CN104995806B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够在气密性和防脱落性这两方面实现良好的性能的火花塞。火花塞(1)包括主体金属外壳(3)和实心环状的衬垫(18)。主体金属外壳(3)具有安装用的外螺纹部(15)和向径向外侧鼓出的座部(16)，衬垫(18)设于外螺纹部(15)与座部(16)之间。在衬垫(18)中的位于与座部16相反的一侧的面上形成凹部(41)的开口，该凹部(41)在轴线(CL1)方向上具有深度。衬垫(18)至少具有：内周侧前端面(351)，其在以通过凹部(41)的后端且与衬垫(18)的中心轴线(CL2)垂直的平面为基准平面(VS)时，距基准平面(VS)的距离随着朝向内周侧去而逐渐减小；以及外周侧前端面(352)，其位于比内周侧前端面(351)靠外周侧的位置。凹部(41)的开口形成在比外周侧前端面(352)的最内周部位靠内周侧的位置。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种内燃机等所使用的火花塞。

背景技术

火花塞例如安装于内燃机(发动机)等，用于对燃烧室内的混合气体等进行点火。通常，火花塞包括具有轴孔的绝缘体、插入于轴孔的前端侧的中心电极、设于绝缘体外周的主体金属外壳以及与主体金属外壳的前端部接合的接地电极，在接地电极与中心电极之间形成火花放电间隙。另外，主体金属外壳包括向径向外侧突出的凸缘状的座部和设于比该座部靠前端侧的位置的安装用的外螺纹部。

另外，有时会在位于座部和外螺纹部之间的螺纹根部(日文：ねじ首部)安装有实心环状的衬垫(例如参照专利文献1等)。在将火花塞安装在了内燃机等上时，衬垫中的位于与座部所处的那一侧相反的一侧的前端面与内燃机等(发动机盖等)相接触，并且衬垫中的位于座部所处的那一侧的后端面与座部相接触。由此，能够谋求确保燃烧室内的气密性。

另外，通过向衬垫的上述前端面的内周侧施加负荷，从而使衬垫的内周部分向内周侧突出，其结果，能够防止衬垫自主体金属外壳脱落。另外，随着对前端面施加负荷，会在上述前端面上形成凹部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-283249号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，对于实心环状的衬垫，在更可靠地抑制衬垫自主体金属外壳脱落的方面，优选的是，使衬垫的内周部分朝向内周侧较大程度地突出。于是，考虑将向上述前端面施加的负荷设为更大的负荷。但是，在该情况下，可能导致在前端面中的与上述凹部的开口相邻的部位产生起伏。若在前端面上产生了起伏，则在将火花塞安装在了内燃机等上时，衬垫(前端面)与内燃机等之间的密合性变得不充分，而可能导致燃烧室内的气密性变得不充分。即，气密性和防脱落性为折衷关系，难以在这两方面确保良好的性能。

本发明即是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种即使在为了提高防脱落性而增大了在形成凹部时的施加负荷的情况下也能够确保良好的气密性，能够在气密性和防脱落性这两方面获得良好的性能的火花塞。

用于解决问题的方案

以下，对应用于解决上述问题的各方案分项进行说明。另外，根据需要对相对应的方案记载了特有的作用效果。

方案1.本方案的火花塞包括：主体金属外壳，其在轴线方向上具有贯通孔；以及

衬垫，其为实心环状，设于上述主体金属外壳的外周，

上述主体金属外壳具有：

外螺纹部，其形成于上述主体金属外壳自身的前端侧外周，供进行安装时使用；以及

座部，其形成于比上述外螺纹部靠后端侧的位置，向径向外侧鼓出，

上述衬垫设于上述外螺纹部与上述座部之间，该火花塞的特征在于，

在上述衬垫中的位于与上述座部所处的那一侧相反的一侧的面上形成有凹部的开口，该凹部在上述轴线方向上具有深度，

上述衬垫至少具有：内周侧前端面，其在以通过上述凹部的后端且与上述衬垫的中心轴线垂直的平面为基准平面时，距上述基准平面的距离随着朝向内周侧去而逐渐减小；以及外周侧前端面，其位于比上述内周侧前端面靠外周侧的位置，

上述凹部的开口形成于比上述外周侧前端面的最内周部位靠内周侧的位置。

根据上述方案1，内周侧前端面构成为距基准平面的距离随着朝向内周侧去而逐渐减小，在将火花塞安装在了内燃机等上时，仅外周侧前端面与内燃机等(发动机盖等)相接触，而内周侧前端面自内燃机等隔开间隔。而且，凹部的开口形成于比外周侧前端面的最内周部位靠内周侧的位置、即形成于内周侧前端面侧。因而，能够防止随着形成凹部会产生起伏的内周侧前端面与内燃机等相接触，从而能够充分地提高衬垫与内燃机等之间的密合性。其结果，能够获得良好的气密性。

另外，在以往技术中，鉴于因产生起伏而导致气密性下降，难以增大形成凹部时的施加负荷，但是，采用上述方案1，即使形成了起伏也能够确保良好的气密性，因此能够增大形成凹部时的施加负荷。因而，能够使衬垫的内周部分朝向内周侧较大程度地突出，能够更可靠地防止衬垫自主体金属外壳脱落。

如上所述，采用上述方案1，能够在气密性和防脱落性这两方面获得良好的性能。

方案2.根据上述方案1，本方案的火花塞的特征在于，在包含上述中心轴线且通过上述凹部的后端的剖面中，上述内周侧前端面具有第1内周侧前端面，该第1内周侧前端面位于比上述凹部的开口靠外周侧的位置。

根据上述方案2，构成为内周侧前端面的至少一部分(第1内周侧前端面)位于凹部的开口与外周侧前端面之间。因而，能够有效地防止随着形成凹部而产生的起伏到达外周侧前端面。其结果，能够谋求进一步可靠地提高气密性。

方案3.根据上述方案1或方案2，本方案的火花塞的特征在于，在包含上述中心轴线且通过上述凹部的后端的剖面中，将自上述衬垫的位于比上述基准平面靠前端侧的位置且距上述中心轴线最近的点到上述中心轴线的最短距离设为L1，将自上述衬垫的位于比上述基准平面靠后端侧的位置且距上述中心轴线最近的点到上述中心轴线的最短距离设为L2，此时L1＜L2。

从谋求更可靠地防止衬垫脱落的角度来说，优选的是，使衬垫的内周部分朝向径向内侧较大程度地突出。在此，使衬垫的内周部分朝向径向内侧较大程度地突出，能够通过进一步增大形成凹部时施加的负荷，使上述最短距离L1小于上述最短距离L2来实现。然而，为了满足L1＜L2，如上所述，需要增大形成凹部时的施加负荷，因此更可能导致形成起伏。

在这一点，采用上述方案3，由于满足L1＜L2，因此能够更可靠地谋求防止衬垫脱落。另一方面，虽然可能导致形成起伏，但是，通过采用上述方案1等，即使形成了起伏也能够确保良好的气密性。换句话说，上述方案1等对于如下这样火花塞而言特别有效，即：满足L1＜L2，且在衬垫的防脱落性方面优异，另一方面，更有可能导致形成起伏的火花塞。

方案4.根据上述方案1至方案3中的任一方案，本方案的火花塞的特征在于，上述凹部的开口形成在上述衬垫中的位于与上述座部所处的那一侧相反的一侧的面的、沿着周向的局部。

采用上述方案4，能够容易形成凹部，并且能够确保良好的防脱落性。

方案5.根据上述方案1至方案4中的任一方案，本方案的火花塞的特征在于，将上述座部的相对于将上述外螺纹部包含在内部的最小假想圆柱而言朝向径向外侧突出的突出量设为A(mm)，将上述外周侧前端面的在包含上述中心轴线的剖面中沿着与上述中心轴线正交的方向的长度设为B(mm)，此时满足0.2≤B/A≤0.75。

另外，突出量A相当于衬垫在凹部形成前沿径向的宽度、或衬垫的在周向上没有形成凹部的部分的沿径向的宽度。

采用上述方案5，由于B/A被设定在0.2以上，因此能够充分地确保外周侧前端面相对于内燃机等的接触面积。因而，能够谋求进一步提高气密性。

另外，根据上述方案5，B/A被设定在0.75以下。构成为相当于外周侧前端面的宽度的长度B不会过大，进而确保内周侧前端面的宽度为一定程度的大小。因而，能够进一步可靠地防止随着形成凹部而产生的起伏到达外周侧前端面，能够进一步提高外周侧前端面相对于内燃机等的密合性。其结果，能够谋求进一步提高气密性。

方案6.根据上述方案1至方案5中的任一方案，本方案的火花塞的特征在于，上述衬垫中的位于上述座部所处的那一侧的面包括：

内周侧后端面，其至少一部分位于上述内周侧前端面的背后的位置；以及

外周侧后端面，其至少一部分位于上述外周侧前端面的背后的位置，

在上述剖面中，自上述基准平面到上述内周侧后端面的沿着上述中心轴线的距离L3小于自上述基准平面到上述外周侧后端面的沿着上述中心轴线的距离L4。

采用上述方案6，在将火花塞安装在内燃机等上的状态下，仅衬垫的位于座部侧的面的一部分、即外周侧后端面与座部相接触。因而，能够增大座部与衬垫(外周侧后端面)之间的接触压力。另外，由于外周侧前端面位于外周侧后端面的背后的位置，因而使增大后的接触压力顺利地向外周侧前端面传递，进而能够增大外周侧前端面与内燃机等之间的接触压力。其结果，能够极有效地提高气密性。

方案7.根据上述方案1至方案6中的任一方案，本方案的火花塞的特征在于，上述衬垫的硬度以维氏硬度表示为100Hv以上且200Hv以下。

另外，“衬垫的硬度”是指在衬垫的表面中的除了随着形成凹部会产生硬度变化的部位以外的部位(例如外周侧前端面、外周侧后端面)进行测量所得到的硬度。

采用上述方案7，衬垫的硬度被设定在100Hv以上。因而，在内燃机等动作时等情况下衬垫处于高温时，能够有效地抑制衬垫的热变形。其结果，能够更可靠地防止火花塞相对于内燃机等的松动，能够长时间地维持良好的气密性。

另外，采用上述方案7，衬垫的硬度被设定在200Hv以下。因而，容易形成凹部，并且能够通过形成凹部而使衬垫的内周部分向内周侧充分地突出。其结果，能够进一步可靠地防止衬垫脱落。

方案8.根据上述方案1至方案7中的任一方案，本方案的火花塞的特征在于，在包含上述主体金属外壳的上述轴线在内的剖面中，上述座部中的位于上述衬垫所处的那一侧的面和与上述主体金属外壳的上述轴线垂直的假想线所成的锐角在0.5°以上且6°以下。

采用上述方案8，在包含主体金属外壳的轴线的剖面中，座部中的位于衬垫所处的那一侧的面(以下称为“座面”)和与主体金属外壳的轴线垂直的假想线所成的锐角(以下称为“座面角度”)为0.5°以上且6°以下。即，座面相对于与主体金属外壳的轴线垂直的方向所成的角度为0.5°以上且6°以下。

然而，即使在像这样对座面赋予了角度的情况下，通过应用上述方案1至方案7的衬垫，也能够确保良好的气密性。

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是表示衬垫的结构的剖视图。

图3是表示衬垫的凹部的形成位置的仰视图。

图4是表示衬垫的结构的放大剖视图。

图5是表示安装于发动机盖的火花塞的放大剖视图。

图6是用于说明突出量A和长度B的放大剖视图。

图7是表示实施例样品及比较例样品的、气密性评价试验的结果的曲线图。

图8是表示将B/A进行各种变更后的样品的、气密性评价试验的结果的曲线图。

图9是表示将L3及L4的大小关系进行各种变更后的样品的、气密性评价试验的结果的曲线图。

图10是表示将衬垫的硬度进行各种变更后的样品的、防松性评价试验的结果的曲线图。

图11是表示将衬垫的硬度进行各种变更后的样品的、防脱落性评价试验的结果的曲线图。

图12是其他的实施方式的、用于说明凹部的形成位置的衬垫的仰视图。

图13是表示其他的实施方式的衬垫的结构的放大剖视图。

图14是表示将座面角度进行各种变更后的样品的、气密性评价试验的结果的曲线图。

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。另外，在图1中，将火花塞1的轴线CL1方向设为附图中的上下方向，将下侧设为火花塞1的前端侧，将上侧设为后端侧，来进行说明。

火花塞1包括形成为筒状的绝缘电瓷2和用于保持该绝缘电瓷2的筒状的主体金属外壳3等。

绝缘电瓷2如公知的那样通过烧结氧化铝等而形成，该绝缘电瓷2的外形部包括：后端侧主体部10，其形成于后端侧的位置；大径部11，其形成于比该后端侧主体部10靠前端侧的位置，且朝向径向外侧突出；中间主体部12，其形成于比该大径部11靠前端侧的位置，且直径小于大径部11的直径；以及腿部13，其形成于比该中间主体部12靠前端侧的位置，其直径小于中间主体部12的直径。而且，绝缘电瓷2中的大径部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与长腿部13相连接的连接部形成有朝向前端侧去而前端逐渐变细的台阶部14，绝缘电瓷2利用该台阶部14卡定于主体金属外壳3。

而且，在绝缘电瓷2贯通形成有沿轴线CL1延伸的轴孔4，在该轴孔4的前端侧插入设置有中心电极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；和外层5B，其由以Ni为主要成分的合金形成。另外，中心电极5整体形成为棒状(圆柱状)，其前端部自绝缘电瓷2的前端突出。而且，在中心电极5的前端部设有电极头31，该电极头31由耐耗性优异的金属(例如铱合金、铂合金等)形成。

另外，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之间的部位配设有圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部分别借助导电性的玻璃密封层8、9电连接于中心电极5和端子电极6。

并且，主体金属外壳3由低碳钢等金属形成，形成为沿轴线CL1延伸的筒状。另外，主体金属外壳3在其前端侧外周具有外螺纹部15，该外螺纹部15用于将火花塞1安装在燃烧装置(例如内燃机、燃料电池重整器等)的安装孔内。并且，在外螺纹部15的后端侧设有向径向外侧鼓出的凸缘状的座部16，在外螺纹部15与座部16之间设有圆筒状的螺纹根部17。座部16设有位于衬垫18所处的那一侧的座面16F。在本实施方式中，座面16F与主体金属外壳的轴线大致垂直。而且，在上述螺纹根部17的外周套入有实心环状的衬垫18(将在后面对衬垫18进行详细说明)，该衬垫18由规定的金属(例如以铜或铁为主要成分的金属等)形成。并且，主体金属外壳3在其后端侧包括：工具卡合部19，其剖面为六边形，在将火花塞1安装于燃烧装置时供扳手等工具卡合；和压紧部20，其位于比工具卡合部19靠后端侧的位置，且向径向内侧弯曲。

而且，在主体金属外壳3的内周设有锥形形状的台阶部21，该台阶部21用于卡定绝缘电瓷2。另外，绝缘电瓷2自主体金属外壳3的后端侧朝向前端侧地插入于主体金属外壳3，在绝缘电瓷2自身的台阶部14卡定于主体金属外壳3的台阶部21的状态下，将主体金属外壳3的后端侧开口部向径向内侧压紧、也就是形成上述压紧部20，从而将绝缘电瓷2固定于主体金属外壳3。另外，在台阶部14、21之间夹设有圆环状的板状密封件22。由此，保持燃烧室内的气密性，使进入到绝缘电瓷2的暴露于燃烧室内的腿部13与主体金属外壳3的内周面之间的间隙内的燃料气体不会向外部泄漏。

而且，为了使利用压紧进行的密闭更加完整，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隔着板密封件22、环构件23、24以及滑石25保持着绝缘电瓷2。

另外，主体金属外壳3的前端部26接合有接地电极27，该接地电极27自身的中间部分弯折且自身的前端侧侧面与中心电极5的前端部(电极头31)相对。接地电极27包括：外层27A，其由以Ni为主要成分的合金形成；和内层27B，其由热导电性优异的金属(例如铜、铜合金、纯Ni等)形成。而且，在中心电极5(电极头31)的前端面与接地电极27的前端部(另一端部)之间形成有火花放电间隙33，在该火花放电间隙33内在大致沿着轴线CL1的方向上进行火花放电。

接着，说明作为本发明的特征部分的衬垫18的结构。

如图2所示，在衬垫18中的位于与上述座部16所处的那一侧相反的一侧的面、即前端面35上形成有凹部41的开口，该凹部41在轴线CL1方向上具有深度。在本实施方式中，如图3所示，凹部41沿周向间歇地设有多个。另外，通过形成凹部41，从而衬垫18中的位于凹部41的内周侧的部位向内周侧突出变形，其结果，衬垫18沿周向间歇地具有多个突部18P。而且，衬垫18的内径K(相当于与各突部18P相切的假想圆VC的直径)小于外螺纹部15的螺纹直径。

回到图2，前端面35包括：内周侧前端面351，其位于内周侧；和外周侧前端面352，其位于比该内周侧前端面351靠外周侧的位置且与内周侧前端面351相邻。而且，在本实施方式中，如图4所示，在以通过凹部41的后端且与衬垫18的中心轴线CL2(参照图2)垂直的平面作为基准平面VS时，内周侧前端面351距基准平面VS的沿着上述中心轴线CL2的距离随着朝向内周侧去而逐渐减小。另一方面，外周侧前端面352距基准平面VS的沿着上述中心轴线CL2的距离沿着径向大致恒定。

另外，在本实施方式中，在包含中心轴线CL2且通过凹部41的后端的剖面中，内周侧前端面351具有：第1内周侧前端面351A，其位于比凹部41的开口靠外周侧的位置；和第2内周侧前端面351B，其位于比凹部41的开口靠内周侧的位置。

而且，凹部41的开口形成于比外周侧前端面352的最内周部位靠内周侧的位置。因而，在本实施方式中，构成为在凹部41的开口与外周侧前端面352之间存在有内周侧前端面351的一部分(第1内周侧前端面351A)。如图5所示，通过这样地构成，在将火花塞1安装于内燃机的发动机盖EN的状态下，仅外周侧前端面352与发动机盖EN相接触，而与凹部41的开口相邻的内周侧前端面351自发动机盖EN隔开间隔。

并且，如图2所示，衬垫18构成为：在包含上述中心轴线CL2且通过凹部41的后端的剖面中，在将自衬垫18的位于比基准平面VS靠前端侧的位置且距上述中心轴线CL2最近的点P1到上述中心轴线CL2的最短距离设为L1，将自衬垫18的位于比基准平面VS靠后端侧的位置且距上述中心轴线CL2最近的点P2到上述中心轴线的最短距离设为L2，此时满足L1＜L2。

另外，如图4所示，衬垫18中的位于座部16所处的那一侧的面即后端面36包括：内周侧后端面361，其至少一部分(在本实施方式中为全部区域)位于内周侧前端面351的背后的位置；和外周侧后端面362，其至少一部分(在本实施方式中为全部区域)位于外周侧前端面352的背后的位置。而且，构成为在上述剖面中，自基准平面VS到内周侧后端面361的沿上述中心轴线CL2的距离L3小于自基准平面VS到外周侧后端面362的沿上述中心轴线CL2的距离L4。通过这样地构成，如图5所示，在将火花塞1安装于发动机盖EN的状态下，仅外周侧后端面362与座部16(座面16F)相接触，而内周侧后端面361自座部16隔开间隔。

而且，如图6所示，构成为在将座部16的相对于将外螺纹部15包含在内部的最小假想圆柱VP而言朝向径向外侧突出的突出量设为A(mm)，将上述外周侧前端面352的在包含上述中心轴线CL2的剖面中沿着与上述中心轴线CL2正交的方向延伸的长度设为B(mm)，此时满足0.2≤B/A≤0.75。另外，突出量A相当于衬垫18的在凹部形成前沿径向的宽度、或衬垫18的在周向上没有形成凹部的部分的沿径向的宽度。

并且，在本实施方式中，衬垫18的硬度以维氏硬度表示为100Hv以上且200Hv以下。另外，衬垫18的硬度是在衬垫18的表面中的除了随着形成凹部41会产生硬度变化的部位以外的部位(例如外周侧前端面352、外周侧后端面362)进行测量的。另外，衬垫18的硬度例如能够利用基于JIS Z2244的规定的方法进行测量。具体而言，在利用正四棱锥状的金刚石压头对衬垫18的表面施加了规定(例如980.7mN)的负荷时，能够根据形成在衬垫18上的压痕的对角线长度来测量衬垫18的硬度。

如以上详细说明的那样，根据本实施方式，构成为在将火花塞1安装在了发动机盖EN上时，仅外周侧前端面352与发动机盖EN相接触，而内周侧前端面351自发动机盖EN隔开间隔。而且，凹部41的开口形成于比外周侧前端面352的最内周部位靠内周侧的位置、即靠内周侧前端面351侧的位置。因而，能够防止随着形成凹部41会产生起伏的内周侧前端面351与发动机盖EN相接触，能够充分地提高衬垫18与发动机盖EN之间的密合性。其结果，能够获得良好的气密性。

另外，即使形成了起伏也能够确保良好的气密性，因此能够增大形成凹部41时的施加负荷。因而，能够使衬垫18的内周部分朝向内周侧较大程度地突出，而能够更可靠地防止衬垫18自主体金属外壳3脱落。

如以上所述，根据本实施方式，能够在气密性和防脱落性这两方面获得良好的性能。

而且，构成为第1内周侧前端面351A位于凹部41的开口与外周侧前端面352之间。因而，能够有效地防止随着形成凹部41而产生的起伏到达外周侧前端面352。其结果，能够谋求进一步可靠地提高气密性。

并且，构成为满足L1＜L2，且在衬垫18的内周，位于前端侧的部位相比于位于后端侧的部位向内周侧突出。因而，能够进一步可靠地防止衬垫18自主体金属外壳3脱落。

同时，凹部41沿周向间歇地设置，且形成在前端面35的沿着周向的局部。因而，能够容易形成凹部41，并且能够确保良好的防脱落性。

另外，由于B/A被设定在0.2以上，因此能够充分地确保外周侧前端面352相对于发动机盖EN的接触面积。因而，能够谋求进一步提高气密性。

而且，在本实施方式中，B/A被设定在0.75以下，从而使长度B不会变得过大，进而能够确保内周侧前端面351沿径向的宽度为一定程度的大小。因而，能够进一步可靠地防止随着形成凹部41而产生的起伏到达外周侧前端面352，能够进一步提高外周侧前端面352相对于发动机盖EN的密合性。其结果，能够谋求进一步提高气密性。

并且，构成为满足L3＜L4，在将火花塞1安装在了发动机盖EN上的状态下，能够仅使外周侧后端面362与座部16相接触。因而，能够增大座部16与衬垫18(外周侧后端面362)之间的接触压力。另外，由于外周侧前端面352位于外周侧后端面362的背后的位置，因此使增大后的接触压力顺利地向外周侧前端面352传递，进而能够增大外周侧前端面352与发动机盖EN之间的接触压力。其结果，能够极有效地提高气密性。

另外，由于衬垫18的硬度被设定在100Hv以上，因此能够有效地抑制在衬垫18处于高温状态时的衬垫18的热变形。其结果，能够进一步可靠地防止火花塞1相对于内燃机等的松动，能够长时间地维持良好的气密性。

而且，由于衬垫18的硬度被设定在200Hv以下，因此能够容易形成凹部41，并且能够通过形成凹部41而使衬垫18的内周部分充分地向内周侧突出。其结果，能够更进一步可靠地防止衬垫18的脱落。

接着，为了确认利用上述实施方式起到的作用效果，分别制作了10个实施例样品和10个比较例样品，并对各样品进行了以JIS B8031为基准的气密性评价试验。气密性评价试验的概要如以下所述。即，以25N·m的紧固力矩将各样品安装在模仿内燃机的发动机盖而做成的试验用的铝衬套上。在此基础上，对样品的前端部以150℃进行加热，并将该状态维持30分钟。然后，对各样品的前端部施加1.5MPa的气压，测量了每分钟自衬垫与主体金属外壳之间以及衬垫与铝衬套之间泄漏的空气的泄漏量。在此，能够判断泄漏量在5ml/min以下的样品具有良好的气密性。

另外，实施例样品构成为凹部位于比外周侧前端面的最内周部位靠内周侧的位置，并且将内周侧前端面做成倾斜状，在将实施例样品安装于铝衬套(内燃机等)上的状态下，仅使外周侧前端面与铝衬套(内燃机等)相接触。另外，比较例样品构成为衬垫的前端面沿着与衬垫的中心轴线正交的方向延伸，且在安装于铝衬套(内燃机等)上的状态下，相当于内周侧前端面的面和相当于外周侧前端面的面这两个面与铝衬套(内燃机等)相接触。并且，各样品均在衬垫的前端面的内周侧形成凹部，且将外螺纹部的螺纹直径设定为M12。

图7表示气密性评价试验的结果。另外，在图7中，用圆形记号表示实施例样品的试验结果，用三角形记号表示比较例样品的试验结果。另外，在图7中，利用沿横轴方向延伸的虚线表示作为评价基准的5ml/min(图8和图9中也同样)。

如图7所示，可以明确的是，仅外周侧前端面与内燃机等(铝衬套)相接触的实施例样品的泄漏量小于5ml/min，具有良好的气密性。认为其原因在于，通过使随着形成凹部会产生起伏的内周侧前端面自内燃机等(铝衬套)隔开间隔，从而提高了衬垫相对于内燃机等(铝衬套)的密合性。

根据上述试验的结果，为了谋求提高气密性，优选的是，衬垫构成为具有：内周侧前端面，其距上述基准平面的距离随着朝向内周侧去而逐渐减小；和外周侧前端面，其位于比内周侧前端面靠外周侧的位置，并且，衬垫将凹部的开口形成在比外周侧前端面的最内周部位靠内周侧的位置。

接着，制作对B/A的值进行了各种变更的火花塞的样品X、Y、Z，在将紧固力矩变更为20N·m的基础上(也就是说，在空气更容易泄漏的条件下)，对各样品进行了上述的气密性评价试验。另外，能够判断泄漏量在5ml/min以下的样品具有更好的气密性。另外，A是指测量了衬垫中的没有形成凹部的部位的、沿着与衬垫的中心轴线正交的方向的宽度而得到的值，该值等于座部相对于上述假想圆柱而言向径向外侧突出的突出量的大小。并且，B是指利用压力测量膜(例如PRESCALE(注册商标))进行测量而得到的值。

图8表示该试验的试验结果。另外，在图8中，用圆形记号表示样品X的试验结果，用三角形记号表示样品Y的试验结果，用四边形记号表示样品Z的试验结果。另外，样品X、Y、Z构成为主体金属外壳等具有相同的结构。

如图8所示，可以明确的是，满足0.2≤B/A≤0.75的样品具有更优异的气密性。认为其原因在于，通过将B/A设定在0.2以上，能够充分地确保外周侧前端面相对于内燃机等(铝衬套)的接触面积，并且，通过将B/A设定在0.75以下，能够确保内周侧前端面的宽度为一定程度的大小，从而能够更可靠地防止因形成凹部而产生的起伏到达外周侧前端面。

根据上述试验的结果，为了谋求进一步提高气密性，更优选的是，满足0.2≤B/A≤0.75。

接着，分别制作10个将内周侧后端面设为倾斜状且满足L3＜L4的火花塞的样品和10个将内周侧后端面设为倾斜状且满足L3＝L4的火花塞的样品，在将紧固力矩变更为15N·m之后(也就是说，在空气更容易泄漏的条件下)，对各样品进行了上述的气密性评价试验。另外，能够判断泄漏量在5ml/min以下的样品具有非常优异的气密性。

图9表示该试验的试验结果。另外，在图9中，用圆形记号表示满足L3＜L4的样品的试验结果，用三角形记号表示满足L3＝L4的样品的试验结果。

如图9所示，能够确认的是，满足L3＜L4的样品具有非常优异的气密性。认为其原因在于，由于仅衬垫的外周侧后端面与座部相接触，因此座部与衬垫之间的接触压力增大，另外，由于外周侧前端面位于外周侧后端面的背后的位置，因此增大后的接触压力顺利地向外周侧前端面传递，进而增大了衬垫(外周侧前端面)与内燃机等(铝衬套)之间的接触压力。

根据上述试验的结果，可以说为了谋求进一步提高气密性，优选的是，以满足L3＜L4的方式构成衬垫的后端面。

接着，通过变更构成衬垫的材料、热处理的条件，制作对衬垫的硬度(Hv)进行了各种变更的火花塞的样品，并对各样品进行了防松性评价试验。防松性评价试验的概要如以下所述。即，在以20N·m的紧固力矩将样品组装在规定的铝衬套上之后，在50℃～200℃的氛围中，根据IOS11565的3.4.4页中规定的振动试验，对样品向水平方向以及垂直方向分别施加了8小时(共计16小时)的振动。然后，测量将样品从铝衬套上拆除时的回正力矩(日文：戻しトルク)Te(N·m)。另外，能够判断回正力矩在10N·m以上的样品不易因加热而产生松动，能够长时间地维持良好的气密性。图10表示该试验的结果。

如图10所示，能够明确的是，将衬垫的硬度设定在100Hv以上的样品的回正力矩在10N·m以上，而能够长时间地维持良好的气密性。认为其原因在于，有效地抑制了衬垫的热变形。

根据上述试验的结果，为了抑制火花塞相对于内燃机等的松动，能够长时间地维持良好的气密性，优选的是，将衬垫的硬度设定在100Hv以上。

接着，通过变更构成衬垫的材料、热处理的条件，各制作10个对衬垫的硬度进行了各种变更的火花塞的样品，并对各样品进行了防脱落性评价试验。防脱落性评价试验的概要如以下所述。即，用手使衬垫相对于主体金属外壳相对旋转，确认衬垫是否自主体金属外壳脱离。另外，在10个样品中发生衬垫脱离的个数(脱落个数)为5个以下的情况下，可以判断为能够有效地防止衬垫自主体金属外壳脱落。图11表示该试验的结果。

如图11所示，能够明确的是，将衬垫的硬度设定在200Hv以下的样品的脱落个数为5个以下，在防止衬垫自主体金属外壳脱落的效果方面优异。认为其原因在于，衬垫容易塑性变形，通过形成凹部，使衬垫的内周部分向内周侧充分地突出。

根据上述试验的结果，从更可靠地防止衬垫的脱落的角度来说，优选的是，将衬垫的硬度设定在200Hv以下。

另外，并不限定于上述实施方式的记载内容，例如还可以如以下这样地进行实施。当然，还可以是以下未例示的其他的应用例、变更例。

(a)在上述实施方式中，沿衬垫18的周向间歇地设有凹部41，但还可以是如图12所示地，设置沿衬垫18的周向延伸的环状的凹部42。在该情况下，衬垫18的内周部分在整周上向内周侧突出，其结果，使衬垫18的内径K小于外螺纹部15的螺纹直径。

(b)在上述实施方式中，构成为距离L3小于距离L4，但还可以如图13所示，构成为距离L3等于距离L4。

(c)在上述实施方式中，衬垫18的外周面与外周侧前端面352之间成为方形状，但还可以将自衬垫18的外周面到外周侧前端面352的部位设为朝向外侧凸出的弯曲面状。

(d)在上述实施方式中，针对在主体金属外壳3的前端部26接合接地电极27的情况进行了具体化，但还能够应用于通过对主体金属外壳的一部分(或预先焊接于主体金属外壳的前端金属外壳的一部分)进行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，工具卡合部19的剖面为六边形，但是，工具卡合部19的形状并不限定于这样的形状。例如，还可以将工具卡合部19设为Bi-HEX(变形的12边)形状(ISO22977：2005(E))等。

(f)在上述实施方式中，座面16F与主体金属外壳3的轴线CL1大致垂直，但是，座面16F相对于与主体金属外壳3的轴线CL1垂直的方向所成的角度并不限定于此。例如，还可以是在包含主体金属外壳3的轴线CL1的剖面中，将座部16中的位于衬垫18所处的那一侧的面(即“座面16F”)和与主体金属外壳3的轴线CL1垂直的假想线所成的锐角(即“座面角度”)设定在0.5°以上且6°以下。即，还可以将座面16相对于与主体金属外壳3的轴线CL1垂直的方向所成的角度设定在0.5°以上且6°以下。

即使在这样地对座面赋予了角度的情况下，应用本发明的衬垫，也能够确保良好的气密性。

图14表示各制作10个对主体金属外壳的座面角度进行了各种变更的火花塞的样品，并对上述各样品进行了气密性评价试验而得到的结果。气密性评价试验的概要如以下所述。即，以15N·m的紧固力矩将各样品安装在模仿内燃机的发动机盖而做成的试验用的铝衬套上。对各样品的前端部施加1.5MPa的气压，测量每分钟自衬垫与主体金属外壳之间以及衬垫与铝衬套之间泄漏的空气的泄漏量。另外，能够判断的是，泄漏量在15ml/min以下的样品具有非常良好的气密性。

另外，实施例样品构成为凹部位于比外周侧前端面的最内周部位靠内周侧的位置，并且将内周侧前端面做成倾斜状，在将实施例样品安装在铝衬套(内燃机等)上的状态下仅外周侧前端面与铝衬套(内燃机等)相接触。另外，实施例样品满足0.2≤B/A≤0.75。

在图14中，用圆形记号表示实施例样品的试验结果，用三角形记号表示比较例样品的试验结果。另外，在图14中，利用沿横轴方向延伸的虚线表示作为评价基准的15ml/min。

如图14所示，在比较例样品中，在将座面角度设定在了0.5°以上时，泄漏量大于15ml/min。另一方面，在实施例样品中，在将座面角度设定在了6°以下时，泄漏量小于15ml/min。即，能够明确的是，即使在对座面赋予了0.5°以上且6°以下的角度的情况下，实施例样品也具有良好的气密性。

附图标记说明

1、火花塞；3、主体金属外壳；15、外螺纹部；16、座部；18、衬垫；35、(衬垫的)前端面；36、(衬垫的)后端面；41、凹部；351、内周侧前端面；351A、第1内周侧前端面；351B、第2内周侧前端面；352、外周侧前端面；361、内周侧后端面；362、外周侧后端面；CL1、轴线；CL2、(衬垫的)中心轴线。

Claims (11)

1.一种火花塞，该火花塞包括：

主体金属外壳，其在轴线方向上具有贯通孔；以及

衬垫，其为实心环状，设于上述主体金属外壳的外周，

上述主体金属外壳具有：

外螺纹部，其形成于上述主体金属外壳自身的前端侧外周，供进行安装时使用；以及

座部，其形成于比上述外螺纹部靠后端侧的位置，向径向外侧鼓出，

上述衬垫设于上述外螺纹部与上述座部之间，

该火花塞的特征在于，

在上述衬垫中的位于与上述座部所处的那一侧相反的一侧的面上形成有凹部的开口，该凹部在上述轴线方向上具有深度，

上述衬垫至少具有：内周侧前端面，其在以通过上述凹部的后端且与上述衬垫的中心轴线垂直的平面为基准平面时，距上述基准平面的距离随着朝向内周侧去而逐渐减小；以及外周侧前端面，其位于比上述内周侧前端面靠外周侧的位置，

上述凹部的开口形成于比上述外周侧前端面的最内周部位靠内周侧的位置，

在包含上述中心轴线且通过上述凹部的后端的剖面中，将自上述衬垫的位于比上述基准平面靠前端侧的位置且距上述中心轴线最近的点到上述中心轴线的最短距离设为L1，将自上述衬垫的位于比上述基准平面靠后端侧的位置且距上述中心轴线最近的点到上述中心轴线的最短距离设为L2，此时，L1＜L2，

在包含上述主体金属外壳的上述轴线在内的剖面中，上述座部中的位于上述衬垫所处的那一侧的面和与上述主体金属外壳的上述轴线垂直的假想线所成的锐角为0.5°以上且6°以下。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

在包含上述中心轴线且通过上述凹部的后端的剖面中，上述内周侧前端面具有第1内周侧前端面，该第1内周侧前端面位于比上述凹部的开口靠外周侧的位置。

3.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

上述凹部的开口形成在上述衬垫中的位于与上述座部所处的那一侧相反的一侧的面的、沿着周向的局部。

4.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于，

上述凹部的开口形成在上述衬垫中的位于与上述座部所处的那一侧相反的一侧的面的、沿着周向的局部。

5.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

将上述座部的相对于将上述外螺纹部包含在内部的最小假想圆柱而言朝向径向外侧突出的突出量设为A，将上述外周侧前端面的在包含上述中心轴线的剖面中沿着与上述中心轴线正交的方向的长度设为B，此时满足0.2≤B/A≤0.75，其中，A、B的单位为mm。

6.根据权利要求2所述的火花塞，其特征在于，

将上述座部的相对于将上述外螺纹部包含在内部的最小假想圆柱而言朝向径向外侧突出的突出量设为A，将上述外周侧前端面的在包含上述中心轴线的剖面中沿着与上述中心轴线正交的方向的长度设为B，此时满足0.2≤B/A≤0.75，其中，A、B的单位为mm。

7.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，

将上述座部的相对于将上述外螺纹部包含在内部的最小假想圆柱而言朝向径向外侧突出的突出量设为A，将上述外周侧前端面的在包含上述中心轴线的剖面中沿着与上述中心轴线正交的方向的长度设为B，此时满足0.2≤B/A≤0.75，其中，A、B的单位为mm。

8.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，

将上述座部的相对于将上述外螺纹部包含在内部的最小假想圆柱而言朝向径向外侧突出的突出量设为A，将上述外周侧前端面的在包含上述中心轴线的剖面中沿着与上述中心轴线正交的方向的长度设为B，此时满足0.2≤B/A≤0.75，其中，A、B的单位为mm。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述衬垫中的位于上述座部所处的那一侧的面包括：

内周侧后端面，其至少一部分位于上述内周侧前端面的背后的位置；以及

外周侧后端面，其至少一部分位于上述外周侧前端面的背后的位置，

在包含上述中心轴线且通过上述凹部的后端的剖面中，自上述基准平面到上述内周侧后端面的沿着上述中心轴线的距离L3小于自上述基准平面到上述外周侧后端面的沿着上述中心轴线的距离L4。

10.根据权利要求1～8中任一项所述的火花塞，其特征在于，

上述衬垫的硬度以维氏硬度表示为100Hv以上且200Hv以下。

11.根据权利要求9所述的火花塞，其特征在于，

上述衬垫的硬度以维氏硬度表示为100Hv以上且200Hv以下。