CN105826817A

CN105826817A - 火花塞

Info

Publication number: CN105826817A
Application number: CN201610056864.4A
Authority: CN
Inventors: 中村真衣
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: JP6157519B2; JP2016139502A; EP3051639B1; US20160218485A1; CN105826817B; US9401586B1; EP3051639A1

Abstract

本发明提供一种火花塞。采用本发明，能够提高绝缘体的相对于破裂的抗裂性。火花塞包括：主体金属外壳，其具有工具卡合部，并且具有贯通孔；绝缘体，其配置于主体金属外壳的贯通孔；以及端子金属件，其具有：主体部，其配置于绝缘体的轴孔；凸缘部，其直径大于主体部的直径；以及头部，其直径小于凸缘部的直径。绝缘体的自主体金属外壳向后端侧暴露的暴露部的最小厚度为2.5mm以下。工具卡合部的外接圆的直径最大的最大外径部的外接圆的直径与头部的最大外径之间的径差为9mm以下，或者暴露部的最大外径与头部的最大外径之间的径差为2.3mm以下。

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

在内燃机等中用于点火的火花塞是通过对彼此利用绝缘体绝缘的中心电极和接地电极施加电压而在形成在中心电极的前端部与接地电极的前端部之间的火花间隙产生火花的(例如，专利文献1)。

近年来，从使内燃机小型化的观点、提高设计自由度的观点而言，期望火花塞小径化、小型化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11－273827号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，随着火花塞的小径化、小型化，绝缘体的壁厚越薄，越可能难以确保绝缘体的强度，例如难以确保绝缘体的相对于在火花塞落下而与地面等碰撞时可能产生的破裂的抗裂性。

本说明书公开一种能够提高火花塞的绝缘体的相对于破裂的抗裂性的技术。

用于解决问题的方案

本说明书所公开的技术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：

主体金属外壳，其具有供安装工具卡合的工具卡合部，并且具有沿着轴线方向贯穿的贯通孔；

绝缘体，其配置于所述主体金属外壳的所述贯通孔，具有沿着所述轴线方向延伸的轴孔；以及

端子金属件，其具有：主体部，其配置于所述绝缘体的所述轴孔；凸缘部，其直径大于所述主体部的直径，与所述绝缘体的后端面接触；以及头部，其直径小于所述凸缘部的直径，位于所述凸缘部的后端侧，

该火花塞的特征在于，

以最短距离将所述头部的具有最大外径的部分的后端与所述工具卡合部的外接圆的直径最大的最大外径部的后端连结起来的假想线不与所述绝缘体的自所述主体金属外壳向后端侧暴露的暴露部相交，

所述暴露部的与所述主体部接触的部分的径向上的最小厚度为2.5mm以下，

所述最大外径部的外接圆的直径与所述头部的最大外径之间的径差为9mm以下。

采用所述结构，在绝缘体的暴露部的与主体部接触的部分的径向上的最小厚度为2.5mm以下的情况下，也由于工具卡合部的最大外径部的外接圆的直径与端子金属件的头部的最大外径之间的径差为9mm以下而能够缓和在落下时等对绝缘体的冲击。因而，能够提高绝缘体的相对于破裂的抗裂性。

[技术方案2]根据技术方案1所述的火花塞，其特征在于，

所述头部的最大外径小于所述暴露部的最大外径。

若如此，则能够抑制火花塞帽与绝缘体的暴露部之间的密合性降低，能够抑制发生闪络。

[技术方案3]根据技术方案2所述的火花塞，其特征在于，

所述最大外径部的外接圆的直径与所述头部的最大外径之间的径差为5mm以上。

若如此，则能够抑制工具卡合部的外径与暴露部的外径之间的径差过小，因此能够适当地进行绝缘体相对于主体金属外壳的固定(例如，通过弯边进行的固定)，进而能够确保火花塞的气密性。

[技术方案4]一种火花塞，

该火花塞包括：

端子金属件，其具有：主体部，其配置于所述绝缘体的所述轴孔；以及头部，其直径大于所述主体部的直径，与所述绝缘体的后端面接触，

该火花塞的特征在于，

以最短距离将所述头部的具有最大外径的部分的后端与所述工具卡合部的外接圆的直径最大的最大外径部的后端连结起来的假想线与所述绝缘体的自所述主体金属外壳向后端侧暴露的暴露部相交，

所述暴露部的最大外径与所述头部的最大外径之间的径差为2.3mm以下。

采用所述结构，在绝缘体的暴露部的与主体部接触的部分的径向上的最小厚度为2.5mm以下的情况下，也由于绝缘体的暴露部的最大外径与端子金属件的头部的最大外径之间的径差为2.3mm以下而能够缓和在落下时等对绝缘体的冲击。因而，能够提高绝缘体的相对于破裂的抗裂性。

[技术方案5]根据技术方案4所述的火花塞，其特征在于，

所述头部的最大外径小于所述暴露部的最大外径，

所述暴露部的最大外径与所述头部的最大外径之间的径差为1mm以上。

若如此，则能够抑制由于生产时的公差的偏差而导致端子金属件的头部突出到比绝缘体的暴露部的外周面靠径向外侧的位置。因而，能够抑制火花塞帽与绝缘体的暴露部之间的密合性降低，因此能够抑制发生闪络。

另外，本发明能够通过各种形式实现，例如，能够通过火花塞、使用火花塞的点火装置、搭载有该火花塞的内燃机、搭载有使用该火花塞的点火装置的内燃机等形式实现。

附图说明

图1是表示第1实施方式的火花塞100的整体的图。

图2(A)、图2(B)是表示火花塞100的后端侧的结构的图。

图3是试验装置的概略图。

图4是表示试验结果的图表。

图5是表示在火花塞100安装有火花塞帽的状态的概略图。

图6是表示第2实施方式的火花塞100b的后端侧的结构的图。

图7是表示试验结果的图表。

附图标记说明

5、密封垫；6、线状密封件；8、板状密封件；9、滑石；10、10b、绝缘体；12、轴孔；13、伸长部；16、台阶部；17、前端侧主体部；18、后端侧主体部；18A、18Ab、暴露部；18D、槽；18E、后端面；19、凸缘部；20、中心电极；21、中心电极主体；23、头部；24、凸缘部；25、腿部；29、中心电极头；30、接地电极；31、接地电极主体；39、接地电极头；40、40b、端子金属件；41、41b、头部；41A、槽；42、凸缘部；43、主体部；46、有底孔；50、主体金属外壳；51、工具卡合部；51A、最大外径部；52、安装螺纹部；53、弯边部；54、座部；56、台阶部；58、压缩变形部；59、贯通孔；60、导电性密封件；70、电阻器；80、导电性密封件；100、100b、火花塞；BL1、BL2、假想线

具体实施方式

A.第1实施方式：

A－1.火花塞的结构：

以下，基于实施方式说明本发明的实施方式。图1是表示第1实施方式的火花塞100的整体的图。在图1中的比轴线CO靠右侧的部分图示了火花塞100的外观，在轴线CO的左侧图示了利用含有轴线CO的面进行剖切而得到的剖视图。图1中的单点划线表示火花塞100的轴线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为中心线的圆的径向也简称为“径向”，将以轴线CO为中心线的圆的周向也简称为“周向”。将图1中的下方称作前端方向FD，将上方也称作后端方向BD。将图1中的下侧称作火花塞100的前端侧，将图1中的上侧称作火花塞100的后端侧。

火花塞100包括绝缘体(绝缘电瓷)10、中心电极20、接地电极30、端子金属件40和主体金属外壳50。

绝缘体(绝缘电瓷)10是通过烧结氧化铝等而形成的。绝缘体10为大致圆筒形状的构件，具有轴孔12，该轴孔12沿着轴线方向延伸，为贯穿绝缘体10的贯通孔。绝缘体10包括凸缘部19、后端侧主体部18、前端侧主体部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，具有比凸缘部19的外径小的外径。前端侧主体部17位于比凸缘部19靠前端侧的位置，具有比凸缘部19的外径小的外径。伸长部13位于比前端侧主体部17靠前端侧的位置，具有比前端侧主体部17的外径小的外径，并且随着自后端侧朝向前端方向FD去而缩径。在火花塞100安装于内燃机(未图示)时，伸长部13暴露在该内燃机的燃烧室。台阶部15形成在伸长部13与前端侧主体部17之间。

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(省略图示)的圆筒状的金属件。主体金属外壳50形成有沿着轴线CO贯穿的贯通孔59。在主体金属外壳50的贯通孔59内配置并保持有绝缘体10。绝缘体10的前端露出到比主体金属外壳50的前端靠前端侧的位置。绝缘体10的后端露出到比主体金属外壳50的后端靠后端侧的位置。

主体金属外壳50包括：工具卡合部51，在向发动机缸盖安装火花塞100时，该工具卡合部51供安装工具(具体而言，火花塞扳手)卡合；安装螺纹部52，其用于将火花塞安装于内燃机；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。

在主体金属外壳50的安装螺纹部52与座部54之间嵌插有通过弯折金属板而形成的环状的密封垫5。密封垫5用于在将火花塞100安装于内燃机时密封火花塞100与内燃机(发动机缸盖)之间的间隙。

主体金属外壳50还包括设在工具卡合部51的后端侧的薄壁的弯边部53以及设在座部54与工具卡合部51之间的薄壁的压缩变形部58。在主体金属外壳50的自工具卡合部51至弯边部53的部位的内周面与绝缘体10的后端侧主体部18的外周面之间形成的环状的区域配置有环状的线状密封件(日文：線パッキン)6、7。在该区域的两个线状密封件6、7之间填充有滑石9的粉末。弯边部53的后端向径向内侧弯折而固定于绝缘体10的外周面。在制造时，向前端侧按压固定于绝缘体10的外周面的弯边部53，从而使主体金属外壳50的压缩变形部58发生压缩变形。通过压缩变形部58的压缩变形，绝缘体10在主体金属外壳50内隔着线状密封件6、7和滑石9被向前端侧按压。绝缘体10的台阶部15(绝缘电瓷侧台阶部)被形成于主体金属外壳50的安装螺纹部52的内周的台阶部56(金属外壳侧台阶部)隔着金属制的环状的板状密封件(日文：板パッキン)8地按压。结果，能够利用板状密封件8和滑石9防止内燃机的燃烧室内的气体从主体金属外壳50与绝缘体10之间的间隙向外部泄漏。由此，确保了火花塞100的气密性。

中心电极20包括沿着轴线方向延伸的棒状的中心电极主体21以及接合于中心电极主体21的前端的圆柱状的中心电极头29。中心电极主体21配置于绝缘体10的轴孔12的内部的前端侧的部分。中心电极主体21由例如镍或以镍为主要成分的合金形成，在本实施方式中由因科镍合金600(注册商标为“INCONEL”))形成。中心电极主体21也可以包括芯材，该芯材埋设于中心电极主体21的内部，由相比镍或以镍为主要成分的合金而言导热性优良的铜或以铜为主要成分的合金形成。

中心电极主体21包括：凸缘部24(电极凸缘部)，其设于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靠前端侧的部分。凸缘部24支承于绝缘体10的台阶部16。腿部25的前端部分，即中心电极主体21的前端突出到比绝缘体10的前端靠前端侧的位置。

中心电极头29通过利用例如激光焊接而接合于中心电极主体21的前端(腿部25的前端)。中心电极头29由以高熔点的贵金属为主要成分的材料形成。中心电极头29的材料能够使用例如铱(Ir)、以Ir为主要成分的合金。

接地电极30包括圆柱状的接地电极头39以及接合于主体金属外壳50的前端的接地电极主体31。

接地电极主体31是截面为四边形的弯曲的棒状体。接地电极主体31的后端接合于主体金属外壳50的前端面。由此，主体金属外壳50与接地电极主体31电连接。接地电极主体31的前端为自由端。

接地电极主体31利用耐腐蚀性较高的金属，例如镍合金形成，在本实施方式中利用因科镍合金601形成。另外，接地电极主体31也可以在内部包括芯材，该芯材由铜等导热率高于镍合金的导热率的金属形成。

接地电极头39的前端面通过例如电阻焊而接合于接地电极主体31的弯曲的前端部分的朝向中心电极20的面。接地电极头39利用例如Pt(铂)或以Pt为主要成分的合金形成，在本实施方式中利用Pt－10Ni合金等形成。

接地电极头39的后端面与中心电极头29的前端面形成供火花放电发生的空隙。将间隙的附近也称作火花塞100的点火部。

端子金属件40是沿着轴线方向延伸的棒状的构件。端子金属件40由导电性的金属材料(例如，低碳钢)形成，在端子金属件40的表面通过镀敷等形成有用于防腐蚀的金属层(例如，Ni层)。端子金属件40包括：主体部43，其配置于绝缘体10的轴孔12；凸缘部42，其位于比主体部43靠后端侧的位置；以及头部41，其位于比凸缘部42靠后端侧的位置。

在绝缘体10的轴孔12内且是端子金属件40的前端(主体部43的前端)与中心电极20的后端(头部23的后端)之间配置有用于降低产生火花时的无线电噪声的电阻器70。电阻器70由含有例如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合物形成。在轴孔12内，电阻器70与中心电极20之间的间隙由导电性密封件60填埋。电阻器70与端子金属件40之间的间隙由导电性密封件80填埋。导电性密封件60、80由含有例如B₂O₃－SiO₂系等玻璃颗粒和金属颗粒(Cu、Fe等)的组合物形成。

A－2.火花塞100的后端侧的结构：

参照图2(A)、图2(B)进一步详细地说明所述火花塞100的后端侧的结构。图2(A)、图2(B)是表示火花塞100的后端侧的结构的图。图2(A)表示将图1中的火花塞100的后端侧的局部放大而得到的图。

配置于主体金属外壳50的贯通孔59的绝缘体10中的后端侧主体部18的后端侧的部分18A自贯通孔59的后端暴露在后端侧。将后端侧主体部18的后端侧的部分18A也称作绝缘体10的暴露部18A。将暴露部18A的轴线方向上的长度设为L12。暴露部18A的形成轴孔12的内周面的后端部分具有沉孔18B和位于沉孔18B的前端侧且形成有内螺纹的部分18C。暴露部18A的形成轴孔12的内周面的比部分18C靠前端侧的部分18F如后述那样是与端子金属件40的主体部43接触的部分。

暴露部18A的侧面的后端侧的部分形成有多个槽18D，各槽18D形成于周向的整周。由于多个槽18D的存在，暴露部18A的侧面的后端侧的部分沿着轴线方向具有波状形状。暴露部18A的具有最大外径R13的部分是外周面未形成有槽18D的前端侧部分。

端子金属件40的主体部43包括大径部431和小径部432，该小径部432位于比大径部431靠前端侧的位置，且直径小于大径部431的直径。大径部431具有比绝缘体10的轴孔12的内径稍小的直径，大径部431的侧面的一部分在主体部43插入轴孔12时发生形变、偏移(未图示)，与暴露部18A的形成轴孔12的内周面的部分18F接触。主体部43的小径部432不与绝缘体10的形成轴孔12的内周面接触。

在此，定义暴露部18A的最小厚度t1。最小厚度t1是暴露部18A的与主体部43接触的部分(在图2(A)的例子中为暴露部18A的部分18F)的径向上的厚度的最小值。能够将最小厚度t1定义为t1＝(R15－R14)/2。R14是暴露部18A的内径，即轴孔12在暴露部18A处的直径。R15是暴露部18A的与主体部43接触的部分的最小外径。在暴露部18A形成有多个槽18D的情况下，外径R15是多个槽18D的槽底中的最靠近轴线CO的部位的外径(以下，也称作槽部外径R15)。

端子金属件40的凸缘部42具有比主体部43大的外径。凸缘部42与绝缘体10的后端面18E接触。端子金属件40的头部41具有比凸缘部42小的外径。由以上可知，凸缘部42的最大外径R12为端子金属件40的最大外径。端子金属件40的最大外径R12小于暴露部18A的最大外径R13(R12＜R13)。结果，端子金属件40没有突出到比暴露部18A靠径向外侧的位置。

在凸缘部42的头部41能够安装连接有高压电缆的火花塞帽(省略图示)。在图1的例子中，在头部41形成有用于与火花塞帽的连接件连接的槽41A，槽41A的后端侧的部分41B是头部41的具有最大外径R11的部分。如所述那样，R11＜R12＜R13。另外，将自绝缘体10的后端(暴露部18A的后端)到头部41的具有最大外径R11的部分41B的后端为止的轴线方向上的长度设为L11。

在主体金属外壳50的工具卡合部51中，自图2(A)中的点P12到点P13为止的轴线方向上的范围内的部分是外接圆的直径最大的最大外径部51A。图2(B)是从后端侧向前端方向FD观察火花塞100而得到的图。在图2(B)中，为了避免附图繁杂，进行了简化处理，仅图示了端子金属件40的头部41的具有最大外径R11的部分41B的外周面以及工具卡合部51的最大外径部51A的外周面。最大外径部51A具有在从后端侧向前端方向FD进行观察时所看到的形状呈正六边形的棱柱的形状。在与轴线CO垂直且与最大外径部51A相交的面上外接于工具卡合部51的外接圆VC是通过正六边形的顶点的圆。将外接圆VC的直径设为R16。外接圆VC的直径R16为例如10mm～16mm。

在此，以最短距离将头部41的具有最大外径的部分41B的后端与最大外径部51A的后端连结起来的假想线BL1在图2(A)所示的截面中为将点P11与点P12连结起来的虚线。在第1实施方式的火花塞100的情况下，假想线BL1不与暴露部18A相交。能够在通过轴线CO的任意截面中画出这样的假想线BL1，在任意截面中，假想线BL1均不与暴露部18A相交。换言之，整个暴露部18A收纳在使图2(A)所示的截面中的假想线BL1以轴线CO为中心线旋转而得到的圆台的内侧。并且，主体金属外壳50的比工具卡合部51靠前端侧的部分也不与假想线BL1相交。

另外，优选最大外径部51A的外接圆VC的直径R16与头部41的最大外径R11之间的径差ΔR1＝(R16－R11)为5mm以上。例如，在直径R16为12mm的情况下，头部41的最大外径R11被设定为7mm以下。在直径R16为14mm的情况下，头部41的最大外径R11被设定为9mm以下。

A－3：评价试验

在评价试验中，为了确认所述第1实施方式的火花塞100的绝缘体10的相对于破裂的抗裂性，实施了火花塞的多种试样(也称作评价试样)的落下试验。

用于试验的各评价试样的共同项为以下那样。

暴露部18A的最大外径R13：9mm

暴露部18A的槽部外径R15：7.5mm

暴露部18A的轴线方向上的长度为L12：25mm

自暴露部18A的后端到头部41的具有最大外径R11的部分41B的后端为止的轴线方向上的长度L11：8.5mm

端子金属件40的最大外径R12：7.5mm

绝缘体10的材料：含有90重量％的Al₂O₃和10重量％的烧结助剂(SiO₂、CaO、MgO、BaO)的陶瓷

准备将暴露部18A的最小厚度t1分别设定为8种厚度，即1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.5mm、2.7mm、3.0mm、3.2mm的试样作为评价试样。通过改变轴孔12在暴露部18A处的直径R14来改变最小厚度t1。

而且，针对具有各种最小厚度t1的试样，准备将最大外径部51A的外接圆VC的直径R16与头部41的最大外径R11之间的径差ΔR1＝(R16－R11)分别设定为5种值，即5mm、7mm、9mm、10mm、12mm的试样。通过将最大外径部51A的外接圆VC的直径R16和头部41的最大外径R11设定为以下的组合来改变径差ΔR1。

ΔR1＝5mm的试样：(R16＝12.4mm，R11＝7.4mm)

ΔR1＝7mm的试样：(R16＝14.4mm，R11＝7.4mm)

ΔR1＝9mm的试样：(R16＝15.4mm，R11＝6.4mm)

ΔR1＝10mm的试样：(R16＝16.4mm，R11＝6.4mm)

ΔR1＝12mm的试样：(R16＝18.4mm，R11＝6.4mm)

如以上那样，准备40种最小厚度t1和径差ΔR1中的至少一者彼此不同的试样。其中，在各种试样中，假想线BL1均不与暴露部18A相交。

图3是试验装置的概略图。在落下试验中，将具有水平的开闭板的遮挡件500以能够调整落下高度FH的方式设置在水平设置的具有足够的厚度的金属板600的上方。落下高度FH是自开闭板的上表面501到金属板600的上表面601为止的铅垂方向上的距离。并且，将落下高度FH设定为规定的落下高度FH，将试样以轴线方向大致水平的状态设置在开闭板的上表面501上。之后，使遮挡件500自关闭状态高速转换成打开状态，从而使试样维持轴线方向大致水平的状态自由落下，而与金属板600的上表面601碰撞。

在本试验中，一种试样准备多个，使落下高度FH自20cm的高度起以5cm的升高幅度依次升高，对试样逐个地进行落下试验，确认试样的暴露部18A是否存在裂纹。将落下后的试样的暴露部18A产生裂纹的落下高度FH中的最低的高度确定为裂纹产生高度。在试样的暴露部18A产生的裂纹均是龟裂自暴露部18A的后端沿着轴线方向延伸的裂纹(也称作纵向裂纹)。

图4是表示试验结果的图表。如图4所示，比较径差ΔR1彼此相同，最小厚度t1彼此不同的8种试样，存在这样的倾向：最小厚度t1越厚的试样，裂纹产生高度越高。即，若径差ΔR1彼此相同，则最小厚度t1越厚的试样，相对于破裂的抗裂性越高。该倾向在全部的径差ΔR1的试样组中均相同。

另外，比较最小厚度t1彼此相同，径差ΔR1彼此不同的5种试样，存在这样的倾向：径差ΔR1越小，裂纹产生高度越高。即，若最小厚度t1彼此相同，则径差ΔR1越小，相对于破裂的抗裂性越高。该倾向在全部的最小厚度t1的试样组中均相同。

其理由推断如下。暴露部18A的裂纹主要在暴露部18A受到径向冲击时产生。这是因为，暴露部18A的径向上的厚度比轴线方向上的长度小很多。在各试样中，如所述那样，假想线BL1(图2(A)、图2(B))不与暴露部18A相交。因而，暴露部18A不会直接与金属板600的上表面601发生碰撞。认为暴露部18A受到较大的径向冲击的情况是这样的，即：端子金属件40的头部41受到径向冲击，该冲击经由端子金属件40的主体部43施加于暴露部18A。端子金属件40的头部41受到径向冲击的情况主要为如本落下试验那样以轴线方向大致水平的状态落下的情况。在该情况下，主体金属外壳50的工具卡合部51比端子金属件40的头部41先与金属板600的上表面601发生碰撞。之后，试样以工具卡合部51的最大外径部51A为支点旋转，端子金属件40的头部41的具有最大外径R11的部分41B与金属板600的上表面601发生碰撞。旋转的行程(日文：ストローク)越长，头部41的碰撞速度越快，碰撞的冲击也越大。径差ΔR1越小，自主体金属外壳50的工具卡合部51与上表面601发生碰撞起到头部41的具有最大外径R11的部分41B与上表面601发生碰撞为止的旋转行程越短。结果，径差ΔR1越小，端子金属件40的头部41受到的径向冲击越小。因此，认为径差ΔR1越小，相对于破裂的抗裂性越高。

进一步详细地比较最小厚度t1彼此相同的5种试样。与径差ΔR1大于9mm的试样相比，径差ΔR1为9mm以下的试样的相对于破裂的抗裂性大幅度提高。例如，关注最小厚度t1＝1.5mm的试样组。在该试样组中，在径差ΔR1为9mm的试样与径差ΔR1为10mm的试样之间，裂纹产生高度之差超过40cm。相对于此，在径差ΔR1为9mm以下的3种试样，即径差ΔR1为9mm、7mm、5mm的试样内，裂纹产生高度之差在10cm以内。在径差ΔR1大于9mm的试样，即径差ΔR1为10mm、12mm的试样内，裂纹产生高度之差只有5cm。对于该倾向，如后述那样，虽然在最小厚度t1为2.5mm以下的试样与最小厚度t1大于2.5mm的试样之间存在一定程度上的差别，但在全部的最小厚度t1的试样组中均能够发现该倾向。

其理由并不明确，但能够认为是，例如，碰撞的能量(运动能量)与碰撞速度的2次方成正比增大，因此，若碰撞速度达到一定速度以上，则容易急剧地产生裂纹。并且认为，要使由于主体金属外壳50与上表面601发生碰撞而暂时减速的端子金属件40的头部41的碰撞速度达到足以引起裂纹的速度，是需要一定程度的旋转行程的。因此认为，在径差ΔR1为9mm以下的情况下，能够抑制碰撞速度，从而与径差ΔR1大于9mm的情况相比，能够大幅度地提高暴露部18A的相对于破裂的抗裂性。

进一步详细地比较，与最小厚度t1大于2.5mm的试样相比，在最小厚度t1为2.5mm以下的试样的情况下，通过使径差ΔR1为9mm以下，使相对于破裂的抗裂性的提高程度大幅度增大。具体而言，在最小厚度t1为2.5mm以下的试样，即最小厚度t1为1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.5mm的试样组中，在径差ΔR1为9mm的试样与径差ΔR1为10mm的试样之间，裂纹产生高度之差为40cm～45cm。相对于此，在最小厚度t1大于2.5mm的试样，即最小厚度t1为2.7mm、3.0mm、3.2mm的试样组中，在径差ΔR1为9mm的试样与径差ΔR1为10mm的试样之间，裂纹产生高度之差为10cm～15cm。

由以上的说明可知，通过结果表示在图4中的落下试验得到以下的见解。从提高绝缘体10的暴露部18A的相对于破裂的抗裂性的观点而言，优选工具卡合部51的最大外径部51A的外接圆VC的直径R16与端子金属件40的头部41的最大外径R11之间的径差ΔR1为9mm以下。并且，通过使径差ΔR1为9mm以下来提高相对于破裂的抗裂性的效果特别是在暴露部18A的与主体部43接触的部分的径向上的最小厚度(即，最小厚度t1)为2.5mm以下的情况下较明显。

换言之，在最小厚度t1为2.5mm以下的情况下，优选径差ΔR1为9mm以下。若如此，则在最小厚度t1为2.5mm以下的情况下，也由于径差ΔR1为9mm以下而能够缓和在落下时等对绝缘体10的冲击。因而，能够提高绝缘体10的相对于破裂的抗裂性。

另外，如所述那样，如图4所示，通过落下试验可知，径差ΔR1越小，越能提高暴露部18A的相对于破裂的抗裂性。因而，例如，更优选径差ΔR1为7mm以下。

并且，通过落下试验可知，相对于破裂的抗裂性提高效果明显的最小厚度t1为1.5mm、1.8mm、2mm、2.2mm。能够采用这些值中的任意值作为最小厚度t1的优选的范围的上限值和/或下限值。例如，作为最小厚度t1，能够采用2.2mm以下的值。

另外，从提高相对于破裂的抗裂性的观点而言，为了减小径差ΔR1，优选的是，增大头部41的最大外径R11，但从抑制所谓的闪络的观点而言，如参照图2(A)、图2(B)所说明的那样，优选头部41的最大外径R11小于暴露部18A的最大外径R13。

参照图5进行说明。图5是表示在火花塞100安装有火花塞帽的状态的概略图。图5表示火花塞帽300的与火花塞100连接的一侧的一部分的剖视图。火花塞帽300包括：连接金属件320，其用于与火花塞100的端子金属件40连接；主体构件360，其为前端插入有连接金属件320的树脂制的筒状形状的构件；以及橡胶盖310，其包覆主体构件360和连接金属件320。在连接金属件320的后端连接有高压电缆CB。高压电缆CB的前端侧的一部分配置在主体构件360内，后端侧的一部分(未图示)自主体构件360的后端延伸到外部。高压电缆CB的后端连接于未图示的电源装置。

如图5所示，火花塞100的端子金属件40的头部41与火花塞帽300的连接金属件320连接。并且，火花塞100的暴露部18A的外周面与橡胶盖310的前端侧的部分的内周面接触。在使用这种类型的火花塞帽的情况下，通过使暴露部18A的外周面与橡胶盖310的内周面接触，从而抑制闪络。闪络是电流以经过暴露部18A的外周面的路径在端子金属件40与主体金属外壳50之间泄漏的故障。

假设增大头部41的最大外径R11(部分41B的外径)，使头部41的最大外径R11为端子金属件40的最大外径，使头部41的最大外径R11大于暴露部18A的最大外径R13。在该情况下，不得不使图5中的连接金属件320的前端侧部分的直径大于暴露部18A的最大外径R13。结果，橡胶盖310的包覆暴露部18A的部分的内径也不得不增大。因而，暴露部18A的外周面与橡胶盖310的内周面之间的密合性降低，因此抑制闪络的效果降低。

由以上的说明可知，若如图2(A)、图2(B)中的火花塞100那样使头部41的最大外径R11小于暴露部18A的最大外径R13(R13＞R11)，则能够抑制暴露部18A的外周面与橡胶盖310的内周面之间的密合性降低，能够抑制发生闪络。

并且，从提高相对于破裂的抗裂性的观点而言，径差ΔR1越小越优选，但从确保火花塞100的气密性的观点而言，优选径差ΔR1为5mm以上。

假设增大头部41的最大外径R11(部分41B的外径)，使径差ΔR1小于5mm，由于(R13＞R11)，因此最大外径部51A的外接圆VC的直径R16与暴露部18A的最大外径R13之间的径差(R16－R13)也小于5mm。于是，无法充分确保主体金属外壳50的弯边部53与暴露部18A的外周面之间的区域(填充有线状密封件6、7、滑石9的区域(图2(A)、图2(B)))。结果，无法以足够的强度将弯边部53弯边。结果，借助绝缘体10与主体金属外壳50之间的板状密封件8得到的密合性降低，因此可能无法确保火花塞100的气密性。

由以上的说明可知，若如图2(A)、图2(B)中的火花塞100那样使径差ΔR1为5mm以上(ΔR1≥5mm)，则能够抑制工具卡合部51的外径与暴露部18A的外径之间的径差变得过小，因此能够适当地进行绝缘体10相对于主体金属外壳50的固定(具体而言，通过弯边进行的固定)，进而，能够确保火花塞的气密性。

B.第2实施方式：

B－1.火花塞100b的后端侧的结构：

第2实施方式的火花塞100b与图1、图2(A)、图2(B)中的第1实施方式的火花塞100这两者的后端侧的结构的一部分不同。火花塞100b的其他结构与图1、图2(A)、图2(B)中的第1实施方式的火花塞100的相同。图6是表示第2实施方式的火花塞100b的后端侧的结构的图。对火花塞100b的结构中的与第1实施方式的火花塞100相同的结构标注与图2(A)、图2(B)中的火花塞100相同的附图标记，并省略它们的说明。

在图6中的火花塞100b的绝缘体10b的暴露部18Ab的外周面没有形成槽。暴露部18Ab的其他结构与第1实施例的暴露部18A相同。

像这样，在暴露部18Ab的外周面没有形成槽的情况下，暴露部18Ab的最小厚度t2与第1实施方式的最小厚度t1稍微不同。最小厚度t2是暴露部18Ab的与主体部43接触的部分(在图6中的例子中为暴露部18Ab的部分18F)的径向上的厚度的最小值。最小厚度t2为t2＝(R13－R14)/2。由于暴露部18Ab的表面没有形成槽，因此暴露部18Ab的与主体部43接触的部分的最小外径与暴露部18Ab的最大外径R13相等。

图6中的火花塞100b的端子金属件40b的头部41b的结构与第1实施方式的头部41不同。端子金属件40b的其他结构与第1实施例的端子金属件40相同。第2实施方式的头部41b的轴线方向上的长度L21比第1实施例的头部41的轴线方向上的长度短。第2实施方式的头部41b的除形成有倒角45的部分之外的部分的外径恒定。因而，第2实施方式的头部41b的最大外径R21是除形成有倒角45的部分之外的部分的外径。在头部41b的后端面形成有有底孔46。有底孔46是用于与连接金属件(未图示)接触的部位，该连接金属件用于向端子金属件40b供给高电压。另外，头部41b的最大外径R21小于暴露部18Ab的最大外径R13。并且，暴露部18Ab的最大外径R13与头部41b的最大外径R21之间的径差ΔR2＝(R13－R21)为1mm以上(ΔR2≥1mm)。例如，在暴露部18Ab的最大外径R13为9mm的情况下，头部41b的最大外径R21被设定为8mm以下。

在此，以最短距离将头部41b的具有最大外径的部分(即，除倒角45以外的部分)的后端与最大外径部51A的后端连结起来的假想线BL2在图6所示的截面中为将点P21与点P12连结起来的虚线。在第2实施方式的火花塞100b的情况下，假想线BL2与暴露部18Ab相交。换言之，在第2实施方式中，暴露部18Ab包括位于比使图6所示的截面中的假想线BL2以轴线CO为中心线旋转而得到的圆台靠外侧的位置的部分OA。

B－3：评价试验

在评价试验中，为了确认所述第2实施方式的火花塞100b的绝缘体10b的相对于破裂的抗裂性，实施了火花塞的多种试样(也称作评价试样)的落下试验。

用于试验的各评价试样的共同项如以下那样。

暴露部18Ab的最大外径R13：9mm

暴露部18Ab的轴线方向上的长度为L12：33.2mm

端子金属件40的头部41b的轴线方向上的长度L21：3.3mm

绝缘体10b的材料：含有90重量％的Al₂O₃和10重量％的烧结助剂(SiO₂、CaO、MgO、BaO)的陶瓷

准备将暴露部18Ab的最小厚度t2分别设定为8种厚度，即1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.5mm、2.7mm、3.0mm、3.2mm的试样作为评价试样。通过改变轴孔12在暴露部18Ab处的直径R14来改变最小厚度t2。

而且，针对具有各种最小厚度t2的试样，准备将暴露部18Ab的最大外径R13与头部41b的最大外径R21之间的径差ΔR2＝(R13－R21)分别设定为5种值，即1mm、1.5mm、2.3mm、2.5mm、2.8mm的试样。通过改变端子金属件40的头部41b的最大外径R21来改变径差ΔR2。并且，对于各种试样，在改变头部41b的最大外径R21时，以假想线BL2与暴露部18Ab相交的方式调整工具卡合部51的最大外径部51A的外接圆VC的直径R16。

另外，各种试样的头部41b的最大外径R21与最大外径部51A的外接圆VC的直径R16之间的组合如以下那样。

ΔR2＝1mm的试样：(R21＝8mm，R16＝11mm)

ΔR2＝1.5mm的试样：(R21＝7.5mm，R16＝11mm)

ΔR2＝2.3mm的试样：(R21＝6.7mm，R16＝16mm)

ΔR2＝2.5mm的试样：(R21＝6.5mm，R16＝16mm)

ΔR2＝2.8mm的试样：(R21＝6.2mm，R16＝16mm)

如以上那样，准备40种最小厚度t2和径差ΔR2中的至少一者彼此不同的试样。

利用与第1实施方式的火花塞100的评价试验同样的方法进行落下试验(参照图3)，确定各试样的裂纹产生高度。在试样的暴露部18Ab产生的裂纹均是龟裂自暴露部18Ab的后端沿着轴线方向延伸的裂纹(也称作纵向裂纹)。

图7是表示试验结果的图表。比较径差ΔR2彼此相同，最小厚度t2彼此不同的8种试样，存在这样的倾向：最小厚度t2越厚的试样，裂纹产生高度越高。即，若径差ΔR2彼此相同，则最小厚度t2越厚的试样，相对于破裂的抗裂性越高。该倾向在全部的径差ΔR2的试样组中均相同。

另外，比较最小厚度t2彼此相同，径差ΔR2彼此不同的5种试样，存在这样的倾向：径差ΔR2越小，裂纹产生高度越高。即，若最小厚度t2彼此相同，则径差ΔR2越小，相对于破裂的抗裂性越高。该倾向在全部的最小厚度t2的试样组中均相同。

其理由推断如下。暴露部18Ab的裂纹主要在暴露部18Ab受到径向冲击时产生。这是因为，暴露部18Ab的径向上的厚度比轴线方向上的长度小很多。并且，与暴露部18Ab的侧面局部受到冲击相比，在端子金属件40的头部41b受到冲击，该冲击经由主体部43而使暴露部18Ab自暴露部18Ab的内侧受到径向的冲击的情况下，更容易产生裂纹。端子金属件40的头部41受到径向冲击的情况主要为如该落下试验那样以轴线方向大致水平的状态落下的情况。在此，对于各试样，如所述那样，假想线BL2(图6)与暴露部18Ab相交。因此，在该情况下，首先，主体金属外壳50的工具卡合部51与金属板600的上表面601发生碰撞。之后，试样以工具卡合部51的最大外径部51A为支点旋转，而使暴露部18Ab的比假想线BL2靠外侧的部分OA(图6)与上表面601发生碰撞。之后，试样进一步以部分OA为支点旋转，而使端子金属件40的头部41b与金属板600的上表面601发生碰撞。从部分OA发生碰撞后到端子金属件40的头部41b发生碰撞为止的旋转行程越长，头部41的碰撞速度越快，碰撞的冲击也越大。径差ΔR2越小，从部分OA发生碰撞后到端子金属件40的头部41b发生碰撞为止的旋转行程越短。结果，径差ΔR2越小，端子金属件40的头部41b受到的径向冲击越小。因此，认为径差ΔR2越小，相对于破裂的抗裂性越高。

进一步详细地比较最小厚度t2彼此相同的5种试样。与径差ΔR2大于2.3mm的试样相比，径差ΔR2为2.3mm以下的试样的相对于破裂的抗裂性大幅度提高。例如，关注最小厚度t2＝1.5mm的试样组。在该试样组中，在径差ΔR2为2.3mm的试样与径差ΔR2为2.5mm的试样之间，裂纹产生高度之差超过40cm。相对于此，在径差ΔR2为2.3mm以下的3种试样，即径差ΔR2为2.3mm、1.5mm、1mm的试样内，裂纹产生高度之差在15cm以内。在径差ΔR2大于2.3mm的试样，即径差ΔR2为2.5mm、2.8mm的试样内，裂纹产生高度之差只有5cm。对于该倾向，如后述那样，虽然在最小厚度t2为2.5mm以下的试样与最小厚度t2大于2.5mm的试样之间存在一定程度上的差别，但在大致全部的最小厚度t2的试样组中均能够发现该倾向。

其理由并不明确，但能够认为是，例如，碰撞的能量(运动能量)与碰撞速度的2次方成正比增大，因此，若碰撞速度达到一定速度以上，则容易急剧地产生裂纹。并且认为，要使由于主体金属外壳50与上表面601发生碰撞进而暂时减速的端子金属件40的头部41b的碰撞速度达到足以引起裂纹的速度，是需要一定程度的旋转行程的。因此认为，在径差ΔR2为2.3mm以下的情况下，能够抑制碰撞速度，从而与径差ΔR2大于2.3mm的情况相比，能够大幅度地提高暴露部18Ab的相对于破裂的抗裂性。

进一步详细地比较，与最小厚度t2大于2.5mm的试样相比，在最小厚度t2为2.5mm以下的试样的情况下，通过使径差ΔR2为2.3mm以下，使相对于破裂的抗裂性的提高程度大幅度增大。具体而言，在最小厚度t2为2.5mm以下的试样，即最小厚度t2为1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.5mm的试样组中，在径差ΔR2为2.3mm的试样与径差ΔR2为2.5mm的试样之间，裂纹产生高度之差为45cm～50cm。相对于此，在最小厚度t2大于2.5mm的试样，即最小厚度t2为2.7mm、3.0mm、3.2mm的试样组中，在径差ΔR2为2.3mm的试样与径差ΔR2为2.5mm的试样之间，裂纹产生高度之差为10cm～20cm。

由以上的说明可知，通过结果表示在图7中的落下试验得到以下的见解。从提高绝缘体10b的暴露部18Ab的相对于破裂的抗裂性的观点而言，优选绝缘体10b的暴露部18Ab的最大外径R13与端子金属件40的头部41b的最大外径R21之间的径差ΔR2为2.3mm以下。并且，通过使径差ΔR2为2.3mm以下来提高相对于破裂的抗裂性的效果特别是在最小厚度t2为2.5mm以下的情况下较明显。

换言之，在最小厚度t2为2.5mm以下的情况下，优选径差ΔR2为2.3mm以下。若如此，则在最小厚度t2为2.5mm以下的情况下，也由于径差ΔR2为2.3mm以下而能够缓和在落下时等对绝缘体10b的冲击。因而，能够提高绝缘体10b的相对于破裂的抗裂性。

另外，如所述那样，如图7所示，通过落下试验可知，径差ΔR2越小，越能提高暴露部18Ab的相对于破裂的抗裂性。因而，例如，更优选径差ΔR2为1.5mm以下。

并且，通过落下试验可知，相对于破裂的抗裂性提高效果明显的最小厚度t2为1.5mm、1.8mm、2mm、2.2mm。能够采用这些值中的任意值作为最小厚度t2的优选的范围的上限值和/或下限值。例如，作为最小厚度t2，能够采用2.2mm以下的值。

另外，从提高相对于破裂的抗裂性的观点而言，径差ΔR2越小越优选，但从抑制闪络的观点而言，优选径差ΔR2为1mm以上。

如参照图5所说明的那样，在火花塞100b连接于火花塞帽300时，通过使暴露部18Ab的外周面与橡胶盖310的内周面接触，从而能够抑制闪络。

假设增大头部41b的最大外径R21使径差ΔR2小于1mm。在该情况下，由于制造时的公差内的偏差，有时头部41b的外周面的一部分突出到比暴露部18Ab的外周面靠径向外侧的位置。结果，橡胶盖310的包覆暴露部18Ab的部分的内径扩大。因而，暴露部18Ab的外周面与橡胶盖310的内周面之间的密合性降低，因此抑制闪络的效果降低。

由以上的说明可知，若如图6中的火花塞100那样使径差ΔR2为1mm以上((R13－R21)≥1mm)，则能够抑制暴露部18Ab的外周面与橡胶盖310的内周面之间的密合性降低，能够抑制发生闪络。

C.变形例：

(1)在所述第1实施方式的火花塞100的暴露部18A形成有槽18D(图2(A)、图2(B))，但也可以与第2实施方式的火花塞100b的暴露部18Ab(图6)同样地未形成有槽。在该情况下，与第2实施方式的最小厚度t2同样地定义第1实施方式的火花塞100的最小厚度t1。相反地，第2实施方式的火花塞100b的暴露部18Ab也可以与第1实施方式的火花塞100的暴露部18A同样地形成有槽18D。在该情况下，与第1实施方式的最小厚度t1同样地定义第2实施方式的火花塞100b的最小厚度t2。

(2)在所述第1实施方式和第2实施方式中，绝缘体10、10b利用以Al₂O₃为主要成分的陶瓷形成，但也可以取而代之，绝缘体10、10b利用以其他化合物为主要成分的陶瓷形成。例如，绝缘体10、10b也可以利用以AlN、ZrO₂、SiC、TiO₂、Y₂O₃中的任意一者为主要成分的陶瓷形成。在由这些陶瓷形成的绝缘体10、10b的情况下，采用本实施方式，也能够提高绝缘体10、10b的相对于破裂的抗裂性。

(3)在所述各实施方式中，以火花塞的后端侧的结构为中心进行了说明，但其他要素，例如火花塞的前端侧的结构，主体金属外壳50、端子金属件40、接地电极30等的材质、尺寸等能够进行各种变更。例如，火花塞的点火部既可以是具有在与轴线垂直的方向上相对的间隙的类型，也可以是向外部喷出在副室内点火而生成的等离子体的等离子流类型。主体金属外壳50的材质既可以是利用锌、镍等实施了镀敷的低碳钢，也可以是没有实施这些镀敷的低碳钢。

以上，基于实施方式、变形例对本发明进行了说明，但所述发明的实施方式是为了使本发明容易被理解的例子，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前提下进行变更、改良，并且本发明包括与这些变更、改良等同的内容。

Claims

1.一种火花塞，

该火花塞包括：

该火花塞的特征在于，

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

所述头部的最大外径小于所述暴露部的最大外径。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

4.一种火花塞，

该火花塞包括：

该火花塞的特征在于，

5.根据权利要求4所述的火花塞，其特征在于，

所述头部的最大外径小于所述暴露部的最大外径，