CN104521080B

CN104521080B - 火花塞

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Publication number: CN104521080B
Application number: CN201380040821.1A
Authority: CN
Inventors: 岛村拓也
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: US9166379B2; WO2014020785A1; US20150194792A1; CN104521080A; EP2882051A4; JP2014026928A; JP5369227B1; EP2882051B1; EP2882051A1

Abstract

抑制在压紧工序中座部、突部发生变形，确保良好的气密性。火花塞(1)包括绝缘电瓷(2)和主体金属外壳(3)，主体金属外壳(3)具有：压紧部(19)；座部(16)，其具有锥形面(31)；螺纹部(15)，其螺纹直径为M12以下；以及突部(20)。绝缘电瓷(2)具有能够卡定于突部(20)的卡定部(14)，该绝缘电瓷以被压紧部(19)和突部(20)夹持的状态固定于主体金属外壳(3)。将锥形面(31)的面积设为SB(mm²)，将座部(16)的自锥形面(31)的后端延伸的座部外周面(32)的长度设为LB(mm)，将突部(20)的能够被卡定部(14)卡定的被卡定面(33)的面积设为SC(mm²)，将突部(20)的自被卡定面(33)的顶端向顶端侧延伸的突部内周面(34)的长度设为LC(mm)，此时，满足SB/SC≥3.5、SB/LB≤12.0和SC/LC≤12.0。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及在内燃机等中使用的火花塞。

背景技术

火花塞安装于内燃机(发动机)等燃烧装置，用于对混合气体等进行点火。通常，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，其贯穿在所述轴孔的顶端侧；以及主体金属外壳，其设于所述绝缘体的外周。并且，在主体金属外壳的外周面形成有：螺纹部，其用于与燃烧装置的安装孔螺纹结合；以及座部，其为凸缘状，位于比螺纹部靠后端侧的位置，且向径向外侧突出。

而且，在主体金属外壳的内周面的比座部靠顶端侧的部位形成有向内周侧突出的突部，设于绝缘体外周的卡定部直接卡定于所述突部的被卡定面或者隔着板状密封件等间接地卡定于所述突部的被卡定面。而且，在主体金属外壳的后端部形成有向内周侧弯曲的压紧部，绝缘体以被突部和压紧部夹持的状态(即，受到自主体金属外壳施加的轴向力作用的状态)固定于主体金属外壳。像这样对绝缘体施加轴向力，从而使被卡定面与卡定部之间的接触压力足够大，其结果，能够确保在主体金属外壳与绝缘体之间气密性良好。

此外，为了确保在燃烧室内气密性优异，已知有这样的技术：在螺纹根部设置有环状的密封垫，该螺纹根部设于所述螺纹部的后端侧，在将火花塞安装于燃烧装置时，使所述密封垫与燃烧装置的基座面接触。另外，为了谋求进一步提高气密性，提出了这样的火花塞(所谓锥座型)：不设置密封垫，而是将所述座部的顶端面做成随着朝向轴线方向顶端侧去而变细的锥形面，并使该锥形面与所述座面直接接触。(例如，参照专利文献1等)。

此外，为了将主体金属外壳和绝缘体固定在一起而形成所述压紧部的工序(压紧工序)，是以如下方式进行的。即，在将绝缘体插入到主体金属外壳内的状态下，将主体金属外壳的顶端部插入规定承模的贯穿孔，利用所述承模保持主体金属外壳。此时，所述锥形面与锥形接收面面接触，该锥形接收面与贯穿孔的开口连接且具有与锥形面的倾斜角度相同的倾斜角度。接着，利用环状的压模，对主体金属外壳的后端部施加沿着轴线方向的负荷。由此，在主体金属外壳的后端部形成压紧部，将主体金属外壳和绝缘体固定在一起。其中，在压紧工序中，在形成压紧部的同时，主体金属外壳的位于压紧部与座部之间的比较薄的部位发生变形，从而形成向外周侧突出的鼓出部。通过形成鼓出部，能够更可靠地自主体金属外壳对绝缘体施加轴向力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－103276号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，针对锥座型火花塞，在压紧工序中，在对主体金属外壳施加负荷时，有时座部、突部会过度变形。若座部、突部发生了过度变形，则有可能导致自主体金属外壳施加于绝缘体的轴向力极端地降低。其结果，有可能造成主体金属外壳与绝缘体之间的气密性降低。

另外，即使能够对轴向力的降低进行抑制，若被卡定面的面积相对于轴向力的大小而言过大，则被卡定面与卡定部之间的接触压力较小，结果，还是有可能导致气密性降低。

本发明是鉴于所述情况而完成的，其目的在于提供一种火花塞，该火花塞能够可靠地防止在压紧工序中座部、突部发生变形，并且能够确保在主体金属外壳与绝缘体之间具有良好的气密性。

用于解决问题的方案

以下，对适于达到所述目的的各技术方案进行分项说明。另外，根据需要对相应的技术方案附加记载特有的作用效果。

技术方案1.本技术方案的火花塞包括：

绝缘体，其为筒状，沿轴线方向延伸；以及

主体金属外壳，其为筒状，设于所述绝缘体的外周，

所述主体金属外壳具有：

压紧部，其设于该主体金属外壳的后端部，向内周侧弯曲；

鼓出部，其位于比所述压紧部靠顶端侧的位置，向外周侧突出；

座部，其位于比所述压紧部靠顶端侧的位置；

螺纹部，其位于比所述座部靠顶端侧的位置，用于与燃烧装置的安装孔螺纹结合；以及

突部，其位于所述主体金属外壳的比所述座部靠顶端侧的部分的内周，且向内周侧突出，

所述绝缘体具有卡定部，该卡定部随着朝向顶端侧去而外径逐渐减小并且直接或间接地卡定于所述突部，并且所述绝缘体以被所述压紧部和所述突部夹持的状态固定于所述主体金属外壳，

所述座部具有锥形面，该锥形面随着朝向顶端侧去而外径逐渐减小，在所述螺纹部螺纹结合于所述燃烧装置的安装孔后，该锥形面的至少一部分与所述燃烧装置的基座面接触，

该火花塞的特征在于，

所述螺纹部的螺纹直径为M12以下，

将所述锥形面的面积设为SB(mm²)，

将所述座部的自所述锥形面的后端沿着所述轴线向后端侧延伸的面、即座部外周面的沿所述轴线的长度设为LB(mm)，

将所述突部的比所述卡定部的后端靠内周侧且能被所述卡定部卡定的被卡定面的面积设为SC(mm²)，

将所述突部的自所述被卡定面的顶端沿所述轴线向顶端侧延伸的面、即突部内周面的沿所述轴线的长度设为LC(mm)，

此时，满足SB/SC≥3.5、SB/LB≤12.0和SC/LC≤12.0。

其中，“座部外周面沿轴线延伸、突部内周面沿轴线延伸”不仅包括座部外周面等严格地沿轴线延伸的情况，即在含有轴线的剖面中、座部外周面等的外形线与轴线平行的情况，还包括在含有轴线的剖面中、座部外周面等的外形线相对于轴线略微(例如，外形线与轴线所成的角中的锐角的角度为10度以下)倾斜的情况。

另外，“锥形面的面积SB”可以说成是座部的、在压紧工序中与支承主体金属外壳的承模接触且在对主体金属外壳的后端部施加负荷时被按压于承模的部位的面积。

技术方案2.在所述技术方案1的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，满足5.0≤SC/LC≤10.0。

从抑制电流沿着中心电极与主体金属外壳之间的绝缘体表面泄漏这一方面而言，优选的是，增大形成在绝缘体的比卡定部靠顶端侧的部位(腿部)与主体金属外壳的比突部靠顶端侧的部位之间的间隙。并且，从抑制电流泄漏这一方面而言，还优选增大中心电极的顶端部与主体金属外壳的突部之间的沿着轴线方向的距离。

技术方案3.在所述技术方案1或2的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，自所述锥形面的后端到所述突部的后端的、沿着所述轴线的距离LA为16mm以上。

技术方案4.在所述技术方案1～3中任一技术方案的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，在将所述座部的在所述锥形面的后端处的壁厚设为TB(mm)、将所述鼓出部的最小壁厚设为TD(mm)时，满足TD≥0.5和TB/TD≥4.2。

技术方案5.在所述技术方案1～4中任一技术方案的基础上，本技术方案的火花塞的特征在于，在将所述鼓出部的最小壁厚设为TD(mm)、将所述压紧部的最小壁厚设为TE(mm)时，满足1.1≤TE/TD≤1.3。

发明的效果

采用技术方案1的火花塞，构成为满足SB/LB≤12.0。即，相对于与在压紧工序中施加于座部的力相当的面积SB而言，能够充分确保与座部的强度相当的长度LB。因而，能够可靠地抑制在压紧工序中座部发生过度变形。

并且，采用技术方案1的火花塞，构成为满足SC/LC≤12.0。即，相对于与在压紧工序中施加于突部的力相当的面积SC而言，能够充分确保与突部的强度相当的长度LC。因而，能够可靠地抑制在压紧工序中突部发生过度变形。

如以上那样，采用技术方案1的火花塞，能够可靠地抑制座部和突部发生过度变形，能够使自主体金属外壳施加于绝缘体的轴向力足够大。

而且，采用技术方案1的火花塞，构成为能够在如所述那样确保较大的轴向力的基础上，满足SB/SC≥3.5。在此，面积SB越大，则在压紧工序中施加于锥形面的压力越小，越能够抑制锥形面的压溃变形(越能够抑制突部向顶端侧移动)，因此轴向力变得非常大。另一方面，面积SB越小，则在压紧工序中施加于锥形面的压力越大，锥形面越较容易发生变形，因此，虽然轴向力足够大，但与面积SB较大的情况相比稍小。即，面积SB与自主体金属外壳施加于绝缘体的轴向力的大小相当。并且，采用所述技术方案1，设为SB/SC≥3.5，因此，能够使轴向力除以面积SC而得到的值、即被卡定面与卡定部之间的接触压力足够大。由此，能够确保主体金属外壳与绝缘体之间具有良好的气密性。

采用技术方案2的火花塞，构成为满足5.0≤SC/LC。在此，面积SC越大，则绝缘体的比卡定部靠顶端侧的部位(腿部)越远离主体金属外壳的内周面，因此，形成在主体金属外壳的比突部靠顶端侧的部位与绝缘体(腿部)之间的间隙越大。并且，长度LC越小，中心电极的顶端部与主体金属外壳的突部之间的沿着轴线方向的距离越大。并且，采用所述技术方案2，能够满足面积SC比较大和长度LC比较小这两者中的至少一者。因而，能够使中心电极的顶端部与主体金属外壳之间的绝缘电阻值足够大，能够有效地抑制电流泄漏。

另外，采用技术方案2的火花塞，构成为满足SC/LC≤10.0。在此，面积SC越小或者长度LC越大，则形成在绝缘体(腿部)的表面与主体金属外壳的内周面之间的间隙的体积越小。因此，燃烧气体的热量不易积存于所述间隙，绝缘体不易过热。另外，采用所述技术方案2，由于设为SC/LC≤10.0，因此能够使所述间隙的体积足够小，能够有效地抑制热量积存于所述间隙。其结果，能够可靠地抑制绝缘体过热，能够得到良好的耐热性。

采用技术方案3的火花塞，将自锥形面的后端到突部的后端的、沿着轴线的距离LA设为16mm以上，能够使绝缘体的比卡定部靠顶端侧的部位(腿部)比较短。因而，能够降低在内燃机等工作时腿部承受的热量，能够提高耐热性。

另一方面，在距离LA被设为16mm以上的情况下，在高温条件下螺纹部发生热膨胀，而且自主体金属外壳施加于绝缘体的轴向力容易减小。即，在距离LA为16mm以上的情况下，可能出现在高温条件下气密性降低的情况。

对于这一点，通过采用所述技术方案1的火花塞，能够使被卡定面与卡定部之间的接触压力足够大，因此，即使在距离LA被设为16mm以上、在高温条件下螺纹部发生热膨胀的情况下，也能够维持良好的气密性。换言之，所述技术方案1等对于距离LA为16mm以上、在高温条件下难以确保气密性良好的火花塞特别有效。

采用技术方案4的火花塞，构成为满足TB/TD≥4.2，构成为使鼓出部的最小壁厚TD相对于座部的壁厚TB而言足够小。因而，在压紧工序中，能够可靠地抑制座部向外周侧变形，能够可靠地对与鼓出部相当的部位(变形后，成为鼓出部的部位)施加负荷。由此，能够可靠地使鼓出部发生纵向弯曲变形，能够进一步增大自主体金属外壳施加于绝缘体的轴向力。其结果，能够实现进一步提高气密性。

并且，采用技术方案4的火花塞，构成为TD≥0.5，使鼓出部具有良好的机械强度。因而，能够抑制在受到随着内燃机的工作等产生的撞击时鼓出部产生裂纹等损伤。其结果，能够可靠地防止随着鼓出部的损伤而出现的气密性降低。

采用技术方案5的火花塞，构成为满足1.1≤TE/TD。即，相对于与轴向力的大小相对应的鼓出部的最小壁厚TD而言，压紧部的最小壁厚TE足够大。因此，压紧部具有能够足以抵抗轴向力的刚性，从而能够可靠地防止在受到撞击时压紧部发生变形(还原变形)。其结果，即使在受到撞击时也能够维持良好的气密性。

而且，采用所述技术方案5的火花塞，构成为满足TE/TD≤1.3，因此能够抑制压紧部的刚性相对于鼓出部的刚性而言过大。因而，在不会使压紧工序中的负荷极端地增大的情况下，能够可靠地使与压紧部相当的部位(变形后，成为压紧部的部位)变形，进而能够充分地对与鼓出部相当的部位(变形后，成为鼓出部的部位)施加负荷。由此，能够使鼓出部的纵向弯曲变形量足够大，能够进一步增大轴向力。其结果，能够进一步提高气密性。

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是表示安装于内燃机上的火花塞的局部剖切放大主视图。

图3是表示座部等的结构的放大剖视图。

图4是图3中的J－J线剖视图。

图5是表示突部等的结构的放大剖视图。

图6是用于说明被卡定面的面积的突部、卡定部的投影图。

图7是表示鼓出部、压紧部的结构的放大剖视图。

图8是表示压紧工序中的一个步骤的放大剖视图。

图9是表示压紧工序中的一个步骤的放大剖视图。

图10是表示在螺纹直径为M12的试样中、SB/LB与座部的变形量之间的关系的曲线图。

图11是表示在螺纹直径为M12的试样中、SC/LC与突部的变形量之间的关系的曲线图。

图12是表示在螺纹直径为M10的试样中、SB/LB与座部的变形量之间的关系的曲线图。

图13是表示在螺纹直径为M10的试样中、SC/LC与突部的变形量之间的关系的曲线图。

图14是表示在SB/SC为2.9mm的试样X和SB/SC为3.5mm的试样Y中、改变长度LA时的空气泄漏量的曲线图。

图15是表示TB/TD与座部的变形量之间的关系的曲线图。

图16是表示TE/TD与空气泄漏量之间的关系的曲线图。

图17是表示TE/TD与纵向弯曲量之间的关系的曲线图。

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。需要说明的是，在图1中，将火花塞1的轴线CL1方向作为附图中的上下方向，将下侧作为火花塞1的顶端侧，将上侧作为后端侧，并以此进行说明。

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

绝缘电瓷2如公知那样是通过烧结氧化铝等而形成的，该绝缘电瓷2的外形部具有：后端侧主体部10，其形成在后端侧；大径部11，其在比该后端侧主体部10靠顶端侧的位置朝向径向外侧突出而形成；中间主体部12，其在比该大径部11靠顶端侧的位置形成为直径小于该大径部11的直径；以及腿部13，其在比该中间主体部12靠顶端侧的位置形成为直径小于该中间主体部12的直径。而且，绝缘电瓷2的大径部11、中间主体部12以及大部分的腿部13被收容在主体金属外壳3的内部。并且，在中间主体部12与腿部13之间的连接部形成有随着朝向轴线CL1方向顶端侧去而外径逐渐减小的锥形的卡定部14，绝缘电瓷2利用该卡定部14卡定于主体金属外壳3。

此外，在绝缘电瓷2内贯通形成有沿着轴线CL1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。中心电极5包括：内层5A，其由导热性优异的金属〔例如，铜、铜合金、纯镍(Ni)等〕形成；以及外层5B，其由以Ni为主要成分的合金形成。并且，中心电极5整体呈棒状(圆柱状)，其顶端面形成为平坦状，并且自绝缘电瓷2的顶端突出。

此外，在轴孔4的后端侧以自绝缘电瓷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的处于中心电极5与端子电极6之间的部分配置有圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部隔着导电性的玻璃密封层8、9而分别与中心电极5和端子电极6电连接。

此外，所述主体金属外壳3由低碳钢等金属形成为筒状，在该主体金属外壳3的外周面形成有螺纹部(外螺纹部)15，该螺纹部15用于将火花塞1螺纹结合于燃烧装置(例如，内燃机、燃料电池改性器等)的安装孔。并且，在比螺纹部15靠后端侧的位置形成有凸缘状的座部16，该座部16形成为朝向外周侧突出。并且，在座部16的顶端外周面设有随着朝向顶端侧去而外径逐渐减小的锥形面31，在将螺纹部15螺纹结合于燃烧装置的安装孔时，该锥形面31的至少一部分与燃烧装置的基座面接触。另外，在比座部16靠后端侧的位置形成有鼓出部17，该鼓出部17形成为壁厚较薄，且该鼓出部17向外周侧突出。此外，在主体金属外壳3的后端侧设有截面呈六边形的工具卡合部18，在将主体金属外壳3安装于燃烧装置时该工具卡合部18用于与扳手等工具卡合。并且，在主体金属外壳3的后端部设有朝向径向内侧弯曲的压紧部19。需要说明的是，在本实施方式中，将所述螺纹部15的螺纹直径设为M12以下。

另外，在主体金属外壳3的比所述座部16靠顶端侧的部分的内周设有向内周侧突出的突部20。并且，绝缘电瓷2自主体金属外壳3的后端侧向主体金属外壳3的顶端侧插入该主体金属外壳3内，在所述卡定部14卡定于所述突部20的状态下，使主体金属外壳3的后端部向径向内侧压紧、即形成所述压紧部19，从而将绝缘电瓷2固定于主体金属外壳3。即，绝缘电瓷2以被压紧部19和突部20夹持的状态固定于主体金属外壳3，利用鼓出部17等自主体金属外壳3对绝缘电瓷2施加轴向力。

另外，在卡定部14与突部20之间夹设有圆环状的板状密封件21，卡定部14隔着板状密封件21间接地卡定于突部20。通过设置板状密封件21，来保持燃烧室内的气密性，从而避免进入绝缘电瓷2的暴露在燃烧室内的腿部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙内的燃料气体泄漏到外部。

此外，为了使通过压紧实现的密闭更加完善，在主体金属外壳3的后端侧，在主体金属外壳3与绝缘电瓷2之间夹设有环状的环构件22、23，在环构件22、23之间填充有滑石(talc)24的粉末。即，主体金属外壳3借助板状密封件21、环构件22、环构件23和滑石24保持绝缘电瓷2。

另外，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在其自身的大致中间部分处折回，且其自身的顶端侧侧面与中心电极5的顶端面相对。接地电极27是由外层27A和内层27B构成的双层构造，该外层27A由Ni合金形成，该内层27B由导热性优于所述Ni合金的导热性的金属、即铜合金或纯铜形成。另外，在中心电极5的顶端部与接地电极27的顶端部之间形成有火花放电间隙28，在该火花放电间隙28内，在大致沿着轴线CL1的方向上进行火花放电。

此外，在本实施方式中，如图2所示，在使所述螺纹部15螺纹结合于安装孔42后，所述锥形面31与内燃机41的基座面43紧密接合，从而能够保持燃烧室内的气密，所述安装孔42形成于作为燃烧装置的内燃机41上且具有内螺纹。

此外，如图3所示，座部16具有座部外周面32，该座部外周面32是自锥形面31的后端31E沿着轴线CL1向后端侧延伸的面，将该座部外周面32的沿着轴线CL1的长度设为LB(mm)。另外，如图4(图4是图3中的J－J线剖视图)所示，将锥形面31的面积(在图4中，标注点状图案的部位)设为SB(mm²)。并且，构成为长度LB和面积SB满足SB/LB≤12.0(mm)。

另外，在本实施方式中，从确保气密性的方面而言，将面积SB设为规定值(例如，43mm²)以上，此外，从设计上的制约而言，构成为长度LB不会过大。其结果，在本实施方式中，构成为满足5.0≤SB/LB。另外，在本实施方式中，在含有轴线CL1的剖面中，座部外周面32的外形线与轴线CL1平行，但也可以是座部外周面32的外形线相对于轴线CL1略微倾斜。因而，例如，也可以构成为：在含有轴线CL1的剖面中，座部外周面32的外形线随着朝向轴线CL1方向后端侧去而逐渐远离轴线CL1。

另外，如图5和图6(图6是将卡定部14和突部20沿着轴线CL1投影在与轴线CL1正交的平面上而得到的投影图)所示，突部20包括：被卡定面33(在图6中，标注点状图案的部位)，其位于比卡定部14的后端14E靠内周侧的位置，是隔着板状密封件21供卡定部14卡定的面；以及突部内周面34，其是自该被卡定面33的顶端33F沿着轴线CL1向顶端侧延伸的面。并且，在将突部内周面34的沿着轴线CL1的长度设为LC(mm)、将被卡定面33的面积设为SC(mm²)时，构成为满足SC/LC≤12.0(mm)(更优选的是，满足5.0≤SC/LC≤10.0)。

另外，在本实施方式中，在含有轴线CL1的剖面中，突部内周面34的外形线与轴线CL1平行，但也可以是突部内周面34的外形线相对于轴线CL1略微倾斜。因而，例如，也可以构成为：在含有轴线CL1的剖面中，突部内周面34的外形线随着朝向轴线CL1方向顶端侧去而逐渐靠近轴线CL1。另外，为了使绝缘电瓷2的热量高效地向主体金属外壳3侧传递，提高绝缘电瓷2和中心电极5的导热性，而将突部内周面34与绝缘电瓷2的外周面之间的沿着与轴线CL1正交的方向的距离设为规定值以下(例如，0.5mm以下)。此外，将卡定部14的后端14E与主体金属外壳3的内周面之间的沿着与轴线CL1正交的方向的距离设为非常小的值(例如，0.2mm以下)。

另外，在本实施方式中，构成为所述的面积SB、面积SC满足SB/SC≥3.5。

此外，在本实施方式中，为了防止腿部13过热，而使腿部13的沿着轴线CL1的长度较小，伴随于此，自锥形面31到突部20的沿着轴线CL1的长度较大。具体而言，如图1所示，将自锥形面31的后端31E到突部20的后端20E的沿着轴线CL1的距离LA设为16mm以上。

另外，如图7所示，构成为在将座部16在锥形面31的后端31E处的沿着与轴线CL1正交的方向的壁厚设为TB(mm)、将鼓出部17的沿着与轴线CL1正交的方向的最小壁厚设为TD(mm)时，满足TD≥0.5且TB/TD≥4.2。

而且，构成为在将压紧部19的最小壁厚设为TE(mm)时，满足1.1≤TE/TD≤1.3。

接着，对如所述那样构成的火花塞1的制造方法进行说明。

首先，对绝缘电瓷2进行成形加工。例如，使用以氧化铝为主体且含有粘合剂等的原料粉末来调制成形用坯料造粒物，之后，使用该成形用坯料造粒物进行橡胶加压成形，从而得到筒状的成形体。之后，对得到的成形体实施磨削加工，在对该成形体的外形进行了修整的基础上，对修整后的成形体实施烧结加工，从而得到绝缘电瓷2。

之后，与绝缘电瓷2相对独立地制作中心电极5。即，通过对Ni合金进行锻造加工来制作中心电极5，该Ni合金在中央部配置有用于谋求提高散热性的铜合金等。

之后，利用玻璃密封层8、9密封固定电阻体7、端子电极6以及如所述那样得到的绝缘电瓷2和中心电极5。作为玻璃密封层8、9，通常是通过如下这样烧结成的，即：使硼硅酸玻璃与金属粉末混合并进行调制，将该调制成的材料以将电阻体7隔在中间的方式注入到绝缘电瓷2的轴孔4内，之后利用所述端子电极6从后方按压并在烧结炉内进行加热。需要说明的是，此时，既可以同时在绝缘电瓷2的后端侧主体部10的表面烧结釉层，也可以事先形成釉层。

接着，对主体金属外壳3进行加工。即，通过对圆柱状的金属材料(例如S17C、S25C这样的铁系材料、不锈钢材料)实施冷锻造加工等来形成贯通孔，并形成概略形状。之后，通过实施切削加工来修整外形，得到主体金属外壳中间体。

接着，将由Ni合金等形成的直棒状的接地电极27电阻焊接于主体金属外壳中间体的顶端面。由于在该焊接时产生所谓的“下陷”，因此在去除该“下陷”后，通过滚压成型在主体金属外壳中间体的规定部位形成螺纹部15。由此，得到接合有接地电极27的主体金属外壳3。另外，在该步骤中，主体金属外壳3的与后端部(压紧部19)相当的部位呈沿着轴线CL1方向延伸的圆筒状。而且，主体金属外壳3的位于座部16与工具卡合部18之间的部位(与鼓出部17相当的部位)不向外周侧突出，而是呈圆筒状。

接着，在压紧工序中，将如所述那样分别制作成的绝缘电瓷2和主体金属外壳3固定起来，该绝缘电瓷2具有中心电极5和端子电极6，该主体金属外壳3具有接地电极27。

在压紧工序中，如图8所示，首先，在将绝缘电瓷2插入到主体金属外壳3内的状态下，向筒状的承模51内插入主体金属外壳3的顶端部，从而利用承模51保持主体金属外壳3。

其中，所述承模51包括：贯穿孔52，其能够供所述螺纹部15贯穿；以及接收面53，其为环状，与该贯穿孔52的开口连接，用于与锥形面31接触。并且，所述接收面53被设定为其倾斜角度与所述锥形面31的倾斜角度相同，且构成为整个锥形面31与接收面53接触。其中，承模51由淬火钢等硬钢形成，至少所述接收面53的硬度大于锥形面31的硬度。

接着，在主体金属外壳3的后端部与绝缘电瓷2之间以隔有滑石24的方式配置环构件22、23。

在配置好环构件22、23和滑石24后，从主体金属外壳3的上方安装筒状的压模55，该压模55在开口部顶端的内周面具有与所述压紧部19的形状相对应的弯曲面部56。在此基础上，如图9所示，在利用所述承模51和压模55夹持主体金属外壳3的状态下，利用压模55向承模51侧对主体金属外壳3的后端部施加规定负荷(例如，34kN以上且42kN以下)。由此，使主体金属外壳3的后端部向径向内侧弯曲，从而形成所述压紧部19，并且主体金属外壳3的位于座部16与工具卡合部18之间的部位向外周侧发生纵向弯曲变形而形成鼓出部17。其结果，自主体金属外壳3向绝缘电瓷2的位于压紧部19与突部20之间的部位施加有沿着轴线CL1的轴向力，从而以被卡定面33与卡定部14(板状密封件21)之间的接触压力较高的状态将绝缘电瓷2和主体金属外壳3固定起来。其中，可以说所述锥形面31的面积SB是指座部16的与承模51(接收面53)接触且在压紧工序时被按压于承模51(接收面53)的部位的面积。

在将主体金属外壳3和绝缘电瓷2固定起来后，使接地电极27向中心电极5侧弯曲，并且对形成在中心电极5的顶端部与接地电极27的顶端部之间的火花放电间隙28的大小进行调节，从而得到所述的火花塞1。

如以上详细说明那样，采用本实施方式，构成为满足SB/LB≤12.0和SC/LC≤12.0。因而，能够可靠地抑制座部16和突部20在压紧工序中发生过度变形。其结果，能够使自主体金属外壳3施加于绝缘电瓷2的轴向力足够大。

而且，在本实施方式中，SB/SC≥3.5，因此能够使被卡定面33与卡定部14之间的接触压力足够大。由此，能够确保在主体金属外壳3与绝缘电瓷2之间具有良好的气密性。

特别是，在本实施方式的火花塞1中，将距离LA设为16mm以上，螺纹部15容易发生热膨胀，因此在高温条件下难以确保气密性良好，但通过满足SB/SC≥3.5、SB/LB≤12.0以及SC/LC≤12.0，在高温条件下也能够维持良好的气密性。即，所述结构对本实施方式那样的距离LA为16mm以上的火花塞1特别有效。

而且，在本实施方式中，设为5.0≤SC/LC，因此能够满足面积SC比较大和长度LC比较小这两者中的至少一者。由此，能够使中心电极5的顶端部与主体金属外壳3之间的绝缘电阻值足够大，能够有效地抑制电流泄漏。

并且，设为SC/LC≤10.0，因此能够使形成在腿部13的外表面与主体金属外壳3的内周面之间的间隙的体积足够小。因而，能够有效地抑制热量积存于所述间隙内，从而能够可靠地抑制绝缘电瓷2过热。其结果，能够得到良好的耐热性。

此外，在本实施方式中，构成为满足TB/TD≥4.2，构成为鼓出部17的最小壁度TD相对于座部16的壁厚TB而言足够小。因而，在压紧工序中，能够进一步可靠地抑制座部16的变形，能够可靠地使鼓出部17发生纵向弯曲变形。其结果，能够进一步增大自主体金属外壳3施加于绝缘电瓷2的轴向力，从而能够实现进一步提高气密性。

并且，构成为设为TD≥0.5，使鼓出部17具有良好的机械强度。因而，能够抑制在受到撞击时鼓出部17产生裂纹等损伤。其结果，能够可靠地防止随着鼓出部17的损伤而出现的气密性降低。

此外，构成为满足1.1≤TE/TD，因此能够可靠地防止在受到撞击时压紧部19发生变形(还原变形)。其结果，在受到撞击时也能够维持良好的气密性。

而且，构成为满足TE/TD≤1.3，因此能够抑制压紧部19的刚性相对于鼓出部17的刚性而言过大。因而，在不会使压紧工序中的负荷极端地增大的情况下，能够可靠地使与压紧部19相当的部位变形，进而能够充分地对与鼓出部17相当的部位施加负荷。由此，能够使鼓出部17的纵向弯曲变形量足够大，从而能够进一步增大自主体金属外壳3施加于绝缘电瓷2的轴向力。其结果，能够进一步提高气密性。

接着，为了确认通过所述实施方式所取得的作用效果，制作以下这样的火花塞的试样，即，经过所述压紧工序将主体金属外壳和绝缘电瓷固定起来，并且将螺纹部的螺纹直径设为M12或M10，并且，通过改变面积SB(mm²)、SC(mm²)和长度LB(mm)、LC(mm)，从而对SB/SC、SB/LB(mm)和SC/LC(mm)这三者的值进行了各种各样的变更，针对各试样进行气密性评价试验和耐变形性评价试验。

气密性评价试验的概要为以下那样。即，将试样安装于模仿所述内燃机而制成的铝制试验台上，并且将试验台的基座面加热到200℃。在该状态下，利用空气对试样的顶端施加能够达到1.5MPa压强的压力，确认空气是否从主体金属外壳与绝缘电瓷之间发生泄漏。在此，将没有确认到空气泄漏的试样评价为“○”，表示具有良好的气密性。另一方面，将确认到空气泄漏的试样评价为“×”，表示气密性不充分。表1表示针对M12的试样进行该试验所得到的试验结果，表2表示针对M10的试样进行该试验所得到的试验结果。

另外，耐变形性评价试验的概要为以下那样。即，观察试样的座部和突部，并测量在压紧工序中座部沿着轴线方向的变形量以及在压紧工序中突部沿着轴线方向的变形量。其中，可以说，若变形量为0.1mm以下，则能够自主体金属外壳对绝缘电瓷施加足够的轴向力，从确保良好的气密性这一方面而言是优选的。图10示出了用于表示螺纹直径为M12的试样的SB/LB与座部的变形量之间的关系的曲线图，图11示出了用于表示螺纹直径为M12的试样的SC/LC与突部的变形量之间的关系的曲线图。并且，图12示出了用于表示螺纹直径为M10的试样的SB/LB与座部的变形量之间的关系的曲线图，图13示出了用于表示螺纹直径为M10的试样的SC/LC与突部的变形量之间的关系的曲线图。

【表1】

螺纹直径：M12

【表2】

螺纹直径：M10

如表1和表2所示，可知，满足SB/SC≥3.5的试样具有良好的气密性。认为其原因在于，面积SB与在压紧工序时锥形面的变形难易度、即自卡定部施加于被卡定面(突部)的轴向力的大小相当，通过使SB/SC≥3.5，从而使所述轴向力除以面积SC所得到的值、即被卡定面与卡定部之间的接触压力足够大。

另外，如图10和图12所示，可知，满足SB/LB≤12.0的试样能够可靠地抑制座部的过度变形。认为其原因在于，相对于与在压紧工序时施加于座部的力相当的面积SB而言，能够充分确保与座部的强度相当的长度LB。

此外，如图11和图13所示，能够确认的是，满足SC/LC≤12.0的试样能够可靠地抑制突部的过度变形。认为其原因在于，相对于与在压紧工序时施加于突部的力相当的面积SC而言，能够充分确保与突部的强度相当的长度LC。

由所述试验的结果可知，为了抑制座部和突部的过度变形、确保在主体金属外壳与绝缘电瓷之间具有良好的气密性，优选的是，构成为满足SB/SC≥3.5、SB/LB≤12.0和SC/LC≤12.0。

接着，制作以下这样的火花塞的试样，即，改变面积SC(mm²)和长度LC(mm)，从而对SC/LC(mm)进行了各种各样的变更，针对各试样进行耐泄漏性评价试验和耐热性评价试验。

耐泄漏性评价试验的概要为以下那样。即，将试样安装于规定的腔室，使腔室内的压力为能够达到1.5MPa压强的压力，在此基础上，对中心电极施加100次规定电压。之后，测量电流在中心电极与主体金属外壳之间沿着绝缘电瓷的表面发生泄漏的次数，算出在100次中的泄漏发生率。在此，将泄漏发生率为10％以下的试样评价为“○”，表示不易发生电流泄漏(即，能够可靠地在火花放电间隙内进行正常的火花放电)，具有良好的点火性。另一方面，将泄漏发生率大于10％的试样评价为“×”，表示容易发生电流泄漏，点火性较差。

另外，耐热性评价试验的概要为以下那样。即，将试样安装于规定的发动机上，在此基础上，在中心电极的顶端部为900℃的条件下驱动发动机规定周期数，测量发生提前点火(早燃)的次数。在此，将提前点火的发生次数为4次以下的试样评价为“○”，表示容易使绝缘电瓷、中心电极散热，耐热性优良。另一方面，将提前点火的发生次数超过4次的试样评价为“×”，表示难以使绝缘电瓷、中心电极散热，耐热性较差。

表3表示耐泄漏性评价试验的试验结果以及耐热性评价试验的试验结果。其中，在各试样中，将螺纹部的螺纹直径均设为M12，将SB/SC均设为3.5。并且，将耐泄漏性评价试验中使用的试样的火花放电间隙的大小设为0.9mm。

【表3】

如表3所示，可知，满足5.0≤SC/LC的试样的耐泄漏性优异。这被认为是由于以下原因。即，面积SC越大，结果，腿部越远离主体金属外壳的内周面，因此，形成在主体金属外壳的比突部靠顶端侧的部位的内周面与绝缘电瓷的外周面之间的间隙越大，越不易发生电流泄漏。并且，长度LC越小，中心电极的顶端部与主体金属外壳的突部之间的沿着轴线方向的距离越大，越不易发生电流泄漏。在此，通过设为5.0≤SC/LC，能够满足面积SC比较大和长度LC比较小这两者中的至少一者，其结果，认为能够实现优异的耐泄漏性。

并且可知，满足SC/LC≤10.0的试样的耐热性优异。这被认为是由于以下原因。即，面积SC越小或者长度LC越大，则形成在腿部的表面与主体金属外壳的内周面之间的间隙的体积越小。因此，燃烧气体的热量不易积存于所述间隙，绝缘电瓷不易过热。因而，通过设为SC/LC≤10.0，能够抑制因燃烧气体导致绝缘电瓷过热，其结果，认为能够得到良好的耐热性。

由所述试验的结果可知，为了实现耐泄漏性和耐热性这两者均优异的性能，优选满足5.0≤SC/LC≤10.0。

接着，制作对长度LA(mm)进行各种各样的变更且将SB/SC设为2.9的火花塞的试样X(与比较例相当)以及对长度LA(mm)进行各种各样的变更且将SB/SC设为3.5的火花塞的试样Y(与实施例相当)，将试验台的座面的加热温度自200℃变更为225℃(即，在更严格的条件下)，进行所述气密性评价试验。其中，在该试验中，将空气自主体金属外壳与绝缘电瓷之间泄漏的泄漏量为1ml/分钟以下的试样评价为具有优异的气密性。图14表示该试验的试验结果。其中，在图14中，试样X的试验结果由圆形符号表示，试样Y的试验结果由三角形符号表示。并且，在各试样中，将螺纹部的螺纹直径均设为M12，且均满足SB/LB≤12.0和SC/LC≤12.0。

如图14所示，可知，对于与比较例相当的试样X，在长度LA为16mm以上的情况下，空气泄漏量超过1ml/分钟，但对于与实施例相当的试样Y，即使在长度LA为16mm以上的情况下，空气泄漏量也为1ml/分钟以下，能够维持优异的气密性。

由所述试验的结果可知，满足SB/SC≥3.5、SB/LB≤12.0和SC/LC≤12.0对于长度LA为16mm以上而非常难以确保良好的气密性的情况而言特别有效。

接着，制作以下这样的火花塞的试样，即，对座部在锥形面的后端处的壁厚TB(mm)和鼓出部的最小壁厚TD(mm)进行了各种各样的变更，针对各试样进行将试验台的座面的加热温度自200℃变更为250℃的所述气密性评价试验、基于JISB8031的耐撞击性评价试验以及座部突出量评价试验。

其中，在气密性评价试验中，将空气自主体金属外壳与绝缘电瓷之间泄漏的泄漏量为1ml/分钟以下的试样评价为“○”，表示具有非常优异的气密性，将空气泄漏量超过1ml/分钟的试样评价为“△”，表示气密性稍差。

另外，耐撞击性评价试验的概要为以下那样。即，准备每10个鼓出部的最小壁厚TD等相同的试样，设为一组，针对各组中的各试样，以冲程为22mm，且以每分钟400次的频率施加撞击持续一个小时。接着，在一个小时后观察试样，确认鼓出部是否产生裂纹，并且测量在10个试样中产生裂纹的试样的个数。在此，将产生裂纹的试样的个数为5个以下的试样组评价为“○”，表示鼓出部具有足够的机械强度。另一方面，将产生的裂纹的试样的个数为6个以上的试样组评价为“×”，表示鼓出部的机械强度不充分。

此外，座部突出量评价试验的概要为以下那样。即，在经过压紧工序之后，测量座部向外周侧的突出量(从压紧工序后的座部的外径中减去压紧工序前的座部的外径而得到的值)。并且，将座部的突出量为0.1mm以下的试样评价为：能够使自主体金属外壳施加于绝缘电瓷的轴向力足够大，能够确保优异的气密性。其原因在于，座部的突出量越小，则在压紧工序中，越能够可靠地对与鼓出部相当的部位施加负荷，进而越能够使所述部位可靠地进行纵向弯曲变形。

表4表示气密性评价试验的试验结果以及耐撞击性评价试验的试验结果，图15表示座部突出量评价试验的试验结果。其中，在各试样中，将螺纹部的螺纹直径均设为M12，将SB/SC均设为3.5，将SB/LB均设为10，将SC/LC均设为10，将长度LA均设为18mm。

【表4】

如表4和图15所示，可以确认的是，满足TB/TD≥4.2的试样能够抑制座部向外周侧变形，具有非常优异的气密性。认为其原因在于，由于能够抑制座部向外周侧变形，因此能够使鼓出部可靠地进行纵向弯曲变形，其结果，自主体金属外壳施加于绝缘电瓷的轴向力进一步增大。

并且可知，对于满足TD≥0.5的试样，能够可靠地抑制在受到撞击时鼓出部产生损伤。认为其原因在于，能够确保鼓出部具有良好的机械强度。

由所述试验的结果可知，从确保鼓出部具有足够的机械强度并且抑制在压紧工序中座部向外周侧变形、实现更加优异的气密性这样的观点而言，优选满足TD≥0.5和TB/TD≥4.2。

接着，制作以下这样的火花塞的试样，即，将鼓出部的最小壁厚TD设为0.5mm或0.8mm，在此基础上，改变压紧部的最小壁厚TE(mm)，从而对TE/TD进行了各种各样的变更。并且，针对各试样进行所述耐撞击性评价试验，之后进行将试验台的基座面的加热温度自200℃变更为250℃的所述气密性评价试验。在此，可以说，空气自主体金属外壳与绝缘电瓷之间的泄漏的泄漏量为1ml/分钟以下的试样几乎不会发生由撞击导致轴向力降低的情况，能够维持极其良好的气密性。

并且，测量在以相同的施加负荷进行压紧工序之后各试样的鼓出部的纵向弯曲量(从压紧工序前的与鼓出部相当的部位的沿着轴线的长度中减去压紧工序后的鼓出部的沿着轴线的长度而得到的值)。其中，若纵向弯曲量为0.7mm以上，则可以说自主体金属外壳施加于绝缘电瓷的轴向力非常大，能够实现极其优异的气密性。

图16表示耐撞击性评价试验后的气密性评价试验的试验结果，图17示出了用于表示TE/TD与鼓出部的纵向弯曲量之间的关系的曲线图。其中，在图16和图17中，最小壁度TD为0.5mm的试样的试验结果由圆形符号表示，最小壁厚TD为0.8mm的试样的试验结果由三角形符号表示。并且，在各试样中，将螺纹部的螺纹直径均设为M12，将SB/SC均设为3.5，将SB/LB均设为10，将SC/LC均设为10，将长度LA均设为18mm，将座部的壁厚TB均设为3mm。

如图16所示，可知，满足1.1≤TE/TD的试样的泄漏量为1ml/分钟以下，即使在受到撞击时也能够维持优异的气密性。认为其原因在于，相对于与轴向力的大小相对应的鼓出部的最小壁厚TD而言，压紧部的最小壁厚TE足够大，压紧部具有能够足以抵抗轴向力的刚性。

此外，如图17所示，可知，满足TE/TD≤1.3的试样的纵向弯曲量为0.7mm以上，能够实现非常优异的气密性。认为其原因在于，能够抑制压紧部的刚性过大，因此，在压紧工序中，能够可靠地使与压紧部相当的部位变形，进而能够对与鼓出部相当的部位施加足够大的负荷。

由所述试验的结果可知，从有效地抑制因撞击而导致气密性降低并且实现更加优异的气密性这样的观点而言，优选满足1.1≤TE/TD≤1.3。

其中，本发明并不限定于所述实施方式中记载的内容，例如也可以如以下那样实施。当然也能够以下面未例示的其他应用例、其他变更例来实施，这是不言而喻的。

(a)在所述实施方式中，在压紧工序中，在不对主体金属外壳3加热的情况下形成压紧部19(实施所谓的冷压紧加工)，从而将绝缘电瓷2和主体金属外壳3固定在一起。相对于此，也可以是，在压紧工序中，以对主体金属外壳3通电的方式对主体金属外壳3加热，并形成压紧部19(实施所谓的热压紧加工)，从而将绝缘电瓷2和主体金属外壳3固定在一起。其中，与实施热压紧加工的情况相比，在实施冷压紧加工的情况下，需要自压模55向主体金属外壳3施加更大的负荷，因此座部16、突部20容易发生变形。因而，在压紧工序中，在通过实施冷压紧加工来将绝缘电瓷2和主体金属外壳3固定在一起的情况下，采用本发明的技术思想是特别有意义的。

(b)在所述实施方式中，卡定部14隔着板状密封件21卡定于突部20，但卡定部14也可以不隔着板状密封件21而是直接卡定于突部20。

(c)在所述实施方式中，对在主体金属外壳3的顶端部接合有接地电极27的情况进行了具体说明，但也能够应用于切出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)来形成接地电极的情况(例如，日本特开2006－236906号公报等)。

(d)在所述实施方式中，工具卡合部18的截面呈六边形，但工具卡合部18的形状并不限定于这样的形状。例如，也可以采用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；15、螺纹部；16、座部；17、鼓出部；19、压紧部；20、突部；31、锥形面；32、座部外周面；33、被卡定面；34、突部内周面；41、内燃机(燃烧装置)；42、安装孔；43、基座面；CL1、轴线。

Claims

1.一种火花塞，该火花塞包括：

绝缘体，其为筒状，沿轴线方向延伸；以及

主体金属外壳，其为筒状，设于所述绝缘体的外周，

所述主体金属外壳具有：

压紧部，其设于该主体金属外壳的后端部，向内周侧弯曲；

座部，其位于比所述压紧部靠顶端侧的位置；

该火花塞的特征在于，

所述螺纹部的螺纹直径为M12以下，

将所述锥形面的面积设为SB，

将所述座部的自所述锥形面的后端沿着所述轴线向后端侧延伸的面、即座部外周面的沿所述轴线的长度设为LB，

将所述突部的比所述卡定部的后端靠内周侧且能被所述卡定部卡定的被卡定面的面积设为SC，

将所述突部的自所述被卡定面的顶端沿所述轴线向顶端侧延伸的面、即突部内周面的沿所述轴线的长度设为LC，

此时，满足SB/SC≥3.5、SB/LB≤12.0和SC/LC≤12.0，其中，SB和SC的单位均为mm²，LB和LC的单位均为mm。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

满足5.0≤SC/LC≤10.0。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

自所述锥形面的后端到所述突部的后端的、沿着所述轴线的距离为16mm以上。

4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

在将所述座部的在所述锥形面的后端处的壁厚设为TB、将所述鼓出部的最小壁厚设为TD时，

满足TD≥0.5和TB/TD≥4.2，其中，TB和TD的单位均为mm。

5.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，

满足TD≥0.5和TB/TD≥4.2，其中，TB和TD的单位均为mm。

6.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

在将所述鼓出部的最小壁厚设为TD、将所述压紧部的最小壁厚设为TE时，

满足1.1≤TE/TD≤1.3，其中，TD和TE的单位均为mm。

7.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，

满足1.1≤TE/TD≤1.3，其中，TD和TE的单位均为mm。

8.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，

满足1.1≤TE/TD≤1.3，其中，TD和TE的单位均为mm。

9.根据权利要求5所述的火花塞，其特征在于，

满足1.1≤TE/TD≤1.3，其中，TD和TE的单位均为mm。