为M10，衬垫的宽度W被设为2.7mm的样品的试验结果。并且，对于各个样品，从沿着轴线CLl的主体配件的顶端到中心电极的顶端的距离(突出量)均为4mm。另外，在各个样品的衬垫中设置弯曲面部，其曲率半径R被设为0.1mm或0.3_。除此之外，通过调节形成槽部时夹具的载荷来变更上述距离L (表1以及表2同时表示了作为参考形成槽部时的载荷)。而且，设衬垫的维氏硬度80Hv，衬垫的厚度T被设为2.0mm以下。
[0129][表1]
[0130]螺纹直径=Ml2，ff=2.8mm
【权利要求】
1.一种火花塞，具备沿着轴线延伸的筒状的主体配件和在上述主体配件的外周设置的金属制的实心环状的衬垫， 上述主体配件具有: 外螺纹部，形成在该主体配件自身的前端侧外周；以及 底座部，形成在比上述外螺纹部靠后端侧，并向径向外侧膨出， 上述衬垫的内径比上述外螺纹部的螺纹直径小，并且上述衬垫设置在上述外螺纹部及上述底座部之间，其特征在于， 上述衬垫的前端面具有从径向外侧朝向径向内侧并朝向上述轴线方向后端侧倾斜的倾斜部， 上述衬垫沿着上述轴线的厚度为2.0mm以下， 上述倾斜部的最外周部分与最内周部分之间的沿着上述轴线的距离为0.02mm以上且为0.12mm以下， 上述衬垫的维氏硬度为60Hv以上。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 在上述衬垫的前端面与外侧面之间形成有凸状的弯曲面部， 在包含上述轴线的剖面中，上述弯曲面部的曲率半径为0.2mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 在上述倾斜部的外周侧设置有向`上述轴线方向前端侧突出的突部。
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， 上述衬垫在比上述倾斜部靠内周侧具有以上述轴线为中心的环状的槽部， 沿着上述轴线的上述衬垫的厚度为1.0mm以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的火花塞，其特征在于， 上述衬垫的维氏硬度为150Hv以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的火花塞，其特征在于， 具备: 绝缘体，设置在上述主体配件的内周，并具有在上述轴线方向贯通的轴孔； 中心电极，设置在上述轴孔的前端侧；以及 棒状的接地电极，固定在上述主体配件上，且在该接地电极自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成火花放电间隙， 上述接地电极由一根电极构成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的火花塞，其特征在于， 具备: 绝缘体，配置在上述主体配件的内周，并具有在上述轴线方向贯通的轴孔； 中心电极，设置在上述轴孔的前端侧；以及 棒状的接地电极，固定在上述主体配件上，且在该接地电极自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成火花放电间隙， 上述接地电极由下述部件构成: 一根主电极，在与上述中心电极的前端面之间形成上述火花放电间隙；以及 副电极，该副电极自身的前端部与上述绝缘体的前端部或者上述中心电极的前端部侧面相对，且该副电极比上述主电极短。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的火花塞，其特征在于， 具备: 绝缘体，设置在上述主体配件的内周，并具有在上述轴线方向贯通的轴孔； 中心电极，设置在上述轴孔的前端侧；以及 棒状的接地电极，固定在上述主体配件上，且在该接地电极自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成火花放电间隙， 上述接地电极由隔着上述轴线相对的两根电极构成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的火花塞，其特征在于， 在包括上述衬垫的中心轴的剖面中，从上述衬垫的剖面区域的最内周部到最外周部的沿着与上述中心轴正交的方向的宽度为2.7mm以下。
10.一种火花塞的组装构造，通过将权利要求1-9中任一项所述的火花塞组装到燃烧装置的内螺纹部而构成，其特征在于， 上述火花塞，具备: 绝缘体，设置在上述主体配件的内周，并具有在上述轴线方向贯通的轴孔； 中心电极，设置在上述轴孔的前端侧；以及 接地电极，固定在上述主体配件的前端部，在该接地电极自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成火花放电间隙， 形成上述主体配件的外螺纹部和上述燃烧装置的内螺纹部，以在上述火花塞组装到上述燃烧装置的状态下，上述火花塞的上述火花放电间隙的中心位置相对于上述燃烧装置的燃烧室的内壁面配置在规定的相对位置。
【文档编号】H01T13/08GK103503256SQ201280020751
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月9日 优先权日:2011年4月28日
【发明者】宫下直道, 中野雄一 申请人:日本特殊陶业株式会社