CN104488150B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

一种火花塞，其能兼顾气密性和耐电压性。火花塞包括：绝缘体，其为具有轴孔的筒状体，该绝缘体在其外周面具有随着自后端侧朝向顶端侧去而外径减小的缩径外表面；主体金属外壳，其为筒状体，具有供绝缘体插入的贯通孔，该主体金属外壳具有螺纹部，该螺纹部在其外周面具有安装用的螺纹牙，该螺纹部在其内周面具有随着自后端侧朝向顶端侧去而内径减小的缩径内表面；以及密封件，其为环状。绝缘体的缩径外表面与主体金属外壳的缩径内表面之间以夹持密封件的方式被密封，螺纹部的公称直径为10mm以下，在含有轴线的至少一个剖面中，在将(螺纹部的有效直径与缩径内表面的后端的内径之差)/2设为长度A(mm)、将(缩径内表面的后端的内径与缩径内表面的顶端的内径之差)/2设为长度B(mm)时，满足(A/B)≥3.1、且B≥0.25、且(A+B)≤2.0。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及在内燃机等中用于点火的火花塞。

背景技术

为了内燃机设计自由度的提高等，而期望火花塞的小径化。例如，正在开发一种主体金属外壳的螺纹的公称直径为10mm以下的火花塞。另一方面，为了实现内燃机内的燃料气体的高压缩化、以及施加在火花塞上的电压的高电压化等，存在提高对火花塞的气密性、耐电压性的要求的倾向，上述施加在火花塞上的电压的高电压化是伴随燃料气体的高压缩化而产生的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3502936号公报

专利文献2：日本特许第4548818号公报

专利文献3：日本特许第4268771号公报

专利文献4：日本特许第4267855号公报

专利文献5：日本特开2006-66385号公报

专利文献6：日本特开2009-176525号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，若使火花塞小径化，则存在由于尺寸上的限制等而难以兼顾火花塞的气密性和耐电压性的情况。

本发明的目的在于提供一种兼顾火花塞的气密性和耐电压性的技术。

用于解决问题的方案

本发明是为了解决所述问题的至少一部分而做成的，能够通过以下的技术方案实现。

[技术方案1]一种火花塞，

该火花塞包括：

绝缘体，其为筒状体，具有沿轴线的方向延伸的轴孔，该绝缘体在其外周面具有随着自后端侧朝向顶端侧去而外径减小的缩径外表面；

主体金属外壳，其为筒状体，具有沿所述轴线的方向延伸的供所述绝缘体插入的贯通孔，该主体金属外壳具有螺纹部，该螺纹部在其外周面具有安装用的螺纹牙，该螺纹部在其内周面具有随着自后端侧朝向顶端侧去而内径减小的缩径内表面；以及

密封件，其为环状，

所述绝缘体的所述缩径外表面与所述主体金属外壳的所述缩径内表面之间以夹持所述密封件的方式被密封，

在该火花塞中，

所述螺纹部的公称直径为10mm以下，

在含有所述轴线的至少一个剖面中，

在将(所述螺纹部的有效直径与所述缩径内表面的后端的内径之差)/2设为长度A(mm)、将(所述缩径内表面的后端的内径与所述缩径内表面的顶端的内径之差)/2设为长度B(mm)时，

满足(A/B)≥3.1、且B≥0.25、且(A+B)≤2.0。

由于长度B越大，主体金属外壳的缩径内表面的面积越大，因此为了确保表面压力所需要的密封负荷越大，该表面压力是为了确保气密性所需要的表面压力。因而，为了减小所需要的密封负荷，优选长度B比较小。然而，在从缩径内表面的后端的内径到缩径内表面的顶端的内径为止的长度B过小的情况下，主体金属外壳的缩径内表面的面积过小，可能无法支承绝缘体的缩径外表面。若主体金属外壳的缩径内表面无法支承绝缘体的缩径外表面，则无法适当地对绝缘体的缩径外表面与主体金属外壳的缩径内表面之间进行密封，导致气密性降低。采用所述结构，满足B≥0.25mm，因此能够确保主体金属外壳的缩径内表面的面积，从而适当地支承绝缘体。

在长度B过大的情况下，因密封负荷而产生的弯矩较大。并且，从缩径内表面的后端的内径到螺纹部的有效直径为止的长度A越大，则螺纹部的对抗弯矩的强度越大。因而，在长度A与长度B之比(A/B)过小的情况下，螺纹部的对抗弯矩的强度不足，因此可能产生例如螺纹部发生变形的问题(例如，所谓的螺纹伸长)。换言之，由于螺纹部的强度较小，因此可能无法施加所需要的密封负荷，从而无法确保为了确保气密性所需要的表面压力。采用所述结构，满足(A/B)≥3.1，因此能够抑制螺纹部发生变形并确保气密性。

长度A与长度B之和(A+B)越大，则插入主体金属外壳的贯通孔内的绝缘体的直径越小。因而，当(A+B)过大时，可能无法确保绝缘体在径向上的厚度而导致耐电压性降低。采用所述结构，满足(A+B)≤2.0mm，因此能够确保绝缘体的长度从而抑制耐电压性降低。

如以上那样，采用所述结构，能够兼顾火花塞的气密性和耐电压性，特别是，能够兼顾具有公称直径为10mm以下的螺纹部的火花塞的气密性和耐电压性。

[技术方案2]在技术方案1所述的火花塞的基础上，

所述长度A满足1.23≤A≤1.54，

所述长度B满足0.25≤B≤0.45。

采用所述结构，通过使长度A和长度B进一步适当化，能够在不引起绝缘体的穿透、螺纹部的变形的情况下，进一步提高火花塞的气密性和耐电压性。

[技术方案3]在技术方案1或技术方案2所述的火花塞的基础上，

所述主体金属外壳的所述缩径内表面同与所述轴线垂直的平面所成的锐角为35度以上且50度以下，并且大于所述绝缘体的所述缩径外表面同与所述轴线垂直的平面所成的锐角。

采用所述结构，在主体金属外壳的缩径内表面同与轴线垂直的平面所成的锐角(也称作第1锐角)过小的情况下，密封负荷中的在轴线方向上的负荷容易变大，因此，主体金属外壳的缩径内表面的径向内侧附近部分容易发生变形。并且，若第1锐角小于或等于绝缘体的缩径外表面同与所述轴线垂直的平面所成的锐角(也称作第2锐角)，则作用于主体金属外壳的缩径内表面的径向内侧部分的负荷容易变大，同样地，主体金属外壳的缩径内表面的径向内侧部分容易发生变形。当主体金属外壳的缩径内表面的径向内侧部分发生变形时，可能发生如下这样的问题，即该变形的部分与绝缘体接触而导致绝缘体产生裂纹。在第1锐角过大的情况下，密封负荷中的朝向径向外侧的负荷容易变大，因此可能产生螺纹部发生变形的问题。采用所述结构，第1锐角为35度以上且50度以下，并且大于第2锐角，因此，能够抑制因密封负荷导致绝缘体产生裂纹、螺纹部发生变形。

[技术方案4]在技术方案1～技术方案3中任意一项所述的火花塞的基础上，

所述主体金属外壳的形成有所述缩径内表面的部位的维氏硬度E(Hv)和所述密封件的维氏硬度F(Hv)，满足15≤(E-F)≤46。

在硬度E与硬度F之间的差量(E-F)过大的情况下、即在密封件过软的情况下，密封件的变形量过大，可能会由变形后的密封件导致绝缘体产生裂纹。在硬度E与硬度F之间的差量(E-F)过小的情况下、即在密封件过硬的情况下，密封件的变形量不足，在主体金属外壳的缩径内表面上作用有过大的负荷，可能会导致螺纹部发生变形。采用所述结构，硬度E与硬度F之间的差量(E-F)满足15Hv≤(E-F)≤46Hv，因此能够抑制绝缘体产生裂纹、螺纹部发生变形。

另外，本发明能够通过各种形式实现，例如，能够通过火花塞、装配有该火花塞的内燃机等形式实现。

附图说明

图1是本实施方式的火花塞100的剖视图。

图2是包括主体金属外壳50的安装螺纹部52的凸部523以及绝缘电瓷10的台阶部15在内的部分的放大剖面图。

图3是用于说明作用于包括安装螺纹部52的凸部523和绝缘电瓷10的台阶部15在内的部分的应力的图。

具体实施方式

A.实施方式：

A-1.火花塞的结构：

以下，基于实施方式对本发明的实施的方式进行说明。图1是本实施方式的火花塞100的剖视图。图1中的单点划线表示火花塞100的轴线CO(也称作轴线CO)。将与轴线CO平行的方向(图1中的上下方向)也称作轴线方向。将以轴线CO为中心的圆的径向也简称作“径向”，将以轴线CO为中心的圆的周向也简称作“周向”。将图1中的下方称作顶端方向D1，将图1中的上方也称作后端方向D2。将图1中的下侧称作火花塞100的顶端侧，将图1中的上侧称作火花塞100的后端侧。火花塞100包括中心电极20、接地电极30、端子金属件40、主体金属外壳50以及作为绝缘体的绝缘电瓷10。

绝缘电瓷10是通过烧结氧化铝等而形成的。绝缘电瓷10为大致圆筒形的构件(筒状体)，沿轴线方向延伸且具有贯通在绝缘电瓷10内的贯通孔12(轴孔)。绝缘电瓷10包括凸缘部19、后端侧主体部18、顶端侧主体部17、台阶部15和伸长部13。后端侧主体部18位于比凸缘部19靠后端侧的位置，且后端侧主体部18的外径小于凸缘部19的外径。顶端侧主体部17位于比凸缘部19靠顶端侧的位置，且顶端侧主体部17的外径小于后端侧主体部18的外径。伸长部13位于比顶端侧主体部17靠顶端侧的位置，且伸长部13的外径小于顶端侧主体部17的外径。伸长部13越朝向顶端侧去其直径越小，在火花塞100安装于内燃机(未图示)后，该伸长部13暴露在该燃烧室内。台阶部15形成在伸长部13与顶端侧主体部17之间。台阶部15在其外周面具有随着自后端侧朝向顶端侧去而外径减小的缩径外表面(图2中的15a)(详细情况将在后面进行说明)。

主体金属外壳50由导电性的金属材料(例如，低碳钢材料)形成，是用于将火花塞100固定于内燃机的发动机缸盖(未图示)上的大致圆筒状的构件(筒状体)。主体金属外壳50形成有沿轴线CO贯通的贯通孔59。主体金属外壳50配置在绝缘电瓷10的外周。即，在主体金属外壳50的贯通孔59内插入、保持有绝缘电瓷10。绝缘电瓷10的顶端自主体金属外壳50的顶端暴露出来，绝缘电瓷10的后端自主体金属外壳50的后端暴露出来。

主体金属外壳50包括：工具卡合部51，其为六棱柱形状，供火花塞扳手卡合；安装螺纹部52，其用于安装于内燃机；以及座部54，其为凸缘状，形成在工具卡合部51与安装螺纹部52之间。在此，安装螺纹部52的公称直径设为M10(10mm(毫米))以下。例如，安装螺纹部52的公称直径优选为M10、M8，特别优选为M10。

在主体金属外壳50的安装螺纹部52与座部54之间外套有通过弯折金属板而形成的环状的密封垫5。密封垫5用于在火花塞100安装于内燃机之后将火花塞100与内燃机(发动机缸盖)之间的间隙密封。

主体金属外壳50还包括：薄壁的压紧部53，其设在工具卡合部51的后端侧；和薄壁的压缩变形部58，其设在座部54与工具卡合部51之间。在主体金属外壳50的从工具卡合部51到压紧部53的部位的内周面与绝缘电瓷10的后端侧主体部18的外周面之间形成的环状的区域内配置有环状的环构件6、7。在该区域内的两个环构件6、7之间填充有滑石(talc)9的粉末。另外，主体金属外壳50的安装螺纹部52具备向安装螺纹部52的内周侧突出的凸部523。凸部523在其内周面具有随着自后端侧朝向顶端侧去而外径减小的缩径内表面(图2中的523a)(详细情况将在后面进行说明)。

压紧部53的后端向径向内侧弯折而固定于绝缘电瓷10的外周面。对于主体金属外壳50的压缩变形部58，在制造时，通过向顶端侧按压固定于绝缘电瓷10的外周面的压紧部53，从而使压缩变形部58发生压缩变形。将在制造时向顶端侧按压压紧部53的负荷称作压紧负荷。通过压缩变形部58的压缩变形，绝缘电瓷10在主体金属外壳50内借助环构件6、7和滑石9被向顶端侧按压。其结果，绝缘电瓷10的台阶部15隔着环状的板状密封件8，被按压于主体金属外壳50的凸部523。即，详细情况如后述那样，台阶部15的缩径外表面与凸部523的缩径内表面之间以夹持板状密封件8的方式被密封。其结果，能够利用板状密封件8防止内燃机的燃烧室内的气体从主体金属外壳50与绝缘电瓷10之间的间隙泄漏到外部。需要说明的是，优选的是，确保在主体金属外壳50中，自座部54的顶端侧的面(也称作基座面)到凸部523的后端为止的长度H1为14.3mm以上。

板状密封件8由例如铜、铝等热导率较高的材料形成。若板状密封件8的热导率较高，则绝缘电瓷10的热量高效地传递到主体金属外壳50的凸部523，因此火花塞100的导热性得到改善，能够提高耐热性。

中心电极20为沿着轴线CO延伸的棒状构件，其插入设置在绝缘电瓷10的贯通孔12内。中心电极20构造成包括电极母材21和埋设在电极母材21内部的芯材22。电极母材21由镍或以镍为主要成分的合金(因科镍合金(注册商标为INCONEL)600等)形成。芯材22由相比形成电极母材21的合金而言热导性优异的铜或以铜为主要成分的合金形成。中心电极20的顶端暴露在绝缘电瓷10的顶端侧。

另外，中心电极20包括：凸缘部24(电极凸缘部，也称作凸缘部。)，其设在轴线方向上的规定位置；头部23(电极头部)，其为比凸缘部24靠后端侧的部分；以及腿部25(电极腿部)，其为比凸缘部24靠顶端侧的部分。凸缘部24支承于绝缘电瓷10的台阶部16。在中心电极20的腿部25的顶端部分通过例如激光焊接而接合有电极头29。关于该中心电极20的腿部25的顶端部分的结构，将在后面参照图2、图3进行说明。电极头29由以高熔点的贵金属为主要成分的材料形成。该电极头29的材料使用例如铱(Ir)或以Ir为主要成分的合金，具体而言，大多使用Ir-5Pt合金(含有5质量％的铂在内的铱合金)等。

接地电极30接合于主体金属外壳50的顶端。接地电极30的电极母材由耐腐蚀性较高的金属、例如因科镍合金600等镍合金形成。该接地电极30的母材基端部32通过焊接接合于主体金属外壳50的顶端面。其结果，接地电极30与主体金属外壳50之间电导通。接地电极30的母材顶端部31弯曲，母材顶端部31的一侧面与中心电极20的电极头29在轴线CO上沿轴线方向相对。在母材顶端部31的该一侧面的与中心电极20的电极头29相对的位置焊接有电极头33。电极头33使用例如Pt(铂)或以Pt为主要成分的合金，具体而言，使用Pt-20Ir合金(含有20质量％的铱在内的铂合金)等。在中心电极20的电极头29与接地电极30的电极头33之间形成有火花间隙。

端子金属件40是沿轴线CO延伸的棒状构件。端子金属件40由具有导电性的金属材料(例如，低碳钢)形成，该端子金属件40的表面通过镀敷等方式形成有防蚀用金属层(例如，Ni层)。端子金属件40具备形成在轴线方向的规定位置的凸缘部42(端子凸缘部)、位于比凸缘部42靠后端侧的位置的帽安装部41以及位于比凸缘部42靠顶端侧的腿部43(端子腿部)。端子金属件40的包括其后端在内的帽安装部41暴露在绝缘电瓷10的后端侧。端子金属件40的包括其顶端在内的腿部43插入(压入)在绝缘电瓷10的贯通孔12内。在帽安装部41安装与高压电缆(未图示)连接的火花塞帽，并施加用于产生火花的高电压。

在绝缘电瓷10的贯通孔12内，在端子金属件40的顶端与中心电极20的后端之间的区域内配置有电阻体70，该电阻体70用于降低火花产生时的无线电噪声。电阻体例如由含有作为主要成分的玻璃颗粒、除玻璃以外的陶瓷颗粒以及导电性材料的组成物形成。贯通孔12内的位于电阻体70与中心电极20之间的间隙由导电性密封件60填埋，贯通孔12内的位于电阻体70与端子金属件40之间的间隙由玻璃和金属的导电性密封件80填埋。

A-2.主体金属外壳的安装螺纹部的凸部附近的结构：

图2是包括主体金属外壳50的安装螺纹部52的凸部523和绝缘电瓷10的台阶部15在内的部分的放大剖面图。该剖面是利用包含轴线CO在内的面剖切火花塞100而得到的剖面。在安装螺纹部52的外周面形成有安装用的螺纹牙521。图2中的虚线BL表示用于规定安装螺纹部52的有效直径R1的假想外周面(也称作有效直径规定面BL)。有效直径规定面BL是如下这样的假想外周面，即、从螺纹牙521的谷部到有效直径规定面BL为止的谷深度DPa与从螺纹牙521的峰部到有效直径规定面BL为止的峰高度DPb相等。在安装螺纹部52的公称直径为10mm的情况下，有效直径R1为大约9.3mm。

安装螺纹部52的凸部523具有所述缩径内表面523a、内侧面523b和扩径内表面523c。缩径内表面523a是在凸部523的后端侧部分随着自后端侧朝向顶端侧去而内径减小的内周面。扩径内表面523c是在凸部523的顶端侧部分随着自后端侧朝向顶端侧去而内径扩大的内周面。内侧面523b是凸部523的从缩径内表面523a的顶端到扩径内表面523c的后端为止的内周面，且是与轴线方向平行的内周面。在本说明书中，内径、外径均由直径表示。

将缩径内表面523a的后端P1的内径设为R2。也可以说，内径R2是安装螺纹部52的、比凸部523的后端P1靠后端侧的部分的内径。将缩径内表面523a的顶端P2的内径设为R3。也可以说，内径R3是内侧面523b的内径。

安装螺纹部52的比缩径内表面523a的后端P1靠后端侧的部分在径向上的长度A，能够利用安装螺纹部52的有效直径R1与缩径内表面523a的后端P1的内径R2之差的二分之一表示。即，长度A(图2)能够表示为A＝(R1-R2)/2。将长度A也称作螺纹部厚度A。

另外，凸部523在径向上的长度B能够利用缩径内表面523a的后端P1的内径R2与缩径内表面523a的顶端P2的内径R3之差的二分之一表示。即，长度B(图2)能够表示为B＝(R2-R3)/2。将长度B也称作凸部厚度B。

在图2的剖面中，将凸部523的缩径内表面523a同与轴线CO(图1)垂直的假想平面TF所成的锐角设为第1锐角θ1。

为了确保绝缘电瓷10的顶端侧主体部17同主体金属外壳50的、与该顶端侧主体部17相对且内径为R2的内周面之间为规定间隔CL1(例如，0.05mm～0.45mm)，而将绝缘电瓷10的顶端侧主体部17的外径R4设定得比内径R2小(2×CL1)(R4＝R2-(2×CL1))。另外，顶端侧主体部17和伸长部13内的、形成贯通孔12的内周面13a的内径R6，根据中心电极20的插入贯通孔12内的腿部25(在图2中省略图示)的外径而决定。例如，优选内径R6为1.5mm～1.8mm的范围内。顶端侧主体部17在径向上的长度C(绝缘电瓷10的该部分的厚度)能够利用外径R4与内径R6之差的二分之一表示。即，长度C(图2)能够表示为C＝(R4-R6)/2。

为了确保绝缘电瓷10的伸长部13的与主体金属外壳50的凸部523相对的部分、同主体金属外壳50的凸部523之间为规定间隔CL2(例如，0.15mm～0.6mm)，而将绝缘电瓷10的伸长部13的与主体金属外壳50的凸部523相对的部分的外径R5设定得比凸部523的内径R3小(2×CL2)(R5＝R3-(2×CL2))。伸长部13的与主体金属外壳50的凸部523相对的部分在径向上的长度D(绝缘电瓷10的该部分的厚度)能够利用外径R5与内径R6之差的二分之一表示。即，长度D(图2)能够表示为D＝(R5-R6)/2。将长度C也称作绝缘厚度C，将长度D也称作绝缘厚度D。绝缘厚度C、D越大，越能提高火花塞100的耐电压性。

绝缘电瓷10的台阶部15在其外周面具有随着自后端侧朝向顶端侧去而外径减小的缩径外表面15a。在图2的剖面中，将台阶部15的缩径外表面15a同与轴线CO(图1)垂直的假想平面TF所成的锐角设为第2锐角θ2。在图2的剖面中，缩径外表面15a的顶端附近部分和后端附近部分均为曲线，但顶端的曲线与后端的曲线之间的中央部为直线。第2锐角θ2基于中央部的直线部分来决定。

夹持在凸部523的缩径内表面523a与绝缘电瓷10的台阶部15的缩径外表面15a之间的环状的板状密封件8，如所述那样，在与压紧负荷相对应的密封负荷的作用下，沿轴线方向被压缩。板状密封件8在密封负荷的作用下沿着缩径内表面523a发生压缩变形。图2的剖面中的板状密封件8在沿着缩径内表面523a的方向上的宽度PW例如是图2的剖面中的缩径内表面523a的线长的100％左右，例如，优选为0.38mm～0.86mm的范围。

A-3：第1评价试验：

在第1评价试验中，使用安装螺纹部52的公称直径为10mm的11种火花塞100的试样。利用针对所述螺纹部厚度A和凸部厚度B而言互不相同的主体金属外壳50制作该11种试样。

在第1评价试验中，实施了压紧试验和耐电压试验。在压紧试验中，使用34kN(千牛顿)的压紧负荷实施了主体金属外壳50的压紧。之后，检查是否存在绝缘电瓷10的台阶部15自主体金属外壳50的凸部523向顶端侧下落的问题(以下，也称作下落)、以及是否存在主体金属外壳50的安装螺纹部52的螺纹牙521发生变形的问题(以下，也称作螺纹伸长)。能够通过肉眼观察来确认是否存在下落，能够利用螺纹量规来确认是否存在螺纹伸长。将螺纹伸长和下落均没有发生的试样评价为“○”，将发生螺纹伸长和下落中的任意一者的试样评价为“×”。

在耐电压试验中，使用了未将接地电极30向中心电极20的顶端侧弯曲的试样，以免在接地电极30的电极头33与中心电极20的电极头29之间发生放电。而且，在该试样中，向比板状密封件8靠顶端侧的、位于主体金属外壳50与绝缘电瓷10之间的空间GV注入绝缘液，以免在中心电极20与接地电极30之间发生放电。之后，向试样的端子金属件40与主体金属外壳50之间施加电压，并使施加的电压上升，直到绝缘体发生穿透(绝缘破坏)为止。将使绝缘体发生穿透的电压(称作穿透电压)为25kV(千伏)以上的试样评价为“○”，将穿透电压小于25kV的试样评价为“×”。将评价结果表示在表1中。表1中的螺纹部厚度A、凸部厚度B的单位为毫米。

[表1]

试样编号	A	B	A/B	A+B	压紧实验	耐电压试验
							1-1	1.30	0.20	6.5	1.50	×(下落)	○
1-2	1.23	0.25	4.9	1.48	○	○
							1-3	1.38	0.40	3.5	1.78	○	○
1-4	1.53	0.25	6.1	1.78	○	○
							1-5	1.38	0.45	3.1	1.83	○	○
1-6	1.13	0.50	2.3	1.63	×(螺纹伸长)	○
							1-7	1.28	0.30	4.3	1.58	○	○
1-8	1.28	0.45	2.9	1.73	×(螺纹伸长)	○
							1-9	1.54	0.45	3.4	1.99	○	○
1-10	1.60	0.40	4.0	2.00	○	○
							1-11	1.70	0.40	4.1	2.10	○	×

由表1所示的试验结果可知，在凸部厚度B为0.25mm以上的试样(1-2)～(1-11)中，没有发生下落，在凸部厚度B小于0.25mm的试样(1-1)中，发生下落。认为其原因在于：在凸部厚度B小于0.25mm的情况下，主体金属外壳50的缩径内表面523a的面积过小，而无法支承绝缘电瓷10的缩径外表面15a。若主体金属外壳50的缩径内表面523a无法支承绝缘电瓷10的缩径外表面15a，则无法适当地密封绝缘电瓷10的缩径外表面15a与主体金属外壳50的缩径内表面523a之间的间隙，导致气密性降低。因而，由试验结果可知，优选的是，确保凸部厚度B为0.25以上。

还可知，在螺纹部厚度A与凸部厚度B之比(A/B)为3.1以上的试样(1-1)～(1-5)、(1-7)、(1-9)～(1-11)中，没有发生螺纹伸长，在比率(A/B)小于3.1的试样(1-6)、(1-8)中，发生螺纹伸长。推断其原因为以下那样。

图3是用于说明作用于包括安装螺纹部52的凸部523和绝缘电瓷10的台阶部15在内的部分的应力的图。在压紧负荷的作用下，如图3中的空心箭头AR1、AR2所示那样，在凸部523作用有朝向顶端侧的应力。凸部厚度B越大，在该应力的作用下欲使安装螺纹部52向径向弯曲的弯矩越大。并且，螺纹部厚度A越大，安装螺纹部52的对抗弯矩的强度越大。因而，可以认为：在比率(A/B)小于3.1的情况下，安装螺纹部52的对抗弯矩的强度不足，因此存在例如安装螺纹部52发生变形的问题，具体而言，发生螺纹伸长。换言之，由于安装螺纹部52的强度不足，因此可能无法施加所需要的压紧负荷而无法确保为了确保气密性所需要的表面压力。因而，优选比率(A/B)为3.1以上。

此外，在螺纹部厚度A与凸部厚度B之和(A+B)为2.0mm以下的试样(1-1)～(1-10)中，耐电压试验的评价为“○”，在(A+B)大于2.0mm的试样(1-11)中，耐电压试验的评价为“×”。推断其原因为以下那样。

例如，当安装螺纹部52的公称直径为固定值(例如，10mm)时，A和(A+B)越大，则主体金属外壳50的凸部523的内径R3越小。于是，绝缘电瓷10的绝缘厚度C、D(图2)越小。其结果，可能无法确保绝缘电瓷10的绝缘厚度C、D而导致耐电压性降低。因而，可以认为：在(A+B)大于2.0mm的情况下，A和(A+B)过大，因此绝缘厚度C、D过小，而导致耐电压性降低。因而，可知，优选(A+B)小于2.0mm。

另外，在(A+B)过大的情况下，即使比率(A/B)为3.1以上，也由于厚度B可能较大而可能导致缩径内表面523a的面积较大。其结果，缩径内表面523a的面积过大，为了确保缩径内表面523a与板状密封件8之间所需要的密封压力(每单位面积的负荷)，可能需要增大压紧负荷。从该观点而言，也优选(A+B)比较小。

像这样，由第1评价试验的试验结果(表1)可知，优选螺纹部厚度A和凸部厚度B满足(A/B)≥3.1，且B≥0.25，且(A+B)≤2.0。如此一来，能够兼顾火花塞100的耐电压性和气密性。

需要说明的是，由所述说明可知，能够推断为在本评价试验的试验结果中，试样之间的差异主要是因螺纹部厚度A与凸部厚度B的差异而产生的。因而，可以推断能够不拘泥于除螺纹部厚度A和凸部厚度B以外的结构地应用螺纹部厚度A和凸部厚度B的所述优选的范围。

A-4：第2评价试验：

在第2评价试验中，准备满足在第1评价试验中明确的优选范围的6种试样，在相比第1评价试验而言更严格的条件下实施了压紧试验和耐电压试验。即，在第2评价试验中，使用安装螺纹部52的公称直径为10mm的6种火花塞100的试样。使用针对所述螺纹部厚度A和凸部厚度B而言互不相同的主体金属外壳50制作该6种试样。

在第2评价试验的压紧试验中，使用36kN的压紧负荷实施了对各试样的主体金属外壳50的压紧。评价的方法与第1评价试验的压紧试验相同。

在第2评价试验的耐电压试验中，进行与第1评价试验的耐电压试验相同的试验。在第2评价试验中，将穿透电压为30kV(千伏)以上的试样评价为“○”，将穿透电压小于30kV的试样评价为“×”。将评价结果表示在表2中。表2中的螺纹部厚度A、凸部厚度B的单位为毫米。

[表2]

试样编号	A	B	压紧实验	耐电压试验
					2-1	1.15	0.35	×(螺纹伸长)	○
2-2	1.23	0.30	○	○
					2-3	1.38	0.35	○	○
2-4	1.50	0.45	○	○
					2-5	1.54	0.35	○	○
2-6	1.60	0.40	○	×

由表2所示的试验结果可知，在螺纹部厚度A为1.23mm以上的试样(2-2)～(2-6)中，没有发生螺纹伸长，在螺纹部厚度A小于1.23mm的试样(2-1)中，发生螺纹伸长。认为其原因在于：在螺纹部厚度A小于1.23mm的情况下，且是在受到第2评价试验的压紧负荷的作用的情况下，由于螺纹部厚度A较小，因此安装螺纹部52的对抗弯矩的强度不足，导致发生螺纹伸长。因而，由试验结果可知，更优选螺纹部厚度A为1.23mm以上。

还可知，在螺纹部厚度A为1.54mm以下的试样(2-1)～(2-5)中，耐电压试验的评价为“○”，在螺纹部厚度A大于1.54mm的试样(2-6)中，耐电压试验的评价为“×”。认为其原因在于，在螺纹部厚度A大于1.54mm的情况下，无法确保绝缘厚度C、D(图2)，而导致耐电压性降低。因而，更优选螺纹部厚度A为1.54mm以下。

由表2所示的试验结果可知，若螺纹部厚度A为1.23mm以上且1.54mm以下，则凸部厚度B可以是0.30mm以上且0.45mm以下的任意值。因而，可以认为第2试验中的评价结果的差异主要是由螺纹部厚度A引起的。

在此，在第1评价试验中，明确优选(A/B)≥3.1，且B≥0.25，且(A+B)≤2.0，若利用该3个不等式对B进行求解，则可知0.25≤B≤大约0.48。根据该不等式和表2所示的试验结果，可以认为凸部厚度B的范围在至少0.25≤B≤0.45的范围内较佳。

像这样，由第2评价试验的试验结果(表2)可知，更优选螺纹部厚度A和凸部厚度B满足1.23mm≤A≤1.54mm，且0.25≤B≤0.45。如此一来，能够兼顾火花塞100的耐电压性和气密性使它们均为较高的水平。即，通过使长度A和长度B进一步适当化，能够在不引起绝缘体的穿透、螺纹部的变形的情况下，进一步提高火花塞的气密性和耐电压性。

例如，在安装螺纹部52的公称直径为10mm(有效直径R1＝9.268mm)的火花塞100中，特别优选螺纹部厚度A＝1.41mm、凸部厚度B＝0.43mm。如此一来，绝缘电瓷10的顶端侧主体部17的外径R4(图2)为6.25mm，缩径内表面523a的顶端P2的内径(凸部523的内侧面523b的内径)R3(图2)为5.6mm。如此一来，能够充分兼顾火花塞100的气密性和耐电压性。

A-5：第3评价试验：

在第3评价试验中，准备满足在第2评价试验中明确的更优选的范围的5种试样，在相比第2评价试验而言更严格的条件下实施了压紧试验。即，在第3评价试验中，使用了安装螺纹部52的公称直径为10mm、且螺纹部厚度A＝1.38mm且凸部厚度B＝0.35mm的5种火花塞100的试样。在该5种试样中，制作成如下这样，即：使所述第2锐角θ2固定在30度，使第1锐角θ1为互不相同的角度。

需要说明的是，将第1锐角θ1设定为比第2锐角θ2大的角度(θ1＞θ2)。在此，与设为θ1≤θ2相比，优选设为θ1＞θ2，这不用进行试验就能明了清楚的。以下进行说明。

如图3所示，若θ1≤θ2，则凸部523的缩径内表面523a与绝缘电瓷10的缩径外表面15a之间的间隔随着朝向径向内侧去而变窄。其结果，与板状密封件8的径向外侧部分的压缩力(图3中的箭头AR3、AR5)相比，板状密封件8的径向内侧部分的压缩力(参照图3中的箭头AR4、AR6)较大。因而，可能出现这样的情况：板状密封件8发生变形而向径向内侧突出(参照图3中的虚线TP)，从而损伤绝缘电瓷10。另外，可以说作用于缩径内表面523a的应力(图3中的箭头AR1、AR2)也是同样的情况。即，与作用于缩径内表面523a的径向外侧部分的应力(图3中的箭头AR1)相比，作用于缩径内表面523a的径向内侧部分的应力(图3中的箭头AR2)较大。其结果，可能出现这样的情况：凸部523以向径向内侧突出的方式发生变形(参照图3中的虚线BP)，而损伤绝缘电瓷10。因此，优选将第1锐角θ1设定为比第2锐角θ2大的角度(θ1＞θ2)。

在第3评价试验的压紧试验中，使用38kN的压紧负荷，实施了对各试样的主体金属外壳50的压紧。之后，评价压紧后的试样是否存在螺纹伸长以及绝缘电瓷10是否存在裂纹。能够利用螺纹量规来确认是否存在螺纹伸长。对于绝缘电瓷10是否存在裂纹，能够在将红色渗透探伤液涂布于绝缘电瓷10使裂纹可视化之后通过肉眼观察来进行确认。将评价结果表示在表3中。表3中的“○”表示不存在螺纹伸长或者绝缘电瓷10不存在裂纹，“×”表示存在螺纹伸长或者绝缘电瓷10存在裂纹。

[表3]

试样编号	θ1	θ2	螺纹伸长	绝缘体裂纹
					3-1	31	30	○	×
3-2	35	30	○	○
					3-3	40	30	○	○
3-4	50	30	○	○
					3-5	54	30	×	○

在表3所示的试验结果中，在第1锐角θ1为35度以上的试样(3-2)～(3-5)中，绝缘电瓷10没有产生裂纹，在第1锐角θ1小于35度的试样(3-1)中，绝缘体产生裂纹。另外，在第1锐角θ1为50度以下的试样(3-1)～(3-4)中，没有发生螺纹伸长，在第1锐角θ1大于50度的试样(3-5)中，发生螺纹伸长。推断其原因为以下那样。

基于压紧负荷而作用于凸部523的应力能够分解为与轴线方向平行的成分(图3中的箭头AR1、AR2)和与轴线垂直的成分(图3中的箭头AR7)。第1锐角θ1越小，与轴线方向平行的成分越大，第1锐角θ1越大，与轴线垂直的成分越大。

若第1锐角θ1小于35度，则与轴线平行的成分(图3中的箭头AR1、AR2)过大。其结果，凸部523以向径向内侧突出的方式发生变形(参照图3中的虚线BP)，而损伤绝缘电瓷10。因而，可以认为当第1锐角θ1小于35度时绝缘电瓷10会产生裂纹。

若第1锐角θ1大于50度，则与轴线垂直的成分(图3中的箭头AR7)过大。其结果，可以认为使安装螺纹部52弯曲的力较大，导致安装螺纹部52发生变形。因而，可以认为当第1锐角θ1大于50度时安装螺纹部52会发生变形而发生螺纹伸长。

因而，更优选第1锐角θ1大于第2锐角θ2并且第1锐角θ1在35度以上50度以下的范围内。如此一来，能够兼顾火花塞100的耐电压性和气密性使它们均为较高的水平。即，通过使第1锐角θ1进一步适当化，能够在不引起绝缘体的穿透、螺纹部的变形的情况下，进一步提高火花塞的气密性和耐电压性。

A-6：第4评价试验：

在第4评价试验中，准备满足在第3评价试验中明确的更优选的范围的7种试样，在相比第3评价试验而言更严格的条件下实施了压紧试验。具体而言，在第4评价试验中，使用了安装螺纹部52的公称直径为10mm、且螺纹部厚度A＝1.38mm、且凸部厚度B＝0.35mm、且第1锐角θ1＝35度、且第2锐角θ2＝30度的火花塞100的试样。通过改变主体金属外壳50的材质和板状密封件8的材质来制作针对凸部523的硬度E和板状密封件8的硬度F而言互不相同的7种试样。主体金属外壳50的材质为低碳钢，能够通过改变碳含量、热处理的条件来改变硬度。板状密封件8的材质为以铜或铝为主要成分的合金，能够通过改变添加元素的添加量、热处理的条件来改变硬度。

在第4评价试验的压紧试验中，使用40kN的压紧负荷，实施了对各试样的主体金属外壳50的压紧。之后，利用与第3评价试验相同的方法评价压紧后的试样是否存在螺纹伸长以及绝缘电瓷10是否存在裂纹。将评价结果表示在表4中。表4中的“○”表示不存在螺纹伸长或裂纹，“×”表示存在螺纹伸长或裂纹。

此外，在利用含有轴线CO的平面剖切各试样而得到的剖面中，通过基于JIS Z2244标准的、测量负荷为1.961N的维氏硬度试验，来测量维氏硬度(Hv)。对板状密封件8的剖面中的大致中心点一处进行测量。对主体金属外壳50的凸部523的剖面中的与缩径内表面523a相距0.1mm的大致等间隔的3点进行测量。每种试样的测量数量为5。将各测量值的平均值作为各试样的硬度E、F。将评价结果表示在以下的表4中。

[表4]

试样编号	E	F	E-F	螺纹伸长	绝缘体裂纹
						4-1	132	122	10	×	○
4-2	137	122	15	○	○
						4-3	140	121	19	○	○
4-4	152	120	32	○	○
						4-5	160	120	40	○	○
4-6	164	118	46	○	○
						4-7	169	119	50	○	×

在表4所示的试验结果中，在凸部523的硬度E与板状密封件8的硬度F之间的差量(E-F)为15Hv以上的试样(4-2)～(4-7)中，没有发生螺纹伸长，在差量(E-F)小于15Hv的试样(4-1)中，发生螺纹伸长。另外，在差量(E-F)为46Hv以下的试样(4-1)～(4-6)中，绝缘电瓷10没有产生裂纹，在差量(E-F)大于46Hv的试样(4-7)中，绝缘电瓷10产生裂纹。推断其原因为以下那样。

在差量(E-F)大于46Hv的情况下、即在相比凸部523而言板状密封件8过软的情况下，板状密封件8的变形量过大，变形后的板状密封件8向绝缘电瓷10侧突出(参照图3中的虚线TP)。其结果，可以认为突出的板状密封件8与绝缘电瓷10接触，而导致绝缘电瓷10产生裂纹。在差量(E-F)小于15Hv的情况下、即在相比凸部523而言板状密封件8过硬的情况下，可以认为板状密封件8的变形量不足，在凸部523的缩径内表面523a上作用有过大的负荷，导致安装螺纹部52发生变形，从而发生螺纹伸长。

像这样，由第4评价试验的试验结果(表4)可知，更优选硬度E与硬度F之间的差量(E-F)满足15Hv≤(E-F)≤46Hv。如此一来，能够兼顾火花塞100的耐电压性和气密性使它们均为较高的水平。即，通过使凸部523的硬度E、板状密封件8的硬度F进一步适当化，能够在不引起绝缘体的裂纹、螺纹部的变形的情况下，进一步提高火花塞的气密性和耐电压性。

B.变形例：

(1)在所述实施方式中，凸部523的内侧面523b与轴线CO平行，但也可以是，例如，凸部523如凸部523的扩径内表面523c那样随着自后端侧朝向顶端侧去而内径增大。在该情况下，也是利用缩径内表面523a的顶端P2的内径R3决定凸部523的凸部厚度B。同样地，安装螺纹部52的比凸部523靠后端侧的内周面与轴线CO平行，但也可以是，随着自后端侧朝向顶端侧去而内径增大。在该情况下，也是利用缩径内表面523a的后端P1的内径R2决定安装螺纹部52的螺纹部厚度A、凸部523的凸部厚度B。

(2)在图2的剖面中，缩径内表面523a在其全长范围内呈直线状，但也可以与缩径外表面15a同样地，缩径内表面523a的顶端附近部分和后端附近部分为曲线。在该情况下，基于顶端的曲线和后端的曲线之间的中央部的直线部分决定凸部523的缩径内表面523a同与轴线CO垂直的平面TF所成的第1锐角θ1。

(3)认为实施方式的火花塞100的气密性和耐电压性的提高受与主体金属外壳50的凸部523及其附近的构成要素(板状密封件8、绝缘电瓷10)相关的参数，即螺纹部厚度A、凸部厚度B、第1锐角θ1、第2锐角θ2、维氏硬度E以及维氏硬度F影响。因而，除所述参数以外的要素，例如主体金属外壳50的材质、板状密封件8的材质等可以进行各种变更。例如，主体金属外壳50的材质既可以是镀镍的低碳钢，也可以是没有镀镍的低碳钢。另外，板状密封件8的材质能够采用例如铜、铝、铁、锌、以及以它们为主要成分的各种合金。

(4)在所述实施方式中，列举火花塞的结构的一个例子进行了说明。然而，所述实施方式的形态只是一个例子，能够根据火花塞的用途、所需要的性能进行各种变形。例如，也可以代替沿轴线方向放电的纵向放电型火花塞，而构成为沿与轴线方向垂直的方向放电的横向放电型火花塞。

以上，基于实施方式、变形例对本发明进行了说明，但所述的发明的实施方式是用于使本发明容易被理解的实施方式，并不限定本发明。本发明能够在不脱离其主旨以及权利要求书的范围内进行变更、改良，本发明包括与这些等同的内容。

附图标记说明

5、密封垫；6、环构件；8、板状密封件；9、滑石；10、绝缘电瓷；12、贯通孔；13、伸长部；15、台阶部；15a、缩径外表面；16、台阶部；17、顶端侧主体部；18、后端侧主体部；19、凸缘部；20、中心电极；21、电极母材；22、芯材；23、头部；24、凸缘部；25、腿部；29、电极头；30、接地电极；31、母材顶端部；32、母材基端部；33、电极头；40、端子金属件；41、帽安装部；42、凸缘部；43、腿部；50、主体金属外壳；51、工具卡合部；52、安装螺纹部；53、压紧部；54、座部；58、压缩变形部；59、贯通孔；60、导电性密封件；70、电阻体；80、导电性密封件；100、火花塞；521、螺纹牙；523、凸部；523a、缩径内表面；523b、内侧面；523c、扩径内表面。

Claims (5)

1.一种火花塞，

该火花塞包括：

绝缘体，其为筒状体，具有沿轴线的方向延伸的轴孔，该绝缘体在其外周面具有随着自后端侧朝向顶端侧去而外径减小的缩径外表面；

主体金属外壳，其为筒状体，具有沿所述轴线的方向延伸的供所述绝缘体插入的贯通孔，该主体金属外壳具有螺纹部，该螺纹部在其外周面具有安装用的螺纹牙，该螺纹部在其内周面具有随着自后端侧朝向顶端侧去而内径减小的缩径内表面；以及

密封件，其为环状，

所述绝缘体的所述缩径外表面与所述主体金属外壳的所述缩径内表面之间以夹持所述密封件的方式被密封，

在该火花塞中，

所述螺纹部的公称直径为10mm以下，

在含有所述轴线的至少一个剖面中，

在将(所述螺纹部的有效直径与所述缩径内表面的后端的内径之差)/2设为长度A、将(所述缩径内表面的后端的内径与所述缩径内表面的顶端的内径之差)/2设为长度B时，

满足(A/B)≥3.1、且B≥0.25、且(A+B)≤2.0，其中A、B的单位均为mm。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，

所述长度A满足1.23≤A≤1.54，

所述长度B满足0.25≤B≤0.45。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

所述主体金属外壳的所述缩径内表面同与所述轴线垂直的平面所成的锐角为35度以上且50度以下，并且大于所述绝缘体的所述缩径外表面同与所述轴线垂直的平面所成的锐角。

4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

所述主体金属外壳的形成有所述缩径内表面的部位的维氏硬度E和所述密封件的维氏硬度F，满足15≤(E-F)≤46，其中E、F的单位均为Hv。

5.根据权利要求3所述的火花塞，其中，

所述主体金属外壳的形成有所述缩径内表面的部位的维氏硬度E和所述密封件的维氏硬度F，满足15≤(E-F)≤46，其中E、F的单位均为Hv。