CN103947059A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

在实现高点火性的同时，防止接地电极的顶端部处的立起。火花塞(1)包括：主体金属外壳(3)，其具有螺纹径成为M10以下的螺纹部(15)；中心电极(5)；以及接地电极(27)，其在弯曲部(27B)处弯折，从而在该接地电极(27)与中心电极(5)之间形成火花放电间隙(28)。在接地电极(27)的基端部处的与轴线(CL1)正交的截面中，由自轴线(CL1)向接地电极(27)的外形线引出的两条切线(TL1、TL2)形成的角中的、位于接地电极(27)侧的角的角度(θ)为30°以下。在弯曲部(27B)中的最靠近接地电极(27)的顶端的部位处的、与接地电极(27)的中心轴线(CL2)正交的截面中，接地电极(27)的重心(GP)位于比接地电极(27)的厚度的1/2的位置靠面(27S)侧的位置，接地电极(27)的中心(CP)与重心(GP)之间的、沿着厚度方向的距离成为接地电极(27)的厚度的4％以上。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种使用于内燃机等的火花塞。

背景技术

火花塞安装于内燃机(发动机)等，用于对燃烧室内的混合气体点火。一般来说，火花塞包括：绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，其贯穿于该轴孔的顶端侧；主体金属外壳，其设于绝缘体的外周；以及接地电极，其固定于主体金属外壳的顶端部。接地电极以顶端部与中心电极相对的方式在设于自身的大致中间部分的弯曲部被折回，从而在接地电极的顶端部与中心电极的顶端部之间形成火花放电间隙。而且，通过向火花放电间隙施加高电压而产生火花放电，从而对混合气体进行点火。

此外，近年来，对火花塞具有小径化的要求，为了满足该要求，能够使主体金属外壳小径化，能够使设于主体金属外壳的外周的螺纹部(外螺纹部)的螺纹径较小(例如M10以下)(例如，参照专利文献1等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007－242588号公报

然而，在减小了螺纹部的螺纹径的情况下，沿着与轴线正交的方向的自火花放电间隙至接地电极的距离相对较小。因而，与上述距离较大的情况相比较，在火花放电间隙处生成的火焰中心的增长容易被接地电极阻碍。另外，在上述距离相对较小的情况下，若接地电极被配置在火花放电间隙与燃烧喷射装置之间，则与上述距离较大的情况相比较，更显著地产生因存在接地电极而对混合气体流入火花放电间隙带来的流入阻碍。即，在螺纹径相对较小的、被小径化了的火花塞中，更加担心点火性降低。

因此，考虑在通过使接地电极变细来使火焰中心容易增长并且使混合气体容易流入火花放电间隙、且被小径化了的火花塞中，实现高点火性。

然而，在仅仅是使接地电极变细的情况下，当施加了伴随着内燃机等的工作的振动等时，容易产生接地电极的顶端部向远离中心电极的方向立起(弯曲的接地电极逐渐恢复变形)。这是因为，在伴随着弯曲而在接地电极中残留有内部应力时，较细的接地电极的针对上述内部应力的强度不充分。若接地电极产生立起，则火花放电间隙扩大，因此可能导致放电电压增大、中心电极、接地电极急剧消耗、不能放电这样的情况。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于在被小径化了的火花塞中，在实现高点火性的同时，更可靠地防止接地电极的顶端部处的立起。

以下，对适用于解决上述目的的各结构分项进行说明。另外，根据需要对所对应结构记载特有的作用效果。

结构1.本结构的火花塞的特征在于，该火花塞包括：筒状的绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，其插入设于上述轴孔中；筒状的主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及接地电极，其自身的基端部固定于上述主体金属外壳，并且在弯曲部处向上述中心电极侧弯曲，从而在该接地电极自身的顶端部与上述中心电极之间形成间隙；在上述主体金属外壳的顶端侧外周形成安装用的螺纹部，使上述螺纹部的螺纹径成为M10以下，在上述接地电极的基端部处的与上述轴线正交的截面中，由自上述轴线向上述接地电极的外形线引出的两条切线形成的角中的、位于上述接地电极侧的角的角度为30°以下，在上述弯曲部中的最靠近上述接地电极的顶端的部位处的、与上述接地电极的中心轴线正交的截面中，上述接地电极的重心位于比上述接地电极的厚度的1/2的位置靠上述接地电极的上述中心电极侧的面侧的位置，上述接地电极的厚度方向上的中心与上述重心之间的、沿着上述厚度方向的距离为上述接地电极的厚度的4％以上。

另外，在上述截面中，在接地电极的厚度沿其宽度方向不同的情况下，“接地电极的厚度”为上述截面中的接地电极的最大厚度。

结构2.本结构的火花塞为，在上述结构1所述的火花塞的基础上，其特征在于，在上述弯曲部的任意的部位处的、与上述接地电极的中心轴线正交的截面中，上述接地电极的重心位于比上述接地电极的厚度的1/2的位置靠上述接地电极的上述中心电极侧的面侧的位置，上述接地电极的厚度方向上的中心与上述重心之间的、沿着上述厚度方向的距离为上述接地电极的厚度的4％以上。

结构3.本结构的火花塞为，在上述结构1或2所述的火花塞的基础上，其特征在于，在上述截面中，上述接地电极中的位于比上述重心靠上述中心电极侧的部位的硬度大于上述接地电极中的位于比上述重心靠与上述中心电极相反的一侧的部位的硬度。

出于提高防止接地电极的立起的效果这一点，较为有效的是增大接地电极的硬度并提高相对于内部应力的强度。然而，若增大接地电极的硬度，则内部应力也将增大。因此，仅仅通过增大硬度，可能不会充分地提高防止立起的效果。

结构4.本结构的火花塞为，在上述结构1至3中任一项所述的火花塞的基础上，其特征在于，上述间隙形成于上述接地电极的上述中心电极侧的面与上述中心电极的顶端面之间，在穿过上述间隙并与上述轴线正交的截面中，当自上述轴线引出两条与上述接地电极的外形线相切的切线而在上述接地电极的外形线上获得两个切点时，位于该两个切点之间且位于与上述中心电极相反的一侧的上述外形线由多个线段、朝向远离上述接地电极的重心的一侧凸起的弯曲线、或者由一个以上的线段以及上述弯曲线形成，在将位于上述两个切点之间且位于上述中心电极侧的上述外形线的长度设为A(mm)，将位于上述两个切点之间且位于与上述中心电极相反的一侧的上述外形线的长度设为B(mm)时，满足1.43≤B/A≤1.91。

如上述那样，通过使上述角度为30°以下，从而即使在以在间隙与燃料喷射装置之间存在接地电极这样的状态安装有火花塞的情况下，也能够防止接地电极对混合气体流入间隙带来流入阻碍。然而，根据接地电极的外周形状，存在如下隐患：在接地电极的侧面产生混合气体的剥离，在间隙中，混合气体的流动未成为恒定(产生紊乱)、混合气体自间隙朝向接地电极侧流动(逆流)。如此，在间隙中，若混合气体的流动产生紊乱、逆流，则可能会给混合气体的点火、火焰中心的增长产生障碍。

结构5.本结构的火花塞为，在上述结构1至4中任一项所述的火花塞的基础上，其特征在于，上述间隙形成于上述接地电极的上述中心电极侧的面与上述中心电极的顶端面之间，在上述接地电极中的与形成上述间隙的部位相对应的沿上述接地电极的中心轴线方向的范围内的、与上述接地电极的中心轴线正交的截面中，当自上述中心电极的顶端面的外形线中心引出两条与上述接地电极的外形线相切的切线而在上述接地电极的外形线上获得两个切点时，位于该两个切点之间且位于上述中心电极侧的上述外形线的长度成为1.35mm以上。

结构6.本结构的火花塞为，在上述结构1至5中任一项所述的火花塞的基础上，其特征在于，上述间隙形成于上述接地电极的上述中心电极侧的面与上述中心电极的顶端面之间，当自上述轴线方向顶端侧观察时，上述接地电极的顶端位于比上述中心电极的顶端面中的离上述接地电极的基端部最远的部位靠上述接地电极的基端部侧的位置。

结构7.本结构的火花塞为，在上述结构1至6中任一项所述的火花塞的基础上，其特征在于，上述接地电极由含有95质量％以上镍的金属形成。

根据结构1的火花塞在接地电极的基端部处的与轴线正交的截面中，由自轴线向接地电极的外形线引出的两条切线形成的角中的、位于接地电极侧的角的角度为30°以下。即，使接地电极充分细(宽度小)，能够更可靠地防止接地电极对火焰中心的增长带来的增长阻碍、对混合气体流入间隙带来的流入阻碍。其结果，在螺纹部的螺纹径成为M10以下、更担心点火性降低的火花塞中，能够实现优异的点火性。

然而，在相对较细的接地电极中，担心接地电极的顶端部处的立起。这里，如上述那样，伴随着弯曲而在接地电极中残留有内部应力，考虑在接地电极中主要残留有两种内部应力。即，由于接地电极的弯曲部中的靠中心电极侧(弯曲内侧)的部位是伴随着弯曲而被压缩的部分，因此在上述弯曲内侧的部位残留有朝向释放压缩状态的方向(延伸方向)的内部应力。另一方面，由于弯曲部中的与中心电极相反的一侧(弯曲外侧)的部位是伴随着弯曲而延伸的部分，因此在上述弯曲外侧的部位残留有朝向释放延伸状态的方向的内部应力(拉伸应力)。而且，由该拉伸应力对接地电极的顶端部施加朝向将其拉到弯曲部的方向的力。这里，虽然上述两个内部应力分别作用于使接地电极的顶端部产生立起的方向，但是拉伸应力的影响尤其大，接地电极的立起主要因拉伸应力而产生。

而且，根据根据结构1的火花塞，在弯曲部中的最靠近接地电极的顶端的部位处的、与接地电极的中心轴线正交的截面中，接地电极的重心位于比接地电极的厚度的1/2的位置靠接地电极的中心电极侧的面侧(弯曲内侧)的位置，并且，沿接地电极的厚度方向的、接地电极的中心与重心之间的距离成为接地电极的厚度的4％以上。即，在弯曲部中的最靠近接地电极的顶端的部位，使位于比上述中心靠弯曲外侧的部分的截面积充分小。因而，能够减少弯曲部中的最靠近接地电极的顶端的部位的拉伸应力，从而能够更可靠地防止接地电极的顶端部处的立起。其结果，能够防止放电电压的伴随着接地电极的立起的增大，从而能够实现耐久性的提高。

另外，弯曲部中的最靠近接地电极的顶端的部位的拉伸应力直接作用于接地电极的顶端部，成为使接地电极产生立起的重要因素。因此，使弯曲部中的最靠近接地电极的顶端的部位的拉伸应力减少，会在抑制接地电极的立起这一点有效地发挥作用。

根据结构2的火花塞，在弯曲部的整个区域中，使接地电极的重心位于比接地电极的厚度的1/2的位置靠弯曲内侧的位置，并且使上述中心与上述重心之间的、沿着接地电极的厚度方向的距离成为接地电极的厚度的4％以上。因而，在弯曲部的整个区域中，能够减小接地电极中的位于比上述中心靠弯曲外侧的部位的截面积，从而能够进一步减少残留于接地电极的拉伸应力。其结果，能够更有效地防止接地电极的顶端部处的立起。

根据结构3的火花塞，接地电极中的位于比上述重心靠中心电极侧(弯曲内侧)的部位的硬度大于接地电极中的位于比上述重心靠与中心电极相反的一侧(弯曲外侧)的部位的硬度。因而，能够在抑制残留于接地电极的弯曲外侧的拉伸应力的增大的同时，能够提高接地电极中的位于弯曲内侧的部位的强度(换句话说，能够使强度的提高的量大于应力因硬度的增大而增加的量)。其结果，能够提高接地电极相对于内部应力的强度，从而能够进一步有效地防止接地电极的立起。

根据结构4的火花塞，即使在以于间隙与燃料喷射装置之间存在接地电极这样的状态安装了火花塞的情况下，也不会在接地电极的侧面产生混合气体的剥离，能够使自接地电极朝向间隙侧流动的混合气体顺畅地流入间隙。结果，能够实现点火性的进一步提高。

根据结构5的火花塞，接地电极中的与间隙相对应的面(放电面)的宽度充分大。因而，与放电面的宽度较小的情况相比较，间隙难以进一步扩大(放电面的宽度较大的接地电极与较小的接地电极中，在假设两者中的接地电极的消耗量相同时，放电面的宽度较大的一方的间隙难以扩大)。另外，间隙难以扩大，从而能够抑制放电电压伴随着间隙的扩大的增大，能够进一步抑制电极的消耗(间隙的扩大)。其结果，能够进一步提高耐久性。

根据结构6的火花塞，能够进一步可靠地抑制接地电极的顶端部对火焰中心的增长带来的增长阻碍，从而能够使火焰中心更大地增长。其结果，能够实现更优异的点火性。

根据结构7的火花塞，接地电极由含有95质量％以上导热性优异的镍(Ni)的金属形成。因而，能够提高接地电极的耐消耗性，从而能够实现耐久性的进一步提高。

附图说明

图1是表示火花塞的结构的局部剖切主视图。

图2是表示火花塞的顶端部的结构的局部剖切放大主视图。

图3是用于说明角度θ的接地电极等的放大剖视图。

图4是表示弯曲部中的接地电极的沿厚度方向的中心、重心的放大剖视图。

图5的(a)是制造接地电极时使用的金属模具等的剖视图，图5的(b)是图5的(a)的J－J线剖视图。

图6是接地电极的表示外形线的长度等的放大端面图。

图7是表示接地电极的顶端相对于中心电极的相对位置的放大仰视图。

图8是表示与火花放电间隙相对应的部位处的接地电极等的放大端面图。

图9是表示将角度θ进行各种改变而得到的试样中的点火性评价试验的结果的图表。

图10是表示将偏移比例进行各种改变而得到的试样中的耐立起性试验的结果的图表。

图11是表示将长度C进行各种改变而得到的试样中的台架火花耐久试验的结果的图表。

图12是表示将距离E进行各种改变而得到的试样中的极限空燃比确认试验的结果的图表。

图13是表示将接地电极中的含Ni量进行各种改变而得到的试样中的台架火花耐久试验的结果的图表。

图14的(a)、(b)是表示另一实施方式中的接地电极的形状的放大剖视图。

图15是表示另一实施方式中的接地电极的形状的放大剖视图。

图16是表示另一实施方式中的接地电极的形状的放大剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明一实施方式。图1是表示火花塞1的局部剖切主视图。另外，在图1中，将火花塞1的轴线CL1方向设为附图的上下方向，将下侧设为火花塞1的顶端侧，将上侧设为后端侧来进行说明。

火花塞1由呈筒状的作为绝缘体的绝缘电瓷2和保持该绝缘电瓷2的筒状的主体金属外壳3等构成。

绝缘电瓷2是如公知那样通过烧结氧化铝等而形成的，在其外形部包括：后端侧主体部10，其形成于后端侧；大径部11，其在比该后端侧主体部10靠顶端侧的位置向径向外侧突出形成；中间主体部12，其在比该大径部11靠顶端侧的位置以比该大径部11细的直径形成；以及脚部13，其在比该中间主体部12靠顶端侧的位置以比该中间主体部12细的直径形成。此外，绝缘电瓷2中的大径部11、中间主体部12以及大部分的脚部13容纳于主体金属外壳3的内部。而且，在中间主体部12和脚部13之间的连接部形成有锥状的台阶部14，利用该台阶部14将绝缘电瓷2卡定于主体金属外壳3。

而且，在绝缘电瓷2中贯穿形成有沿轴线CLl延伸的轴孔4，在该轴孔4的顶端侧插入并固定有中心电极5。该中心电极5包括内层5A和外层5B，该内层5A由导热性优异的金属(例如铜、铜合金、纯镍(Ni)等)构成，该外层5B由以Ni为主要成分的合金构成。另外，中心电极5整体呈棒状(圆柱状)，其顶端部分从绝缘电瓷2的顶端突出。

此外，在轴孔4的后端侧，以从绝缘电瓷2的后端突出的状态插入并固定有端子电极6。

而且，在轴孔4的中心电极5与端子电极6之间配设有圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部隔着导电性的玻璃密封层8、9分别与中心电极5和端子电极6电连接。

此外，上述主体金属外壳3由低碳钢等金属形成为筒状，在其顶端部外周形成有螺纹部(外螺纹部)15，该螺纹部15用于将火花塞1安装于内燃机、燃料电池改性器等燃烧装置。另外，在螺纹部15的后端侧形成有向外周侧突出的座部16，在螺纹部15后端的螺纹颈17嵌入有环状的垫圈18。而且，在主体金属外壳3的后端侧设有截面六边形形状的工具卡合部19，该工具卡合部19用于在将主体金属外壳3安装于燃烧装置时与扳手等工具相卡合。另外，在主体金属外壳3的后端部设有向径向内侧弯曲的紧固部20。另外，在本实施方式中，为了实现火花塞1的小型化而使主体金属外壳3小径化，并使螺纹部15的螺纹径成为M10以下。

另外，在主体金属外壳3的内周面设有用于卡定绝缘电瓷2的锥状的台阶部21。并且，绝缘电瓷2相对于主体金属外壳3从主体金属外壳3的后端侧向顶端侧插入，在自身的台阶部14与主体金属外壳3的台阶部21相卡定的状态下,使主体金属外壳3的后端侧的开口部向径向内侧紧固、即通过形成上述紧固部20，绝缘电瓷2固定于主体金属外壳3。另外，在上述台阶部14、21之间夹设有圆环状的衬板22。由此，将会保持燃烧室内的气密性，避免进入暴露于燃烧室内的绝缘电瓷2的脚部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙的气体燃料向外部泄漏。

而且，为了使紧固作用下的密闭更加完全，在主体金属外壳3的后端侧的、主体金属外壳3与绝缘电瓷2之间夹设有环状的环构件23、24，在环构件23、24之间填充有滑石(talc)25的粉末。即，主体金属外壳3通过衬板22、环构件23、24以及滑石25保持绝缘电瓷2。

另外，如图2所示，在主体金属外壳3的顶端部26接合有接地电极27，该接地电极27在弯曲部27B被向中心电极5侧弯折，从而该接地电极27的顶端部侧面与中心电极5的顶端部相对。此外，在中心电极5的顶端面与接地电极27的中心电极5侧的面27S之间之间形成有作为间隙的火花放电间隙28，在该火花放电间隙28中，在大致沿轴线CLl的方向上进行火花放电。

然而，在火花放电间隙28至接地电极27的沿着与轴线CL1正交的方向的距离相对较小的情况下，与上述距离较大的情况相比较，在火花放电间隙28中生成的火焰中心的增长容易被接地电极27阻碍。另外，在上述距离相对较小的情况下，若接地电极27被配置在火花放电间隙28与燃烧喷射装置之间，则与上述距离较大的情况相比较，容易显著地产生因接地电极27的存在而对混合气体流入火花放电间隙28带来的流入阻碍。即，在沿着与轴线CL1正交的方向的自火花放电间隙28至接地电极27的距离相对较小的情况下，点火性容易进一步降低。因而，在如本实施方式那样使螺纹部15的螺纹径成为M10以下而使上述距离较小的火花塞1中，更担心点火性的降低。

因此，在本实施方式中，为了防止点火性降低，将接地电极27做成相对较细，如图3(在图3中未示出绝缘电瓷2等)所示，在接地电极27的基端部处的与轴线CL1正交的截面中，由自轴线CL1向接地电极27的外形线引出的两条切线TL1、TL2形成的角中的、位于接地电极27侧的角的角度θ为30°以下。

在如此使角度θ为30°以下的情况下，能够防止点火性的降低，另一方面，相对于伴随着弯曲而残留于接地电极27的内部应力的强度容易变得不充分。因此，由于在内燃机等工作时被施加振动等，存在接地电极27在上述内部应力的作用下逐渐恢复变形(接地电极27的顶端部向远离中心电极5的顶端的方向立起)的隐患。

因此，在本实施方式中，为了防止接地电极27顶端部立起，如图4所示，在上述弯曲部27B中的最靠近接地电极27的顶端的部位处的、与上述中心轴线CL2正交的截面中，接地电极27的重心GP位于比接地电极27的厚度的1/2的位置(接地电极27的中心CP)靠接地电极27的中心电极5侧的面27S侧的位置。而且，沿着接地电极27的厚度方向(在图4中是与面27S正交的直线L1方向)的接地电极27的中心CP与上述重心GP之间的、沿上述厚度方向的距离X成为接地电极27的厚度T的4％以上。

另外，出于更可靠地防止接地电极27的立起这一观点，更优选的是，在弯曲部27B的任意部位处的、与上述中心轴线CL2正交的截面中，使上述重心GP位于比接地电极27的厚度的1/2的位置(中心CP)靠上述面27S侧的位置，并使上述距离X成为上述厚度T的4％以上。即，更优选的是，在弯曲部27B的整个区域中，使上述重心GP位于比上述中心CP靠上述面27S侧的位置，并使上述距离X成为上述厚度T的4％以上。

另外，在本实施方式中，为了使上述重心GP位于比上述中心CP靠上述面27S侧的位置、并且使距离X成为厚度T的4％以上，在与上述中心轴线CL2正交的截面中，使上述面27S成为平面，另一方面，使其他的面成为朝向外侧凸起的弯曲面。而且，使接地电极27中的、沿其厚度方向而位于比上述中心CP靠上述面27S侧的位置的部位的截面积充分地大于接地电极27的截面积的一半。

而且，为了进一步可靠地防止接地电极27的立起，使上述截面中的、接地电极27中的位于比上述重心GP靠中心电极5侧的位置的部位的硬度大于接地电极27中的位于比上述重心GP靠与中心电极5相反的一侧的位置的部位的硬度。

另外，在本实施方式中，通过使形成接地电极27时的、位于上述面27S侧的部位的加工率大于位于与上述面27S相反的一侧的部位的加工率(使位于上述面27S侧的部位更大地变形)而产生硬度差。例如，能够如图5的(a)、(b)所示地使用具有与接地电极27的截面形状对应的孔部HO的金属模具MP，对将成为接地电极27的截面圆形状的线材WM施加塑性加工而得到接地电极27，从而在接地电极27中产生硬度差。

顺便提及，在于火花放电间隙28与燃烧喷射装置之间配置有接地电极27的情况下，由于如上述那样使上述角度θ为30°以下，因此混合气体绕过接地电极27的侧面而向火花放电间隙28流入。然而，存在流入火花放电间隙28的混合气体的流动未变得恒定(产生紊乱)、绕过接地电极27的混合气体自火花放电间隙28朝向接地电极27侧流动(逆流)的隐患。如此，若在火花放电间隙28中，混合气体的流动产生紊乱、逆流，则可能对向混合气体的点火、火焰中心的增长产生障碍。

鉴于这一点，在本实施方式中，如图6所示，在通过火花放电间隙28且与轴线CL1正交的截面中，当自轴线CL1引出与接地电极27的外形线相切的两条切线TL3、TL4并在接地电极27的外形线上获取两个切点P1、P2时，位于两个切点P1、P2之间并位于与中心电极5相反的一侧的外形线OL1由朝向自接地电极27的重心GP远离接地电极27的重心GP的一侧凸起的弯曲线形成。而且，在使位于两个切点P1、P2之间并位于中心电极5侧的外形线OL2的长度为A(mm)、使上述外形线OL1的长度为B(mm)时，构成为满足1.43≤B/A≤1.91。另外，在接地电极27中的、在轴线CL1方向上与火花放电间隙28相对应的部位(在图2中标注散点图案的部位)的整个区域中，外形线OL1由朝向远离上述重心GP的一侧凸起的弯曲线形成，并且构成为满足1.43≤B/A≤1.91。

而且，在本实施方式中，为了实现点火性的进一步提高，如图7(在图7中未示出主体金属外壳3等)所示，在自轴线CL1方向顶端侧观察时，接地电极27的顶端位于比中心电极5的顶端面中的离接地电极27的基端部最远的部位5E靠接地电极27的基端部一侧的位置。

另外，在本实施方式中，使接地电极27中的与火花放电间隙28相对应的部位的宽度充分地大。具体而言，在接地电极27中的与形成火花放电间隙28的部位相对应的、沿接地电极27的中心轴线CL2方向的范围RA(参照图2)内的、与上述中心轴线CL2正交的截面中，如图8所示，自中心电极5的顶端面的外形线中心CO引出与接地电极27的外形线相切的两条切线TL5、TL6。而且，当在接地电极27的外形线上获得两个切点P3、P4时，使接地电极27的位于两个切点P3、P4之间并位于中心电极5侧的外形线OL3的长度C为1.35mm以上。

此外，接地电极27为了提高其耐消耗性而利用含有95质量％以上的Ni的金属形成。另外，为了实现耐消耗性的进一步提高，也可以使接地电极27中含有锰(Mn)、铬(Cr)、铝(Al)。

另外，在本实施方式中，在接地电极27的沿中心轴线CL2的整个区域中，接地电极27的截面形状构成为相同。

如以上详细叙述那样，根据本实施方式，使上述角度θ为30°以下，使接地电极27充分细。因而，能够更可靠地防止因接地电极27对火焰中心的增长带来的增长阻碍、对混合气体流入火花放电间隙28带来的流入阻碍。其结果，在使螺纹部15的螺纹径成为M10以下、更担心点火性降低的火花塞1中，能够实现优异的点火性。

并且，在本实施方式中，在弯曲部27B中的最靠近接地电极27的顶端的部位处的、与接地电极27的中心轴线CL2正交的截面中，接地电极27的重心GP位于比接地电极27的厚度的1/2的位置靠接地电极27的上述面27S侧(弯曲内侧)的位置，并且，使接地电极27的沿接地电极27的厚度方向的中心CP与上述重心GP之间的距离X成为接地电极27的厚度T的4％以上。即，在弯曲部27B中的最靠近接地电极27的顶端的部位，使位于比上述中心CP靠弯曲外侧的部分的截面积充分地小。因而，能够减少弯曲部27B中的最靠近接地电极27的顶端的部位的拉伸应力，从而能够更可靠地防止接地电极27的顶端部处的立起。其结果，能够防止伴随着接地电极27的立起的放电电压的增大，能够实现耐久性的提高。

另外，弯曲部27B中的最靠近接地电极27的顶端的部位处的拉伸应力直接地作用于接地电极27的顶端部，并成为引发接地电极27的立起的重要因素。因此，减少弯曲部27B中的最靠近接地电极27的顶端的部位的拉伸应力在抑制接地电极27立起的方面有效地起作用。

而且，在本实施方式中，使接地电极27中的位于比上述重心GP靠中心电极5侧(弯曲内侧)的部位的硬度大于接地电极27中的位于比上述重心GP靠与中心电极5相反的一侧(弯曲外侧)的部位的硬度。因而，能够在抑制残留于接地电极27的弯曲外侧的拉伸应力的增大的同时，提高接地电极27中的位于弯曲内侧的部位的强度。其结果，能够提高接地电极27相对于内部应力的强度，能够进一步有效地防止接地电极27的立起。

此外，构成为上述外形线OL1的长度B(mm)以及上述外形线OL2的长度A(mm)满足1.43≤B/A≤1.91。因而，即使以在火花放电间隙28与燃料喷射装置之间存在接地电极27的状态安装了火花塞1的情况下，也能够以不会在接地电极27的侧面产生混合气体的剥离为前提使自接地电极27朝向火花放电间隙28侧流动的混合气体顺畅地流入火花放电间隙28。其结果，能够使火焰中心更可靠地增长，从而能够实现点火性的进一步提高。

并且，使上述外形线OL3的长度C成为1.35mm以上，且使接地电极27中的与火花放电间隙28相对应的面(放电面)的宽度充分地大。因而，与放电面的宽度较小的情况相比较，火花放电间隙28难以进一步扩大。另外，因火花放电间隙28变得难以扩大，因此能够抑制伴随着火花放电间隙28的扩大的放电电压的增大，从而能够进一步抑制电极5、27的消耗(火花放电间隙28的扩大)。其结果，能够进一步提高耐久性。

另外，在自轴线CL1方向顶端侧观察时，接地电极27的顶端位于比中心电极5的顶端面中的离接地电极27的基端部最远的部位5E靠接地电极27的基端部侧的位置。因而，能够进一步可靠地抑制接地电极27的顶端部对火焰中心的增长带来的增长阻碍，从而能够使火焰中心更大地增长。其结果，能够实现更优异的点火性。

而且，接地电极27利用含有95质量％以上导热性优异的Ni的金属形成。因而，能够提高接地电极27的耐消耗性，从而能够实现耐久性的进一步的提高。

接着，为了确认上述实施方式所起到的作用效果，通过在使螺纹部的螺纹径成为M10、M12或者M14的基础上改变接地电极的粗细，制作将上述角度θ进行各种改变而得到的火花塞的试样，并针对各试样进行了点火性评价试验。点火性评价试验的概要如下。即，以接地电极位于燃料喷射装置与火花放电间隙之间的方式将试样安装于排气量为1.5L的4缸发动机。然后，在使发动机工作的同时，使点火时刻逐渐提前，测量了平均燃烧压力的变动率达到20％时的点火提前角(℃A)。在图9中示出该试验的试验结果。另外，上述点火提前角越大，意味着点火性越优异。另外，在图9中，用黑色圆点表示使角度θ成为30°而得到的试样的试验结果，用黑色三角形表示使角度θ成为32°而得到的试样的试验结果，用黑色四边形表示使角度θ成为34°而得到的试样的试验结果。而且，用白色圆点表示使角度θ成为36°而得到的试样的试验结果，用白色三角形表示使角度θ成为38°而得到的试样的试验结果，用白色四边形表示使角度θ成为40°而得到的试样的试验结果。另外，对于使螺纹径成为M10而得到的试样，使沿着与轴线正交的方向的、自轴线至接地电极基端面的中心的距离成为3.6mm，对于使螺纹径成为M12而得到的试样的上述距离成为4.3mm，对于使螺纹径成为M14而得到的试样的上述距离成为5.1mm。

如图9所示，得知对于使螺纹径成为M12或者M14而得到的试样，即使使角度θ在30°～40°的范围内变化，点火提前角也不会大不相同，螺纹径成为M12或者M14而得到的试样分别具有优异的点火性。

与此相对，对于使螺纹径成为M10而得到的试样，确认到伴随着角度θ的变化，点火提前角较大地变化，容易产生点火性的降低。考虑这是因为，对于使螺纹径成为M10而得到的试样，火花放电间隙以及接地电极之间的距离较小，因此因接地电极的存在而对火焰中心的增长带来的增长阻碍、对混合气体流入火花放电间隙的流入阻碍带来的影响较大。

然而，得知在使螺纹径成为M10而得到的试样之中的、使角度θ成为30°而得到的试样也具有与使螺纹径成为M12或者M14而得到的试样相同程度以上的优异的点火性。考虑这是因为由于接地电极充分细，因此即使火花放电间隙以及接地电极之间的距离较小，也能够更可靠地防止接地电极对火焰中心的增长带来的阻碍、对混合气体流入火花放电间隙带来的流入阻碍。

根据上述试验的结果，可以说在容易产生点火性的降低、使螺纹径成为M10以下而得到的火花塞中，为了实现优异的点火性，优选的是使角度θ为30°以下。

接下来，制作了五根如下火花塞的试样：该火花塞的试样通过在弯曲部中的最靠近接地电极的顶端的部位处的、与接地电极的中心轴线正交的截面中，改变接地电极的厚度方向上的、接地电极的重心相对于接地电极的中心的位置，从而对上述距离X相对于上述厚度T的比例(偏移比例)进行各种改变，并针对各试样进行了耐立起性试验。耐立起性试验的概要如下。即，在将试样安装于排气量为1.3L的4缸发动机的基础上，使发动机以全开状态(4800rpm)工作50小时。经过了50小时之后，观察试样的接地电极，确认是否在接地电极的顶端部产生了立起。在图10中示出各偏移比例下的、产生了立起的试样的根数(立起根数)。另外，通过使获得接地电极时的加工率变化而改变偏移比例。此外，对于各试样，均使沿着轴线的、自主体金属外壳的顶端至火花放电间隙的中心的距离为3mm，使火花放电间隙的大小为0.9mm(以下相同)。

而且，对于各试样，均使接地电极相对较细，使角度θ为30°以下。即，使用了相对于内部应力的强度并不那么高，容易引发接地电极中的立起的接地电极。

如图10所示，得知对于使偏移比例成为4％以上的试样，无论是否使角度θ为30°以下，即使被长时间施加了较大的振动，也不会引发接地电极的立起。考虑到这是因为，通过在弯曲部中的最靠近接地电极的顶端的部位处使接地电极的重心位于比其中心(厚度中心)靠中心电极侧(弯曲内侧)的位置，并且使偏移比例成为4％以上，从而位于比上述厚度中心靠与中心电极相反的一侧(弯曲外侧)的部位的截面积减少，进而作用于接地电极的顶端部的拉伸应力减少。

另外，认为在弯曲部中的最靠近接地电极的顶端的部位处产生的拉伸应力直接作用于接地电极的顶端部，成为引发接地电极的立起的重要因素。因此，考虑使弯曲部中的最靠近接地电极的顶端的部位的拉伸应力减少，会在抑制接地电极的立起这一点有效地发挥作用。

根据上述试验的结果，可以说在使角度θ为30°以下、且容易引发接地电极的立起的火花塞中，为了更可靠地防止接地电极的立起，优选的是，在弯曲部中的最靠近接地电极的顶端的部位处的、与接地电极的中心轴线正交的截面中，使接地电极的重心位于比接地电极的厚度的1/2的位置(中心)靠接地电极的中心电极侧的面侧的位置，并且使沿接地电极的厚度方向的接地电极的中心与重心之间的、沿上述厚度方向的距离成为接地电极的厚度的4％以上。

另外，出于进一步减少拉伸应力并进一步可靠地防止接地电极的立起这一观点，可以说更优选的是，在弯曲部的整个区域中满足上述结构。

接着，分别制作了如下六根火花塞的试样：在弯曲部的截面中使接地电极中的位于比上述重心靠中心电极侧的部位(弯曲内侧部位)的硬度等同于接地电极中的位于比上述重心靠与中心电极相反的一侧的部位(弯曲外侧部位)的硬度而得到的火花塞的试样(无硬度差)、以及使弯曲内侧部位的硬度大于弯曲外侧部位的硬度而得到的火花塞的试样(有硬度差)，并针对各试样进行了上述耐立起性试验。另外，在该试验中，使发动机以全开状态(5600rpm)工作100小时，并以更严苛的条件对试样施加了振动。在表1中示出该试验的试验结果。另外，在表1中，用“×”表示接地电极产生了立起，用“○”表示接地电极未产生立起。另外，对于各试样，均使角度θ为30°以下，并且使接地电极的重心位于比其厚度中心靠中心电极侧的位置，并且使上述距离X相对于上述厚度T的比例成为4％以上。而且，使螺纹部的螺纹径成为M10。

[表1]

试样	无硬度差	有硬度差
			1	×	○
2	×	○
			3	○	○
4	×	○
			5	○	○
6	○	○

如表1所示，得知使弯曲内侧部位的硬度大于弯曲外侧部位的硬度而得到的试样(有硬度差)即使在更严苛的条件下也能够防止接地电极的立起。考虑这是因为，通过使硬度增大来提高相对于内部应力的强度，另一方面，伴随着硬度的增大，内部应力也增大，出于这一点，通过使弯曲内侧部位的硬度大于弯曲外侧部位的硬度，从而在抑制了弯曲外侧部位处的拉伸应力的增大的同时，使接地电极的相对于拉伸应力的强度提高。

根据上述试验的结果，可以说出于进一步可靠地防止接地电极的立起这一观点，优选的是，在弯曲部的截面中，使接地电极中的位于比上述重心靠中心电极侧的部位的硬度大于接地电极中的位于比上述重心靠与中心电极相反的一侧的部位的硬度。

接下来，制作如下火花塞的试样：通过改变接地电极中的在轴线方向上与火花放电间隙相对应的部位的外周形状、从而对上述外形线OL1的长度B相对于上述外形线OL2的长度A的比例(B/A)进行各种改变，并针对各试样进行了气流分析试验。气流分析试验的概要如下。即，在使空气的流速成为20m/s内的管内，以接地电极位于上风侧(上游侧)的状态(风吹至接地电极的背面的状态)配置了试样的顶端部。在此基础上，分析火花放电间隙中的气流，确认是否产生了流动非恒定的气流(紊乱)、自火花放电间隙侧朝向接地电极侧的气流(逆流)。在表2中示出该试验的试验结果。另外，在表2中，“○”表示未产生紊乱、逆流，而是产生了自接地电极朝向火花放电间隙侧的气流。另外，对于各试样，均使螺纹部的螺纹径成为M10。

[表2]

B/A	逆流	率乱
			1.20	产生	产生
1.31	产生	产生
			1.43	○	○
1.50	○	○
			1.78	○	○
1.84	○	○
			1.91	○	○
2.07	○	产生
			2.20	产生	产生

如表2所示，得知对于使B/A成为1.43～1.91的试样，即使在风(混合气体)吹至接地电极的背面这样的状态下，也不会在火花放电间隙中产生紊乱、逆流，具有更优异的点火性。

根据上述试验的结果，可以说出于即使在混合气体吹至接地电极的背面这样的状态下，也能够以不会在火花放电间隙中产生紊乱、逆流的前提下使点火性进一步提高这一点，优选的是，满足1.43≤B/A≤1.91。

接着，制作如下火花塞的试样：通过改变接地电极的外周形状而将上述范围RA内的上述外形线OL3的长度C进行各种改变，并针对各试样进行了台架火花耐久试验。台架火花耐久试验的概要如下。即，在将试样安装在预定的腔室之后，使腔室内成为大气环境，并且将腔室内的压力设定为0.4MPa。在此基础上，利用使施加电压的频率成为60Hz(即，以每分钟3600次的比例施加电压)的无触点式的点火装置，对试样(火花放电间隙)施加电压，产生了持续100小时以中心电极为负极的火花放电。然后，经过100小时之后，利用销规测量火花放电间隙的大小，测量了火花放电间隙的大小的扩大量(间隙增加量)。在图11中示出该试验的结果。另外，对于各试样，均使试验前的火花放电间隙的大小成为0.9mm，使角度θ为30°以下。另外，使中心电极的尺寸以及构成材料相同，构成为中心电极的伴随着火花放电的消耗量成为恒定(即，间隙增加量的差异仅基于接地电极的消耗而产生)。

如图11所示，显而易见对于使长度C成为1.35mm以上的试样，即使在角度θ为30°以下、担心火花放电间隙的急剧扩大的情况下，也能够明显减小间隙增加量。考虑到其原因是，由于使接地电极中的与火花放电间隙相对应的面(放电面)的宽度充分大，与放电面的宽度较小的接地电极相比较，火花放电间隙难以扩大，以及由于火花放电间隙难以扩大，抑制了放电电压的增大。

根据上述试验的结果，可以说为了防止因接地电极伴随着火花放电的消耗而导致的火花放电间隙的急剧扩大，并实现良好耐久性，优选的是，使上述长度C成为1.35mm以上。

接下来，以在自轴线方向顶端侧观察时中心电极中的、离接地电极的基端部最远的部位为基准，沿接地电极的中心轴线以自上述基准起接地电极的基端侧为正侧，制作了对沿着上述中心轴线的、自上述基准至接地电极的顶端的距离E进行了各种改变而得火花塞的试样，并针对各试样进行了极限空燃比确认试验。极限空燃比确认试验的概要如下。即，在将各试样安装于预定的发动机之后，在使该发动机工作的同时，使空燃比逐渐增大(减少燃料)，以各空燃比为单位测量了发动机扭矩的变动率。然后，将发动机扭矩的变动率超过5％时的空燃比指定为极限空燃比。在图12中示出该试验的结果。另外，极限空燃比越大，意味着点火性越优异。另外，距离E为正的意思是，在自轴线方向顶端侧观察时，接地电极的顶端位于比中心电极的顶端面中的离接地电极的基端部最远的部位靠接地电极的基端部侧的位置(换句话说，在自轴线方向顶端侧观察时，中心电极顶端面的至少一部分能够被目视确认)。

如图12所示，得知使距离E为正的试样的点火性优异。考虑到这是因为接地电极的顶端部对火焰中心的增长带来的阻碍被抑制。

根据上述试验的结果，可以说为了实现点火性的进一步提高，优选的是，在自轴线方向顶端侧观察时，接地电极的顶端位于比中心电极的顶端面中的离接地电极的基端部最远的部位靠接地电极的基端部侧的位置。

接着，制作对构成接地电极的金属材料的含Ni量(质量％)进行各种改变而得到的火花塞的试样，并针对各试样进行了上述台架火花耐久试验。在图13中示出该试验的结果。另外，对于各试样，均使上述距离E成为+0.3mm。另外，使中心电极的尺寸以及构成材料相同，中心电极伴随着火花放电的消耗量成为恒定(即，间隙增加量的差异仅基于接地电极的消耗而产生)。

如图13所示，确认到对于使含Ni量成为95质量％以上的试样来说，间隙增加量显著变小，接地电极的耐消耗性优异。

根据上述试验的结果，可以说为了提高接地电极中的耐消耗性，实现更优异的耐久性，优选的是，利用含有95质量％以上Ni的金属形成接地电极。

另外，并不限定于上述实施方式的记载内容，例如也可以如以下那样实施。当然，以下未例示的其他应用例、改变例也当然可以。

(a)在上述实施方式中，在穿过火花放电间隙28且与轴线CL1正交的截面中，接地电极27的外形线OL1为朝向远离接地电极27的重心GP的一侧凸起的弯曲线，但是上述外形线OL1只要由多个线段、朝向远离上述重心GP的一侧而凸起的弯曲线、或者一个以上的线段以及上述弯曲线形成即可。因而，也可以如图14的(a)、(b)所示，以位于两个切点P1、P2之间且位于与中心电极5相反的一侧的外形线OL1由多个线段形成的方式构成接地电极31、32。另外，也可以如图15所示，以外形线OL1由线段与朝向远离重心GP的一侧凸起的弯曲线这两者形成的方式构成接地电极33。而且，也可以如图16所示，以外形线OL1由朝向远离重心GP的一侧凸起的多条弯曲线形成的方式构成接地电极34。

(b)在上述实施方式中，在中心电极5与接地电极27之间形成有火花放电间隙28，但是也可以在中心电极5的顶端部设置由包含贵金属(例如，铂、铱等)在内的金属构成的电极头，并在该电极头与接地电极27之间形成火花放电间隙28。

(c)在上述实施方式中，对在主体金属外壳3的顶端部26接合有接地电极27得到情况进行了具体化，但是也能够应用于削去主体金属外壳的一部分(或者预先焊接于主体金属外壳的顶端金属外壳的一部分)而形成接地电极的情况(例如，日本特开2006－236906号公报等)。

(d)在上述实施方式中，工具卡合部19形成为截面六边形状，但是关于工具卡合部19的形状并不限定于这样的形状。例如，也可以形成Bi－HEX(变形12边)形状〔ISO22977：2005(E)〕等。

附图标记说明

1…火花塞

2…绝缘电瓷(绝缘体)

3…主体金属外壳

4…轴孔

5…中心电极

15…螺纹部

27…接地电极

27B…弯曲部

28…火花放电间隙(间隙)

CL1…轴线

CL2…(接地电极的)中心轴线

CP…中心

GP…重心

P1、P2、P3、P4…切点

TL1、Tl2、TL3、TL4、TL5、TL6…切线

Claims (7)

1.一种火花塞，其特征在于，该火花塞包括：

筒状的绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，其插入设于上述轴孔中；筒状的主体金属外壳，其设于上述绝缘体的外周；以及接地电极，其自身的基端部固定于上述主体金属外壳，并且在弯曲部处向上述中心电极侧弯曲，从而在该接地电极自身的顶端部与上述中心电极之间形成间隙；在上述主体金属外壳的顶端侧外周形成安装用的螺纹部，使上述螺纹部的螺纹径成为M10以下，

在上述接地电极的基端部处的与上述轴线正交的截面中，由自上述轴线向上述接地电极的外形线引出的两条切线形成的角中的、位于上述接地电极侧的角的角度为30°以下，在上述弯曲部中的最靠近上述接地电极的顶端的部位处的、与上述接地电极的中心轴线正交的截面中，上述接地电极的重心位于比上述接地电极的厚度的1/2的位置靠上述接地电极的上述中心电极侧的面侧的位置，上述接地电极的厚度方向上的中心与上述重心之间的、沿着上述厚度方向的距离为上述接地电极的厚度的4％以上。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

在上述弯曲部的任意的部位处的、与上述接地电极的中心轴线正交的截面中，上述接地电极的重心位于比上述接地电极的厚度的1/2的位置靠上述接地电极的上述中心电极侧的面侧的位置，上述接地电极的厚度方向上的中心与上述重心之间的、沿着上述厚度方向的距离为上述接地电极的厚度的4％以上。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

在上述截面中，上述接地电极中的位于比上述重心靠上述中心电极侧的部位的硬度大于上述接地电极中的位于比上述重心靠与上述中心电极相反的一侧的部位的硬度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述间隙形成于上述接地电极的上述中心电极侧的面与上述中心电极的顶端面之间，在穿过上述间隙并与上述轴线正交的截面中，当自上述轴线引出两条与上述接地电极的外形线相切的切线而在上述接地电极的外形线上获得两个切点时，位于该两个切点之间且位于与上述中心电极相反的一侧的上述外形线由多个线段、朝向远离上述接地电极的重心的一侧凸起的弯曲线、或者由一个以上的线段以及上述弯曲线形成，在将位于上述两个切点之间且位于上述中心电极侧的上述外形线的长度设为单位为mm的A，将位于上述两个切点之间且位于与上述中心电极相反的一侧的上述外形线的长度设为单位为mm的B时，满足1.43≤B/A≤1.91。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述间隙形成于上述接地电极的上述中心电极侧的面与上述中心电极的顶端面之间，在上述接地电极中的与形成上述间隙的部位相对应的沿上述接地电极的中心轴线方向的范围内的、与上述接地电极的中心轴线正交的截面中，当自上述中心电极的顶端面的外形线中心引出两条与上述接地电极的外形线相切的切线而在上述接地电极的外形线上获得两个切点时，位于该两个切点之间且位于上述中心电极侧的上述外形线的长度成为1.35mm以上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述间隙形成于上述接地电极的上述中心电极侧的面与上述中心电极的顶端面之间，当自上述轴线方向顶端侧观察时，上述接地电极的顶端位于比上述中心电极的顶端面中的离上述接地电极的基端部最远的部位靠上述接地电极的基端部侧的位置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述接地电极由含有95质量％以上镍的金属形成。