CN101043124B - 火花塞 - Google Patents

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Abstract

一种火花塞，数个不同尺寸的绝缘子样品经复合回归分析从而导出用于估算绝缘子(10)的壁厚不均匀量的表达式；具体地，0.01×(0.141×A-0.140×D-0.285×B-6.124×C+1.105×E+17.527)，其中，A为绝缘子(10)的总长，B为绝缘子(10)后主干部分(18)的外径，C为绝缘子(10)的轴孔(12)的大直径部分(110)的直径，D为大直径部分(110)的长度，E为轴孔(12)的小直径部分(120)的直径。设计绝缘子(10)使得通过该表达式的计算而估算的壁厚不均匀量小于0.07mm。

Description

火花塞
技术领域
本发明涉及一种用于在内燃机中引燃燃料的火花塞。
背景技术
传统上，火花塞已用于引燃汽车等的发动机中的燃料。在普通的火花塞中，具有轴孔的绝缘子在轴孔的前端部分保持中心电极，在轴孔的后端部分保持连接端子，金属壳在包围绝缘子主干部分的同时将绝缘子保持在其中。接地电极的一端焊接到金属壳的前端面，接地电极的另一端被弯曲成面向中心电极从而在二者之间形成火花放电间隙。跨过该火花放电间隙引起火花放电。
该火花塞的绝缘子以如下方法制造。首先，主要包含诸如氧化铝等电绝缘陶瓷的材料粉末被橡胶压制(rubber-pressed)成具有绝缘子初步形状的生坯。由于在用于橡胶压制的橡胶模中设有压销(press pin)，故在生坯中形成通孔。该通孔将成为绝缘子的轴孔。接着，将支撑销从生坯的基端插入生坯的通孔内。该支撑销的基端固定在制造装置上。支撑销可转动地支撑生坯。使磨石从垂直于绝缘子轴线的方向抵靠生坯。该磨石磨削生坯的外表面，从而形成具有绝缘子外形的预成形体。随后，预成形体经受焙烧、标记(marking)、上釉、釉烧等，由此完成绝缘子(例如，参见日本特开2001-176637号公报)。
近年来，汽车发动机实现了高输出和低燃耗。在这种情况下，为了确保设计发动机的自由度，需要减小火花塞的尺寸。为了减小火花塞的尺寸，减小金属壳的直径；相应地，减小保持在金属壳中的绝缘子的直径，潜在地使得无法给予绝缘子足够的强度和绝缘性能。为了避免该问题，可减小绝缘子轴孔的直径以增加绝 缘子的壁厚(绝缘子外周面与轴孔壁面之间的距离)。这伴随着绝缘子制造过程中所用支撑销的直径的减小。
然而，在绝缘子制造过程中的磨削生坯的步骤中，使用直径小于传统做法的支撑销会出现由生坯和磨石之间的接触所引起的应力效应导致支撑销偏斜的问题。特别地，当要制造总长(轴向长度)为65mm或更长的绝缘子时，必须相应地拉长支撑销。与制造总长短的绝缘子的情况相比，绝缘子的质心朝绝缘子的末端偏移得更多。结果，应力趋向于集中在要被固定在制造装置上的支撑销的基端部分上。尤其从观察生成的预成形体的末端可见，在支撑销偏斜的情况下磨削生坯导致通孔中心从外周中心的大的位置偏移(大偏心度)。也就是说，预成形体的壁厚变得不均匀。如果来自该预成形体的绝缘子安装到金属壳，则绝缘子厚壁部分的外表面与金属壳的内周面之间的距离变短，潜在地导致其间出现横向火花。
发明内容
本发明的一个目的是解决上述问题和提供一种火花塞，该火花塞的绝缘子为此使得能在制造过程中使用减小了偏斜的支撑销并因此具有抑制偏心的轴孔，从而避免出现横向火花。
为了达到上述目的，根据本发明的火花塞包括绝缘子和连接端子。绝缘子具有沿轴向延伸的轴孔，在所述轴孔的前端部分保持用于产生火花放电的中心电极，在所述轴孔的后端部分保持通过轴孔电连接到所述中心电极的连接端子。所述绝缘子的所述轴孔包括与位于所述轴孔后端的开口连续的大直径部分和与所述大直径部分前端连续且直径小于所述大直径部分的小直径部分，以及所述绝缘子的轴向长度A(单位mm)、位于绝缘子的具有最大外径的部分的后面的后主干部分的外径B(单位mm)、所述大直径部分的直径C(单位mm)、所述大直径部分的轴向长度D(单位mm)、以及所述小直径部分的直径E(单位mm)满足以下不等式：A≥65mm，E≤3.4mm，0.01×(0.141×A-0.140×D-0.285×B-6.124×C+1.105×E+17.527)＜0.07mm，其中，所述轴向长度D不包括形成在所述大直径部分(110)和小直径部分(120)之间的台阶部分(115)的轴向长度。
在火花塞的绝缘子的制造过程中，磨削生坯的外周以制造绝缘子的预成形体使之呈绝缘子的外形。在该磨削步骤中，末端固定在制造装置上的支撑销插入到生坯的通孔中(对应于完工的绝缘子的轴孔)，并使由支撑销如此支撑的生坯与磨石抵接，由此通过磨削使生坯形成为预期的形状。根据本发明的火花塞，规定完工的绝缘子的尺寸，由此可规定用于制造绝缘子的支撑销的尺寸。这使得支撑销采取增强其刚性的尺寸。因此，可以设计支撑销使其在磨削生坯期间不太可能偏斜，从而有效地抑制在其他情况下磨削由偏斜的支撑销支撑的生坯时可能发生的完工绝缘子的轴孔的偏心。
在完工的绝缘子的规定尺寸中，本发明使用通过多重回归分析导出的用于估算绝缘子壁厚的不均匀量(轴孔的偏心度)的表达式；具体地，0.01×(0.141×A-0.140×D-0.285×B-6.124×C+1.105×E+17.527)，其中，A为总长，B为后主干部分的外径，C为大直径部分的直径，D为大直径部分的长度，E为小直径部分的直径。通过设计由使用该表达式估算的壁厚的不均匀量小于0.07的绝缘子，可以减少在制造绝缘子中使用的支撑销的偏斜。因此，可以抑制如此制成的绝缘子的轴孔偏心。通过使用该绝缘子而制成的火花塞可以免于发生横向火花。
关于减小绝缘子尺寸以减小火花塞尺寸，本发明欲抑制其他情况下在绝缘子的制造过程中可能出现的绝缘子轴孔的偏心。因此，本发明应用于那些在其制造过程中伴有用于制造过程的对应支撑销偏斜的绝缘子；具体地，那些绝缘子的总长A大于或等于 65mm且轴孔的小直径部分的直径E小于或等于3.4mm。
根据本发明的另一种火花塞包括绝缘子和连接端子。绝缘子具有沿轴向延伸的轴孔，在所述轴孔的前端部分保持用于产生火花放电的中心电极，在所述轴孔的后端部分保持通过轴孔电连接到所述中心电极的连接端子。所述绝缘子的所述轴孔包括与位于所述轴孔后端的开口连续的大直径部分和与所述大直径部分前端连续且直径小于所述大直径部分的小直径部分，所述绝缘子的轴向长度A(单位mm)、位于绝缘子的具有最大外径的部分的后面的后主干部分的外径B(单位mm)、所述大直径部分的直径C(单位mm)、所述大直径部分的轴向长度D(单位mm)、以及所述小直径部分的直径E(单位mm)满足以下不等式：A≥65mm，E≤3.4mm，C/E≥116％，C/B≤47％，D/A≥9％，以及其中，所述轴向长度D不包括形成在所述大直径部分(110)和小直径部分(120)之间的台阶部分(115)的轴向长度，如在垂直于轴向的平面上所见，所述绝缘子的前端面在所述平面上突出，所述绝缘子的所述前端面的突出的外周的中心与位于所述轴孔前端的开口的突出的圆周的中心之间的距离小于0.07mm。
根据本发明的上述火花塞，规定完工的绝缘子的尺寸，以便规定用于制造绝缘子的支撑销的尺寸，以使支撑销不易于偏斜。具体地，通过规定C/E≥116％，磨削生坯时固定在制造装置上且很可能集中内应力的支撑销的末端部分的外径可以增加。同样，规定C/B≤47％可以避免因增加支撑销末端部分的直径而使在轴孔的大直径部分测得的完工的绝缘子的壁厚变的太小。此外，规定D/A≥9％可以为支撑销增加了外径的末端部分提供足够的长度，从而增加末端部分的强度。因此，生成的支撑销变得不太可能偏斜。通过如上规定绝缘子的尺寸，可以减小支撑销的偏斜，从而抑制将制成的绝缘子轴孔的偏心。通过使用壁厚不均匀量(轴孔的偏心量)小于0.07mm的绝缘子而制造的火花塞可以免于发生横向火花。
附图说明
图1是火花塞的局部剖视图；
图2是图1的火花赛的绝缘子的剖视图；
图3是示出制造图2的绝缘子的步骤的示意图；
图4是示出制造图2的绝缘子的步骤的示意图；
图5是绝缘子壁厚的不均匀量对轴孔大直径部分的长度D与绝缘子总长A的比值的曲线图，将绝缘子的测量量分组绘制成曲线；以及
图6是绝缘子壁厚的不均匀量对轴孔大直径部分的长度D与绝缘子总长A的比值的曲线图，将绝缘子的图5的测量量与估算(计算)量叠加表示地分组绘制曲线。
具体实施方式
接着，将参考附图详细说明根据本发明的火花塞的实施例。首先，将参考图1和图2说明本实施例的火花塞100的构造。图1示出火花塞100的局部剖视图。图2示出绝缘子10的剖视图。在图1中，火花塞100的轴线O的方向被称作垂直方向。在以下说明中，图1中的火花塞100的下侧被称作火花塞100的前端侧，而上侧被称作后端侧。
如图1所示，火花塞100包括：绝缘子10；金属壳50，其保持绝缘子10；中心电极20，其被保持在绝缘子10的轴孔12中；接地电极30，其一端连接到金属壳50，其末端部分31面对中心电极20的前端部分22；以及连接端子40，其设置在绝缘子10的后端侧。
首先，将说明火花塞100的绝缘子10。如熟知的那样，绝缘子10是通过烧制氧化铝等形成的管状的电绝缘构件，且具有沿轴线O的方向延伸的轴孔12。如图2所示，具有最大外径的凸缘部分19形成在大约轴向中央，后主干部分18形成在凸缘部分19的后面。 前主干部分17形成在凸缘部分19的前面，而腿部13形成在前主干部分17的前面。前主干部分17的外径F小于后主干部分18的外径B。从前主干部分17向前延伸的腿部13的外径小于前主干部分17的外径。腿部13的外径越向前侧越小。因此，稍后说明的金属壳50的内周与腿部13的外周之间的间隙朝向前的方向增加，从而防止横向火花的发生。
为了给予如上所述地减小外径的腿部13以足够的壁厚(管状壁的厚度)，与绝缘子10的腿部13对应的轴孔12的极小直径部分125具有如图2所示的最小直径。轴孔12的小直径部分120在具有直径E的同时从极小直径部分125向后延伸，穿过前主干部分17以及穿过凸缘部分19，一直到后主干部分18的后端附近。
绝缘子10的轴孔12的从位于绝缘子10后端的开口129向前延伸长度D的部分形成为具有比小直径部分120的直径E大的直径C的大直径部分110。该大直径部分110具有从开口129向前延伸长度G的内螺纹部分112。该内螺纹部分112用于从生坯250(制造绝缘子10的过程中的工件)去除用于在稍后说明的制造绝缘子10的过程中形成轴孔12(生坯250的通孔251)的压销150。在本实施例中，内螺纹部分112的最小直径(由形成的螺纹顶部定义的假想柱面的直径)等于没有形成螺纹的大直径部分110的光滑平面部分111的直径。
轴孔12具有形成在大直径部分110与小直径部分120之间的锥形台阶部分115。在制造火花塞100的过程中，该台阶部分115便于稍后说明的密封材料4(通常，密封玻璃粉末；见图1)的注入。该台阶部分115关于垂直于轴线O的平面倾斜约60度。台阶部分115小于20度的倾斜可导致无法平滑地注入密封材料4。台阶部分115超过80度的倾斜拉长台阶部分115的锥形而且可导致设计者调整支撑销200的尺寸时出现困难，稍后说明。本实施例中，大直 径部分110的长度D不包括台阶部分115。
尽管未图示，在一些情况下，可在由绝缘子10的后端面与轴孔12的圆柱壁面定义的二面角部分(角部)处形成从轴孔12的大直径部分110的直径起以台阶或锥形方式增加直径的直径增加部分。制造绝缘子10的过程涉及后主干部分18的上釉和釉烧的步骤。该直径增加部分用作防止釉在釉烧后以丘形残留在绝缘子10的后端面上的釉接受部(glaze receiver)。在本实施例中，开口129用作绝缘子10的后端面处的轴孔12的开口，而大直径部分110视需要包括该釉接受部。
其次，将说明中心电极20。如图1所示的中心电极20是棒状电极，其配置如下：用于加速散热的由铜、铜合金等形成的型芯材料23沿轴向嵌入到如INCONEL 600或601(商标)等镍合金的电极基底金属的中心部分中。中心电极20被保持在轴孔12的对应于绝缘子10的腿部13的部分，该中心电极的前端部分22从绝缘子10的前端面11突出。中心电极20通过设置在轴孔12内的密封材料4和电阻器3电连接到被保持在轴孔12的对应于后主干部分18的部分中的连接端子40。连接端子40的后端部分41从绝缘子10的后端突出。高压电缆(未示出)通过火花塞帽(未示出)连接到后端部分41，以便对连接端子40施加高电压。
其次，将说明金属壳50。金属壳50保持绝缘子10，并将火花塞100固定到未图示的内燃机。金属壳50在包围后主干部分18的在凸缘部分19附近的部分、凸缘部分19、前主干部分17、以及腿部13的同时保持绝缘子10。金属壳50由低碳钢形成，并且包括与未图示的火花塞扳手配合的工具接合部分51、以及旋入设置在未图示内燃机上部的发动机头部内的外螺纹部分52。
环形构件6和7介于金属壳50的工具接合部分51与绝缘子10的后主干部分18之间，粉末形式的滑石9填充环形构件6和7之间的 间隙。在工具接合部分51的后端设置卷边部分53。卷曲该卷边部分53使得绝缘子10通过环形构件6和7以及滑石9被向前压入金属壳50内。结果，绝缘子10的在前主干部分17和腿部13之间的台阶部分15通过密封片(sheet packing)80被支撑在沿金属壳50内周形成的台阶部分56上。金属壳50和绝缘子10因此组合在一起。密封片80将金属壳50和绝缘子10气密地相互密封在一起，从而防止燃烧气体的泄出。金属壳50具有形成在其轴中央部分的凸缘部分54。垫片5配合到凸缘部分54与外螺纹部分52之间的螺纹颈部(thread neck)55，从而防止气体从燃烧室(未图示)泄漏。
其次，将说明接地电极30。接地电极30由具有高抗腐蚀性的金属形成，例如，如INCONEL 600或601(商标)等镍合金。接地电极30具有垂直于其长度方向的近似矩形横截面，呈弯曲矩形杆形。接地电极30的末端部分32焊接到金属壳50的前端面57。弯曲位于末端部分32的相对侧的接地电极30的末端部分31以使面对中心电极20的前端部分22。贵金属片91以直立的状态、相互面对的方式分别焊接到中心电极20的前端部分22和接地电极30的末端部分31，从而在其间形成放电间隙。
如此配置的火花塞100的绝缘子10如图3和图4所示地制造。图3和图4示意性地示出绝缘子10的制造步骤。
如图3所示，在制造绝缘子10的过程中，首先，通过使用橡胶压模(rubber press)进行压制(压制步骤)以形成作为绝缘子10的原型的生坯250。该压制步骤进行如下。成型材料170注入橡胶模160的空腔161。压销150沿对应于要形成的生坯250的轴线的轴线插入到成型材料170内。压销150用于形成生坯250的通孔251，该通孔251将成为轴孔12。压销150具有用于相对于其插入方向密封后端处的空腔161的凸缘部分157。压销150具有与凸缘部分157连续的大直径部分155。大直径部分155包括用于形成绝 缘子10的轴孔12的大直径部分110的光滑表面部分111的大直径部分151和用于形成大直径部分110的内螺纹部分112的外螺纹部分152。在由压销150的凸缘部分157密封空腔161的同时，橡胶模160的侧壁被向里压，从而压紧包含在空腔161中的成型材料170。这样就形成了与压销150组合的生坯250。
接着，从橡胶模160分离与压销150组合的生坯250。压销150绕其轴转动，从而使生坯250的通孔251的大直径部分210的内螺纹部分212与压销150的大直径部分155的外螺纹部分152相互分离。这使生坯250与压销150相互分离，由此可以从压销150移出生坯250(型芯去除步骤)。这样，沿生坯250的轴线在生坯250中形成形状与压销150的外形一致的通孔251。
在下一步骤中，支撑销200插入到生坯250的通孔251内(支撑销插入步骤)。支撑销200是从一端到另一端减小直径且通过切削由硬质合金形成的棒状的销。从一端到另一端，支撑销200具有：大直径把柄(grip)部分205；凸缘部分201，其在插入生坯250内时用作限动件；基底部分202，其具有与把柄部分205直径相似的大直径；主干部分203，其直径小于基底部分202的直径；以及末端部分204，其直径小于主干部分203的直径。支撑销200自其末端部分204从通孔251的大直径部分210插入到生坯250的通孔251内。支撑销200的末端部分204抵接通孔251的对应于轴孔12的极小直径部分125的部分；支撑销200的主干部分203抵接通孔251的对应于轴孔12的小直径部分120的部分；支撑销200的基底部分202抵接通孔251的对应于轴孔12的大直径部分110的部分；以及支撑销200的凸缘部分201抵接与开有开口129的绝缘子10的后端对应的生坯250的末端。以该方式，生坯250与支撑销200相互定位。凸缘部分201不必由与主干部分203相同的材料形成。例如，凸缘部分201可以呈由硅橡胶形成的独立的限动件的形式。
如图4所示，支撑销200的把柄部分205由卡盘230夹住(支撑销固定步骤)。在将生坯250夹在绕轴241转动的磨石240与绕轴221转动的调整轮220之间的同时，磨削该生坯250的外表面(磨削步骤)。磨石240的轴241和调整轮220的轴221平行设置；磨石240和调整轮220沿相反方向转动；而且磨石240以快于调整轮220的角速度转动。调整轮220的表面具有抓力并且抵接生坯250的在磨削后将变成绝缘子10的凸缘部分19的部分，从而将生坯250压向磨石240且防止生坯250被转动的磨石240转动地拖动，以实现高效磨削。
通过上述步骤，磨削生坯250的外表面；即，将生坯250磨削成具有绝缘子10的外形的预成形体310。对预成形体310进行焙烧、标记、上釉、釉烧等，从而形成绝缘子10(焙烧步骤(未示出))。
在上述制造绝缘子10的过程中，在磨削生坯250的过程中，支撑生坯250的支撑销200被固定于把柄部分205，而其末端部分204自由。在该情况下，生坯250由从垂直于支撑销200的轴向的方向抵接该生坯250的磨石240磨削。因此，支撑销200受与磨石240的该应用有关而产生的应力。由于支撑销200的把柄部分205被固定，应力趋于集中在基底部分202上，因此提高了支撑销200偏斜的风险。为了减小支撑销200的偏斜，本实施例给支撑销200的基底部分202以大直径。然而，为了获得足够的绝缘子10的厚度，仅给支撑销200的基底部分202以大直径要求增加后主干部分18的外径B(参见图2)。这导致难以减小绝缘子10的尺寸以及火花塞100的尺寸。为了解决该问题，本实施例规定完成的绝缘子10的尺寸，以便给用于制造绝缘子10的支撑销200的基底部分202以足够的直径和长度。
以下将参考图2和图3说明绝缘子10的规定尺寸。稍后论述的 绝缘子10的尺寸是产品绝缘子(product insulator)的尺寸。
如图2所示的本实施例的绝缘子10具有大于或等于65mm的总长A(沿轴线O)和小于或等于3.4mm的小直径部分120的直径E。本发明欲解决与火花塞的尺寸减小相关地在绝缘子中出现的问题，因此本发明不应用于具有大于或等于100mm的总长A的绝缘子。类似地，本发明不应用于轴孔的小直径部分的直径E大于或等于3.4mm的绝缘子，由于为了获得足够的壁厚，这些绝缘子必然增加其后主干部分的外径B，因此就难以减小其尺寸。
如上所述，制造绝缘子10的过程中，作为绝缘子10的原型的生坯250由支撑销200支撑。与制造具有65mm或以上的总长A的绝缘子的情况相比，在制造具有小于65mm的总长A的绝缘子的情况下，生坯250的质心更偏向支撑销200的根部(偏向位于图4下侧的把柄部分205)，因此支撑销200不太可能自然偏斜。在制造绝缘子10的过程中，支撑销200的把柄部分205固定在制造装置上；因此，基底部分202与凸缘部分201之间的边界，即支撑销200的固定部分与非固定部分之间的边界，对应于上述支撑销200的根部。
因此，对于总长A大于或等于65mm、轴孔12的小直径部分120具有小于或等于3.4mm的直径E的绝缘子10，本实施例进一步如下规定尺寸。
首先，对于完工的绝缘子10，本实施例规定大直径部分110的直径C与小直径部分120的直径E的比值为116％或以上。在制造绝缘子10的过程中，磨石从垂直于支撑销200的轴线的方向应用于安装到支撑销200的生坯250，从而磨削生坯250。由于支撑销200如上所述在其把柄部分205被固定，由磨石施加在生坯250上的磨削力在支撑销200中引起的应力朝把柄部分205增加并且趋于特别集中在支撑销200的根部或其附近。如果基底部分202具有与主干部分203的直径相等的直径，该主干部分203的直径对应于3.4mm 以下的轴孔12的小直径部分120的直径E，基底部分202可能无法承受集中应力。为了解决该问题，如上所述，本实施例通过规定完工的绝缘子10的尺寸来规定支撑销200的尺寸，以使支撑销200的基底部分202在直径上大于主干部分203。
考虑到在给轴孔12的大直径部分110以沿轴线O的所需长度的同时给绝缘子10以刚性，理想的是将具有期望壁厚的绝缘子10的一部分(绝缘子10对应于轴孔12的小直径部分120的部分)加长到最大可能的程度。为了满足该目标，本实施例规定轴孔12的大直径部分110的轴向长度D与绝缘子10的总长A的比值为9％或以上。
如果因为绝缘子的对应于轴孔12的大直径部分110的部分具有过小的壁厚而必须非常小心地对待(handle)制造的火花塞100，则火花塞100不可用。同样，不希望由于绝缘子的壁厚过小而在火花塞100的使用期间发生绝缘击穿。换句话说，绝缘子10必须具有良好的机械和电气性能。为了在给支撑销200的基底部分202以足够直径的同时给绝缘子10的对应于轴孔12的大直径部分110的部分以足够的壁厚，本实施例规定轴孔12的大直径部分110的直径C与后主干部分18的外径B的比值为47％或以下。
设计满足上述尺寸要求的绝缘子10为用于制造该绝缘子10的支撑销200相应地规定了尺寸。有该规定的尺寸的支撑销200具有高刚度并且因此减小了偏斜。通过使用该支撑销200制造的绝缘子10不太可能发生轴孔12的偏心。
其次，将说明轴孔12的偏心。如上所述，在磨削作为绝缘子10的原型的生坯250时，应力集中在支撑销200的根部或附近。因此，如果支撑销200不具有足够高的刚度，支撑销200很可能偏斜；即，如在末端部分204所观察的支撑销200的轴线位置很可能偏离该轴线的原始位置(当支撑销200不偏斜时的轴线位置)。如果在 支撑销200偏斜的状态下磨削生坯250，则完工的绝缘子10的轴孔12的轴线位置偏离该绝缘子10的轴线的位置。轴孔12的该偏心向绝缘子10的前端增加。具体的偏心度可如下测量。绝缘子10的前端面11在垂直于轴线O的平面上突出。在该平面上，测量前端面11的突出的外周的中心(即，腿部13的突出的外周的中心)与前端面11的突出的内周的中心(即，轴孔12的突出的开口128的中心(参见图2))之间的距离(如此测量的轴孔的偏心度以下称为“壁厚的不均匀量”)。壁厚的不均匀量量化表示绝缘子10的制造过程中支撑销200的偏斜度。
本发明规定绝缘子10的壁厚的不均匀量小于0.07mm，以抑制轴孔12的偏心。稍后说明的评价试验已经证实，使用壁厚的不均匀量小于0.07mm的绝缘子10的火花塞100免于发生横向火花。
当为了制造免于发生横向火花的火花塞100而将重新设计用来抑制轴孔12的偏心的绝缘子10时，存在许多满足上述尺寸要求的绝缘子10的尺寸组合。本发明的发明人已经统计分析了那些可以抑制轴孔偏心的绝缘子样品的尺寸。结果，发明人发现将分析结果应用到绝缘子的设计有利于制造满足上述尺寸要求的绝缘子。
具体地，本实施例规定壁厚的不均匀量小于0.07，该不均匀量通过用由已知的多重回归分析导出的以下表达式进行计算来估算。
0.01×(0.141×A-0.140×D-0.285×B-6.124×C+1.105×E+17.527)  …    (1)
表达式(1)应用于具有大于或等于65mm的总长A和小于或等于3.4mm的轴孔12的小直径部分120的直径E的绝缘子10。
通过使用软件JUSEStat Works(The Institute of JapaneseUnion of Scientists&Engineers的产品的商标)获得表达式(1)。 具体地，以稍后说明的评价试验的结果为基础，通过使用上述软件统计分析壁厚不均匀量与绝缘子样品的直径A、B、C、D和E之间的关系，从而导出表达式(1)。表达式(1)中的A至E为变量。设计绝缘子使得通过代入值A至E到表达式(1)中进行计算而估算出的壁厚不均匀量小于0.07。用于制造如此设计的绝缘子的支撑销减小了偏斜。通过使用如此制造的绝缘子而制造的火花塞免于发生横向火花。由于将估算的壁厚不均匀量小，在计算过程中使用的值为100倍的值。最后，由计算获得的值乘以0.01用于小数调整。
从以下评价试验已经证实：通过满足上述尺寸要求抑制轴孔12的偏心使绝缘子10的壁厚不均匀量小于0.07mm，使用该绝缘子10制造的火花塞100可以免于发生横向火花。
例1
本评价试验中，40种绝缘子样品按如下方式制造：从分别预定的几个值中选择总长A(mm)、轴孔的大直径部分的长度D(mm)、后主干部分的外径B(mm)、轴孔的大直径部分的直径C(mm)、以及轴孔的小直径部分的直径E(mm)。为了比较以预定组合具有尺寸A至E的样品，将样品分为12个组R1至R12。对于组R1至R12中的绝缘子样品，尺寸A至E规定如下。
组R1具有样品1和2：总长A为80mm、后主干部分的外径B为7.2mm、轴孔的大直径部分的直径C为2.8mm、大直径部分的长度D分别为31.0mm和37.0mm、以及轴孔的小直径部分的直径E分别为2.2mm和2.0mm，用于比较二者之间的壁厚不均匀量。组R2具有样品3和4，除了总长A为65mm和轴孔的大直径部分的长度D分别为18.5mm和25.0mm以外，与组R1的样品1和2相同，用于比较二者之间的壁厚不均匀量。
组R3具有样品5至8：总长A为80mm、后主干部分的外径B为 7.5mm、轴孔的大直径部分的直径C为3.0mm、轴孔的小直径部分的直径E为2.5mm、以及大直径部分的长度D分别为18.5mm、25.0mm、31.0mm和37.0mm，用于比较样品之间的壁厚不均匀量。组R4具有样品9至12，除了后主干部分的外径B为9.0mm以外，分别与组R3的样品5至8相同，用于比较样品之间的壁厚不均匀量。
组R5具有样品13至16：总长A为65mm、后主干部分的外径B为7.5mm、轴孔的大直径部分的直径C为3.0mm、轴孔的小直径部分的直径E为2.5mm、以及大直径部分的长度D分别为11.0mm、15.0mm、18.5mm和25.0mm，用于比较样品之间的壁厚不均匀量。组R6具有样品17至20，除了后主干部分的外径B为9.0mm以外，分别与组R5的样品13至16相同，用于比较样品之间的壁厚不均匀量。
组R7具有样品21至24：总长A为80mm、后主干部分的外径B为7.5mm、轴孔的大直径部分的直径C为3.5mm、轴孔的小直径部分的直径E为3.0mm、以及大直径部分的长度D分别为11.0mm、18.5mm、25.0mm和37.0mm，用于比较样品之间的壁厚不均匀量。组R8具有样品25至28，除了后主干部分的外径B为9.0mm以外，分别与组R7的样品21至24相同，用于比较样品之间的壁厚不均匀量。
组R9具有样品29至32：总长A为65mm、后主干部分的外径B为7.5mm、轴孔的大直径部分的直径C为3.5mm、轴孔的小直径部分的直径E为3.0mm、以及大直径部分的长度D分别为6.0mm、11.0mm、18.5mm和25.0mm，用于比较样品之间的壁厚不均匀量。组R10具有样品33至36，除了后主干部分的外径B为9.0mm以外，分别与组R9的样品29至32相同，用于比较样品之间的壁厚不均匀量。
组R11具有样品37和38：总长A为80mm、后主干部分的外径B为9.0mm、轴孔的大直径部分的直径C为4.0mm、轴孔的小直径部分的直径E为3.4mm、以及大直径部分的长度D分别为6.0mm和11.0mm，用于比较样品之间的壁厚不均匀量。组R12具有样品39和40，除了总长A为65mm以外，分别与组R11的样品37和38相同，用于比较二者之间的壁厚不均匀量。
将样品1至40设计成满足以下尺寸要求：总长A为65mm或以上；轴孔的小直径部分的直径E为3.4mm或以下；轴孔的大直径部分的直径C与小直径部分的直径E的比值为116％或以上；大直径部分的长度D与总长A的比值为9％或以上；以及大直径部分的直径C与后主干部分的外径B的比值为47％或以下。
使用这些样品制造火花塞，测试横向火花的发生。通过以下方法测试横向火花。将使用样品制造的火花塞安装到800cc的活塞排量的V型四缸四循环发动机。当发动机以1,500rpm的速度空转时，观测放电波形。当相关100次放电的放电波形即使包括一个表示横向火花的波形时，火花塞也被评定为表示存在横向火花的“×”。当不包括表示横向火花的波形时，火花塞被评定为表示不存在横向火花的“○”。表1示出对样品的壁厚不均匀量和使用该样品制造的火花塞存在/不存在横向火花的测量。
在表1中，AAA：壁厚不均匀量；BBB：不存在/存在横向火花；CCC：由多重回归分析估算的壁厚不均匀量；DDD：测量的壁厚不均匀量与估算的壁厚不均匀量之间的差。
如表1中所示，样品1、3、5、6、9、10、13和17显示壁厚不均匀量为0.07mm以上。使用这些样品制造的火花塞显示发生横向火花。这证实了通过设计绝缘子使得满足上述尺寸要求，通过使用壁厚不均匀量小于0.07mm的绝缘子制造的火花塞可以免于发生横向火花。
图5以组为基础绘制了轴孔大直径部分的长度D与绝缘子总长A的比值与测量的绝缘子壁厚不均匀量之间的关系图。从该图证实了在所有的组R1至组R12中，随着轴孔大直径部分的长度D与绝缘子总长A的比值减小，壁厚不均匀量增加。这由在图5中所有组呈朝右下降的趋势可以看出。换句话说，证实了随着支撑销基底部分的长度与支撑销长度的比值的减小，支撑销的偏斜增加。
例2
在尺寸A至E用作参数的情况下，样品1至40的测试结果通过使用上述软件经过多重回归分析，由此导出上述表达式(1)。为了验证该表达式的有效性，使用表达式(1)估算(计算)样品1至40的壁厚不均匀量。检验测量的壁厚不均匀量与估算的壁厚不均匀量之间的差。检验结果附加包含在表1中。图6示出绝缘子壁厚不均匀量对轴孔大直径部分的长度D与绝缘子总长A的比值的图，对于对应于组R1至组R12分组为S1至S12的样品1至40，以在图5的测量量上叠加估算(计算)量的方式绘图。
如表1所示，测量的壁厚不均匀量与估算的壁厚不均匀量之间的差在0.002以内，表明表达式(1)是有效的。从图6的曲线证实了通过以绝缘子的尺寸A至E为参数的表达式(1)的计算而估算的壁厚不均匀量与相应的测量的量基本一致。也就是说，通过设 计绝缘子使得通过使用表达式(1)的计算而估算的壁厚不均匀量小于0.07，使用该绝缘子制造的火花塞可以免于发生横向火花。
本发明不限于上述实施例，而是可包括各种其他形式。例如，在提到具有内螺纹部分112和光滑表面部分111的轴孔12的大直径部分110的同时说明实施例。然而，大直径部分110可以仅具有光滑表面部分111而不具有内螺纹部分112(即，长度G为0)，或者仅具有内螺纹部分112而不具有光滑表面部分111(即，长度G等于长度D)。
根据本实施例，在生坯装上支撑销后，支撑销在其把柄部分由卡盘固定地卡住。然而，本发明不限于该工序。例如，可以采取以下工序。对于连续的加工，数个支撑销固定在工件夹具上，而生坯固定地装上对应的支撑销。或者，为了改进加工(handling)(加工效率)，橡胶压制步骤后可接着进行预焙烧等步骤。
在绝缘子具有褶皱(corrugations)的情况下，其后主干部分是印刷其名称的部分，而后主干部分的外径可被指定为标称(mark)直径。完工的火花塞的绝缘子具有硼硅玻璃等釉层。釉层的厚度约为20μm，并且就本发明相关的绝缘子主干部分的外径来说可以忽略。
本发明中的生坯不限于金属粉末的压实形式，而是磨削前的坯体。类似地，预成形体不限于紧随磨削之后的坯体，而是焙烧前的坯体。

Claims (2)

1.一种火花塞(100)，其包括：
绝缘子(10)，具有沿轴向延伸的轴孔(12)，在所述轴孔(12)的前端部分保持用于产生火花放电的中心电极(20)，在所述轴孔(12)的后端部分保持电连接到所述中心电极(20)的连接端子(40)，
其中，所述绝缘子(10)的所述轴孔(12)包括与位于所述轴孔(12)后端的开口(129)连续的大直径部分(110)和与所述大直径部分(110)前端连续且直径小于所述大直径部分(110)的小直径部分(120)，以及
所述绝缘子(10)的轴向长度A、位于绝缘子(10)的具有最大外径的部分的后面的后主干部分(18)的外径B、所述大直径部分的直径C、所述大直径部分(110)的轴向长度D、以及所述小直径部分(120)的直径E满足以下不等式，所述A、B、C、D、E的单位是mm：
A≥65mm
E≤3.4mm
0.01×(0.141×A-0.140×D-0.285×B-6.124×C+1.105×E+17.527)＜0.07mm，
其中，所述轴向长度D不包括形成在所述大直径部分(110)和小直径部分(120)之间的台阶部分(115)的轴向长度。
2.一种火花塞(100)，其包括：
绝缘子(10)，具有沿轴向延伸的轴孔(12)，在所述轴孔(12)的前端部分保持用于产生火花放电的中心电极(20)，在所述轴孔(12)的后端部分保持电连接到所述中心电极(20)的连接端子(40)，
其中，所述绝缘子(10)的所述轴孔(12)包括与位于所述轴孔(12)后端的开口(129)连续的大直径部分(110)和与所述大直径部分(110)前端连续且直径小于所述大直径部分(110)的小直径部分(120)，
所述绝缘子(10)的轴向长度A(单位mm)、位于绝缘子(10)的具有最大外径的部分的后面的后主干部分(18)的外径B(单位mm)、所述大直径部分的直径C(单位mm)、所述大直径部分(110)的轴向长度D(单位mm)、以及所述小直径部分(120)的直径E(单位mm)满足以下不等式：
A≥65mm
E≤3.4mm
C/E≥116％
C/B≤47％
D/A≥9％，以及
其中，所述轴向长度D不包括形成在所述大直径部分(110)和小直径部分(120)之间的台阶部分(115)的轴向长度，如在垂直于轴向的平面上所见，所述绝缘子(10)的前端面(11)在所述平面上突出，所述绝缘子(10)的所述前端面(11)的突出的外周的中心与位于所述轴孔(12)前端的开口(128)的突出的圆周的中心之间的距离小于0.07mm。
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