CN102598441A

CN102598441A - 内燃机用火花塞及火花塞的制造方法

Info

Publication number: CN102598441A
Application number: CN2010800485445A
Authority: CN
Inventors: 铃木彰; 中村真衣; 无笹守
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: US20120146484A1; CN102598441B; JP5092022B2; KR20120058528A; EP2472682A1; WO2011024548A1; EP2472682A4; JPWO2011024548A1; KR101392040B1; EP2472682B1; US8519606B2; IN2012DN01487A

Abstract

防止在中间部产生应力腐蚀裂纹。火花塞(1)包括金属壳(3)和沿轴线(CL1)方向延伸的绝缘子(2)。金属壳(3)包括位于凸缘部(16)和工具接合部(19)之间的中间部(41)。中间部(41)具有：膨出部(42)，其向径向内侧和外侧膨出；第一薄部(43)，其在位于膨出部(42)的轴线(CL1)方向后端侧的部位中最薄；和第二薄部(44)，其在位于膨出部(42)的轴线(CL1)方向前端侧的部位中最薄，膨出部(42)具有最向径向内侧膨出的最膨出部(42M)。在包括轴线(CL1)的截面中，当第一薄部(43)和第二薄部(44)之间的沿轴线(CL1)的距离是F(mm)，且最膨出部(42M)的相对于连接第一薄部(43)的径向最内侧的部位和第二薄部(44)的径向最内侧的部位的假想线向径向内侧膨出的膨出量是G(mm)时，满足0.00＜G/F≤0.18。

Description

内燃机用火花塞及火花塞的制造方法

技术领域

本发明涉及用于内燃机的火花塞及该火花塞的制造方法。

背景技术

火花塞被安装到例如内燃机并且用于点燃燃烧室内的混合气。通常，火花塞包括：绝缘体，其具有轴向孔；中心电极，其穿过轴向孔的前端侧；金属壳，其设置于绝缘体的外周；以及接地电极，其设置于金属壳的前端部并且在中心电极和接地电极之间形成火花放电间隙。此外，通常，金属壳包括：工具接合部，当金属壳被安装到内燃机等时，工具等被接合于该工具接合部；和座部，其相对于内燃机的发动机缸盖(engine head)直接安装或经由垫圈等间接安装。

然而，金属壳和绝缘体通过压紧(clamp)而固定然后组装。更具体地，在绝缘体被插入到筒状的金属壳中的情况下，由环状的模具在金属壳的后端侧开口沿着轴线方向施加载荷。由此，金属壳的后端侧开口向径向内侧弯曲而变成与绝缘体的向径向外侧膨出的大直径部接合的压紧部，由此，金属壳和绝缘体被组装。

此外，作为压紧时的固定方法，已知所谓的热压紧(例如，参见专利文献1)。换句话说，在由模具施加载荷的状态下，经由模具对金属壳通电加热，并且位于金属壳的工具接合部和座部之间的较薄中间部被加热。由此，当中间部的变形阻力小时，中间部受到上述载荷而向内屈曲。之后，处于热膨胀状态的中间部冷却并且收缩，使得金属壳的压紧部处于与绝缘体的大直径部强力接合的状态；由此，绝缘体和金属壳被强力地组装。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2003-332021号公报

发明内容

然而，由于随着收缩而产生的应力残留于中间部，所以，随着火花塞的使用，在中间部处产生应力腐蚀裂纹，并且存在气密性和耐久性将被破坏的担忧。应力腐蚀裂纹可能由于中间部的内周处的归因于水汽凝结的腐蚀而产生。本发明的发明人密切地观察中间部的内周部处的应力腐蚀裂纹的产生原因并且认识到：伴随着压紧加工，在中间部的内周形成朝向径向外侧凹陷的部分(凹部)。换句话说，应力集中于凹部，结果，产生应力腐蚀裂纹。作为本发明的发明人的进一步观察的结果，明显的是，伴随着压紧加工，当中间部具有仅向径向外侧膨出的形状时形成凹部。

本发明的某些方面的优点是提供如下的火花塞和该火花塞的制造方法，在该火花塞中，中间部朝向径向内侧和径向外侧膨出，使得能够防止凹部的形成，并且进一步可靠地防止在中间部中产生应力腐蚀裂纹。

下面，说明用于解决上述问题的各构造。当需要说明效果时，将说明与构造对应的特有的操作效果。

构造1

一种内燃机用火花塞，其包括：筒状的绝缘体，其沿轴线方向延伸；和筒状的金属壳，其被固定到所述绝缘体的外周，其中，所述金属壳包括：凸缘部，其朝向径向外侧膨出；工具接合部，工具能被接合到所述工具接合部，以将所述金属壳安装到所述内燃机；和中间部，其位于所述凸缘部和所述工具接合部之间，所述中间部具有朝向径向内侧和径向外侧二者膨出的膨出部，所述中间部具有第一薄部和第二薄部，所述第一薄部是在所述轴线方向上位于所述膨出部的后端侧的部位中最薄的部分，所述第二薄部是在所述轴线方向上位于所述中间部的所述膨出部的前端侧的部位中最薄的部分，所述膨出部具有最膨出部，所述最膨出部是最向径向内侧膨出的部位，在包括所述轴线的截面中，假设F是所述第一薄部和所述第二薄部之间的沿着所述轴线的距离，G是所述最膨出部的相对于连接所述第一薄部的径向最内侧的部位和所述第二薄部的径向最内侧的部位的假想线朝向径向内侧膨出的膨出量，F和G的单位均为mm，则满足下式(1)：0.00＜G/F≤0.18...(1)。

根据上述构造1，由于中间部具有朝向径向内侧膨出的形状，因此，能够抑制在内周部中形成凹部，从而进一步可靠地防止在中间部的内周部中产生应力腐蚀裂纹。

此外，G/F≤0.18，使得防止中间部的膨出部相对于中间部沿着轴线的长度朝向径向内侧过度膨出。因此，能够抑制施加到中间部的收缩应力极度增大，并且能够进一步抑制腐蚀裂纹的产生。

此外，要求膨出部使得不形成能够作为内周部中的应力腐蚀裂纹的起点的凹部。因此，如图6所示，即使膨出部71朝向径向内侧和径向外侧膨出，在内周部中形成凹部72也不是优选的。

构造2

根据构造1的内燃机用火花塞，其中，满足0.00＜G/F≤0.15。

根据上述构造2，能够进一步抑制施加到中间部的收缩应力的增大，并且能够进一步抑制在中间部中产生应力腐蚀裂纹。

构造3

根据构造1或2的内燃机用火花塞，其中，假设E1是所述第一薄部的维氏硬度，E2是所述第二薄部的维氏硬度，E3是所述最膨出部的维氏硬度，E1、E2和E3的单位均为Hv，则至少满足下式(2)和(3)中的任一方：

20≤|E1-E3|... (2)

20≤|E2-E3|... (3)。

中间部在通电加热之后被冷却，然而，中间部处于根据冷却条件进行淬火和退火的状态，结果，存在如下担忧：在各中间部处可能产生硬度差。在中间部处产生较大硬度差的情况下，由于应力集中在产生硬度差的部分，所以可能更容易产生应力腐蚀裂纹。

在这方面，根据上述构造3，在最膨出部与第一和第二薄部之间存在诸如20Hv以上的较大硬度差的情况下，存在进一步产生应力腐蚀裂纹的担忧，然而，即使在由于硬度差而容易产生应力腐蚀裂纹的情况下，也可以通过采用构造1等来有效地抑制应力腐蚀裂纹的产生。换句话说，在中间部处可能产生较大硬度差的情况下，构造1等特别有意义。

构造4

根据构造1至3中的任一种构造的内燃机用火花塞，其中，在与所述轴线正交的截面中，假设所述第一薄部的截面积和所述第二薄部的截面积中的较小一方是H，H的单位是mm²，则H≤35。

要求收缩应力保持在预定值以上，以充分地确保金属壳和绝缘体之间的气密性。然而，近年来，对于火花塞的小径化存在如下需求：随着火花塞的小径化，中间部的截面积变得较小。当中间部的截面积变小时，所施加的单位截面积的应力变大，并且可能容易进一步产生应力腐蚀裂纹。

在这方面，根据上述构造4，由于第一薄部的截面积和第二薄部的截面积中的较小一方的截面积(换句话说，中间部的最薄壁部的截面积)较小，例如为35mm²以下，因此，存在将进一步产生应力腐蚀裂纹的担忧，然而，通过采用构造1等能够消除该担忧。换句话说，在中间部被形成为较薄的情况下，构造1等是特别有意义的。此外，在中间部根据下述构造5-7薄时，构造1等有效地起作用。

构造5

根据构造4的内燃机用火花塞，其中，H≤31.2。

根据上述构造5，中间部的最薄部的截面积变为31.2mm²，并且存在将进一步产生应力腐蚀裂纹的担忧，然而，通过采用构造1等，能够有效地抑制应力腐蚀裂纹的产生。

构造6

根据构造4的内燃机用火花塞，其中，H≤26.4。

根据上述构造6，存在将进一步产生应力腐蚀裂纹的担忧，然而，通过采用构造1等，能够显著有效地抑制应力腐蚀裂纹的产生。

构造7

根据构造4的内燃机用火花塞，其中，H≤19.4。

如在构造7中那样，即使在中间部的最薄部的截面积非常小、例如为19.4mm²以下，并且存在将进一步产生应力腐蚀裂纹的担忧的情况下，根据由于构造1等而存在的操作效果，也能够显著有效地抑制应力腐蚀裂纹的产生。

构造8

一种火花塞的制造方法，所述火花塞包括：筒状的绝缘体，其沿轴线方向延伸；和筒状的金属壳，其被固定到所述绝缘体的外周，其中，所述金属壳包括中间部，所述中间部具有朝向径向外侧膨出的弯曲形状的外周面，所述制造方法包括：当所述绝缘体和所述金属壳彼此固定时，在所述绝缘体贯穿所述金属壳的状态下沿着所述轴线方向对所述金属壳的后端侧施力；对至少所述中间部进行通电加热；使所述中间部压缩、压扁和变形；使所述金属壳的后端开口向径向内侧弯曲；形成压紧部；使所述绝缘体和所述金属壳彼此固定；在所述施力中，假设Q是所述中间部的膨出到径向最外侧的部位的温度达到600℃时的施力，P是在所述部位的温度达到600℃的前述步骤中当电流值是所述部位达到600℃时施加到所述中间部的电流值的50％时的施力，Q和P的单位是N，则满足P＜Q。

此外，在施加交流电并且中间部被通电加热的情况下，可以用“当电流值是所述部位达到600℃时初始施加到所述中间部的电流值的最大振幅的50％时”来置换“当电流值是所述部位达到600℃时施加到所述中间部的电流值的50％时”。

在中间部开始变形之前施加到金属壳的力较大的情况下，中间部变为在中间部开始变形之后容易朝向径向外侧膨出的形状(例如，朝向径向外侧稍微弯曲的形状)。因此，当中间部被加热到能变形的温度时，存在中间部将仅朝向径向外侧膨出的担忧。

在这方面，根据上述构造8，施加到金属壳的力被控制成满足P＜Q，其中，Q是所述中间部的膨出到径向最外侧的部位的温度达到600℃(换句话说，中间部的屈曲变形基本上完成)时的施力，P是在所述部位的温度达到600℃的前述步骤中当电流值是所述部位达到600℃时施加到所述中间部的电流值的50％(换句话说，通电开始)时的施力。换句话说，以增大从通电开始到中间部的屈曲变形完成期间的施力的方式进行压紧加工。因此，由于在开始屈曲变形之前施加的力P较小，所以进一步可靠地防止了在中间部开始变形之前中间部变为容易朝向径向外侧膨出的形状。因此，中间部不仅朝向径向外侧膨出而且能够朝向径向内侧膨出，从而能够控制在中间部的内周部形成凹部。结果，进一步可靠地防止了在中间部产生应力腐蚀裂纹，从而能够在制造火花塞时实现优异的气密性和耐久性。

构造9

根据构造8的火花塞的制造方法，其中，满足P≤0.8Q。

根据上述构造9，由于在开始变形之前施加到金属壳的力进一步减小，所以中间部能够进一步可靠地朝向径向内侧和径向外侧膨出。结果，能够进一步实现优异的气密性和耐久性。

构造10

根据构造8或9的火花塞的制造方法，其中，当所述中间部开始变形时，所述中间部的温度为350℃以上1100℃以下。

此外，“在中间部开始变形时”是指“在开始通电之后中间部开始沿径向膨出时”。

根据上述构造10，在中间部被充分地加热到例如350℃以上的步骤中间部开始变形。因此，中间部能够进一步朝向径向内侧膨出，从而能够进一步可靠地防止应力腐蚀裂纹的产生。

要求较大的电流流到金属壳，使得中间部的温度达到1100℃以上。然而，当电流增大时，存在如下担忧：在金属壳和通电加压用的模具之间产生放电，从而将产生压紧加工的故障。因此，当中间部开始变形时，中间部的温度优选为1100℃以下。

构造11

根据构造8至10中的任一构造的火花塞的制造方法，其中，具有与所述压紧部对应的弯曲面的筒状的模具沿着所述轴线移动，使得对所述金属壳的后端部施加所述施力，假设所述模具的与所述金属壳接触的部位被投影到与所述轴线正交的平面，并且该投影部分的面积为S，S的单位是mm²，则满足P/S≥5N/mm²。

根据上述构造11，关于间接地示出模具的与金属壳接触的部位的面积的投影面积S和从模具施加到金属壳的施力P，二者的关系被设定成满足P/S≥5。因此，由于模具和金属壳以较大的压力接触，因此，能够防止模具和金属壳之间的放电，从而进一步可靠地进行从模具到金属壳的通电。结果，中间部能够进一步可靠地变形为朝向径向内侧和径向外侧膨出的期望形状。

构造12

根据构造8至11中的任一构造的火花塞的制造方法，其中，当进行所述通电加热时，所述中间部的最高温度为600℃以上1300℃以下。

根据上述构造12，由于中间部被加热到容易变形的温度，所以，中间部能够进一步可靠地变形。此外，中间部被加热到600℃以上，使得由于中间部处的热收缩而产生的残留应力能够充分地产生，从而能够充分地确保火花塞的气密性。同时，中间部的加热温度为1300℃以下，使得能够防止中间部软化，并且进一步可靠地防止了中间部的破损(裂纹)或形状的不稳定。

构造13

根据构造8至12中的任一构造的火花塞的制造方法，其中，所述中间部的沿着所述轴线的变形量为0.2mm至1.0mm。

根据上述构造13，由于中间部的沿着轴线的变形量为0.2mm以上，所以中间部能够朝向径向内侧充分地膨出，从而能够有效地抑制在中间部的内周部形成凹部。

此外，由于中间部的沿着轴线的变形量为1.0mm以下，使得中间部不过度膨出，因此，能够进一步可靠地防止在中间部处残留过度应力。结果，可以认为能够抑制凹部的形成，使得能够进一步可靠地抑制应力腐蚀裂纹的产生。

构造14

根据构造8至13中的任一构造的火花塞的制造方法，其中，基于所述中间部的沿着所述轴线的变形量来控制施加到所述金属壳的后端部的力。

根据上述构造14，由于基于中间部的变形量来控制施加到金属壳的后端部的力，所以中间部能够进一步可靠地变形为期望形状。结果，能够在制造火花塞时进一步可靠地实现优异的气密性和耐久性。

构造15

根据构造8至13中的任一构造的火花塞的制造方法，其中，基于所述中间部的沿着所述轴线的变形量来控制对所述金属壳的后端部施力的夹具的沿着所述轴线的移动量。

根据上述构造15，中间部能够进一步可靠地变形为期望形状，从而能够在制造火花塞时进一步可靠地增强优异的气密性和耐久性。

附图说明

图1是示出火花塞的构造的部分剖切正面图。

图2是示出金属壳的中间部等的部分放大截面图。

图3的(a)和(b)是以部分剖切的方式示出压紧加工的放大正面图。

图4是示出硬度差与效果率之间的关系的图。

图5是示出截面积与效果率之间的关系的图。

图6是示出具有不适当的膨出部的金属壳的部分放大截面图。

具体实施方式

下面，将参照附图说明实施方式。图1是示出内燃机用火花塞(下面称为“火花塞”)1的构造的部分剖切正面图。将以图1的上下方向作为火花塞1的轴线CL1方向、图1的下侧作为火花塞1的前端侧、图1的上侧作为火花塞的后端侧进行说明。

火花塞1由作为绝缘体的筒状的绝缘子2和保持绝缘子2的筒状的金属壳3构成。

如现有技术所已知的那样，通过煅烧氧化铝等而形成绝缘子2，绝缘子2的外形部包括：后端侧筒部10，其形成于后端侧；大直径部11，其在比后端侧筒部10靠前端侧的位置朝向径向外侧进一步突出地形成；中间主体部12，其在比大直径部11靠前端侧的位置以比大直径部11的直径小的直径形成；和腿部13，其在比中间主体部12靠前端侧的位置以比中间主体部12的直径小的直径形成。此外，绝缘子2的大直径部11、中间主体部12和大部分腿部13容纳在金属壳3内。直径朝向轴线CL方向的前端侧减小的锥状的台阶部14形成于腿部13和中间主体部12之间的连接部，绝缘子2在台阶部14处接合到金属壳3。

此外，轴向孔4沿着轴线CL1贯穿并形成于绝缘子2，中心电极5被插入并固定于轴向孔4的前端侧。中心电极5由内层5A和外层5B构成，内层5A由铜或铜合金制成，外层5B由镍(Ni)作为主要成分的Ni合金制成。此外，中心电极5整体上为棒状(圆柱状)，中心电极5的前端部从绝缘子2的前端突出。此外，由贵金属合金(例如，铱合金)形成的圆柱状的贵金属电极头31被焊接到中心电极5的前端部。

此外，端子电极6以从绝缘子2的后端突出的状态被插入并固定于轴向孔4的后端侧。

此外，圆柱状的电阻器7被配置在轴向孔4内的中心电极5和端子电极6之间。电阻器7的两端部相应地经由导电玻璃密封层8和9电连接到中心电极5和端子电极6。

另外，金属壳3由诸如低碳钢等金属形成为筒状，螺纹部(阳螺纹部)15形成在金属壳3的外周面，以将火花塞1安装到发动机缸盖。此外，凸缘部16在螺纹部15的后端侧的外周面向径向外侧膨出，环状的垫圈18被插入到螺纹部15的后端的螺纹头17。此外，具有六边形截面的工具接合部19被设置于金属壳3的后端侧，当火花塞1安装到发动机缸盖时，工具接合部19与诸如扳手等工具接合，保持绝缘子2的压紧部20被设置于后端部。此外，中间部41形成于金属壳3的凸缘部16和工具接合部19之间(中间部41将在稍后说明)，中间部41具有向径向外侧膨出的弯曲状的外周。在本实施方式中，火花塞1具有较小的直径(例如，螺纹部15的螺纹直径等于或小于M12)，于是，金属壳3也具有小直径。

此外，直径朝向轴线CL1的前端侧减小的台阶部21以与绝缘子2接合的方式形成于金属壳3的内周面。由此，绝缘子2从金属壳3的后端侧插入到前端侧。在绝缘子2从金属壳3的后端侧插入到前端侧并且绝缘子2的台阶部14接合到金属壳3的台阶部21的状态下，通过所谓的热压紧使中间部41屈曲并且形成压紧部20，使得绝缘子2被保持于金属壳3。此外，压紧部20具有与台肩部23一致的形状，于是，压紧部20被接合到台肩部23，该台肩部23为台阶状并且位于大直径部11的后端侧。环板状的密封件22介于两个台阶部14和21之间。因此，维持了燃烧室的气密性，进入突出在燃烧室内的绝缘子2的腿部13与金属壳3的内周面之间的间隙的燃料-空气混合气等不会泄漏到外部。

由Ni合金形成并且中间部弯曲的接地电极27被焊接到金属壳3的前端面26。由贵金属合金(例如，铂合金)形成的圆柱状的贵金属电极头32被焊接到接地电极27的顶端部，并且贵金属电极头32的顶端面与贵金属电极头31的前端面相对。由此，在贵金属电极头31和32之间形成火花放电间隙33，并且在基本上沿着轴线CL1的方向上进行火花放电。

接着，将说明中间部41。如图2所示，中间部41具有膨出部42、第一薄部43和第二薄部44。

膨出部42形成于中间部41的在轴线CL1方向上的大致中央部，并且膨出部42具有向径向内侧和径向外侧二者膨出的形状。此外，第一薄部43位于膨出部42的在轴线CL1方向上的后端侧，并且第一薄部43形成为中间部41的位于膨出部42的后端侧的最薄部分。此外，第二薄部44位于膨出部42的在轴线CL1方向上的前端侧，并且第二薄部44形成为中间部41的位于膨出部42的前端侧的最薄部分。

此外，中间部41形成为：当F(mm)是第一薄部43和第二薄部44之间的沿着轴线CL1方向的距离，并且G(mm)是膨出部42的向径向内侧膨出最大的最膨出部42M相对于连接部位IP1和部位IP2的假想线VL向径向内侧的膨出量时，满足0.00＜G/F≤0.18，其中，部位IP1位于第一薄部43的径向最内侧，部位IP2位于第二薄部44的径向最内侧。

另外，在与轴线CL1正交的截面中，当H(mm²)是第一薄部43和第二薄部44中的截面积较小的一方的截面积时，截面积变为H≤35。换句话说，随着金属壳3的小径化，中间部41形成为较薄。

中间部41在如下所述的压紧加工(热压紧)期间被通电加热，并且在通电加热之后被自然地冷却。由此，中间部41可以处于由于中间部41的冷却速度而进行淬火和退火的状态。在本实施方式中，当中间部41被冷却时，不特别地进行温度调节，于是，在中间部41的各部分能够产生较大的硬度差。换句话说，在本实施方式中，可以获得如下的中间部41：当E1(Hv)是第一薄部43的维氏硬度，E2(Hv)是第二薄部44的维氏硬度并且E3(Hv)是最膨出部42M的维氏硬度时，该中间部41满足公式20≤|E1-E3|和20≤|E2-E3|中的任一方。

接着，将说明如上面的说明那样构造的火花塞1的制造方法。

通过成型加工而获得绝缘子2。例如，使用包括粘接剂和作为主要成分的氧化铝的原料粉末，制作成型用基础造粒材料(basis agglomerated material)，并且利用模具进行橡胶加压成型，从而获得筒状的成型体。由此，对所获得的成型体的外形进行研磨加工，然后进行煅烧加工，从而获得绝缘子2。

此外，中心电极5与绝缘子2分开地制造。换句话说，对铜合金配置在中央以增强散热性的Ni合金进行锻造加工，由此制造中心电极5。接着，通过激光焊接等将贵金属电极头31焊接到中心电极5的前端面。

从而，用玻璃密封层8和9使如上所述获得的绝缘子2和中心电极5以及电阻器7和端子电极6彼此密封和固定，从而中心电极5被安装到绝缘子2。通常混合和制备硼硅酸盐玻璃和金属粉末作为玻璃密封层8和9。在玻璃密封层8和9被插入到绝缘子2的轴向孔4中使得玻璃密封层8和9夹持电阻器7之后，在从后侧对端子电极6施力的状态下在燃烧炉内烧制和固定玻璃密封层8和9。此时，可以在绝缘子2的后端侧筒部10的表面同时烧制釉层，或者可以预先形成釉层。

其次，预先加工金属壳3。换句话说，通过对圆柱状的金属材料(例如，诸如S17C或S25C等钢系材料或不锈钢材料)进行冷锻加工而形成通孔，于是形成大致形状。之后，进行切削加工，形成外形，通过在预定部位进行滚压加工而形成螺纹部15，于是获得金属壳的中间体。此外，对金属壳的中间体进行镀锌或镀镍。此外，可以对表面进行铬酸盐加工，以增强耐腐蚀性。

之后，直棒状的接地电极27被电阻焊接到金属壳的中间体的前端面。当进行焊接时，产生所谓的“流挂(sagging)”，使得在移除“流挂”之后，通过在金属壳的中间体的预定部位进行滚压加工而形成螺纹部15。因此，获得被焊接到接地电极27的金属壳3。此外，对焊接到接地电极27的金属壳3进行镀锌或镀镍。此外，可以对表面进行铬酸盐加工，以增强耐腐蚀性。在进行镀敷之后，移除覆盖与接地电极27的至少弯曲部对应的部分的镀层。

之后，如上所述，分别形成的包括中心电极5和端子电极6的绝缘子2以及包括接地电极27的金属壳3被固定。当进行固定时，进行所谓的热紧固。换句话说，如图3的(a)所示，金属壳3的前端侧被插入到第二模具52中，使得金属壳3被第二模具52保持。此外，在压紧加工之前，中间部41是不向径向外侧和径向内侧膨出的筒状。

接着，从金属壳3的上侧安装第一模具51。第一模具51具有筒状并且包括压紧成形部51f，该压紧成形部51f具有与压紧部20的形状对应的弯曲面。此外，在压紧加工时，当与金属壳3接触的部分沿着轴线CL1方向投影到与轴线CL1正交的平面时，第一模具51形成为使得投影部分的面积具有预定面积S(例如，90mm²)。

接着，通过预定的电源装置(未示出)经由第一模具51对金属壳3(中间部41)进行通电加热，金属壳3被第一模具51和第二模具52夹持，并且沿着轴线CL1方向对金属壳3施加预定的力。因此，金属壳3的后端侧开口向径向内侧压紧，由此形成压紧部20。

此外，当中间部41被通电加热到预定温度(例如，350℃以上1100℃以下)并且中间部41的变形阻力变得较小时，通过从模具51和52施加的力而开始使中间部41屈曲变形。此时，模具51和52被控制成使得施加到金属壳3的力增大，直到中间部41的屈曲变形完成为止。

换句话说，施加到金属壳3的力被控制成满足P＜Q(例如，P≤0.8Q)，其中，Q(N)是当中间部41的膨出到径向最外侧的部位的温度达到600℃时(换句话说，当中间部41的屈曲变形几乎完成时)的施力，P(N)是在中间部41的膨出到径向最外侧的部位的温度达到600℃的前述步骤中当电流为所述部位达到600℃时的电流的50％时(换句话说，当开始通电时)的施力。结果，如图3的(b)所示，变形后的中间部41以使得中间部41不是仅向径向外侧膨出而是向径向外侧和径向内侧二者都膨出的方式屈曲变形。

在本实施方式中，基于中间部41的沿轴线CL1的变形量来控制从模具51和52施加到金属壳3的施力，中间部41的沿轴线CL1的变形量变为0.2mm以上1.0mm以下。另外，对中间部41进行通电加热，使得中间部41的最高温度达到600℃以上1300℃以下。

在完成对中间部41的通电加热之后，处于热膨胀状态的中间部41被自然冷却并且中间部41沿轴线CL1方向收缩，接合到台肩部23的压紧部20对台肩部23施加朝向前端侧的力。从而，形成于绝缘子2的外周面的台阶部14和形成于金属壳3的内周面的台阶部21达到强力的接合状态，由此，绝缘子2和金属壳3被强力地固定。

接着，在移除接地电极27的前端部的镀层之后，通过电阻焊接等将贵金属电极头32焊接到接地电极27的顶端部。最后，朝向中心电极5弯曲接地电极27，并且贵金属电极头31和32之间的火花放电间隙33的尺寸被控制成使得能够获得上述火花塞1。

如上所述，根据本实施方式，施加到金属壳3的力被控制成满足P＜Q，其中，Q是当中间部41的膨出到径向最外侧的部位的温度达到600℃时(换句话说，当中间部41的屈曲变形几乎完成时)的施力，P是在中间部41的膨出到径向最外侧的部位的温度达到600℃的前述步骤中当电流为所述部位达到600℃时的电流值的50％时(换句话说，当开始通电时)的施力。换句话说，以使施力在从开始通电到完成中间部41的屈曲变形的时间段内增加的方式进行压紧加工。因此，由于在中间部41开始屈曲变形之前施加的力较小，所以可靠地防止了在中间部41开始变形之前中间部41变为容易向径向外侧膨出的形状。从而，中间部41不仅可以向径向外侧膨出而且可以向径向内侧膨出，并且能够抑制在中间部41的内周部形成凹部。结果，能够可靠地防止在中间部41中产生由于应力而导致的腐蚀裂纹，并且能够在所制造的火花塞1中实现优异的气密性或耐久性。

此外，在中间部41被充分地加热到350℃以上的步骤，开始中间部41的变形。因此，中间部41能够更可靠地向径向内侧膨出，并且能够进一步可靠地防止产生由于应力而导致的腐蚀裂纹。此外，由于当开始变形时中间部的温度变得低于1100℃，因此，能够防止在金属壳3和第一模具51之间产生放电，从而能够无任何障碍地进行压紧加工。

另外，关于间接地表示第一模具51的与金属壳3接触的部分的面积的投影面积S(mm²)和从模具施加到金属壳的施力P(N)，二者之间的关系被设定为满足P/S≥5(N/mm²)。因此，由于第一模具51和金属壳3以较大的压力接触，所以能够防止第一模具51和金属壳3之间的放电并且能够更加可靠地进行从第一模具51到金属壳3的通电。结果，通过压紧加工，中间部41被变形成使得中间部41变为向径向外侧和径向内侧膨出的预定形状，并且能够进一步可靠地变形。

另外，由于当通电加热时中间部41的最高温度达到600℃以上1300℃以下，所以中间部41能够进一步可靠地且容易地变形。

此外，由于中间部41的沿轴线CL1的变形量变为0.2mm以上，因此，中间部41能够充分地向径向内侧膨出并且能够有效地抑制在中间部41的内周部形成凹部。同时，由于中间部41的沿轴线CL1的变形量变为1.0mm以下，因此，防止了中间部41过度膨出，并且能够防止中间部41处残留的过多应力，于是，能够进一步可靠地防止产生由于应力而导致的腐蚀裂纹。

另外，由于基于中间部41的变形量来控制施加到金属壳3的后端部的力，所以中间部41能够进一步可靠地变形为期望形状。

此外，在通电加热之后由于冷却而在最膨出部42M与第一和第二薄部43和44之间产生诸如20Hv以上的较大硬度差的情况下，存在将进一步产生腐蚀裂纹的担忧，但是，当中间部41具有如上所述的向径向内侧和径向外侧膨出的形状(换句话说，0.00＜G/F≤0.18)时，即使在具有硬度差的表面处容易产生由于应力而导致的腐蚀裂纹的条件下，也能够有效地防止产生由于应力而导致的腐蚀裂纹。

如在本实施方式中那样，随着火花塞1的小径化，在作为第一薄部43的截面积和第二薄部44的截面积中的较小一方的截面积H变为较小的35mm²以下时，存在将进一步产生腐蚀裂纹的担忧，但是，中间部41具有如上所述的形状，因此，即使在中间部41较薄的情况下，也能够进一步有效地防止产生由于应力而导致的腐蚀裂纹。

接着，进行耐腐蚀裂纹的评价试验，以确认本实施方式所呈现的操作效果。下面说明耐腐蚀裂纹的评价试验的概要。换句话说，分别以20个火花塞为一组来制备火花塞样品，其中，在变形前中间部的沿轴线的长度变化，施加载荷和通电等的条件变化，并且进行压紧加工，使得两个薄部之间的沿轴线的距离F恒定并且最膨出部相对于连接两个薄部的最内周部的假想线的膨出量G变化(换句话说，G/F的值变化)。由此，使由浓度为60质量％的四水合硝酸钙和浓度为3质量％的硝酸铵构成的腐蚀液沸腾，并且各样品被投入到该腐蚀液中。接着，在投入24小时之后，确认中间部处是否存在裂纹。在所有的20个样品中都不产生裂纹的情况下，能够有效地防止应力腐蚀裂纹的产生，因此评价为“O”，在20个样品中的任一个样品中产生裂纹的情况下，存在产生应力裂纹的担忧，因此评价为“X”。耐腐蚀裂纹的评价试验的试验结果在表1中示出。此外，在表1的G/F栏中，“不向内侧膨出”的说明是指中间部不朝向径向内侧膨出而是朝向径向外侧膨出。另外，在试验中，两个薄部的厚度是0.8mm；两个薄部的与轴线正交的截面的截面积是35mm²，两个薄部之间的沿轴线的距离F是1.8mm。

表1

如表1所示，当G/F大于0.00时，换句话说，当中间部被构造成向径向内侧膨出时，明显的是，能够有效地抑制在中间部中产生裂纹。设想，这是因为，中间部向径向内侧膨出，使得在中间部的内周部处不形成作为应力腐蚀裂纹的产生原因的凹部。

此外，关于G/F超过0.18的样品，确认在中间部中产生裂纹。认为，这是因为，在热压紧过程中，中间部向径向内侧的膨出量过大。

接着，在样品的形状和腐蚀液等与上述说明的条件相同的条件下，将样品投入到腐蚀液中并且投入时间从24小时改变为48小时，进行腐蚀裂纹的评价试验。试验结果在表2中示出。

表2

如表2所示，在G/F大于0.00的情况下，投入到腐蚀液中的投入时间变为48小时，即使在中间部中容易产生裂纹的环境下，也能够有效地抑制应力腐蚀裂纹的产生。此外，关于G/F是0.18的样品，换句话说，关于中间部的向径向内侧的膨出量较大的样品，确认产生裂纹。

如上所述，考虑到试验的综合结果，优选中间部不仅向径向外侧膨出而且向径向内侧膨出，换句话说，中间部被形成为满足G/F＞0.00，以防止应力腐蚀裂纹的产生。同时，当中间部向径向外侧过度膨出时，应力过度地残留于中间部，存在可能产生应力腐蚀裂纹的担忧。因此，优选地，中间部被形成为满足0.00＜G/F≤0.18，更优选地，中间部被形成为满足0.00＜G/F≤0.15，以可靠地防止应力腐蚀裂纹的产生。

接着，在G/F＝0.00或G/F＝0.10之后，改变中间部冷却时的条件，然后，以20个火花塞为一组制备火花塞样品，其中，第一和第二薄部的硬度E1和E2(Hv)与最膨出部的硬度E3(Hv)的硬度差经受各种变化，对各样品进行上述的耐腐蚀裂纹的评价试验。此外，样品投入到腐蚀液中的投入时间是24小时。在表3中，关于G/F为0.00的样品和G/F为0.10的样品，示出了20个样品中确认产生裂纹的数量(良品数量)，并且示出了通过G/F为0.10的样品的良品数量除以G/F为0.00的样品的良品数量而得到的值(效果率)。此外，图4是示出硬度差和效果率之间的关系的图。另外，“硬度差”是指“E3-E1”的绝对值和“E3-E2”的绝对值之间较大的那个值。另外，“效果率”是指当G/F为0.00变到G/F为0.10时(换句话说，当出现向径向内侧的膨出时)，值越大，效果越大。

表3

如表3所示，G/F为0.10的样品确认了不管硬度差的大小如何在所有样品中均不产生裂纹。同时，在G/F为0.00的样品中，确认产生裂纹，特别地，明显的是，当硬度差为20以上时，良品数量极大地减少。看起来，应力集中在产生硬度差的位置，于是，容易产生应力腐蚀裂纹。因此，如从图4所示的硬度差和效果率之间的关系已知的那样，在硬度差的绝对值较大、诸如是20以上的情况下，G/F大于0.00，使得操作效果看起来更加显著。换句话说，在中间部的硬度差的绝对值为20以上的情况下，G/F大于0.00、即中间部向径向内侧膨出特别有意义。

接着，在G/F＝0.00或G/F＝0.10之后，金属壳的厚度改变，然后，制作第一和第二薄部的沿着与轴线正交的方向的截面积H(mm²)改变的火花塞样品，并且对各样品进行上述的耐腐蚀裂纹的评价试验。从而，对于G/F为0.00和G/F为0.10的样品分别测量良品数量，并且算出上述效果率。此外，样品投入到腐蚀液的投入时间是48小时。在表4和表5中，示出了试验结果，图5是示出截面积H与效果率之间的关系的图。此外，“截面积H”是第一薄部的截面积和第二薄部的截面积中的较小一方的值。

表4

表5

如表4和表5所示，G/F为0.10的样品确认了不管截面积H的大小如何在所有样品中都不产生裂纹。同时，在G/F为0.00的所有样品中确认产生裂纹，特别地，当截面积H为35mm²以下时，明显的是，良品数量极大地减少。设想，这是因为，截面积H为35mm²以下的较小值，使得施加到中间部的单位截面积的应力增大。因此，如从图4中的截面积H与效果率之间的关系已知的那样，在截面积H为例如35mm²以下的较小值的情况下，当G/F大于0.00时，效果更显著地存在。换句话说，在随着火花塞的小径化截面积H为35mm²以下的情况下，G/F大于0.00、即中间部向径向内侧膨出特别有意义。

此外，截面积H小，并且G/F大于0.00，使得有效地施加操作。换句话说，如图4所示，G/F大于0.00，使得：当截面积H为31.2mm²以下时进一步显著地发挥裂纹的抑制效果，当截面积H为26.4mm²以下时，更显著地发挥裂纹的抑制效果，当截面积H为19.4mm²以下时，极大地发挥裂纹的抑制效果。

如上所述，考虑到试验结果，在中间部产生诸如20Hv以上的较大硬度差并且截面积H为诸如35mm²以下的较小值的情况下，中间部向径向内侧膨出，使得显著地发挥操作效果。

接着，在当中间部的膨出到径向最外侧的部位的温度达到600℃时(当中间部的屈曲变形基本上完成时)的施力Q(N)一定之后，在中间部的膨出到径向最外侧的部位的温度达到600℃的前述步骤中，当电流是所述部位达到600℃时的电流的最大振幅的50％时(当通电开始时)的施力P(N)变化时，进行压紧加工，于是制备20个火花塞为一组的多个火花塞样品。接着，对于所制备的各样品分别检查中间部并且中间部的截面形状是特定的。由此，在所有20个样品中中间部向径向内侧和径向外侧膨出的情况下，从防止应力腐蚀裂纹的角度考虑的优选形状能够以极高的比例形成，评价为“◎”，在20个样品中的一半以上的样品中中间部向径向内侧和径向外侧膨出的情况下，从防止应力腐蚀裂纹的角度考虑的优选形状能够以高比例形成，评价为“O”。同时，在20个样品中的一半以上的样品中中间部不向径向内侧膨出的情况下，难以形成向径向内侧和径向外侧膨出的形状的中间部，评价为“X”。在表6中，示出了施力P、Q和评价。

表6

P(N)	Q(N)	评价
			1.0×10³	2.0×10³	◎
1.3×10³	2.0×10³	◎
			1.6×10³	2.0×10³	◎
1.8×10³	2.0×10³	O
			1.9×10³	2.0×10³	O
2.0×10³	2.0×10³	X
			2.3×10³	2.0×10³	X

如表6所示，在施力P小于等于施力Q时形成火花塞的情况下，明显的是，中间部能够以高比例向径向内侧和径向外侧膨出。由于在变形开始之前施加的力P较小，所以能可靠地防止中间部变成容易向径向外侧膨出的形状。特别地，在施力P为0.8Q以下的情况下，中间部能够以极高的比例向径向内侧和径向外侧膨出，从防止所制造的火花塞的应力腐蚀裂纹的角度考虑，该中间部是进一步优选的。

如上所述，施力优选被调整成满足P＜Q，使得中间部向径向内侧和径向外侧膨出，并且施力优选被调整成满足P≤0.8Q。

接着，为了确认当第一模具的与金属壳接触的部位被沿着轴线方向投影到与轴线正交的平面时投影面积S和施力P之间的关系，在投影面积S一定之后，施力P变化，进行压紧加工并且分别制备20个火花塞为一组的火花塞样品。由此，在第一模具和金属壳之间不产生异常放电从而能够在各样品中无任何问题地进行压紧加工的情况下，评价为“O”，在第一模具和金属壳之间产生异常放电并且由于通电不良而妨碍压紧加工的情况下，评价为“△”。在表7中，示出了施力P和评价。此外，投影面积S为90mm²，施力Q为2.0×10³N。

表7

P(N)	300	400	450	600	800
						评价	△	△	O	O	O

如表7所示，当施力P小于450N时，换句话说，当P/S＜5(N/mm²)时，产生通电不良，于是，明显地是，压紧加工受到干扰。同时，当施力P为450N以上时，换句话说，当P/S＞5(N/mm²)时，不会产生通电不良，于是，没有任何问题地进行压紧加工。设想，这是因为，第一模具的与金属壳接触的部位的单位面积的施力变大，第一模具与金属壳以较大的压力接触，于是，更可靠地进行从第一模具到金属壳的通电。

接着，在中间部的屈曲变形开始时的中间部的温度改变之后，进行压紧加工，并且分别制备20个火花塞为一组的火花塞样品。由此，对于所制备的各样品，观察各中间部并且中间部的截面形状是特定的。这里，在所有20个样品中中间部向径向内侧和径向外侧膨出的情况下，评价为“◎”，在20个样品中的一半以上的样品中中间部向径向内侧和径向外侧膨出的情况下，评价为“O”。此外，在第一模具和金属壳之间产生放电的情况下，难以进行压紧加工，因此，评价为“△”。此外，在试验中，通过伺服压力机将施力控制成满足P＜Q，并且中间部开始变形的温度改变。在表8中，示出了中间部的温度和评价以及被设定为与中间部的温度对应的P和Q。

表8

中间部温度(℃)	评价	P(N)	Q(N)
				30	O	1.80×10³	2.20×10³
100	O	1.70×10³	2.20×10³
				250	O	1.40×10³	2.20×10³
350	◎	1.10×10³	2.20×10³
				550	◎	0.60×10³	2.20×10³
750	◎	0.30×10³	2.20×10³
				1000	◎	0.25×10³	2.20×10³
1050	◎	0.22×10³	2.20×10³
				1100	◎	0.20×10³	2.20×10³
1150	△	0.19×10³	2.20×10³

如表8所示，屈曲变形开始时的中间部的温度为350℃以上，使得中间部能够进一步可靠地向径向内侧和径向外侧膨出。同时，如果屈曲变形开始时的中间部的温度高于1100℃，明显的是，产生通电异常。设想，这是因为，屈曲变形开始时的中间部的温度大于1100℃，变形开始时所需的压力小，于是，模具和金属壳之间的紧密接触变差，使得必须对金属壳施加大电流。结果，设想在第一模具和金属壳之间容易产生放电。

如上所述，考虑到试验结果，优选地，施力P和第一模具的大小被设定成P/S≥5(N/mm²)，变形开始时的中间部的温度为350℃以上1100℃以下，使得中间部可靠地形成为期望形状。

此外，本发明不限于上述实施方式；例如，可以包括如下所示的示例。当然，除了这些示例之外的应用例和变型例也可以适用于本发明。

(a)在上述实施方式中，变形开始时中间部41的温度为350℃以上1100℃以下，然而，变形开始时中间部41的温度不限于此。此外，在上述实施方式中，进行通电加热，使得中间部41的沿着轴线CL1的变形量变为0.2mm以上1.0mm以下，并且中间部41的最高温度达到600℃以上1300℃以下，然而，中间部41的沿着轴线CL1的变形量和中间部41的最高温度不限于上述范围。

(b)在上述实施方式中，基于中间部41的沿着轴线CL1的变形量来控制从两个模具51和52施加到金属壳3的施力，然而，施力的控制单元不限于上述说明。

(c)在上述实施方式中，随着火花塞1的小径化，第一薄部43的截面积和第二薄部44的截面积中的较小一方的截面积H为35mm²以下，然而，薄部43和44的截面积不受特别限制。根据本发明，即使在薄部43和44的截面积较大的情况下，也能够有效地防止应力腐蚀裂纹的产生。

(d)在上述实施方式中，在接地电极27被焊接到金属壳3的前端部26的情况下实施本发明，然而，本发明甚至可以适用于金属壳的一部分(或预先焊接到金属壳的前端金属配件的一部分)被切削从而形成接地电极的情况(例如，日本特开2006-236906号公报等)。

(e)在上述实施方式中，工具接合部19具有六边形截面，然而，关于工具接合部19的形状，本发明不限于上述形状。例如，可以适用Bi-HEX(变形12角)形状[ISO22977：2005(E)]。

附图标记列表

1：火花塞(内燃机用火花塞)

2：绝缘体(绝缘子)

3：金属壳

16：凸缘部

19：工具接合部

20：压紧部

41：中间部

42：膨出部

42M：最膨出部

43：第一薄部

44：第二薄部

51：第一模具(模具)

CL1：轴线

Claims

1.一种内燃机用火花塞，其包括：

筒状的绝缘体，其沿轴线方向延伸；和

筒状的金属壳，其被固定到所述绝缘体的外周，

其中，

所述金属壳包括：

凸缘部，其朝向径向外侧膨出；

工具接合部，工具能被接合到所述工具接合部，以将所述金属壳安装到所述内燃机；和

中间部，其位于所述凸缘部和所述工具接合部之间，

所述中间部具有朝向径向内侧和径向外侧二者膨出的膨出部，

所述中间部具有第一薄部和第二薄部，所述第一薄部是在所述轴线方向上位于所述膨出部的后端侧的部位中最薄的部分，所述第二薄部是在所述轴线方向上位于所述中间部的所述膨出部的前端侧的部位中最薄的部分，

所述膨出部具有最膨出部，所述最膨出部是最向径向内侧膨出的部位，

在包括所述轴线的截面中，假设F是所述第一薄部和所述第二薄部之间的沿着所述轴线的距离，G是所述最膨出部的相对于连接所述第一薄部的径向最内侧的部位和所述第二薄部的径向最内侧的部位的假想线朝向径向内侧膨出的膨出量，F和G的单位均为mm，则满足下式(1)：

0.00＜G/F≤0.18... (1)。

2.根据权利要求1所述的内燃机用火花塞，其特征在于，

满足0.00＜G/F≤0.15。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机用火花塞，其特征在于，

假设E 1是所述第一薄部的维氏硬度，E2是所述第二薄部的维氏硬度，E3是所述最膨出部的维氏硬度，E1、E2和E3的单位均为Hv，则至少满足下式(2)和(3)中的任一方：

20≤|E1-E3|... (2)

20≤|E2-E3|... (3)。

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，

在与所述轴线正交的截面中，假设所述第一薄部的截面积和所述第二薄部的截面积中的较小一方是H，H的单位是mm²，则H≤35。

5.根据权利要求4所述的内燃机用火花塞，其特征在于，

H≤31.2。

6.根据权利要求4所述的内燃机用火花塞，其特征在于，

H≤26.4。

7.根据权利要求4所述的内燃机用火花塞，其特征在于，

H≤19.4。

8.一种火花塞的制造方法，所述火花塞包括：

筒状的绝缘体，其沿轴线方向延伸；和

筒状的金属壳，其被固定到所述绝缘体的外周，

其中，

所述金属壳包括中间部，所述中间部具有朝向径向外侧膨出的弯曲形状的外周面，

所述制造方法包括：

当所述绝缘体和所述金属壳彼此固定时，在所述绝缘体贯穿所述金属壳的状态下沿着所述轴线方向对所述金属壳的后端侧施力；对至少所述中间部进行通电加热；使所述中间部压缩、压扁和变形；使所述金属壳的后端开口向径向内侧弯曲；形成压紧部；使所述绝缘体和所述金属壳彼此固定；

在所述施力中，

假设Q是所述中间部的膨出到径向最外侧的部位的温度达到600℃时的施力，P是在所述部位的温度达到600℃的前述步骤中当电流值是所述部位达到600℃时施加到所述中间部的电流值的50％时的施力，Q和P的单位是N，

则满足P＜Q。

9.根据权利要求8所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

满足P≤0.8Q。

10.根据权利要求8或9所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

当所述中间部开始变形时，所述中间部的温度为350℃以上1100℃以下。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

具有与所述压紧部对应的弯曲面的筒状的模具沿着所述轴线移动，使得对所述金属壳的后端部施加所述施力，

假设所述模具的与所述金属壳接触的部位被投影到与所述轴线正交的平面，并且该投影部分的面积为S，S的单位是mm²，

则满足P/S≥5N/mm²。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

当进行所述通电加热时，所述中间部的最高温度为600℃以上1300℃以下。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

所述中间部的沿着所述轴线的变形量为0.2mm至1.0mm。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

基于所述中间部的沿着所述轴线的变形量来控制施加到所述金属壳的后端部的力。

15.根据权利要求8至13中任一项所述的火花塞的制造方法，其特征在于，

基于所述中间部的沿着所述轴线的变形量来控制对所述金属壳的后端部施力的夹具的沿着所述轴线的移动量。