火花塞的制作方法

本发明涉及火花塞。

背景技术：

在内燃机中使用的火花塞通常具备：筒状的主体配件；筒状的绝缘体，配置于该主体配件的内孔；中心电极，配置于该绝缘体的前端侧轴孔；端子配件，配置于该绝缘体的另一端侧轴孔；及接地电极，一端接合于主体配件的前端侧，另一端与中心电极相对而形成火花放电间隙。此外，在绝缘体的轴孔内的中心电极与端子配件之间，设置有包含用于降低噪声的电阻件的玻璃密封部(也称为“导电性密封部”)。

典型的玻璃密封部通过利用热压对包含电阻件粉末和玻璃粉末的玻璃密封用粉末材料进行压缩而形成。在热压时，首先将中心电极、玻璃密封用粉末材料以及端子配件依次插入绝缘体的轴孔，当利用热压对它们进行压缩后，玻璃密封用粉末材料致密化。通过该致密化，玻璃密封部的电阻件的性能(载荷寿命特性等)升高，此外，玻璃密封部与中心电极以及端子配件紧贴而发挥耐冲击性(冲击缓和性)、气密性。

近年来，伴随着内燃机的开发而要求火花塞的小径化。若火花塞小径化，则绝缘体的外径也会变小，因此除了绝缘体可能变得容易破裂这一问题之外，还可能会产生如下所述的各种问题。

第一，设想即使绝缘体的外径变小，也将绝缘体的轴孔的内径维持在与以往相同的程度的情况。在这种情况下，绝缘体的壁厚与绝缘体的外径的变小量相应地变薄。因此，耐电压性能下降和/或绝缘体不能承受热压时的内压而发生破裂的可能性升高。但是，在这种情况下，由于绝缘体的轴孔的内径与以往相同，因而端子配件也能使用与以往相同外径的结构，具有在热压时能够将与以往相同程度的载荷向玻璃密封用粉末材料传递这一优点。

第二，设想为了在绝缘体的外径变小时确保绝缘体的壁厚而减小绝缘体的轴孔的直径的情况。在这种情况下，插入绝缘体的轴孔的端子配件也相应地变细。若端子配件变细，则端子配件可能不能承受热压时的载荷从而导致端子配件弯曲。若端子配件弯曲，则热压时的载荷无法传递到玻璃密封用粉末材料，存在不能得到足够的性能(例如，耐冲击性、电阻件性能)的可能性。但是，在这种情况下，由于能够将绝缘体的壁厚维持在与以往相同的程度，因而绝缘体的耐电压性能也相同，此外，具有难以发生热压时的绝缘体的破裂这一优点。

为了解决上述的第一和第二情况下的问题，已知有在玻璃密封部的中途设置缩径部的技术(专利文献1)。在专利文献1中，在绝缘体的大直径部(凸边部)的内部设置有玻璃密封部的外径(即，绝缘体的轴孔直径)朝向火花塞的前端侧而缩小的缩径部。在该构成中，既能确保处于比绝缘体的大直径部靠前端侧处的中间主体部的绝缘体壁厚，又能使供端子配件插入的部分的绝缘体的轴孔直径较大，因此能够将端子配件的外径维持得较大。其结果是，即使在热压时端子配件也不容易弯曲，不容易产生因端子配件的弯曲而出现玻璃密封用粉末材料的压缩不足这一问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2009-541916号公报

技术实现要素：

然而，为了使火花塞的形状根据应用的发动机而实现最优化，塞子形状(产品编号)涉及许多方面。若假设如专利文献1那样为了防止绝缘体的破裂而将玻璃密封部的缩径部的位置固定于绝缘体的大直径部的内侧，则可能产生各种各样的问题。即，若将玻璃密封部的缩径部的位置固定于绝缘体的大直径部的内侧，则由于玻璃密封部的长度根据火花塞形状而变化，因此需要针对每个产品编号而大幅变更玻璃密封用粉末材料的量。此外，若玻璃密封部内的电阻件部分的长度根据产品编号而不同，则为了在不同的产品编号中呈现出相同的电阻值，需要使用电阻率不同的电阻件用粉末材料，因此应该准备的电阻件用粉末材料的种类也变得庞大。

需要说明的是，最近，具有期望火花塞长化(长条化)的倾向。因此，在将玻璃密封部的缩径部设置于绝缘体的大直径部的内侧的情况下，可能需要使玻璃密封部的整体更长。当玻璃密封部较长时，热压时的行程也会变长，当行程较长时，难以将端子配件垂直地插入，因此可能产生生产率降低这一问题。

从以上的种种情况来看，期望有一种不将玻璃密封部(导电性密封部)的缩径部的位置固定于绝缘体的大直径部(凸边部)的内侧就能够降低在将玻璃密封部填充到绝缘体的轴孔内时绝缘体发生破裂的可能性的技术。

本发明是为了解决上述问题而完成的发明，能够作为以下的方式实现。

(1)根据本发明的一方式，提供一种火花塞，具备：绝缘体，具有沿轴线的方向延伸的轴孔；中心电极，被保持在所述轴孔的一端侧；端子配件，被保持在所述轴孔的另一端侧；导电性密封部，填充于所述绝缘体的所述轴孔内而将所述中心电极与所述端子配件电连接；以及主体配件，收容所述绝缘体。所述导电性密封部具有：大径密封部；小径密封部，设置于比所述大径密封部靠前端侧处，且外径比所述大径密封部小；以及缩径密封部，设置于所述大径密封部与所述小径密封部之间。所述绝缘体具有：凸边部；第一中间主体部，设置于比所述凸边部靠前端侧处，且外径比所述凸边部小；第二中间主体部，设置于比所述第一中间主体部靠前端侧处，且外径比所述第一中间主体部小；以及腿部，设置于比所述第二中间主体部靠前端侧处，且外径朝向前端而缩小。该火花塞的特征在于，所述缩径密封部配置于所述第一中间主体部的内部。

在收容缩径密封部的绝缘体部分的壁厚较小的情况下，收容处于比缩径密封部靠后端侧处的大径密封部的绝缘体部分的壁厚可能会变得过小而导致在将导电性密封部填充到绝缘体的轴孔内时绝缘体发生破损。根据上述方式的火花塞，由于收容缩径密封部的第一中间主体部的外径比第二中间主体部大，因此能够降低在将导电性密封部填充到绝缘体的轴孔内时绝缘体发生破损的可能性。

(2)在上述火花塞中，可以是，设置于所述主体配件的外周面的螺纹部的公称直径为m10以下，所述小径密封部的外径为3.5mm以下，并且所述端子配件的前端部的外径比所述小径密封部的外径大。

若小径密封部的外径为3.5mm以下，则能够使处于小径密封部的外侧的绝缘体部分的壁厚足够大，因而能够降低在将导电性密封部填充到绝缘体的轴孔内时绝缘体发生破损的可能性。此外，由于端子配件的前端部的外径比小径密封部的外径大，因而能够降低产生在将导电性密封部填充到绝缘体的轴孔内时端子配件发生弯曲这一不良情况的可能性。

(3)在上述火花塞中，可以是，所述端子配件的前端配置于所述缩径密封部的内部。

根据该火花塞，在将导电性密封部填充到绝缘体的轴孔内时，处于比缩径密封部靠前端侧处的小径密封部以足够大的材料压缩率被压缩，因而能够使导电性密封部的导电性足够高。

(4)在上述火花塞中，可以是，所述导电性密封部包括：电阻件相，由电阻件形成；和后端密封相以及前端密封相，配置于所述电阻件相的后端侧以及前端侧，且由玻璃密封部件形成，所述缩径密封部由所述后端密封相形成。

在比缩径密封部靠前端侧处，即使端子配件的载荷较小，由于单位面积的载荷因截面积降低而升高，因而也能受到足够的压缩，但在缩径密封部的后端侧得不到由截面积降低带来的效果。因此，若将噪声降低效果大的电阻件相配置于缩径密封部的前端侧，并在处于其后端的密封相中缩径，则后端密封变成由端子配件直接压缩，并且前端密封相和电阻件相能够受到充分的压缩。需要说明的是，后端密封相与电阻件相相比压力传播较好，即使不缩径也能够受到充分的压缩，因此能够得到足够的导电性。

(5)在上述火花塞中，可以是，所述小径密封部的外径相对于所述大径密封部的外径的比值为0.75以上且0.90以下。

大径密封部与小径密封部的外径之差(即截面积之差)越大，则将导电性密封部填充到绝缘体的轴孔内时的密封部的材料压缩率越上升，其导电性也上升。因此，小径密封部的外径相对于大径密封部的外径的比值优选为0.90以下。另一方面，若该比值小于0.75，则缩径密封部的锥度变大，填充时的压入阻力会变得过大，因此外径的比值优选为0.75以上。

需要说明的是，本发明能够以各种各样的形态来实现。例如，能够以火花塞以及火花塞的制造方法等的方式来实现。

附图说明

图1是表示实施方式的火花塞的构成的说明图。

图2是表示拆下主体配件后的状态的说明图。

图3是将实施方式与比较例的构造进行比较而示出的说明图。

图4是表示火花塞的变形例的构成的说明图。

图5是表示热压时的绝缘体的破裂试验结果的图。

图6是表示导电性密封部的压缩状态的试验结果的图。

具体实施方式

图1是表示作为本发明的一实施方式的火花塞1的整体构成的说明图。将图1的下侧(点火部侧)称为火花塞1的前端侧，将上侧称为后端侧。该火花塞1具备：绝缘体3，具有沿轴线o方向延伸的轴孔2；中心电极4，被保持在轴孔2的前端侧；端子配件5，被保持在轴孔2的后端侧；导电性密封部60，在轴孔2内将中心电极4与端子配件5电连接；主体配件7，收容绝缘体3；以及接地电极8，被配置成一端接合于主体配件7的前端面，并且另一端经由间隙与中心电极4相对。

主体配件7具有大致圆筒形状，以收容绝缘体3而保持的方式形成。在主体配件7中的前端方向的外周面上形成有螺纹部9，利用该螺纹部9将火花塞1安装于未图示的内燃机的汽缸盖。螺纹部9具有与所谓的“公称直径”对应的尺寸以及形状。典型的火花塞中的螺纹部9的公称直径为m8、m10、m12、m14以及m18等。

绝缘体3经由滑石10以及垫片11保持于主体配件7的内周部，以绝缘体3的前端部从主体配件7的前端面突出的状态固定于主体配件7。绝缘体3的轴孔2被区分为内径不同的几个部分。即，在轴孔2的中央附近设置有供端子配件5的前端插入的第一中径轴孔部21，进而，在第一中径轴孔部21的前端侧依次设置有第一轴孔台阶部22、第二中径轴孔部23、第二轴孔台阶部24以及小径轴孔部25。第一轴孔台阶部22和第二轴孔台阶部24都是轴孔2的内径向前端侧缩径的部分。因此，内径具有第一中径轴孔部21>第二中径轴孔部23>小径轴孔部25的关系。小径轴孔部25收容有中心电极4。在本实施方式的绝缘体3的轴孔2中，在从第二中径轴孔部23的前端(即第二轴孔台阶部24的位置)到第一中径轴孔部21的中途的范围内收容有导电性密封部60。关于导电性密封部60的构成将在后面叙述。绝缘体3优选为具有足够的机械强度、热强度以及电气强度的材料，作为这样的材料，例如可以使用以氧化铝为主体的陶瓷烧结体。

中心电极4中，设置于其后端的大径的凸缘部47卡定于绝缘体3的第二轴孔台阶部24，中心电极4在中心电极4的前端从绝缘体3的前端面突出的状态下相对于主体配件7绝缘保持。中心电极4优选由具有足够的热传导性和机械强度的材料形成，例如，由inconel(商标名)等ni基合金形成。中心电极4的轴心部也可以由cu或ag等热传导性优良的金属材料形成。

接地电极8形成为一端接合于主体配件7的前端面，在中途弯曲为大致l字状，且其前端部隔着间隙与中心电极4的前端部相对。接地电极8由与形成中心电极4的材料相同材料形成。

在中心电极4和接地电极8相对的面设置有由铂合金以及铱合金等形成的贵金属电极头41、81。在各贵金属电极头41、81之间形成有火花放电间隙g。需要说明的是，也可以省略中心电极4以及接地电极8的一方或双方的贵金属电极头。

端子配件5是用于从外部向中心电极4施加电压的端子，该电压是用于在中心电极4与接地电极8之间进行火花放电的电压。端子配件5的前端部52具备凹凸状的表面，在图1的形态下，对前端部52的外周面实施了滚花加工。当前端部52的表面具有通过滚花加工而形成的凹凸构造时，端子配件5与导电性密封部60之间的密合性变得良好，其结果是，端子配件5与绝缘体3被牢固地固定。端子配件5例如由低碳素钢等形成，在其表面通过镀敷等形成有ni金属层。

导电性密封部60在绝缘体3的轴孔2内配置于中心电极4与端子配件5之间，将中心电极4和端子配件5电连接。导电性密封部60具有后端密封相61、处于后端密封相61的前端侧的电阻件相62以及处于电阻件相62的前端侧的前端密封相63。后端密封相61以及前端密封相63例如通过使由金属粉末和玻璃的混合物形成的密封用混合粉末加热溶融而形成。电阻件相62例如通过使碳粉末、金属粉末、玻璃粉末以及氧化物粉末等电阻件用混合粉末加热溶融而形成。更具体而言，导电性密封部60通过热压而以如下的方式形成。首先，将中心电极4插入到绝缘体3的轴孔2内，接着，依次分别填充前端密封相63、电阻件相62以及后端密封相61的粉末材料并按压之后，将端子配件5插入轴孔2。然后，一边从后端侧按压端子配件5一边与绝缘体3一起对整体进行加热而使粉末材料溶融之后，进行冷却。其结果是，在端子配件5的前端部52粘着于后端密封相61，并且中心电极4的凸缘部47粘着于前端密封相63的状态下，形成致密化的导电密封部60。通过该致密化，电阻件相62的性能(载荷寿命特性等)升高，此外，导电性密封部60与中心电极4以及端子配件5粘着而发挥耐冲击性(冲击缓和性)、气密性。

图2是表示从图1的火花塞1拆下了主体配件7后的状态的说明图。绝缘体3的外形形状具有外径不同的如下部分。

·凸边部31：设置于绝缘体3的中央附近的外径最大的部分。

·第一中间主体部32：设置于凸边部31的前端侧且外径比凸边部31小的部分。

·第一缩径部33：设置于第一中间主体部32的前端侧且外径朝向前端侧变小的部分。

·第二中间主体部34：设置于第一缩径部33的前端侧且外径比第一中间主体部32小的部分。

·中间主体部35：将第一中间主体部32、第一缩径部33以及第二中间主体部34合起来的整体。

·第二缩径部36：设置于第二中间主体部34的前端侧且外径朝向前端侧变小的部分。

·腿部37：设置于第二缩径部36的前端侧且外径朝向前端侧呈锥状缩小的部分。

需要说明的是，在本说明书中，“外径”是指“直径”。截面不是正圆的部件的“外径”是指该截面的当量圆直径。

收容导电性密封部60的绝缘体3的轴孔2的范围包括前述的第一中径轴孔部21、第一轴孔台阶部22以及第二中径轴孔部23。导电性密封部60能够对应于绝缘体3的轴孔2的区分而如以下那样区分。

·大径密封部65：处于第一中径轴孔部21的内部的密封部分。

·缩径密封部66：处于第一轴孔台阶部22的内部的密封部分。

·小径密封部67：处于第二中径轴孔部23的内部的密封部分。

需要说明的是，虽然在图2的例子中，大径密封部65包括电阻件相62的一部分和后端密封相61，小径密封部67包括电阻件相62的一部分和前端密封相63，但它们的对应关系能够变更。

在本实施方式中，缩径密封部66配置于绝缘体3的中间主体部35中外径较大的第一中间主体部32的内部。该第一中间主体部32与设置于其前端侧的第二中间主体部34相比外径较大。若将缩径密封部66这样配置于第一中间主体部32的内部，则与将缩径密封部66配置于第二中间主体部34的内部的情况相比，能够确保收容处于缩径密封部66的后端侧的大径密封部65的绝缘体部分的最小厚度较大。假设在收容缩径密封部66的绝缘体部分的壁厚较小的情况下(例如缩径密封部66配置于第二中间主体部34的内部的情况)，存在收容处于比缩径密封部66靠后端侧处的大径密封部65的绝缘体部分的最小壁厚变得过小的可能性。因此，在这种情况下，在填充导电性密封部60时绝缘体3有可能发生破裂。另一方面，根据本实施方式，由于收容缩径密封部66的第一中间主体部32的外径比第二中间主体部34大，因而能够确保收容大径密封部65的绝缘体部分的壁厚足够大，能够降低在填充导电性密封部60时(热压时)绝缘体3发生破裂的可能性。需要说明的是，为了在热压时向导电性密封部60施加足够的载荷，优选使端子配件5的前端部52的外径比小径密封部67的外径大。

图3是将实施方式和比较例的构造进行比较而示出的说明图。图3(e)表示与图2相同的实施方式的构造，图3(a)～(d)都表示构造分别不同的比较例。各比较例的构造的特征如下。

(1)第一比较例：图3(a)

与图3(e)的不同点在于，在导电性密封部60中不存在缩径密封部66，导电性密封部60在其整个长度范围内具有同一外径。在该第一比较例的构造中，由于导电性密封部60的后端部的外径和端子配件5的外径比图3(e)小，因而在填充导电性密封部60时(热压时)难以向导电性密封部60传递足够的载荷。

(2)第二比较例：图3(b)

在中间主体部35的内部配置有缩径密封部66这一点与图3(e)相同，但在中间主体部35中不存在外径差这一点与点图3(e)不同。在该第二比较例的构造中，由于收容大径密封部65的绝缘体部分的最小壁厚较小，因而在填充导电性密封部60时绝缘体3有可能发生破裂。

(3)第三比较例：图3(c)

在中间主体部35设置有第一缩径部33并且在导电性密封部60设置有缩径密封部66这一点与图3(e)相同，但导电性密封部60的缩径密封部66不是配置于第一中间主体部32的内部而是配置于外径比第一中间主体部32小的第二中间主体部34的内部这一点与图3(e)不同。在该第三比较例的构造中也是同样，由于收容大径密封部65的绝缘体部分的最小壁厚较小，因而在填充导电性密封部60时绝缘体3有可能发生破裂。

(4)第四比较例：图3(d)

在导电性密封部60设置有缩径密封部66这一点与图3(e)相同，但在中间主体部35不存在外径差这一点以及缩径密封部66配置于凸边部31的内部这一点与图3(e)不同。在该第四比较例的构造中，由于收容大径密封部65的绝缘体部分的壁厚足够大，因而不会产生在填充导电性密封部60时绝缘体3发生破裂的问题。但是，如在现有技术中所说明那样，由于导电性密封部60的长度较大，因而热压时的行程变长，难以将端子配件5垂直地插入，因此可能会出现生产率降低的问题。

如上所述，根据本实施方式，由于收容缩径密封部66的第一中间主体部32的外径形成为比第二中间主体部34的外径大，因而能够降低在填充导电性密封部60时绝缘体发生破裂的可能性。此外，与不具有这样的特征的图3(a)～(d)的比较例相比，本实施方式具有如上所述的各种优点。

图4是表示火花塞的变形例的构成的说明图，是与上述的实施方式的图2对应的图。该变形例的火花塞1a在端子配件5的前端(前端部52的前端面)配置于缩径密封部66内这一点以及缩径密封部66又后端密封相61形成这一点上与上述实施方式不同，其他的构成与上述实施方式相同。根据该变形例的构造，在将导电性密封部60填充到绝缘体3的轴孔2内时，处于比缩径密封部66靠前端侧处的小径密封部67以足够大的材料压缩率被压缩，因而能够使导电性密封部60的导电性足够高。

在该火花塞1a中，使缩径密封部66由后端密封相61形成的理由如下。即，在比缩径密封部66靠前端侧处，即使端子配件5的载荷小，由于单位面积的载荷因截面积降低而升高，因而也能够受到足够的压缩，但在缩径密封部66的后端侧，则无法得到由截面积降低带来的效果。因此，若将噪声降低效果大的电阻件相62配置于缩径密封部66的前端侧，并在处于其后端的后端密封相61中缩径，则后端密封相61将变成由端子配件5直接压缩，并且前端密封相63和电阻件相62能够受到充分的压缩。需要说明的是，后端密封相61与电阻件相62相比压力传播较好，即使没有缩径也能受到充分的压缩，因此能够得到足够的导电性。

图5是表示与具有在图1以及图2中说明的构造的火花塞1相关的热压时的绝缘体3的破裂试验结果的图。在此，针对将螺纹部9的公称直径、小径密封部67的外径以及第二中间主体部34的壁厚作为参数的6种样品s01～s06，分别示出了以30根试样进行了试验的情况下的试验结果。在图5的右端栏中，“〇”表示绝缘体3完全没有发生破裂，“△”表示在一部分试样中绝缘体3发生了破裂。从该结果能理解到，样品s03之外的样品s01～s02、s04～s06在热压时完全没有观察到绝缘体3的破裂这一点上是优选的。其理由推定为在于，在这些样品s01～s02、s04～s06中，小径密封部67的外侧的第二中间主体部34的壁厚足够大。若考虑这一点，则第二中间主体部34的壁厚优选为1.4mm以上。需要说明的是，虽然在破裂性能上第二中间主体部34的壁厚越大则越好，但可以例如为2.4mm以下或2.2mm以下。

如图1以及图2所示，上述的样品s01～s06在端子配件5的前端部52的外径比小径密封部67的外径大这一点上是相同的。需要说明的是，若考虑火花塞的小径化的要求，则优选主体配件7的螺纹部9的公称直径为m10以下并且小径密封部67的外径为3.5mm以下。此外，更优选的是螺纹部9的公称直径为m10并且小径密封部67的外径为2.7mm以上且3.5mm以下。

图6是表示与具有在图1以及图2中说明的构造的火花塞1相关的导电性密封部60的压缩状态的试验结果的图。在此，针对将大径密封部65的外径和小径密封部67的外径作为参数的8种样品s11～s18，分别示出了以30根试样进行了试验的情况下的试验结果。需要说明的是，“外径比”是指小径密封部的外径相对于大径密封部65的外径的比值。在图6的右端栏中，“〇”表示通过热压实现的导电性密封部60的材料压缩率达到了基准值以上，“△”表示在一部分试样中导电性密封部60的材料压缩率没有达到基准值。根据该试验结果，在外径比的值为0.75以上且0.90以下的样品s11、s13～s15、s17以及s18中，在热压时导电性密封部60的材料压缩率足够高这一点上是优选的。需要说明的是，通常，大径密封部65与小径密封部67的外径之差(截面积之差)越大，则热压时的导电性密封部60的材料压缩率越上升，其导电性也上升。因此，小径密封部67的外径相对于大径密封部65的外径的比值优选为0.90以下。此外，当外径比值小于0.75时，缩径密封部66的锥度变大，填充导电性密封部60的材料时的压入阻力会变得过大，因此外径比值优选为0.75以上。

·其他的变形例

需要说明的是，此发明不限于上述的实施例和实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种形态来实施。

·变形例1：

作为火花塞，能够将具有图1、图2所示的构成之外的各种构成的火花塞应用于本发明。

标号说明

1、1a…火花塞

2…轴孔

3…绝缘体

4…中心电极

5…端子配件

7…主体配件

8…接地电极

9…螺纹部

10…滑石

11…垫片

21…第一中径轴孔部

22…第一轴孔台阶部

23…第二中径轴孔部

24…第二轴孔台阶部

25…小径轴孔部

31…凸边部

32…第一中间主体部

33…第一缩径部

34…第二中间主体部

35…中间主体部

36…第二缩径部

37…腿部

41…贵金属电极头

47…凸缘部

52…前端部

60…导电性密封部

61…后端密封相

62…电阻件相

63…前端密封相

65…大径密封部

66…缩径密封部

67…小径密封部