火花塞的制作方法
【专利摘要】一种火花塞。在将表面形成有镍镀层的金属壳（50）以螺纹联接的方式装配到安装孔（91）内的过程中，在不锈钢制成的垫圈（60）被夹在突出部（54）和开口周缘（92）之间但未被压缩的状态中，垫圈（60）的各表面不与垫圈的其他表面接触。在沿着轴线（O）的方向的截面中，垫圈（60）在点X这一个点处与突出部（54）接触，垫圈（60）在点Y这一个点处与开口周缘（92）接触，并且点Y位于点X的径向外侧，此外，点Y位于突出部（54）的支持面（55）的最大外径（Dz）的径向内侧。
【专利说明】火花塞
[0001]本申请为申请号为201180038341.2 (对应的国际申请号为PCT/JP2011/067453)、国际申请日为2011年7月29日、发明名称为“火花塞”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及具有密封来自内燃机中的安装孔的气密泄漏的密封构件的火花塞。
【背景技术】
[0003]—般，通过使形成在金属壳的外周的螺纹与形成在内燃机的安装孔中的内螺纹螺纹联接而将火花塞装配至内燃机。在金属壳的外周安装有环形密封构件(垫圈)以防止燃烧室内的通过安装孔的气密泄漏。一般的垫圈通过将环形地形成的金属板在厚度方向上折回，例如使得截面(形成后的与周向垂直的截面)为S形，来制备。当安装火花塞时，垫圈被夹在金属壳的突出部与安装孔的开口周缘之间并被压缩。垫圈由于螺纹联接而变形，并且与突出部和开口周缘中的每一个之间的密合(adhesion)以及在突出部和开口周缘中的每一个上的轴向力(由于紧固引起的压缩而导致的在轴向上施加的反作用力)被提高，以便封住气密泄漏。
[0004]近年来，内燃机被小型化并且性能被提高，具有发动机的振动被加强的趋势。此外，存在着燃烧室内的温度被提高的趋势。在垫圈中，当轴向力由于发动机的振动引起的变形或者由于与驱动和停止相关联的加热和冷却循环导致的蠕变变形而减小以至于使得螺纹联接松弛时，可能使密合劣化。在该情形下，已知一种火花塞，其通过在提高垫圈的材料强度并抑制紧固后的塑性变形以确保轴向力的同时限定垫圈的形状(折回)，来确保安装时的变形并且维持密合(例如参见专利文献I)。
[0005]在直喷式发动机中，朝向燃烧室的内部突出的接地电极、燃料喷出口以及火花放电间隙之间的定位关系影响点火性。因此，期望在火花塞被装配到发动机时，接地电极的方向(内燃机内的上述定位关系)能够由于螺钉的转动而被自由地调节。在该情形下，已知，在维持扭矩的同时安装火花塞时的螺纹紧固确保垫圈能够被挤压的幅度(压缩位移上的变化)(例如，参见专利文献2)。在专利文献2中，垫圈的压缩位移上的变化被确保为0.5mm或更大，其结果是在给定轴向力被维持的状态下螺钉的转动被确保为0.5转至I转或更大，使得能够调节接地电极的方向。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2004-134120号公报
[0009]专利文献2:日本特开2000-266186号公报
【发明内容】
[0010]然而，在专利文献I中，发动机的振动与发动机的较高性能相关联地被增大了，最终产生的大的力被施加于火花塞，并且在垫圈与突出部之间或者在垫圈与开口周缘之间可能产生滑移，导致螺纹联接松开。
[0011]在专利文献2中，用于确保垫圈的压缩位移上的变化的挤压裕度部分被确保在垫圈的径向上比在轴向上大。垫圈易于由于在安装过程中被挤压而在径向上变宽，因此在挤压裕度部分的形状上径向较大的垫圈可能从突出部突出。
[0012]已做出本发明以解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种火花塞，其能够确保经由密封构件被螺纹联接到装配孔内的金属壳的抗松开性，并且当密封构件被挤压时能够在抑制密封构件从突出部突出的同时确保充分大小的挤压裕度。
[0013]本发明的第一方面提供一种火花塞，其包括:
[0014]中心电极；
[0015]绝缘体,该绝缘体具有轴向孔并且在所述轴向孔的前端侧内保持所述中心电极；
[0016]筒状的金属壳，该金属壳在周向上包围并保持所述绝缘体，所述金属壳具有形成在所述金属壳的外周的螺纹，并且所述金属壳具有形成为比所述螺纹靠近基端侧的突出部，所述突出部从所述金属壳的所述外周向外突出并且在周向上包围所述外周；
[0017]接地电极，在所述接地电极和所述中心电极之间形成火花放电间隙；和
[0018]密封构件，该密封构件具有通过使环形板在厚度方向上多次折回而形成的环形构造，并且所述密封构件被从外侧同轴地安装在所述金属壳的位于所述螺纹与所述突出部之间的区域，其中，在所述金属壳被以螺纹联接的方式装配到带有内螺纹的安装孔内的状态中，所述密封构件在所述突出部和所述安装孔的开口周缘之间被压缩，并且所述密封构件密封所述突出部与所述开口周缘之间的空间，
[0019]其中，在所述金属壳被以螺纹联接的方式向所述安装孔内装配的过程中，在所述密封构件被夹在所述突出部和所述开口周缘之间而未被压缩的状态中，
[0020]所述密封构件的通过折回而彼此面对的表面彼此不接触，并且
[0021]当在包括所述火花塞的轴线的平面中观看所述密封构件的截面时，所述密封构件在第一接触点这一个点处与所述突出部接触，所述密封构件在第二接触点这一个点处与所述开口周缘接触，并且所述第二接触点位于所述第一接触点的径向外侧。
[0022]当火花塞被装配到内燃机的安装孔内时，密封构件在金属壳的突出部与安装孔的开口周缘之间被压缩，并且与突出部和开口周缘面接触以维持通过安装孔的气密泄漏。如果密封构件与突出部以及与开口周缘之间的摩擦力被增大了，则能够确保金属壳的抗松开性。在该示例中，本发明人已证实了如果取下火花塞，则在密封构件与开口周缘之间的滑移比在密封构件与突出部之间的滑移更加易于发生。通过将板材料折回而形成的密封构件具有弹簧特性，并且主要在折回部上进行由压缩引起的变形。为此原因，如果在第一接触点这一个点处进行未被压缩的密封构件与突出部之间的接触，并且在第二接触点这一个点处进行密封构件与开口周缘之间的接触，则即使密封构件被压缩了，第一接触点与第二接触点之间的在径向上的位置关系也被维持。此外，如果第二接触点位于第一接触点的径向外侧，则由与开口周缘接触的第二接触点所绘制出的虚拟圆的直径能够大于由与突出部接触的第一接触点所绘制出的虚拟圆的直径。结果，密封构件与开口周缘之间的摩擦力能够被制得大于密封构件与突出部之间的摩擦力。为此原因，能够使得密封构件与突出部之间的滑移平滑以便抑制密封构件与开口周缘之间的滑移。因此，能够增大用相同紧固扭矩进行紧固时的轴向力，并且能够确保抗松开性。[0023]当在密封构件未被压缩的状态中存在着密封构件的表面彼此接触的区域时，与密封构件的压缩相关联的变形被表面的接触限制。为此原因，当密封构件被压缩时，除了上述第一接触点和第二接触点之外还出现了与表面的接触区域相对应地抵着突出部和开口周缘产生阻力的区域。因此，在该密封构件中，刚开始压缩之后，在第一接触点和第二接触点处抵着突出部和开口周缘产生的阻力受到与表面的接触区域相对应地抵着突出部和开口周缘产生的阻力的影响。如第一方面中，如果在密封构件未被压缩的状态中密封构件的表面没有彼此接触，则在第一接触点和第二接触点处抵着突出部和开口周缘的阻力由于密封构件的弹簧特性而被充分增大。此外，即使由于压缩而导致出现了密封构件的表面彼此接触的区域，密封构件的阻力也被维持。因此，在表面的接触区域发生后，在第一接触点和第二接触点处抵着突出部和开口周缘产生的阻力轻微地受到与表面的接触区域相对应地抵着突出部和开口周缘产生的阻力的影响。因此，通过根据第一实施方式的密封构件的使用，与具有在未被压缩的状态中表面彼此接触的结构的密封构件相比，维持了第一接触点和第二接触点之间的在径向上的位置关系。因此，抵着开口周缘产生的摩擦力能够被维持成大于抵着突出部产生的摩擦力。即，除非在未被压缩的状态中密封构件的任意表面与另一表面接触，否则能够增大用相同紧固扭矩进行紧固时的轴向力，使得能够确保抗松开性。
[0024]在第一方面中，所述第二接触点可以位于所述金属壳的所述突出部的面对着所述密封构件的表面的最大外径Dz的内侧。为了确保当金属壳被螺纹连接至安装孔内时密封构件与突出部之间以及与开口周缘之间的密合，优选的是确保密封构件的弹簧特性(压缩后维持的阻力)。为了确保弹簧特性，期望密封构件与突出部以及与开口周缘的接触位置、即第一接触点和第二接触点的位置两者被配置在突出部和开口周缘的相对的表面内。因此，优选的是，位于第一接触点的径向上外周侧的第二接触点位于通常以比开口周缘的面积小的面积形成的突出部的最大外径Dz的内侧(在径向上的内周侧)。
[0025]本发明的第二方面提供一种火花塞，其包括:
[0026]中心电极；
[0027]绝缘体,该绝缘体具有轴向孔并且在所述轴向孔的前端侧内保持所述中心电极；
[0028]筒状的金属壳，该金属壳在周向上包围并保持所述绝缘体，所述金属壳具有形成在所述金属壳的外周的螺纹，并且所述金属壳具有形成为比所述螺纹靠近基端侧的突出部，所述突出部从所述金属壳的所述外周向外突出并且在周向上包围所述外周；
[0029]接地电极，在所述接地电极和所述中心电极之间形成火花放电间隙；和
[0030]密封构件，该密封构件具有被从外侧同轴地安装在所述金属壳的位于所述螺纹与所述突出部之间的区域的环形构造，其中，在所述金属壳被以螺纹联接的方式装配到带有内螺纹的安装孔内的状态中，所述密封构件在所述突出部和所述安装孔的开口周缘之间被压缩，并且所述密封构件密封所述突出部与所述开口周缘之间的空间，
[0031]其中，在所述金属壳被以螺纹联接的方式装配到所述安装孔内并且所述密封构件被夹在所述突出部和所述开口周缘之间并被压缩了时，所述密封构件与所述突出部面接触并且与所述开口周缘面接触，并且
[0032]在所述金属壳被从所述安装孔取下时，观察由所述密封构件留在所述突出部上的和留在所述开口周缘上的接触痕迹，当Cllci代表所述突出部所在侧的接触痕迹的外径并且dlh代表该接触痕迹的内径时,通过表达式(I)获得该接触痕迹的等价摩擦直径Dl，并且当d2Q代表所述开口周缘所在侧的接触痕迹的外径并且d2h代表该接触痕迹的内径时，通过表达式(2)获得该接触痕迹的等价摩擦直径D2，满足Dl < D2，
[0033]其中，
[0034]表达式(1)
【权利要求】
1.一种火花塞,其包括: 中心电极； 绝缘体，该绝缘体具有轴向孔并且在所述轴向孔的前端侧内保持所述中心电极； 筒状的金属壳，该金属壳在周向上包围并保持所述绝缘体，所述金属壳具有形成在所述金属壳的外周的螺纹，并且所述金属壳具有形成为比所述螺纹靠近基端侧的突出部，所述突出部从所述金属壳的所述外周向外突出并且在周向上包围所述外周； 接地电极，在所述接地电极和所述中心电极之间形成火花放电间隙；和密封构件，该密封构件具有被从外侧同轴地安装在所述金属壳的位于所述螺纹与所述突出部之间的区域的环形构造，其中，在所述金属壳被以螺纹联接的方式装配到带有内螺纹的安装孔内的状态中，所述密封构件在所述突出部和所述安装孔的开口周缘之间被压缩，并且所述密封构件密封所述突出部与所述开口周缘之间的空间， 其中，在所述金属壳被以螺纹联接的方式装配到所述安装孔内并且所述密封构件被夹在所述突出部和所述开口周缘之间并被压缩了时，所述密封构件与所述突出部面接触并且与所述开口周缘面接触，并且 在所述金属壳被从所述安装孔取下时，观察由所述密封构件留在所述突出部上的和留在所述开口周缘上的接触痕迹，当Cllci代表所述突出部所在侧的接触痕迹的外径并且dlh代表该接触痕迹的内径时，通过表达式(I)获得该接触痕迹的等价摩擦直径Dl，并且当d2Q代表所述开口周缘所在侧的接触痕迹的外径并且d2h代表该接触痕迹的内径时，通过表达式(2)获得该接触痕迹的等价摩擦直径D2，满足Dl < D2， 其中， 表达式(I)
2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，当假设所述金属壳的所述突出部的面对所述密封构件的表面的最大外径为Dz时，满足Dz > D2。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述密封构件由不锈钢制成，并且在所述金属壳的表面形成有镍镀层。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其特征在于， 当在包括所述密封构件的中心轴线的平面中观看所述密封构件的截面时，所述密封构件的所述截面具有从该密封构件的一个端部连续至该密封构件的另一端部的螺旋形状，其中，所述另一端部位于所述一个端部的内侧， 在所述密封构件的所述截面中，所述密封构件包括: 第一延伸部，该第一延伸部的一端为所述一个端部，所述第一延伸部朝向其另一端大致直线地延伸，所述第一延伸部的所述另一端比所述第一延伸部的所述一端靠所述密封构件的径向内侧，使得所述第一延伸部的沿所述密封构件的径向的成分大于沿所述密封构件的轴向的成分； 第二延伸部，该第二延伸部大致直线地延伸，使得所述第二延伸部的沿所述轴向的成分大于沿所述径向的成分； 第一连接部，该第一连接部通过曲率半径为r的曲线连接所述第一延伸部的所述另一端与所述第二延伸部的一端； 第三延伸部，该第三延伸部在所述第二延伸部的径向外侧的位置处大致直线地延伸，使得所述第三延伸部的沿所述轴向的成分大于沿所述径向的成分； 第二连接部，该第二连接部通过在远离所述第一延伸部的方向上弯曲的曲线连接所述第二延伸部的另一端和所述第三延伸部的一端；和 第三连接部，该第三连接部的一端被连接至所述第三延伸部的另一端，所述第三连接部的另一端为所述另一端部，并且所述第三连接部具有位于所述第一延伸部和所述第二连接部之间的区域，并且所述第三连接部在所述轴向上与所述第一延伸部和所述第二连接部重叠， 所述密封构件位 于所述第一延伸部与所述金属壳的所述突出部接触的一侧，并且以使得所述金属壳位于所述第二延伸部的径向内侧的方式被安装到所述金属壳， 在所述密封构件在所述金属壳被螺纹联接至所述安装孔内之前被安装于所述金属壳的状态中，当h代表所述密封构件的所述轴向上的高度并且t代表所述第二延伸部在满足h/2的位置处的厚度时， 在所述密封构件的所述径向上，当Rl代表所述第三延伸部的距离所述密封构件的所述中心轴线最远的区域距离所述中心轴线的径向距离，并且R2代表所述第二延伸部的距离所述密封构件的所述中心轴线最近的区域距离所述中心轴线的径向距离时，满足2Xt ≤ r ≤(R1-R2) /2，并且满足 h ≤(R1-R2)。
5.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，在所述密封构件的所述截面中，所述密封构件的所述另一端部位于在所述径向上比所述一个端部靠近所述中心轴线的位置。
6.根据权利要求4或5所述的火花塞，其特征在于，当假设在所述轴向上压缩所述密封构件的压缩负载为F并且通过F/{> (Rl2-R22)}计算出对所述密封构件施加的附加压力P时，当所述附加压力P在60MPa与130MPa之间的范围时，将所述金属壳螺纹联接到所述安装孔内的转动角度等于或高于90°且低于360°。
7.根据权利要求6所述的火花塞，其特征在于，当所述附加压力P在60MPa与130MPa之间的范围时，将所述金属壳螺纹联接到所述安装孔内的所述转动角度等于或高于180°且等于或低于360°。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的火花塞，其特征在于，在所述金属壳被螺纹联接至所述安装孔内之前，当在所述第二延伸部的满足h/2且在被安装于所述金属壳的所述密封构件的截面中是所述厚度t的中心的位置处测量所述密封构件的硬度时，维氏硬度等于或高于200Hv且等于或低于450Hv。
9.根据权利要求4至8中的任一项所述的火花塞，其特征在于，当观看被安装至所述金属壳之前的所述密封构件的截面时，从所述第三连接部的所述一端所在侧朝向所述第三连接部的所述另一端所在侧延伸的方向以等于或大于40°且等于或小于70°的角度与所述轴向交叉。
【文档编号】H01T13/08GK103872583SQ201410097914
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2011年7月29日 优先权日:2010年8月3日
【发明者】吉崎博俊, 宫下直道, 无笹守 申请人:日本特殊陶业株式会社