CN104205535A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供具有良好的负荷寿命的火花塞。火花塞包括：具有沿轴向线延伸的轴向孔的绝缘体；金属端子构件，具有容纳在轴向孔中的插入部分和存在于插入部分的外周表面上且具有多个凹陷的凹陷形成区；和金属外壳，其中容纳绝缘体的前部分以由此保持绝缘体。火花塞满足如下条件：(1)插入部分的沿轴向线的长度H是35mm或更大；(2)凹陷形成区的沿轴向线的长度F是13mm或更大；(3)插入部分在其外周表面上具有平滑表面区；(4)插入部分的前端的直径A和在该前端处测量的绝缘体的内径B之间的比值(A/B)满足关系式0.9≦A/B≦0.98；和(5)在沿与轴向线垂直的方向切开的插入部分的横剖面的中心处测量时，插入部分的维氏硬度是150Hv以上、350Hv以下。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种用于在内燃机中提供点火的火花塞，且更特别涉及一种其中具有电阻器的火花塞。

背景技术

在例如汽车发动机的内燃机中用于提供点火的火花塞一般地包括：管状金属外壳；布置在金属外壳的孔中的管状绝缘体；布置在绝缘体的轴向孔的前侧处的中心电极；布置在轴向孔的后侧处的金属端子构件；和接地电极，该接地电极的一端被连接到金属外壳的前端，且该接地电极的另一端面对中心电极且与中心电极协作形成火花放电间隙。此外，为防止无线电噪声的产生，已知的火花塞具有在轴向孔中设置在中心电极和金属端子构件之间的电阻器。

近年来，已要求汽车的内燃机的高输出和高效率等；在这方面，为实现自由的发动机设计、发动机尺寸的减小等，对于开发小尺寸的火花塞的需求已经正在上升。为减小火花塞的尺寸，减小绝缘体中的孔的直径是不可避免的。然而，在一些情况中，传统设计的火花塞已涉及负荷寿命的恶化，这是由于绝缘体尺寸减小所导致。

为应对该问题，例如专利文献1中的权利要求1提供了“一种火花塞，其特征在于导电的玻璃密封层具有3.3mm或更小的直径D，且在电阻器和导电的玻璃密封层之间的接合表面是弯曲的”。该文献描述了该发明“能够提供一种火花塞，其直径被减小且该火花塞通过增强电阻器和导电的玻璃密封层之间的附着表现出电阻器的良好的抗振性和负荷寿命”(参考第0012段)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开2009-245716。

发明内容

发明待解决的问题

本发明的目的是提供具有良好的负荷寿命的火花塞。

解决问题的手段

在具有布置在中心电极和金属端子外壳之间的电阻器的火花塞中，电阻器例如由非金属粉末例如玻璃粉末或炭黑与金属粉末的混合物形成。在金属粉末的含量低的情况中，电阻器和由金属制成的中心电极之间的附着以及电阻器和金属端子构件之间的附着恶化。因此，在一些情况中，具有相对高的金属粉末含量的密封层布置在电阻器和中心电极之间以及电阻器和金属端子构件之间。

在具有电阻器的且如需要具有密封层的火花塞中，中心电极、绝缘体和金属端子构件被以如下方式附接。首先，将中心电极插入到绝缘体的轴向孔中。随后，将用于形成电阻器的电阻器组成物以及用于形成密封层的密封粉末装入到轴向孔中。然后，将金属端子构件插入到轴向孔中。在对电阻器组成物和密封粉末施加热的同时，对金属端子构件加压。通过该过程，电阻器组成物和密封粉末被压缩以变成以密封状态固定在一起的电阻器和密封层。

如此组装的火花塞可能经受负荷寿命的恶化，其原因是例如电阻器电阻的增加和密封层、电阻器、中心电极和金属端子构件之间的附着的恶化。

在这些情况下，本发明的发明人已设想到如下情况：在将金属端子构件压入到轴向孔中期间，通过金属端子构件有效地将加压力传递到电阻器组成物，能够抑制电阻器电阻的增加。

作为解决问题的手段，本发明提供

<1>一种火花塞，所述火花塞包括：绝缘体，所述绝缘体具有沿轴向线延伸的轴向孔；金属端子构件，所述金属端子构件具有插入部分和凹陷形成区，所述插入部分被容纳在所述轴向孔中，所述凹陷形成区存在于所述插入部分的外周表面上且具有多个凹陷；和金属外壳，在所述金属外壳中容纳所述绝缘体的前部分，以由此保持所述绝缘体，且所述火花塞的特征在于满足如下条件(1)至(5)：

(1)所述插入部分的沿所述轴向线的长度H是35mm或更大；

(2)所述凹陷形成区的沿所述轴向线的长度F是13mm或更大；

(3)所述插入部分在所述插入部分的外周表面上具有平滑表面区；

(4)所述插入部分的前端的直径A和在所述前端处测量的所述绝缘体的内径B之间的比值(A/B)满足关系式0.9≦A/B≦0.98；且

(5)在所述插入部分的沿与所述轴向线垂直的方向切开的横剖面的中心处测量时，所述插入部分具有150Hv以上、350Hv以下的维氏硬度。

火花塞的优选方式如下。

<2>在<1>中的上述火花塞中，所述绝缘体具有第一内周表面、第二内周表面和阶梯部分，所述第一内周表面具有所述内径B，所述第二内周表面具有比所述内径B大的直径，且所述第二内周表面被布置在所述第一内周表面和所述金属外壳的后方，所述阶梯部分连接所述第一内周表面与所述第二内周表面，且

所述凹陷形成区的至少一部分被布置在被所述阶梯部分围绕的空间中。

<3>在<1>或<2>中的上述火花塞中，所述平滑表面区的至少一部分被布置在被所述第二内周表面围绕的空间中。

<4>在<1>至<3>中的任一个中的上述火花塞中，所述凹陷形成区中的所述凹陷的深度D是0.07mm或更大。

<5>在<1>至<4>中的任一个中的上述火花塞中，所述内径B是3.5mm或更小。

<6>在<2>至<5>中的任一个中的上述火花塞中，所述插入部分的被所述第二内周表面围绕的部分的直径K和所述第二内周表面的横跨所述部分测量的内径J之间的差(J-K)的最大值(J-K)_max在0.05mm以上、0.25mm以下。

<7>在<1>至<6>中的任一个中的上述火花塞中，所述平滑表面区的沿所述轴向线的长度(H-F)是8mm或更大。

<8>在<1>至<7>中的任一个中的上述火花塞中，所述比值(A/B)满足关系式0.93≦A/B。

<9>在<1>至<8>中的任一个中的上述火花塞中，所述内径B是2.9mm或更小。

<10>在<1>至<9>中的任一个中的上述火花塞中，所述维氏硬度是200Hv以上、320Hv以下。

<11>在<2>至<10>中的任一个中的上述火花塞中，在所述轴向孔中在所述金属端子构件和中心电极之间布置用于将所述金属端子构件和所述中心电极电连接的连接件，且

所述连接件仅存在于被所述第一内周表面围绕的空间中。

发明效果

本发明的火花塞使得插入部分具有沿轴向线35mm或更大的长度H。因此，在制造火花塞的过程中，当金属端子构件被压入到绝缘体的轴向孔中时，与短的插入部分相比，插入部分更可能被弯曲，且因此在有效地将加压力传递到装入到轴向孔中的电阻器组成物期间遇到困难。然而，因为在本发明的火花塞中的插入部分满足上述条件(2)至(5)，所以当插入部分被压入到轴向孔中时，插入部分能够充分地将加压力传递到电阻器组成物，使得能够形成具有高密度的电阻器。因此，火花塞能够具有良好的负荷寿命。

接着将进一步详细描述通过满足上述条件(2)至(5)的插入部分所产生的效果。在本发明中的插入部分具有150Hv以上、350Hv以下的维氏硬度，优选地具有200Hv以上、320Hv以下的维氏硬度。因此，当插入部分被压入到轴向孔中时，通过其余条件的协作效果，插入部分能够充分地将加压力传递到电阻器组成物。

而且，本发明中的插入部分在它的外周表面上具有凹陷形成区，凹陷形成区具有多个凹陷，且凹陷形成区沿轴向线的长度F是13mm或更大。因此，通过加工硬化，插入部分在具有凹陷形成区的部分处在强度方面被改进。因此，插入部分不大可能弯曲且因此能够充分地将加压力传递到电阻器组成物。通过应用维氏硬度超过320Hv的金属端子构件，插入部分也不大可能弯曲。然而，应用过高的硬度导致可加工性的恶化和夹具的寿命减少，从而导致加工成本升高。然而，通过在插入部分的外周表面上设置凹陷形成区，插入部分不大可能弯曲而不涉及这样的问题。

而且，插入部分在它的外周表面上不仅具有凹陷形成区而且具有平滑表面区，且优选地平滑表面区的沿轴向线的长度是8mm或更大。因此，在插入部分中，具有平滑表面区的部分在强度上比具有凹陷形成区的部分低。因此，插入部分可能在具有平滑表面区的部分处适当地弯曲。当插入部分被压入到轴向孔中时，插入部分的适当的弯曲允许加压力进一步施加到电阻器组成物而不涉及端子浮动。作为结果，能够形成具有高密度的电阻器。端子浮动意味着金属端子构件的从轴向孔突出的该部分的轴向长度比预定长度长的情况。

而且，插入部分的前端的直径A与绝缘体的在该前端处测量的内径B的比值(A/B)满足关系式0.9≦A/B≦0.98，优选地0.93≦A/B≦0.98。因此，在插入部分和绝缘体的内壁表面之间提供了适当的空隙。因此，当插入部分被压入到轴向孔中时，插入部分能够有效地将加压力传递到电阻器组成物。

如上所述，满足上述条件(1)至(5)的火花塞具有良好的负荷寿命，其原因如下：当插入部分被压入到轴向孔中时，插入部分能够有效地将加压力传递到电阻器组成物，因此能够形成具有高密度的电阻器。

在本发明的火花塞使得绝缘体具有在绝缘体的轴向孔中的阶梯部分的情况中，凹陷形成区的至少一部分布置在被阶梯部分包围的空间中。因此，当插入部分被压入到轴向孔中时，能够防止在阶梯部分处插入部分的弯曲。因此，能够防止否则可能由于插入部分被阶梯部分卡住而导致无法将加压力充分地传递到电阻器组成物。作为结果，本发明能够提供具有良好的负荷寿命的火花塞。

本发明的火花塞使得平滑表面区的至少一部分布置在被第二内周表面围绕的空间中，即使得平滑表面区的至少一部分存在于插入部分的后部分上。因此，例如在轴向孔具有阶梯部分的情况中，当插入部分被压入到轴向孔中时，能够防止如下问题：插入部分在阶梯部分处弯曲且因此被阶梯部分卡住。而且，在插入部分被压入到轴向孔中且充分地将加压力传递到电阻器组成物之后，插入部分的后部分适当地弯曲，使得插入部分能够进一步将加压力施加到电阻器组成物，而不涉及端子浮动。作为结果，能够形成具有高密度的电阻器，因此能够提供具有良好的负荷寿命的火花塞。

本发明的火花塞使得在凹陷形成区中的凹陷具有0.07mm或更大的深度D。因此，加工硬化的效果更可能出现。因此，在存在凹陷形成区的位置处，插入部分在强度方面被改进。因此，插入部分不大可能弯曲，使得插入部分能够充分地将加压力传递到电阻器组成物。作为结果，本发明可提供具有良好的负荷寿命的火花塞。

本发明的火花塞使得内径B是3.5mm或更小，特别是2.9mm或更小。因此，进一步提高了负荷寿命。

本发明的火花塞使得插入部分的被第二内周表面围绕的部分的直径K和第二内周表面的横跨该部分测量的内径J之间的差的最大值(J-K)_max在0.05mm以上、0.25mm以下。因此，当插入部分被压入到轴向孔中时，插入部分可能在其被第二内周表面围绕的部分处适当地弯曲。因此，在插入部分被压入到轴向孔中且充分地将加压力传递到电阻器组成物之后，插入部分在其被第二内周表面围绕的部分处适当地弯曲，使得插入部分能够进一步将加压力施加到电阻器组成物而不涉及端子浮动。作为结果，能够形成具有高密度的电阻器，由此能够提供具有良好的负荷寿命的火花塞。

本发明的火花塞使得连接件仅存在于被第一内周表面围绕的空间中。该特征抑制将金属端子构件施加到用于形成连接件的连接粉末的加压力用于将连接粉末移动到金属端子构件和绝缘体的内壁表面之间的空隙中，使得加压力被有效地用于对连接粉末加压。因此，形成了具有高密度的电阻器。因此，本发明能够提供具有良好的负荷寿命的火花塞。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的火花塞的剖视总体说明图。

图2是根据本发明的实施例的火花塞的基本部分的剖视说明图。

图3是以放大比例尺示出了根据本发明的实施例的火花塞中的凹陷形成区的剖视说明图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的火花塞。图1是根据本发明的实施例的火花塞的剖视总体说明图。绝缘体的轴向线由O表示。在如下描述中，图1中的向下方向称为轴向线O的向前方向，且图1中的向上方向称为轴向线O的向后方向。

火花塞1包括：绝缘体3，该绝缘体3具有沿轴向线O延伸的轴向孔2；中心电极4，该中心电极4被保持在轴向孔2的前端部分中；金属端子构件5，该金属端子构件5被保持在轴向孔2的后部分中；轴向孔2中的连接件6，该连接件6将中心电极4和金属端子构件5电连接；金属外壳7，在金属外壳7中容纳绝缘体3；和接地电极8，该接地电极8的一端被接合到金属外壳的前端表面，且接地电极8的另一端面对中心电极4，且在接地电极8和中心电极4之间形成间隙。

金属外壳7具有大体上圆筒形的形状，且在其中容纳和保持绝缘体3。金属外壳7具有形成在其前部分的外周表面上的螺纹部分9。通过利用螺纹部分9，将火花塞1附接到未图示的内燃机的汽缸盖。金属外壳7可由导电的钢材料形成；例如由低碳钢形成。为减小火花塞尺寸，优选地螺纹部分9具有M12或更小的螺纹尺寸。

绝缘体3被滑石10、衬垫11等保持在金属外壳7的内周部分中。绝缘体3具有：第一内周表面14，该第一内周表面14包围插入部分19的前部分；第二内周表面16，该第二内周表面16被布置在第一内周表面14和金属外壳7的后方，且具有比第一内周表面14的内径大的直径；和第三内周表面12，该第三内周表面12被布置在第一内周表面14前方，且具有比第一内周表面14的内径小的直径。第一内周表面14和第二内周表面16通过阶梯部分15被连接。第一内周表面14和第三内周表面12通过第二阶梯部分13被连接。在绝缘体3的前端部分从金属外壳7的前端表面突出的同时，绝缘体3被固定到金属外壳7。希望地，绝缘体3由具有机械强度、热强度、电强度等的材料形成。这样的材料的示例包括陶瓷烧结体，该陶瓷烧结体主要包括氧化铝。

中心电极4在如下条件下被金属外壳7保持且与金属外壳7电绝缘：中心电极4被绝缘体3的第三内周表面12包围；设置在中心电极4的后端处的大直径凸缘部分17被安放在第二阶梯部分13上；且中心电极4的前端从绝缘体3的前端表面突出。希望地，中心电极4由具有热传导性、机械强度等的材料形成。这样的材料的示例包括Ni基合金，例如INCONEL(商标名)。中心电极4的轴向核心部分可由具有良好的导热性的金属材料制成，例如由Cu或Ag制成。

接地电极8呈现例如大体上矩形柱体的形式。接地电极8的形状和结构被如下设计：接地电极8的一端被接合到金属外壳7的前端表面，且接地电极8的本体在中间位置处弯曲从而呈现类似于字母L的形状，并且使得接地电极8的远端部分面对中心电极4的前端部分且在接地电极8的远端部分与中心电极4的前端部分之间形成间隙。接地电极8由类似于用于形成中心电极4的材料形成。

由铂合金、铱合金等形成的贵金属尖端29和30可以被分别设置在中心电极4和接地电极8的对置表面上。替代地，贵金属尖端可以仅被设置在中心电极4和接地电极8中的任一个上。在本实施例的火花塞1中，贵金属尖端29和30被分别设置在中心电极4和接地电极8上。火花放电间隙被形成在贵金属尖端29和30之间。

金属端子构件5适合于从外部源将电压施加到中心电极4，用于在中心电极4和接地电极8之间执行火花放电。金属端子构件5具有端子部分18和插入部分19。端子部分18具有比轴向孔2的内径大的外径，且从轴向孔2突出，且与绝缘体3的后端表面接触。插入部分19沿轴向线O从端子部分18的前端表面向前延伸，且被容纳在轴向孔2中。金属端子构件5由例如低碳钢形成，且具有通过镀等而形成在其表面上的Ni金属层。

在本实施例中，插入部分19具有位于沿轴向线O的前侧上的细长主干部分21和位于沿轴向线O的后侧上的且与端子部分18相邻的主干部分22，并且该主干部分22的直径大于细长主干部分21的直径。细长主干部分21和主干部分22通过第一阶梯部分23被连接。细长主干部分21在其前侧处被第一内周表面14包围，且在其后侧处被第二内周表面16包围。主干部分22被第二内周表面16包围。

在本实施例的火花塞1中，插入部分19成形为使得具有不同外径的两个圆柱被接合在一起。然而，插入部分19可以是具有从它的前端到在它和端子部分18之间的边界的固定外径的圆柱。替代地，插入部分19可以成形为使得三个或更多个具有不同的外径的圆柱被连接在一起。

连接件6在轴向孔2中被布置在中心电极4和金属端子构件5之间，且将中心电极4和金属端子构件5电连接。连接件6具有电阻器26，且电阻器26防止产生无线电噪声。在本实施例中，连接件6具有：在电阻器26和中心电极4之间的第一密封层27；和在电阻器26和金属端子构件5之间的第二密封层28。第一密封层27将绝缘体3和中心电极4以密封的状态固定在一起，且第二密封层28将绝缘体3和金属端子构件5以密封的状态固定在一起。

电阻器26可由电阻器材料形成。电阻器材料通过将包含苏打硼硅酸盐玻璃等的玻璃粉末、ZrO₂等的陶瓷粉末、炭黑等的导电非金属粉末和/或Zn、Sb、Sn、Ag、Ni等的金属粉末的电阻器组成物烧结而形成。电阻器5通常具有100Ω或更大的电阻。

第一密封层27和第二密封层28可由密封材料形成。密封材料通过烧结密封粉末形成，该粉末包含苏打硼硅酸盐玻璃等的玻璃粉末和Cu、Fe等的金属粉末。第一密封层27和第二密封层28通常具有数百mΩ或更小的电阻。

连接件6可以仅由电阻器26组成而不使用第一密封层27和第二密封层28，或者可以由电阻器26和第一密封层27或第二密封层28组成。

在本实施例的火花塞1中，第一密封层27和第二密封层28在轴向孔2中被布置在中心电极4和金属端子构件5之间；第一密封层27也被设置在中心电极4和第一内周表面14之间的空隙中；且第二密封层28也被设置在金属端子构件5和第一内周表面14之间的空隙中。第二密封层28可以不仅被设置在金属端子构件5和第一内周表面14之间的空隙中，而且被设置在金属端子构件5和阶梯部分15之间的空隙中，且此外被设置在金属端子构件5和第二内周表面16之间的空隙中。

在如下的描述中，构成连接件6的电阻器材料和/或密封材料可以共同地称为连接构件，且用于形成连接件6的电阻器组成物和/或密封粉末可以共同地称为连接粉末。

本发明的火花塞包括金属端子构件5，该金属端子构件的插入部分19具有存在于其外周表面上且具有多个在图2中所示的凹陷的凹陷形成区31，且满足如下条件(1)至(5)：

(1)插入部分19具有沿轴向线O的35mm或更大的长度H；

(2)凹陷形成区31具有沿轴向线O的13mm或更大的长度F；

(3)插入部分19具有在其外周表面上的平滑表面区32；

(4)插入部分19的前端20的直径A和在该前端20处测量的绝缘体3的内径B之间的比值(A/B)满足关系式0.9≦A/B≦0.98；且

(5)在插入部分19的沿与轴向线O垂直的方向切开的横剖面的中心处测量时，插入部分19具有150Hv以上、350Hv以下的维氏硬度。

条件(1)：当金属端子构件5被压入到绝缘体3的轴向孔2中时(即，在将在后文中描述的加压步骤中)，沿轴向线O的长度H越长，则插入部分19越可能向与轴向线O垂直的方向弯曲。因此，插入部分19在有效地将加压力传递到用于形成电阻器26的电阻器组成物期间遇到困难。当插入部分19不能充分地将加压力传递到电阻器组成物时，不能形成具有高密度的电阻器26；作为结果，导电性变差，使得负荷寿命可能恶化。因此，对于其插入部分19具有沿轴向线O的35mm或更大的长度H的火花塞，难于维持良好的负荷寿命。然而，在火花塞1中的插入部分19满足上述条件(2)至(5)。因此，即使插入部分19具有沿轴向线O的35mm或更大的长度H，如将在后文中所述，当插入部分19被压入到轴向孔2中时，插入部分19也能够有效地将加压力传递到电阻器组成物，使得能够形成具有高密度的电阻器26。作为结果，能够提供具有良好的负荷寿命的火花塞。

条件(5)：插入部分19具有150Hv以上、350Hv以下的维氏硬度，优选地具有200Hv以上、320Hv以下的维氏硬度。因此，当插入部分19被压入到轴向孔2中时，通过剩余条件的协作效果，插入部分19能够有效地将加压力传递到电阻器组成物。当插入部分19的维氏硬度小于150Hv时，插入部分19易于向与轴向线O垂直的方向弯曲。因此，插入部分19在有效地将加压力传递到电阻器组成物期间遇到困难。作为结果，不能形成具有高密度的电阻器26，从而导致负荷寿命的恶化。当插入部分19的维氏硬度超过350Hv时，可加工性恶化，且夹具的寿命被缩短，使得加工成本升高。而且，当插入部分19被压入到轴向孔2中时，插入部分19几乎不弯曲。因此，在装入到轴向孔2中的连接粉末的量变化的情况中，这些变化不能通过插入部分19的弯曲被吸收。因此，在轴向孔2中可靠地容纳插入部分19期间遇到困难。因此，在将在后文中论述的加压步骤之后，端子部分18不能与绝缘体3的后端表面接触；即，端子部分18可能处于浮动状态。相反，当连接粉末的量被减少以避免端子部分18的浮动状态时，即使端子部分18与绝缘体3的后端表面接触，加压力也不可能充分地施加到电阻器组成物。作为结果，负荷寿命可能恶化。而且，当插入部分19的维氏硬度过高时，在加压步骤中，绝缘体3可能损坏。

插入部分19的维氏硬度被如下获得。将插入部分19在具有平滑表面区32的部分处在与轴向线O垂直的方向上切断。将作为结果的切断表面抛光。根据在JIS Z 2244中规定的小维氏硬度测试方法，在抛光表面的中心的附近的五个点处，将在顶点处具有136°的对面角α的正四角锥压头以490mN的负荷加压。五个测量值的平均值视作插入部分19的维氏硬度。通过选择用于形成金属端子构件的材料，且通过改变热处理条件，能够调整插入部分19在室温下的维氏硬度。

条件(2)：插入部分19在其外周表面上具有凹陷形成区31，该凹陷形成区31具有多个凹陷。通过在要被形成为插入部分19的杆的外周表面上加工而形成凹陷形成区31。这样的在例如低碳钢的杆上的加工通过加工硬化改进了插入部分19的外周表面的强度。因此，当插入部分19被压入到轴向孔2中时，插入部分19的具有凹陷形成区31的部分不大可能向与轴向线O垂直的方向弯曲。通过改变用于形成金属端子构件5的材料的热处理条件，能够增加整个金属端子构件5的维氏硬度，由此金属端子构件5不大可能弯曲。然而，如果维氏硬度如上所述增加过大，则可加工性恶化且加工成本升高。相比之下，在借助于加工硬化提高插入部分19的外周表面的强度的方法中不涉及可加工性的恶化和加工成本的升高，因此，当插入部分19被压入到轴向孔2中时，插入部分19不大可能弯曲。

当凹陷形成区31的沿轴向线O的长度F为13mm或更大时，能够适当地确保插入部分19的当插入部分19被压入到轴向孔2中时不大可能弯曲的部分。因此，插入部分19能够充分地将加压力传递到电阻器组成物，使得能够形成具有高密度的电阻器。作为结果，能够提供具有良好的负荷寿命的火花塞。当长度F小于13mm时，插入部分19不能充分地将加压力通过其弯曲传递到电阻器组成物，从而不形成具有高密度的电阻器，从而潜在地导致负荷寿命的恶化。

在火花塞1中，凹陷形成区31被形成在细长主干部分21的整个外周表面上和从细长主干部分21连续的主干部分22的外周表面的一部分上。然而，凹陷形成区31可被形成在插入部分19的外周表面的任何部分上。优选地，凹陷形成区31的至少一部分被布置在由阶梯部分15包围的空间中。在轴向孔2具有阶梯部分15的情况中，如果在插入部分19被压入到轴向孔2的过程中插入部分19在它的在阶梯部分15附近的部分处弯曲，则弯曲部分被阶梯部分15卡住，从而导致无法有效地将加压力传递到电阻器组成物。因此，希望地，凹陷形成区31被至少设置在插入部分19的被阶梯部分15包围的部分上；通过该实践，插入部分19不大可能在该部分处弯曲。凹陷形成区31不必连续地沿13mm或更大的长度F被设置在插入部分19的外周表面上。例如，凹陷形成区31可不连续地被设置在两个位置处；具体地，被设置在插入部分19的在插入部分19的前端附近的部分处和插入部分19的被阶梯部分15包围的部分处，只要它们的总长度F是13mm或更大即可。如果凹陷形成区31被设置在插入部分19的前端附近，则不仅插入部分19不大可能弯曲，而且插入部分19和密封材料之间的附着被改进。

在火花塞1中，凹陷形成区31采取斜纹滚花的形式；然而，凹陷形成区31的形式不特别限制。例如，凹陷形成区31可呈现侧线滚花、斜线滚花、方形螺纹、三角螺纹和梯形螺纹中的一个或组合的形式。凹陷形成区31使得多个凹陷或沟槽被形成在插入部分19的外周表面上。然而，例如在通过位于凹陷的深度的一半处的凹陷中的点的平面上观察时，凹陷形成区31可称为是具有多个凹陷和突出的凹陷-突出形成区。

在凹陷形成区31中，在图3中沿与轴向线O垂直的方向的凹陷的深度D即彼此相邻的凹陷和突出之间的高度差D优选地为0.07mm或更大，更优选地为0.09mm至0.3mm，最优选地为0.1mm至0.2mm。通过使用落在以上范围内的深度D，可能表现出加工硬化的效果，使得插入部分19在具有凹陷形成区31的部分处在强度上增加。因此，插入部分19不大可能弯曲。

深度D能够如下被获得。沿与轴向线O垂直的方向在凹陷形成区31处切断插入部分19。在获得的切断表面上，测量最大直径和最小直径。将测量值除以2。

条件(3)：插入部分19具有平滑表面区32。在插入部分19中，具有平滑表面区32的部分在强度上比具有凹陷形成区31的部分低。因此，插入部分19可能在具有平滑表面区32的部分处弯曲。在将在后文中描述的加压步骤中，插入部分19的适当的弯曲使得能够将加压力充分地传递到电阻器组成物。因此，能够形成具有高密度的电阻器。这由于如下原因。在将在下文中描述的加压步骤中，在将用于形成第一密封层27、电阻器26和第二密封层28的连接粉末装入到轴向孔2中之后，插入部分19被插入到轴向孔2中，且金属端子构件5被布置使得前端20与连接粉末接触。此时，绝缘体3的后端表面和端子部分18的前端表面彼此分开。在插入部分19被压入到轴向孔2中之前，沿轴向线O在绝缘体3的后端表面和端子部分18的前端表面之间的距离称为密封尺寸。例如，认为10mm的尺寸是最大密封尺寸，该最大密封尺寸允许插入部分19被压入到轴向孔2中而不使插入部分19弯曲直至端子部分18与绝缘体3的后端表面接触为止。在被压入到轴向孔2中的插入部分19适当地弯曲的情况中，最大密封尺寸增加到与插入部分19的弯曲对应的程度，且例如变成12mm。作为密封尺寸增加2mm的结果，插入部分19可进一步将加压力施加到连接粉末。因此，能够形成具有高密度的电阻器26；作为结果，能够提供具有良好的负荷寿命的火花塞。

平滑表面区32能够被设置在插入部分19的任何部分上。优选地，平滑表面区32被设置在与端子部分18相邻的部分上，即被设置在被第二内周表面16沿全周围绕的部分上。当插入部分19被压入到轴向孔2中时，如果插入部分19在其被压入之后立即弯曲，则加压力不能有效地传递到电阻器组成物。然而，在插入部分19充分地将加压力施加到电阻器组成物之后即使插入部分19在其后侧处弯曲，也不出现问题，这是因为加压力已充分地被施加到电阻器组成物。而作为插入部分19的弯曲的结果，其端子部分18略微从绝缘体3的后端表面分开的金属端子构件5的插入部分19能够被可靠地容纳在轴向孔2中。而且，作为插入部分19的弯曲的结果，插入部分19可进一步将加压力施加到电阻器组成物。特别地，在轴向孔2具有阶梯部分15的情况中，在被第二内周表面16围绕的部分上存在平滑表面区32能够防止弯曲部分被阶梯部分15卡住。因此，加压力能够有效地被传递到电阻器组成物。

优选地，平滑表面区32具有8mm或更大的轴向长度(H-F)。当平滑表面区32为8mm或更大时，在将插入部分19压入到轴向孔2中时，插入部分19的具有平滑表面区32的部分适当地弯曲，由此插入部分19能够进一步将加压力施加到电阻器组成物。在本实施例中，平滑表面区32从插入部分19的后端被连续地向前设置。然而，例如平滑表面区32能够被不连续地设置在两个位置处；具体地，被设置在插入部分19的后端附近的部分处和被设置在插入部分19的轴向中央部分处。替代地，平滑表面区32可以被不连续地设置在三个或更多个位置处。

条件(4)：在插入部分19的前端20的直径A和在前端20处测量的绝缘体3的内径B之间的比值(A/B)满足关系式0.9≦A/B≦0.98，优选地0.93≦A/B≦0.98。作为比值A/B落在以上的范围内的结果，在插入部分19和第一内周表面14之间提供了适当的空隙。因此，当插入部分19被压入到轴向孔2中时，插入部分19能够有效地将加压力传递到电阻器组成物。作为结果，能够提供具有良好的负荷寿命的火花塞。当比值A/B小于0.9时，插入部分19的直径相对于绝缘体3的内径B过小。因此，当插入部分19被压入到轴向孔2中时，插入部分19易于弯曲。作为结果，插入部分19可能不能有效地将加压力传递到电阻器组成物。当比值A/B超过0.98时，插入部分19的直径相对于绝缘体3的内径B过大。因此，当插入部分19被压入到轴向孔2中时，可能无法将足量的密封材料装入到在第一内周表面14和插入部分19的在插入部分19的前端的附近的部分的外周表面之间的空隙中，这是因为该空隙小。如果未将足量的密封材料装入到空隙中，则负荷寿命可能恶化。

如上所述，满足上述条件(1)至(5)的火花塞1具有良好的负荷寿命，其原因如下：当插入部分被压入到轴向孔中时，插入部分能够有效地将加压力传递到电阻器组成物，因此能够形成具有高密度的电阻器。

此外，优选地，插入部分19的被第二内周表面16围绕的部分的直径K和第二内周表面16的横跨该部分测量的内径J之间的差(J-K)的最大值(J-K)_max在0.05mm以上、0.25mm以下。采用落在以上范围内的最大值(J-K)_max，当插入部分19被压入到轴向孔2中时，插入部分19可能在其被第二内周表面16围绕的部分处适当地弯曲。因此，在插入部分19被压入到轴向孔2中且将加压力充分地传递到电阻器组成物之后，插入部分19在其被第二内周表面16围绕的部分处适当地弯曲，使得能够防止出现端子部分18不与绝缘体3的后端表面接触且从该后端表面分开的状况。作为插入部分19的适当的弯曲的结果，插入部分19可进一步将加压力施加到电阻器组成物而不涉及端子浮动，由此能够形成具有高密度的电阻器26。作为结果，能够提供具有良好的负荷寿命的火花塞。

而且，在轴向孔2具有阶梯部分15的情况中，希望地，第二密封层28和/或电阻器26仅存在于被第一内周表面14围绕的空间中。即，希望地，第二密封层28和/或电阻器26不存在于阶梯部分5后方且不存在于金属端子构件5和阶梯部分15之间的空隙中以及不存在于金属端子构件5和第二内周表面16之间的空隙中。在第二密封层28和/或电阻器26不存在于阶梯部分15的后方且仅存在于被第一内周表面14围绕的空间中的情况中，在将在下文中描述的加压步骤中，此特征抑制金属端子构件5施加到密封粉末和/或电阻器组成物的加压力转换为将密封粉末和/或电阻器组成物移动到金属端子构件5和电阻器3的内周表面之间的空隙中的力，使得加压力有效地用于对密封粉末和/或电阻器组成物加压。因此，形成具有高密度的电阻器26。因此，本发明可提供具有良好的负荷寿命的火花塞。

在本发明的火花塞1中，采用3.5mm或更小的内径特别是2.9mm或更小的内径产生了提高负荷寿命的更高效果。

通过在从与轴向线O垂直的方向通过使用显微放射照相CT系统(例如TOSCANER-32250μhd)拍摄的火花塞的图像上测量对应的部分，能够获得上述尺寸A、B、H、F、K和J。如在图2中所示，通过测量插入部分19的位于从其前端向后1mm处的该部分的沿与轴向线O垂直的方向的距离而获得了直径A。通过测量横跨插入部分19的上方部分的中心孔2的沿与轴向线O垂直的方向的距离获得了内径B。通过从插入部分19的后端到前端沿轴向线O测量长度获得了长度H。通过测量插入部分19上的凹陷形成区31的沿轴向线O的最大长度获得了长度F。通过测量插入部分19的被第二内周表面16包围的部分的沿着与轴向线O垂直的方向的距离获得了直径K。通过测量横跨插入部分19的该部分的沿着轴向线O的方向的距离获得了内径J。

火花塞1被例如如下制造。首先，借助于公知的方法，将中心电极4、接地电极8、金属外壳7、金属端子构件5和绝缘体3分别形成为预定形状(准备步骤)。以满足至少上述条件(1)至(5)的方式形成金属端子构件5。借助于公知的滚花方法，在要被形成为插入部分19的杆部分的外周表面上形成凹陷形成区31。

接着，将接地电极8的一个端部分例如通过激光焊接接合到金属外壳7的前端表面(接地电极接合步骤)。

同时，将中心电极4插入到绝缘体3的轴向孔2中，且将中心电极4的凸缘部分17安放在轴向孔2的第二阶梯部分13上，由此以被第三内周表面12围绕的方式布置中心电极4(中心电极布置步骤)。

接着，将形成第一密封层27的密封粉末、形成电阻器26的电阻器组成物和形成为第二密封层28的密封粉末依次从轴向孔2的后端装入到轴向孔2中；然后，将加压销插入到轴向孔2中且在60N/mm²或更大的压力下执行预备压缩，以将密封粉末和电阻器组成物装入到被第一内周表面围绕的空间中(装入步骤)。

接着，将金属端子构件5如下布置：将金属端子构件5的插入部分19从轴向孔2的后端插入到轴向孔2中，使得前端20与密封粉末接触(布置步骤)。此时，绝缘体3的后端表面和端子部分18的前端表面彼此分开。在如下描述中，在将插入部分19压入前沿轴向线O在绝缘体3的后端表面和端子部分18的前端表面之间的距离称为密封尺寸。

接着，将密封粉末和电阻器组成物在等于或高于包含在密封粉末中的玻璃粉末的玻璃软化点的温度(例如在800℃至1000℃的温度)加热3至30分钟，对金属端子构件5加压直至端子部分18的前端表面与绝缘体3的后端表面接触为止，由此将密封粉末和电阻器组成物压缩加热(加压步骤)。

此时，因为以满足条件(1)至(5)的方式形成插入部分19，所以插入部分19能够在插入部分19几乎不向与轴向线O垂直的方向弯曲的状态下有效地对密封粉末和电阻器组成物施加压力，使得密封粉末和电阻器组成物在被加热时被压缩。随着密封粉末和电阻器组成物被压缩，绝缘体3的后端表面和端子部分18的前端表面之间的距离减小。在开始将插入部分19压入到轴向孔2中之后不久，该距离变小；此时加压力被充分地传递到电阻器组成物。进一步施加加压力导致插入部分19在其具有平滑表面区的部分处弯曲，即在其被第二内周表面16围绕的区域处弯曲，由此使端子部分18的前端表面与绝缘体3的后端表面接触。

因此，密封粉末和电阻器组成物被烧结，由此形成了电阻器26、第一密封层27和第二密封层28。此时，在满足上述条件(1)至(5)的火花塞中，因为加压力被充分地从金属端子构件5传递到电阻器组成物，所以能够形成具有高密度的电阻器26。而且，能够防止出现浮动情况，在该浮动情况中端子部分18从绝缘体3的后端表面分开。因此，制造了具有良好的负荷寿命的火花塞1。

密封材料被装入到凸缘部分17和轴向孔2的壁之间的空隙中以及细长主干部分21和轴向孔2的壁之间的空隙中，由此将中心电极4和金属端子构件5在密封的条件下固定在轴向孔2中。在本实施例中，密封构件不存在于阶梯部分15的后方。

接着，将中心电极4、金属端子构件5等被固定到的绝缘体3组装到接地电极8被接合到的金属外壳7(组装步骤)。

最后，接地电极8的远端部分向中心电极4弯曲，使得接地电极8的一端面对中心电极4的前端部分，由此完成了火花塞1。

根据本发明的火花塞被用作用于汽车的内燃机例如汽油发动机的火花塞，其使用如下：将螺纹部分9与被设置在头(未示出)中的螺纹孔螺纹接合，由此将火花塞固定在预定位置处，该头分划地形成内燃机的燃烧室。根据本发明的火花塞能够被使用在任何类型的内燃机中；然而，该火花塞能够被优选地使用在要求小尺寸火花塞的内燃机中，这是因为本发明当被应用于小尺寸火花塞时特别是应用于其绝缘体具有小的内径的轴向孔的火花塞时是特别有效的。

根据本发明的火花塞不限于上述实施例，而是可以以各种其它形式修改，只要本发明的目的能够被实现即可。例如，在火花塞1中，轴向孔2具有阶梯部分15；然而，轴向孔2的容纳插入部分19的部分可以被管状地形成而不形成有阶梯。而且，在火花塞1中，插入部分19由大直径主干部分22和在直径上比主干部分22小的细长主干部分21组成；然而，插入部分19可以进一步具有具有不同直径的部分，且可以是部分地锥形的。而且，插入部分可以在直径上是均匀的，以呈现圆柱的形式。

示例

<火花塞的制造>根据上述制造过程制造在图1中所示的火花塞。在插入部分的长度H、凹陷形成区的长度F、插入部分的前端的直径A、横跨插入部分的前端测量的绝缘体的内径B、第二内周表面的内径J、插入部分的被第二内周表面围绕的部分的直径K和凹陷的深度D上，这些火花塞如表1和表2所示不同。

在制造在表1和表2中所示的火花塞前，在上述加压步骤中将插入部分压入到轴向孔中之前测量的端子部分的前端表面和绝缘体的后端表面之间的轴向距离(在下文中称为密封尺寸L)被如下确定。10.5mm至16.5mm的密封尺寸的范围以0.5mm的间隔被划分为12个不同的密封尺寸。为12个密封尺寸中的每一个均制造20个火花塞。示出如下现象的火花塞被视作有缺陷的火花塞：在加压步骤被执行之后，端子部分的前端表面从绝缘体的后端表面分离；即端子部分处于浮动状态下；或绝缘体由于施加加压力而损坏。在制造火花塞中的加压步骤中使用的密封尺寸比形成至少一个缺陷的火花塞所使用的密封尺寸小0.5mm；即密封尺寸L是以其不形成缺陷的火花塞(多个缺陷的火花塞)的最长的密封尺寸。因此，具有在表1中示出的各种尺寸的火花塞以在测试编号中不同的密封尺寸L制造。对于每个测试编号均制造并且测试十个火花塞。表1示出了平均值。

通过使用显微放射照相CT系统(例如TOSCANER-32250μhd)测量在表1中所示的各种尺寸。凹陷的深度D被如下获得。插入部分在凹陷形成区处沿与轴向线O垂直的方向上被切断。在所获得的切断表面上，测量最大直径和最小直径。将测量值除以2。

金属端子构件由低碳钢形成，且通过调整它的成分而在维氏硬度方面变化。插入部分在室温下的维氏硬度测量如下：将插入部分在具有平滑表面区的相应部分处在与轴向线O垂直的方向上切断，且根据如上所述的JIS Z 2244在作为结果的切断表面上在相应中心的附近测量维氏硬度。

测试编号1至51和53至67的凹陷形成区呈现通过滚花加工形成的斜纹滚花的形式。测试编号52的凹陷形成区呈现通过螺纹加工形成的螺纹的形式。

<评估方法>(负荷寿命测试)将制造的火花塞放置在具有350℃的温度的环境中且通过施加25kV的放电电压促使火花塞执行每分钟3600次放电。在测试前和测试后对于火花塞测量电阻器的电阻(R₀、R₁)。测试执行10次，且对直至测试后的电阻R₁与初始电阻R₀的平均比值(R₁/R₀)变成1.5或更高为止逝去的时间进行测量。假设时间越长负荷寿命越好，在如下标准下评估火花塞。表2示出了评估结果。1：小于150小时；2：150小时以上、小于200小时；3至9：从200小时起每50小时增加1点；和10：550小时或更多。

表1

表2

^*1○：在被阶梯部分包围的部分上布置凹陷形成区

×：在被阶梯部分包围的部分上不布置凹陷形成区

^*2○：第一密封层或电阻器存在于阶梯部分的后方

×：第一密封层和电阻器都不存在于阶梯部分的后方

如在表1和表2中所示，根据本发明的火花塞呈现良好的负荷寿命。相比之下，不根据本发明的火花塞呈现差的负荷寿命。

附图标记列表

1  火花塞

2  轴向孔

3  绝缘体

4  中心电极

5  金属端子构件

6  连接件

7  金属外壳

8  接地电极

9  螺纹部分

10 滑石

11 衬垫

12 第三内周表面

13 第二阶梯部分

14 第一内周表面

15 阶梯部分

16 第二内周表面

17 凸缘部分

18 端子部分

19 插入部分

20 前端

21 细长主干部分

22 主干部分

23 第一阶梯部分

26 电阻器

27 第一密封层

28 第二密封层

29、30 贵金属尖端

31 凹陷形成区

32 平滑表面区

Claims (11)

1.一种火花塞，所述火花塞包括：

绝缘体，所述绝缘体具有沿轴向线延伸的轴向孔；

金属端子构件，所述金属端子构件具有插入部分和凹陷形成区，所述插入部分被容纳在所述轴向孔中，所述凹陷形成区存在于所述插入部分的外周表面上且具有多个凹陷；和

金属外壳，在所述金属外壳中容纳所述绝缘体的前部分，以由此保持所述绝缘体，

所述火花塞的特征在于满足如下条件：

(1)所述插入部分的沿所述轴向线的长度H是35mm或更大；

(2)所述凹陷形成区的沿所述轴向线的长度F是13mm或更大；

(3)所述插入部分在所述插入部分的外周表面上具有平滑表面区；

(4)所述插入部分的前端的直径A和在所述前端处测量的所述绝缘体的内径B之间的比值(A/B)满足关系式0.9≦A/B≦0.98；且

(5)在所述插入部分的沿与所述轴向线垂直的方向切开的横剖面的中心处测量时，所述插入部分具有150Hv以上、350Hv以下的维氏硬度。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中

所述绝缘体具有第一内周表面、第二内周表面和阶梯部分，所述第一内周表面具有所述内径B，所述第二内周表面具有比所述内径B大的直径，且所述第二内周表面被布置在所述第一内周表面和所述金属外壳的后方，所述阶梯部分连接所述第一内周表面与所述第二内周表面，且

所述凹陷形成区的至少一部分被布置在被所述阶梯部分围绕的空间中。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中所述平滑表面区的至少一部分被布置在被所述第二内周表面围绕的空间中。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的火花塞，其中所述凹陷形成区中的所述凹陷的深度D是0.07mm或更大。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的火花塞，其中所述内径B是3.5mm或更小。

6.根据权利要求2至5中的任一项所述的火花塞，其中所述插入部分的被所述第二内周表面围绕的部分的直径K和所述第二内周表面的横跨所述部分测量的内径J之间的差(J-K)的最大值(J-K)_max在0.05mm以上、0.25mm以下。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的火花塞，其中所述平滑表面区的沿所述轴向线的长度(H-F)是8mm或更大。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的火花塞，其中所述比值(A/B)满足关系式0.93≦A/B。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的火花塞，其中所述内径B是2.9mm或更小。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的火花塞，其中所述维氏硬度是200Hv以上、320Hv以下。

11.根据权利要求2至10中的任一项所述的火花塞，其中

在所述轴向孔中在所述金属端子构件和中心电极之间布置用于将所述金属端子构件和所述中心电极电连接的连接件，且

所述连接件仅存在于被所述第一内周表面围绕的空间中。