CN105745797A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

同时达成耐电压性的提高、中心电极的氧化的抑制以及横向火花的抑制。火花塞具备：绝缘体，具有沿轴线延伸的轴孔；以及中心电极，插入到轴孔内。绝缘体具备第一圆柱部、圆台形状部以及第二圆柱部，所述圆台形状部形成于第一圆柱部的前端侧，并且外径向前端侧缩小，所述第二圆柱部形成于圆台形状部的前端侧。中心电极的直径C为2.2mm以下。圆台形状部的体积以及第二圆柱部的体积的合计I、从圆台形状部的轴线方向上的后端位置到第二圆柱部的轴线方向上的前端位置的中心电极的体积E和直径C满足I/E≥4.2333C²－19.79C+24.869。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种火花塞。

背景技术

通常的火花塞具备主体配件、中心电极以及绝缘体。公知作为绝缘体的形状，从后端侧按照顺序具备第一圆柱部、圆台形状部以及与第一圆柱部相比外径更小的第二圆柱部。第一圆柱部是指形成于主体配件的内部的圆柱状的部位。圆台形状部是指形成于第一圆柱部的前端侧，并且外径向前端侧缩小的部位。第二圆柱部是指形成于圆台形状部的前端侧的部位，并且是指至少一部分从主体配件的前端面突出的部位。第一圆柱部、圆台形状部以及第二圆柱部都是中空的，在其空间中配置有中心电极(例如专利文献1)。

另一方面，近年来，存在发动机的压缩比变高的倾向，对于火花塞，用于使在正确的放电位置(间隙)放电的电压(要求电压)变高。如果要求电压变高，则耐电压性的要求变得严格，并且横向火花(绝缘体和主体配件之间的放电)变得容易产生。横向火花尤其容易在主体配件的前端面附近产生。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-183177号公报

发明内容

发明要解决的课题

为了不增大火花塞整体的尺寸地使耐横向火花性、耐电压性提高，将中心电极的直径变小是有效的。但是，如果中心电极的直径变小，则由于中心电极的热容量变小，因此中心电极的温度变得容易上升而促进中心电极的氧化。因此，一直以来，将中心电极的直径变小是困难的。

作为抑制横向火花的其他的方法，存在下述方法，即在主体配件的前端面附近，将绝缘体的外周在径向上尽量远离主体配件的内周。该方法能够通过将绝缘体的外径变小而实现。

但是，如果将绝缘体的外径变小且想要确保绝缘体的厚度，则要将在绝缘体的内部配置的中心电极变细而引起上述的问题。另一方面，如果将绝缘体变薄，则绝缘体的热容量变小，中心电极的温度变得容易上升。其结果是，促进中心电极的氧化。

一直以来，由于存在上述的困境，因此同时达成耐电压性的提高、中心电极的氧化的抑制以及横向火花的抑制是困难的。

用于解决课题的技术方案

本发明用于解决上述问题，能够作为以下的方式而实现。

(1)根据本发明的一个方式，提供一种火花塞，具备：绝缘体，具有沿轴线延伸的轴孔；中心电极，插入到所述轴孔内；主体配件，配置于所述绝缘体的外周，并且在所述主体配件的内周形成有向径向内侧隆起的架部；以及接地电极，配置于所述主体配件的前端，所述绝缘体具备第一圆柱部、圆台形状部以及第二圆柱部，所述第一圆柱部形成在与所述架部的至少一部分相对的位置，所述圆台形状部形成于所述第一圆柱部的前端侧，并且所述圆台形状部的外径向前端侧缩小，所述第二圆柱部形成于所述圆台形状部的前端侧。所述火花塞的特征在于，在所述轴线方向上与所述架部相对的位置上，所述中心电极的直径C为2.2mm以下，所述圆台形状部的体积以及所述第二圆柱部的体积的合计I、从所述圆台形状部的所述轴线方向上的后端位置到所述第二圆柱部的所述轴线方向上的前端位置的所述中心电极的体积E和所述直径C满足I/E≥4.2333C²－19.79C+24.869。

根据该方式，能够同时达成耐电压性的提高、横向火花的抑制以及中心电极的氧化的抑制。耐电压性提高是由于中心电极的直径较小(2.2mm以下)，因此容易确保第一圆柱部的厚度。抑制横向火花和中心电极的氧化是由于上述I/E设定在适当的范围内。即，在中心电极的直径较小的情况下，上述I/E被适当地设定，从而主体配件到绝缘体的距离与绝缘体的热容量的平衡达到合适，抑制横向火花和中心电极的氧化。

(2)在上述方式中，所述火花塞的特征在于，所述合计I、所述体积E以及所述直径C满足下式I/E≥6.1333C²－27.18C+32.301。根据该方式，进一步抑制中心电极的氧化。

(3)在上述方式中，所述火花塞的特征在于，所述第一圆柱部的所述轴线方向上的前端位置位于比所述架部的与所述第一圆柱部相对的面的所述轴线方向上的前端位置靠前端侧的位置。根据该方式，在相对面的前端位置上，绝缘体的耐电压性提高。这是由于在轴线方向上相对面和圆台形状部的位置错开而确保与相对面相对的位置上的绝缘体的厚度。

(4)在上述方式中，所述火花塞的特征在于，所述第二圆柱部的所述轴线方向上的后端位置位于比所述主体配件的前端面的位置靠后端侧1.5mm以上的位置。根据该方式，进一步抑制横向火花。在该方式的情况下，第二圆柱部和圆台形状部的边界位于比主体配件的前端面的位置靠后端侧1.5mm以上的位置。由于与燃烧室内的燃烧相伴的绝缘体的污损更容易在绝缘体的外径较大的情况产生，因此容易在上述边界附近和比上述边界靠后端侧的位置产生。在产生污损的部位诱发横向火花。因此，如果如该方式地将容易产生污损的部位和原本容易产生横向火花的主体配件的前端面分离1.5mm以上，则进一步抑制横向火花。

(5)在上述方式中，所述火花塞的特征在于，所述第二圆柱部的所述轴线方向的长度为4mm以上，在包含所述轴线的剖面上，由所述圆台形状部的前端侧直线、延长所述第二圆柱部的直线以及所述绝缘体的外径线包围的加厚部的面积在一侧为0.02mm²以上。根据该方式，即使第二圆柱部较长(4mm以上)，也抑制绝缘体的破损。公知有一种在高压缩比的发动机的情况下，在燃烧室内产生高压的现象。在产生了这样的高压的情况下，较大的力施加于第二圆柱部，在第二圆柱部和圆台形状部的边界变得容易产生破损。因此，该破损更容易在第二圆柱部较长的情况下产生。因此，如果设置具有该方式的剖面面积的加厚部，则能够加强边界并得到上述效果。

(6)在上述方式中，所述火花塞的特征在于，在所述主体配件的外周形成有阳螺纹，所述阳螺纹的公称直径为M14。根据该方式，即使在阳螺纹的公称直径为M14这样的对中心电极的氧化严格的条件下，也能够抑制中心电极的氧化。如果中心电极的直径较小且阳螺纹的公称直径为M14，则绝缘体的外周和主体配件的内周之间的空间的体积变大。如果该空间的体积变大，则该空间内的气体的热容量变大。其结果是，中心电极的温度变得容易上升，进而促进中心电极的氧化。但是，根据该方式，由于上述I/E被适当地设定，因此能够抑制中心电极的氧化。

(7)在上述方式中，所述火花塞的特征在于，用于压缩比9.5以上的带有增压器的发动机和压缩比11以上的自然吸气发动机中的至少任一个。根据该方式，能够在用于压缩比9.5以上的带有增压器的发动机和压缩比11以上的自然吸气发动机中的任一个的情况下，得到上述效果。

本发明也能够以装置以外的各种方式实现。例如，能够以火花塞的制造方法等方式实现。

附图说明

图1为示出火花塞的局部剖视图。

图2为火花塞的前端附近的剖视图。

图3为范围K的放大图。

图4为示出中心电极的评价试验的表格(中心电极为Φ1.7mm的情况)。

图5为示出中心电极的评价试验的表格(中心电极为Φ1.9mm的情况)。

图6为示出中心电极的评价试验的表格(中心电极为Φ2.2mm的情况)。

图7为涉及中心电极的评价试验的图表。

图8为示出涉及耐污损性的试验结果的表格。

图9为示出涉及耐折损性的试验结果的表格。

图10为示出涉及绝缘性的试验结果的表格。

图11为涉及中心电极的评价试验的图表。

图12为涉及中心电极的评价试验的图表。

具体实施方式

图1为示出火花塞100的局部剖视图。在后文中，将图1所示的轴线方向OD定义为附图的上下方向，将下侧定义为火花塞的前端侧，将上侧定义为后端侧而进行说明。图1在轴线O的右侧示出火花塞100的外观，在轴线O的左侧示出火花塞100的剖面。

火花塞100为安装于汽油发动机的发动机缸盖200的装置，通过使在前端的电极间产生火花放电，引燃燃烧室内的混合气体。

火花塞100具备绝缘子10、中心电极20、接地电极30、端子配件40以及主体配件50。绝缘子10为作为绝缘体而发挥功能的部件，具有沿轴线O延伸的轴孔12。中心电极20为沿轴线O延伸的棒状的电极，以插入到绝缘子10的轴孔12内的状态保持。主体配件50为包围绝缘子10的外周的筒状的部件，将绝缘子10固定于内部。

接地电极30的一端固定于主体配件50的前端，另一端为与中心电极20相对的电极。端子配件40为用于接收供电的端子，与中心电极20电连接。如果在火花塞100安装于发动机缸盖200的状态下，高电压施加在端子配件40和发动机缸盖200之间，则在中心电极20和接地电极30之间产生火花放电。以下，对各部件的详细内容进行说明。

绝缘子10为由陶瓷形成的筒状的绝缘体，在轴线方向OD上延伸的轴孔12沿轴线O形成。在本实施方式中，绝缘子10通过烧结氧化铝而形成。在绝缘子10的轴线方向OD的大致中央形成有外径最大的凸缘部19，在比凸缘部19靠后端侧的位置形成有后端侧主体部18。在比凸缘部19靠前端侧的位置形成有与后端侧主体部18相比外径更小的前端侧主体部17。在比前端侧主体部17更靠前端侧的位置形成有第一圆柱部13、圆台形状部14以及第二圆柱部15。圆台形状部14的外径随着接近前端侧而减小。在火花塞100安装于发动机缸盖200的状态下，圆台形状部14以及第二圆柱部15暴露于燃烧室内的气体。在第一圆柱部13和前端侧主体部17之间形成有外周侧台阶部16。

中心电极20为配置在绝缘子10的轴孔12内并从后端侧向前端侧延伸的棒状的部件。中心电极20的前端在绝缘子10的前端侧露出。在中心电极20的前端设置有电极端头29。电极端头29由铂合金或者铱合金等形成，通过焊接与电极母材21的前端结合。中心电极20具备在径向上突出的中心电极凸缘部25。

中心电极20具有在电极母材21的内部埋设有芯材22的构造。电极母材21由INCONEL600(INCONEL为注册商标)等镍合金形成。芯材22由具有比电极母材21的热传导率更高的热传导率的金属形成。具体来说，由将铜作为主体的合金和铜中的任一个形成。

在绝缘子10的轴孔12内的中心电极20的后端侧设置有密封体4以及陶瓷电阻3。中心电极20经由密封体4以及陶瓷电阻3与端子配件40电连接。

主体配件50为由低碳钢形成的筒状的配件，将绝缘子10保持于内部。低碳钢是指例如S17C或S25C。绝缘子10的从后端侧主体部18的一部分到第二圆柱部15的一部分的部位被主体配件50包围。

在主体配件50的外周形成有工具卡合部51和螺纹部52。工具卡合部51为与火花塞扳手(未图示)嵌合的部位。主体配件50的螺纹部52为形成有螺纹牙的部位，与发动机缸盖200的安装螺纹孔201螺合。火花塞100通过使主体配件50的螺纹部52与发动机缸盖200的安装螺纹孔201螺合并紧固，固定于发动机缸盖200。另外，本实施方式的螺纹部52的公称直径为M14。

在主体配件50的工具卡合部51和螺纹部52之间形成有向径向外侧突出的法兰状的凸缘部54。在螺纹部52和凸缘部54之间的螺纹颈59嵌插有环状的衬垫5。衬垫5通过折弯板体而形成，在火花塞100安装于发动机缸盖200时，在凸缘部54的基座面55和安装螺纹孔201的开口周缘部205之间挤压变形。通过衬垫5的变形，密封火花塞100和发动机缸盖200的空隙而抑制经由安装螺纹孔201的燃烧气体的泄露。

在主体配件50的比工具卡合部51靠后端侧的位置形成有薄壁的敛缝部53。在凸缘部54和工具卡合部51之间形成有薄壁的弯曲部58。在主体配件50的从工具卡合部51到敛缝部53的内周面和绝缘子10的后端侧主体部18的外周面之间插入有圆环状的环部件6、7。进而在两环部件6、7之间填充有滑石(talc)9的粉末。在火花塞100的制造工序中，如果敛缝部53向内侧折弯并敛缝，则弯曲部58随着压缩力的施加而向外侧弯曲变形，并且主体配件50和绝缘子10被固定。滑石9在敛缝工序时被压缩而提高主体配件50和绝缘子10之间的气密性。

图1所示的接地电极30为与主体配件50的前端接合的电极，优选由耐腐蚀性优异的合金形成。本实施方式中的接地电极30由镍和将镍作为主成分的合金(例如INCONEL600、INCONEL601等)中的任一个形成。接地电极30和主体配件50的接合例如通过焊接实现。接地电极30的前端部33与中心电极20的前端相对。

在端子配件40经由火花塞帽(未图示)连接有高压线缆(未图示)。如前所述，如果高电压施加在端子配件40和发动机缸盖200之间，则在接地电极30和中心电极20之间产生火花放电。

图2放大地示出火花塞100的前端附近的剖面。在主体配件50的内周形成有向径向内侧突出的架部57。在架部57和绝缘子10的外周侧台阶部16之间设置有环状的片式密封垫8。主体配件50和绝缘子10之间的气密性也由片式密封垫8确保而抑制燃烧气体的泄露。

如图2所示，绝缘子10具备第一圆柱部13、圆台形状部14以及第二圆柱部15。第一圆柱部13为配置在与架部57的至少一部分相对的位置的部位。本实施方式中的第一圆柱部13与架部57的整体相对。圆台形状部14形成于第一圆柱部13的前端侧。第二圆柱部15形成于比圆台形状部14靠前端侧的位置。第一圆柱部13、圆台形状部14以及第二圆柱部15与绝缘子10的其他部位一起地一体形成。

第一圆柱部13以及第二圆柱部15为中空的圆柱形状即圆筒形状。圆台形状部14为中空的圆台形状。第二圆柱部15的外径比第一圆柱部13的外径小。圆台形状部14的外径向前端侧缩小。如在图2中作为R1所示，第二圆柱部15的前端为带有圆角的形状。即，在第二圆柱部15的前端设置有R。

图3为图2所示的范围K的放大图。如图3所示，绝缘子10具备加厚部60。在本实施方式中，将加厚部60当作与圆台形状部14以及第二圆柱部15不同的部位。加厚部60为在包含轴线O的剖面上由圆台形状部14的前端侧的直线、延长第二圆柱部15的直线以及绝缘子10的外径线包围的部位。在本实施方式中，加厚部60具有R形状(剖面为圆弧形状)。另外，加厚部60与圆台形状部14以及第二圆柱部15一体形成。

如图3所示，圆台形状部14和第二圆柱部15的边界由通过圆台形状部14的前端侧直线和延长第二圆柱部上15的直线的交点并与轴线O正交的线段确定。

以下，对图2所示的尺寸进行说明。ΦC为比中心电极凸缘部25(图1)靠前端侧的中心电极20的外径。另外，如图2所示，本实施方式中的中心电极20在与第二圆柱部15相对的部位具有向前端缩径的锥形形状。ΦC指比该锥形形状靠后端侧的位置的外径。该锥形形状以及比上述锥形形状靠前端侧的位置设置成用于通过绝缘子10和中心电极20之间的微小放电使沉积于绝缘子10的前端附近的碳等燃烧并除去。

如图2所示，比上述锥形形状靠前端侧的位置的外径为ΦCt。上述ΦCt和锥形形状的边界的轴线方向OD的位置优选为与绝缘子10的前端面相同或者落入比绝缘子10的前端面靠后端侧3mm以内的范围。即，图2所示的长度w优选为0mm以上且3mm以下。以下，如果没有特别指出地说到位置，则是指轴线方向OD的位置。

ΦH为绝缘子10的内径，优选1mm以上且3mm以下。前述的ΦC优选为(ΦH-0.2mm)以上且(ΦH-0.03mm)以下。ΦZ1为第一圆柱部13的外径。ΦZ2为第二圆柱部15的外径。在螺纹部52的公称直径为M14的情况下，ΦZ1优选为6mm以上且8mm以下，ΦZ2优选为3mm以上且6mm以下。在螺纹部52的公称直径为M12的情况下，ΦZ1优选为5mm以上且7mm以下，ΦZ2优选为3mm以上且5mm以下。在螺纹部52的公称直径为M10的情况下，ΦZ1优选为4mm以上且6mm以下，ΦZ2优选为3mm以上且4mm以下。

长度L为从第一圆柱部13的后端到第二圆柱部15的前端的长度，并为关于轴线方向OD的长度，优选为3mm以上且20mm以下。以下，如果没有特别指出地说到长度，则是指轴线方向OD的长度。长度z1为第一圆柱部13的长度，优选为1mm以上且4mm以下。长度z2为第二圆柱部15的长度，优选为1.5mm以上且9mm以下。另外，圆台形状部14的长度为长度L-长度z1-长度z2。

长度g为从第二圆柱部15的后端到主体配件50的前端面的长度。长度g优选为0mm以上且6mm以下。后述更优选的值(图8)。

如果芯材22的前端位置落入预定范围，则对于中心电极20的放热是有益的。该预定范围是指以绝缘子10的前端位置为基准，到前端侧2mm、到后端侧也2mm的范围。由于本实施方式中的芯材22的前端位置如图2所示地与绝缘子10的前端位置相等，因此落入上述的预定范围。

以下，对以火花塞100的样品为对象而实施的多种评价试验进行说明。对各评价试验分别准备多个样品，所述多个样品使在各评价试验中关注的尺寸变化。

作为上述多个评价试验的一个，对中心电极20的耐氧化性的评价试验进行说明。在该评价试验中变化的尺寸为ΦC、ΦH、ΦZ1、ΦZ2、长度L、长度z1、长度z2。

图4、图5、图6利用表格示出前述的中心电极20的评价试验的结果。图4示出ΦC＝1.7mm的情况，图5示出ΦC＝1.9mm的情况，图6示出ΦC＝2.2mm的情况。另外，由于ΦH在哪个样品中都是将ΦC加上0.06mm后的值，因此省略在图4、图5、图6中的图示。

与图2一起说明的尺寸为在试验中测定的值。另一方面，图4、图5、图6所示的绝缘子体积I、中心电极体积E以及体积比I/E为基于这些测定值的计算值。绝缘子体积I是指圆台形状部14的体积和第二圆柱部15的体积的合计值。圆台形状部14的体积通过从成为圆台形状部14的轮廓的圆台的体积中减去中空部的体积而计算。第二圆柱部15的体积从成为第二圆柱部15的轮廓的圆柱的体积中减去中空部的体积并还考虑R1的体积的减少量而计算。

中心电极体积E是指从圆台形状部14的后端位置到第二圆柱部15的前端位置的中心电极20的体积。中心电极体积E考虑基于前述的中心电极20的缩径的体积的减少量而计算。

体积比I/E为绝缘子体积I除以中心电极体积E的值。另外，图4、图5、图6按照降序排列示出体积比I/E。

本实施方式的螺纹部52的公称直径如前所述为M14。但是，在图4、图5、图6所示的结果中，也包含M10以及M12的样品的结果作为其他实施方式的螺纹部52的公称直径。

对试验的顺序进行说明。在大气条件下，对安装于水冷腔室的火花塞100将两分钟的加热和一分钟的冷却交替地实施3000次。加热使用燃烧器，并在开始加热两分钟后绝缘子10的前端面达到950℃的条件下实施。对温度的确认使用放射温度计。冷却通过基于燃烧器的停止的自然冷却而实施。试验结束后，将火花塞100解体，在包含轴线O的剖面上观察中心电极20，测定电极端头29的前端面的氧化变质层的厚度。该厚度在试验前为0mm。

将氧化变质层的厚度小于0.1mm的情况设为A判定、将0.1mm以上且小于0.2mm的情况设为B判定、将0.2mm以上设为X判定。比X判定更优选B判定，比B判定更优选A判定。

如图4所示，在ΦC＝1.7mm的情况下，在体积比I/E为3.82以上时达到A判定(样品No.1-11)。如图5所示，在ΦC＝1.9mm的情况下，在体积比I/E为2.80以上时达到A判定(样品No.15-27)。如图6所示，在ΦC＝2.2mm的情况下，在体积比I/E为2.19以上时达到A判定(样品No.30-39)。因此，优选这些值。

如图4所示，在ΦC＝1.7mm的情况下，在体积比I/E为3.46以上时达到B判定以上(样品No.1-13)。如图5所示，在ΦC＝1.9mm的情况下，在体积比I/E为2.55以上时达到B判定以上(样品No.15-28)。如图6所示，在ΦC＝2.2mm的情况下，在体积比I/E为1.82以上时达到B判定以上(样品No.30-42)。因此，优选这些值。

根据上述的优选的数值，由于即使将ΦC设定为2.2mm以下，也抑制中心电极20的氧化，因此能够设计成能够同时地达成耐电压性的提高、横向火花的抑制以及中心电极20的氧化的抑制。

图7为对上述的试验结果绘制的图表。纵轴示出体积比I/E、横轴示出中心电极20的外径ΦC。在图7中示出两条近似曲线。

实线的曲线是将用于达到A判定的三个下限值(ΦC，I/E)＝(1.7，3.82)、(1.9，2.80)、(2.2，2.19)利用二次函数拟合而成的。该曲线的近似式为I/E＝6.1333ΦC²－27.18ΦC+32.301。即使ΦC为1.7mm、1.9mm、2.2mm以外的值，如果满足下述的不等式(1)，则也推测能够得到A判定。

I/E≥6.1333ΦC²－27.18ΦC+32.301…(1)

另外，在上述的拟合以及近似式的导出以及后述的拟合以及近似式的导出中使用制表软件Excel(注册商标)。

虚线的曲线是将用于达到B判定以上的三个下限值即(ΦC，I/E)＝(1.7，3.46)、(1.9，2.55)、(2.2，1.82)利用二次函数拟合而成的。该曲线的近似式为I/E＝4.2333ΦC²－19.79ΦC+24.869。即使ΦC为1.7mm、1.9mm、2.2mm以外的值，如果满足下述的不等式(2)，则也推测能够得到B判定以上。

I/E≥4.2333ΦC²－19.79ΦC+24.869…(2)

图8利用表格示出涉及耐污损性的试验结果。在该试验中关注的是图2所示的长度g。另外，在本实施方式中，从第二圆柱部15的前端到主体配件50的前端面的长度以1.5mm被固定。因此，本实施方式中的长度g为长度z2-1.5mm。除此之外，从第二圆柱部15的前端到中心电极20的前端的长度也以1.5mm被固定。

说明试验的顺序。在设定为-10℃的低温试验室内的底盘测功机上准备具有排气量1.6L的4个气缸DOHC发动机的机动车。在该机动车的发动机中组装有作为样品的火花塞100。

其后，将按照顺序实施后述的第一行驶模式、基于发动机停止的自然冷却、后述的第二行驶模式作为一个循环，在各循环中测定火花塞100的绝缘电阻值。

将绝缘电阻值下降到10MΩ以下作为条件而结束试验。试验结束时的循环数为5个循环以下的情况评价为X判定、6～19个循环的情况评价为B判定、20个循环以上的情况评价为A判定。

上述的第一行驶模式的内容如下，即在进行三次发动机的空转后，将排挡设为三速以速度35km/h行驶40秒，隔着90秒的怠速，再次使用三速的排挡以35km/h行驶40秒。

上述的第二行驶模式的内容如下，即在进行三次空转后，反复进行行驶和发动机停止。该行驶反复三次。在一次的行驶中，将排挡设为一速以15km/h行驶20秒。实施发动机停止30秒。在第二行驶模式之后，使发动机停止后实施下一个循环的第一行驶模式。

如图8所示，在长度g为1.5mm以上的情况下，达到A判定。因此，长度g优选为1.5mm以上。随着上述的循环而绝缘电阻值下降的主要原因是与燃烧室内的燃烧相伴的绝缘子10的污损。该污损诱发横向火花。因此，能够通过利用优选的尺寸使耐污损性提高，抑制横向火花。在长度g较长的情况下抑制污损是由于与第二圆柱部15相比外径更大的圆台形状部14远离主体配件50的前端面。

图9利用表格示出涉及绝缘子10的耐折损性的试验结果。在该试验中关注的是长度z2和面积S。如图3所示，面积S为加厚部60的一侧的剖面面积。图9所示的面积S的值为根据R2的值和圆台形状部14的形状算出的值。R2的值为曲率半径的值。

对评价试验的顺序进行说明。在大气条件下，在对安装于水冷腔室的火花塞100执行加热两分钟后，将载荷施加于绝缘子10。加热使用燃烧器，并在开始加热两分钟后绝缘子10的前端面达到750℃的条件下实施。施加的载荷的大小为850N。载荷的作用点为绝缘子10的最前端部，载荷的方向为与轴线O正交的方向。载荷在燃烧器停止后15秒以内施加。这样地在15秒以内施加载荷是由于在更严格的条件下实施试验。由于绝缘子10在温度较高时机械强度降低，因此如果在加热后立即施加载荷，则成为对耐折损性严格的条件。

对各样品分别试验10个，计算破损的样品数。将10个中一个以上破损的情况评价为B判定，将未产生破损的情况评价为A判定。

如图9所示，在长度z2为2mm以及3mm的情况下，即使面积S为0也达到A判定。另一方面，在长度z2为4mm的情况下，如果面积S为0.02mm²以上，则达到A判定(样品No.50、No.51)。因此，在长度z2为4mm以上的情况下，面积S优选为0.02mm²以上。

这样地使耐折损性提高特别适合在高压缩比的发动机中使用的情况。公知自然吸气且压缩比11以上或者带有增压器且压缩比9.5以上的发动机在某个特定的运转区域中产生异常燃烧，产生非常大的压力波。如果该现象发生，则存在冲击施加于绝缘子10的前端部而产生破损的情况。该破损容易在应力集中的圆台形状部14和第二圆柱部15的边界产生。利用加厚部60加强该边界，从而即使长度z2为4mm这样的较长的值，也确认了破损被抑制。

另外，在用于与图8、图9一起说明的试验的样品中，将螺纹部52的公称直径设定为M14、将ΦZ1设定为Φ6.9mm、将长度z1设定为2.8mm、将长度L设定为12mm以及将Φz2设定为3.7mm。

图10利用表格示出涉及绝缘性的试验结果。在该试验中关注的是发动机的类型、第一圆柱部13的有无以及朝向t。如图2所示，朝向t是指从相对面57a的前端位置向第一圆柱部13的前端位置的朝向。将从后端向前端的朝向的情况定义为正，将相反的情况定义为负。图2示出朝向t为正的情况。相对面57a为架部57的一部分，并为与轴线O平行的面，并且为与绝缘子10相对的面。

图10为了便于参考，将第二圆柱部15的有无、ΦZ2、ΦC一起示出。在没有第二圆柱部15的情况下，将绝缘子10的前端的外径作为ΦZ2而测定。另外，在任一样品中都将ΦZ1设定为Φ6.9mm。

上述的发动机的类型是指吸气方式和压缩比。吸气方式为自然吸气(NA)或者带有增压器(S)中的任一种。另外，在这次的试验中，任一情况都使用直喷类型的发动机。

对试验的顺序进行说明。将4个成为样品的火花塞100安装于发动机。以一定转速(具体来说为5000rpm)使发动机旋转，在经过500个小时的时刻，将4个中产生1个以上的贯通的样品评价为X判定，将未产生贯通的样品评价为A判定。在此说的贯通是指由于施加于火花塞100的电压，因此配置在中心电极20和架部57之间的绝缘子10损坏，在绝缘子10中形成有贯通孔。

如图10所示，即使是自然吸气且压缩比为11，如果存在第一圆柱部13，并且朝向t为正，则也为A判定。进而，即使是带有增压器且压缩比为9.5，如果存在第一圆柱部13，并且朝向t为正，则也为A判定。因此，在自然吸气且压缩比为11以上的情况下或者在带有增压器且压缩比为9.5以上的情况下，优选存在第一圆柱部13，并且朝向t为正。

通过上述的优选的条件而绝缘性提高是由于在架部57的附近确保了绝缘子10的厚度。由于架部57是与中心电极20的距离较短的部位，因此是贯通容易产生的部位。将朝向t设定为正而避免绝缘子10变薄的圆台形状部14与相对面57a相对，从而确认贯通被抑制。

本发明不限定于上述的实施方式、实施例、变形例，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构实现。例如，与记载于发明的概要的栏的各方式中的技术特征相对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征为了解决上述问题的一部分或者全部或者为了达成上述效果的一部分或者全部能够适当地进行替换和组合。并且，如果该技术特征没有在本说明书中作为必需的结构而说明，则能够适当地删除。

图11与图7同样地为相对于中心电极的外径ΦC绘制用于得到优选的结果的体积比I/E的下限值的图表。在图11中示出两条近似直线。

实线的直线是将用于达到A判定的三个下限值利用一次函数拟合而成的。该直线的近似式为I/E＝﹣3.1632ΦC+9.0521。即使ΦC为1.7mm、1.9mm、2.2mm以外的值，如果满足下述的不等式(3)，则也推测能够得到A判定。

I/E≥﹣3.1632ΦC+9.0521…(3)

虚线的直线是将用于达到B判定以上的三个下限值利用一次函数拟合而成的。该直线的近似式为I/E＝﹣3.2132ΦC+8.8221。即使ΦC为1.7mm、1.9mm、2.2mm以外的值，如果满足下述的不等式(4)，则也推测能够得到B判定以上。

I/E≥﹣3.2132ΦC+8.8221…(4)

图12与图7同样地为相对于中心电极的外径ΦC绘制用于得到优选的结果的体积比I/E的下限值的图表。在图11中示出4条近似直线。

实线的直线是将用于达到A判定的三个下限值以ΦC≤1.9mm和1.9mm≤ΦC的情况分开并利用一次函数拟合而成的。该直线的近似式为I/E＝﹣5.1ΦC+12.49(ΦC≤1.9mm)以及I/E＝﹣2.0333ΦC+6.6633(1.9mm≤ΦC)。即使ΦC为1.7mm、1.9mm、2.2mm以外的值，如果满足下述的不等式(5)，则也推测能够得到A判定。

I/E≥﹣5.1ΦC+12.49(ΦC≤1.9mm)、I/E≥﹣2.0333ΦC+6.6633(1.9mm≤ΦC)…(5)

虚线的直线是将用于达到B判定以上的三个下限值以ΦC≤1.9mm和1.9mm≤ΦC的情况分开并利用一次函数拟合而成的。该直线的近似式为I/E＝﹣4.55ΦC+11.195(ΦC≤1.9mm)以及I/E＝﹣2.4333ΦC+7.1733(1.9mm≤ΦC)。即使ΦC为1.7mm、1.9mm、2.2mm以外的值，如果满足下述的不等式(6)，则也推测能够得到B判定以上。

I/E≥﹣4.55ΦC+11.195(ΦC≤1.9mm)、I/E≥﹣2.4333ΦC+7.1733(1.9mm≤ΦC)…(6)

前述的圆台形状部的剖面形状为梯形，梯形的腰为直线形状。圆台形状部的形状并不限于此。例如，与上述的梯形的腰相当的部位的形状也可以是弯折的形状，也可以是曲线形状。在弯折的形状的情况下，也可以利用前端侧的直线定义加厚部。

中心电极的外径也可以小于Φ1.7mm。

也可以在中心电极的外径小于Φ1.7mm的情况下，满足前述的不等式(1)～(6)中的至少任一个。

在上文中说明的拟合也可以使用一次函数或二次函数以外的函数。例如，也可以使用比二次更高次的函数、指数函数、对数函数等。

作为实施方式而说明的火花塞也可以使用进气道喷射类型的汽油发动机。螺纹部的公称直径不限定于前述的直径，例如也可以为M6、M8、M10、M12、M14、M16、M18、M20、M22、M24中的任一种。

加厚部的剖面形状也可以不是R形状。例如，也可以是直线形状。

也可以将电极端头设置于接地电极。

标号说明

3…陶瓷电阻

4…密封体

5…衬垫

6…环部件

8…片式密封垫

9…滑石

10…绝缘子

12…轴孔

13…第一圆柱部

14…圆台形状部

15…第二圆柱部

16…外周侧台阶部

17…前端侧主体部

18…后端侧主体部

19…凸缘部

20…中心电极

21…电极母材

22…芯材

25…中心电极凸缘部

29…电极端头

30…接地电极

33…前端部

40…端子配件

50…主体配件

51…工具卡合部

52…螺纹部

53…敛缝部

54…凸缘部

55…基座面

57…架部

57a…相对面

58…弯曲部

59…螺纹颈

60…加厚部

100…火花塞

200…发动机缸盖

201…安装螺纹孔

205…开口周缘部。

Claims (7)

1.一种火花塞，具备：

绝缘体，具有沿轴线延伸的轴孔；

中心电极，插入到所述轴孔内；

主体配件，配置于所述绝缘体的外周，并且在所述主体配件的内周形成有向径向内侧隆起的架部；以及

接地电极，配置于所述主体配件的前端，

所述绝缘体具备第一圆柱部、圆台形状部以及第二圆柱部，

所述第一圆柱部形成在与所述架部的至少一部分相对的位置，

所述圆台形状部形成于所述第一圆柱部的前端侧，并且所述圆台形状部的外径向前端侧缩小，

所述第二圆柱部形成于所述圆台形状部的前端侧，

所述火花塞的特征在于，

在所述轴线方向上与所述架部相对的位置上，所述中心电极的直径C为2.2mm以下，

所述圆台形状部的体积以及所述第二圆柱部的体积的合计I、从所述圆台形状部的所述轴线方向上的后端位置到所述第二圆柱部的所述轴线方向上的前端位置的所述中心电极的体积E和所述直径C满足下式：

I/E≥4.2333C²－19.79C+24.869。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

所述合计I、所述体积E以及所述直径C满足下式：

I/E≥6.1333C²－27.18C+32.301。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

所述第一圆柱部的所述轴线方向上的前端位置位于比所述架部的与所述第一圆柱部相对的面的所述轴线方向上的前端位置靠前端侧的位置。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述第二圆柱部的所述轴线方向上的后端位置位于比所述主体配件的前端面的位置靠后端侧1.5mm以上的位置。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

所述第二圆柱部的所述轴线方向的长度为4mm以上，

在包含所述轴线的剖面上，由所述圆台形状部的前端侧直线、将所述第二圆柱部延长而得到的直线以及所述绝缘体的外径线包围的加厚部的面积在单侧为0.02mm²以上。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

在所述主体配件的外周形成有阳螺纹，

所述阳螺纹的公称直径为M14。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的火花塞，其特征在于，

用于压缩比9.5以上的带有增压器的发动机和压缩比11以上的自然吸气发动机中的至少任一个。