CN102171901B

CN102171901B - 火花塞

Info

Publication number: CN102171901B
Application number: CN2009801391086A
Authority: CN
Inventors: 龟田裕之; 鬘谷浩平
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-10-01
Also published as: KR101265002B1; US8350455B2; WO2010038467A1; EP2330700B1; JPWO2010038467A1; KR20110079709A; EP2330700A4; CN102171901A; JP5175930B2; US20110175515A1; EP2330700A1

Abstract

本发明的目的是提供一种制造成本低并且能够确保点火性能和耐久性之间的兼容性的火花塞。根据本发明的火花塞包括中心电极和具有面对中心电极的内侧表面的接地电极，所述火花塞的特征在于：接地电极具有突出部和孔；突出部从内侧表面突出的突出长度A为0.4mm至1mm，并且突出部具有第一笔直部投影面积S1为1.5mm²至3mm²的第一笔直部；孔具有位于接地电极的外侧表面的开口部、第二笔直部、底部和过渡部；开口部以如下方式形成：开口部的开口部投影面积S2与第一笔直部投影面积S1的比S2/S1不小于1.2；并且过渡部为锥形部的形式。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种火花塞，更具体地，涉及一种内燃机用火花塞。

背景技术

近年来，从全球环境保护的观点出发，强烈要求例如汽车用内燃机等内燃机解决低能耗及限制二氧化碳排放和未燃烧气体排放的问题。为了满足该要求，已经研发了例如稀薄燃烧式发动机、直喷式发动机和低排放式发动机等新型内燃机。为了点火这些新研发的内燃机中的空气-燃料混合物和有效地点火传统内燃机中的空气-燃料混合物，需要点火性能优于传统火花塞的点火性能的火花塞。

作为该点火性能高的火花塞的一种，已知如下的火花塞，其包括：中心电极、焊接到中心电极的前端的贵金属电极头、接地电极以及焊接到接地电极的面对中心电极的末端的贵金属电极头，从而在两个贵金属电极头之间产生火花放电。

专利文献1公开了如下的火花塞，其包括：彼此面对地布置的中心电极(30)和接地电极(40)，中心电极和接地电极之间留有火花放电间隙(50)；以及贵金属电极头(45)，其一端通过激光焊接接合到接地电极的火花放电间隙侧表面(43)，该贵金属电极头的另一端的截面面积在0.12mm²至1.55mm²的范围；该贵金属电极头的从接地电极突出的突出长度(L)在0.3mm至1.5mm的范围；并且形成接地电极和贵金属电极头熔融在一起的熔融部(47)，使得熔融部的连接贵金属电极头的周面(45a)与接地电极的接合有该贵金属电极头的表面(43)的外侧表面 (47a)具有曲率半径(R)为0.1mm至1.0mm的凹的曲面形状。

各电极的贵金属电极头由包含例如铂和铱等贵金属作为主要成分的合金形成。由于这些合金昂贵，所以存在具有贵金属电极头的火花塞的成本增加的问题。

还提案了另一种火花塞，其中，代替贵金属电极头，电极具有通过加工接地电极自身而形成的突出部。例如，提案了一种在接地电极的一侧形成突出部的方法，通过挤出(extrude)接地电极的相反侧而形成所述突出部。更具体地，非专利文献1提到如下内容：“如图16所示，该特征使其能够从顶部起朝中心电极直接推出。通过进行该加工，与传统的精火(fine-fired)电极相比，能够以较低的材料成本和较简单的制造方法获得新的细线部(fine-wired portion)。”，即，教示了能够通过挤出加工以低的成本制造接地电极。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3702838号公报

非专利文献

非专利文献1：Shin Nishioka、Ken Hanashi、Shinichi Okabe，“SAE TECHNICAL PAPER SERIES 2008-01-0092”，由SAEInternational于2008年4月14日出版，第7页右栏的第3章

发明内容

发明要解决的问题

本发明人最近发现，即使当如非专利文献1所述地通过进行简单的挤出加工使接地电极形成有突出部，更具体地形成有足够的突出部以获得高的点火性能时，与期望相反地，火花塞可能不会表现出高的点火性能并且由于使用过程中接地电极或突出部中出现破损或裂纹和/或突出部的成型不良而使耐久性劣化。

因此，本发明的目的是提供一种能够使制造成本低并且能够确保点火性能和耐久性之间的兼容性的火花塞。

用于解决问题的方案

本发明人已就在接地电极上通过挤出加工形成突出部和孔进行了大量研究，结果发现，为了使点火性能和耐久性兼容，重要的是挤出加工的突出部和孔满足某些特定的条件。本发明是基于这样的发现完成的。

换句话说，作为解决上述问题的方案，本发明提供一种火花塞，其包括：中心电极；以及接地电极，所述接地电极被弯曲成面对所述中心电极的前端并且在所述中心电极的前端和所述接地电极之间限定火花放电间隙，所述接地电极具有面对所述中心电极的内侧表面，其特征在于，述接地电极在其末端部具有通过挤出加工形成的突出部和孔；所述突出部从所述内侧表面朝所述中心电极的前端突出，所述突出部从所述内侧表面突出的突出长度A为0.4mm至1mm，所述突出部包括以如下方式形成的第一笔直部：使所述突出部在通过所述突出部的中心轴线的截面中的宽度沿所述突出部的中心轴线方向均一，并且使所述第一笔直部的第一笔直部投影面积S1为1.5mm²至3mm²，其中，所述第一笔直部投影面积S1是所述第一笔直部在与所述突出部的中心轴线垂直的平面上的投影面积；所述孔在所述接地电极的与所述内侧表面相反的外侧表面具有开口部，所述孔包括第二笔直部，所述第二笔直部具有以如下方式形成的内壁面：在通过所述孔的中心轴线的截面中，使所述内壁面的两相反侧之间的宽度沿所述孔的中心轴线方向均一，所述孔还包括底部和在所述第二笔直部和所述底部之间延伸的过渡部；所述开口部以如下方式形成：使所述突出部的第一笔直部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于所述开口部投影到所述假想平面上的轮廓线的内侧，并且使所述开口部的开口部投影面积S2与所述第一笔直部投影面积S1的比S2/S1不小于1.2；所述过渡部为如下的锥形部的形式：在通过所述孔的中心轴线的截面中，所述锥形部具有从所述第二笔直部的轮廓线的端部起延伸到所述底部的轮廓线的端部的直线状的轮廓线；以及在通过所述孔的中心轴线的截面中，所述孔的距离a为0.1mm以上并且所述孔的距离b为0.1mm以上，其中，所述距离a是从所述底部的轮廓线与所述锥形部的轮廓线的交点到所述第二笔直部的轮廓线的延长线与所述底部的轮廓线的延长线的交点的距离；所述距离b是从所述第二笔直部的轮廓线与所述锥形部的轮廓线的交点到所述第二笔直部的轮廓线的延长线与所述底部的轮廓线的延长线的交点的距离。

作为解决上述问题的另一方案，本发明还提供一种火花塞，其包括：中心电极；以及接地电极，所述接地电极被弯曲成面对所述中心电极的前端并且在所述中心电极的前端和所述接地电极之间限定火花放电间隙，所述接地电极具有面对所述中心电极的内侧表面，其特征在于，所述接地电极在其末端部具有通过挤出加工形成的突出部和孔；所述突出部从所述内侧表面朝所述中心电极的前端突出，所述突出部从所述内侧表面突出的突出长度A为0.4mm至1mm，所述突出部包括以如下方式形成的第一笔直部：使所述突出部在通过所述突出部的中心轴线的截面中的宽度沿所述突出部的中心轴线方向均一，并且使所述第一笔直部的第一笔直部投影面积S1为1.5mm²至3mm²，其中，所述第一笔直部投影面积S1是所述第一笔直部在与所述突出部的中心轴线垂直的平面上的投影面积；并且所述突出部还包括形成于所述第一笔直部的表面的至少一个棱边；所述孔在所述接地电极的与所述内侧表面相反的外侧表面具有开口部；以及所述开口部以如下方式形成：使所述突出部的第一笔直部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于所述开口部投影到所述假想平面上的轮廓线的内侧，并且使所述开口部的开口部投影面积S2与所述第一笔直部投影面积S1的比S2/S1不小于1.2。

在本发明中，下列构造是优选的。

(1)所述突出部的第一笔直部在所述第一笔直部的与所述接地电极的基端靠近的一侧具有曲面。

(2)在与所述孔的中心轴线垂直且与所述外侧表面平行的截面中，所述接地电极具有最小厚度区域，所述最小厚度区域均限定在所述孔的轮廓线和所述接地电极的轮廓线的最接近部位之间并且位于所述接地电极的末端侧。

(3)在通过所述突出部的中心轴线的截面中，所述接地电极的距离B为0.3mm以上并且所述接地电极的距离C为0.4mm以上，其中，所述距离B是从所述第一笔直部的直线状轮廓线的沿所述突出部的中心轴线的假想直线状延长线与所述孔的轮廓线的交点到位于所述第一笔直部的直线状轮廓线的最靠近所述接地电极的内侧表面的轮廓线的端部的最近点的距离；并且所述距离C是从所述孔的位于所述底部的轮廓线的端部的角部到靠近所述角部的所述最近点的距离。

(4)所述突出部包括位于所述内侧表面和所述第一笔直部之间的突出部基部，并且在通过所述突出部的中心轴线的截面中，所述突出部基部具有从所述内侧表面的轮廓线起延伸到所述第一笔直部的轮廓线的弯曲的轮廓线；在所述第一笔直部和所述内侧表面之间以如下方式形成曲率半径为0.1mm至0.3mm 的所述突出部基部：使所述突出部基部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于所述开口部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线的内侧。

(5)所述突出部和所述孔满足关系式S4＜S1＜S2，其中，S1是当所述第一笔直部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的第一笔直部投影面积；S2是所述孔的开口部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的开口部投影面积；以及S4是所述孔的底部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的所述孔的底面投影面积。

所述孔的容积V2与所述突出部的体积V1的比(V2/V1)为1.2至2也是本发明的另一优选构造。

发明的效果

根据本发明的火花塞包括接地电极，该接地电极具有在接地电极的末端部通过挤出加工而形成的突出部和孔，并且所述接地电极满足下面的特征：突出部从接地电极的内侧表面突出的突出长度A为0.4mm至1mm；第一笔直部的投影面积S1为1.5mm²至3mm²；孔具有以如下方式形成于接地电极的外侧表面的开口部：当沿突出部的突出方向投影时，第一笔直部位于开口部的内侧，并且开口部的开口部投影面积S2与第一笔直部的投影面积S1的比S2/S1为1.2以上；以及孔从外侧表面凹入并且包括形成有均匀外周的第二笔直部和连接至第二笔直部且减小率(taper rate)为0.1mm以上的锥形部。可选地，代替孔具有第二笔直部和锥形部的特征，根据本发明的火花塞也可以满足突出部在第一笔直部的表面上具有至少一个棱边的特征。

由于以在接地电极上通过挤出加工而形成的突出部代替贵金属电极头，所以根据本发明的接地电极具有上述特征的火花塞的制造成本低。另外，在孔上形成锥形部或在突出部上形成棱边使得容易在突出部处产生火花放电，但不容易在接地电极中产生裂纹和破损，从而能够获得高的点火性能和耐久性以及小的电极消耗。因此，根据本发明的火花塞的制造成本低并且能够确保点火性能和耐久性之间的兼容性。

在本发明中下列构造是优选的。

(4)所述突出部包括位于所述内侧表面和所述第一笔直部之间的突出部基部，并且在通过所述突出部的中心轴线的截面中，所述突出部基部具有从所述内侧表面的轮廓线起延伸到所述第一笔直部的轮廓线的弯曲的轮廓线；在所述第一笔直部和所述内侧表面之间以如下方式形成曲率半径为0.1mm至0.3mm的所述突出部基部：使所述突出部基部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于所述开口部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线的内侧。

根据本发明的这些优选构造中的任意一种构造都可以确保较高的点火性能和耐久性。

孔的容积V2与突出部的体积V1的比(V2/V1)为1.2至2也是本发明的另一优选构造。根据本发明的该另一优选构造可以确保较高的点火性能和耐久性。

附图说明

图1是作为根据本发明的火花塞的一个实施方式的火花塞的示意图，其中图1的(a)是根据本发明的火花塞的一个实施方式的局部剖开的整体示意图；图1的(b)是根据本发明的火花塞的一个实施方式的主要部分的截面图。

图2是根据本发明的火花塞的一个实施方式中的接地电极的末端部的放大图，其中图2的(a)是根据本发明的火花塞的一个实施方式中的接地电极的末端部的放大截面图；图2的(b)是根据本发明的火花塞的一个实施方式中，接地电极的末端部在沿接地电极的突出部的突出方向投影时的投影图。

图3是火花塞的接地电极的末端部的放大截面图，其中图3的(a)是图2的(a)所示的接地电极的末端部的放大截面图；图3的(b)是不在本发明范围内的接地电极的末端部的放大截面图。

图4是根据本发明的火花塞的一个实施方式中的接地电极的锥形部的放大图。

图5是示出根据本发明的火花塞的一个实施方式中的接地电极的突出部的变型例的放大图。

图6是根据本发明的火花塞的一个实施方式中的接地电极的末端部的放大截面图，其中图6的(a)是根据本发明的火花塞的一个优选实施方式中的接地电极的末端部的放大截面图；图6的(b)是根据本发明的火花塞的一个实施方式中的接地电极的末端部的放大截面图。

图7是根据本发明的火花塞的一个实施方式中接地电极的末端部的放大截面图，其中图7的(a)是图2的(a)所示的接地电极的末端部的放大截面图；图7的(b)是图7的(a)所示的孔的锥形部的放大图。

图8是根据本发明的火花塞的一个实施方式中的另一种接地电极的末端部的放大截面图。

图9是火花塞的接地电极的末端部的放大截面图。

图10是火花塞的接地电极的末端部的放大截面图。

图11是用于测量实施例2中的火花塞的击穿电压的装置的示意图。

图12是示出通过实施例2中的示波器测量到的波形的图示。

图13是实施例2的击穿电压测量结果的图。

图14是示出实施例3中用作测试样品的火花塞的突出部的放大图。

图15是示出实施例3的点火性能试验结果的图。

图16是实施例4中用作测试样品的接地电极的示意图。

图17是示出实施例5的裂纹发生率试验结果的图。

图18是火花塞的接地电极的末端部的放大图，其中图18的(a)是火花塞的接地电极的末端部的放大截面图；图18的(b)是火花塞的接地电极的末端部在沿接地电极的突出部的突出方向投影时的投影图。

图19是示出参考例1和参考比较例1的点火性能试验结果的图。

图20是示出参考例1和参考比较例1的火花消耗量试验结果的图。

图21是示出参考例1和参考比较例1的裂纹发生率试验结果的图。

图22是示出参考例2的裂纹发生率试验结果的图。

图23是图10的(b)所示的接地电极的一部分的放大图，其中图23的(a)是接地电极的末端部的放大截面图；图23的(b)是接地电极的末端部在沿接地电极的突出部的突出方向投影时的投影图。

图24是火花塞的接地电极的末端部的放大截面图。

具体实施方式

根据本发明的火花塞具有中心电极和接地电极，其中接地电极被弯曲成在中心电极的前端面和接地电极之间限定火花放电间隙并且接地电极具有面向中心电极的内侧表面。在本发明中，对火花塞的构造没有特别限定。可以采用各种构造的火花塞，只要火花塞被构造成在火花放电间隙中产生火花放电即可。根据本发明能够以低成本制造接地电极具有上述特征的火花塞并且获得高的点火性能和耐久性。

下面将具体说明根据本发明的火花塞的实施方式。但是应理解，根据本发明的火花塞不限于下列实施方式，只要火花塞的接地电极具有上述特征即可。

图1示出了作为根据本发明的火花塞的一个实施方式的火花塞1。如图1的(a)和图1的(b)所示，火花塞1具有：大致棒状的中心电极2；配置在中心电极2的外周的大致圆筒状的绝缘体3；将绝缘体3保持在内部的圆筒状金属壳4；以及接地电极6，其一端面对中心电极2的前端面且另一端接合到金属壳4的一端，在接地电极6的所述一端与中心电极2的前端面之间限定火花放电间隙G。在下文中，为方便起见，术语“前”是指火花塞1的金属壳4内的接地电极6所在的一侧(例如，图1的(a)的下侧)；术语“后”是指与“前”侧相反的一侧(例如，图1的(a)的上侧)。

如图1所示，金属壳4为圆筒状，绝缘体3插入并保持在金属壳4中。在金属壳4的前部的外表面上形成螺纹部5，火花塞1通过该螺纹部5安装到内燃机(未示出)的气缸盖。金属壳4可以由例如低碳钢等导电性钢铁材料制成。

如图1所示，绝缘体3经由滑石或密封部(未示出)保持在金属壳4中，绝缘体3具有轴向孔，以沿绝缘体3的轴线方向将中心电极2保持在绝缘体内。这里，绝缘体3以绝缘体3的前端从金属壳4的前端面突出的方式固定到金属壳4。绝缘体3可以由难以导热的任何材料，例如氧化铝基烧结陶瓷材料等制成。

如图1的(b)清楚地所示，中心电极2具有外部电极构件2A和同轴地埋设于外部电极构件2A的轴心部的内部电极构件2B。另外，中心电极2以中心电极2的前端从绝缘体3的前端面突出的方式固定在绝缘体3的轴向孔中。如图1的(b)清楚地所示，中心电极2的前端包括外径朝前侧逐渐变小的锥台部(conical portion)和在锥台部的前侧延伸且外径均一的柱状部。中心电极2可以由已和材料形成。例如，外部电极构件2A和内部电极构件2B可分别由耐热性高且耐消耗性(wear resistant)高的Ni基合金材料和例如铜或银等高导热性的金属材料形成。

接地电极6的形状和结构被设计成：接地电极6为例如四棱柱状，其一端接合到金属壳4的端部，或者更具体地，接合到金属壳4的端面，并且接地电极被弯曲成大致L状，以使得接地电极6的末端部13位于中心电极2的附近。利用该设计，可以将接地电极6配置成使接地电极6的另一端经由火花放电间隙G面对中心电极2。由于接地电极6暴露到比中心电极2暴露到的温度高的温度的事实，所以接地电极6可以优选地由耐热性和耐消耗性高于中心电极2的Ni基合金材料的耐热性和耐消耗性的例如Ni基合金材料形成。

在上述构造的火花塞1中，接地电极6具有下列特征。接地电极6的特征之一是通过挤出加工在接地电极6的末端部13上形成突出部21和孔31。更具体地，突出部21从接地电极6的面对中心电极2的内侧表面11朝中心电极2的前端突出；孔31在接地电极6的与内侧表面11相反的外侧表面12处具有开口部51(图1的(b)中未示出)。

如图1的(b)和图2的(a)清楚地所示，突出部21为从接地电极6的内侧表面11突出的圆柱状，并且突出部21的与突出部21的突出方向垂直的截面为大致圆形。如图2的(a)所示，突出部21包括以如下方式形成的第一笔直部41：突出部21在通过突出部21的中心轴线的截面中的宽度沿突出部21的中心轴线方向均一，即，当沿突出部21的中心轴线方向观察时，突出部21的宽度均一。也就是说，在本实施方式中，如图2的(a)所示，当在接地电极6的通过火花塞1的中心轴线并且通过接地电极6的中心轴线的截面中观察时，突出部21的第一笔直部41在与突出方向垂直的方向上的宽度沿突出部21的中心轴线方向均一。

在突出部21和中心电极2的前端面之间限定火花放电间隙G，该火花放电间隙通常设定为0.3mm至1.5mm。在本实施方式中，如图1的(b)所示，突出部21的突出方向与突出部21的中心轴线方向和火花塞1的中心轴线方向一致。

接地电极6的另一特征是突出部21的从接地电极6的内侧表面11突出的突出长度A在0.4mm至1mm的范围。如果突出长度A小于0.4mm，点火性能可能劣化。如果突出长度A超过1mm，则突出部21变得易于被火花放电消耗，因此耐久性可能劣化。为了点火性能和耐久性之间的良好平衡，突出长度A优选在0.5mm至0.9mm的范围，更优选在0.6mm至0.8mm的范围。

接地电极6的再一特征是突出部21的通过第一笔直部41与突出方向垂直的截面的第一笔直部的投影面积S1在1.5mm²至3mm²的范围。如果第一笔直部的投影面积S1小于1.5mm²，则突出部21变得易于被火花放电消耗，因此耐久性可能劣化。如果第一笔直部的投影面积S1超过3mm²，则可能不认可突出部21的点火性能的改善效果。为了点火性能和耐久性之间的良好平衡，第一笔直部的投影面积S1优选在1.6mm²至2.5mm²的范围，更优选在1.6mm²至2mm²的范围。

如图2的(a)清楚地所示，孔31从接地电极6的外侧表面12起朝与外侧表面12相反的内侧表面11凹进，并且孔31通过开口部51开口。孔31为带底的筒状孔，孔31的与孔31的中心轴线垂直的截面为大致圆形。孔31的中心轴线与突出部21的中心轴线基本一致。接地电极6的另一特征是孔31在与内侧表面11相反的外侧表面12处具有开口部51，并且如图2的(a)所示，孔31包括第二笔直部53、底部66和过渡部67。开口部51是指开口到外侧表面12并且由外侧表面12和第二笔直部53之间的边界围成的区域。将在后面具体说明第二笔直部53、底部66和过渡部67。

接地电极6的另一特征是第一笔直部41的投影到与突出部21的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于开口部51的投影到与突出部21的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线的内侧。该特征具体地如图2的(b)所示，该图是开口部51和突出部21在与突出部21的突出方向垂直的假想平面上的投影图。这意味着，在图2的(b)中，开口部的投影区域54位于第一笔直部的投影区域42的外侧，其中，开口部的投影区域54是开口部51在假想平面上的投影轮廓线的内侧区域，第一笔直部的投影区域42是突出部21的第一笔直部41在假想平面上的投影轮廓线的内侧区域。开口部的投影区域54与第一笔直部的投影区域42互相重合也是根据本发明的火花塞的一个实施方式。一旦假想平面上的投影区域满足上述关系，突出部21和/或接地电极6的突出部21附近的部分就不容易产生归因于挤出加工的裂纹或成型不良，从而能确保接地电极6和突出部21二者的高的耐久性和低的制造成本。即使当代替贵金属电极头通过挤出加工形成突出部21时，也能获得高的点火性能和耐久性。

接地电极6的另一特征是开口部51的投影面积S2与第一笔直部的投影面积S1的比(S2/S1)不小于1.2。当面积比(S2/S1)不小于1.2时，突出部21和/或接地电极6的突出部21附近的部分不容易产生归因于挤出加工的裂纹或成型不良，从而能确保接地电极6和突出部21二者的高的耐久性。对面积比(S2/S1)的上限没有特别限定，只要第一笔直部的投影面积S1和突出长度A落在上述规定范围内即可。例如，面积比(S2/S1)的上限可以设定为4。

如图2的(a)所示，第二笔直部53具有以如下方式形成的内壁面：在通过孔31的中心轴线的截面中内壁面的相对侧之间的距离沿孔31的中心轴线方向均一。另外，第二笔直部53始自开口部51并且在从外侧表面12到内侧表面11的方向上沿突出部21的中心轴线延伸。底部66是指限定孔31的底面的区域并且是在挤出加工过程中通过在从外侧表面12到内侧表面11的方向上对外侧表面12的某部分加压而形成的。过渡部67是指从第二笔直部53延伸到底部66的区域。因此在第二笔直部与底部在通过接地电极的中心轴线的截面中彼此直接相交的实施方式中，不存在过渡部67。

在接地电极6中，如图2的(a)所示，孔31的过渡部67为内径朝向内侧表面11逐渐减小的锥形部55的形式。也就是说，孔31设置有开口部51、第二笔直部53、锥形部55和底部66。过渡部67的锥形部55在通过孔31的中心轴线的截面中具有从第二笔直部53的轮廓线的端部延伸到底部66的轮廓线的端部的直线状轮廓线。在本实施方式中，锥形部55形成有特定的倾斜式样(inclination pattern)。后面将具体说明锥形部55的特定的倾斜式样。

这里，将参照图3更具体地说明接地电极的第二笔直部。

图3的(a)示出了图2的(a)的接地电极6的图示，图3的(b)示出了具有如下锥形部59的接地电极7的图示：代替接地电极6的孔31的第二笔直部53和锥形部55，在孔32的整个外周形成锥形部59。

在通过挤出加工制造根据本发明的火花塞的接地电极的情况下，对接地电极的外侧表面的形成孔的部分加压，由此接地电极的内侧表面的形成突出部的部分被挤出与受挤压部分的厚度对应的量。为了使突出部能够容易地形成具有高尺寸精度的期望的形状，这里优选的是，形成孔的受挤压部分的材料易于朝突出部侧流动。当突出部的末端面的外周上形成有棱边，即，在突出部的末端面和外周面的相交处形成有棱边时，火花塞能够在该突出部的棱边处容易地产生火花放电，由此能够确保高的点火性能。

在通过挤出加工制造图3的(a)的接地电极6和图3的(b)的接地电极7时，与通过使孔32的整个外周呈锥状而形成锥形部59的接地电极7相比，在孔31上不仅形成锥形部55而且形成第二笔直部53的接地电极6中，受挤压部分的材料更易于朝突出部侧流动。因此，与形成接地电极7的突出部22相比，较容易形成接地电极6的突出部21。另外，突出部21的尺寸精度高于突出部22的尺寸精度。因此，作为根据本发明的火花塞的接地电极的一个实施方式，与没有第二笔直部53的接地电极相比，优选具有第二笔直部53的接地电极6。

对于孔的形状没有特别限定。例如，孔可以是与孔的中心轴线方向垂直的截面为圆形、椭圆形或多边形的带底的圆筒状孔、带底的椭圆筒状孔或带底的棱柱形筒状孔。孔的外形可以与突出部的外形相同或不同。另外，孔的中心轴线可以与突出部的中心轴线相同或可以与突出部的中心轴线不同。

下面将说明接地电极6的锥形部55的倾斜式样。图4是接地电极6的锥形部55的附近的放大图。虽然图4示出了接地电极6的通过孔31的中心轴线的截面，但是为方便说明，图4中省略了该截面的阴影线。在图4中，示出了底部66的轮廓线与锥形部55的轮廓线彼此相交的角部52、第二笔直部53的轮廓线的延长线与底部66的轮廓线的延长线的交点68、以及第二笔直部的轮廓线与锥形部的轮廓线彼此相交的角部56。在接地电极6中，角部52与交点68之间的距离a为0.1mm以上；角部56与交点68之间的距离b为0.1mm以上。当距离a和距离b都在0.1mm以上时，能够防止孔31附近的裂纹的出现和发展以及孔31附近的破损的出现。这使得高温条件下的耐久性得到改善。

可选地，代替在孔上形成第二笔直部和过渡部的特征，接地电极可具有在突出部的第一笔直部的表面上形成至少一个棱边的特征。

图5的(a)至图5的(d)示出了均沿面向突出部的末端面的方向观察时、即当沿从图1的(b)的后侧向前侧的方向观察火花塞时的接地电极6、6A、10A和10B、更具体地是接地电极的突出部的图。

图5的(a)的接地电极6是图2的接地电极。图5的(b)的接地电极6A是接地电极6的突出部21变型为不同形状的一种接地电极。接地电极6的突出部21是在与突出部21的中心轴线垂直的平面中为圆形的圆柱状。接地电极6A具有在与突出部21A的中心轴线垂直的平面中为椭圆形的椭圆柱状突出部21A。

在突出部21和突出部21A中，在第一笔直部的表面上未形成棱边。另一方面，在图5的(c)的接地电极10A和图5的(d)的接地电极10B中，在第一笔直部的表面上形成棱边。因此，接地电极10A和10B适用于根据本发明的火花塞的一个实施方式。

接地电极10A具有突出部26A；接地电极10B具有突出部26B。接地电极10A的突出部26A具有在与突出部26A的突出方向垂直的平面中为矩形的四棱柱形状。接地电极10B的突出部26B具有在与突出部26B的突出方向垂直的平面中为三角形的三棱柱形状。在四棱柱形状的外周面和三棱柱形状的外周面上形成均与第一笔直部的表面对应的棱边。更具体地，突出部26A具有沿第一笔直部的表面的四边的四条交线形成的四个棱边101A。类似地，突出部26B具有沿第一笔直部的表面的三边的三条交线形成的三个棱边101B。

与例如与中心轴线垂直的截面为圆形的突出部等在第一笔直部的表面上不形成棱边的突出部相比，例如与中心轴线垂直的截面为多边形的突出部等第一笔直部的表面形成有棱边的突出部能够在棱边上产生较大的场强。场强的增大导致击穿电压下降，从而有利地减少了电极的消耗量，并且减小了由于火花放电引起绝缘体穿孔的可能性。由于在接地电极10A和10B的突出部的表面上均形成棱边，所以通过使用这些接地电极10A和10B能够降低击穿电压。在根据本发明的火花塞中，突出部可以具有在第一笔直部的表面上形成至少一个棱边的任意截面，例如三角形、矩形、五边形、六边形截面等多边形截面，或例如扇形截面等由直线和曲线限定的截面。在突出部的截面形状为多边形的情况下，突出部的中心轴线是指通过多边形的重心的直线。另外，只要在第一笔直部的表面上形成棱边，可以不必在孔上形成第二笔直部。

下面将说明根据本发明的火花塞的其它优选特征。

除上述特征外，优选图2的接地电极6和图3的接地电极7均具有如下所述的0.3mm以上的突出方向距离B。当突出方向距离B为0.3mm以上时，不容易发生归因于挤出加工的裂纹和成型不良，从而能够确保接地电极6的突出部21和接地电极7的突出部22的较高的耐久性。对突出方向距离B的上限没有特别限定。鉴于突出部21、22的成型容易性，可将突出方向距离B的上限设定为例如1mm。突出方向距离B特别地优选在0.5mm至0.8mm的范围。

在例如图2的(a)中，突出方向距离B是指，在通过突出部21的中心轴线的截面中，从第一笔直部41的直线状轮廓线沿突出部21的中心轴线的假想延长线与孔31的轮廓线的交点61起至第一笔直部41的直线状轮廓线的最靠近接地电极6的内侧表面11的轮廓线的一端上的最近点62之间的距离。在图3的(a) 中，突出方向距离B是指，在通过突出部22的中心轴线的截面中，从第一笔直部41的直线状轮廓线沿突出部22的中心轴线的假想延长线与孔32的轮廓线的交点63起至第一笔直部41的直线状轮廓线的最靠近接地电极7的内侧表面11的轮廓线的一端上的最近点64之间的距离。

突出方向距离B可选地可定义为从交点61、63沿突出方向到第一笔直部41的外周上的点的最短距离。在本实施方式中，在图2的(a)所示的接地电极6的截面中或在图3的(a)所示的接地电极7的截面中，突出方向距离B是指从交点61或63沿突出方向到第一笔直部41的外周上及内侧表面11上的最近点62或64的距离，并且该距离与接地电极6、7的厚度和孔31、32的深度之间的差相对应。

还优选的是，在图2的接地电极6中，孔31的角部52和最近点62之间的最短距离C在0.4mm以上的范围，在图3的接地电极7中，孔32的角部51和最近点64之间的最短距离C在0.4mm以上的范围。

这里，角部是指孔的表面和外侧表面中的两个平面的相交部分的、在通过孔的中心轴线的截面中的位于孔的底部的轮廓线的端部的部位。最短距离C是指，在通过孔的中心轴线的截面中，从角部到靠近该角部的最近点的最短距离。在孔31上形成有锥形部55的接地电极6中，孔31的角部52与孔31的底部66和锥形部55之间的边界相对应。

也就是说，在接地电极6中，最短距离C是指，在通过火花塞1的中心轴线且通过接地电极的中心轴线的接地电极6的截面中，即，在图2的(a)所示的接地电极6的截面中，从孔31的锥形部55和底部66彼此相交的角部52到最靠近角部52的最近点62的距离。

当最短距离C为0.4mm以上时，不容易发生归因于挤出加工的裂纹和成型不良，从而能够确保接地电极6的突出部21和接地电极7的突出部22的较高的耐久性。对最短距离C的上限没有特别限定。鉴于突出部21、22的成型容易性，可将最短距离C的上限设定为例如1.5mm。最短距离C特别地优选在0.6mm至0.9mm的范围。

在接地电极的与孔的中心轴线垂直并且与外侧表面平行的截面中，孔的轮廓线和接地电极的轮廓线彼此靠近以在孔的轮廓线与接地电极的轮廓线的最接近部位之间均限定最小厚度区域，这也是根据本发明的火花塞的优选实施方式。下面将参照图6具体说明该优选实施方式。

图6示出了火花塞的接地电极8和9的图示。这里应注意的是，具有接地电极8的火花塞是根据本发明的火花塞的一个优选实施方式。图6的(a)的接地电极8在与孔34的中心轴线垂直并且与外侧表面12平行的截面中使孔34的轮廓线和接地电极8的轮廓线彼此靠近，以在孔34的轮廓线和接地电极8的轮廓线的最接近部位之间均限定最小厚度区域85。如图6的(a)所示，最小厚度区域85靠近接地电极8的末端13。另一方面，在图6的(b)的接地电极9中，最小厚度区域85较靠近接地电极的基端而不是末端13。

在图6的(a)和图6的(b)中，箭头表示在加热过程中热量从接地电极8、9的末端13朝基端传递的方向。与最小厚度区域85较靠近基端的图6的(b)的情况相比，在最小厚度区域85较靠近末端13的图6的(a)的情况下，接地电极中的热传递较顺畅。因此，优选最小厚度区域位于接地电极的末端侧，从而即使由于火花塞使用期间产生的火花放电使接地电极处于高温状态，也能够通过有效的热传递而防止接地电极的温度过高。当接地电极的温度不上升得过高时，接地电极的组分不容易发生热劣化。由于接地电极能够抵抗热劣化，所以能够确保火花塞的良好的耐久性。

通过在图2的接地电极7中形成锥形部55能够有效地防止裂纹和破损的出现。下面将参照图7说明该锥形部55防止裂纹/破损的效果。

图7的(a)是图2的(a)的接地电极6的图；图7的(b)是接地电极6的锥形部55附近的放大图。在图7的(a)中，虚线表示具有与孔31相同的最短距离C的孔的轮廓线。更具体地，孔的最短距离C1被设定为和图7的(b)的虚线所示的没有锥形部的孔的最短距离C2相同的值。在图7的(b)中，孔的突出方向距离B1大于虚线所示的没有锥形部的孔的突出方向距离B2。也就是说，当孔的最短距离C相同时，通过在孔上形成锥形部能够增大突出方向距离B。因此，优选如上所述地火花塞的接地电极具有大的突出方向长度B，而使接地电极的突出部中较少地出现裂纹和破损。

还优选地，在根据本发明的火花塞中在第一笔直部的靠近接地电极的基端的一侧上形成曲面。接地电极的基端是指，在图1的(b)的情况下，接地电极6的接合到金属壳的区域。也就是说，接地电极的基端在图1的(b)中位于接地电极6的左侧并且在图2、图3和图5中也位于接地电极的左侧。这里应注意的是，接地电极的与基端相反的区域对应于接地电极的末端部。

更具体地，由于在突出部的较靠近基端的一侧、即在图中的突出部的左侧具有曲面，图5的(a)的接地电极6和图5的(b)的接地电极6A是优选的。与突出部的整个外周为曲面的接地电极相比，在突出部的外周上形成有棱边的接地电极可使火花塞能够在突出部处、尤其是突出部的外周上的棱边处容易地产生火花放电，由此能够获得高的点火性能。此外，在通过使电压集中地施加到突出部的较靠近接地电极的末端的一侧，而不是施加到突出部的较靠近接地电极的基端的一侧来产生火花放电的情况下，根据本发明的火花塞能够获得较高的点火性能。与图5的(a)的接地电极6和图5的(b)的接地电极6A相比，如下的接地电极是较优选的实施方式：突出部在较靠近接地电极的基端的一侧具有曲面且在较靠近接地电极的末端的一侧具有至少一个棱边、即在突出部的外周上形成曲面和棱边两者。

图8的(a)示出了作为根据本发明的火花塞的接地电极的另一实施方式的接地电极10E的图示。接地电极10E具有和接地电极6相同的特征。除接地电极结构之外，具有接地电极10E的火花塞的结构基本与火花塞1的结构相同。接地电极6和接地电极10E彼此之间的区别在于有无突出部基部43。

如图8的(a)所示，接地电极10E包括在内侧表面11和第一笔直部41A之间以如下方式形成的突出部基部43：突出部基部43在通过突出部23的中心轴线的截面中具有从内侧表面11的轮廓线延伸到第一笔直部41的轮廓线的弯曲的轮廓线。突出部基部43和内侧表面11的边界的投影到与突出部23的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于开口部51的投影到与突出部23的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线的内侧。这意味着，当孔31和突出部23沿突出部23的突出方向投影时，突出部23的突出部基部43的投影区域位于孔31的开口部51的开口部投影区域的内侧。突出部基部的投影区域位于开口部的投影区域的内侧的实施方式包括突出部基部的投影区域与开口部的投影区域互相重合的情况。由此，接地电极10E的内侧表面11上的突出部基部43的基部面积S3小于或等于孔31的开口面积S2。另外，突出部基部43在第一笔直部41A和内侧表面11之间具有0.1mm至 0.3mm的曲率半径。由于接地电极10E具有上述特征，即使取代贵金属电极头而通过挤出加工形成突出部23，也可以以低的成本制造接地电极10E并且获得高的点火性能和耐久性。

图8的(b)示出了作为根据本发明的火花塞的接地电极的另一实施方式的接地电极10F的图示。接地电极10F具有和接地电极6相同的特征。除接地电极结构之外，具有接地电极10F的火花塞的结构基本与火花塞1的结构相同。接地电极6和接地电极10F彼此之间的区别在于孔的截面形状。

如图8的(a)所示，接地电极10F具有通过挤出加工形成的突出部21和孔33。除孔33是与孔33的轴线方向垂直的截面为圆形的大致球形以外，孔33以与形成孔31的方式相同的方式形成。也就是说，孔33具有形成于外侧表面12处的开口部51，使得当沿突出部21的突出方向投影孔33时，和接地电极6的情况一样，突出部21的第一笔直部41位于开口部33的内侧。由于接地电极10F具有上述特征，即使取代贵金属电极头而通过挤出加工形成突出部21，也可以以低的成本制造接地电极10F并且获得高的点火性能和耐久性。

和接地电极6的情况一样，接地电极10E和10F均具有0.3mm以上的突出方向距离B和0.4mm以上的最短距离C。这里，接地电极10F的最短距离C是指，在图8的(b)所示的通过火花塞的中心轴线并且通过接地电极10F的中心轴线的截面中，从孔33的最靠近突出部21的角部、即从孔33的开口部51的开口边缘上的角部56到最近点62的距离。由此能够确保接地电极10E和10F的较高的点火性能和耐久性。

满足关系式S4＜S1＜S2也是根据本发明的火花塞的一个优选特征，其中，S1是当第一笔直部投影到与突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的孔的截面面积；S2是当孔的开口部投影到与突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的孔的开口面积；以及S4是当孔的底部投影到与突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的孔的底面的投影面积。一旦满足该关系式，就不容易发生归因于挤出加工的裂纹和成型不良，从而能够确保接地电极和突出部的较高的耐久性。

期望图2的接地电极6、图3的接地电极7、图5的接地电极6A、10A和10B、图6的接地电极8和9以及图8的接地电极10E和10F中孔的底面的投影面积S4、第一笔直部的投影面积S1和开口面积S2均满足关系式S4＜S1＜S2。在接地电极6中，第一笔直部的投影面积S1是指如上所述的第一笔直部41的与突出部21的突出方向垂直的截面的截面面积。在接地电极6中，孔31的底面、孔31的开口部51和第一笔直部41共用中心轴线，当沿突出部21的突出方向投影时，孔31的底面、孔31的开口部51和第一笔直部41的投影面积如图2的(b)所示地彼此同轴。由于接地电极6、7、6A、10A、10B、8、9、10E和10F均满足上述关系，所以不容易发生归因于挤出加工的裂纹和成型不良，从而能够确保接地电极和突出部的较高的耐久性。

孔的容积V2与突出部的体积V1的比(V2/V1)在1.2至2的范围也是根据本发明的火花塞的另一优选特征。当容积比在以上的数值范围内时可以获得较高的点火性能和耐久性。

期望图2的接地电极6、图3的接地电极7、图5的接地电极6A、10A和10B、图6的接地电极8和9以及图8的接地电极10E和10F中孔的容积V2与突出部的体积V1的比(V2/V1)均在1.2至2的范围。通过满足以上的容积比，能够确保接地电极6、7、6A、10A、10B、8、9、10E和10F的较高的点火性能和耐久性。

能够通过下面的程序来制造根据本发明的火花塞。首先，通过铸造和退火制备Ni基合金等的线材或棒材。例如，通过真空炉制备熔融的Ni基合金并且通过真空铸造形成铸锭(cast ingot)。通过热加工和拔丝等使该铸锭成型为具有所期望的形状和尺寸的线材或棒材。通过在该线材或棒材的一端部进行挤出加工形成突出部和孔。由此，获得接地电极基体。

例如，为了制造接地电极，通过如下的方法形成具有突出部和孔的接地电极基体是可行的：使用用于产生所期望的孔的冲头大致垂直地挤压线材或棒材的将成为接地电极6的外侧表面的一侧，由此从线材或棒材的相反的另一侧挤出接地电极6的突出部。为了以上述方式形成接地电极基体，可以使用非专利文献1中描述的技术和使用已知的带有冲头的挤出机的技术等。适于形成接地电极基体的挤出机的一个示例包括：冲头；板状加压模具，其具有供冲头穿过的通孔；接收模具，其具有凹状收纳部，在该凹状收纳部中收纳线材或棒材并且在凹状收纳部中形成通孔，所述接收模具适于使加压模具置于接收模具的上表面；以及接收销，其被插入接收模具的通孔中。在借助该挤出机形成接地电极基体的情况下，加压模具被放置并且被固定到接收模具的上表面，在收纳部中收纳有线材或棒材。然后冲头通过加压模具的通孔压制线材或棒材，由此通过接收模具的通孔挤出接地电极6的突出部，同时通过接收销接收该突出部。这时，能够通过控制冲头的形状和尺寸来调节孔的形状和尺寸。也可以通过控制接收模具的通孔的形状和尺寸和/或接收销的形状和尺寸来调节突出部的形状和尺寸。这样，优选使接收销等以如下的方式配置在线材或棒材的下方来挤出突出部：接收销以和冲头之间留有一定距离的方式面对冲头，从而在接收销上接收和保持从线材或棒材挤出的突出部。然后，接地电极基体的另一端部通过焊接等接合到已经通过塑性加工处理形成期望形状的金属壳4的端部。

通过分别由上述材料成型柱状的内部电极构件2B和杯状的外部电极构件2A，将内部电极构件2B插入外部电极构件2A中并且使这些电极构件经受例如挤出加工等塑性加工处理，而形成中心电极2。通过将陶瓷材料烧结成给定的形状而形成陶瓷绝缘体3。然后将中心电极2通过任意已知的技术固定在绝缘体3中。将形成的绝缘体3的子组装件固定到接合有接地电极基体的金属壳4。然后，通过以如下的方式朝中心电极2弯曲接地电极基体的末端部而完成接地电极6：使得突出部面对中心电极2的前端。通过这种方式，能够制造根据本发明的火花塞。

根据本发明的火花塞被用作例如汽油发动机等内燃机的点火塞，并且通过使螺纹部5螺纹接合到气缸盖的螺纹孔中而使火花塞固定到内燃机的气缸盖(未示出)上的给定位置，气缸盖限定发动机中的燃烧室。根据本发明的火花塞能够适用于任意类型的内燃机，特别地，能够适用于低成本的内燃机和点火性能高的内燃机。

在本发明中，火花塞可以具有固定到中心电极的前端的贵金属电极头。该贵金属电极头通常形成为具有适当调整的尺寸的柱状并且通过例如激光焊接或电阻焊接等任意合适的焊接技术被熔接到中心电极。作为贵金属电极头的材料，可使用例如Pt、Pt合金、Ir和Ir合金等贵金属。

实施例

[实施例1]

通过普通的真空炉制备熔融的Ni基合金并且通过真空铸造形成铸锭。对该铸锭进行热加工和拔丝，由此获得截面尺寸为1.3×2.7(mm)的四棱柱状的线材。然后，该线材的一端部被圆柱状的冲头挤出，以在线材的一端部上形成如图9的(a)所示的圆柱状的突出部21和带底的圆筒状的孔31。由此，制造接地电极基体。这里，接地电极基体被调节成：使得内侧表面的未形成突出部的部位和外侧表面的未形成孔的部位之间的距离(有时也称为“外侧厚度”)为1.5mm并且2.9cm³。

接着，分别由铜和Ni合金形成圆柱状的内部电极构件2B和杯状的外部电极构件2A。将内部电极构件2B插入外部电极构件2A中。然后，使内部电极构件2B和外部电极构件2A经受例如挤出加工等塑性加工处理，由此获得直径为4mm的中心电极2。低碳钢的金属壳4也通过塑性加工处理成型为期望的形状和尺寸。接地电极基体的在其另一端部接合到金属壳4的端面。另外，通过将氧化铝基陶瓷材料烧结成给定的形状而形成绝缘体3。将中心电极2固定在绝缘体3中。将形成的绝缘体3的子组装件固定到接合有接地电极基体的金属壳4。然后，通过以使突出部面对中心电极2的前端的方式朝中心电极2弯曲接地电极基体的末端部而完成接地电极6。以和上述方法一样的方法制造火花塞的样品。

上面制造的火花塞的接地电极的形状如图10的(a)至(d)所示。图10的(a)所示的接地电极6和图2的(a)所示的接地电极6相同。图10的(b)所示的接地电极71是接地电极6的锥形部变型为曲面设计的类型。图10的(c)所示的接地电极10C除在接地电极的孔上不形成锥形部以外与接地电极6一样。图10的(d)所示的接地电极7和图3的(b)所示的接地电极7相同。

[突出部形成的判定]

对突出部是否精确地形成进行判定。这里，当突出部的末端面的周缘部的曲率半径为R≥0.05时，判定突出部未精确地形成且尺寸精度低。更具体地，当突出部21A的末端面的周缘部E上没有棱边时，即，在图9的(b)的接地电极6B的情况下，突出部21A的末端面和第一笔直部41B的外周的相交部分的区域E上没有棱边时，判定突出部的形成不精确。这里，借助于投影仪来测量周缘的曲率半径R。判定结果如表1所示。在表1中，符号“×”表示样品满足R≥0.05的条件；符号“○”表示样品不满足R≥0.05的条件。

[裂纹的发生率]

视觉地检查各类型的火花塞的20个样品，以检验接地电极的突出部附近和接地电极的孔的底部是否存在裂纹。当火花塞的20个样品中的任一个中存在至少一个裂纹时，判定发生裂纹。判定结果如表1所示。在表1中，符号“×”表示样品的任一个样品中发生裂纹；符号“○”表示样品中不发生裂纹。

[加热振动试验]

在所制造的火花塞中，测试图10的(a)至图10的(c)所示类型的火花塞的抵抗加热和振动的耐久性。这里的样品被设计成：样品的外部尺寸为1.5mm×2.8mm；孔的平面形状为圆形、深度为1mm且直径为1.7mm；以及突出部的平面形状为圆形、直径为1.5mm且突出长度为0.7mm。在图10的(a)的接地电极6中，如图4所定义和说明的锥形部的距离a和距离b均为0.1mm。另外，在图10的(b)的接地电极71中，孔的曲面的曲率半径为0.1mm。试验程序如下。将各火花塞样品安装到夹具并且一边被加热器加热一边振动。样品在振动幅度为5mm、振动频率为40Hz、加速度为28G且外部环境温度为1000℃的振动条件下被保持20分钟。之后，视觉地检查样品的状态。试验结果如表1所示。在表1中，符号“○”表示无外观缺陷；符号“△”表示孔的附近和孔的底部发生裂纹；且符号“×”表示接地电极的末端部附近发生与孔的中心轴线大致平行的破损。

[表1]

样品	突出部	裂纹发生	耐久性
				a	○	○	○
b	○	○	△
				c	○	×	×
d	×	○	-

如表1所示，当孔具有第二笔直部和锥形部二者时，防止了裂纹和破损的出现。通过防止裂纹和破损的出现，可以避免绝缘破坏，结果可以确保火花塞的耐久性。当锥形部设置于孔的整个周面时，难以精确地形成突出部，从而突出部的尺寸精度劣化。具有高尺寸精度的突出部的火花塞由于突出部较少地阻碍火花放电的产生，所以可以获得良好的点火性能。

[实施例2]

以与实施例1相同的方法制造火花塞。这里，制造了两种类型的火花塞样品；其中一种火花塞具有如图5的(a)所示的突出部21的与突出部的轴线方向垂直的截面为圆形的接地电极6，而另一种火花塞具有如图5的(c)所示的突出部26A的与突出部的轴线方向垂直的截面为矩形从而在突出部的第一笔直部的表面上形成棱边的接地电极10A。

[击穿电压]

借助于图11的测量装置测量接地电极6和10A的击穿电压。在图11的测量装置中，火花塞P的接地电极所在的一端部被插入并密封在室81中；而火花塞P的另一端部连接至点火线圈82。另外，电压探头83(由日本Tektronix株式会社制造)和示波器(由日本Tektronix株式会社制造)连接至火花塞以测量火花塞上的电压。这里火花塞样品的尺寸被设计成：火花放电间隙G为1.1mm；突出部的突出长度A为0.7mm；以及突出部的末端面的面积为1.7mm²。

图12示出了通过示波器84测量到的波形。在图12中，测量值的显著下降点与室81中开始火花放电的放电起始点X对应；测量值恢复其基准值的点与室81中火花放电结束的放电结束点Y对应。在图12所示的示波器82的波形中，击穿电压被确定为放电起始点X处的火花塞的电压Z。图13示出了图表形式的击穿电压测量结果。在图13中，术语“圆形”表示接地电极6的突出部为圆形；而术语“矩形”表示接地电极10A的突出部为矩形。

从图13可见，与接地电极6的击穿电压相比，突出部的第一笔直部的表面上形成有棱边的接地电极10A具有较低的击穿电压。因此，通过减小火花塞的击穿电压，可以减少电极的消耗量并且降低绝缘体被火花放电穿孔的可能性。

[实施例3]

以与实施例1相同的方法制造火花塞。这里，制造了两种类型的火花塞样品；其中一种火花塞具有如图14的(a)所示的在突出部26C的较靠近接地电极的基端的一侧上形成曲面且在突出部26C的较靠近接地电极的突出末端的一侧上形成两个棱边101C和101C的接地电极10D，而另一种火花塞具有如图14的(b)所示的突出部21的与突出部的轴线方向垂直的截面为圆形的接地电极6。火花塞的样品被设计成使得突出部的末端面的面积为1.5mm²。

[点火性能试验]

通过将上面制造的各火花塞安装到排气量为2000cc的六缸汽油发动机，起动发动机并且使发动机在进气压力为-550mmHg、速度为750rpm且空气/燃料比(A/F)为14.5的条件下空转，对各火花塞进行测试。在空转过程中，根据发动机的燃烧压力确定图示平均有效压力。根据下面的公式由图示平均有效压力的500个确定结果的平均值和标准偏差计算燃烧波动率：燃烧波动率＝(标准偏差/平均值)×100(％)。然后，将燃烧波动率为20％时发动机的点火定时确定为提前极限(℃A)。图15以图表的形式示出了确定结果。在图15中，术语“圆形+矩形”是指火花塞具有图14的(a)的接地电极10D；而术语“圆形”是指火花塞具有图14的(b)的接地电极6。提前极限(℃A)的值越大，火花塞的点火性能越高。

如图15所示，与在突出部的外周上仅形成曲面的情况相比，在突出部的外周上形成有曲面并且在突出部的较靠近接地电极的末端的一侧上形成有棱边的情况下，能够容易地在突出部的较靠近接地电极的末端的一侧上产生火花放电。当火花放电发生在突出部的较靠近接地电极的末端的一侧上时，由于较少地妨碍火焰生长，所以可以提高火花塞的点火性能。

[实施例4]

以与实施例1相同的方法制造火花塞。这里，制造了两种类型的火花塞样品；其中一种火花塞具有图6的接地电极8，而另一种火花塞具有图6的接地电极9。如图16所示，图6所示的接地电极9的孔35的各尺寸c、d、e和f被调整为：c＝1.7mm，d＝1.7mm，e＝1.5mm和f＝1mm。除尺寸c和f的值互换以外，接地电极8的孔35的各尺寸和接地电极9的孔的各尺寸相同。另外，虽然在图16中未示出，但是，接地电极8和9均具有平面形状为矩形且尺寸为1.3mm×1.3mm、突出长度为0.7mm的突出部。

[加热试验]

对各火花塞测试在接地电极的加热过程中取决于最小厚度区域的位置的温升差异。通过如下方法进行试验：将火花塞安装到水冷室，并且利用加热器加热接地电极9约5分钟直到图16所示的接地电极9的测量区域g的温度稳定在1000℃。通过在相同的加热条件下加热接地电极8也测量接地电极8的测量区域g 的温度。

从温度测量结果可见，接地电极9达到1000℃的温度，而接地电极8仅达到980℃的温度。换句话说，与最小厚度区域位于接地电极的基端侧相比，当最小厚度区域位于接地电极的末端侧时，接地电极的温度较难升高。这表明可以防止接地电极热劣化并且由此可以确保火花塞的耐热性。

虽然在图14的(a)的接地电极10D和图14的(b)的接地电极6中，最小厚度区域均在孔的轮廓线和外侧表面的轮廓线的最接近部位之间，但是热较容易从接地电极10D的末端向基端传递。即使接地电极10D和6的最小厚度区域具有相同的尺寸，接地电极6的最小厚度区域也妨碍热从接地电极的末端向基端的传递；而接地电极10D的最小厚度区域平行于热的流动方向形成，由此不大妨碍热从接地电极的末端向基端传递。

[实施例5]

以与实施例1基本相同的方法通过进行挤出加工制造具有如图2所示的形状的突出部和孔的接地电极基体。利用这些接地电极基体，以与实施例1相同的方法制造多个火花塞样品，使得各火花塞中的上述突出方向长度B为0.3mm以上且上述最短距离C为0.4mm以上。

[冷热循环耐久试验]

将所制造的没有裂纹的火花塞安装到排气量为2000cc的六缸汽油发动机，并且使发动机以5000rpm运转1分钟然后使发动机空转1分钟，如此交替重复操作，使火花塞经受1小时的冷热循环。之后，从汽油发动机上拆下火花塞，并且视觉地检查接地电极的突出部附近是否存在裂纹。根据下面的公式确定裂纹的发生率：裂纹发生率＝(发生裂纹的样品数量/样品的数量)×100(％)。确定结果如图17所示。

如图17所示，在上述加速试验过程中，当孔的底面的投影面积S4、第一笔直部的投影面积S1和开口部的投影面积S2满足关系式S4＜S1＜S2时，接地电极中不出现裂纹。由此表明通过满足关系式S4＜S1＜S2可以使接地电极获得较高的耐久性。

下面是根据现有技术的用于与根据本发明的火花塞的一个实施方式作比较的参考例，在根据本发明的火花塞中，接地电极被弯曲成在中心电极的前端和接地电极的面对中心电极的内侧表面之间限定火花放电间隙，并且满足下列特征：接地电极在其末端部具有通过挤出加工形成的突出部和孔；突出部从内侧表面朝中心电极的末端以距离内侧表面的突出长度A为0.4mm至1mm的方式突出并且包括以如下方式形成的第一笔直部：突出部在通过突出部的中心轴线的截面中的宽度沿突出部的中心轴线方向均一并且第一笔直部具有1.5mm²至3mm²的第一笔直部的投影面积S1，其中，第一笔直部的投影面积S1是第一笔直部在与突出部的中心轴线垂直的平面上的投影面积；以及孔具有以如下方式形成在接地电极的与内侧表面相反的外侧表面的开口部：突出部的第一笔直部投影到与突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于开口部投影到所述假想平面上的轮廓线的内侧，并且开口部的开口部投影面积S2与第一笔直部的投影面积S1的比(S2/S1)不小于1.2。

[参考例1和参考比较例1]

通过普通的真空炉制备熔融的Ni基合金并且通过真空铸造形成铸锭。对该铸锭进行热加工和拔丝，由此获得截面尺寸为1.3×2.7(mm)的四棱柱状的线材。然后，该线材的一端部被圆柱状的冲头挤出，以在线材的一端部上形成如图18所示的圆柱状的突出部和带底的圆筒状的孔。由此，制造接地电极基体的样品。这里，突出部的突出长度A和第一笔直部的投影面积 S1以及突出部和孔的面积比(S2/S1)被控制成图19所示的值。更具体地，突出部的第一笔直部的投影面积S1被调节成1.3mm²、1.5mm²、2.5mm²、3.0mm²或3.5mm²；突出部的突出长度A被调节成0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.7mm、0.8mm、1.0mm或1.2mm；以及突出部和孔的面积比(S2/S1)被调节成0.9、1.0、1.1、1.2或1.3。

接着，如图18的(b)所示，分别由铜和Ni合金形成圆柱状的内部电极构件2B和杯状的外部电极构件2A。将内部电极构件2B插入外部电极构件2A中。然后，使内部电极构件2B和外部电极构件2A经受例如挤出加工等塑性加工处理，由此获得直径为4mm的中心电极2。低碳钢的金属壳4也通过塑性加工处理成型为期望的形状和尺寸。接地电极基体的另一端部接合到金属壳4的端面。另外，通过将氧化铝基陶瓷材料烧结成给定的形状而形成绝缘体3。将中心电极2固定在绝缘体3中。将形成的绝缘体3的子组装件固定到接合有接地电极基体的金属壳4。然后，通过以使突出部面对中心电极2的前端的方式朝中心电极2弯曲接地电极基体的末端部而完成接地电极10C。以和上述一样的方法制造火花塞的样品。除孔36以外，图18的接地电极10C的结构与接地电极6的结构相同。

[点火性能试验]

以和上述方法相同的方法测试各火花塞的点火性能。图19示出了根据第一笔直部的投影面积S1的测试结果。

[耐火花消耗性试验]

通过将各火花塞安装到排气量为2000cc的六缸汽油发动机，并且使汽油发动机以节气门全开和发动机转速为5000rpm的状态运转，对各火花塞进行测试。之后，从汽油发动机上拆下火花塞。测量火花塞的火花放电间隙的增大量(称为“间隙增大量”)。图20示出了根据第一笔直部的投影面积S1的测试结果。

[裂纹发生率]

视觉地检查各类型的火花塞的20个样品，以检验接地电极的突出部附近是否存在裂纹。根据下面的公式确定各面积比(S2/S1)的裂纹发生率：裂纹发生率＝(裂纹数量/20)×100(％)。图21示出了根据面积比(S2/S1)的确定结果。当面积比(S2/S1)小于1.2时，存在突出部局部成型不足的情况。

在图19至图21中已经示出，即使在通过挤出传统的Ni基合金而形成接地电极的情况下，只要火花塞的接地电极具有上述特征，就能确保火花塞的点火性能和耐久性的兼容。

[参考例2]

在挤出加工过程中，在改变冲头的挤出量的情况下，通过冲头在每个接地电极基体上形成图18所示的突出部和孔而制造接地电极基体，每种类型10个样品。在所制造的接地电极基体中，突出长度A、第一笔直部的投影面积S1和面积比(S2/S1)被控制在本发明的范围内；突出方向距离B被控制成0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm；最短距离C被控制成0.2mm、0.3mm、0.35mm或0.4mm。利用这些接地电极构件，以与参考例1相同的方法制造火花塞，每种类型10个样品。

视觉地检查所制造的各火花塞，以检验接地电极的突出部附近是否存在裂纹。根据下面的公式确定各类型的火花塞的裂纹发生率：裂纹发生率＝(裂纹数量/10)×100(％)。图22示出了根据最短距离C的确定结果。

在图22中已经示出，通过将接地电极的突出方向距离B和最短距离C控制在上述特定范围内，可以进一步减小接地电极中的裂纹发生率(％)，从而提高接地电极的耐久性。

[参考例3]

通过改变开口面积S2、第一笔直部的投影面积S1和突出长度A并由此调节孔的容积和突出部的体积，以与参考例1相同的方法制造具有不同体积比(V2/V1)的接地电极基体。视觉地检查所制造的各接地电极基体，以检验突出部的顶端部的形成和突出部附近的裂纹发生。结果，存在当体积比(V2/V1)小于1.2时在突出部的顶端上或顶端附近形成曲率半径为0.05mm以上的曲面的情况。推测在突出部的顶端上或顶端附近具有该曲面的火花塞将具有比接地电极上没有曲面的火花塞略高的火花放电电压。另一方面，存在当体积比(V2/V1)超过2.0时，由于接地电极基体的末端侧的微小变形而在突出部的附近而不是在突出部中出现微裂纹的情况。推测接地电极中具有该微裂纹的火花塞在耐久性方面将略差于接地电极中没有裂纹的火花塞。因此表明，当火花塞的接地电极的体积比(V2/V1)落在上述特定范围内时，火花塞能够获得较高的点火性能和耐久性。

作为另一参考例，下面将参照图23说明图10的(b)的接地电极71。接地电极71和接地电极6彼此之间的不同之处在于过渡部的形式。如图2的(a)所示，接地电极6的过渡部67为锥形部55的形式。与之相比，接地电极71的过渡部为图23所示的曲面部的形式。由于除具有带曲面部57的孔37以外，接地电极71的结构与接地电极6的结构相同，所以在图中用相同的附图标记表示相同的部分和部位；并且将省略对接地电极71的由和接地电极6的附图标记相同的附图标记表示的突出部21等的具体说明。

接地电极71的曲面部57是指，在通过孔37的中心轴线的截面中，具有在第二笔直部58的轮廓线和底部66A的轮廓线之间延伸的弯曲的轮廓线的区域。另外，第一笔直部的投影区域42位于开口部的投影区域54的内侧。因此，在制造阶段不容易在接地电极71中发生归因于挤出加工的裂纹和成型不良，并且可以确保接地电极71的高的点火性能和耐久性。

作为另一参考例，图24中示出了接地电极10G。接地电极10G具有孔37和具有突出部基部43的突出部23。接地电极10G的孔37与图23的接地电极71的孔相同；并且突出部23和突出部基部43与图8的(a)的接地电极10E的突出部和突出部基部相同。因此，如上所述在第一笔直部41A和内侧表面11之间形成曲率半径为0.1mm至0.3mm的突出部基部43。由于接地电极10G具有上述特征，所以通过使用该接地电极10G，可以以低的成本制造火花塞并且获得高的点火性能和耐久性。

与接地电极6的情况一样，接地电极71和10G的突出长度A为0.4mm至1mm、第一笔直部的投影面积S1为1.5mm²至3mm²并且形成为使开口部51的开口部投影面积S2与第一笔直部的投影面积S1的面积比(S2/S1)为1.2以上。接地电极71和10G的距离B也为0.3mm以上，且距离C也为0.4mm以上。另外，接地电极71和10G以如下方式形成：孔37的底面的投影面积S4、第一笔直部的投影面积S1和开口部的投影面积S2满足关系式S4＜S1＜S2；并且孔37的容积V2与突出部的体积V1的比(V2/V1)在1.2至2的范围。与传统火花塞相比，和参考例1至3的情况一样，由于接地电极71和10G均具有上述特征，通过使用接地电极71、10G，可以使火花塞获得较高的点火性能和耐久性。

附图标记说明

1：火花塞

2：中心电极

2A：外部电极构件

2B：内部电极构件

3：绝缘体

4：金属壳

5：螺纹部

6、6A、6B、7、71、8、9、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G：接地电极

11：内侧表面

12：外侧表面

13：末端部

21、21A、22、23、24、25、26、26A、26B、26C：突出部

31、32、33、34、35、36、37：孔

41、41A、41B：第一笔直部

42：第一笔直部的投影区域

43：突出部基部

51、51A：开口部

52、56、65：角部

53、58：第二笔直部

54：开口部的投影区域

55、59：锥形部

57：曲面部

61、63、63A：交点

62、64：最近点

66、66A：底部

67：过渡部

81：室

82：点火线圈

83：电压探头

84：示波器

101A、101B、101C：棱边

B1、B2：突出方向距离

C1、C2：最短距离

E：周缘部

G：火花放电间隙

P：火花塞

X：放电开始点

Y：放电结束点

Z：击穿电压

a、b：距离

c、d、e、f：尺寸

g：测温区域

Claims

1.一种火花塞，其包括：

中心电极；以及

接地电极，所述接地电极被弯曲成面对所述中心电极的前端并且在所述中心电极的前端和所述接地电极之间限定火花放电间隙，所述接地电极具有面对所述中心电极的内侧表面，

其中，所述接地电极在其末端部具有通过挤出加工形成的突出部和孔；

所述突出部从所述内侧表面朝所述中心电极的前端突出，所述突出部从所述内侧表面突出的突出长度A为0.4mm至1mm，所述突出部包括以如下方式形成的第一笔直部：使所述突出部在通过所述突出部的中心轴线的截面中的宽度沿所述突出部的中心轴线方向均一，并且使所述第一笔直部的第一笔直部投影面积S1为1.5mm²至3mm²，其中，所述第一笔直部投影面积S1是所述第一笔直部在与所述突出部的中心轴线垂直的平面上的投影面积；

所述孔在所述接地电极的与所述内侧表面相反的外侧表面具有开口部，所述孔包括第二笔直部，所述第二笔直部具有以如下方式形成的内壁面：在通过所述孔的中心轴线的截面中，使所述内壁面的两相反侧之间的宽度沿所述孔的中心轴线方向均一，所述孔还包括底部和在所述第二笔直部和所述底部之间延伸的过渡部；

所述开口部以如下方式形成：使所述突出部的第一笔直部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于所述开口部投影到所述假想平面上的轮廓线的内侧，并且使所述开口部的开口部投影面积S2与所述第一笔直部投影面积S1的比S2/S1不小于1.2；

所述过渡部为如下的锥形部的形式：在通过所述孔的中心轴线的截面中，所述锥形部具有从所述第二笔直部的轮廓线的端部起延伸到所述底部的轮廓线的端部的直线状的轮廓线；以及

在通过所述孔的中心轴线的截面中，所述孔的距离a为0.1mm以上并且所述孔的距离b为0.1mm以上，其中，所述距离a是从所述底部的轮廓线与所述锥形部的轮廓线的交点到所述第二笔直部的轮廓线的延长线与所述底部的轮廓线的延长线的交点的距离；所述距离b是从所述第二笔直部的轮廓线与所述锥形部的轮廓线的交点到所述第二笔直部的轮廓线的延长线与所述底部的轮廓线的延长线的交点的距离。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，在与所述孔的中心轴线垂直且与所述外侧表面平行的截面中，所述接地电极具有最小厚度区域，所述最小厚度区域均限定在所述孔的轮廓线和所述接地电极的轮廓线的最接近部位之间并且位于所述接地电极的末端侧。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，在通过所述突出部的中心轴线的截面中，所述接地电极的距离B为0.3mm以上并且所述接地电极的距离C为0.4mm以上，其中，所述距离B是从所述第一笔直部的直线状轮廓线的沿所述突出部的中心轴线的假想直线状延长线与所述孔的轮廓线的交点到位于所述第一笔直部的直线状轮廓线的最靠近所述接地电极的内侧表面的轮廓线的端部的最近点的距离；并且所述距离C是从所述孔的位于所述底部的轮廓线的端部的角部到靠近所述角部的所述最近点的距离。

4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述突出部包括位于所述内侧表面和所述第一笔直部之间的突出部基部，并且在通过所述突出部的中心轴线的截面中，所述突出部基部具有从所述内侧表面的轮廓线起延伸到所述第一笔直部的轮廓线的弯曲的轮廓线；在所述第一笔直部和所述内侧表面之间以如下方式形成曲率半径为0.1mm至0.3mm的所述突出部基部：使所述突出部基部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于所述开口部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线的内侧。

5.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述突出部和所述孔满足关系式S4<S1<S2，其中，S1是当所述第一笔直部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的第一笔直部投影面积；S2是所述孔的开口部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的开口部投影面积；以及S4是所述孔的底部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的所述孔的底面投影面积。

6.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述孔的容积V2与所述突出部的体积V1的比V2/V1为1.2至2。

7.一种火花塞，其包括：

中心电极；以及

所述突出部从所述内侧表面朝所述中心电极的前端突出，所述突出部从所述内侧表面突出的突出长度A为0.4mm至1mm，所述突出部包括以如下方式形成的第一笔直部：使所述突出部在通过所述突出部的中心轴线的截面中的宽度沿所述突出部的中心轴线方向均一，并且使所述第一笔直部的第一笔直部投影面积S1为1.5mm²至3mm²，其中，所述第一笔直部投影面积S1是所述第一笔直部在与所述突出部的中心轴线垂直的平面上的投影面积；并且所述突出部还包括形成于所述第一笔直部的表面的至少一个棱边，每个所述棱边形成为沿所述第一笔直部的外周面的侧面的交线延伸；

所述孔在所述接地电极的与所述内侧表面相反的外侧表面具有开口部；以及

所述开口部以如下方式形成：使所述突出部的第一笔直部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于所述开口部投影到所述假想平面上的轮廓线的内侧，并且使所述开口部的开口部投影面积S2与所述第一笔直部投影面积S1的比S2/S1不小于1.2。

8.根据权利要求7所述的火花塞，其特征在于，所述突出部的第一笔直部在所述第一笔直部的与所述接地电极的基端靠近的一侧具有曲面。

9.根据权利要求7或8所述的火花塞，其特征在于，在与所述孔的中心轴线垂直且与所述外侧表面平行的截面中，所述接地电极具有最小厚度区域，所述最小厚度区域均限定在所述孔的轮廓线和所述接地电极的轮廓线的最接近部位之间并且位于所述接地电极的末端侧。

10.根据权利要求7或8所述的火花塞，其特征在于，在通过所述突出部的中心轴线的截面中，所述接地电极的距离B为0.3mm以上并且所述接地电极的距离C为0.4mm以上，其中，所述距离B是从所述第一笔直部的直线状轮廓线的沿所述突出部的中心轴线的假想直线状延长线与所述孔的轮廓线的交点到位于所述第一笔直部的直线状轮廓线的最靠近所述接地电极的内侧表面的轮廓线的端部的最近点的距离；并且所述距离C是从所述孔的位于所述孔的底部的轮廓线的端部的角部到靠近所述角部的所述最近点的距离。

11.根据权利要求7或8所述的火花塞，其特征在于，所述突出部包括位于所述内侧表面和所述第一笔直部之间的突出部基部，并且在通过所述突出部的中心轴线的截面中，所述突出部基部具有从所述内侧表面的轮廓线起延伸到所述第一笔直部的轮廓线的弯曲的轮廓线；在所述第一笔直部和所述内侧表面之间以如下方式形成曲率半径为0.1mm至0.3mm的所述突出部基部：使所述突出部基部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线位于所述开口部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上的轮廓线的内侧。

12.根据权利要求7或8所述的火花塞，其特征在于，所述突出部和所述孔满足关系式S4<S1<S2，其中，S1是当所述第一笔直部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的第一笔直部投影面积；S2是所述孔的开口部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的开口部投影面积；以及S4是所述孔的底部投影到与所述突出部的突出方向垂直的假想平面上时所确定的所述孔的底面投影面积。

13.根据权利要求7或8所述的火花塞，其特征在于，所述孔的容积V2与所述突出部的体积V1的比V2/V1为1.2至2。