CN101978564B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

提供一种火花塞，其基于绝缘体被金属壳支撑的支撑位置通过调整绝缘体的强度(刚性)的平衡来增大对抗局部应力集中的保证强度，以防止绝缘体中产生裂纹或断裂。当被金属壳(50)保持的绝缘体(10)在后端侧主体部(18)受到与轴线O垂直的弯曲方向上的外力时，绝缘体(10)的经由密封件(6)被弯边部(53)支撑的位置C用作支点，且应力被施加到位置C和绝缘体的经由密封件(8)被凸缘部(56)支撑的位置B之间。于是，在绝缘体(10)被设计成使尺寸和截面系数的平衡调整成满足0.71≤τA/τB≤1.27时，可以防止裂纹或断裂，其中τA表示对抗绝缘体(10)的后端位置A和位置C之间的弯曲的保证强度，τB表示对抗位置B和位置C之间的弯曲的保证强度。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种组装在内燃机中的用于对空气燃料混合物点火的火花塞。

背景技术

传统地，在内燃机中使用火花塞用于点火。一般的火花塞使在轴向孔中保持中心电极的绝缘体以周向地围绕其外周的方式被金属壳保持，从而在中心电极和被接合到金属壳的接地电极之间形成火花放电间隙。此外，在火花放电间隙中产生的火花放电对空气燃料混合物点火。

近年来，需要减小火花塞的尺寸和直径，以确保汽车发动机在增大输出和燃料经济性方面的设计自由度，并且已经尝试减小金属壳和绝缘体的直径和厚度。作为实现该尝试所采取的手段，尽管考虑使传统火花塞的各构成部件的形状保持不变而尺寸变小的手段，然而单纯地减小构成部件的尺寸可能会引起各构成部件的强度的减小。因此，各构成部件的尺寸彼此平衡，以在火花塞的有限尺寸中确保构成部件的强度。

当绝缘体的厚度伴随着火花塞的直径减小而减小时，导致绝缘体的强度(刚性)减小，在外力沿与轴线方向垂直的方向(弯曲方向)作用于绝缘体时，容易产生裂纹或断裂。存在如下可能性：当火花塞被安装在发动机中时，在安装工具与绝缘体的从金属壳的后端露出的后端侧主体部(绝缘体头部)发生碰撞的情况下，沿弯曲方向的外力作用于火花塞。此外，尽管与中心电极电连接的金属端子基部在绝缘体的后端露出，在火花塞被安装到发动机中之后，被安装到用于向火花放电间隙施加电压的导线的火花塞盖被装配于金属端子基部。当火花塞在该状态下遭受随着发动机的驱动而产生的振动时，产生由于火花塞盖的重量引起的负载，导致沿弯曲方向的外力作用于绝缘体的后端侧主体部的可能性。

为了使即使沿弯曲方向的外力以上述方式作用于绝缘体的后端侧主体部也难以在绝缘体中产生裂纹或断裂，通过调整轴向孔(中心通孔)在后端侧主体部的外径最小部位的外径和内径来确保后端侧主体部的外径变为最小(最小外径部)的部位的厚度是有好处的。此外，期望的是，通过调整后端侧主体部的外径变为最小的部位的截面系数(modulus of section)来确保对抗沿弯曲方向作用于绝缘体的外力的强度(例如，参考专利文献1)。

专利文献1：日本特开2006-100250号公报

发明内容

发明要解决的问题

顺便提及，在绝缘体的外周面设置有外径不同的部分，由金属壳来保持绝缘体一般是通过如下形式实现的：通过对这些部分进行弯边使绝缘体保持且支撑在轴向孔中。也就是，以使绝缘体被金属壳支撑在金属壳的内孔中的方式保持绝缘体。因此，当沿弯曲方向作用的外力被施加到绝缘体的后端侧主体部时，力点是遭受外力的位置，绝缘体的被金属壳支撑的支撑位置中靠近力点的一侧、即后端侧支撑位置用作支点。此外，尽管与力点相关的作用点产生于绝缘体的前端侧，但是绝缘体的被金属壳支撑的前端侧被支撑位置起到限制作用点的作用力、即限制绝缘体的前端侧的运动的作用，因此与外力对应的负荷被施加在轴线方向的两个被支撑位置之间的部位。因此，通过单纯地试图增大绝缘体的后端侧主体部的强度(刚性)，金属壳的内孔中的绝缘体产生裂纹或断裂。

为了解决上述问题创作了本发明，本发明的目的是提供如下火花塞：能够基于绝缘体被金属壳支撑的支撑位置，通过调整绝缘体的强度(刚性)平衡来增大绝缘体对抗局部应力集中的保证强度(proof strength)，从而防止绝缘体中产生裂纹或断裂。

用于解决问题的方案

为了实现该目的，根据权利要求1的火花塞包括：绝缘体，所述绝缘体包括：前端侧主体部，在所述前端侧主体部的外周面的前端侧具有台阶部；中间主体部，所述中间主体部形成于所述前端侧主体部的后端侧，且具有比所述前端侧主体部的直径大的直径；以及后端侧主体部，所述后端侧主体部经由肩部形成于所述中间主体部的后端侧，且具有比所述中间主体部的直径小的直径，所述绝缘体在所述绝缘体的沿轴线方向形成的轴向孔的内部保持中心电极；

金属壳，所述金属壳包括工具接合部，所述工具接合部用于将所述火花塞安装到内燃机，所述金属壳在形成于所述工具接合部的后端侧的弯边部(crimping portion)和形成于所述工具接合部的前端侧的凸缘部之间保持所述绝缘体的从所述肩部到所述台阶部的部分，其中所述凸缘部在所述金属壳的内孔中径向向内突出；以及

环状密封件(packing)，所述环状密封件介于所述凸缘部和所述台阶部之间，

其中，τA＝LAXmax/ZXmax，且

τB＝(LAC·LBYmax)/(LBC·ZYmax)，

τA和τB中的至少一方为0.47以上，且满足0.71≤τA/τB≤1.27，

其中，在轴线方向上，

A表示所述绝缘体的后端所在的位置；

B表示从所述绝缘体的前端侧起所述绝缘体和所述密封件首先彼此接触的位置；

C表示从所述绝缘体的后端侧起所述绝缘体和所述弯边部首先彼此接触的位置；

LAC表示位置A和位置C之间的距离；

LBC表示位置B和位置C之间的距离；

X表示位置A和位置C之间的任意位置；

Y表示位置B和位置C之间的任意位置；

LAX表示位置A和位置X之间的距离；

LBY表示位置B和位置Y之间的距离；

ZX表示所述绝缘体在位置X处的截面系数；

ZY表示所述绝缘体在位置Y处的截面系数；

Xmax表示LAX/ZX取最大值的位置X的位置；

Ymax表示LBY/ZY取最大值的位置Y的位置；

LAXmax表示位置A和位置Xmax之间的距离；

LBYmax表示位置B和位置Ymax之间的距离；

ZXmax表示所述绝缘体在位置Xmax处的截面系数；

ZYmax表示所述绝缘体在位置Ymax处的截面系数。

根据权利要求2的火花塞包括：绝缘体，所述绝缘体包括：前端侧主体部，在所述前端侧主体部的外周面的前端侧具有台阶部；中间主体部，所述中间主体部形成于所述前端侧主体部的后端侧，且具有比所述前端侧主体部的直径大的直径；以及后端侧主体部，所述后端侧主体部经由肩部形成于所述中间主体部的后端侧，且具有比所述中间主体部的直径小的直径，所述绝缘体在所述绝缘体的沿轴线方向形成的轴向孔的内部保持中心电极；

金属壳，所述金属壳包括工具接合部，所述工具接合部用于将所述火花塞安装到内燃机，所述金属壳在形成于所述工具接合部的后端侧的弯边部和形成于所述工具接合部的前端侧的凸缘部之间保持所述绝缘体的从所述肩部到所述台阶部的部分，其中所述凸缘部在所述金属壳的内孔中径向向内突出；

环状第一密封件，所述第一密封件介于所述凸缘部和所述台阶部之间；以及

环状第二密封件，所述第二密封件介于所述金属壳的所述弯边部和所述绝缘体的所述肩部之间或介于所述金属壳的所述弯边部和所述绝缘体的所述后端侧主体部之间，

其中，τA＝LAXmax/ZXmax，且

τB＝(LAC·LBYmax)/(LBC·ZYmax)，

τA和τB中的至少一方为0.47以上，且满足0.71≤τA/τB≤1.27，

其中，在轴线方向上，

A表示所述绝缘体的后端所在的位置；

B表示从所述绝缘体的前端侧起所述绝缘体和所述第一密封件首先彼此接触的位置；

C表示从所述绝缘体的后端侧起所述绝缘体和所述第二密封件首先彼此接触的位置；

LAC表示位置A和位置C之间的距离；

LBC表示位置B和位置C之间的距离；

X表示位置A和位置C之间的任意位置；

Y表示位置B和位置C之间的任意位置；

LAX表示位置A和位置X之间的距离；

LBY表示位置B和位置Y之间的距离；

ZX表示所述绝缘体在位置X处的截面系数；

ZY表示所述绝缘体在位置Y处的截面系数；

Xmax表示LAX/ZX取最大值的位置X的位置；

Ymax表示LBY/ZY取最大值的位置Y的位置；

LAXmax表示位置A和位置Xmax之间的距离；

LBYmax表示位置B和位置Ymax之间的距离；

ZXmax表示所述绝缘体在位置Xmax处的截面系数；

ZYmax表示所述绝缘体在位置Ymax处的截面系数。

在根据权利要求1或2所述的火花塞中，所述金属壳包括位于所述工具接合部的前端侧的安装螺纹部，所述安装螺纹部形成有用于将所述火花塞安装到内燃机的螺纹，以及所述安装螺纹部的螺纹的公称直径为M10以下。

在根据权利要求1至3中任一项所述的火花塞中，所述绝缘体的所述后端侧主体部的外径为φ8.5mm以下。

发明的效果

在根据本发明的权利要求1的火花塞中，由于可以通过调整绝缘体的尺寸和截面系数的平衡来增大对抗局部应力集中的保证强度，所以即使绝缘体的后端侧主体部受到与轴线方向垂直的弯曲方向上的外力，与外力对应地产生的应力被分散到绝缘体的内部，由此减轻应力。结果，可以防止绝缘体中的裂纹或断裂的产生。这在后面详细说明，通过调整后述的τA和τB之间的关系，调整绝缘体的强度(刚性)的平衡。

绝缘体以经由密封件被金属壳的弯边部和凸缘部支撑的方式被保持在金属壳的内孔中。因此，当绝缘体在其后端侧主体部受到与轴线方向垂直的弯曲方向上的外力时，力点是受到外力的位置，绝缘体的被弯边部支撑的位于比凸缘部更靠近力点的支撑位置(弯边部在最后端侧与绝缘体接触的位置C)用作支点。然后，由于作用点侧的运动在绝缘体的被凸缘部支撑的支撑位置(密封件在最前端侧与绝缘体接触的位置B)处受到限制，所以与力点处受到的外力对应的应力被施加到绝缘体的位于位置B和位置C之间的部位。

这里，τA表示对抗发生在绝缘体的位置A和位置C之间的弯曲的保证强度，且由在绝缘体的后端的位置A和位置C之间绝缘体的强度(刚性)变为最小的位置Xmax限定。随着τA的值变小，绝缘体的强度(刚性)变大。此外，τB表示对抗与发生在绝缘体的位置A和位置C之间的弯曲对应地施加在位置B和位置C之间的应力的保证强度，并且由在位置B和位置C之间绝缘体的强度(刚性)变为最小的位置Ymax限定。随着τB的值变小，绝缘体的强度(刚性)也变大。因此，如果τA和τB两者都小，具体地，两个值都小于0.47，绝缘体初始地具有足够的对抗弯曲的保证强度，因此不需要用于分散应力的强度平衡调整。

于是，考虑到减小绝缘体的直径以实现火花塞的小型化，本发明的对象是在后端侧主体部受到弯曲方向上的外力时由于局部应力集中而易于出现裂纹或断裂的绝缘体，也就是τA和τB中的至少一方取0.47以上的值的绝缘体。根据发明人等人的研究，在τA和τB中的至少一方取0.47以上的值的绝缘体中，当关注τA和τB之间的关系(τA/τB)以调整强度(刚性)平衡来减轻局部应力集中时，发现绝缘体可以设计成满足0.71≤τA/τB≤1.27，以防止绝缘体的裂纹或断裂。

此外，在根据本发明的权利要求2的火花塞中，由于可以通过调整绝缘体的尺寸和截面系数的平衡来增大对抗局部应力集中的保证强度，所以即使绝缘体的后端侧主体部受到与轴线方向垂直的弯曲方向上的外力，与外力对应地产生的应力被分散到绝缘体的内部，由此减轻应力。结果，可以防止绝缘体中产生裂纹或断裂。这在后面更详细地说明，通过调整后述的τA和τB之间的关系，调整绝缘体的强度(刚性)的平衡。

根据本发明的权利要求2中所述的火花塞中使用的绝缘体以绝缘体经由第二密封件被金属壳的弯边部支撑和经由第一密封件被金属壳的凸缘部支撑的方式被保持在金属壳的内孔中。因此，当绝缘体在其后端侧主体部受到与轴线方向垂直的弯曲方向上的外力时，力点是受到外力的位置，绝缘体的被弯边部支撑的位于比凸缘部更靠近力点的支撑位置(第二密封件在最后端侧与绝缘体接触的位置C)用作支点。然后，由于作用点侧的运动在绝缘体的被凸缘部支撑的支撑位置(第一密封件在最前端侧与绝缘体接触的位置B)处受到限制，与力点处受到的外力对应的应力被施加到绝缘体的位于位置B和位置C之间的部位。

这里，τA表示对抗发生在绝缘体的位置A和位置C之间的弯曲的保证强度，且由在绝缘体的后端的位置A和位置C之间绝缘体的强度(刚性)变为最小的位置Xmax限定。随着τA的值变小，绝缘体的强度(刚性)变大。此外，τB表示对抗与发生在绝缘体的位置A和位置C之间的弯曲对应地施加在位置B和位置C之间的应力的保证强度，并且由在位置B和位置C之间绝缘体的强度(刚性)变为最小的位置Ymax限定。随着τB的值变小，绝缘体的强度(刚性)也变大。因此，如果τA和τB两者都小，具体地，两个值都小于0.47，绝缘体初始地具有足够的对抗弯曲的保证强度，因此不需要用于分散应力的强度平衡调整。

于是，考虑到减小绝缘体的直径以实现火花塞的小型化，本发明的对象是在后端侧主体部受到弯曲方向上的外力时由于局部应力集中而易于出现裂纹或断裂的绝缘体，也就是τA和τB中的至少一方取0.47以上的值的绝缘体。根据发明人等人的研究，在τA和τB中的至少一方取0.47以上的值的绝缘体中，当关注τA和τB之间的关系(τA/τB)以调整强度(刚性)平衡来减轻局部应力集中时，发现绝缘体可以设计成满足0.71≤τA/τB≤1.27，以防止绝缘体的裂纹或断裂。

实际上，如果设计绝缘体时可以确保足够的尺寸，那么很容易制造满足τA和τB两者都小于0.47的绝缘体，如上所述，这不再是本发明的对象。因此，本发明优选地适用于在设计绝缘体时易于受到限制的直径小的火花塞，更具体地，本发明期望地适用于权利要求3中所述的、形成于金属壳的安装螺纹部的螺纹的公称直径为M10以下的火花塞。

此外，如上所述，作为本发明适用的对象，期望的是如权利要求4所述的直径小的火花塞，其中要求绝缘体的后端侧主体部的外径为φ8.5mm以下。

附图说明

图1是火花塞100的纵截面图。

图2是绝缘体10的说明绝缘体10上设定的部位的位置和尺寸的截面图。

图3是作为变形例的火花塞200的部分截面图。

图4是作为变形例的火花塞300的部分截面图。

图5是作为变形例的火花塞400的部分截面图。

附图标记说明

6、8密封件

10绝缘体

11台阶部

12轴向孔

14肩部

17前端侧主体部

18后端侧主体部

19中间主体部

20中心电极

50金属壳

51工具接合部

52安装螺纹部

53弯边部

56凸缘部

59内孔

100火花塞

具体实施方式

下文，将参考附图说明体现本发明的火花塞的实施方式。首先，将参照图1说明作为示例的火花塞100的结构。图1是火花塞100的纵截面图。注意，图1中，将以绝缘体10的轴线O方向为上下方向进行说明，绝缘体的下侧被称为火花塞100的前端侧，上侧被称为后端侧。

如图1所示，火花塞100在自身的轴向孔12的内部的前端侧保持中心电极20，并且具有绝缘体10，绝缘体10在其后端侧保持金属端子基部40。此外，火花塞100被构造成使绝缘体10的周围被金属壳50周向包围地保持。此外，接地电极30被接合到金属壳50的前端部48，且接地电极30的前端部31被弯曲以指向中心电极20的前端部22，由此在前端部31和前端部22之间形成火花放电间隙GAP。

首先，将说明火花塞100的绝缘体10。众所周知，绝缘体10是通过烧结氧化铝等而形成的绝缘构件，其为筒状，具有沿轴线O方向延伸的轴向孔12。具有最大外径的中间主体部19形成于绝缘体10的轴线O方向的大致中央，后端侧主体部18以朝向绝缘体10的轴线O方向的后端侧(图1的上侧)延伸的方式形成，后端侧主体部18在直径减小的状态下经由位于中间主体部19的后端的肩部14连接中间主体部19。此外，严格来说，肩部14是中间主体部19的一部分并且构成肩部14自身和直径与肩部14的直径不同的后端侧主体部18在中间主体部19的上部(后端部)连接在一起的部位。

外径小于后端侧主体部18的外径的前端侧主体部17形成于比中间主体部19更靠近绝缘体10的前端侧(图1的下侧)的部位，外径小于前端侧主体部17的外径的长腿部13形成于比前端侧主体部17更靠近绝缘体10的前端侧的部位。长腿部13的直径以随着长腿部朝向前端侧延伸而直径减小的方式减小，并且当火花塞100被安装到内燃机的气缸盖(未示出)中时长腿部13暴露于燃烧室中。位于长腿部13和前端侧主体部17之间的部位形成为台阶部11。

接着，将说明中心电极20。中心电极20是棒状电极并且具有如下结构：由铜或含铜为主要成分的合金形成的芯材24被埋设在由Ni或如Inconel(商标名)600或601等含镍为主要成分的合金形成的电极母材23的内部，芯材24的导热性优于电极母材23的导热性。绝缘体10的轴向孔12的直径在长腿部13处减小，中心电极20以被绝缘体10保持的方式被配置在直径减小的部位。使中心电极20的前端部22突出超过绝缘体10的前端，并且形成为随着前端部22朝向前端侧延伸而直径减小。此外，电极头90被接合到前端部22的前端面并且电极头90是由贵金属形成，以增大前端部22的耐火花消耗性。

中心电极20在轴向孔12中朝向绝缘体10的后端侧延伸，并且通过陶瓷电阻3和由金属和玻璃的混合物制成的导电性密封元件4与设置于轴向孔12的后端侧的金属端子基部40电连接。金属端子基部40从轴向孔12的后端侧露出到外部，且高压缆线(未示出)经由火花塞盖(未示出)连接到露出部，从而将高电压施加到中心电极20，用于火花放电。

接着，将说明金属壳50。金属壳50是用于将火花塞100固定到内燃机的气缸盖(未示出)的适当位置的筒状金属固定件，并且具有沿轴线O方向贯通的内孔59。金属壳50以包围绝缘体10的从后端侧主体部18的部分延伸到长腿部13的部位的方式在该内孔59中保持绝缘体10。金属壳50是由镍基材料形成，并且包括工具接合部51和安装螺纹部52，其中未示出的火花塞扳手嵌合在工具接合部51上，螺纹形成在该安装螺纹部52上以螺纹接合到气缸盖中的安装孔(未示出)。

在金属壳50的工具接合部51和安装螺纹部52之间形成环状密封部54。通过弯曲片状元件形成的环状垫圈5通过安装螺纹部52，以装配于安装螺纹部52和密封部54之间的螺纹颈部49。当火花塞100被安装在气缸盖的安装孔(未示出)中时，垫圈5在座面55和安装孔的开口周缘之间塌陷变形，由此在座面55和安装孔的开口周缘之间建立密封，以防止发动机中的气体经由安装孔泄漏。

薄弯边部53在比工具接合部51更靠近后端侧的位置处被设置在金属壳50上，且像薄弯边部53那样的薄弯曲部58被设置在密封部54和工具接合部51之间。环状密封件6、7在金属壳50的内孔59中介于从工具接合部51延伸到弯边部53的部分和从绝缘体10的肩部14延伸到后端侧主体部18的部分之间。密封件6、7两者均围绕后端侧主体部18的外周，以包围后端侧主体部18，且滑石9的粉末被填充在密封件6、7之间。此外，通过被弯边的弯边部53，绝缘体10在金属壳50中被朝向前端侧挤压。由此，绝缘体10的台阶部11经由环状密封件8被支撑在凸缘部56，该凸缘部56形成为在金属壳50的内孔59中的安装螺纹部52的位置处向内突出，由此，金属壳50和绝缘体10彼此成为一体。因此，由密封件8保持金属壳50和绝缘体10之间的气密性，由此，防止燃烧气体从金属壳50和绝缘体10之间流出。此外，在对弯边部53弯边时，由于挤压力作用到弯曲部58，使得弯曲部58沿径向向外挠曲变形，从而延伸滑石9沿轴线O方向的压缩长度，以由此增大金属壳50中的气密性。注意，密封件6对应于本发明的“第二密封件”，且密封件8对应于本发明的“第一密封件”。

接着，将说明接地电极30。接地电极30是棒状电极构件，其由耐腐蚀性高的金属形成，且例如使用如Inconel(商标名)600或601等镍合金。该接地电极30具有沿其纵向截取的大致矩形截面，且接地电极30的延伸方向的一端侧的基部32通过焊接被接合到金属壳50的前端面57。此外，接地电极30的延伸方向的另一端侧的前端部31被弯曲成使其一个侧面面对中心电极20的前端部22。此外，在接地电极30的前端部31和中心电极20的设置有电极头90的前端部22之间形成火花放电间隙GAP。

在如上构造的实施方式的火花塞100中，规定绝缘体10的各部分的尺寸和截面系数，以实现绝缘体10的整体强度(刚性)的平衡的调整。下文参考图2，说明对绝缘体10的要求。图2是绝缘体10的说明绝缘体10上设定的部位的位置和尺寸的截面图。

尽管是截面系数已知的，还是要对对截面系数进行简要说明，将绝缘体的轴线方向的任意位置处的外径设定为D1，且轴向孔在该特定位置处的内径为D2，已知的是绝缘体在该特定位置处的截面系数Z由下述等式(a)得到。

Z＝(π/32)×(D1⁴-D2⁴)/D1...(a)

因此，基于上述等式(a)，由外径D 1和截面系数Z的值确定轴向孔的内径D2的上限值，基于上述等式(a)由外径D1和轴向孔的内径D2的值确定截面系数Z的上限值。

如前所述，图2中所示的绝缘体10被金属壳50保持，使从后端侧主体部18的一部分到长腿部13的部位被收容在金属壳50的内孔59内。更具体地，在金属壳50的内孔59中，配置在凸缘部56的密封件8、配置在弯边部53的密封件6和配置在工具接合部51的密封件7分别与绝缘体10的台阶部11、后端侧主体部18和肩部14抵接。绝缘体10在通过弯边经由这些密封件6、7、8被支撑在金属壳50的内孔59内的状态下被金属壳50保持。

因此，在绝缘体10在其后端侧主体部18受到沿与轴线O垂直的方向(弯曲方向)作用的外力的情况下，使受到外力的位置为力点，在最后端侧配置与绝缘体10抵接的密封件6的位置作用为支点。绝缘体10的前端侧用作作用点，该处出现对应于外力的作用力。然而，由于前端侧经由密封件8被金属壳50支撑，作为与施加的外力对应的动作的运动被限制。因此，在绝缘体10中，当在后端侧主体部18受到弯曲方向上的外力时，通过与这样地施加的外力对应地产生的应力，负荷被施加到从配置有密封件6的位置到配置有密封件8的位置的部位。

于是，在实施方式中，当在后端侧主体部18受到弯曲方向上的外力时，规定能够在轴线O方向的两侧调整绝缘体10的强度(刚性)平衡性的要求，以减轻在作用点侧施加的负荷。如图2所示，在轴线O方向上，绝缘体10的后端侧位置被表示为位置A。此外，从绝缘体10的后端侧起绝缘体10首先被金属壳50支撑的位置，在本实施方式中即配置密封件6的位置被表示为位置C，于是其被认为是支点。此外，从绝缘体10的前端侧起绝缘体10首先被金属壳50支撑的位置，在被实施方式中即配置密封件8的位置被表示为位置B。于是，位置A和位置C之间的距离被表示为LAC，位置B和位置C之间的距离被表示为LBC。

接着，位置A和位置C之间的任意位置被表示为位置X，位置B和位置C之间的任意位置被表示为位置Y，位置A和位置X之间的距离被表示为LAX，位置B和位置Y之间的距离被表示为LBY。于是，绝缘体10在与位置X对应的部位的截面系数被表示为ZX，且得到LAX/ZX。探求所得到的值最大时X的位置，且探求的该位置被表示为位置Xmax。类似地，绝缘体10在与位置Y对应的部位的截面系数被表示为ZY，且得到LBY/ZY。探求所得到的值最大时Y的位置，且探求的该位置被表示为位置Ymax。此外，位置A和位置Xmax之间的距离被表示为LAXmax，且绝缘体10在与位置Xmax对应的部位的截面系数被表示为ZXmax。类似地，位置B和位置Ymax之间的距离被表示为LBYmax，且绝缘体10在与位置Ymax对应的部位的截面系数被表示为ZYmax。

于是，定义下列等式：

τA＝LAXmax/ZXmax...(1)

τB＝(LAC·LBYmax)/(LBC·ZYmax)...(2)

在本实施方式的火花塞100中，要求：至少τA或τB为0.47以上，且得到的τA/τB满足0.71≤τA/τB≤1.27。

下面详细说明该要求。如前所述，被金属壳50保持的绝缘体10的后端侧主体部18从金属壳50的后端露出。考虑在与轴线O垂直的弯曲方向上对后端侧主体部18施加外力的情况。绝缘体10在距位置A的距离为LAX的位置X处的弯曲力矩为MX，MX表示为MX＝F·LAX。类似地，绝缘体10在距位置B的距离为LBY的位置Y处的弯曲力矩为MY，MY表示为MY＝(LAC/LBC)F·LBY。此外，当求出绝缘体10的通过在与位置X对应的部位的弯曲所产生的拉伸应力IX时，得到下述等式。

IX＝MX/ZX＝(F·LAX)/ZX...(3)

类似地，当求出绝缘体10的通过在与位置Y对应的部位的弯曲所产生的拉伸应力IY时，得到下述等式。

IY＝MY/ZY＝{(LAC/LBC)·F·LBY}/ZY

＝(LAC·F·LBY)/(LBC·ZY)...(4)

这里，随着位置A和位置X之间的距离变大且绝缘体10的在与位置X对应的部位的截面系数变小，值LAX/ZX变大。因此，LAX/ZX取最大值的位置Xmax表示从位置A到位置C之间绝缘体10的强度(刚性)最小时所取得的位置X。因此，绝缘体10的通过在从位置A到位置Xmax的部位的弯曲所产生的拉伸应力IXmax可以由等式(1)和等式(3)表示为IXmax＝(F·LAXmax)/ZXmax＝F·τA。

类似地，随着位置B和位置Y之间的距离变大且绝缘体10的在与位置Y对应的部位的截面系数变小，值LBY/ZY变大。因此，LBY/ZY取最大值的位置Ymax表示从位置B到位置C之间绝缘体10的强度(刚性)最小时所取得的位置Y。因此，绝缘体10的通过在从位置B到位置Ymax的部位的弯曲所产生的拉伸应力IYmax可以由等式(2)和等式(4)表示为IYmax＝(LAC·F·LBYmax)/(LBC·ZYmax)＝F·τB。这里，由于F表示外力，τA表示对抗绝缘体10在位置A和位置C之间的弯曲的保证强度，以及τB表示对抗位置B和位置C之间的与绝缘体10在位置A和位置C之间的弯曲对应地施加的应力的保证强度。在设计绝缘体10时，通过关注τA和τB，求得二者之间的关系τA/τB，使绝缘体10可以得到能够防止产生裂纹或断裂的足够强度(刚性)。

首先，关于τA和τB，如前所述，它们的值越小，绝缘体10的强度(刚性)越大。因此，通过后述的实施例1中的评价试验确认，在绝缘体10的τA和τB都小于0.47的情况下，无论τA/τB的值如何，绝缘体10都可以得到能够防止产生裂纹或断裂的足够强度(刚性)。即，在绝缘体10的τA和τB都小于0.47的情况下，绝缘体10可以得到能够防止产生裂纹或断裂的足够强度(刚性)，而不需要严格调整绝缘体10的各部分的尺寸和截面系数的平衡。

另一方面，在τA和τB中的至少一方取0.47以上的值的情况下，需要调整绝缘体10的各部分的尺寸和截面系数的平衡，以减轻与绝缘体10受到的外力对应地产生的应力。具体地，绝缘体10被设计成使绝缘体10的各部分的尺寸和截面系数的平衡被调整成求得的值τA/τB满足0.71≤τA/τB≤1.27。通过后述的实施例1中的评价试验确认，在如此设计绝缘体10的情况下，即使绝缘体10在后端侧主体部18受到弯曲方向上的外力，也可以减轻由与施加的外力对应地产生的施加到配置密封件6的位置到配置密封件8的位置之间的部位的应力所引起的负荷的效果，从而防止裂纹或断裂的发生。

然而，在设计绝缘体10时能够确保绝缘体10具有足够尺寸的情况下，容易满足τA和τB都小于0.47的要求，从而在不应用本发明的前提下，绝缘体10可以实现足够强度。因此，本发明优选地应用到直径小的火花塞100，即，在火花塞100中τA和τB中的至少一方为0.47以上。更具体地，本发明优选地应用到形成于金属壳50的安装螺纹部52的螺纹的公称直径为M10以下的火花塞100中。在这种尺寸的火花塞100中，由于在试图减小金属壳的厚度时引起确保金属壳50的刚性的极限，可以被确保作为绝缘体10的外径的尺寸受到限制。因此，绝缘体10的截面系数趋于变小，结果，τA和τB的值趋于取较大的值。此外，关于绝缘体10的后端侧主体部18的外径需要被设计为φ8.5mm以下的火花塞100，与前述火花塞100类似，绝缘体10的截面系数趋于变小，因此，本发明期望地适用于此。

毋庸赘言，本发明可以进行各种变化。在本实施方式中，在由金属壳50保持绝缘体10时，使金属壳50不与绝缘体10直接抵接，而是将金属壳50设计成经由密封件6、7、8支撑绝缘体10。因此，在由金属壳50支撑绝缘体10时，由于是密封件6在轴线O方向的最后端侧与绝缘体10抵接，因此当弯曲方向上的外力被施加到绝缘体10的后端侧主体部18时，密封件6用作支点。结果，尽管在轴线O方向配置密封件6的位置被表示为位置C，但位置C不必限于配置密封件6的位置。

例如，在图3所示的火花塞200中，像实施方式那样，尽管密封件6与绝缘体10的后端侧主体部18抵接，但是金属壳250的弯边部253在比密封件6更靠近轴线O方向的后端侧(图3中的上侧)的位置处与后端侧主体部18抵接。在如上构造火花塞200的情况下，由于弯边部253从轴线O方向的后端侧首先与绝缘体10抵接，因此弯边部253与绝缘体10抵接的位置可以被表示为位置C。

当然，如图4所示，这对于其中不设置密封件6、7和滑石9(参照图1)、金属壳350的弯边部353与绝缘体310的肩部314直接抵接从而支撑绝缘体310的火花塞300也是可以的。即，从轴线O方向的后端侧首先与绝缘体310抵接的弯边部353的与绝缘体310抵接的抵接位置可以被表示为位置C。

关于图5所示的火花塞400，介于金属壳450的弯边部453和绝缘体410之间的密封件406不与后端侧主体部418抵接，而与肩部414抵接。与实施方式的位置C一样，由于从轴线O方向的后端侧起是密封件406首先与绝缘体410抵接，所以密封件406与绝缘体410抵接的位置可以被表示为位置C。

进行评价试验，以确认在通过调整绝缘体10的各部分的尺寸和截面系数的平衡而设计绝缘体10的情况下，可以得到具有足够强度(刚性)以防止发生裂纹或断裂的绝缘体10。

实施例1

在评价试验中，制备多种类型的金属壳，金属壳具有螺纹的公称尺寸为M10的安装螺纹部和不同的轴线O方向的长度，且尺寸能够将绝缘体安装到金属壳中的绝缘体被设计成39种类和14分类。具体地，各绝缘体被设计成使在绝缘体被安装到金属壳中之后测量火花塞时位置A和位置C之间的距离LAC为26mm。绝缘体和绝缘体之间的位置B和位置C之间的距离LBC在25mm～33mm的范围内变化，以匹配可以安装绝缘体的金属壳的类型。此外，绝缘体被设计成例如通过使其各部分的轴向孔的内径不同而使其各部分的厚度不同，从而使试验样品具有不同的截面系数ZXmax、ZYmax组合。对于30种类和14分类的各绝缘体均制作10个绝缘体，各绝缘体中的设计值(LAC、LBC、LXmax、LYmax、ZXmax和ZYmax的值)彼此不同并且10个绝缘体被安装到对应的金属壳中，由此，建立要试验的火花塞的试验样品。此外，为了比较，对于现有两种类型的火花塞产品中的每种制备10个火花塞，其中位置A和位置C之间的距离LAC为26mm，安装螺纹部的螺纹的公称直径大于M 10。用于识别各试验样品和现有火花塞产品的样品编号示出在后述的表1中。

从39种类的试验样品和两种类的现有火花塞产品中选取一个绝缘体以安装到用于耐冲击性试验的试验装置。然后，以400次每分钟的速率向这些绝缘体持续施加冲击120分钟，之后，分析在绝缘体中是否发生如裂纹或断裂等异常。在每个种类的10个绝缘体中有一个产生异常的情况下，相关种类被评价为绝缘体的尺寸和截面系数的平衡的调整不足，不能获得对抗局部应力集中的期望的保证强度，并且评价为“差”。在每个种类的全部10个绝缘体中没有发现异常的情况下，相关种类被评价为由于平衡的调整可以得到足够的保证强度，并且被评价为“好”。评价试验的结果在表1中示出。此外，如上所述，基于等式(1)和等式(2)从各试验样品的设计值得到的τA和τB以及τA/τB均在表1中示出。

表1

如表1所示，在现有产品1和现有产品2中，由于τA和τB都小于0.47且在绝缘体的任何部位都得到足够的保证强度，绝缘体中未产生裂纹或断裂。在试验样品A-1、A-2、B-3、C-3中，与现有产品中一样，τA和τB都小于0.47，可以在绝缘体的任何部位得到对抗弯曲的足够的保证强度，无论τA/τB的值如何，在冲击试验中都得到良好的结果。另一方面，在任何其它试验样品中，τA和/或τB的值或τA和τB两者的值都在0.47以上，根据绝缘体的部位，存在不能得到对抗弯曲的足够的保证强度的担心。然而，在这些试验样品中，在通过调整绝缘体的尺寸和截面系数的平衡而使τA/τB落在0.71～1.27的范围内的试验样品C-2、E-3、F-3、F-4、G-1、G-2、H-1、H-2、K-3、K-4、L-1和L-2中，在冲击试验中得到良好的结果。从评价试验结果中发现，即使在τA和τB中的至少一方取0.47以上的值时，根据绝缘体的部位，产生不能得到对抗弯曲的足够的保证强度的担心的情况下，由外部冲击产生的应力也可以通过调整平衡而被分散和减轻，结果，可以防止在绝缘体中发生裂纹或断裂。

尽管参考具体实施方式详细说明了本发明，然而对于本领域普通技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范畴的前提下，可以对本发明进行各种变更和修改。

本发明2008年5月18日提交的日本专利申请(No.2008-69865)为基础，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (6)

1.一种火花塞，其包括：

绝缘体，所述绝缘体在所述绝缘体的沿轴线方向形成的轴向孔的内部保持中心电极，所述绝缘体包括：前端侧主体部，在所述前端侧主体部的外周面的前端侧具有台阶部；中间主体部，所述中间主体部形成于所述前端侧主体部的后端侧，且具有比所述前端侧主体部的直径大的直径；以及后端侧主体部，所述后端侧主体部形成于所述中间主体部的后端侧，且具有比所述中间主体部的直径小的直径，肩部介于所述后端侧主体部和所述中间主体部之间；

金属壳，其包括：工具接合部，所述工具接合部用于将所述火花塞安装到内燃机；弯边部，所述弯边部形成于所述工具接合部的后端侧；凸缘部，所述凸缘部在所述金属壳的内孔中形成于所述工具接合部的前端侧并且径向向内突出，其中所述金属壳在所述弯边部和所述凸缘部之间保持所述绝缘体的从所述肩部到所述台阶部的部分；以及

环状密封件，所述密封件介于所述凸缘部和所述台阶部之间，

其中，τA＝LAXmax/ZXmax，且

τB＝(LAC·LBYmax)/(LBC·ZYmax)，

τA和τB中的至少一方为0.47以上，且满足0.71≤τA/τB≤1.27，

其中，在轴线方向上，

A表示所述绝缘体的后端所在的位置；

B表示从所述绝缘体的前端侧起所述绝缘体和所述密封件首先彼此接触的位置；

C表示从所述绝缘体的后端侧起所述绝缘体和所述弯边部首先彼此接触的位置；

LAC表示位置A和位置C之间的距离；

LBC表示位置B和位置C之间的距离；

X表示位置A和位置C之间的任意位置；

Y表示位置B和位置C之间的任意位置；

LAX表示位置A和位置X之间的距离；

LBY表示位置B和位置Y之间的距离；

ZX表示所述绝缘体在位置X处的截面系数；

ZY表示所述绝缘体在位置Y处的截面系数；

Xmax表示LAX/ZX取最大值的位置X的位置；

Ymax表示LBY/ZY取最大值的位置Y的位置；

LAXmax表示位置A和位置Xmax之间的距离；

LBYmax表示位置B和位置Ymax之间的距离；

ZXmax表示所述绝缘体在位置Xmax处的截面系数；

ZYmax表示所述绝缘体在位置Ymax处的截面系数。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

所述金属壳包括位于所述工具接合部的前端侧的安装螺纹部，所述安装螺纹部形成有用于将所述火花塞安装到内燃机的螺纹，以及

所述安装螺纹部的螺纹的公称直径为M10以下。

3.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述绝缘体的所述后端侧主体部的外径为φ8.5mm以下。

4.一种火花塞，其包括：

绝缘体，所述绝缘体在所述绝缘体的沿轴线方向形成的轴向孔的内部保持中心电极，所述绝缘体包括：前端侧主体部，在所述前端侧主体部的外周面的前端侧具有台阶部；中间主体部，所述中间主体部形成于所述前端侧主体部的后端侧，且具有比所述前端侧主体部的直径大的直径；以及后端侧主体部，所述后端侧主体部形成于所述中间主体部的后端侧，且具有比所述中间主体部的直径小的直径，肩部介于所述后端侧主体部和所述中间主体部之间；

金属壳，其包括：工具接合部，所述工具接合部用于将所述火花塞安装到内燃机；弯边部，所述弯边部形成于所述工具接合部的后端侧；凸缘部，所述凸缘部在所述金属壳的内孔中形成于所述工具接合部的前端侧并且径向向内突出，其中所述金属壳在所述弯边部和所述凸缘部之间保持所述绝缘体的从所述肩部到所述台阶部的部分；

环状第一密封件，所述第一密封件介于所述凸缘部和所述台阶部之间；以及

环状第二密封件，所述第二密封件介于所述金属壳的所述弯边部和所述绝缘体的所述肩部之间或介于所述金属壳的所述弯边部和所述绝缘体的所述后端侧主体部之间，

其中，τA＝LAXmax/ZXmax，且

τB＝(LAC·LBYmax)/(LBC·ZYmax)，

τA和τB中的至少一方为0.47以上，且满足0.71≤τA/τB≤1.27，

其中，在轴线方向上，

A表示所述绝缘体的后端所在的位置；

B表示从所述绝缘体的前端侧起所述绝缘体和所述第一密封件首先彼此接触的位置；

C表示从所述绝缘体的后端侧起所述绝缘体和所述第二密封件首先彼此接触的位置；

LAC表示位置A和位置C之间的距离；

LBC表示位置B和位置C之间的距离；

X表示位置A和位置C之间的任意位置；

Y表示位置B和位置C之间的任意位置；

LAX表示位置A和位置X之间的距离；

LBY表示位置B和位置Y之间的距离；

ZX表示所述绝缘体在位置X处的截面系数；

ZY表示所述绝缘体在位置Y处的截面系数；

Xmax表示LAX/ZX取最大值的位置X的位置；

Ymax表示LBY/ZY取最大值的位置Y的位置；

LAXmax表示位置A和位置Xmax之间的距离；

LBYmax表示位置B和位置Ymax之间的距离；

ZXmax表示所述绝缘体在位置Xmax处的截面系数；

ZYmax表示所述绝缘体在位置Ymax处的截面系数。

5.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，

所述金属壳包括位于所述工具接合部的前端侧的安装螺纹部，所述安装螺纹部形成有用于将所述火花塞安装到内燃机的螺纹，以及

所述安装螺纹部的螺纹的公称直径为M10以下。

6.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，所述绝缘体的所述后端侧主体部的外径为φ8.5mm以下。

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