火花塞及其制造方法
火花塞及其制造方法
【专利摘要】本发明的火花塞能够确保良好的气密性并可靠地防止绝缘体发生破损等情况。火花塞(1)包括：绝缘电瓷(2)，其具有缩径部(14)；主体金属外壳(3)，其设于绝缘电瓷(2)的外周，具有向径向内侧突出的突部(21)。突部(21)具有缩径部(21A)，卡定部(14)以隔着环状的板状密封件(22)的方式卡定于缩径部(21A)。在含有轴线(CL1)的剖面中，在将与轴线(CL1)正交的直线同卡定部(14)的外形线所成的角中的锐角的角度设为θp(°)、将与轴线(CL1)正交的直线同缩径部(21A)的外形线所成的角中的锐角的角度设为θs(°)时，满足θs＞θp。在所述剖面中，在将板状密封件(22)在第1线段(SL1)的中点(CP1)处的维氏硬度设为Hvo(Hv)、将板状密封件(22)在第2线段(SL2)的中点(CP2)处的维氏硬度设为Hvi(Hv)时，满足Hvo＞Hvi。
【专利说明】火花塞及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及在内燃机等中使用的火花塞及该火花塞的制造方法。
【背景技术】
[0002] 火花塞安装于内燃机（发动机）等燃烧装置，用于对燃烧室内的混合气进行点火。 通常，火花塞包括；绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中屯、电极，其插入于所述轴孔 的顶端侧；主体金属外壳，其设于所述绝缘体的外周；W及接地电极，其设于主体金属外壳 的顶端部，在该接地电极与中屯、电极之间形成有间隙。另外，主体金属外壳在内周具有突 部，该突部向径向内侧突出且呈W轴线为中屯、的环状。另外，在绝缘体插入到主体金属外壳 的内周且设于该绝缘体自身顶端侧的卡定部卡定于所述突部的后端侧面、即缩径部的状态 下，绝缘体对主体金属外壳的后端部施加负荷，使主体金属外壳的后端部弯曲变形，从而与 主体金属外壳压紧（日语；加締攻）固定起来。另外，为了谋求提高气密性，在卡定部与缩 径部之间夹设有环状的板状密封件（例如，参照专利文献1等）。
[0003] 现有巧术专献
[0004] 专利专献
[0005] 专利文献1 ;日本特开平10-289777号公报
【发明内容】
[oood 发巧要解决的间願
[0007] 然而，近年来，为了谋求内燃机等的设计自由度的提高等，要求火花塞小型化（小 径化）。在该样的小径化了的火花塞中，可能难W充分确保卡定部与板状密封件、缩径部与 板状密封件之间的接触面积，而导致气密性降低。
[000引因此，考虑通过增大压紧固定时的施加负荷、由卡定部和缩径部W更大的负荷夹 持板状密封件，从而增大板状密封件与卡定部等之间的接触压力，谋求防止气密性降低。然 而，在该情况下，可能会出现该样的情况；突部过度压缩变形，突部向径向内侧（即，绝缘体 侦。突出变形。并且，由于绝缘体被变形了的突部按压，而有可能使绝缘体产生裂纹等破 损、使绝缘体与主体金属外壳之间发生轴线偏移。
[0009] 本发明是鉴于所述情况而做成的，其目的在于提供一种能够确保良好的气密性并 可靠地防止绝缘体发生破损等情况的火花塞及其制造方法。
[0010] 用于解决间願的方秦
[0011] W下，对适于达到所述目的的各技术方案进行分项说明。另外，根据需要对相应的 技术方案附加记载特有的作用效果。
[0012] 技术方案1.本技术方案的火花塞包括：
[0013] 绝缘体，其为筒状，具有沿轴线方向延伸的轴孔；
[0014] 中屯、电极，其插入设置在所述轴孔的顶端侧；W及
[0015] 主体金属外壳，其为筒状，设于所述绝缘体的外周并且具有向径向内侧突出的突 部，
[0016] 所述突部具有随着朝向顶端侧去而内径减小的缩径部，
[0017] 所述绝缘体在其外周具有随着朝向顶端侧去而外径减小的卡定部，
[0018] 所述卡定部W隔着环状的板状密封件的方式卡定于所述缩径部，
[0019] 该火花塞的特征在于，
[0020] 在含有所述轴线的剖面中，
[0021] 在将与所述轴线正交的直线同所述卡定部的外形线所成的角中的锐角的角度设 为0p(° )、将与所述轴线正交的直线同所述缩径部的外形线所成的角中的锐角的角度设 为0 s(。）时，满足0 S > 0p，并且
[0022] 所述板状密封件配置在含有第1线段的位置，该第1线段沿所述轴线方向延伸，且 在所述轴线方向上自所述卡定部的后端连结至所述缩径部，
[0023] 在将所述板状密封件在所述第1线段的中点处的维氏硬度设为Hvo(Hv)、将所述 板状密封件在第2线段的中点处的维氏硬度设为Hvi (Hv)时，满足Hvo > Hvi，该第2线段 沿所述轴线方向延伸，且在所述轴线方向上自所述缩径部的与所述板状密封件接触的部位 的顶端连结至所述卡定部。
[0024] 采用所述技术方案1，构成为满足0 S > 0 P。因此，在将主体金属外壳和绝缘体 压紧固定时，能够对缩径部的位于外周侧的部位施加较大的负荷，使施加于缩径部的位于 内周侧的部位的负荷较小。因而，能够有效地抑制朝向径向内侧的突部发生突出变形。其 结果，能够可靠地防止绝缘体发生破损、绝缘体与主体金属外壳之间发生轴线偏移。
[0025] 另外，采用所述技术方案1，构成为满足Hvo > Hvi,板状密封件的外周侧部位的硬 度大于板状密封件的内周侧部位的硬度。目P，通过使0s> 0p，板状密封件的外周侧部位 被卡定部和缩径部W较大的负荷夹持，但板状密封件的该被W较大负荷夹持的部位的硬度 足够大。因而，与内周侧相比，能够在与卡定部等之间的接触面积较大的外周侧使板状密封 件与卡定部等之间的接触压力显著增大。其结果，能够实现良好的气密性。
[0026] 此外，板状密封件的被施加的负荷比较小的内周侧部位构成为硬度比较小。因而， 板状密封件的内周侧部位即使在与卡定部等之间的接触压力较小的状态下也会可靠地与 卡定部等密合。其结果，能够同板状密封件的外周侧部位与卡定部等之间的接触压力显著 增大相得益彰地实现非常良好的气密性。
[0027] 技术方案2.在所述技术方案1的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，满足 1. 03《Hvo/Hvi《1. 25。
[002引采用所述技术方案2,由于构成为满足Hvo/Hvi《1. 25,因此能够可靠地防止相比 自板状密封件的内周侧部位施加于突部（缩径部）的负荷而言，自板状密封件的外周侧部 位施加于突部（缩径部）的负荷过大。由此，能够有效地抑制突部（缩径部）的一部分发 生局部变形，进而能够进一步可靠地防止绝缘体随着突部的变形而发生破损等情况。
[0029] 另外，采用所述技术方案2,由于构成为满足1. 03《Hvo/Hvi，因此能够平衡性良 好地分别提高板状密封件的外周侧部位与卡定部等之间的接触压力W及板状密封件的内 周侧部位与卡定部等之间的密合性。其结果，能够谋求气密性的进一步提高。
[0030] 技术方案3.本技术方案的火花塞的制造方法是所述技术方案1或2所述的火花 塞的制造方法，其特征在于，
[0031] 该火花塞的制造方法包括：
[0032] 配置工序，在该工序中，将所述绝缘体W在所述缩径部与所述卡定部之间配置有 所述板状密封件的状态配置于所述主体金属外壳的内周；W及
[0033] 压紧工序，在该工序中，对所述主体金属外壳的后端部施加朝向所述轴线方向顶 端侧的负荷，使所述主体金属外壳的后端部向径向内侧弯曲变形，从而将所述主体金属外 壳和所述绝缘体W利用所述缩径部和所述卡定部夹持所述板状密封件的状态固定起来，
[0034] 在所述配置工序中，配置如下该样的板状密封件：板状密封件的配置在所述卡定 部侧的一端面在含有板状密封件自身的中屯、轴线在内的剖面中的外形线、同与所述中屯、轴 线正交的直线所成的角中的锐角的角度、即0pp(° )与0p相同，并且，板状密封件的配置 在所述缩径部侧的另一端面在所述剖面中的外形线、同与所述中屯、轴线正交的直线所成的 角中的锐角的角度、即0ps(° )与0S相同。
[0035] 需要说明的是，"0pp与0p相同"不仅包括0pp与0p严格相同的情况，还包 括0 PP与目P略微（例如，±2°左右）不同的情况。并且，"0 PS与0 S相同"不仅包括 0 ps与0 S严格相同的情况，还包括0 ps与0 S略微（例如，±2°左右）不同的情况。
[0036] 通常，在固定主体金属外壳和绝缘体时，在配置工序中，在卡定部与缩径部之间配 置板状密封件，在此基础上，在压紧工序中对主体金属外壳的后端部施加负荷，使主体金属 外壳的后端部弯曲变形。由此，将主体金属外壳和绝缘体W在卡定部与缩径部之间夹持有 板状密封件的状态压紧固定。
[0037] 另外，W往，如图10(a)所示，在进行配置工序时，配置在卡定部14与缩径部21A 之间的板状密封件42构成为：位于卡定部14侧的一端面42F和位于缩径部21A侧的另一端 面42B分别沿与板状密封件42的中屯、轴线正交的方向延伸（即平板状）。并且，如图10化） 所示，在压紧工序中，板状密封件42在自卡定部14侧施加的负荷的作用下发生变形，通过 进一步施加负荷而使板状密封件42随着一端面42F和另一端面42B的变形而发生变形。 [003引但是，在所述的方法中，在压紧工序的初始阶段，板状密封件42的位于内周面42N 与一端面42F之间的角部42E与绝缘体41接触。因此，在压紧工序中，应力集中作用于绝 缘体41的与角部42E接触的部位，可能导致绝缘体41发生裂纹等破损。
[0039] 在该一点上，采用所述技术方案3,构成为在配置工序中使用该样的板状密封件： 一端面的角度0pp与0p (卡定部的角度）相同且另一端面的角度0ps与0S (缩径部的 角度）相同。即，板状密封件构成为在配置工序中与卡定部之间大致面接触、板状密封件与 卡定部及缩径部之间大致面接触。因而，在压紧工序中，能够可靠地防止应力集中作用于绝 缘体的一部分。其结果，能够进一步可靠地防止绝缘体发生破损。
【专利附图】
【附图说明】
[0040] 图1是表示火花塞的结构的局部剖主视图。
[0041] 图2是表示缩径部的角度、卡定部的角度等的放大剖视图。
[0042] 图3是用于说明在卡定部的外形线发生弯曲、弯折的情况下，卡定部的角度的求 得方法的剖面示意图。
[0043] 图4是用于说明在缩径部的外形线发生弯曲、弯折的情况下，缩径部的角度的求 得方法的剖面示意图。
[0044] 图5是表示在配置工序中保持于承模的主体金属外壳的剖视图。
[0045] 图6是表示板状密封件的结构的立体图。
[0046] 图7是表示板状密封件的结构的放大剖面图。
[0047] 图8是表示在压紧工序中使用的压模等的剖视图。
[0048] 图9是表不在压紧工序中对主体金属外壳的后端部施加有负荷的状态的剖视图。
[0049] 图10(a)是表示在现有技术中在配置工序中的板状密封件等的放大剖视图，图 10(b)是表示在现有技术中在压紧工序中的板状密封件等的放大剖视图。
【具体实施方式】
[0化0] W下，参照【专利附图】
【附图说明】一实施方式。图1是表示火花塞1的局部剖主视图。需要说 明的是，在图1中，将火花塞1的轴线CL1方向设为附图中的上下方向，将下侧作为火花塞 1的顶端侧，将上侧作为后端侧，W此来进行说明。
[0化1] 火花塞1由呈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。
[0化2] 绝缘电瓷2是如公知那样通过烧结氧化侣等而形成的，该绝缘电瓷2的外形部具 备；后端侧主体部10,其形成在后端侧；大径部11，其在比该后端侧主体部10靠顶端侧的 位置朝向径向外侧突出而形成；中间主体部12,其在比该大径部11靠顶端侧的位置形成为 直径小于该大径部11的直径；W及腿部13,其在比该中间主体部12靠顶端侧的位置形成 为直径小于该中间主体部12的直径。而且，绝缘电瓷2的大径部11、中间主体部12 W及大 部分的腿部13被收容在主体金属外壳3的内部。并且，在中间主体部12与腿部13之间的 连接部形成有随着朝向顶端侧去而外径减小的锥形的卡定部14,绝缘电瓷2利用该卡定部 14卡定于主体金属外壳3。
[0053] 而且，在绝缘电瓷2内贯穿形成有沿轴线CL1延伸的轴孔4,在该轴孔4的顶端侧 插入并固定有中屯、电极5。中屯、电极5包括内层5A和外层5B，该内层5A由导热性优异的 金属（例如，铜、铜合金、纯镶（Ni)等）形成，该外层5B由WNi为主要成分的合金形成。并 且，中屯、电极5整体呈椿状（圆柱状），其顶端部分自绝缘电瓷2的顶端突出。需要说明的 是，在本实施方式中，为了谋求提高耐久性，而在中屯、电极5的顶端部设有由耐消耗性优异 的金属（例如，银合金、销合金等）形成的圆柱状的电极头31。
[0化4] 此外，在轴孔4的后端侧W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。
[0055] 而且，在轴孔4的处于中屯、电极5与端子电极6之间的部分配置有圆柱状的电阻 器7。该电阻器7的两端部隔着导电性的玻璃密封层8、9而分别与中屯、电极5和端子电极 6电连接。
[0化6] 此外，所述主体金属外壳3由低碳钢（例如，S25C等）等金属形成为筒状，并在其 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1安装于内燃机、燃料电 池改性器等燃烧装置。并且，在比螺纹部15靠后端侧的位置向外周侧突出形成有座部16， 在螺纹部15后端的螺纹头17套装有环状的垫圈18。此外，在主体金属外壳3的后端侧设 有截面呈六边形的工具卡合部19,在将主体金属外壳3安装于燃烧装置时该工具卡合部19 用于与扳手等工具卡合。并且，在主体金属外壳3的后端部设有向径向内侧弯曲的压紧部 20。需要说明的是，在本实施方式中，为了谋求火花塞1的小径化，而使主体金属外壳3小 径化，使螺纹部15的螺纹直径较小（例如，M12 W下）。并且，随着主体金属外壳3的小径 化，配置在主体金属外壳3内周的绝缘电瓷2也小径化，进而使绝缘电瓷2的壁厚较薄。 [0057] 此外，在主体金属外壳3的内周设有向径向内侧突出的突部21，该突部21具有随 着朝向顶端侧去而内径减小的锥形的缩径部21A(为突部21的后端侧面）。另外，绝缘电 瓷2自主体金属外壳3的后端侧向主体金属外壳3的顶端侧插入主体金属外壳3内，在该 绝缘电瓷2自身的卡定部14隔着由规定金属（例如，铜、铁、SUS等）形成的圆环状的板状 密封件22卡定于所述缩径部21A的状态下，使主体金属件3的后端侧开口部向径向内侧压 紧、即形成所述压紧部20,从而使绝缘电瓷2固定于主体金属件3。另外，利用设在卡定部 14和缩径部21A之间的所述板状密封件22保持燃烧室内的气密性，从而避免进入绝缘电 瓷2的暴露在燃烧室内的腿部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙内的燃料气体泄 漏到外部。
[0化引此外，为了使通过压紧实现的密闭更加完善，在主体金属外壳3的后端侧，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 (talc) 25的粉末。目P，主体金属外壳3借助板状密封件22、环构件23、环构件24 W及滑石 25保持绝缘电瓷2。
[0化9] 另外，在主体金属外壳3的顶端部26接合有接地电极27,该接地电极27在其自 身的中间部分处折回，其自身的顶端侧侧面与中屯、电极5的顶端部（电极头31)相对。而 且，在中屯、电极5的顶端部（电极头31)与接地电极27的顶端部之间形成有间隙28,在该 间隙28内，在大致沿着轴线化1的方向上进行火花放电。
[0060] 接着，说明本发明的特征部分，即卡定部14、缩径部21A W及位于两者之间的板状 密封件22的结构。
[0061] 在本实施方式中，如图2(在图2中，为了便于图示，而省略了绝缘电瓷2和主体 金属外壳3的剖面线）所示，构成为在含有轴线化1的剖面中，在将卡定部14的角度设为 0p(° )、将缩径部21A的角度设为0s(° )时，满足0s> 0p。
[006引其中，角度0 P是在所述剖面中与轴线CL1正交的直线化1同卡定部14的外形线 所成的角中的锐角的角度。另外，角度0S是在所述剖面中与轴线CL1正交的直线XL2同 缩径部21A的外形线所成的角中的锐角的角度。
[0063] 此外，在卡定部14的外形线发生弯曲、弯折的情况下，角度0p通过W下方式求 得。目P，如图3所示，在隔着轴线化1的一侧，利用投影仪，得到半径差D1，该半径差D1是 中间主体部12的半径（卡定部14的后端的半径）减去腿部13的后端的半径（卡定部14 的顶端的半径）而得到的。需要说明的是，在中间主体部12呈锥形的情况下，将中间主体 部12的顶端部的外形线的延长线与卡定部14的外形线的延长线之间的交点处的半径（轴 线与所述交点之间的距离）减去腿部13的后端的半径而得到的值作为所述半径差D1。接 着，画出7条假想线VL1?化7,该7条假想线VL1?VL7沿着轴线CL1延伸，并且沿与轴 线CL1正交的方向将所述半径差D1八等分。之后，利用投影仪，求得7条假想线VL1?化7 中的除位于最外周侧的假想线VL1和位于最内周侧的假想线VL7之外的5条假想线VL2? VL6与所述卡定部14的外形线之间的交点P1?P5的坐标。接着，求得与得到的5个坐标 相对应的近似直线AL1同与轴线CL1正交的直线XL1所成的角中的锐角的角度a。并且， 在隔着轴线CLl的另一侧，利用与所述方法同样的方法，求得与得到的5个坐标相对应的近 似直线同与轴线CL1正交的直线XL1所成的角a，并算出求得的两个角a的平均值。在本 实施方式中，将两个角a的平均值作为角度0p。
[0064] 另外，在缩径部21A的外形线发生弯曲、弯折的情况下，角度0 S通过W下方式求 得。
[00化]即，如图4所示，在隔着轴线CL1的一侧，利用投影仪，得到半径差D2,该半径差D2 是突部21的自缩径部21A的顶端向顶端侧延伸的部位21B的半径（更详细地说，所述部位 21B的位于最内周侧的部分的半径）减去主体金属外壳3的自缩径部21A的后端向后端侧 延伸的部位3A的半径而得到的。
[0066] 接着，画出7条假想线化11?化17,该7条假想线化11?化17沿着轴线化1延 伸，并且沿与轴线CL1正交的方向将所述半径差D2八等分。
[0067] 之后，利用投影仪，求得7条假想线化11?化17中的除位于最外周侧的假想线 化11和位于最内周侧的假想线化17之外的5条假想线化12?化16与所述缩径部21A的 外形线之间的交点P11?P15的坐标。
[0068] 接着，求得与得到的5个坐标P11?P15相对应的近似直线AL2同与轴线化1正 交的直线XL2所成的角中的锐角的角度0。
[0069] 并且，在隔着轴线化1的另一侧，利用与所述方法同样的方法，求得与得到的5个 坐标相对应的近似直线同与轴线CL1正交的直线XL2所成的角0，并算出求得的两个角0 的平均值。
[0070] 在本实施方式中，将两个角0的平均值作为角度0 S。
[0071] 返回到图2,在所述剖面中，板状密封件22配置在含有第1线段SL1的位置，该第 1线段SL1沿轴线CL1方向延伸，且在轴线CL1方向上自卡定部14的后端14B连结至缩径 部21A。换言之，板状密封件22配置在卡定部14的后端14B与缩径部21A的沿轴线CL1与 所述后端14B相对的部位之间的整个区域内。
[0072] 并且，在所述剖面中，板状密封件22配置在含有第2线段SL2的位置，该第2线段 SL2沿轴线CL1方向延伸，且在轴线CL1方向上自缩径部21A的与板状密封件22接触的部 位的顶端21AF连结至卡定部14。换言之，板状密封件22配置在所述顶端21AF与卡定部 14的沿轴线CL1与所述顶端21AF相对的部位之间的整个区域内。
[0073] 此外，在本实施方式中，构成为在所述剖面中，在将板状密封件22在第1线段化1 的中点CP1处的维氏硬度设为Hvo化V)、将板状密封件22在第2线段SL2的中点CP2处的 维氏硬度设为Hvi(Hv)时，满足Hvo>Hvi。目P，板状密封件22构成为：外周侧部位的硬度 大于内周侧部位的硬度。
[0074] 另外，在本实施方式中，构成为满足1.03《Hvo/Hvi《 1.25。需要说明的是，在本 实施方式中，Hvo为115HV W上且268HV W下，Hvi为109HV W上且213HV W下。另外，板 状密封件22的硬度能够利用例如基于JIS Z2244标准的方法进行测量。具体而言，能够通 过如下方法测量板状密封件22的硬度，即，在利用正四棱锥状的金刚石压头对板状密封件 22施加规定（例如，1. 961N)负荷，之后根据形成于板状密封件22的压痕的对角线长度来 测量板状密封件22的硬度。
[007引接着，说明如所述那样构成的火花塞1的制造方法。
[0076] 首先，对绝缘电瓷2进行成形加工。例如，使用W氧化侣为主体且含有粘合剂等的 原料粉末来调制成形用巧料造粒物，使用该成形用巧料造粒物进行橡胶加压成形，从而得 到筒状的成形体。之后，对得到的成形体实施磨削加工，在对该成形体的外形进行了修整的 基础上，对修整后的成形体实施烧结加工，从而得到绝缘电瓷2。
[0077] 之后，与绝缘电瓷2相对独立地制造中屯、电极5。目P，对Ni合金进行锻造加工来制 作中屯、电极5,该Ni合金在中央部配置有用于谋求提高散热性的铜合金等。另外，通过激光 焊等在中屯、电极5的顶端部接合电极头31。
[007引之后，利用玻璃密封层8、9密封固定电阻器7、端子电极6、W及如所述那样得到的 绝缘电瓷2和中屯、电极5。作为玻璃密封层8、9,通常是通过使棚娃酸玻璃与金属粉末混合 并进行调制，将该调制成的材料W将电阻器7隔在中间的方式填充到绝缘电瓷2的轴孔4 内，之后利用所述端子电极6从后方按压，并在烧结炉内进行加热而烧结成的。需要说明的 是，此时，既可W同时在绝缘电瓷2的后端侧主体部10的表面烧结釉层，也可W事先形成釉 层。
[0079] 接着，对主体金属外壳3进行加工。即，通过对圆柱状的金属材料（例如S17C、S25C 该样的铁系材料、不诱钢材料）实施冷锻造加工等来形成贯通孔，并形成概略形状。之后， 通过实施切削加工来修整外形，得到主体金属外壳中间体。
[0080] 接着，在主体金属外壳中间体的顶端面电阻焊接由Ni合金等形成的直椿状的接 地电极27。由于在该焊接时产生所谓的"下陷"，因此在去除该"下陷"后，通过滚压成型在 主体金属外壳中间体的规定部位形成螺纹部15。由此，得到接合有接地电极27的主体金属 外壳3。另外，为了谋求提高耐腐蚀性，也可W对焊接有接地电极27的主体金属外壳3实施 锻敷处理。
[0081] 之后，对分别如所述那样制作出的绝缘电瓷2和主体金属外壳3进行固定，该绝缘 电瓷2具有中屯、电极5和端子电极6,该主体金属外壳3具有接地电极27。
[0082] 详细而言，如图5所示，首先，在配置工序中，向由规定金属（例如，泽火钢等硬钢） 形成的筒状的承模51内插入主体金属外壳3的顶端侧部分，从而利用承模51保持主体金 属外壳3。接着，向主体金属外壳3内插入板状密封件22,并将该板状密封件22配置在缩 径部21A之上。在此基础上，向主体金属外壳3内插入绝缘电瓷2,从而W在缩径部21A与 卡定部14之间配置有板状密封件22的状态将绝缘电瓷2配置于主体金属外壳3的内周。
[0083] 另外，在配置工序中，配置板状密封件22,该板状密封件22如图6所示那样构成 为；配置在卡定部14侧的一端面22F和配置在缩径部21A侧的另一端面22B分别朝向该板 状密封件22自身的中屯、轴线CL2侧去而向另一端侧倾斜。详细而言，如图7所示，板状密 封件22构成为：在含有所述中屯、轴线化2的剖面中，所述一端面22F的外形线同与中屯、轴 线CL2正交的直线XL3所成的角中的锐角的角度0pp(° )、与0p(卡定部14的角度）相 同，所述另一端面22B的外形线同与中屯、轴线CL2正交的直线XL4所成的角中的锐角的角 度0ps(° )、与0s(缩径部21A的角度）相同。目P，在配置工序（压紧工序之前的阶段） 中，板状密封件22 W其一端面22F与卡定部14之间面接触且其另一端面22B与缩径部21A 之间面接触的状态配置在卡定部14与缩径部21A之间。需要说明的是，角度0pp可W与角 度0p略微（例如，±2°左右）不同。此外，角度0ps可W与角度0 S略微（例如，±2° 左右）不同。
[0084] 接着，如图8所示，自主体金属外壳3的上方安装筒状的压模53。该筒状的压模 53在开口部顶端的内周面具有与所述压紧部20的形状相对应的弯曲面部53A。在安装压 模53后，在利用所述承模51和压模53夹持主体金属外壳3的状态下，利用压模53 W规定 负荷（例如，30kN W上且50kN W下）向承模51侧按压主体金属外壳3。由此，如图9所示 那样，主体金属外壳3的后端侧开口部向径向内侧弯曲（即，形成所述压紧部20)，从而将绝 缘电瓷2和主体金属外壳3固定起来。另外，通过自压模53施加负荷而使位于座部16与 工具卡合部19之间的壁厚较薄的圆筒状部位朝向径向外侧弯曲变形。由此，自主体金属外 壳3对绝缘电瓷2施加有沿着轴线CL1的轴向力，其结果，能够可靠地将绝缘电瓷2和主体 金属外壳3固定起来。
[0085] 在将主体金属外壳3和绝缘电瓷2固定起来之后，使接地电极27向中屯、电极5侧 弯曲，并且对形成在中屯、电极5的顶端部与接地电极27的顶端部之间的间隙28的大小进 行调节，从而得到所述的火花塞1。
[0086] 如W上详细说明那样，采用本实施方式，构成为满足0 S > 0 P。因此，在压紧工序 中，能够对缩径部21A的位于外周侧的部位施加较大的负荷，使施加于缩径部21A的位于内 周侧的部位的负荷较小。因而，能够有效地抑制朝向径向内侧的突部21发生突出变形。其 结果，能够可靠地防止绝缘电瓷2发生破损、绝缘电瓷2与主体金属外壳3之间发生轴线偏 移。
[0087] 特别是，在如本实施方式那样螺纹部15的螺纹直径较小且绝缘电瓷2的壁厚较薄 时，绝缘电瓷2可能随着突部21的变形而发生破损，但利用所述的结构，能够可靠地防止绝 缘电瓷2发生破损。换言之，使0 S > 0 P，对螺纹部15的螺纹直径较小（例如，为M12 W 下）且绝缘电瓷2可能随着突部21的变形而发生破损的火花塞特别有效。
[008引另外，在本实施方式中，构成为满足Hvo > Hvi，板状密封件22的外周侧部位的硬 度大于板状密封件22的内周侧部位的硬度。目P，通过使0s> 0p，板状密封件22的外周 侧部位被卡定部14和缩径部21A W较大的负荷夹持，但板状密封件22的该被W较大负荷 夹持的部位的硬度足够大。因而，与内周侧相比，能够在与卡定部14等之间的接触面积较 大的外周侧使板状密封件22与卡定部14等之间的接触压力显著增大。其结果，能够实现 良好的气密性。
[0089] 此外，板状密封件22的被施加的负荷比较小的内周侧部位构成为硬度比较小。因 而，板状密封件22的内周侧部位即使在与卡定部14等之间的接触压力较小的状态下也会 可靠地与卡定部14等密合。其结果，能够同板状密封件22的外周侧部位与卡定部14等之 间的接触压力显著增大相得益彰地实现非常良好的气密性。
[0090] 此外，由于构成为满足Hvo/Hvi《1. 25,因此能够可靠地防止相比自板状密封件 22的内周侧部位施加于突部21 (缩径部21A)的负荷而言，自板状密封件22的外周侧部位 施加于突部21 (缩径部21A)的负荷过大。由此，能够有效地抑制突部21 (缩径部21A)的 一部分发生局部变形，进而能够进一步可靠地防止绝缘电瓷2随着突部21的变形而发生破 损等情况。
[0091] 并且，由于构成为满足1. 03《Hvo/Hvi，因此能够平衡性良好地分别提高板状密 封件22的外周侧部位与卡定部14等之间的接触压力W及板状密封件22的内周侧部位与 卡定部14等之间的密合性。其结果，能够谋求气密性的进一步提高。
[0092] 另外，在配置工序中，构成为使用如下该样的板状密封件22，该板状密封件22的 一端面22F的角度0 PP与0 p(卡定部14的角度）相同且另一端面22B的角度0 ps与 0 s(缩径部21A的角度）相同。目P，在配置工序中，构成为；板状密封件22与卡定部14之 间大致面接触、板状密封件22与缩径部21A之间大致面接触。因而，在压紧工序中，能够可 靠地防止应力集中作用于绝缘电瓷2的局部。其结果，能够进一步可靠地防止绝缘电瓷2 发生破损。
[0093] 接着，为了确认所述实施方式能够发挥的作用效果，通过所述压紧工序制作具有 不同的板状密封件的火花塞的试样，该不同的板状密封件满足Hvo《Hvi或Hvo > Hvi、并 且通过变更0p和0 s而使0p-0s(° )各不相同。然后，针对各试样进行突部变形确认 试验和气密性评价试验。
[0094] 突部变形确认试验的概要如W下那样。
[0095] 目P，准备Hvo和Hvi的大小关系W及0 P- 0 S的值均相同的5个试样，并且观察通 过压紧工序得到的试样的剖面，确认突部是否向径向内侧突出变形。
[0096] 在此，在全部的5个试样中均没有确认出突部变形的情况下，评价为"0"，表示能 够有效地抑制突部向径向内侧变形，进而能够可靠地防止绝缘电瓷随着突部的变形而发生 破损等情况。
[0097] 另一方面，在5个试样中的至少一个试样被确认出突部发生变形的情况下，评价 为"A"，表示绝缘电瓷可能随着突部的变形而发生破损等情况。
[009引另外，气密性评价试验的概要如W下那样。目P，将试样安装于规定的侣衬套（日 文；Sッッシ)，利用空气对试样的顶端持续施加1. 5MPa的压力。然后，逐渐增大所 述侣衬套的与垫圈接触的部位（接触面）的温度（接触面温度），测量在每分钟自绝缘电 瓷与主体金属外壳之间泄漏的空气的泄漏量为lOcc/分W上时的接触面温度（lOcc泄漏温 度）。在此，在lOcc泄漏温度为240°CW上的情况下，评价为"0"，表示具有优异的气密性。 另一方面，在lOcc泄漏温度为230°C W上且小于240°C的情况下，评价为"A"，表示气密性 欠佳，在lOcc泄漏温度为200°C W上且小于230°C的情况下，评价为"X "，表示气密性较差。
[0099] 表1表示两试验的试验结果。需要说明的是，Hvi和Hvo是通过调节压紧工序中 的施加负荷等来进行变更的。
[0100] 【表1】
[0101]
【权利要求】
1. 一种火花塞， 该火花塞包括： 绝缘体，其为筒状，具有沿轴线方向延伸的轴孔； 中心电极，其插入设置在所述轴孔的顶端侧；以及 主体金属外壳，其为筒状，设于所述绝缘体的外周并且具有向径向内侧突出的突部， 所述突部具有随着朝向顶端侧去而内径减小的缩径部， 所述绝缘体在其外周具有随着朝向顶端侧去而外径减小的卡定部， 所述卡定部以隔着环状的板状密封件的方式卡定于所述缩径部， 该火花塞的特征在于， 在含有所述轴线的剖面中， 在将与所述轴线正交的直线同所述卡定部的外形线所成的角中的锐角的角度设为 9 P(° )、将与所述轴线正交的直线同所述缩径部的外形线所成的角中的锐角的角度设为0 s(° )时，满足0 s > 0 p，并且 所述板状密封件配置在含有第1线段的位置，该第1线段沿所述轴线方向延伸，且在所 述轴线方向上自所述卡定部的后端连结至所述缩径部， 在将所述板状密封件在所述第1线段的中点处的维氏硬度设为Hvo(Hv)、将所述板状 密封件在第2线段的中点处的维氏硬度设为Hvi (Hv)时，满足Hvo > Hvi，该第2线段沿所 述轴线方向延伸，且在所述轴线方向上自所述缩径部的与所述板状密封件接触的部位的顶 端连结至所述卡定部。
2. 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 满足 1. 03 彡 Hvo/Hvi 彡 1. 25。
3. -种火花塞的制造方法，其为对权利要求1或2所述的火花塞的制造方法，其特征在 于， 该火花塞的制造方法包括： 配置工序，在该工序中，将所述绝缘体以在所述缩径部与所述卡定部之间配置有所述 板状密封件的状态配置于所述主体金属外壳的内周；以及 压紧工序，在该工序中，对所述主体金属外壳的后端部施加朝向所述轴线方向顶端侧 的负荷，使所述主体金属外壳的后端部向径向内侧弯曲变形，从而将所述主体金属外壳和 所述绝缘体以利用所述缩径部和所述卡定部夹持所述板状密封件的状态固定起来， 在所述配置工序中，配置如下这样的板状密封件：所述板状密封件的配置在所述卡定 部侧的一端面在含有所述板状密封件自身的中心轴线在内的剖面中的外形线、同与所述中 心轴线正交的直线所成的角中的锐角的角度、即0pp(° )与0p相同，并且，所述板状密封 件的配置在所述缩径部侧的另一端面在所述剖面中的外形线、同与所述中心轴线正交的直 线所成的角中的锐角的角度、即0ps(° )与0s相同。
【文档编号】H01T13/36GK104488151SQ201380038235
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】尾关启治, 加藤友聪, 向山直志, 小林勉 申请人:日本特殊陶业株式会社
【专利摘要】本发明的火花塞能够确保良好的气密性并可靠地防止绝缘体发生破损等情况。火花塞(1)包括：绝缘电瓷(2)，其具有缩径部(14)；主体金属外壳(3)，其设于绝缘电瓷(2)的外周，具有向径向内侧突出的突部(21)。突部(21)具有缩径部(21A)，卡定部(14)以隔着环状的板状密封件(22)的方式卡定于缩径部(21A)。在含有轴线(CL1)的剖面中，在将与轴线(CL1)正交的直线同卡定部(14)的外形线所成的角中的锐角的角度设为θp(°)、将与轴线(CL1)正交的直线同缩径部(21A)的外形线所成的角中的锐角的角度设为θs(°)时，满足θs＞θp。在所述剖面中，在将板状密封件(22)在第1线段(SL1)的中点(CP1)处的维氏硬度设为Hvo(Hv)、将板状密封件(22)在第2线段(SL2)的中点(CP2)处的维氏硬度设为Hvi(Hv)时，满足Hvo＞Hvi。
【专利说明】火花塞及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及在内燃机等中使用的火花塞及该火花塞的制造方法。
【背景技术】
[0002] 火花塞安装于内燃机（发动机）等燃烧装置，用于对燃烧室内的混合气进行点火。 通常，火花塞包括；绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中屯、电极，其插入于所述轴孔 的顶端侧；主体金属外壳，其设于所述绝缘体的外周；W及接地电极，其设于主体金属外壳 的顶端部，在该接地电极与中屯、电极之间形成有间隙。另外，主体金属外壳在内周具有突 部，该突部向径向内侧突出且呈W轴线为中屯、的环状。另外，在绝缘体插入到主体金属外壳 的内周且设于该绝缘体自身顶端侧的卡定部卡定于所述突部的后端侧面、即缩径部的状态 下，绝缘体对主体金属外壳的后端部施加负荷，使主体金属外壳的后端部弯曲变形，从而与 主体金属外壳压紧（日语；加締攻）固定起来。另外，为了谋求提高气密性，在卡定部与缩 径部之间夹设有环状的板状密封件（例如，参照专利文献1等）。
[0003] 现有巧术专献
[0004] 专利专献
[0005] 专利文献1 ;日本特开平10-289777号公报
【发明内容】
[oood 发巧要解决的间願
[0007] 然而，近年来，为了谋求内燃机等的设计自由度的提高等，要求火花塞小型化（小 径化）。在该样的小径化了的火花塞中，可能难W充分确保卡定部与板状密封件、缩径部与 板状密封件之间的接触面积，而导致气密性降低。
[000引因此，考虑通过增大压紧固定时的施加负荷、由卡定部和缩径部W更大的负荷夹 持板状密封件，从而增大板状密封件与卡定部等之间的接触压力，谋求防止气密性降低。然 而，在该情况下，可能会出现该样的情况；突部过度压缩变形，突部向径向内侧（即，绝缘体 侦。突出变形。并且，由于绝缘体被变形了的突部按压，而有可能使绝缘体产生裂纹等破 损、使绝缘体与主体金属外壳之间发生轴线偏移。
[0009] 本发明是鉴于所述情况而做成的，其目的在于提供一种能够确保良好的气密性并 可靠地防止绝缘体发生破损等情况的火花塞及其制造方法。
[0010] 用于解决间願的方秦
[0011] W下，对适于达到所述目的的各技术方案进行分项说明。另外，根据需要对相应的 技术方案附加记载特有的作用效果。
[0012] 技术方案1.本技术方案的火花塞包括：
[0013] 绝缘体，其为筒状，具有沿轴线方向延伸的轴孔；
[0014] 中屯、电极，其插入设置在所述轴孔的顶端侧；W及
[0015] 主体金属外壳，其为筒状，设于所述绝缘体的外周并且具有向径向内侧突出的突 部，
[0016] 所述突部具有随着朝向顶端侧去而内径减小的缩径部，
[0017] 所述绝缘体在其外周具有随着朝向顶端侧去而外径减小的卡定部，
[0018] 所述卡定部W隔着环状的板状密封件的方式卡定于所述缩径部，
[0019] 该火花塞的特征在于，
[0020] 在含有所述轴线的剖面中，
[0021] 在将与所述轴线正交的直线同所述卡定部的外形线所成的角中的锐角的角度设 为0p(° )、将与所述轴线正交的直线同所述缩径部的外形线所成的角中的锐角的角度设 为0 s(。）时，满足0 S > 0p，并且
[0022] 所述板状密封件配置在含有第1线段的位置，该第1线段沿所述轴线方向延伸，且 在所述轴线方向上自所述卡定部的后端连结至所述缩径部，
[0023] 在将所述板状密封件在所述第1线段的中点处的维氏硬度设为Hvo(Hv)、将所述 板状密封件在第2线段的中点处的维氏硬度设为Hvi (Hv)时，满足Hvo > Hvi，该第2线段 沿所述轴线方向延伸，且在所述轴线方向上自所述缩径部的与所述板状密封件接触的部位 的顶端连结至所述卡定部。
[0024] 采用所述技术方案1，构成为满足0 S > 0 P。因此，在将主体金属外壳和绝缘体 压紧固定时，能够对缩径部的位于外周侧的部位施加较大的负荷，使施加于缩径部的位于 内周侧的部位的负荷较小。因而，能够有效地抑制朝向径向内侧的突部发生突出变形。其 结果，能够可靠地防止绝缘体发生破损、绝缘体与主体金属外壳之间发生轴线偏移。
[0025] 另外，采用所述技术方案1，构成为满足Hvo > Hvi,板状密封件的外周侧部位的硬 度大于板状密封件的内周侧部位的硬度。目P，通过使0s> 0p，板状密封件的外周侧部位 被卡定部和缩径部W较大的负荷夹持，但板状密封件的该被W较大负荷夹持的部位的硬度 足够大。因而，与内周侧相比，能够在与卡定部等之间的接触面积较大的外周侧使板状密封 件与卡定部等之间的接触压力显著增大。其结果，能够实现良好的气密性。
[0026] 此外，板状密封件的被施加的负荷比较小的内周侧部位构成为硬度比较小。因而， 板状密封件的内周侧部位即使在与卡定部等之间的接触压力较小的状态下也会可靠地与 卡定部等密合。其结果，能够同板状密封件的外周侧部位与卡定部等之间的接触压力显著 增大相得益彰地实现非常良好的气密性。
[0027] 技术方案2.在所述技术方案1的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，满足 1. 03《Hvo/Hvi《1. 25。
[002引采用所述技术方案2,由于构成为满足Hvo/Hvi《1. 25,因此能够可靠地防止相比 自板状密封件的内周侧部位施加于突部（缩径部）的负荷而言，自板状密封件的外周侧部 位施加于突部（缩径部）的负荷过大。由此，能够有效地抑制突部（缩径部）的一部分发 生局部变形，进而能够进一步可靠地防止绝缘体随着突部的变形而发生破损等情况。
[0029] 另外，采用所述技术方案2,由于构成为满足1. 03《Hvo/Hvi，因此能够平衡性良 好地分别提高板状密封件的外周侧部位与卡定部等之间的接触压力W及板状密封件的内 周侧部位与卡定部等之间的密合性。其结果，能够谋求气密性的进一步提高。
[0030] 技术方案3.本技术方案的火花塞的制造方法是所述技术方案1或2所述的火花 塞的制造方法，其特征在于，
[0031] 该火花塞的制造方法包括：
[0032] 配置工序，在该工序中，将所述绝缘体W在所述缩径部与所述卡定部之间配置有 所述板状密封件的状态配置于所述主体金属外壳的内周；W及
[0033] 压紧工序，在该工序中，对所述主体金属外壳的后端部施加朝向所述轴线方向顶 端侧的负荷，使所述主体金属外壳的后端部向径向内侧弯曲变形，从而将所述主体金属外 壳和所述绝缘体W利用所述缩径部和所述卡定部夹持所述板状密封件的状态固定起来，
[0034] 在所述配置工序中，配置如下该样的板状密封件：板状密封件的配置在所述卡定 部侧的一端面在含有板状密封件自身的中屯、轴线在内的剖面中的外形线、同与所述中屯、轴 线正交的直线所成的角中的锐角的角度、即0pp(° )与0p相同，并且，板状密封件的配置 在所述缩径部侧的另一端面在所述剖面中的外形线、同与所述中屯、轴线正交的直线所成的 角中的锐角的角度、即0ps(° )与0S相同。
[0035] 需要说明的是，"0pp与0p相同"不仅包括0pp与0p严格相同的情况，还包 括0 PP与目P略微（例如，±2°左右）不同的情况。并且，"0 PS与0 S相同"不仅包括 0 ps与0 S严格相同的情况，还包括0 ps与0 S略微（例如，±2°左右）不同的情况。
[0036] 通常，在固定主体金属外壳和绝缘体时，在配置工序中，在卡定部与缩径部之间配 置板状密封件，在此基础上，在压紧工序中对主体金属外壳的后端部施加负荷，使主体金属 外壳的后端部弯曲变形。由此，将主体金属外壳和绝缘体W在卡定部与缩径部之间夹持有 板状密封件的状态压紧固定。
[0037] 另外，W往，如图10(a)所示，在进行配置工序时，配置在卡定部14与缩径部21A 之间的板状密封件42构成为：位于卡定部14侧的一端面42F和位于缩径部21A侧的另一端 面42B分别沿与板状密封件42的中屯、轴线正交的方向延伸（即平板状）。并且，如图10化） 所示，在压紧工序中，板状密封件42在自卡定部14侧施加的负荷的作用下发生变形，通过 进一步施加负荷而使板状密封件42随着一端面42F和另一端面42B的变形而发生变形。 [003引但是，在所述的方法中，在压紧工序的初始阶段，板状密封件42的位于内周面42N 与一端面42F之间的角部42E与绝缘体41接触。因此，在压紧工序中，应力集中作用于绝 缘体41的与角部42E接触的部位，可能导致绝缘体41发生裂纹等破损。
[0039] 在该一点上，采用所述技术方案3,构成为在配置工序中使用该样的板状密封件： 一端面的角度0pp与0p (卡定部的角度）相同且另一端面的角度0ps与0S (缩径部的 角度）相同。即，板状密封件构成为在配置工序中与卡定部之间大致面接触、板状密封件与 卡定部及缩径部之间大致面接触。因而，在压紧工序中，能够可靠地防止应力集中作用于绝 缘体的一部分。其结果，能够进一步可靠地防止绝缘体发生破损。
【专利附图】
【附图说明】
[0040] 图1是表示火花塞的结构的局部剖主视图。
[0041] 图2是表示缩径部的角度、卡定部的角度等的放大剖视图。
[0042] 图3是用于说明在卡定部的外形线发生弯曲、弯折的情况下，卡定部的角度的求 得方法的剖面示意图。
[0043] 图4是用于说明在缩径部的外形线发生弯曲、弯折的情况下，缩径部的角度的求 得方法的剖面示意图。
[0044] 图5是表示在配置工序中保持于承模的主体金属外壳的剖视图。
[0045] 图6是表示板状密封件的结构的立体图。
[0046] 图7是表示板状密封件的结构的放大剖面图。
[0047] 图8是表示在压紧工序中使用的压模等的剖视图。
[0048] 图9是表不在压紧工序中对主体金属外壳的后端部施加有负荷的状态的剖视图。
[0049] 图10(a)是表示在现有技术中在配置工序中的板状密封件等的放大剖视图，图 10(b)是表示在现有技术中在压紧工序中的板状密封件等的放大剖视图。
【具体实施方式】
[0化0] W下，参照【专利附图】
【附图说明】一实施方式。图1是表示火花塞1的局部剖主视图。需要说 明的是，在图1中，将火花塞1的轴线CL1方向设为附图中的上下方向，将下侧作为火花塞 1的顶端侧，将上侧作为后端侧，W此来进行说明。
[0化1] 火花塞1由呈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。
[0化2] 绝缘电瓷2是如公知那样通过烧结氧化侣等而形成的，该绝缘电瓷2的外形部具 备；后端侧主体部10,其形成在后端侧；大径部11，其在比该后端侧主体部10靠顶端侧的 位置朝向径向外侧突出而形成；中间主体部12,其在比该大径部11靠顶端侧的位置形成为 直径小于该大径部11的直径；W及腿部13,其在比该中间主体部12靠顶端侧的位置形成 为直径小于该中间主体部12的直径。而且，绝缘电瓷2的大径部11、中间主体部12 W及大 部分的腿部13被收容在主体金属外壳3的内部。并且，在中间主体部12与腿部13之间的 连接部形成有随着朝向顶端侧去而外径减小的锥形的卡定部14,绝缘电瓷2利用该卡定部 14卡定于主体金属外壳3。
[0053] 而且，在绝缘电瓷2内贯穿形成有沿轴线CL1延伸的轴孔4,在该轴孔4的顶端侧 插入并固定有中屯、电极5。中屯、电极5包括内层5A和外层5B，该内层5A由导热性优异的 金属（例如，铜、铜合金、纯镶（Ni)等）形成，该外层5B由WNi为主要成分的合金形成。并 且，中屯、电极5整体呈椿状（圆柱状），其顶端部分自绝缘电瓷2的顶端突出。需要说明的 是，在本实施方式中，为了谋求提高耐久性，而在中屯、电极5的顶端部设有由耐消耗性优异 的金属（例如，银合金、销合金等）形成的圆柱状的电极头31。
[0化4] 此外，在轴孔4的后端侧W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。
[0055] 而且，在轴孔4的处于中屯、电极5与端子电极6之间的部分配置有圆柱状的电阻 器7。该电阻器7的两端部隔着导电性的玻璃密封层8、9而分别与中屯、电极5和端子电极 6电连接。
[0化6] 此外，所述主体金属外壳3由低碳钢（例如，S25C等）等金属形成为筒状，并在其 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1安装于内燃机、燃料电 池改性器等燃烧装置。并且，在比螺纹部15靠后端侧的位置向外周侧突出形成有座部16， 在螺纹部15后端的螺纹头17套装有环状的垫圈18。此外，在主体金属外壳3的后端侧设 有截面呈六边形的工具卡合部19,在将主体金属外壳3安装于燃烧装置时该工具卡合部19 用于与扳手等工具卡合。并且，在主体金属外壳3的后端部设有向径向内侧弯曲的压紧部 20。需要说明的是，在本实施方式中，为了谋求火花塞1的小径化，而使主体金属外壳3小 径化，使螺纹部15的螺纹直径较小（例如，M12 W下）。并且，随着主体金属外壳3的小径 化，配置在主体金属外壳3内周的绝缘电瓷2也小径化，进而使绝缘电瓷2的壁厚较薄。 [0057] 此外，在主体金属外壳3的内周设有向径向内侧突出的突部21，该突部21具有随 着朝向顶端侧去而内径减小的锥形的缩径部21A(为突部21的后端侧面）。另外，绝缘电 瓷2自主体金属外壳3的后端侧向主体金属外壳3的顶端侧插入主体金属外壳3内，在该 绝缘电瓷2自身的卡定部14隔着由规定金属（例如，铜、铁、SUS等）形成的圆环状的板状 密封件22卡定于所述缩径部21A的状态下，使主体金属件3的后端侧开口部向径向内侧压 紧、即形成所述压紧部20,从而使绝缘电瓷2固定于主体金属件3。另外，利用设在卡定部 14和缩径部21A之间的所述板状密封件22保持燃烧室内的气密性，从而避免进入绝缘电 瓷2的暴露在燃烧室内的腿部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙内的燃料气体泄 漏到外部。
[0化引此外，为了使通过压紧实现的密闭更加完善，在主体金属外壳3的后端侧，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 (talc) 25的粉末。目P，主体金属外壳3借助板状密封件22、环构件23、环构件24 W及滑石 25保持绝缘电瓷2。
[0化9] 另外，在主体金属外壳3的顶端部26接合有接地电极27,该接地电极27在其自 身的中间部分处折回，其自身的顶端侧侧面与中屯、电极5的顶端部（电极头31)相对。而 且，在中屯、电极5的顶端部（电极头31)与接地电极27的顶端部之间形成有间隙28,在该 间隙28内，在大致沿着轴线化1的方向上进行火花放电。
[0060] 接着，说明本发明的特征部分，即卡定部14、缩径部21A W及位于两者之间的板状 密封件22的结构。
[0061] 在本实施方式中，如图2(在图2中，为了便于图示，而省略了绝缘电瓷2和主体 金属外壳3的剖面线）所示，构成为在含有轴线化1的剖面中，在将卡定部14的角度设为 0p(° )、将缩径部21A的角度设为0s(° )时，满足0s> 0p。
[006引其中，角度0 P是在所述剖面中与轴线CL1正交的直线化1同卡定部14的外形线 所成的角中的锐角的角度。另外，角度0S是在所述剖面中与轴线CL1正交的直线XL2同 缩径部21A的外形线所成的角中的锐角的角度。
[0063] 此外，在卡定部14的外形线发生弯曲、弯折的情况下，角度0p通过W下方式求 得。目P，如图3所示，在隔着轴线化1的一侧，利用投影仪，得到半径差D1，该半径差D1是 中间主体部12的半径（卡定部14的后端的半径）减去腿部13的后端的半径（卡定部14 的顶端的半径）而得到的。需要说明的是，在中间主体部12呈锥形的情况下，将中间主体 部12的顶端部的外形线的延长线与卡定部14的外形线的延长线之间的交点处的半径（轴 线与所述交点之间的距离）减去腿部13的后端的半径而得到的值作为所述半径差D1。接 着，画出7条假想线VL1?化7,该7条假想线VL1?VL7沿着轴线CL1延伸，并且沿与轴 线CL1正交的方向将所述半径差D1八等分。之后，利用投影仪，求得7条假想线VL1?化7 中的除位于最外周侧的假想线VL1和位于最内周侧的假想线VL7之外的5条假想线VL2? VL6与所述卡定部14的外形线之间的交点P1?P5的坐标。接着，求得与得到的5个坐标 相对应的近似直线AL1同与轴线CL1正交的直线XL1所成的角中的锐角的角度a。并且， 在隔着轴线CLl的另一侧，利用与所述方法同样的方法，求得与得到的5个坐标相对应的近 似直线同与轴线CL1正交的直线XL1所成的角a，并算出求得的两个角a的平均值。在本 实施方式中，将两个角a的平均值作为角度0p。
[0064] 另外，在缩径部21A的外形线发生弯曲、弯折的情况下，角度0 S通过W下方式求 得。
[00化]即，如图4所示，在隔着轴线CL1的一侧，利用投影仪，得到半径差D2,该半径差D2 是突部21的自缩径部21A的顶端向顶端侧延伸的部位21B的半径（更详细地说，所述部位 21B的位于最内周侧的部分的半径）减去主体金属外壳3的自缩径部21A的后端向后端侧 延伸的部位3A的半径而得到的。
[0066] 接着，画出7条假想线化11?化17,该7条假想线化11?化17沿着轴线化1延 伸，并且沿与轴线CL1正交的方向将所述半径差D2八等分。
[0067] 之后，利用投影仪，求得7条假想线化11?化17中的除位于最外周侧的假想线 化11和位于最内周侧的假想线化17之外的5条假想线化12?化16与所述缩径部21A的 外形线之间的交点P11?P15的坐标。
[0068] 接着，求得与得到的5个坐标P11?P15相对应的近似直线AL2同与轴线化1正 交的直线XL2所成的角中的锐角的角度0。
[0069] 并且，在隔着轴线化1的另一侧，利用与所述方法同样的方法，求得与得到的5个 坐标相对应的近似直线同与轴线CL1正交的直线XL2所成的角0，并算出求得的两个角0 的平均值。
[0070] 在本实施方式中，将两个角0的平均值作为角度0 S。
[0071] 返回到图2,在所述剖面中，板状密封件22配置在含有第1线段SL1的位置，该第 1线段SL1沿轴线CL1方向延伸，且在轴线CL1方向上自卡定部14的后端14B连结至缩径 部21A。换言之，板状密封件22配置在卡定部14的后端14B与缩径部21A的沿轴线CL1与 所述后端14B相对的部位之间的整个区域内。
[0072] 并且，在所述剖面中，板状密封件22配置在含有第2线段SL2的位置，该第2线段 SL2沿轴线CL1方向延伸，且在轴线CL1方向上自缩径部21A的与板状密封件22接触的部 位的顶端21AF连结至卡定部14。换言之，板状密封件22配置在所述顶端21AF与卡定部 14的沿轴线CL1与所述顶端21AF相对的部位之间的整个区域内。
[0073] 此外，在本实施方式中，构成为在所述剖面中，在将板状密封件22在第1线段化1 的中点CP1处的维氏硬度设为Hvo化V)、将板状密封件22在第2线段SL2的中点CP2处的 维氏硬度设为Hvi(Hv)时，满足Hvo>Hvi。目P，板状密封件22构成为：外周侧部位的硬度 大于内周侧部位的硬度。
[0074] 另外，在本实施方式中，构成为满足1.03《Hvo/Hvi《 1.25。需要说明的是，在本 实施方式中，Hvo为115HV W上且268HV W下，Hvi为109HV W上且213HV W下。另外，板 状密封件22的硬度能够利用例如基于JIS Z2244标准的方法进行测量。具体而言，能够通 过如下方法测量板状密封件22的硬度，即，在利用正四棱锥状的金刚石压头对板状密封件 22施加规定（例如，1. 961N)负荷，之后根据形成于板状密封件22的压痕的对角线长度来 测量板状密封件22的硬度。
[007引接着，说明如所述那样构成的火花塞1的制造方法。
[0076] 首先，对绝缘电瓷2进行成形加工。例如，使用W氧化侣为主体且含有粘合剂等的 原料粉末来调制成形用巧料造粒物，使用该成形用巧料造粒物进行橡胶加压成形，从而得 到筒状的成形体。之后，对得到的成形体实施磨削加工，在对该成形体的外形进行了修整的 基础上，对修整后的成形体实施烧结加工，从而得到绝缘电瓷2。
[0077] 之后，与绝缘电瓷2相对独立地制造中屯、电极5。目P，对Ni合金进行锻造加工来制 作中屯、电极5,该Ni合金在中央部配置有用于谋求提高散热性的铜合金等。另外，通过激光 焊等在中屯、电极5的顶端部接合电极头31。
[007引之后，利用玻璃密封层8、9密封固定电阻器7、端子电极6、W及如所述那样得到的 绝缘电瓷2和中屯、电极5。作为玻璃密封层8、9,通常是通过使棚娃酸玻璃与金属粉末混合 并进行调制，将该调制成的材料W将电阻器7隔在中间的方式填充到绝缘电瓷2的轴孔4 内，之后利用所述端子电极6从后方按压，并在烧结炉内进行加热而烧结成的。需要说明的 是，此时，既可W同时在绝缘电瓷2的后端侧主体部10的表面烧结釉层，也可W事先形成釉 层。
[0079] 接着，对主体金属外壳3进行加工。即，通过对圆柱状的金属材料（例如S17C、S25C 该样的铁系材料、不诱钢材料）实施冷锻造加工等来形成贯通孔，并形成概略形状。之后， 通过实施切削加工来修整外形，得到主体金属外壳中间体。
[0080] 接着，在主体金属外壳中间体的顶端面电阻焊接由Ni合金等形成的直椿状的接 地电极27。由于在该焊接时产生所谓的"下陷"，因此在去除该"下陷"后，通过滚压成型在 主体金属外壳中间体的规定部位形成螺纹部15。由此，得到接合有接地电极27的主体金属 外壳3。另外，为了谋求提高耐腐蚀性，也可W对焊接有接地电极27的主体金属外壳3实施 锻敷处理。
[0081] 之后，对分别如所述那样制作出的绝缘电瓷2和主体金属外壳3进行固定，该绝缘 电瓷2具有中屯、电极5和端子电极6,该主体金属外壳3具有接地电极27。
[0082] 详细而言，如图5所示，首先，在配置工序中，向由规定金属（例如，泽火钢等硬钢） 形成的筒状的承模51内插入主体金属外壳3的顶端侧部分，从而利用承模51保持主体金 属外壳3。接着，向主体金属外壳3内插入板状密封件22,并将该板状密封件22配置在缩 径部21A之上。在此基础上，向主体金属外壳3内插入绝缘电瓷2,从而W在缩径部21A与 卡定部14之间配置有板状密封件22的状态将绝缘电瓷2配置于主体金属外壳3的内周。
[0083] 另外，在配置工序中，配置板状密封件22,该板状密封件22如图6所示那样构成 为；配置在卡定部14侧的一端面22F和配置在缩径部21A侧的另一端面22B分别朝向该板 状密封件22自身的中屯、轴线CL2侧去而向另一端侧倾斜。详细而言，如图7所示，板状密 封件22构成为：在含有所述中屯、轴线化2的剖面中，所述一端面22F的外形线同与中屯、轴 线CL2正交的直线XL3所成的角中的锐角的角度0pp(° )、与0p(卡定部14的角度）相 同，所述另一端面22B的外形线同与中屯、轴线CL2正交的直线XL4所成的角中的锐角的角 度0ps(° )、与0s(缩径部21A的角度）相同。目P，在配置工序（压紧工序之前的阶段） 中，板状密封件22 W其一端面22F与卡定部14之间面接触且其另一端面22B与缩径部21A 之间面接触的状态配置在卡定部14与缩径部21A之间。需要说明的是，角度0pp可W与角 度0p略微（例如，±2°左右）不同。此外，角度0ps可W与角度0 S略微（例如，±2° 左右）不同。
[0084] 接着，如图8所示，自主体金属外壳3的上方安装筒状的压模53。该筒状的压模 53在开口部顶端的内周面具有与所述压紧部20的形状相对应的弯曲面部53A。在安装压 模53后，在利用所述承模51和压模53夹持主体金属外壳3的状态下，利用压模53 W规定 负荷（例如，30kN W上且50kN W下）向承模51侧按压主体金属外壳3。由此，如图9所示 那样，主体金属外壳3的后端侧开口部向径向内侧弯曲（即，形成所述压紧部20)，从而将绝 缘电瓷2和主体金属外壳3固定起来。另外，通过自压模53施加负荷而使位于座部16与 工具卡合部19之间的壁厚较薄的圆筒状部位朝向径向外侧弯曲变形。由此，自主体金属外 壳3对绝缘电瓷2施加有沿着轴线CL1的轴向力，其结果，能够可靠地将绝缘电瓷2和主体 金属外壳3固定起来。
[0085] 在将主体金属外壳3和绝缘电瓷2固定起来之后，使接地电极27向中屯、电极5侧 弯曲，并且对形成在中屯、电极5的顶端部与接地电极27的顶端部之间的间隙28的大小进 行调节，从而得到所述的火花塞1。
[0086] 如W上详细说明那样，采用本实施方式，构成为满足0 S > 0 P。因此，在压紧工序 中，能够对缩径部21A的位于外周侧的部位施加较大的负荷，使施加于缩径部21A的位于内 周侧的部位的负荷较小。因而，能够有效地抑制朝向径向内侧的突部21发生突出变形。其 结果，能够可靠地防止绝缘电瓷2发生破损、绝缘电瓷2与主体金属外壳3之间发生轴线偏 移。
[0087] 特别是，在如本实施方式那样螺纹部15的螺纹直径较小且绝缘电瓷2的壁厚较薄 时，绝缘电瓷2可能随着突部21的变形而发生破损，但利用所述的结构，能够可靠地防止绝 缘电瓷2发生破损。换言之，使0 S > 0 P，对螺纹部15的螺纹直径较小（例如，为M12 W 下）且绝缘电瓷2可能随着突部21的变形而发生破损的火花塞特别有效。
[008引另外，在本实施方式中，构成为满足Hvo > Hvi，板状密封件22的外周侧部位的硬 度大于板状密封件22的内周侧部位的硬度。目P，通过使0s> 0p，板状密封件22的外周 侧部位被卡定部14和缩径部21A W较大的负荷夹持，但板状密封件22的该被W较大负荷 夹持的部位的硬度足够大。因而，与内周侧相比，能够在与卡定部14等之间的接触面积较 大的外周侧使板状密封件22与卡定部14等之间的接触压力显著增大。其结果，能够实现 良好的气密性。
[0089] 此外，板状密封件22的被施加的负荷比较小的内周侧部位构成为硬度比较小。因 而，板状密封件22的内周侧部位即使在与卡定部14等之间的接触压力较小的状态下也会 可靠地与卡定部14等密合。其结果，能够同板状密封件22的外周侧部位与卡定部14等之 间的接触压力显著增大相得益彰地实现非常良好的气密性。
[0090] 此外，由于构成为满足Hvo/Hvi《1. 25,因此能够可靠地防止相比自板状密封件 22的内周侧部位施加于突部21 (缩径部21A)的负荷而言，自板状密封件22的外周侧部位 施加于突部21 (缩径部21A)的负荷过大。由此，能够有效地抑制突部21 (缩径部21A)的 一部分发生局部变形，进而能够进一步可靠地防止绝缘电瓷2随着突部21的变形而发生破 损等情况。
[0091] 并且，由于构成为满足1. 03《Hvo/Hvi，因此能够平衡性良好地分别提高板状密 封件22的外周侧部位与卡定部14等之间的接触压力W及板状密封件22的内周侧部位与 卡定部14等之间的密合性。其结果，能够谋求气密性的进一步提高。
[0092] 另外，在配置工序中，构成为使用如下该样的板状密封件22，该板状密封件22的 一端面22F的角度0 PP与0 p(卡定部14的角度）相同且另一端面22B的角度0 ps与 0 s(缩径部21A的角度）相同。目P，在配置工序中，构成为；板状密封件22与卡定部14之 间大致面接触、板状密封件22与缩径部21A之间大致面接触。因而，在压紧工序中，能够可 靠地防止应力集中作用于绝缘电瓷2的局部。其结果，能够进一步可靠地防止绝缘电瓷2 发生破损。
[0093] 接着，为了确认所述实施方式能够发挥的作用效果，通过所述压紧工序制作具有 不同的板状密封件的火花塞的试样，该不同的板状密封件满足Hvo《Hvi或Hvo > Hvi、并 且通过变更0p和0 s而使0p-0s(° )各不相同。然后，针对各试样进行突部变形确认 试验和气密性评价试验。
[0094] 突部变形确认试验的概要如W下那样。
[0095] 目P，准备Hvo和Hvi的大小关系W及0 P- 0 S的值均相同的5个试样，并且观察通 过压紧工序得到的试样的剖面，确认突部是否向径向内侧突出变形。
[0096] 在此，在全部的5个试样中均没有确认出突部变形的情况下，评价为"0"，表示能 够有效地抑制突部向径向内侧变形，进而能够可靠地防止绝缘电瓷随着突部的变形而发生 破损等情况。
[0097] 另一方面，在5个试样中的至少一个试样被确认出突部发生变形的情况下，评价 为"A"，表示绝缘电瓷可能随着突部的变形而发生破损等情况。
[009引另外，气密性评价试验的概要如W下那样。目P，将试样安装于规定的侣衬套（日 文；Sッッシ)，利用空气对试样的顶端持续施加1. 5MPa的压力。然后，逐渐增大所 述侣衬套的与垫圈接触的部位（接触面）的温度（接触面温度），测量在每分钟自绝缘电 瓷与主体金属外壳之间泄漏的空气的泄漏量为lOcc/分W上时的接触面温度（lOcc泄漏温 度）。在此，在lOcc泄漏温度为240°CW上的情况下，评价为"0"，表示具有优异的气密性。 另一方面，在lOcc泄漏温度为230°C W上且小于240°C的情况下，评价为"A"，表示气密性 欠佳，在lOcc泄漏温度为200°C W上且小于230°C的情况下，评价为"X "，表示气密性较差。
[0099] 表1表示两试验的试验结果。需要说明的是，Hvi和Hvo是通过调节压紧工序中 的施加负荷等来进行变更的。
[0100] 【表1】
[0101]
【权利要求】
1. 一种火花塞， 该火花塞包括： 绝缘体，其为筒状，具有沿轴线方向延伸的轴孔； 中心电极，其插入设置在所述轴孔的顶端侧；以及 主体金属外壳，其为筒状，设于所述绝缘体的外周并且具有向径向内侧突出的突部， 所述突部具有随着朝向顶端侧去而内径减小的缩径部， 所述绝缘体在其外周具有随着朝向顶端侧去而外径减小的卡定部， 所述卡定部以隔着环状的板状密封件的方式卡定于所述缩径部， 该火花塞的特征在于， 在含有所述轴线的剖面中， 在将与所述轴线正交的直线同所述卡定部的外形线所成的角中的锐角的角度设为 9 P(° )、将与所述轴线正交的直线同所述缩径部的外形线所成的角中的锐角的角度设为0 s(° )时，满足0 s > 0 p，并且 所述板状密封件配置在含有第1线段的位置，该第1线段沿所述轴线方向延伸，且在所 述轴线方向上自所述卡定部的后端连结至所述缩径部， 在将所述板状密封件在所述第1线段的中点处的维氏硬度设为Hvo(Hv)、将所述板状 密封件在第2线段的中点处的维氏硬度设为Hvi (Hv)时，满足Hvo > Hvi，该第2线段沿所 述轴线方向延伸，且在所述轴线方向上自所述缩径部的与所述板状密封件接触的部位的顶 端连结至所述卡定部。
2. 根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于， 满足 1. 03 彡 Hvo/Hvi 彡 1. 25。
3. -种火花塞的制造方法，其为对权利要求1或2所述的火花塞的制造方法，其特征在 于， 该火花塞的制造方法包括： 配置工序，在该工序中，将所述绝缘体以在所述缩径部与所述卡定部之间配置有所述 板状密封件的状态配置于所述主体金属外壳的内周；以及 压紧工序，在该工序中，对所述主体金属外壳的后端部施加朝向所述轴线方向顶端侧 的负荷，使所述主体金属外壳的后端部向径向内侧弯曲变形，从而将所述主体金属外壳和 所述绝缘体以利用所述缩径部和所述卡定部夹持所述板状密封件的状态固定起来， 在所述配置工序中，配置如下这样的板状密封件：所述板状密封件的配置在所述卡定 部侧的一端面在含有所述板状密封件自身的中心轴线在内的剖面中的外形线、同与所述中 心轴线正交的直线所成的角中的锐角的角度、即0pp(° )与0p相同，并且，所述板状密封 件的配置在所述缩径部侧的另一端面在所述剖面中的外形线、同与所述中心轴线正交的直 线所成的角中的锐角的角度、即0ps(° )与0s相同。
【文档编号】H01T13/36GK104488151SQ201380038235
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2012年7月17日
【发明者】尾关启治, 加藤友聪, 向山直志, 小林勉 申请人:日本特殊陶业株式会社
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