CN106025801A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

一种火花塞，用于提高玻璃密封层和电阻器之间的密封性。该火花塞包括：电阻器，在绝缘体的贯通孔内配置在中心电极和端子配件之间，并且在轴线方向上与中心电极分离地配置；以及导电性玻璃密封层，设置在该电阻器和中心电极之间，将电阻器和中心电极电连接，导电性玻璃密封层的直径为3.9mm以下，导电性玻璃密封层和电阻器的接合面在中心电极侧被设为凸形状。在该火花塞中，将接合面的从后端到前端的长度设为α，将导电性玻璃密封层的轴线方向上的最大长度设为β，并满足α/β≥0.4的关系。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种使用玻璃密封的火花塞。

背景技术

以往，公知有一种在筒状的绝缘体的内部装入有电阻器的火花塞(例如，参照专利文献1)。在这种火花塞中，在绝缘体的贯通孔的一端部侧配置有端子配件，并且，在另一端部侧配置有中心电极。电阻器配置在该端子配件和中心电极之间。

收纳在绝缘体的贯通孔中的电阻器由炭黑粉末及金属粉末等导电性物质和玻璃粉末的混合物构成。由于电阻器中的金属的含量并不高，因此与金属制的端子配件和中心电极的直接的接合是很困难的情况较多。因此，在电阻器和端子配件之间或者在电阻器和中心电极之间也进行通过配置比电阻器含有更多的量的金属粉末的导电性玻璃密封层来提高接合力。

在以下示出这样的带有电阻器的火花塞的制造工序的一例。

(1)在将中心电极配置在绝缘体的贯通孔中后，填充导电性玻璃粉末，此后，填充电阻器组合物的原料粉末，进一步再填充导电性玻璃粉末，最后插入端子配件，从而制作完成组装体。

(2)将该组装体送入到加热炉内，加热至在电阻器组合物以及导电性玻璃粉末中所包含的玻璃的软化点以上。由此，在电阻器组合物的原料粉末以及导电性玻璃粉末中所包含的玻璃熔融。

(3)此后，在玻璃熔融的状态下将端子配件沿该端子配件的轴向推入，保持支撑状态直到玻璃固化为止，从而在电阻器的前后形成有导电性玻璃密封层。其结果是，端子配件和中心电极分别经由导电性玻璃密封层与电阻器接合并且固定于绝缘体。

记载于专利文献1的火花塞在即使将导电性玻璃密封层的直径设为3.3mm以下的情况下，通过将导电性玻璃密封层和电阻器的接合面设为曲面，抑制接合面上的剥离的产生。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-245716号公报

通过将导电性玻璃密封层和电阻器的接合面设为曲面，能够提高两者的接合强度，但优选即使在暴露于比以往更高的燃烧压力的情况下，导电性玻璃密封和绝缘体的气密也足够。如果中心电极侧的导电性玻璃密封层和绝缘体的气密受损，则产生变得无法维持作为火花塞的气密的担忧。存在这样的密封性的降低特别是在想要将火花塞小径化时容易产生的担忧。

发明内容

因此，为了解决该问题，本申请在带有电阻器的小径的火花塞中提供一种能够确保足够的气密性的火花塞。

本发明用于解决上述的问题的至少一部分，并能够作为以下的方式或者应用例而实现。

(1)作为本发明的一实施方式，提供一种火花塞。该火花塞可以包括：筒状的主体配件；绝缘体，保持于所述主体配件的内部，并在所述绝缘体的内部形成有沿着所述主体配件的轴线方向的贯通孔；中心电极，插入固定于所述绝缘体的所述贯通孔的一端部；端子配件，插入固定于所述绝缘体的所述贯通孔的另一端部；电阻器，在所述贯通孔内配置在所述中心电极和所述端子配件之间，并且在所述轴线方向上与所述中心电极分离地配置；以及导电性玻璃密封层，在所述贯通孔内设置在所述电阻器和所述中心电极之间，将所述电阻器和所述中心电极电连接。在该火花塞中，所述导电性玻璃密封层的直径可以为3.9mm以下，所述导电性玻璃密封层和所述电阻器的接合面可以在所述中心电极侧为凸形状。并且，在将所述轴线方向上的所述接合面的从后端到前端的长度设为α，将所述导电性玻璃密封层的所述轴线方向上的最大长度设为β时，可以设为满足α/β≥0.4的关系。

在涉及的火花塞中，玻璃密封层和电阻器的紧贴性较好，在将火花塞设置于燃烧室的情况下，变得容易确保玻璃密封层和电阻器之间的密封性。因此，能够确保作为火花塞的气密性。

(2)在这样的火花塞中，可以将从所述接合面到所述中心电极的所述轴线方向上的最短距离γ设为3mm以上。这样一来，能够更加提高密封性。

(3)并且，在火花塞中，可以将所述最大长度β设为11mm以上。这样一来，能够进一步确保密封性。

(4)并且，可以将所述导电性玻璃密封层的所述直径设为3.0mm以下。这样一来，即使是小径化的火花塞，也能够确保作为火花塞的气密性。其结果是，能够有助于火花塞的小径化。

(5)在这样的火花塞中，在所述主体配件的外周形成有螺纹部，该螺纹部的直径可以为M12以下。这样一来，即使是这样地小径化的火花塞，作为火花塞能够确保气密性。其结果是，能够有助于火花塞的小径化。

附图说明

图1为示出作为本发明的一实施方式的火花塞的构造的主要部分剖视图。

图2为示出本实施方式的火花塞的制造顺序的流程图。

图3为示出电阻器的基材的制作顺序的流程图。

图4为玻璃密封层和电阻器的接合面的放大剖视图。

图5为示出各样品的评价结果的说明图。

具体实施方式

A.实施方式：

A1.火花塞的结构：

图1为示出作为本发明的一实施方式的火花塞的构造的概要剖视图。火花塞100包括主体配件1、绝缘体2、中心电极3、接地电极4和端子配件13。在图1中，将火花塞100的长度方向上的中心作为轴线O而表示。并且，沿着轴线，分别将接地电极4侧称为火花塞100的前端侧，将端子配件13侧称为后端侧。

主体配件1由碳钢等的金属呈中空圆筒状形成，构成火花塞100的壳体。前端侧收纳于主体配件1的内部的绝缘体2由陶瓷烧结体构成，并沿轴线O形成有贯通孔6。在贯通孔6的一端部侧插入以及固定有端子配件13的一部分，在另一端部侧插入以及固定有中心电极3。并且，在贯通孔6内，在端子配件13和中心电极3之间配置有电阻器15。电阻器15的两端部分别经由导电性玻璃密封层16以及端子配件侧导电性玻璃密封层17与中心电极3以及端子配件13电连接。位于比电阻器15靠前端侧的位置的导电性玻璃密封层16与本申请发明中的导电性玻璃密封层相当。

电阻器15作为端子配件13和中心电极3之间的电阻而发挥功能，从而抑制火花放电时的电波噪音(Noise)的产生。电阻器15由陶瓷粉末、导电材料、玻璃和粘合剂(粘结剂)构成。在本实施方式中，电阻器15经过后述的制作顺序而被制作。

中心电极3在前端形成有点火部31，并以点火部31暴露的状态配置在贯通孔6内。接地电极4的一端与主体配件1焊接。并且，接地电极4的另一端侧向侧方弯曲，其前端部32配置成经由间隙与中心电极3的点火部31相对。

在具有上述结构的火花塞100的主体配件1的外周形成有螺纹部5。火花塞100使用该螺纹部5安装于发动机的气缸盖等。

A2.火花塞的制造：

图2为示出本实施方式的火花塞的制造顺序的流程图。图3为示出电阻器的基材的制作顺序的流程图。如图2所示，在制造本实施方式的火花塞100时，首先，制作电阻器15的基材(步骤S105)。如图3所示，在电阻器15的基材的制作中，首先，使各材料用湿式球磨机混合(步骤S205)。在本实施方式中，步骤S205的各材料是指陶瓷粉末、导电材料和粘合剂。作为陶瓷粉末，例如，能够采用包含ZrO₂以及TiO₂的陶瓷粉末。作为导电材料，例如，能够采用炭黑。作为粘合剂(有机粘合剂)，例如，能够采用多聚羧酸等的分散剂。添加作为溶剂的水并使用湿式球磨机搅拌使该各材料混合。这时，各材料被混合，但各材料的分散程度比较低。

接着，使混合后的各材料用高速剪切搅拌机分散(步骤S210)。高速剪切搅拌机为通过基于刮刀(搅拌叶片)的强力的剪切力而使材料较强地分散并使材料混合的搅拌机。作为高速剪切搅拌机，例如，能够采用轴向搅拌机(Axial mixer)。通过基于高速剪切搅拌机的混合，各材料的分散程度上升。

立即将由步骤S210得到的材料通过喷雾干燥法而造粒(步骤S215)。在步骤S215中得到的粉体中添加玻璃(粗粒玻璃粉末)和水并将它们混合(步骤S220)，使混合后的混合物干燥(步骤S225)，从而电阻器15的基材(粉体)完成。另外，作为在上述的步骤S220的混合中使用的混合器，例如，能够使用万能混合器。

在完成电阻器15的基材的制作后，如图2所示，将中心电极3插入到绝缘体2的贯通孔6中(步骤S110)。将导电性玻璃粉末填充到贯通孔6中并压缩(步骤S115)。该压缩能够通过例如将棒状的夹具插入到贯通孔6中，按压堆积的导电性玻璃粉末而实现。通过步骤S115形成的导电性玻璃粉末的层经过后述的加热压缩工序，成为图1的导电性玻璃密封层16。作为导电性玻璃粉末，例如，能够采用将铜粉末和硼硅酸钙玻璃粉末混合后的粉末。

将在步骤S105中制作的电阻器15的基材(粉体)填充到贯通孔6中并压缩(步骤S120)，而且，将导电性玻璃粉末填充到贯通孔6中并压缩(步骤S125)。通过步骤S120形成的粉末的层经过后述的加热压缩工序，成为在图1中示出的电阻器15。同样地，通过步骤S125形成的粉末的层经过后述的加热压缩工序，成为在图1中示出的端子配件侧导电性玻璃密封层17。另外，作为在步骤S125中使用的导电性玻璃粉末能够使用与在步骤S115中使用的导电性玻璃粉末相同的粉末。并且，步骤S120、S125中的压缩方法能够采用与步骤S115中的压缩方法相同的方法。

将端子配件13的一部分插入到贯通孔6中，对绝缘体2整体进行加热并从端子配件13侧施加预定的压力(步骤S130)。通过该加热压缩工序，填充于贯通孔6的各材料被压缩以及烧制，在贯通孔6内形成有导电性玻璃密封层16、端子配件侧导电性玻璃密封层17和电阻器15。

将接地电极与主体配件1接合(步骤S135)，将绝缘体2插入于主体配件1(步骤S140)，铆接主体配件1(步骤S145)。通过步骤S145的铆接工序，绝缘体2固定于主体配件1。接着，对与主体配件1接合的接地电极的前端进行弯曲加工(步骤S150)，在图1中示出的接地电极4完成。此后，未图示的衬垫装配于主体配件1(步骤S155)，火花塞100完成。

接着，说明这样制作的火花塞100的导电性玻璃密封层16和电阻器15的形状。电阻器15和导电性玻璃密封层16的接合面朝向导电性玻璃密封层16侧即朝向火花塞100的前端侧被设为凸形状。图4为示出电阻器15和导电性玻璃密封层16的接合面的放大剖视图。在本实施方式中，将电阻器15和导电性玻璃密封层16的外径设为R，而且，规定以下的三个量α、β、γ。

α：电阻器15和导电性玻璃密封层16的接合面的从后端到前端的沿着轴线O的长度(根据需要称为“凸起量”)。

β：导电性玻璃密封层16的轴线方向上的最大长度(根据需要称为“密封材料长度”)。

γ：从电阻器15和导电性玻璃密封层16的接合面到中心电极3的轴线O方向上的最短距离(根据需要称为“电阻器间距离”)。

这些量α、β、γ通过将制作的火花塞100以与轴线O垂直的平面切割，将剖面在轴线O方向上切削而测定。在图4中，首先在用A-A线示出的位置切割，如果从此处向火花塞100的后端侧以维持与轴线O垂直的平面的方式切削，则最初为仅绝缘体2和中心电极3暴露于剖面的状态，但很快导电性玻璃密封层16暴露。此处成为密封材料长度β的一端。如果进一步切削，则中心电极3从剖面中消失，成为仅绝缘体2和导电性玻璃密封层16。该位置成为电阻器间距离γ的一端。如果进一步切削，则在剖面的中心出现电阻器15。此处为上述电阻器间距离γ的另一端，成为凸起量α的一端。

在该状态下，在剖面的最外周存在绝缘体2，在其内侧呈环状地存在导电性玻璃密封层16，在中心存在电阻器15。如果从此处进一步切削剖面，则环状的导电性玻璃密封层16的宽度逐渐地变窄，很快成为环状的某处中断的状态。这样一来，在导电性玻璃密封层16只要有一个部位存在缺失的位置之前的位置成为凸起量α以及密封材料长度β的另一端。后述的实施例的各尺寸α、β、γ通过这样的方法测定。并且，电阻器15以及导电性玻璃密封层16的外径R通过调整绝缘体2的贯通孔6内径而设为所希望的尺寸。在以下的说明中，将电阻器15和导电性玻璃密封层16的外径R称为密封直径。

B.实施例：

基于上述的实施方式，以密封直径R为3.0mm和3.9mm制造共计15种类的火花塞100(样品1～15)。样品1～15使上述尺寸α、β、γ不同地制作。这些样品通过改变加热压缩工序中的加热温度而调整α/β的值。另外，α/β的值也可以通过改变在加热压缩工序中施加的压力而调整。

针对被制造的各火花塞100，评价了气密性。气密性的评价如下所述地进行。利用螺纹部5将样品1～15的火花塞100装配于与内燃发动机的燃烧室相当的测试装置的加压室，以常温在加压室内施加预定压力的压缩空气一分钟，测定来自火花塞100的后端侧的泄露量。使压缩空气的压力变化，根据来自火花塞100的后端(贯通孔6的后端)的泄露量成为每分钟1.5mL(毫升)以下的压缩空气的压力处于哪个范围来评价气密性，将此在图5中作为符号A至F来表示。如果即使将压缩空气的压力提高到10MPa泄露量也为1.5mL/分以下，则设为评价A，以下依次，泄露量成为1.5mL/分以下的压缩空气的压力为，

如果7.5MPa，则设为评价B，

如果5.0MPa，则设为评价C，

如果3.0MPa，则设为评价D，

如果2.5MPa，则设为评价E，

如果2.0MPa，则设为评价F。

根据样品1～15的气密性的评价结果，即使密封直径R为3.9mm以下，如果导电性玻璃密封层16和电阻器15的接合面在中心电极3侧为凸形状且α/β≥4.0，则气密性评价也为E以上。以下，将α/β称为“密封材料长度比”。如果除了密封材料长度比α/β≥4.0的条件之外，电阻器间距离γ还在3.0mm以上，则气密性评价为C以上。如果除此之外，密封材料长度β为11mm以上，则气密性评价为B以上。如果研究密封直径R和密封材料长度比α/β相同的值的样品，例如对样品7、9、11(密封直径R＝3.0、密封材料长度比α/β＝4.0)和样品8、10、12(同R＝3.9、同α/β＝4.0)进行比较，则可知存在电阻器间距离γ越大，气密性评价越高的倾向。并且，如果对各样品进行比较，则存在密封材料长度β越长，气密性评价越高的倾向，特别是，密封材料长度β≥11mm的样品的气密性评价都为B以上。如果满足这三个条件(α/β≥4.0、γ≥3.0mm、β≥11mm)，则即使密封直径R为3.0mm，气密性评价也为B以上。

C.变形例：

导电性玻璃密封层16只要通过熔融包含玻璃粉末以及金属粉末的混合物而形成即可，在上述实施方式中，混合铜粉末和硼硅酸钙玻璃粉末并使用，但也可以使用其他金属材料和玻璃粉末。并且，作为导电性物质，也可以使用炭黑和石墨的粉末来替代金属粉末。

并且，在上述实施方式中，作为电阻器15的基材，分别作为陶瓷粉末采用包含ZrO₂以及TiO₂的陶瓷粉末，作为导电材料采用炭黑，作为粘合剂(有机粘合剂)采用多聚羧酸等的分散剂，但也可以采用其他材料。例如，作为导电材料，能够使用包含Al、Zn、Fe、Cu、Mg、Sn、Ti、Zr、Ag和Ga中的任何一个种类以上的金属的金属粉末。

本发明不限定于上述的实施方式、实施例和变形例，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对应的实施方式、实施例和变形例中的技术特征为了解决上述的问题的一部分或者全部，或者，为了达成上述的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须的技术特征而被说明，则能够适当地进行删除。

标号说明

1…主体配件

2…绝缘体

3…中心电极

4…接地电极

5…螺纹部

6…贯通孔

13…端子配件

15…电阻器

16…导电性玻璃密封层

17…端子配件侧导电性玻璃密封层

31…点火部

32…前端部

100…火花塞

O…轴线。

Claims (5)

1.一种火花塞，

包括：筒状的主体配件；

绝缘体，保持于所述主体配件的内部，并在所述绝缘体的内部形成有沿着所述主体配件的轴线方向的贯通孔；

中心电极，插入固定于所述绝缘体的所述贯通孔的一端部；

端子配件，插入固定于所述绝缘体的所述贯通孔的另一端部；

电阻器，在所述贯通孔内配置在所述中心电极和所述端子配件之间，并且在所述轴线方向上与所述中心电极分离地配置；以及

导电性玻璃密封层，在所述贯通孔内设置在所述电阻器和所述中心电极之间，将所述电阻器和所述中心电极电连接，

所述火花塞的特征在于，

所述导电性玻璃密封层的直径为3.9mm以下，

所述导电性玻璃密封层和所述电阻器的接合面朝向所述中心电极侧为凸形状，

在将所述轴线方向上的所述接合面的从后端到前端的长度设为α，

将所述导电性玻璃密封层的所述轴线方向上的最大长度设为β时，

满足α/β≥0.4的关系。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，

从所述接合面到所述中心电极的所述轴线方向上的最短距离γ为3mm以上。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

所述最大长度β为11mm以上。

4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

所述导电性玻璃密封层的所述直径为3.0mm以下。

5.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

在所述主体配件的外周形成有螺纹部，该螺纹部的直径为M12以下。