CN101277000A - 内燃机用火花塞 - Google Patents

Abstract

一种内燃机用火花塞(1)，其包括：筒状绝缘体(2)，其具有沿轴线(C1)方向贯通的轴孔(4)；中心电极(5)，其被部分地插入轴孔(4)中；金属壳(3)，其包围绝缘体(2)的外周，并且借助于设置在金属壳(3)的后端部处的弯边部(20)固定到绝缘体(2)；以及接地电极(27)，其被接合到金属壳(3)，使得接地电极(27)的一部分隔着火花放电间隙(33)与中心电极(5)的前端部相对，其中，绝缘体(2)具有与弯边部(20)的内缘相对的环状槽部(23)。

Description

内燃机用火花塞

技术领域

本发明涉及一种内燃机用火花塞。

背景技术

内燃机用火花塞被安装在汽车等的内燃机中，用于点燃空气-燃料混合物。火花塞通常包括中心电极、设置在中心电极外侧的绝缘体、以及设置在绝缘体外侧的筒状金属壳。另外，绝缘体具有形成在其后端侧的后端侧主干部、形成在后端侧主干部的前端侧的大直径部、以及形成在大直径部的前端侧的中间主干部和长腿部。绝缘体和金属壳以例如绝缘体被插入金属壳中、金属壳的后端部被弯边、该弯边部被保持在大直径部的后端的状态组合(例如，参照JP-A-2003-257583(对应于US2003/0168955A1))。

火花塞暴露于燃烧室中的高温，并且在空气-燃料混合物燃烧期间，高燃烧压力瞬时施加到火花塞。因此，构成火花塞的金属壳和绝缘体必须具有足够的气密性，以能够防止空气-燃料混合物在高温高压条件下泄漏到燃烧室外部，还必须在紧固状态下具有稳定性，以能够承受燃烧压力。如果弯边部相对于大直径部的后端的接合余量(engagement allowance)不够，则在绝缘体和金属壳之间很可能产生间隙。因此，弯边部保持绝缘体的力下降，可能导致气密性下降。另外，随着接合余量减小，弯边部的保持力下降，结果绝缘体相对于金属壳的紧固状态的稳定性可能下降。因此，确保弯边部的足够的接合佘量很重要。

顺便提及，近年来，存在对紧凑型和小直径火花塞的需求。为了实现小直径火花塞，可将金属壳制成为薄壁，或者可减小整个绝缘体的直径。然而，采用任一种方法都导致火花塞的强度下降，并且存在火花塞不能承受上述燃烧室内部的严酷环境的可能。因此，通过主要减小绝缘体的最厚壁的大直径部的直径，可以在确保必要的强度的同时，实现小直径火花塞。

然而，如果如此减小大直径部的直径，则大直径部和后端侧主干部之间的直径的差不利地变得较小。结果，大直径部的后端台阶部的面积变小，因此，难以充分确保弯边部的接合余量。所以，在该情况下，存在导致气密性下降和绝缘体相对于金属壳的紧固状态的稳定性下降的顾虑。

发明内容

考虑到上述情况作出了本发明，本发明的目的是提供一种具有能够获得足够的气密性和紧固状态的稳定性的金属壳和绝缘体的内燃机用火花塞，并且该内燃机用火花塞满足对小直径火花塞的需求。

通过提供一种内燃机用火花塞(构造(1))来实现上述目的，该内燃机用火花塞包括：筒状绝缘体，其具有沿轴线方向贯通的轴孔；中心电极，其被部分地插入轴孔中；金属壳，其包围绝缘体的外周，并且借助于设置在金属壳的后端部处的弯边部固定到绝缘体；以及接地电极，其被接合到金属壳，使得接地电极的一部分隔着火花放电间隙与中心电极的前端部相对，其中，绝缘体具有与弯边部的内缘相对的环状槽部。

根据上述构造(1)，至少在绝缘体2的与弯边部20的内缘相对的部分设置环状槽部23。因此，可以充分确保弯边部的接合余量B(参见图1和图4)。结果，还可以防止金属壳3与绝缘体2之间的气密性的下降，并且可以防止金属壳与绝缘体的紧固状态下的稳定性的下降。特别地，即使在绝缘体2的大直径部11的直径减小，以及将大直径部与后端侧主干部10之间的直径差设定成较小的情况下，通过设置环状槽部23仍然可以确保足够的接合余量B。也就是，通过采用该构造，金属壳3和绝缘体2能够获得足够的气密性和紧固状态下的稳定性，并且能够与对较小直径的需求相适应。另外，并非绝缘体2的全部后端侧主干部10的直径都减小，环状槽部23仅形成在与弯边部20相对的部分。因此，优势在于传统的通用火花塞帽可以与该火花塞相连接。

在优选实施例(构造(2))中，构造(1)的火花塞的特征在于，金属壳在其外周上具有用于与内燃机的发动机缸盖的安装孔螺纹接合的螺纹部，该螺纹部具有小于或等于M12的外径(具有12mm或更小的外径)，并且绝缘体包括全部容纳在金属壳中的大直径部和设置在环状槽部的后端侧、且直径比大直径部的直径小的后端侧主干部，大直径部和后端侧主干部之间的半径差小于0.6mm。

已经提出了提高气密性的技术，在该技术中，在组装绝缘体和金属壳时，将在一对环构件之间填充滑石的配置(也称作“滑石环”)设置在金属壳的内周面与后端侧主干部的外周面之间，并且将弯边部保持在后端侧环构件处(例如，JP-A-2004-363113)。然而，当实现小直径火花塞时，如果使大直径部与后端侧主干部之间的半径差较小，则也必定使金属壳的内周面与后端侧主干部的外周面之间的间隙小。因此，必须以薄壁制成环构件，但这存在限制。传统地，已经提出了所谓的“热弯边型”火花塞，在该火花塞中，在不设置滑石环的情况下将弯边部保持在大直径部的后端部处。在该情况下，如果直径不是很小，则可以确保接合余量B为0.6mm或更大，并且可以确保足够的紧固状态。然而，即使利用这种“热弯边型”，在需要直径进一步减小的情况下，总是不能确保足够的接合余量。

在构造(2)的火花塞中，由于螺纹部15的外径小于或等于M12(JIS B 8031：2006定义)，并且大直径部与后端侧主干部10之间的半径差小于0.6mm，所以实现直径的减小。在这种配置中，设置滑石环变得非常困难，可以采用如上所述的“热弯边型”。在这种构造中，由于环状槽部23至少设置在绝缘体2的与弯边部20的内缘相对的部分上，因此，可以确保弯边部的足够的接合余量B。也就是，在实现火花塞的直径减小时，即使在不能设置滑石环的情况下，也可以充分地确保气密性并实现稳定的紧固状态。作为使本发明更有效的构造，还可以采用螺纹部的外径小于或等于M10(JIS B 8031：2006定义)的火花塞。

在优选实施例(构造(3))中，构造(2)的火花塞的特征在于，弯边部被保持在绝缘体的大直径部的后端部，在绝缘体的包含轴线的截面中，以弯边部的内端点与大直径部的径向外端之间的沿与轴线方向垂直的方向的距离定义的接合余量为0.2mm或更大。

在绝缘体的包含轴线的截面中，由于将弯边部20相对于大直径部11的保持部的沿与轴线方向垂直的方向的接合余量B设定为大于或等于0.2mm，因此，可以更可靠地表现出上述操作效果。

在优选实施例(构造(4))中，上述构造(1)至(3)中任一项的火花塞的特征在于，在绝缘体的包含轴线的截面中，弯边部的内端点与环状槽部的最小直径部之间的沿与轴线方向垂直的方向的距离为0.2mm或更大。

在弯边部的内缘与绝缘体之间的间隔较小的情况下，当从外部施加冲击时，弯边部的内缘和绝缘体可能互相碰撞。在该情况下，加上弯边部的内缘通常是相对薄的壁的事实，绝缘体可能损坏，可能导致在绝缘体中发生裂纹。在这点上，根据构造(4)，将环状槽部23设置成：在绝缘体的包含轴线C1的截面中，弯边部20的内端点和环状槽部的最小直径部(环状槽部的位于径向最内侧的部分)之间的沿与轴线方向垂直的方向的距离A变成大于或等于0.2mm。从而，可以在弯边部20的内缘和绝缘体2之间确保足够的间距A，可以防止弯边部的内缘与绝缘体之间的碰撞，因此防止绝缘体的裂纹。

在优选实施例(构造5)中，上述构造(1)至(4)中任一项的火花塞的特征在于，绝缘体包括设置在环状槽部的后端侧的后端侧主干部，由弯边部的内缘定义的开口的直径小于绝缘体的在后端侧主干部与环状槽部之间的分界处的直径。

根据构造(5)，使由弯边部20的内缘形成的开口的直径小于绝缘体2的在后端侧主干部10与环状槽部23之间的分界处的直径。也就是，如图5所示，将弯边部20的内缘设置在插入环状槽部的状态(使得弯边部的内缘在如图3所示的直线10和直线25所定义的角部处突出到绝缘体的外周的内部)，可以在不对绝缘体的后端侧主干部10的外径强加任何限制的情况下设定弯边部的接合佘量B。因此，可以确保弯边部20的更大的接合余量B，并且更可靠地表现出上述操作效果。

在优选实施例(构造(6))中，上述构造(1)至(5)中任一项的火花塞的特征在于，该火花塞还包括覆盖环状槽部的釉层。

由于在绝缘体2中设置环状槽部23，因此，可以确保弯边部20的接合余量B，同时该部分处的绝缘体2的壁厚变小。因此，存在该部分的强度或多或少下降的顾虑。在这点上，根据构造(6)，用釉层覆盖环状槽部。通过用釉层覆盖来增强环状槽部，可以使具有非常小的裂纹、孔等的绝缘体的表面平滑化。这可以提高绝缘体的强度。这里，在绝缘体的预定部分上形成釉层是火花塞制造过程中的重要步骤。因此，根据构造(6)，即使不分开设置复杂的增强措施，也可以有效地防止由于环状槽部的设置导致的绝缘体的强度的下降。可以在绝缘体中设置釉层直至具有如曲面状、台阶状或锥状等形状的大直径部11的后端部。

在优选实施例(构造(7))中，上述构造(1)至(6)中任一项的火花塞的特征在于，环状槽部具有底壁部和锥状后壁部，底壁部包括最小直径部，锥状后壁部从底壁部的后端侧连续形成，在绝缘体的包含轴线的截面中，由底壁部的外形线的延长线与锥状后壁部的外形线形成的角度为40度或更小。

在构造(7)中，环状槽部23具有包括最小直径部的底壁部24和从底壁部24的后端侧连续形成的锥状后壁部25。这里，如果由底壁部和后壁部形成的角度变成接近于直角，则应力集中在底壁部24与后壁部25之间的分界处，使得存在裂纹发生在该分界处或其附近的可能。相反地，根据该构造，在绝缘体2的包括轴线C1的截面中，将由底壁部24的外形线24a的延长线与锥状后壁部25的外形线25a形成的角度设定为小于或等于40度。这使得可以防止应力集中在底壁部与后壁部之间的分界处，并且可以防止由于环状槽部的设置导致绝缘体破断的情况。在釉层被设置在环状槽部上的情况下，将由覆盖底壁部的釉层表面的外形线的延长线与覆盖后壁部的釉层表面的外形线形成的角度设定为小于或等于40度。

附图说明

图1是图解根据本发明的实施例的火花塞的构造的局部前视图；

图2是图解火花塞的绝缘体的构造的前视图；

图3是图解由环状槽部的底壁部和后壁部形成的角度的放大剖视图；

图4是图解弯边部的内端点与底壁部之间的距离以及弯边部的内端点与大直径部的径向外端之间的距离的放大剖视图；

图5是图解根据另一实施例的弯边部的内缘相对于环状槽部的位置关系的放大剖视图；

图6是图解在耐冲击性试验中改变参数的槽部角度与破断能量的平均值之间的关系的图；

图7是图解在耐冲击性试验中改变参数的间距长度与破断能量的平均值之间的关系的图；

图8是图解在气密性试验中改变参数的接合长度与10cc泄漏温度的平均值之间的关系的图，；

图9是图解在弯边部强度试验中改变参数的接合长度与抽出载荷的平均值之间的关系的图；

图10是图解根据另一实施例的环状槽部等的局部放大剖视图。

附图标记的说明：

附图中用于识别不同结构特征的附图标记包括：

1：火花塞；2：绝缘体；3：金属壳；4：轴孔；5：中心电极；10：后端侧主干部；11：大直径部；15：螺纹部；20：弯边部；23：环状槽部；24：底壁部；24a：底壁部的外形线；25：后壁部；25a：后壁部的外形线；27：接地电极；33：火花放电间隙；C1：轴线

具体实施方式

以下，将参照附图给出本发明的实施例的说明。然而，本发明不应该被解释成仅限于本实施例。

图1是图解火花塞1的局部前视图。在图1中，火花塞1的轴线C1方向是图中的垂直方向，图的下侧是火花塞1的前端侧，上侧是火花塞1的后端侧。

火花塞1由筒状绝缘体2和用于保持该筒状绝缘体2的筒状金属壳3等构成。

轴孔4沿着轴线C1贯通地形成在绝缘体2中。中心电极5被插入并固定在轴孔4的前端部侧中，端子电极6被插入并固定在轴孔4的后端部侧中。在轴孔4内部，在中心电极5和端子电极6之间布置电阻7，该电阻7的相反的端部分别经由玻璃密封层8和9与中心电极5和端子电极6电连接。

中心电极5被固定成从绝缘体2的前端突出，端子电极6被固定成从绝缘体2的后端突出。另外，贵金属电极头31通过焊接接合到中心电极5的前端(以下说明)。

同时，如图2所示，绝缘体2通过烘焙氧化铝等形成，并且其外形部分包括：形成在后端侧的后端侧主干部10；形成为在比后端侧主干部10更靠近前端侧的位置径向向外突出的大直径部11；形成为比大直径部11更靠近前端侧、并且直径比大直径部11小的中间主干部12；以及形成为比中间主干部12更靠近前端侧、并且直径比中间主干部12小的长腿部13，该长腿部13暴露于内燃机的内部。绝缘体2的大直径部11、中间主干部12和大部分的长腿部13容纳在以筒状形成的金属壳3中。此外，台阶部14形成在长腿部13与中间主干部12之间的连接部，由金属壳3将绝缘体2保持在该台阶部14。另外，将后端侧主干部10与大直径部11之间的半径差设定为小于0.6mm(在本实施例中为0.3mm)。另外，大直径部11的后端部形成为具有曲面的台肩部28。

金属壳3由如低碳钢等金属形成为筒状，并且其外周面具有用于将火花塞1安装在发动机缸盖的螺纹部(外螺纹部)15。这里，将螺纹部15的外径设定为小于或等于M12(在本实施例中为M12)。换句话说，本实施例的火花塞1的直径较小。另外，座部16形成在螺纹部15的后端侧的外周面上，并且环状垫圈18被装配在螺纹部15的后端处的螺纹颈(thread neck)17上。此外，在金属壳3的后端侧，设置有具有六边形截面形状的工具接合部19和用于在后端部保持绝缘体2的弯边部20，在将金属壳3安装在发动机缸盖中时，该工具接合部19用于接合如扳手等工具。

另外，用于保持绝缘体2的台阶部21设置在金属壳3的内周面上。从金属壳3的后端侧朝向金属壳3的前端侧插入绝缘体2。在绝缘体2的台阶部14被金属壳3的台阶部21保持的状态下，使金属壳3的后端侧处的开口径向向内弯边，即形成上述弯边部20，由此固定绝缘体2。结果，与上述台肩部28一致地保持弯边部20的内周面。环状板填料(plate packing)22被置于绝缘体2的台阶部14和金属壳3的台阶部21之间。这确保：维持燃烧室内部的气密性；以及暴露于燃烧室内部的、进入绝缘体2的长腿部13和金属壳3的内周面之间的间隙的燃料-空气混合物不会泄漏到外部。

另外，大致L状接地电极27被接合到金属壳3的前端面26。也就是，将接地电极27布置成其后端部被焊接到金属壳3的前端面26，而其前端侧被弯曲成使其侧面与中心电极5的前端部(贵金属电极头31)相对。贵金属电极头32设置在该接地电极27上，使得其与贵金属电极头31相对。贵金属电极头31和贵金属电极头32之间的间隙用作火花放电间隙33。

中心电极5由内层5A和外层5B构成，其中，该内层5A由铜或者铜合金形成，该外层5B由镍(Ni)合金形成。此外，接地电极27由Ni合金等形成。

中心电极5的前端侧的直径减小，中心电极5整体上形成为棒状(圆柱状)，并且其前端面形成为平面。上述圆柱状贵金属电极头31被支撑在该前端面上，并且贵金属电极头31和中心电极5通过沿着其接合面的外缘部进行激光焊接、电子束焊接、电阻焊接等而接合。同时，与贵金属电极头31相对的贵金属电极头32被定位在接地电极27上的预定位置，并且贵金属电极头32和接地电极27通过沿着其接合面的外缘部进行焊接而接合。可以省略贵金属电极头31和与其相对的贵金属电极头32中的任一个(或二者)。在该情况下，分别在贵金属电极头32和中心电极5的主体部之间或者在贵金属电极头31和接地电极27的主体部之间形成火花放电间隙33。

在本实施例中，由已知的贵金属材料(例如Pt-Ir合金等)形成上述贵金属电极头31和32。

另外，如图1和图2所示，在绝缘体2的与弯边部20的内缘相对的部分(大直径部11与后端侧主干部10之间的分界部分)的整个圆周上形成环状槽部23。环状槽部23包括底壁部24，即位于径向最内侧的最小直径部，环状槽部23还包括从该底壁部24的后端侧连续形成的锥状后壁部25。此外，如图3所示，在包含轴线C1的截面中，将由底壁部24的外形线24a的延长线和后壁部25的外形线25a形成的角度θ设定为小于或等于40度(在本实施例中为35度)。另外，如图4所示，在包含轴线C1的截面中，将弯边部20的内端点和上述底壁部24之间的沿与轴线C1方向垂直的方向的距离A设定为大于或等于0.2mm(在本实施例中为0.25mm)，将弯边部20的内端点和大直径部11的径向外端之间的沿与轴线C1方向垂直的方向的距离B设定为大于或等于0.2mm(在本实施例中为0.25mm)。也就是，在本实施例中，将A和B设定为弯边部20的内缘不会插入环状槽部23中。

接着，将给出如上所述构造的火花塞1的制造方法的说明。首先，预先加工金属壳3。也就是，对圆柱状金属材料(例如，如S17C或S25C等铁基材料或者不锈钢材料)进行冷锻，由此形成通孔并产生大体形状。然后，对该大体形状进行切削以配置外形，从而获得金属壳的中间体。

随后，将由Ni基合金(例如铬镍铁基合金等)形成的接地电极27电阻焊接到金属壳的中间体的前端面。在焊接时发生所谓的流挂(sagging)，使得在除去流挂之后，通过滚轧在金属壳的中间体的预定部分形成螺纹部15。结果，获得焊接有接地电极27的金属壳3。对焊接有接地电极27的金属壳3进行镀锌或镀镍。为了提高抗腐蚀性，可以进一步对其表面进行镀铬。

此外，通过电阻焊接、激光焊接等将上述贵金属电极头32接合到接地电极27的前端部。为了使焊接更加可靠，在焊接之前，除去焊接部分处的镀层，或者在电镀处理期间对待焊接部分进行掩模处理。另外，可以在以下说明的组装之后焊接贵金属电极头32。

同时，与上述金属壳3分开地预先制造绝缘体2。例如，由主要包含氧化铝并且包含粘合剂等的原料粉末来制备成型用未处理颗粒(green granules)，通过橡胶压制成形该颗粒来获得筒状成形体。对如此获得的成形体进行研磨，由此成形。研磨时，对绝缘体2的与上述弯边部20的内缘相对的部分进行研磨，以形成稍后用作环状槽部23的槽部。然后，将该成形件装入烘焙炉，并进行烘焙。在烘焙之后，进行各种抛光，从而获得绝缘体2。抛光时可以形成槽部，或者，可以在烘焙之前的研磨时完成槽部的形成，而烘焙之后的抛光可以不是必须的。

另外，与上述金属壳3和绝缘体2分开地预先制造中心电极5。也就是，对Ni基合金进行锻造，在其中央部设置由铜合金制成的内层5A，以提高散热性能。此外，通过电阻焊接、激光焊接等将上述贵金属电极头31接合到中心电极的前端部。

然后，由玻璃密封层8和9密封和固定如上所述获得的绝缘体2和中心电极5以及电阻7和接地电极27。通常通过混和硅酸硼玻璃和金属粉末来制备玻璃密封层8和9。将制备的混合物装入绝缘体2的轴孔4中以使其夹持电阻7之后，并且将端子电极6设置在被从后面施压的状态，在烘焙炉中烘焙和固化制备的混合物。此时，可在绝缘体2的后端侧主干部10的表面上同时烘焙釉层，或者可以预先在绝缘体2的后端侧主干部10的表面上形成釉层。

随后，组装分别如上所述制备的金属壳3和绝缘体2，其中，该金属壳3具有接地电极27，该绝缘体2具有中心电极5和端子电极6。组装时，通过热弯边进行弯边。也就是，在对形成在金属壳3的座部16和工具接合部19之间的薄壁部29进行加热以减小变形阻力的状态下，对金属壳3的后端侧的开口进行弯边。这同时实现基于弯边部20的塑性变形的弯边和利用绝缘体2和金属壳3之间的热膨胀差的弯边。随着处于热膨胀状态的薄壁部29冷却，薄壁部29沿轴线C1方向收缩，并且保持在大直径部11的台肩部28处的弯边部20朝向前端侧压台肩部28。结果，形成在绝缘体2的外周面上的台阶部14和形成在金属壳3的内周面上的台阶部21被设置在牢固保持状态，这进一步牢固地组合绝缘体2和金属壳3。

然后，最终，通过弯曲接地电极27，进行调节设置在中心电极5的前端处的贵金属电极头31与设置在接地电极27处的贵金属电极头32之间的上述火花放电间隙33的加工。

当这样进行一系列步骤时，制造出具有上述构造的火花塞1。

接着，为了确认根据本实施例产生的操作效果，通过改变各种条件制备了各种样品，并且进行了各种评估。以下说明试验结果。

首先，通过不同地改变以下条件制造了火花塞：在绝缘体的包含轴线的截面中，形成在底壁部的外形线24a的延长线与后壁部的外形线25a之间的角度θ(以下称作槽部角度θ)；弯边部的内端点和底壁部之间的沿与轴线方向垂直的方向的距离A(以下称作间距长度A)；以及弯边部的内端点和大直径部的径向外端之间的沿与轴线方向垂直的方向的距离B(以下称作接合长度B)。然后，进行耐冲击性试验、气密性试验和弯边部强度试验。应该注意的是，在各样品中，螺纹部的外径被设定为M12，大直径部11的直径被设定为11.6mm。另外，在绝缘体的从其后端部朝向前端侧直至大直径部、即包括环状槽部的部分上形成釉层。

作为耐冲击性试验，对不同地改变槽部角度θ的样品和不同地改变间距长度A的样品进行迄今已知的夏比冲击试验。夏比冲击试验的概要如下：也就是，将火花塞固定成其轴向设定在垂直方向，火花放电间隙朝向下侧，金属壳的螺纹部与试验台的螺纹孔螺纹接合。另外，将远端安装有1.13kg的由钢制成的锤子的330mm的长臂可摆动地设置在火花塞的轴向上方的枢轴点处。此时，将枢轴点的位置设置成在锤子向下摆动至绝缘体的后端部时锤子与位于距绝缘体的后端面大约1mm的部分碰撞的位置。然后，在臂的中心轴线与火花塞的轴线之间的摆动角度逐渐变大预定角度的同时，锤子的顶端与绝缘体碰撞。重复进行该操作，在各种条件下确定在绝缘体中发生破断时的摆动角度和基于该摆动角度的破断能量。以相同形状的五个样品为一组进行该试验，并计算出破断能量的平均值。图6示出在槽部角度θ不同地改变为0度(无槽部)、10度、20度、30度、40度、50度和60度的情况下的槽部角度θ、和各槽部角度θ处的破断能量的平均值与0度的槽部角度θ(无槽部)处的破断能量的比值之间的关系。在图6中，将槽部角度θ取为横坐标，将破断能量的平均值的比值取为纵坐标。应该注意的是，将此时的间距长度A设定为0.2mm。另外，图7示出在间距长度A不同地改变为0.10mm、0.15mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm和0.35mm的情况下的间距长度A、和各间距长度A处的破断能量的平均值与0.10mm的间距长度A处的破断能量的比值之间的关系。在图7中，将间距长度A取为横坐标，将破断能量的平均值的比值取为纵坐标。将此时的槽部角度θ设定为40度。另外，图6所示的评估试验的结果验证了本发明的构造7中的气密性和强度的下降，但是仍然允许实现作为本发明的构造1的效果的气密性和紧固状态的稳定性。此外，在设置锥状后壁部的情况下，优选将槽部角度θ设定为小于或等于40度，图6所示的评估试验的结果允许后壁部形成为锥状。然而，图6的结果表明，在后壁部形成为锥状的情况下，绝缘体的强度下降，槽部角度θ的下限不受特别限制。然而，即使槽部角度θ小至5度，也不会出现任何问题。

如图6所示，随着槽部角度θ增大，破断能量的平均值不利地下降，即在较小载荷作用下，破断发生在绝缘体中。特别地，明显的是，如果槽部角度θ超过40度，则绝缘体的强度明显下降。因此，为了有效地防止由于环状槽部的设置导致的绝缘体的强度的下降，优选将槽部角度θ设定为小于或等于40度。

另外，如图7所示，随着间距长度A减小，破断能量的平均值不利地下降，即在较小载荷作用下，破断发生在绝缘体中。特别地，明显的是，如果间距长度A小于0.2mm，则绝缘体的强度明显下降。因此，优选将环状槽的深度等设定为使间距长度A至少为0.2mm。如果将间距长度A设定成使得气密性不下降就足够了，如果间距长度A大于或等于0.2mm就产生该效果。该验证试验证实确保良好的绝缘体强度的间距长度A至少为0.35mm。

此外，分别对不同地改变接合长度B的样品进行气密性试验和弯边部强度试验。将间距长度A设定为0.2mm，在接合长度B超过0.1mm的情况下，通过在与弯边部相对的部分设置环状槽部、改变该环状槽部的深度来改变接合长度B。接合长度B的改变长度分别为0.10mm、0.15mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm和0.35mm。

气密性试验的概要如下：也就是，以与上述耐冲击性试验相同的方式，将火花塞固定成其轴向设定在垂直方向，火花放电间隙朝向下侧，金属壳的螺纹部与试验台的螺纹孔螺纹接合。此外，在从下方施加1.5Mpa的气压的状态下，对火花塞进行加热以提高支撑面(座部16的下端面)的温度。结果，测量出1分钟内泄漏10cc空气时螺纹部的温度(“10cc泄漏温度”)。也以相同形状的五个样品为一组来进行该试验，并计算出10cc泄漏温度的平均值。图8示出接合长度B、和各接合长度B处的10cc泄漏温度的平均值与0.10mm的接合长度B处的10cc泄漏温度的平均值的比值之间的关系。在图8中，将接合长度B取为横坐标，将10cc泄漏温度的平均值的比值取为纵坐标。

另外，如下进行弯边部强度试验。也就是，将除去接地电极或者最初未设置接地电极的火花塞固定成其轴向设定在垂直方向，与火花放电部分对应的部分朝向下侧，金属壳的螺纹部与试验台的螺纹孔螺纹接合。从下方对绝缘体施加载荷，连续增加该载荷，测量出当将绝缘体从金属壳中抽出时的抽出载荷。也以相同形状的五个样品为一组来进行该试验，计算出抽出载荷的平均值。应该注意的是，在该试验中，接合长度B分别为0.15mm、0.20mm、0.25mm、0.30mm和0.35mm。图9示出接合长度B、和各接合长度B处的抽出载荷的平均值与0.15mm的接合长度B处的抽出载荷的平均值的比值之间的关系。在图9中，以与上述试验中的方式相同的方式将接合长度B取为横坐标，将抽出载荷的平均值的比值取为纵坐标。

如图8所示，随着接合长度B减小，10cc泄漏温度的平均值下降，即气密性下降。特别地，明显的是，如果接合长度B小于0.2mm，气密性明显下降。因此，优选将环状槽的深度设定为使接合长度B至少为0.2mm或更大。

另外，如图9所示，随着接合长度B下降，抽出载荷的平均值下降，即在较小载荷作用下，从金属壳中抽出绝缘体。因此，如果基于上述气密性试验和弯边部强度试验的结果进行综合判断，则可以说优选确保接合长度B为0.2mm或更大。

此外，从涉及改变间距长度A和接合长度B的样品的上述试验结果可以发现，优选将环状槽部的深度设定成使得从环状槽部的底壁部到大直径部的径向外端的沿与轴线方向垂直的方向的距离，即间距长度A和接合长度B之和变成大于或等于0.4mm。换句话说，通过设置该环状槽部，可以实现小型化，使得在确保足够的气密性和紧固状态的稳定性的同时，大直径部与后端侧主干部之间的半径差变成小于0.4mm。

应该注意的是，本发明不限于上述实施例的细节，而是可以例如如下所述地实施。不必说，还可以采用以下未举例示出的其它应用例和变形例。

(a)尽管在上述实施例中未特别指出，但是，在形成环状槽部23之后，釉层可以被设置成覆盖环状槽部23。通过设置釉层，可以有效地防止由于环状槽部23导致的绝缘体2的强度的下降。尽管釉层的厚度不受特别限制，但釉层的厚度优选不小于5μm并且不大于30μm。

(b)尽管在上述实施例中弯边部20的内周面被直接保持在台肩部28处，但是，可以在弯边部20与台肩部28之间(在绝缘体2的外周面与金属壳3的内周面之间的间隙中)设置在一对环构件之间填充滑石的滑石环。此外，可以设置环状金属板填料。

(c)尽管在上述实施例中将弯边部20的内缘设置成不会被插入环状槽部23中，但是，如图5所示，可以将弯边部20的内缘设置在被插入环状凹部23中的状态。在该情况下，可以在不对后端侧主干部10强加任何限制的情况下设定弯边部20的接合余量，使得可以确保弯边部20的较大的接合余量。

(d)上述实施例中的环状槽部23的形状仅是示例性的，环状槽部23的形状不限于该形状。例如，如图10所示，可以通过将环状槽部23形成为从后端侧主干部10的前端朝向大直径部11侧的相对缓和的锥状来设置环状槽部23。也就是，环状槽部23具有能够充分地确保弯边部20的接合余量的形状，如果将绝缘体2的与弯边部20的内缘相对的部分的外径D1设定为比后端侧主干部10的前端的外径D2小就足够了。

(e)尽管在上述实施例中举例说明了将接地电极27接合到金属壳3的前端的情况，但是，本发明还可适用于以削去一部分金属壳(或者预先装配焊接到金属壳的顶端的一部分)的方式形成接地电极的情况(例如，参照JP-A-2006-236906)。

(f)尽管上述实施例的中心电极5具有直径减小的前端侧，但是，中心电极5的前端侧的直径可以不必减小，并且即使中心电极5整体形成为棒状(圆柱状)，也不存在任何问题。另外，尽管中心电极5具有包括内层5A和外层5B的双层结构，但是，中心电极5可以仅由一层构成。

(g)火花塞不特别局限于上述实施例中所说明的类型，本发明还可以适用于具有二至四个接地电极的火花塞。

(h)尽管将工具接合部19设置成具有六边形截面形状，但是，工具接合部19的形状不限于此。例如，工具接合部19可以具有bi-hex(变形12点)形状[ISO22977：2005(E)]等。

对于本领域技术人员还明显的是，可以进行如上所示和所述的本发明的形式和细节的各种修改。意图是这些修改被包含在所附权利要求书的精神和范围内。

本申请基于2007年3月30日提交的日本专利申请JP2007-091985和2008年1月16日提交的日本专利申请JP2008-006391，这些专利申请的全部内容通过引用包含于此，就像详细地阐述一样。

Claims (7)

1.一种内燃机用火花塞(1)，其包括：

筒状绝缘体(2)，其具有沿轴线(C1)方向贯通的轴孔(4)；

中心电极(5)，其被部分地插入所述轴孔(4)中；

金属壳(3)，其包围所述绝缘体(2)的外周，并且借助于设置在所述金属壳(3)的后端部处的弯边部(20)固定到所述绝缘体(2)；以及

接地电极(27)，其被接合到所述金属壳(3)，使得所述接地电极(27)的一部分隔着火花放电间隙(33)与所述中心电极(5)的前端部相对，

其中，所述绝缘体(2)具有与所述弯边部(20)的内缘相对的环状槽部(23)。

2.根据权利要求1所述的内燃机用火花塞，其特征在于，所述金属壳(3)在其外周上具有用于与所述内燃机的发动机缸盖的安装孔螺纹接合的螺纹部(15)，所述螺纹部(15)具有12mm或更小的外径，并且

所述绝缘体(2)包括全部容纳在所述金属壳(3)中的大直径部(11)和设置在所述环状槽部(23)的后端侧、且直径比所述大直径部(11)的直径小的后端侧主干部(10)，所述大直径部(11)和所述后端侧主干部(10)之间的半径差小于0.6mm。

3.根据权利要求2所述的内燃机用火花塞，其特征在于，所述弯边部(20)被保持在所述绝缘体(2)的所述大直径部(11)的后端部，在所述绝缘体(2)的包含所述轴线(C1)的截面中，以所述弯边部(20)的内端点与所述大直径部(11)的径向外端之间的沿与所述轴线(C1)方向垂直的方向的距离(B)定义的接合余量为0.2mm或更大。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，在所述绝缘体(2)的包含所述轴线(C1)的截面中，所述弯边部(20)的内端点与所述环状槽部(23)的最小直径部之间的沿与所述轴线(C1)方向垂直的方向的距离(A)为0.2mm或更大。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，所述绝缘体(2)包括设置在所述环状槽部(23)的后端侧的后端侧主干部(10)，由所述弯边部(20)的内缘定义的开口的直径小于所述绝缘体(2)的在所述后端侧主干部(10)与所述环状槽部(23)之间的分界处的直径。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，所述火花塞还包括覆盖所述环状槽部(23)的釉层。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，所述环状槽部(23)具有底壁部(24)和锥状后壁部(25)，所述底壁部(24)包括最小直径部，所述锥状后壁部(25)从所述底壁部(24)的后端侧连续形成，并且

在所述绝缘体(2)的包含所述轴线(C1)的截面中，由所述底壁部(24)的外形线(24a)的延长线与所述锥状后壁部(25)的外形线(25a)形成的角度为40度或更小。

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