CN100505448C - 火花塞 - Google Patents

Abstract

一种火花塞，包括：中心电极(20)、绝缘体(10)、筒状的金属外壳(50)、以及接地电极(30)；绝缘体(10)具有沿中心电极(20)的轴线方向延伸的轴孔(12)，并将中心电极(20)保持在轴孔(12)内；筒状的金属外壳(50)包围绝缘体(10)并保持绝缘体(10)；接地电极(30)具有第一和第二端部，一端部(32)的端面(35)接合于金属外壳(50)的前端面(57)，并且接地电极(30)被弯曲成另一端部(31)与中心电极(20)相对。金属外壳(50)的轴线(P)和绝缘体(10)的轴线(O)彼此错开配置，满足关系A＞B，其中，距离A和B如此处定义。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及能防止横向跳火的内燃机用火花塞。

背景技术

以往，在内燃机上采用点火用的火花塞。该火花塞通常是用金属外壳保持着插设了中心电极的绝缘体，在金属外壳的靠燃烧室侧的前端部焊接着接地电极。接地电极的另一端部与中心电极前端部的前端面相对，从而形成火花放电间隙。当对暴露在两电极间的混合气点火时，在中心电极与接地电极之间发生火花放电，形成火焰核(例如见日本特开2004-207219号公报)。

内燃机运转时如果浓混合气被连续地引导到气缸内、或内燃机长时间低速运转，由于燃料的雾化不充分、或者由于绝缘体的温度降低等原因，碳附着在中心电极周围的绝缘体表面，产生所谓的“熏黑(熏黑污损)”现象。产生了熏黑现象时，电流通过附着在绝缘体表面的碳流动，有时会在绝缘体表面与金属外壳的内周面之间产生横向跳火。为了防止横向跳火，为了即使产生熏黑时在火花放电间隙中也能进行火花放电，有效的办法是规定绝缘体外周面与金属外壳内周面之间的间隔的大小、火花放电间隙的大小。

但是，近年来，随着汽车发动机的高功率化和省燃费化，从确保发动机设计自由度方面考虑，要求火花塞小型化。这样，绝缘体外周面与金属外壳内周面之间的间隔变小，从而在比已往低的电位差容易产生横向跳火。尤其是在从金属外壳前端面突设的接地电极的周围，电场强度变高，所以，仅仅是将已往火花塞的各零件尺寸减小了的火花塞的问题在于，在产生熏黑现象时，容易从绝缘体的外周面，相对于设有接地电极侧的金属外壳的内周面产生火花放电。

发明内容

本发明是为了解决上述问题点而作出的，因此其目的在于提供一种通过将金属外壳的内周面和绝缘体的外周面从同心圆错开地配置，而能防止横向跳火的火花塞。

为了实现上述目的，技术方案1记载的火花塞包括：中心电极、绝缘体、筒状的金属外壳、接地电极；上述绝缘体具有沿上述中心电极的轴线方向延伸的轴孔，保持上述中心电极在该轴孔的内部；上述筒状的金属外壳包围上述绝缘体；上述接地电极具有第一和第二端部，一端部的端面接合于上述金属外壳的前端面上，另一端部与上述中心电极相对；该火花塞的特征在于，

在连接上述金属外壳的上述前端面的内周侧圆的中心点、和上述接地电极的上述一端部的上述端面的中心点的直线上定义距离A和B，其中：距离A被定义为在上述接地电极侧的、在上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的外周面与包含上述金属外壳的上述前端面的平面的交线的距离、或上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的上述外周面的延伸面与包含上述绝缘体的前端面的平面的交线在上述平面上的投影之间的距离；以及距离B被定义为在上述接地电极相反侧的、在上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的上述外周面与包含上述金属外壳的上述前端面的上述平面的上述交线的距离、或上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的上述外周面的上述延伸面与包含上述绝缘体的上述前端面的上述平面的上述交线在上述平面上的上述投影之间的距离，将上述金属外壳的轴线和上述绝缘体的轴线彼此错开配置，使得满足关系A>B。

另外，技术方案2记载的火花塞，其特征在于，在技术方案1记载的火花塞的构造中，上述金属外壳将具有公称直径为M12或M12以下的螺纹部作为外周部；将上述金属外壳的轴线和上述绝缘体的轴线彼此错开配置，使得满足关系0.1mm≤A-B≤0.3mm。

另外，技术方案3记载的火花塞，是在技术方案1记载的火花塞的构造中，在包含上述金属外壳前端面的平面上的、上述绝缘体的截面的外周面或投影在该平面上的上述绝缘体的外周面与上述金属外壳前端面的内周侧圆之间的距离为1.5mm或1.5mm以下；其特征在于，将上述金属外壳的轴线和上述绝缘体的轴线彼此错开配置，使得满足关系0.1mm≤A-B≤0.3mm。

另外，技术方案4记载的火花塞，其特征在于，在技术方案1至3中任一项所述的火花塞中，在由上述金属外壳前端面和上述金属外壳的内周面定义的棱线部处，形成C0.1或C0.1以上的C倒角部或者R0.1或R0.1以上的R倒角部。

术语“C倒角部”意味着由两个平面限定的角部被倒角，从而倒角平面与限定上述角部的两个平面之间的角度分别为大约45°的倒角部。数据“C0.1或C0.1以上”意味着由上述倒角切削的上述两个平面的切削长度分别为0.1mm或0.1mm以上。术语“R倒角部”意味着由两个平面限定的角部的被倒角，从而曲率半径为R的圆弧被形成在上述倒角处。术语“R0.1或R0.1以上”意味着上述曲率半径R为0.1mm或0.1mm以上。

另外，技术方案5记载的火花塞，其特征在于，在技术方案1至4中任一项所述的火花塞的构造中，上述接地电极通过焊接接合在上述金属外壳前端面上，由该焊接形成在上述接地电极与上述金属外壳之间的焊接突起部，朝上述金属外壳前端面的内周侧圆的中心点突出的长度为0.1mm或0.1mm以下。

另外，技术方案6记载的火花塞，其特征在于，在技术方案1至5中任一项记载的火花塞的构造中，设二条直线分别通过包含上述金属外壳的前端面的平面上的上述接地电极的两个内侧端点和该平面上的上述金属外壳前端面的内周侧圆的中心点，由该二条直线和上述金属外壳前端面的内周侧圆的一部分形成锐角扇形区域，上述绝缘体的轴线与包含上述金属外壳前端面的平面的交点，位于该锐角扇形区域中的、与上述接地电极所处的侧相反的侧的锐角扇形区域内。

技术方案1记载的火花塞中，将金属外壳的轴线和绝缘体的轴线错开配置，使得接地电极侧的金属外壳前端面的内周侧圆和绝缘体外周面之间的距离A大于与接地电极相反的侧的金属外壳前端面的内周侧圆和绝缘体外周面之间的距离B。在金属外壳的前端面的一部分上接合着接地电极，在火花放电时，该接地电极周围的电场强度增高。因此，火花塞被污损成为熏黑状态时，有可能容易对接地电极产生横向跳火。为此，本发明中，将金属外壳的轴线和绝缘体的轴线错开配置，可以使绝缘体远离关心区域内的接地电极。这样，可防止在火花塞处于熏黑状态时产生横向跳火。

另外，在螺纹部的公称直径为M12或M12以下的小型火花塞中，不容易充分确保金属外壳内周面与绝缘体外周面之间的间隔。即，在接地电极与绝缘体之间，不容易确保防止发生上述横向跳火所需的间隔。为此，在技术方案2的发明中，若是使金属外壳的轴线和绝缘体的轴线错开，使绝缘体远离所关心区域内的接地电极地配置绝缘体，则即使在火花塞处于熏黑状态时，也可防止发生横向跳火。不过，绝缘体接近与接地电极接合于金属外壳的侧相反的侧的金属外壳内周面部分时，则在该内周面与绝缘体外周面之间产生横向跳火，因此，若将上述距离A和距离B的关系规定为0.1mm≤A-B≤0.3mm，就可以有效地防止发生横向跳火。

另外，在上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的上述外周面与包含上述金属外壳的上述前端面的上述平面的上述交线的距离、或上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的上述外周面的上述延伸面与包含上述绝缘体的上述前端面的上述平面的上述交线到上述平面的上述投影之间的距离1.5mm或1.5mm以下的小型火花塞中，与上述同样地，不容易充分确保金属外壳内周面与绝缘体外周面之间的间隔。为此，如技术方案3所述，将距离A和距离B的关系规定为0.1mm≤A-B≤0.3mm，就可以有效地防止横向跳火的发生。

另外，如技术方案4记载的火花塞那样，对由金属外壳前端面和金属外壳内周面定义的棱线部实施倒角加工，可以防止在棱线部周围的电场集中，从而减少横向跳火的发生概率。这时形成的倒角部是C0.1或C0.1以上的C倒角部或R0.1或R0.1以上的R倒角部时，可以通过插入倒角部，使金属外壳前端面和金属外壳内周面之间拉开距离，更加切实地防止电场集中。

另外，当通过电阻焊接合金属外壳与接地电极时，形成焊接突起部。如技术方案5的发明那样，使该焊接突起部朝金属外壳前端面的内周侧圆的中心点突出的长度为0.1mm或0.1mm以下，可以更有效地防止发生横向跳火。如果该突出部分的长度超过0.1mm，虽然能保持电场强度的平衡，但是由于金属外壳和绝缘体的绝对距离减小，可能通过会由燃烧产生的碳和焦渣等形成桥接金属外壳和绝缘体。当该焊接突出部分的尺寸在0.1mm或0.1mm以下，则可以避免上述问题，并且制造过程中的组装也容易进行。从而可提高火花塞的制造成品率。

接地电极的一侧面，朝向金属外壳的轴线侧并接合在金属外壳前端面上。由该一侧面与邻接侧面构成了棱线部，所以此处容易产生电场集中。因此，在包含金属外壳前端面的平面上，设通过金属外壳前端面的内周侧圆的中心点、和接地电极端面的两个内侧端点的两条直线。该两条直线将金属外壳前端面的内周侧圆内的区域分割成4个区域。其中，使绝缘体的轴线与包含金属外壳前端面的平面的交点位于与接地电极所处的侧相反的侧的锐角扇形区域内。即，在技术方案6中，规定金属外壳的轴线和绝缘体的轴线的位置关系，以使得绝缘体的轴线通过该锐角扇形区域内。

在此，上述的“接地电极端面的两个内侧端点”是指在包含金属外壳前端面的平面上，构成接地电极一端部的端面轮廓线的线段中的、配置在最接近金属外壳轴线的内侧线段的两端点。该内侧端点相当于将上述接地电极的棱线部中的、配置在金属外壳轴线侧的2个棱角部投影到包含金属外壳前端面的平面上而获得的点。

在连接金属外壳前端面的内周侧圆的中心点和接地电极一端部的端面的中心的直线上，绝缘体的轴线越接近接地电极，接地电极周围的电场强度越大，尤其电场容易集中在两个内侧端点周围。在金属外壳前端面的内周侧圆内的满足上述关系A>B的区域中，在绝缘体的轴线位置靠近接地电极的一侧，在与连接金属外壳前端面的内周侧圆的中心点、和接地电极一端部的端面中心的直线正交的方向，使绝缘体的轴线位置错开时，上述绝缘体的轴线位置分别与两个内侧端点的距离产生差。在靠近方的内侧端点周围更容易受电极集中的影响。为此，使绝缘体的轴线位置越配置在距离双方内侧端点大致均等的位置，越可以减小从靠近方的内侧端点周围受到的电场集中的影响。

另一方面，在绝缘体的轴线位置分别和2个内侧端点的距离的差不大，不容易受内侧端点周围的电场集中的影响，因此在金属外壳前端面的内周侧圆内的满足上述关系A>B的区域中，在绝缘体的轴线位置远离接地电极的一侧，在与连接金属外壳前端面的内周侧圆的中心点、和接地电极一端侧的端面中心的直线正交的方向，即使使绝缘体的轴线位置错开。不过，将绝缘体的轴线位置从2个内侧端点间的位置朝外侧错开地配置时是不理想的。因为在该错开侧，金属外壳与绝缘体之间的距离变小。

综上所述，如技术方案6所述，当将绝缘体的轴线位置配置在上述锐角扇形的区域内时，在金属外壳前端面的内周侧圆内的满足上述关系A>B的区域中，在绝缘体的轴线位置接近接地电极的一侧，将绝缘体的轴线位置配置在靠近距离2个内侧端点均等的位置的位置。在绝缘体的轴线位置远离接地电极侧，即使绝缘体的轴线位置以上述方式错开，也可以减小内侧端点周围的电场集中的影响。由此，即使在制造火花塞时的金属外壳和绝缘体的定位公差大，也能充分地抑制横向跳火的概率。

另外，制作的火花塞中，由于金属外壳前端面和接地电极一端部的端面被焊接而形成熔融部，有时不能清楚地判断内侧端点。这时，可以利用通过把在接地电极横截面中内侧端点清楚的部分，投影到包含金属外壳前端面的平面上而获得的投影，确定接地电极的2个内侧端点。具体地说，可以利用通过将配置于金属外壳和接地电极之间的熔融部的前端侧的部位(例如距金属外壳前端面1mm的前端侧的接地电极的假想截面)处的内侧端点投影在上述平面上而获得的投影。

附图说明

图1是火花塞100的局部剖面图。

图2是火花塞100的要部放大截面图。

图3是沿图2的双点划线X-X，从箭头方向所观察的火花塞100的前端部分的截面图。

图4是说明用于将金属外壳50以轴错开状态固定到绝缘体10的技术的图。

图5是未完全除去桥接金属外壳50和接地电极30的焊接毛刺时的火花塞100的要部放大截面图。

图6是用于说明接地电极30的内侧端点S1、S2与绝缘体10的轴线O的位置关系为优选时的火花塞100前端部分的截面图。

图7是用于说明接地电极30的内侧端点S1、S2与绝缘体10的轴线O的位置关系为非优选时的火花塞100前端部分的截面图。

图8是用于说明接地电极30的内侧端点S1、S2与绝缘体10的轴线O的位置关系为非优选时的火花塞100前端部分的截面图。

图9是表示轴错开量与横向跳火发生概率的关系的曲线图。

图10是使绝缘体10的轴线O相对于金属外壳50的轴线P倾斜，并绝缘体10和金属外壳50一体化的火花塞200的部分放大截面图。

图11是将绝缘体310的前端面311配置在金属外壳50的前端面57的后端侧的火花塞300的要部放大截面图。

图12是对由金属外壳450的前端面457和内周面458构成的棱线部实施了C倒角加工的火花塞400的要部放大截面图。

图13是对由金属外壳460的前端面467和内周面468构成的棱线部实施R倒角加工的火花塞410的要部放大截面图。

图14是火花塞500的前端部分的截面图，其中绝缘体510具有位于接地电极30侧的薄部。

具体实施方式

下面，参照附图说明根据本发明一个实施例的火花塞具体的火花塞的一实施方式。然而，本发明将不局限于此。

先参照图1、图2说明作为一例子的火花塞100的整体构造。图1是火花塞100的局部剖面图。图2是火花塞100的要部放大截面图。本实施方式的火花塞100，为了防止横向跳火，将金属外壳50的轴线和绝缘体10的轴线彼此错开地组装。下面，用点划线O表示绝缘体10的轴线，用点划线P表示金属外壳50的轴线。另外，设轴线O的方向为图中的上下方向，设下侧为火花塞100的前端侧、上侧为火花塞100的后端侧，对此进行说明。

如图1所示，火花塞100主要由绝缘体10、保持该绝缘体10的金属外壳50、沿轴线O方向保持在绝缘体10内的中心电极20、接地电极30、和设在绝缘体10后端部的端子金属件40构成，上述接地电极30的基部32侧的端面35焊接在金属外壳50的前端面57上，上述接地电极30的前端部31的一侧面与中心电极20的前端部22相对。

首先说明该火花塞100的绝缘体10。如本领域人员所知，绝缘体10是用氧化铝等烧制而成的，是具有沿轴线O方向延伸的轴孔12的筒状绝缘部件。在轴线O方向的大致中央形成有外径最大的凸缘部19，在凸缘部19后端侧形成有后端侧筒部18。另外，在凸缘部19的前端侧形成有外径小于后端侧筒部18的前端侧筒部17，在该前端侧筒部17的前端侧形成有外径小于前端侧筒部17的腿部13。腿部13的直径越往前端侧越小，当火花塞100组装在未图示的内燃机上时，该腿部13暴露在燃烧室内。另外，腿部13与前端侧筒部17之间形成有台阶部15。

其次，中心电极20由INCONEL(商标名)600或601等的镍系合金等制成，具有由热导性好的铜等构成的金属芯23。中心电极20保持于绝缘体10的前端侧轴孔12内，中心电极20的前端部22从绝缘体10的前端面11突出，越向前端侧其直径越小。如图2所示，在中心电极20的前端部22的前端面上使贵金属电极头90的柱轴线与中心电极20的轴线重合地焊接有柱状的贵金属电极头90。另外，如图1所示，中心电极20经过设在轴孔12内部的密封体4和陶瓷电阻3，与后端侧的端子金属件40电连接。高压电缆(未图示)通过火花塞帽(未图示)与该端子金属件40连接，从而供给端子金属件40高电压。

下面说明接地电极30。如图2所示，接地电极30由耐腐蚀性的金属构成。例如采用INCONEL(商标名)600或601等的镍系合金。该接地电极30的横截面是大致长方形，其一端(基部32)侧的端面35通过焊接接合于金属外壳50的前端面57上。另外，接地电极30弯曲成对应于其另一端(前端部31)的部分其内面33与中心电极20的前端部22相对。在该前端部31的内面33上，与中心电极20的轴线重合地接合有贵金属电极头91。因此在贵金属电极头91与相对的贵金属电极头90之间形成火花放电间隙。

下面说明金属外壳50。如图1所示，金属外壳50是用于将火花塞100固定到未图示的内燃机机头上的圆筒状金属件，包围并保持着绝缘体10。绝缘体10的腿部13的前端部分从金属外壳50的前端面57向前突出(图1中下侧)。金属外壳50由铁系材料制成，具有供未图示的火花塞扳手嵌合的工具卡合部51、和与设在未图示的内燃机上部的机头螺纹配合的螺纹部52。

另外，在金属外壳50的工具卡合部51与绝缘体10的后端侧筒部18之间夹设有环形的环部件6、7，在两环部件6、7之间的空间填充着滑石粉末9。在工具卡合部51的后端侧形成有弯边部53，通过使该弯边部53卷曲，绝缘体10通过环部件6、7和滑石粉末9在金属外壳50内被朝前端侧挤压。由此，绝缘体10的前端侧筒部17与腿部13之间的台阶部15通过密封件80支承于形成于金属外壳50内周的台阶部56上，从而金属外壳50和绝缘体10彼此成为一体。金属外壳50与绝缘体10之间的气密由密封件80保持，防止燃烧气体流出。另外，在金属外壳50的中央部形成有凸缘部54，在螺纹部52的后端部侧(图5中上部)近旁、即在凸缘部54的接合面55上插入垫圈5。

例如，金属外壳的螺纹部的公称直径大于M12的火花塞中，由于绝缘体10的外周面14与金属外壳50的内周面58之间的距离(间隔)足够大、此处绝缘电阻值高，所以，随着接地电极周围的电场强度的上升，难以产生横向跳火。因此，在本实施方式中，是采用螺纹部52的公称直径为M12或M12以下的火花塞100。在这样的火花塞中，上述间隔为1.5mm或1.5mm以下，因此与螺纹部公称直径大于M12的火花塞相比，在更低的电阻值容易产生间隔中的绝缘破坏。在火花塞100中，使绝缘体10的外周面14远离火花放电时周围电场强度增高的接地电极30地配置，在发生熏黑现象时，可以有效地防止在接地电极30侧的、绝缘体10的外周面14与金属外壳50的内周面58之间产生横向跳火。因此，本实施方式的火花塞100中，在其制造工序中，在使金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O错开配置的状态下对金属外壳50和绝缘体10进行弯边。

下面，参照图2～图8说明金属外壳50和绝缘体10的相对的位置关系。图3是沿图2的双点划线X-X从箭头方向所观察的火花塞100的前端部分的截面图。图4是说明用于将金属外壳50以轴错开状态固定到绝缘体10的技术的图。图5是未完全除去桥接金属外壳50和接地电极30的焊接毛刺时的火花塞100的要部放大截面图。图6是用于说明接地电极30的内侧端点S1、S2与绝缘体10的轴线O的位置关系为优选时的火花塞100前端部分的截面图。图7是用于说明接地电极30的内侧端点S1、S2与绝缘体10的轴线O的位置关系为非优选时的火花塞100前端部分的截面图。图8是用于说明接地电极30的内侧端点S1、S2与绝缘体10的轴线O的位置关系为非优选的第二位置关系时的火花塞100前端部分的截面图。

如图2所示，在包含金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O的火花塞100的截面中，以金属外壳50的轴线P的位置为基准，绝缘体10的轴线O向与接地电极30接合于金属外壳50侧相反的一侧错开地配置。更具体地说，是以下所示的配置关系。首先，如图3所示，以接合在金属外壳50的前端面57上的、接地电极30的基部32侧的端面35的中心为Q。另外，在本实施方式中，由于接地电极30的横截面形状、即端面35的形状是大致矩形，所以，以其对角线的交点为中心Q。但是，如上所述，由于接地电极30被焊接到金属外壳50，在两者的接合部位处形成有熔融部，因此有时不能清楚地判断接地电极30的端面35的形状。这时，可以将接地电极30的截面形状清楚的部分投影到包含金属外壳50的前端面57的平面(即沿图2的点划线X-X从箭头方向所观察的包含火花塞100的截面的X-X平面)上，利用该投影图，确定上述接地电极30的端面35的中心Q即可。

另外，在X-X平面上，如果金属外壳50没有偏心，则金属外壳50的前端面57的内周侧圆(图3中用L表示)的中心点与轴线P与X-X平面的交点重合。因此，在该X-X平面上，通过中心Q和轴线P的线表示为Y-Y。并且，在该Y-Y线上，在轴线P侧的接地电极30的侧，绝缘体10的外周面14与金属外壳50的前端面57的内周侧圆L之间的距离为A。在轴线P与接地电极30相反的一侧，绝缘体10的外周面14与金属外壳50的前端面57的内周侧圆L之间的距离为B。本实施方式的火花塞100中，规定金属外壳50的内周面58与绝缘体10的外周面14的位置关系满足关系A>B。

不过，通常从提高绝缘性、耐热性、耐久性的方面考虑，绝缘体10的垂直于轴线O的截面假定为正圆形。另外，对金属外壳50也同样地，通常其垂直于轴线P的截面也假定为正圆形。因此，在火花塞100的制造过程中，进行金属外壳50和绝缘体10的定位，使得在上述Y-Y线上，轴线O的位置相对于轴线P的位置位于与接地电极30相反的一侧，在将两者临时固定状态下，对弯边部53进行弯边。这样，只要以金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O为基准进行定位，就可以满足上述关系A>B。

然而，在进行弯边时，作为对金属外壳50和绝缘体10进行定位的具体方法，如图4所示，可以列举使用定位构件500的方法作为一例子。该定位构件500形成为具有贯通孔520的圆筒状。外周面501配合金属外壳50的内周面58、贯通孔520的内周面502配合绝缘体10的外周面14。定位构件500被构造成外周面501的圆筒状的轴、和内周面502的圆筒状的轴的位置关系与弯边后的金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O的位置关系相同。即，定位构件500的纵截面中，使外周面501的圆筒状的轴和内周面502构成的圆筒状的轴彼此偏心，使得定位构件500的外周面501和内周面502的差(厚度)具有满足参考图3所说明的关系A>B的部位。另外，为了能够进行相对于金属外壳50的自身的定位，定位构件500在向金属外壳50插入方向的后端侧设有与金属外壳50的前端面57抵接的台阶状的台座部510。该台座部510具有与轴向平行延伸的缺口部530。与金属外壳50接合的接地电极30卡合于该缺口部530，从而使得上述的外周面501构成的圆筒状的轴和内周面502构成的圆筒状的轴的偏心方向与弯边后的金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O的轴错开方向一致。

将这样的定位构件500从金属外壳50的前端侧插入，使接地电极30结合台座部510的缺口部530的同时，使外周面501结合金属外壳50的内周面58。在该状态下，从金属外壳50的后端侧插入密封件80和绝缘体10，使绝缘体10的外周面14的前端部结合定位构件500的贯通孔520的内周面502。并且，配置环部件6、7和滑石粉末9后，弯边金属外壳50的弯边部53从而使金属外壳50和绝缘体10一体固定。以这种方式，则可容易制造使金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O错开、并满足上述关系A>B的火花塞100。

另外，在上述那样轴线错开的状态下，将绝缘体10固定到金属外壳50上时，可能在绝缘体10上会产生相对于轴线O不对称的内部应力。但在本实施方式中，由于在金属外壳50内用密封件80、滑石粉末9和环部件6、7支承着绝缘体10，所以，这些部件可吸收内部应力，从而不会产生内部应力。这样固定的金属外壳50和绝缘体10的位置关系，根据后述的评价试验结果，距离A和距离B的差最好在0.1mm～0.3mm。出于相同的原因，绝缘体10的轴线O与金属外壳50的轴线P之间的距离在包括金属外壳50的前端面57的平面上优选为从0.05mm～0.15mm。

另外，接地电极30是用电阻焊接合到金属外壳50的前端面57上的，这时产生焊接毛刺。通常，是在电阻焊后的工序中进行该焊接毛刺的切削。但是，如图5所示，如果未完全除去该焊接毛刺(即，未除去至相对于金属外壳50的内周面58成为平滑的程度)时，也可以残留下焊接突起部85，该残留的焊接突起部85，在上述X-X平面中，从金属外壳50的前端面57的内周侧圆L朝着该圆L的中心点(即轴线P的位置)突出的长度(图中用G表示)为0.1mm或0.1mm以下。只要焊接突起部85的突出长度G在0.1mm或0.1mm以下，则如本实施方式所述，可以确保将金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O彼此错开配置所需要的间隔。如果焊接突起部85的突出长度G大于0.1mm，则在产生熏黑现象时，焊接突起部85的突出的前端部分与绝缘体10的外周面14之间可能会发生火花放电。另外，在本实施方式中说明的Y-Y线上，设焊接突起部85的突出的前端与绝缘体10的外周面14之间的距离为D。距离D最好大于距离B，具体地说，与上述相同，距离D与距离B的差最好在0.1mm～0.3mm。

如上所述，由于接地电极30的横截面是大致长方形，所以，相邻的侧面之间形成了棱线部。通常，在尖端部分，其周围的电场强度容易增高。为此，本实施方式中，为了减低在接地电极30的4个侧面中的、与轴线P相对的侧的面(即内面33)的长度方向两侧缘构成的棱线部周围产生的电场集中对横向跳火的影响，如下述那样地规定金属外壳50和绝缘体10的位置关系。

首先，如图6所示，在包含金属外壳50的前端面57的平面(即上述的X-X平面)上，将构成接地电极30的基部32的端面35的轮廓线的4个线段之中的、配置在最靠近金属外壳50轴线P一侧(内侧)的内侧线段两端点分别设为内侧端点S1、S2。该内侧端点S1、S2，相当于将接地电极30的内面33和两个邻接侧面构成的两棱线部分别投影到X-X平面上的点，是容易产生电场集中的部位。接着，将通过该两个内侧端点S1、S2和金属外壳50的前端面57的内周侧圆L的中心点(即X-X平面上的轴线P的位置)的两条直线分别设为T1、T2。于是，金属外壳50的前端面57的内周侧圆L内的区域被直线T1、T2分割为4个扇形区域。因此，在轴线P的、与接地电极30所处的侧相反的一侧，设由直线T1、T2和前端面57的内周侧圆L的一部分包围形成的锐角扇形区域为U，在图6中用斜线表示。在本实施方式中，在X-X平面上，使绝缘体10的轴线O的位置(即轴线O与X-X平面的交点)位于在该锐角扇形区域U内地规定金属外壳50和绝缘体10的位置关系。

在此，用通过了金属外壳50的轴线P的位置的、与Y-Y线正交的直线将金属外壳50的前端面57的内周侧圆L分为两部分，在这两部分区域中，在远离接地电极30一侧的区域内，在绝缘体10的轴线O的位置靠近内侧端点S1、S2的一侧，内侧端点S1、S2集中的电场的影响比较大。为此，例如如图7所示，在与Y-Y线正交的方向，轴线O的位置和内侧端点S1之间的距离、与轴线O的位置和内侧端点S2之间的距离的差，是随轴线O的位置越接近内侧端点S1或内侧端点S2越大。因此，在与Y-Y线正交的方向，使轴线O的位置配置在距离内侧端点S1和内侧端点S2双方均等的位置，可以减小从一内侧端点周围受到的电场集中的影响。

另一方面，用通过了金属外壳50的轴线P的位置的、与Y-Y线正交的直线将金属外壳50的前端面57的内周侧圆L分为两部分，在这两部分区域中，在远离接地电极30一侧的区域内，在轴线O的位置远离内侧端点S1、S2的一侧，内侧端点S1、S2周围的电场集中的影响比较小。因此，在与Y-Y线正交的方向，轴线O的位置即使接近内侧端点S1或内侧端点S2，轴线O的位置和内侧端点S1之间的距离、与轴线O的位置和内侧端点S2之间的距离的差，没有大的变化。另外，其长度与如图8所示，轴线O的位置在与Y-Y线正交的方向偏移，位于使内侧端点S1和S2之间的距离相等的范围外的状态不是优选的。这是因为在该偏移侧，金属外壳50的内周面58与绝缘体10的外周面14之间的距离减小。

综上所述，如图6所示，用通过了金属外壳50的轴线P的位置的、与Y-Y线正交的直线将金属外壳50的前端面57的内周侧圆L分为两部分，在这两部分区域中，在远离接地电极30一侧的区域内，在绝缘体10的轴线O的位置靠近内侧端点S1、S2的一侧，即使在与Y-Y线正交的方向上偏移，使轴线O的位置配置在距离内侧端点S1及内侧端点S2双方大致均等的位置。另外，用通过了金属外壳50的轴线P的位置的、与Y-Y线正交的直线将金属外壳50的前端面57的内周侧圆L分为两部分，在这两部分区域中，在远离接地电极30一侧的区域内，在绝缘体10的轴线O的位置远离内侧端点S1、S2的一侧，允许轴线O的位置在与Y-Y线正交的方向上偏移，而只要其位于使其长度等于内侧端点S1和内侧端点S2之间的距离的范围内。即，若规定将绝缘体10的轴线O的位置配置在上述锐角扇形区域U内，则在制造火花塞100时，金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O的定位公差即使变大，也不容易受内侧端点S1、S2周围的电场集中的影响，可以抑制横向跳火。

另外，在本实施方式的火花塞100中，贵金属电极头91接合于与接地电极30的前端部31对应的内面33的一部分。在火花塞100完成后，接合于接地电极30的贵金属电极头91和接合于中心电极20的前端部22的贵金属电极头90，如图2所示，最好是相互相对的位置关系。为此，在将贵金属电极头91接合于接地电极30时，调整接地电极30的内面33上的贵金属电极头91的接合位置，使其对应于金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O的错开量。具体地说，以在以往的火花塞上的接地电极上的贵金属电极头的接合位置(接地电极被弯曲时，贵金属电极头的轴线与金属外壳的轴线P重合的接合位置)为基准，在朝向接地电极30的前端侧错开轴线O和轴线P的错开量(即在图3中相当于用(A-B)/2所求得的大小)的位置接合贵金属电极头91即可。

为了确认本发明火花塞的优点，进行了以下的评价试验。

(实施例1)

该评价试验中，采用8个火花塞100试样，分别对它们测量横向跳火的发生概率，该8个试样中的、绝缘体的轴线O相对于金属外壳的轴线P的错开量的大小(轴线错开量)，在-0.3mm～+0.4mm的范围内各相差0.1mm。轴错开量是指在图3所示的火花塞100的截面中，Y-Y线上的轴线P的位置与轴线O的位置之间的距离。这时，以金属外壳50的轴线P为基准的绝缘体10的轴线O的位置，在接地电极30一侧时为负，在其相反侧时为正。

作为火花塞试样的规格，是采用金属外壳50的螺纹部52的公称直径为M10(绝缘体10的外周面14与金属外壳50的内周面58之间的间隔，在两者的轴线O、P重合时为1.5mm)的试样。使碳附着在各试样的绝缘体10的前端部分上，成为熏黑状态。将这些试样配置在腔室内，在0.6MPa的气压下，进行100次火花放电。测定其间的横向跳火产生次数，从而求出横向跳火发生率。另外，各试样的火花放电间隙的大小是0.9mm。

如图9所示，在轴错开量为0mm、即金属外壳50的轴线P与绝缘体10的轴线O重合的火花塞试样的情况下，横向跳火的发生概率为30～40％。轴错开量朝着负方向增大、即绝缘体10的轴线O越接近接地电极30时，距离A(参照图3)减小，因此横向跳火的发生概率增高。轴错开量为-0.3mm时，横向跳火的发生概率为100％。另一方面，轴错开量朝着正方向增大、即绝缘体10的轴线O越远离接地电极30时，距离A增大(参照图3)，因此横向跳火的发生概率减小。但是，轴错开量进一步增大时，距离B(参照图3)变得过度小，因此在X-X平面(参照图2)上，在与接地电极30相反的侧产生横向跳火，横向跳火的发生概率增高。具体地说，可以确认轴错开量在正方向为0.1mm～0.3mm时，横向跳火的发生概率为20％或20％以下，因此适于制造产品。

另外，在上述的评价试验中，作为比较例，准备了螺纹部52的公称直径为M10、上述间隔为1.4mm的试样和螺纹部52的公称直径为M12、上述间隔为1.6mm的试样，进行同样的试验。结果发现，无论哪组试样，轴错开量在正方向0.1mm～0.3mm的范围内，横向跳火的发生概率为作为制造产品可以允许的20％或20％以下。

火花放电时，接地电极周围的电场强度增高，这样，接地电极侧的金属外壳内周面与绝缘体外周面之间的绝缘破坏电压变低。但是，如实施例1所示，使绝缘体10的轴线O相对于金属外壳50的轴线P朝着与接地电极30相反的一侧错开，可以使金属外壳50的内周面58与绝缘体10的外周面14之间的绝缘破坏电压沿全周一致，可以防止横向跳火。

另外，本发明还可以作各种变形。例如，本实施方式中，是将金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O保持彼此平行的状态，将两者的位置关系改变，但是，也可以使轴线O相对于轴线P倾斜地改变。如图10所示的火花塞200那样，金属外壳50的轴线P和绝缘体10的轴线O是非平行状态，在临时固定了金属外壳50和绝缘体10的状态下，将弯边部53弯边，使两者一体化。这时，在包含金属外壳50的前端面57的X-X平面上，与本实施方式同样地，轴线P的接地电极30一侧的绝缘体10的外周面14与金属外壳50的前端面57的内周侧圆L之间的距离为A，轴线P与接地电极30相反的一侧的绝缘体10的外周面14与金属外壳50的前端面57的内周侧圆L之间的距离为B，使A大于B地将金属外壳50和绝缘体10临时固定住即可。

另外，如图11所示的火花塞300那样，绝缘体310的前端面311也可以位于金属外壳50的前端面57的后方侧。这时，可以采用以下工序。将沿绝缘体310的前端部外周面314延长的曲面与包含绝缘体310的前端面311的平面形成的交线F假定为假想圆。并且，把该假想圆投影到包含金属外壳50的前端面57的X-X平面上，根据该假想圆与金属外壳50的前端面57的内周侧圆之间的距离，求出本实施方式中的距离A和距离B。相对于金属外壳50固定绝缘体310，使得距离A大于距离B。

另外，如图2所示，也可以对由金属外壳50的前端面57和内周面58构成的棱线部59进行倒角加工。例如，图12所示的火花塞400中，在金属外壳450的前端面457与内周面458之间形成了倒角部459。如前所述，在尖端部分，其周围的电场强度高，容易产生火花放电。所以，对由前端面457和内周面458形成的棱线部实施倒角加工，从而除去尖端部分，可以降低横向跳火的发生概率。另外，在将接地电极30电阻焊到金属外壳450时，即使在倒角部459上产生焊接毛刺，由于该焊接毛刺的形成位置在金属外壳450的内周面458的外侧，所以，可以使其不从内周面458朝内侧突出。

上述图12所示的火花塞400，是倒角部459由C倒角形成的例子。但也可以如图13所示的火花塞410的倒角部469那样，在金属外壳460的前端面467与内周面468形成的棱线进行R倒角，也可得到同样优点。或者，实施锥面倒角(未图示)也可以得到同样的效果。术语“锥面倒角”意味着由两个平面定义的角部被倒角成倒角平面倒角平面与定义角部的两个平面之间的角度分别不限于45°(例如，允许为30°角和60°角)，这与倒角平面与定义角部的两个平面之间的角度均为45°角的C倒角形成对比。另外，为了防止在由金属外壳50的前端部57和内周面58形成的棱线部59(参照图2)周围产生电场集中，图12所示的通过C倒角产生的倒角部459优选为C0.1或C0.1以上，而图13所示的通过R倒角产生的倒角部469优选为R0.1或R0.1以上。

进行倒角加工时，不必使接地电极30的中心电极20侧的面、和金属外壳450或460的内周面458或468在图11或图12的截面图中对齐。即，由接地电极30的基部32的端面和接地电极30的中心电极20侧的面形成的棱线部，可以如图12或图13所示那样地落在倒角部459或469上。另外，该棱线部也可以不落在上述倒角部459或469上，而使收容在倒角后的前端面457或467内，即可以抑制该棱线部周围的电场集中。

另外，绝缘体10的与轴线O正交的截面不必是正圆形。例如，图14所示的火花塞500中，在绝缘体510的前端部分，把配置在接地电极30一侧的局部减薄，形成薄壁部519。如果使用该构造的绝缘体510，在组装时，可以使绝缘体510的轴线O与金属外壳50的轴线P重合。另外，在包含金属外壳50的前端面57的X-X平面内，设在通过接地电极30的中心Q和金属外壳50的轴线P的Y-Y线上，金属外壳50的前端面57的内周侧圆L与绝缘体510的薄壁部519之间的距离为E。使距离E大于本实施方式的距离B即可构造火花塞500。但是，该绝缘体510中，在减薄的部分，耐久性和绝缘性可能降低。所以，最好如本实施方式这样，将金属外壳的轴线和绝缘体的轴线错开。

本发明可适用于内燃机的火花塞。

此外，对于本领域技术人员，可对以上所述和所说明的本发明进行形式上和细节上的各种改变是显而易见的。这些改变将被有意地包含于所附的权利要求的精神和范围内。

本申请基于2005年3月8日提交的日本专利申请JP2005-063747，其内容通过引用被包含与此。

Claims (8)

1.一种火花塞，具有：中心电极、绝缘体、筒状的金属外壳、以及接地电极；上述绝缘体具有沿上述中心电极的轴线方向延伸的轴孔，并将上述中心电极保持在该轴孔的内部；上述筒状的金属外壳包围上述绝缘体；上述接地电极具有第一和第二端部，其一端部的端面接合于上述金属外壳的前端面，其另一端部与上述中心电极相对；其特征在于，

在连接上述金属外壳的上述前端面的内周侧圆的中心点、和上述接地电极的上述一端部的上述端面的中心点的直线上定义距离A和B，其中：

距离A被定义为在上述接地电极侧的、在上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的外周面与包含上述金属外壳的上述前端面的平面的交线的距离、或上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的上述外周面的延伸面与包含上述绝缘体的前端面的平面的交线在上述平面上的投影之间的距离；以及

距离B被定义为在上述接地电极相反侧的、在上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的上述外周面与包含上述金属外壳的上述前端面的上述平面的上述交线的距离、或上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的上述外周面的上述延伸面与包含上述绝缘体的上述前端面的上述平面的上述交线在上述平面上的上述投影之间的距离，

将上述金属外壳的轴线和上述绝缘体的轴线彼此错开配置，使得满足关系A>B。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，上述金属外壳，具有作为外周部的公称直径为M12或M12以下的螺纹部；以及将上述金属外壳的上述轴线和上述绝缘体的上述轴线彼此错开配置，使得满足关系0.1mm≤A-B≤0.3mm。

3.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，在上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的上述外周面与包含上述金属外壳的上述前端面的上述平面的上述交线的距离、或上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆和上述绝缘体的上述外周面的上述延伸面与包含上述绝缘体的上述前端面的上述平面的上述交线在上述平面上的上述投影之间的距离为1.5mm或1.5mm以下，以及

将上述金属外壳的上述轴线和上述绝缘体的上述轴线彼此错开配置，使得满足关系0.1mm≤A-B≤0.3mm。

4.根据权利要求1所述的火花塞，包括在由上述金属外壳的上述前端面和上述金属外壳的内周面构成的棱线部上，形成C0.1或C0.1以上的C倒角部、或者形成R0.1或R0.1以上的R倒角部。

5.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，上述接地电极通过焊接接合于上述金属外壳的上述前端面上，由该焊接形成的桥接上述接地电极与上述金属外壳的焊接突起部，朝上述金属外壳的上述前端面的内周侧圆的中心点突出的长度为0.1mm或0.1mm以下。

6.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，设两条直线分别通过上述接地电极的一端部的上述端面的两个内侧端点和上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆的中心点，由该两条直线和部分上述金属外壳的上述前端面的上述内周侧圆定义锐角扇形区域，上述绝缘体的上述轴线与包含上述金属外壳的上述前端面的上述平面的交点位于该锐角扇形区域中的、与上述接地电极相反侧的锐角扇形区域内。

7.一种火花塞，具有：中心电极、绝缘体、筒状的金属外壳、以及接地电极；上述绝缘体具有沿上述中心电极的轴线方向延伸的轴孔，并将上述中心电极保持在该轴孔的内部；上述筒状的金属外壳包围上述绝缘体；上述接地电极具有第一和第二端部，其一端部的端面接合于上述金属外壳的前端面，其另一端部与上述中心电极相对；其特征在于，

上述绝缘体的轴线从上述金属外壳的前端面的内周侧圆的中心错开，偏向上述接地电极的上述一端部的相反侧。

8.根据权利要求7所述的火花塞，其特征在于，上述绝缘体的上述轴线和上述金属外壳的上述轴线之间的距离在包含上述金属外壳的上述前端面的平面上是0.05mm～0.15mm。

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