火花塞的制作方法
火花塞的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能够实现优异的耐电压性能且有效地抑制电阻体的电阻值增大的火花塞。火花塞包括：绝缘电瓷，其具有轴孔；主体金属外壳，其设于绝缘电瓷的外周；以及电阻体，其配置于轴孔内。绝缘电瓷具有台阶部，该台阶部卡定于主体金属外壳，电阻体位于比台阶部靠后端侧的位置。在将绝缘电瓷中的、位于包含绝缘电瓷的顶端的假想平面（VS1）与包含同主体金属外壳或板状密封件相接触的部位的顶端的假想平面（VS2）之间的顶端部的相对密度设为A（%）、将绝缘电瓷中的、位于假想平面（VS2）与包含电阻体的中心的假想平面（VS3）之间的中间部的相对密度设为B（%）时，满足93.90≤A且0.10≤A－B≤0.90。
【专利说明】火花塞
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种在内燃机等中使用的火花塞。
【背景技术】
[0002]火花塞安装于内燃机(发动机)等，为了对燃烧室内的混合气体等进行点火而使用。通常，火花塞包括:绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，其贯穿至轴孔的顶端侧；主体金属外壳，其设于绝缘体的外周；以及接地电极，其固定于主体金属外壳的顶端部。另外，在设于绝缘体的外周的台阶部直接卡定于主体金属外壳的内周或借助金属制的板状密封件卡定于主体金属外壳的内周的状态下，该绝缘体与主体金属外壳被固定。并且，在内燃机等工作时，绝缘体的顶端部接收到的热量主要自台阶部被引导向主体金属外壳侧。
[0003]并且，在接地电极的顶端部与中心电极的顶端部之间形成有火花放电间隙，通过向火花放电间隙施加高电压而产生火花放电，从而对混合气体等进行点火(例如，参照专利文献I等)。并且，为了抑制随着施加高电压而产生的电波杂音，有时在比上述台阶部靠后端侧且在轴孔内的比中心电极靠后端侧(也就是说，通向火花放电间隙的通电路径)的位置设有含有金属、玻璃的电阻体。
[0004]但是，近年来，为了实现应对燃料消耗提高、应对环境限制等，提出有实现了高增压、高压缩化等的发动机。在这样的发动机中，在发动机工作时，燃烧室内的压力较大，因而，为了产生火花放电所需的电压(放电电压)也较大。若放电电压较大，则在绝缘体中的比与主体金属外壳、板状密封件相接触的部位靠顶端侧(也就是说，尤其是壁厚较小的部位)的位置产生贯穿绝缘体的火花放电(贯穿放电)，有可能妨碍正常的火花放电(造成失火)。
[0005]因此，考虑通过进一步增大绝缘体的密度(相对密度)，从而提高绝缘体的耐电压性能，抑制产生贯穿放电。另外，以往，绝缘体的相对密度在各部位是均匀的。
[0006]专利文献1:日本特开2007 - 242588号公报
[0007]然而，在进一步增大了绝缘体的相对密度的情况下，绝缘体的导热率也会变大。因此，绝缘体顶端部接收的热量容易经由绝缘体中的比台阶部靠后端侧的部位向电阻体传导。其结果，电阻体中的金属、玻璃容易劣化，电阻体的电阻值有可能急剧增大。
【发明内容】
[0008]本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种能够实现优异的耐电压性能且有效地抑制电阻体的电阻值增大的火花塞。
[0009]以下，对适用于解决上述目的的各个结构逐项说明。另外，根据需要对所对应的结构备注特有的作用效果。
[0010]结构1.本结构的火花塞包括:绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，其以插入到上述轴孔的顶端侧的方式设置；主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及电阻体，其在上述轴孔内配置于比上述中心电极靠后端侧的位置，上述绝缘体具有台阶部，该台阶部直接卡定于上述主体金属外壳或借助环状的板状密封件卡定于上述主体金属外壳，上述电阻体位于比上述台阶部靠上述轴线方向后端侧的位置，该火花塞的特征在于，在将上述绝缘体中的、位于包含上述绝缘体的顶端的径向的假想平面与包含同上述主体金属外壳或上述板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为A (%)、将上述绝缘体中的、位于包含同上述主体金属外壳或上述板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面与包含电阻体的上述轴线方向上的中心的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为B (%)时，满足93.90 S A且0.10 < A — B < 0.90。
[0011 ] 此外，“相对密度”指的是绝缘体的实际密度与绝缘体的理论密度的比例。另外，“理论密度”指的是，将绝缘体中含有的各元素的含有量换算成氧化物并根据各氧化物的含有量按混合理论进行计算而得到的值，“实际密度”指的是用阿基米德法测量的绝缘体的实际的密度。在阿基米德法中，使用液体中的个体受到与等体积的重量相同的浮力的现象。也就是说，根据以在纯水中受到浮力的状态测量的试样的重量和在大气中以干燥状态测量的试样的重量获得对象的体积，根据获得的体积计算测量对象的密度。另外，在计算时，为了提高测量精度，考虑到因纯水的温度而发生的密度变化并进行了校正。
[0012]根据上述结构1，绝缘体中的、位于包含绝缘体的顶端的径向的假想平面与包含同主体金属外壳或板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面之间的部位(即，绝缘体中的尤其容易产生贯穿放电的部位，以下有时也称作绝缘体的顶端部)的相对密度A为93.90%以上。因而，能够更加可靠地防止产生贯穿放电。
[0013]并且，根据上述结构1，使绝缘体中的、位于包含同主体金属外壳或板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面与包括电阻体的轴线方向上的中心的径向的假想平面之间的部位(以下，有时也称作绝缘体的中间部)的相对密度B (%)满足0.10 < A — B。即，使绝缘体的中间部的相对密度B比绝缘体的顶端部的相对密度A小0.10%以上。因而，能够使绝缘体的中间 部的导热率相对较小，从而能够使绝缘体的顶端部接收的热量不易向电阻体传导。其结果，能够实现抑制电阻体的电阻值增大，能够实现电阻体的寿命增长。
[0014]另一方面，在绝缘体的顶端部和中间部的相对密度差过大的情况下，在沿与轴线相交差的方向对绝缘体施加载荷时，应力会集中于绝缘体的顶端部和中间部之间的交界部分，绝缘体有可能折损。
[0015]关于这一点，根据上述结构1，由于满足A — B≤0.90，因此能够更加可靠地防止应力集中于绝缘体的顶端部和中间部之间的交界部分。其结果，能够在绝缘体中实现优异的机械强度。
[0016]结构2.本结构的火花塞的特征在于，在上述结构I中，满足0.15 — 0.50。
[0017]根据上述结构2，由于满足0.15≤A — B，因此能够进一步减小绝缘体的中间部的导热率。因而，能够进一步有效地抑制针对电阻体的导热，从而能够进一步抑制电阻体的电阻值增大。
[0018]并且，根据上述结构2，由于满足A — B^0.50，因此能够进一步可靠地防止应力集中于绝缘体的顶端部和中间部之间的交界部分。由此，能够进一步提高绝缘体的机械强度。
[0019]结构3.本结构的火花塞的特征在于，在上述结构I或结构2的基础上，在将上述绝缘体中的、位于包含上述电阻体的上述轴线方向上的中心的径向的假想平面与包含上述绝缘体的后端的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为C (%)时，满足C < B。
[0020]在轴孔内配置烧结后成为电阻体的电阻体组合物、中心电极等的过程中，考虑到生产率，优选的是，在以使轴孔的后端侧开口朝向上方的方式支承绝缘体的状态下，将中心电极、电阻体组合物装入轴孔内。此处，在绝缘体的重心位于相对后端侧的情况下，在以上述状态支承绝缘体时，绝缘体容易倾倒，进而有可能造成生产率降低。
[0021]关于这一点，根据上述结构3，使绝缘体中的、位于包含电阻体的中心的径向的假想平面与包含绝缘体的后端的径向的假想平面之间的部位(以下，有时也称作绝缘体的后端部)的相对密度C (%)满足(:<8。因而，能够使绝缘体的重心位于更靠顶端侧的位置，能够更加可靠地防止绝缘体倾倒。其结果，能够实现生产率的提高。
[0022]结构4.本结构的火花塞的特征在于，在上述结构I~结构3中的任意一个结构的基础上，上述轴孔中的用于配置上述电阻体的部位的直径为2.9mm以下。
[0023]根据上述结构4，由于上述轴孔中的用于配置电阻体的部位的直径为2.9mm以下，因此，电阻体的电阻值容易增大。因而，如结构I和结构2那样利用密度来控制导热率尤其有效。优选用于配置电阻体的部位的轴孔的直径在轴线方向上恒定。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是表示火花塞的结构的局部剖主视图。
[0025]图2是表示在形成绝缘电瓷时使用的胶压(日文:’成型机的局部剖主视图。
[0026]图3是绝缘电瓷等的放大剖视图。
[0027]图4是另一实施方式中的绝缘电瓷等的放大剖视图。
[0028]附图标记说明
[0029]1、火花塞；2、绝缘电瓷(绝缘体)；2d、绝缘电瓷的轴孔中的用于配置电阻体的部位的直径；3、主体金属外壳；4、轴孔；5、中心电极；7、电阻体；11、大径部；14、台阶部；22、板状密封件；CL1、轴线。
【具体实施方式】
[0030]以下，参照【专利附图】
【附图说明】一实施方式。图1是表示火花塞I的局部剖主视图。另外，在图1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的顶端侧、将上侧作为后端侧来进行说明。
[0031]火花塞I由形成为筒状的作为绝缘体的绝缘电瓷2和用于保持该绝缘电瓷2的筒状的主体金属外壳3等构成。
[0032]绝缘电瓷2如公知那样通过烧结氧化铝等而形成，在其外形部具备形成于后端侧的后端侧主体部10、在比该后端侧主体部10靠顶端侧的位置向外周侧突出的大径部11、在比该大径部11靠顶端侧的位置以比该大径部11细的直径形成的中间主体部12、以及在比该中间主体部12靠顶端侧的位置以比该中间主体部12细的直径形成的脚部13。此外，绝缘电瓷2中的大径部11、中间主体部12以及大部分的脚部13收纳于主体金属外壳3的内部。而且，在中间主体部12和脚部13之间的连接部形成有锥状的台阶部14，绝缘电瓷2利用该台阶部14而卡定于主体金属外壳3。此外，在绝缘电瓷2中贯穿形成有沿轴线CLl延伸的轴孔4。
[0033]另外，如图2所示，绝缘电瓷2能够使用具有筒状的橡胶模具42的胶压成型机41制得。具体而言，将以氧化铝粉末为主要成分的原料粉末PM填充到上述橡胶模具42内，并将棒状(针状)的压销(press pin)43插入到橡胶模具42内。在此基础上，通过自橡胶模具42沿径向对原料粉末PM施加力而对原料粉末PM进行压缩、成形，从而制得成形体。之后，通过对制得的成形体的外周进行修整，并烧结修整后的成形体，能够制得绝缘电瓷2。
[0034]返回图1，在上述轴孔4的顶端侧插入并固定有中心电极5。中心电极5包括由导热性优异的金属(例如铜、铜合金、纯镍(Ni)等)构成的内层5A和由以Ni为主要成分构成的外层5B。另外，中心电极5整体形成为棒状(圆柱状)，其顶端部分自绝缘电瓷2的顶端突出。
[0035]此外，在轴孔4的后端侧，以自绝缘电瓷2的后端突出的状态插入并固定有端子电极6。
[0036]并且，在轴孔4内的比中心电极5靠后端侧的位置配设有圆柱状的电阻体7。该电阻体7为了抑制电波杂音而具有规定值(例如，100 Ω )以上的电阻值，且该电阻体7通过对由导电性材料(例如，炭黑等)、玻璃粉末等构成的电阻体组合物进行加热密封而形成。另夕卜，电阻体7的两端部借助导电性的玻璃密封层8、9而分别与中心电极5和端子电极6电连接。另外，电阻体7位于比后述的台阶部21靠轴线CLl方向后端侧的位置。另外，以使轴孔4的后端侧开口朝向上方的方式利用规定的支承夹具(未图示)支承绝缘电瓷2的大径部11，在此基础上，自轴孔4的后端侧开口将中心电极5、上述电阻体组合物配置于轴孔4内，之后进行加热，由此形成电阻体7。
[0037]此外，上述主体金属外壳3由低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面形成有螺纹部(外螺纹部)15，该螺纹部15用于将火花塞I安装于内燃机、燃料电池改性器等燃烧装置。另外，在比螺纹部15靠后端侧的位置朝向外周侧突出形成有座部16，在螺纹部15后端的螺纹头17嵌入有环状的垫圈18。而且，在主体金属外壳3的后端侧设有截面六边形状的工具卡合部19，该工具卡合部19用于在将主体金属外壳3安装于燃烧装置时与扳手等工具相卡合。另外，在主体金属外壳3的后端部设有朝向径向内侧弯曲的凿密部20。
[0038]并且，在主体金属外壳3的内周面设有用于卡定绝缘电瓷2的突部21。而且，绝缘电瓷2相对于主体金属外壳3从其后端侧向顶端侧插入，在自身的台阶部14借助由规定的金属构成的环状的板状密封件22而与上述突部21卡定的状态下，向径向内侧对主体金属外壳3的后端侧开口部进行凿密、即形成上述凿密部20，从而使绝缘电瓷2固定于主体金属外壳3。另外，在台阶部14和突部21之间夹设有板状密封件22，由此保持燃烧室内的气密性，避免进入被暴露于燃烧室内的绝缘电瓷2的脚部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙内的燃料气体向外部泄漏。
[0039]而且，为了使凿密所形成的密闭更加完全，在主体金属外壳3的后端侧，且在主体金属外壳3与绝缘电瓷2之间夹设有环状的环构件23、24，在环构件23、24之间填充有滑石25的粉末。即，主体金属外壳3借助板状密封件22、环构件23、24以及滑石25保持绝缘电瓷2。
[0040]另外，在主体金属外壳3的顶端部26接合有棒状的接地电极27，该接地电极27在自身的中间部分折回，且该接地电极27的顶端侧侧面与中心电极5的顶端部相对。并且，在中心电极5的顶端部与接地电极27的顶端部之间形成有火花放电间隙28，在该火花放电间隙28处，在大致沿着轴线CLl的方向上进行火花放电。
[0041]接着，说明作为本发明的特征部分的绝缘电瓷2的结构。在本实施方式中，如图3(另外，在图3中，为了便于图示，省略了主体金属外壳3等的阴影)所示，在将绝缘电瓷2的后述的顶端部2A的相对密度设为A (%)、将后述的中间部2B的相对密度设为B (%)时，满足93.90≤A且0.10≤A — B≤0.90 (更加优选满足0.15≤A — B≤0.50)。即，使中间部2B的相对密度B比顶端部2A的相对密度A小0.10%~0.90%,从而使中间部2B的导热率相对较小。
[0042]另外，顶端部2A是绝缘电瓷2中的、位于包含绝缘电瓷2的顶端2F的径向的假想平面VSl与包括同板状密封件22相接触的部位的顶端2G的径向的假想平面VS2之间的部位(在图3中为标注了斜线的部位)，且是绝缘电瓷2中的包含壁厚最小的部分的部位。另外，中间部2B是绝缘电瓷2中的、位于上述假想平面VS2与包含电阻体7的在轴线CLl方向上的中心7C的径向的假想平面VS3之间的部位(在图3中为标注了散点图案的部位)。
[0043]此外，“相对密度”指的是绝缘电瓷2的实际密度与绝缘电瓷2的理论密度的比例。“理论密度”指的是，将绝缘电瓷2中含有的各元素的含有量(例如，能够利用EPMA进行测量)换算成氧化物并根据各氧化物的含有量按混合理论计算而得到的值，“实际密度”指的是用阿基米德法测量的绝缘电瓷2的实际的密度。
[0044]并且，通过例如在形成绝缘电瓷2时调节自橡胶模具42施加于原料粉末PM的压力(使施加于相当于顶端部2A的部位的压力大于施加于相当于中间部2B的部位的压力)，能够使相对密度A、B满足上述关系式。另外，例如，通过调节橡胶模具42的厚度(使橡胶模具42中的向相当于顶端部2A的部位施加压力的部分的厚度小于橡胶模具42中的向相当于中间部2B的部位施加压力的部分的厚度)或调节橡胶模具42的硬度(使橡胶模具42中的向相当于顶端部2A的部位施加压力的部分的硬度大于橡胶模具42中的向相当于中间部2B的部位施加压力的部分的硬度)，能够使相对密度A、B满足上述关系式。
[0045]如以上详细叙述那样，根据本实施方式，使绝缘电瓷2的顶端部2A的相对密度A为93.90%以上。因而，能够更加可靠地防止产生贯穿放电。
[0046]并且，使中间部2B的相对密度B (%)满足0.10<A — B。因而，能够使中间部2B的导热率相对较小，从而能够使顶端部2A所接收的热量不易向电阻体7传导。其结果，能够实现抑制电阻体7的电阻值增大，能够实现电阻体7的寿命增长。
[0047]此外，在本实施方式中，由于满足A — B≤0.90，因此能够更加可靠地防止应力集中于顶端部2A和中间部2B之间的交界部分。其结果，能够在绝缘电瓷2中实现优异的机械强度。
[0048]并且，在绝缘电瓷2的轴孔4中的用于配置电阻体7的部位的直径满足2.9mm以下的结构中，电阻体7的电阻值容易增大。关于这一点，通过应用结构I和结构2能够有效地抑制电阻值增大。在图3和图4中，用2d表示绝缘电瓷2的轴孔4中的用于配置电阻体7的部位的直径。
[0049]接着，为了确认上述实施方式所发挥的作用效果，制作对绝缘电瓷的顶端部的相对密度A和中间部的相对密度B (%)进行了各种改变而得到的火花塞的试样，对各试样进行了耐电压评价试验和电阻体耐久性评价试验。另外，对使绝缘电瓷的相对密度A、B进行了各种改变后的试样进行了弯曲强度评价试验。
[0050]耐电压评价试验的概要如下所述。即，准备50个使相对密度A彼此相同且使相对密度B也彼此相同的试样,将试样安装于规定的发动机,之后对试样(火花放电间隙)施加了40kV的电压。然后，统计50个火花塞中的产生了贯穿绝缘电瓷的顶端部的放电的火花塞的数量，并计算贯穿放电的产生率(贯穿产生率)。此处，将贯穿产生率小于5%的试样评价为“◎”，表示具有极为优异的耐电压性能，将贯穿产生率为5%以上且小于15%的试样评价为“〇”，表示具有良好的耐电压性能。另一方面，将贯穿产生率为15%以上且小于25%的试样评价为“Λ”，表示耐电压性能略差，将贯穿产生率为25%以上的试样评价为“ X ”，表示耐电压性能低劣。
[0051]另外，电阻体耐久性评价试验的概要如下所述。即，准备10个将相对密度A、B彼此相同的试样，将试样安装于汽车用晶体管点火装置，之后，在400°C的温度下，以30kV的放电电压使各试样的顶端部进行每分钟3600次放电。并且，在各试样中，测量室温下的电阻值达到试验前的室温下的电阻值的两倍的时间(倍化时间)，计算10个试样的倍化时间的平均值(平均倍化时间)。此处，将平均倍化时间大于100小时的试样评价为“◎”，表示能够非常有效地抑制电阻体的电阻值增大，将平均倍化时间大于50小时且为100小时以下的试样评价为“〇”，表示抑制电阻值增大的效果良好。另一方面，将平均倍化时间大于10小时且为30小时以下的试样评价为“Λ”，表示电阻值稍微容易增大，将平均倍化时间为10小时以下的试样评价为“ X ”，表示电阻值容易增大。
[0052]并且，弯曲强度评价试验的概要如下所述。即，准备50个使相对密度A、B彼此相同的试样，通过支承自大径部到台阶部之间的部分来固定试样，之后，沿着与轴线相交差的方向对试样的最顶端部施加5 .5N.πι的载荷。并且，统计50个试样中的产生了折损的数量，并计算折损的产生率(折损产生率)。此处，将折损产生率小于5%的试样评价为“ ◎ ”，表示机械强度极为优异，将折损产生率为5%以上且小于10%的试样评价为“〇”，表示具有良好的机械强度。另一方面，将折损产生率为10%以上且小于20%的试样评价为“Λ”，表示机械强度略差，将折损产生率为20%以上的试样评价为“X”，表示机械强度低劣。
[0053]表1表不上述各试验的试验结果。表1的试样I~试样8是不满足结构I (技术方案I)的条件的试样，试样11~试样27是满足结构I (技术方案I)条件的试样。
[0054]表1[0055]
【权利要求】
1.一种火花塞,其包括: 绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔； 中心电极，其以插入到上述轴孔的顶端侧的方式设置； 主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及 电阻体，其在上述轴孔内配置于比上述中心电极靠后端侧的位置， 上述绝缘体具有台阶部，该台阶部直接卡定于上述主体金属外壳或借助环状的板状密封件卡定于上述主体金属外壳， 上述电阻体位于比上述台阶部靠上述轴线方向的后端侧的位置， 该火花塞的特征在于， 在将上述绝缘体中的、位于包含上述绝缘体的顶端的径向的假想平面与包含同上述主体金属外壳或上述板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为A (%)、将上 述绝缘体中的、位于包含同上述主体金属外壳或上述板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面与包含电阻体的上述轴线方向上的中心的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为B (%)时，满足93.90 < A且0.10 < A — B < 0.90。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 满足0.15≤A — B≤0.50。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 在将上述绝缘体中的、位于包含上述电阻体的上述轴线方向上的中心的径向的假想平面与包含上述绝缘体的后端的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为C (%)时，满足C≤B。
4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 上述轴孔中的用于配置上述电阻体的部位的直径为2.9mm以下。
【文档编号】H01T13/38GK103715612SQ201310464634
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2012年10月1日
【发明者】佐治俊匡, 黑野启一, 本田稔贵 申请人:日本特殊陶业株式会社
【专利摘要】本发明提供一种能够实现优异的耐电压性能且有效地抑制电阻体的电阻值增大的火花塞。火花塞包括：绝缘电瓷，其具有轴孔；主体金属外壳，其设于绝缘电瓷的外周；以及电阻体，其配置于轴孔内。绝缘电瓷具有台阶部，该台阶部卡定于主体金属外壳，电阻体位于比台阶部靠后端侧的位置。在将绝缘电瓷中的、位于包含绝缘电瓷的顶端的假想平面（VS1）与包含同主体金属外壳或板状密封件相接触的部位的顶端的假想平面（VS2）之间的顶端部的相对密度设为A（%）、将绝缘电瓷中的、位于假想平面（VS2）与包含电阻体的中心的假想平面（VS3）之间的中间部的相对密度设为B（%）时，满足93.90≤A且0.10≤A－B≤0.90。
【专利说明】火花塞
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种在内燃机等中使用的火花塞。
【背景技术】
[0002]火花塞安装于内燃机(发动机)等，为了对燃烧室内的混合气体等进行点火而使用。通常，火花塞包括:绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，其贯穿至轴孔的顶端侧；主体金属外壳，其设于绝缘体的外周；以及接地电极，其固定于主体金属外壳的顶端部。另外，在设于绝缘体的外周的台阶部直接卡定于主体金属外壳的内周或借助金属制的板状密封件卡定于主体金属外壳的内周的状态下，该绝缘体与主体金属外壳被固定。并且，在内燃机等工作时，绝缘体的顶端部接收到的热量主要自台阶部被引导向主体金属外壳侧。
[0003]并且，在接地电极的顶端部与中心电极的顶端部之间形成有火花放电间隙，通过向火花放电间隙施加高电压而产生火花放电，从而对混合气体等进行点火(例如，参照专利文献I等)。并且，为了抑制随着施加高电压而产生的电波杂音，有时在比上述台阶部靠后端侧且在轴孔内的比中心电极靠后端侧(也就是说，通向火花放电间隙的通电路径)的位置设有含有金属、玻璃的电阻体。
[0004]但是，近年来，为了实现应对燃料消耗提高、应对环境限制等，提出有实现了高增压、高压缩化等的发动机。在这样的发动机中，在发动机工作时，燃烧室内的压力较大，因而，为了产生火花放电所需的电压(放电电压)也较大。若放电电压较大，则在绝缘体中的比与主体金属外壳、板状密封件相接触的部位靠顶端侧(也就是说，尤其是壁厚较小的部位)的位置产生贯穿绝缘体的火花放电(贯穿放电)，有可能妨碍正常的火花放电(造成失火)。
[0005]因此，考虑通过进一步增大绝缘体的密度(相对密度)，从而提高绝缘体的耐电压性能，抑制产生贯穿放电。另外，以往，绝缘体的相对密度在各部位是均匀的。
[0006]专利文献1:日本特开2007 - 242588号公报
[0007]然而，在进一步增大了绝缘体的相对密度的情况下，绝缘体的导热率也会变大。因此，绝缘体顶端部接收的热量容易经由绝缘体中的比台阶部靠后端侧的部位向电阻体传导。其结果，电阻体中的金属、玻璃容易劣化，电阻体的电阻值有可能急剧增大。
【发明内容】
[0008]本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种能够实现优异的耐电压性能且有效地抑制电阻体的电阻值增大的火花塞。
[0009]以下，对适用于解决上述目的的各个结构逐项说明。另外，根据需要对所对应的结构备注特有的作用效果。
[0010]结构1.本结构的火花塞包括:绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，其以插入到上述轴孔的顶端侧的方式设置；主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及电阻体，其在上述轴孔内配置于比上述中心电极靠后端侧的位置，上述绝缘体具有台阶部，该台阶部直接卡定于上述主体金属外壳或借助环状的板状密封件卡定于上述主体金属外壳，上述电阻体位于比上述台阶部靠上述轴线方向后端侧的位置，该火花塞的特征在于，在将上述绝缘体中的、位于包含上述绝缘体的顶端的径向的假想平面与包含同上述主体金属外壳或上述板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为A (%)、将上述绝缘体中的、位于包含同上述主体金属外壳或上述板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面与包含电阻体的上述轴线方向上的中心的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为B (%)时，满足93.90 S A且0.10 < A — B < 0.90。
[0011 ] 此外，“相对密度”指的是绝缘体的实际密度与绝缘体的理论密度的比例。另外，“理论密度”指的是，将绝缘体中含有的各元素的含有量换算成氧化物并根据各氧化物的含有量按混合理论进行计算而得到的值，“实际密度”指的是用阿基米德法测量的绝缘体的实际的密度。在阿基米德法中，使用液体中的个体受到与等体积的重量相同的浮力的现象。也就是说，根据以在纯水中受到浮力的状态测量的试样的重量和在大气中以干燥状态测量的试样的重量获得对象的体积，根据获得的体积计算测量对象的密度。另外，在计算时，为了提高测量精度，考虑到因纯水的温度而发生的密度变化并进行了校正。
[0012]根据上述结构1，绝缘体中的、位于包含绝缘体的顶端的径向的假想平面与包含同主体金属外壳或板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面之间的部位(即，绝缘体中的尤其容易产生贯穿放电的部位，以下有时也称作绝缘体的顶端部)的相对密度A为93.90%以上。因而，能够更加可靠地防止产生贯穿放电。
[0013]并且，根据上述结构1，使绝缘体中的、位于包含同主体金属外壳或板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面与包括电阻体的轴线方向上的中心的径向的假想平面之间的部位(以下，有时也称作绝缘体的中间部)的相对密度B (%)满足0.10 < A — B。即，使绝缘体的中间部的相对密度B比绝缘体的顶端部的相对密度A小0.10%以上。因而，能够使绝缘体的中间 部的导热率相对较小，从而能够使绝缘体的顶端部接收的热量不易向电阻体传导。其结果，能够实现抑制电阻体的电阻值增大，能够实现电阻体的寿命增长。
[0014]另一方面，在绝缘体的顶端部和中间部的相对密度差过大的情况下，在沿与轴线相交差的方向对绝缘体施加载荷时，应力会集中于绝缘体的顶端部和中间部之间的交界部分，绝缘体有可能折损。
[0015]关于这一点，根据上述结构1，由于满足A — B≤0.90，因此能够更加可靠地防止应力集中于绝缘体的顶端部和中间部之间的交界部分。其结果，能够在绝缘体中实现优异的机械强度。
[0016]结构2.本结构的火花塞的特征在于，在上述结构I中，满足0.15 — 0.50。
[0017]根据上述结构2，由于满足0.15≤A — B，因此能够进一步减小绝缘体的中间部的导热率。因而，能够进一步有效地抑制针对电阻体的导热，从而能够进一步抑制电阻体的电阻值增大。
[0018]并且，根据上述结构2，由于满足A — B^0.50，因此能够进一步可靠地防止应力集中于绝缘体的顶端部和中间部之间的交界部分。由此，能够进一步提高绝缘体的机械强度。
[0019]结构3.本结构的火花塞的特征在于，在上述结构I或结构2的基础上，在将上述绝缘体中的、位于包含上述电阻体的上述轴线方向上的中心的径向的假想平面与包含上述绝缘体的后端的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为C (%)时，满足C < B。
[0020]在轴孔内配置烧结后成为电阻体的电阻体组合物、中心电极等的过程中，考虑到生产率，优选的是，在以使轴孔的后端侧开口朝向上方的方式支承绝缘体的状态下，将中心电极、电阻体组合物装入轴孔内。此处，在绝缘体的重心位于相对后端侧的情况下，在以上述状态支承绝缘体时，绝缘体容易倾倒，进而有可能造成生产率降低。
[0021]关于这一点，根据上述结构3，使绝缘体中的、位于包含电阻体的中心的径向的假想平面与包含绝缘体的后端的径向的假想平面之间的部位(以下，有时也称作绝缘体的后端部)的相对密度C (%)满足(:<8。因而，能够使绝缘体的重心位于更靠顶端侧的位置，能够更加可靠地防止绝缘体倾倒。其结果，能够实现生产率的提高。
[0022]结构4.本结构的火花塞的特征在于，在上述结构I~结构3中的任意一个结构的基础上，上述轴孔中的用于配置上述电阻体的部位的直径为2.9mm以下。
[0023]根据上述结构4，由于上述轴孔中的用于配置电阻体的部位的直径为2.9mm以下，因此，电阻体的电阻值容易增大。因而，如结构I和结构2那样利用密度来控制导热率尤其有效。优选用于配置电阻体的部位的轴孔的直径在轴线方向上恒定。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是表示火花塞的结构的局部剖主视图。
[0025]图2是表示在形成绝缘电瓷时使用的胶压(日文:’成型机的局部剖主视图。
[0026]图3是绝缘电瓷等的放大剖视图。
[0027]图4是另一实施方式中的绝缘电瓷等的放大剖视图。
[0028]附图标记说明
[0029]1、火花塞；2、绝缘电瓷(绝缘体)；2d、绝缘电瓷的轴孔中的用于配置电阻体的部位的直径；3、主体金属外壳；4、轴孔；5、中心电极；7、电阻体；11、大径部；14、台阶部；22、板状密封件；CL1、轴线。
【具体实施方式】
[0030]以下，参照【专利附图】
【附图说明】一实施方式。图1是表示火花塞I的局部剖主视图。另外，在图1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的顶端侧、将上侧作为后端侧来进行说明。
[0031]火花塞I由形成为筒状的作为绝缘体的绝缘电瓷2和用于保持该绝缘电瓷2的筒状的主体金属外壳3等构成。
[0032]绝缘电瓷2如公知那样通过烧结氧化铝等而形成，在其外形部具备形成于后端侧的后端侧主体部10、在比该后端侧主体部10靠顶端侧的位置向外周侧突出的大径部11、在比该大径部11靠顶端侧的位置以比该大径部11细的直径形成的中间主体部12、以及在比该中间主体部12靠顶端侧的位置以比该中间主体部12细的直径形成的脚部13。此外，绝缘电瓷2中的大径部11、中间主体部12以及大部分的脚部13收纳于主体金属外壳3的内部。而且，在中间主体部12和脚部13之间的连接部形成有锥状的台阶部14，绝缘电瓷2利用该台阶部14而卡定于主体金属外壳3。此外，在绝缘电瓷2中贯穿形成有沿轴线CLl延伸的轴孔4。
[0033]另外，如图2所示，绝缘电瓷2能够使用具有筒状的橡胶模具42的胶压成型机41制得。具体而言，将以氧化铝粉末为主要成分的原料粉末PM填充到上述橡胶模具42内，并将棒状(针状)的压销(press pin)43插入到橡胶模具42内。在此基础上，通过自橡胶模具42沿径向对原料粉末PM施加力而对原料粉末PM进行压缩、成形，从而制得成形体。之后，通过对制得的成形体的外周进行修整，并烧结修整后的成形体，能够制得绝缘电瓷2。
[0034]返回图1，在上述轴孔4的顶端侧插入并固定有中心电极5。中心电极5包括由导热性优异的金属(例如铜、铜合金、纯镍(Ni)等)构成的内层5A和由以Ni为主要成分构成的外层5B。另外，中心电极5整体形成为棒状(圆柱状)，其顶端部分自绝缘电瓷2的顶端突出。
[0035]此外，在轴孔4的后端侧，以自绝缘电瓷2的后端突出的状态插入并固定有端子电极6。
[0036]并且，在轴孔4内的比中心电极5靠后端侧的位置配设有圆柱状的电阻体7。该电阻体7为了抑制电波杂音而具有规定值(例如，100 Ω )以上的电阻值，且该电阻体7通过对由导电性材料(例如，炭黑等)、玻璃粉末等构成的电阻体组合物进行加热密封而形成。另夕卜，电阻体7的两端部借助导电性的玻璃密封层8、9而分别与中心电极5和端子电极6电连接。另外，电阻体7位于比后述的台阶部21靠轴线CLl方向后端侧的位置。另外，以使轴孔4的后端侧开口朝向上方的方式利用规定的支承夹具(未图示)支承绝缘电瓷2的大径部11，在此基础上，自轴孔4的后端侧开口将中心电极5、上述电阻体组合物配置于轴孔4内，之后进行加热，由此形成电阻体7。
[0037]此外，上述主体金属外壳3由低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面形成有螺纹部(外螺纹部)15，该螺纹部15用于将火花塞I安装于内燃机、燃料电池改性器等燃烧装置。另外，在比螺纹部15靠后端侧的位置朝向外周侧突出形成有座部16，在螺纹部15后端的螺纹头17嵌入有环状的垫圈18。而且，在主体金属外壳3的后端侧设有截面六边形状的工具卡合部19，该工具卡合部19用于在将主体金属外壳3安装于燃烧装置时与扳手等工具相卡合。另外，在主体金属外壳3的后端部设有朝向径向内侧弯曲的凿密部20。
[0038]并且，在主体金属外壳3的内周面设有用于卡定绝缘电瓷2的突部21。而且，绝缘电瓷2相对于主体金属外壳3从其后端侧向顶端侧插入，在自身的台阶部14借助由规定的金属构成的环状的板状密封件22而与上述突部21卡定的状态下，向径向内侧对主体金属外壳3的后端侧开口部进行凿密、即形成上述凿密部20，从而使绝缘电瓷2固定于主体金属外壳3。另外，在台阶部14和突部21之间夹设有板状密封件22，由此保持燃烧室内的气密性，避免进入被暴露于燃烧室内的绝缘电瓷2的脚部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙内的燃料气体向外部泄漏。
[0039]而且，为了使凿密所形成的密闭更加完全，在主体金属外壳3的后端侧，且在主体金属外壳3与绝缘电瓷2之间夹设有环状的环构件23、24，在环构件23、24之间填充有滑石25的粉末。即，主体金属外壳3借助板状密封件22、环构件23、24以及滑石25保持绝缘电瓷2。
[0040]另外，在主体金属外壳3的顶端部26接合有棒状的接地电极27，该接地电极27在自身的中间部分折回，且该接地电极27的顶端侧侧面与中心电极5的顶端部相对。并且，在中心电极5的顶端部与接地电极27的顶端部之间形成有火花放电间隙28，在该火花放电间隙28处，在大致沿着轴线CLl的方向上进行火花放电。
[0041]接着，说明作为本发明的特征部分的绝缘电瓷2的结构。在本实施方式中，如图3(另外，在图3中，为了便于图示，省略了主体金属外壳3等的阴影)所示，在将绝缘电瓷2的后述的顶端部2A的相对密度设为A (%)、将后述的中间部2B的相对密度设为B (%)时，满足93.90≤A且0.10≤A — B≤0.90 (更加优选满足0.15≤A — B≤0.50)。即，使中间部2B的相对密度B比顶端部2A的相对密度A小0.10%~0.90%,从而使中间部2B的导热率相对较小。
[0042]另外，顶端部2A是绝缘电瓷2中的、位于包含绝缘电瓷2的顶端2F的径向的假想平面VSl与包括同板状密封件22相接触的部位的顶端2G的径向的假想平面VS2之间的部位(在图3中为标注了斜线的部位)，且是绝缘电瓷2中的包含壁厚最小的部分的部位。另外，中间部2B是绝缘电瓷2中的、位于上述假想平面VS2与包含电阻体7的在轴线CLl方向上的中心7C的径向的假想平面VS3之间的部位(在图3中为标注了散点图案的部位)。
[0043]此外，“相对密度”指的是绝缘电瓷2的实际密度与绝缘电瓷2的理论密度的比例。“理论密度”指的是，将绝缘电瓷2中含有的各元素的含有量(例如，能够利用EPMA进行测量)换算成氧化物并根据各氧化物的含有量按混合理论计算而得到的值，“实际密度”指的是用阿基米德法测量的绝缘电瓷2的实际的密度。
[0044]并且，通过例如在形成绝缘电瓷2时调节自橡胶模具42施加于原料粉末PM的压力(使施加于相当于顶端部2A的部位的压力大于施加于相当于中间部2B的部位的压力)，能够使相对密度A、B满足上述关系式。另外，例如，通过调节橡胶模具42的厚度(使橡胶模具42中的向相当于顶端部2A的部位施加压力的部分的厚度小于橡胶模具42中的向相当于中间部2B的部位施加压力的部分的厚度)或调节橡胶模具42的硬度(使橡胶模具42中的向相当于顶端部2A的部位施加压力的部分的硬度大于橡胶模具42中的向相当于中间部2B的部位施加压力的部分的硬度)，能够使相对密度A、B满足上述关系式。
[0045]如以上详细叙述那样，根据本实施方式，使绝缘电瓷2的顶端部2A的相对密度A为93.90%以上。因而，能够更加可靠地防止产生贯穿放电。
[0046]并且，使中间部2B的相对密度B (%)满足0.10<A — B。因而，能够使中间部2B的导热率相对较小，从而能够使顶端部2A所接收的热量不易向电阻体7传导。其结果，能够实现抑制电阻体7的电阻值增大，能够实现电阻体7的寿命增长。
[0047]此外，在本实施方式中，由于满足A — B≤0.90，因此能够更加可靠地防止应力集中于顶端部2A和中间部2B之间的交界部分。其结果，能够在绝缘电瓷2中实现优异的机械强度。
[0048]并且，在绝缘电瓷2的轴孔4中的用于配置电阻体7的部位的直径满足2.9mm以下的结构中，电阻体7的电阻值容易增大。关于这一点，通过应用结构I和结构2能够有效地抑制电阻值增大。在图3和图4中，用2d表示绝缘电瓷2的轴孔4中的用于配置电阻体7的部位的直径。
[0049]接着，为了确认上述实施方式所发挥的作用效果，制作对绝缘电瓷的顶端部的相对密度A和中间部的相对密度B (%)进行了各种改变而得到的火花塞的试样，对各试样进行了耐电压评价试验和电阻体耐久性评价试验。另外，对使绝缘电瓷的相对密度A、B进行了各种改变后的试样进行了弯曲强度评价试验。
[0050]耐电压评价试验的概要如下所述。即，准备50个使相对密度A彼此相同且使相对密度B也彼此相同的试样,将试样安装于规定的发动机,之后对试样(火花放电间隙)施加了40kV的电压。然后，统计50个火花塞中的产生了贯穿绝缘电瓷的顶端部的放电的火花塞的数量，并计算贯穿放电的产生率(贯穿产生率)。此处，将贯穿产生率小于5%的试样评价为“◎”，表示具有极为优异的耐电压性能，将贯穿产生率为5%以上且小于15%的试样评价为“〇”，表示具有良好的耐电压性能。另一方面，将贯穿产生率为15%以上且小于25%的试样评价为“Λ”，表示耐电压性能略差，将贯穿产生率为25%以上的试样评价为“ X ”，表示耐电压性能低劣。
[0051]另外，电阻体耐久性评价试验的概要如下所述。即，准备10个将相对密度A、B彼此相同的试样，将试样安装于汽车用晶体管点火装置，之后，在400°C的温度下，以30kV的放电电压使各试样的顶端部进行每分钟3600次放电。并且，在各试样中，测量室温下的电阻值达到试验前的室温下的电阻值的两倍的时间(倍化时间)，计算10个试样的倍化时间的平均值(平均倍化时间)。此处，将平均倍化时间大于100小时的试样评价为“◎”，表示能够非常有效地抑制电阻体的电阻值增大，将平均倍化时间大于50小时且为100小时以下的试样评价为“〇”，表示抑制电阻值增大的效果良好。另一方面，将平均倍化时间大于10小时且为30小时以下的试样评价为“Λ”，表示电阻值稍微容易增大，将平均倍化时间为10小时以下的试样评价为“ X ”，表示电阻值容易增大。
[0052]并且，弯曲强度评价试验的概要如下所述。即，准备50个使相对密度A、B彼此相同的试样，通过支承自大径部到台阶部之间的部分来固定试样，之后，沿着与轴线相交差的方向对试样的最顶端部施加5 .5N.πι的载荷。并且，统计50个试样中的产生了折损的数量，并计算折损的产生率(折损产生率)。此处，将折损产生率小于5%的试样评价为“ ◎ ”，表示机械强度极为优异，将折损产生率为5%以上且小于10%的试样评价为“〇”，表示具有良好的机械强度。另一方面，将折损产生率为10%以上且小于20%的试样评价为“Λ”，表示机械强度略差，将折损产生率为20%以上的试样评价为“X”，表示机械强度低劣。
[0053]表1表不上述各试验的试验结果。表1的试样I~试样8是不满足结构I (技术方案I)的条件的试样，试样11~试样27是满足结构I (技术方案I)条件的试样。
[0054]表1[0055]
【权利要求】
1.一种火花塞,其包括: 绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔； 中心电极，其以插入到上述轴孔的顶端侧的方式设置； 主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及 电阻体，其在上述轴孔内配置于比上述中心电极靠后端侧的位置， 上述绝缘体具有台阶部，该台阶部直接卡定于上述主体金属外壳或借助环状的板状密封件卡定于上述主体金属外壳， 上述电阻体位于比上述台阶部靠上述轴线方向的后端侧的位置， 该火花塞的特征在于， 在将上述绝缘体中的、位于包含上述绝缘体的顶端的径向的假想平面与包含同上述主体金属外壳或上述板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为A (%)、将上 述绝缘体中的、位于包含同上述主体金属外壳或上述板状密封件相接触的部位的顶端的径向的假想平面与包含电阻体的上述轴线方向上的中心的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为B (%)时，满足93.90 < A且0.10 < A — B < 0.90。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 满足0.15≤A — B≤0.50。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 在将上述绝缘体中的、位于包含上述电阻体的上述轴线方向上的中心的径向的假想平面与包含上述绝缘体的后端的径向的假想平面之间的部位的相对密度设为C (%)时，满足C≤B。
4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 上述轴孔中的用于配置上述电阻体的部位的直径为2.9mm以下。
【文档编号】H01T13/38GK103715612SQ201310464634
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2012年10月1日
【发明者】佐治俊匡, 黑野启一, 本田稔贵 申请人:日本特殊陶业株式会社
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