CN106972348B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火花塞，在确保中心电极与焊接到中心电极的由贵金属或者贵金属合金构成的贵金属端头的良好的接合性的同时进一步提高点火部的耐久性。在火花塞中，中心电极与贵金属端头通过熔融部而接合，熔融部的端头侧边界是向熔融部侧凸出的形状。另外，熔融部的中心电极侧边界是向中心电极侧凸出的形状。进而，熔融部的露出于外表面的部位的外形线是向熔融部侧凹陷的形状。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种火花塞。

背景技术

一直以来，存在汽车、热电联供系统、气体压送用泵等内燃机用的火花塞。该火花塞具有中心电极和接地电极，在其间设置有火花放电间隙。通过该火花放电间隙中的火花放电而对混合气体点火。

在这样的火花塞中，由于引擎的高性能化/免维护等而要求提高使用寿命，在中心电极中的相对部即作为面对火花放电间隙的部位的火花放电部配置有Ir合金等贵金属端头。

在此，贵金属端头(Ir合金等)与中心电极母材(Ni合金等)的热膨胀系数的差异大。因此，为了防止由热应力导致的端头的脱落，通过激光焊接而形成具有贵金属端头与中心电极母材的大致中间的热膨胀系数的熔融层。由此，通过使热应力降低，确保贵金属端头与中心电极母材的接合性。另外，为了在确保良好的接合性的同时还具备点火部的耐久性，公知调整了熔融层的端头高度方向上的宽度关系等的火花塞。(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-15245号公报

发明内容

上述专利文献中记载的火花塞在确保良好的接合性的同时还具备点火部的耐久性，但是，本发明人专注研究的结果是，关于点火部的耐久性，存在进一步提高的余地。

因此，本申请发明鉴于上述情形，目的在于，提供一种在确保中心电极与贵金属端头的良好的接合性的同时使点火部的耐久性进一步提高的火花塞。

本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够实现为以下的方式。

(1)根据本发明的一个方式，提供一种火花塞，具有：棒状的中心电极，沿轴线方向延伸；筒状的绝缘体，在自身的前端侧保持所述中心电极；筒状的主体配件，设置于所述绝缘体的外周；接地电极，接合于所述主体配件的前端部；以及贵金属端头，接合于所述中心电极的前端部，隔着间隙与所述接地电极的端部相对，所述中心电极和所述贵金属端头通过将所述中心电极的成分与所述贵金属端头的成分熔融而成的熔融部而接合，在所述火花塞中，在包含所述轴线的剖面中，所述贵金属端头与所述熔融部的边界即端头侧边界在从所述轴线方向的最靠后端侧的点X至外周端A的范围内的形状是向所述熔融部侧凸出的形状，在包含所述轴线的剖面中，所述中心电极与所述熔融部的边界即中心电极侧边界在从所述轴线方向的最靠前端侧的点Y至外周端B的范围内的形状是向所述中心电极侧凸出的形状，所述熔融部中的露出于外表面的部位的外形线是向该熔融部侧凹陷的形状。根据该方式的火花塞，贵金属端头与熔融部的边界即端头侧边界以及中心电极与熔融部的边界即中心电极侧边界都是向热膨胀系数较大的材质侧凸出的形状，因此在各个边界部处缓和由于热膨胀差产生的应力，不易发生各个边界处的剥离。另外，由于贵金属端头与熔融部的边界即端头侧边界是向熔融部侧凸出的形状，在由于火花放电而损耗了贵金属端头的放电面时，熔融部不易露出于放电面，因此具有良好的耐久性能。进而，熔融部中的露出于外表面的部位的外形线是向熔融部侧凹陷的形状，因此能够抑制在熔融部处发生放电的可能性。

(2)在上述方式的火花塞中，也可以是，在包含所述轴线的剖面中，从所述轴线方向的最靠后端侧的点X至所述外周端A的范围内的所述端头侧边界中最远离穿过所述轴线方向的最靠后端侧的点X与所述外周端A的直线的部位，位于比从所述贵金属端头的外周面向内侧进入了所述贵金属端头的外径的1/4的位置靠径向外侧处，。由此，在由于火花放电而损耗了贵金属端头的放电面时，熔融部更加不易露出于放电面，因此能够具有更加良好的耐久性能。

附图说明

图1是示出火花塞的部分剖面的说明图。

图2是放大地示出火花塞的主要部分剖面的说明图。

图3是放大地示出火花塞的主要部分剖面的说明图。

具体实施方式

A.实施方式：

A-1.火花塞的结构：

图1是示出火花塞10的部分剖面的说明图。在图1中，以火花塞10的轴心即轴线CA1作为边界，在纸面右侧图示出火花塞10的外观形状，在纸面左侧图示出火花塞10的剖面形状。将火花塞10在图1的纸面下侧称为“前端侧”，将图1的纸面上侧称为“后端侧”。

火花塞10具备中心电极100、绝缘体200、主体配件300和接地电极400。在本实施方式中，火花塞10的轴线CA1也是中心电极100、绝缘体200和主体配件300各部件的轴心。

火花塞10在前端侧具有形成于中心电极100与接地电极400之间的间隙SG。火花塞10的间隙SG也被称为火花间隙。火花塞10构成为能够以使形成有间隙SG的前端侧从燃烧室920的内壁910突出的状态安装于内燃机90。当在将火花塞10安装于内燃机90的状态下将高电压施加到中心电极100时，在间隙SG中发生火花放电。能够通过在该间隙SG中发生的火花放电而对燃烧室920内的混合气体进行点火。

在图1中图示出彼此正交的XYZ轴。将图1的XYZ轴中的沿着轴线CA1的轴设为Z轴。关于沿着Z轴的Z轴方向(轴线方向)，将从火花塞10的后端侧朝向前端侧的方向设为+Z轴方向，将其相反方向设为-Z轴方向。+Z轴方向是中心电极100与绝缘体200一起沿着轴线CA1从主体配件300的前端侧突出的方向。

将图1的XYZ轴中的沿着接地电极400朝向轴线CA1弯曲的方向的轴设为Y轴。关于沿着Y轴的Y轴方向，将接地电极400朝向轴线CA1弯曲的方向设为-Y轴方向，将其相反方向设为+Y轴方向。

将图1的XYZ轴中的与Y轴和Z轴正交的轴设为X轴。关于沿着X轴的X轴方向，将从图1的纸面里侧朝向纸面近前侧的方向设为+X轴方向，将其相反方向设为-X轴方向。

火花塞10的中心电极100是具有导电性的电极体。中心电极100形成为以轴线CA1为中心延伸的棒状。在本实施方式中，中心电极100由以镍(Ni)作为主成分的镍合金(例如，因科内尔：Inconel(注册商标))构成。中心电极100的前端侧从绝缘体200的前端侧突出。中心电极100经由密封体160、陶瓷电阻170、密封体180而与端子配件190电连接。

贵金属端头110经由将中心电极100的成分和贵金属端头110的成分熔融而成的熔融部120而接合于中心电极100的前端部。

火花塞10的接地电极400是具有导电性的电极体。在本实施方式中，接地电极400形成为在先从主体配件300与轴线CA1平行地延伸之后再朝向轴线CA1弯曲的形状。接地电极400的基端部接合于主体配件300。接地电极400的末端部在与中心电极100之间形成间隙SG。在本实施方式中，接地电极400由以镍(Ni)作为主成分的镍合金(例如，因科内尔(注册商标))构成。

火花塞10的绝缘体200是具有电绝缘性的绝缘子。绝缘体200形成为以轴线CA1为中心延伸的筒状。在本实施方式中，绝缘体200是对绝缘性陶瓷材料(例如，氧化铝)进行烧制而成的。

绝缘体200具有以轴线CA1为中心延伸的贯通孔即轴孔290。在绝缘体200的轴孔290中，中心电极100以从绝缘体200的前端侧(+Z轴方向侧)突出的状态保持在轴线CA1上。在绝缘体200的外侧从前端侧朝向后端侧依次形成有第一筒状部210、第二筒状部220、第三筒状部250和第四筒状部270。

绝缘体200的第一筒状部210是朝向前端侧变得尖细的圆筒状的部位，第一筒状部210的前端侧从主体配件300的前端侧突出。绝缘体200的第二筒状部220是具有比第一筒状部210大的直径的圆筒状的部位。绝缘体200的第三筒状部250是比第二筒状部220和第四筒状部270更向外周方向伸出的圆筒状的部位。绝缘体200的第四筒状部270是自第三筒状部250起构成后端侧的圆筒状的部位，第四筒状部270的后端侧从主体配件300的后端侧突出。

火花塞10的主体配件300是具有导电性的金属体。主体配件300形成为以轴线CA1为中心延伸的筒状。在本实施方式中，主体配件300是对呈筒状成型的低碳钢实施了镀镍的金属体。在其他实施方式中，主体配件300也可以是实施了镀锌的金属体，也可以是未实施镀敷的金属体(无镀敷)。

在主体配件300的内侧以从主体配件300的前端侧(+Z轴方向侧)与中心电极100一起突出的状态保持有绝缘体200。在主体配件300的内侧从前端侧向后端侧依次形成有配件内周面392、环状凸部394和配件内周面396。

主体配件300的配件内周面392是主体配件300的内周面中的位于比环状凸部394靠前端侧处的部位。主体配件300的环状凸部394是从作为主体配件300的内周面的配件内周面392和配件内周面396向内侧隆起的环状的部位。主体配件300的配件内周面396是主体配件300的内周面中的位于比环状凸部394靠后端侧处的部位。

配件内周面392与绝缘体200的间隙大于环状凸部394与绝缘体200的间隙、配件内周面396与绝缘体200的间隙。在将绝缘体200从主体配件300的后端侧插入而组装到主体配件300时，环状凸部394和配件内周面396用于绝缘体200相对于主体配件300的定位。

主体配件300以从中心电极100电绝缘的状态敛紧固定于绝缘体200的外侧面。在主体配件300的外侧从前端侧向后端侧依次形成有前端部310、螺纹部320、主体部340、槽部350、工具卡合部360和敛紧盖380。

主体配件300的前端部310是构成主体配件300的前端侧(+Z轴方向侧)的圆筒状的部位。在前端部310接合有接地电极400。绝缘体200从前端部310的中央与中心电极100一起向+Z轴方向突出。

主体配件300的螺纹部320是在外侧面形成有螺纹牙的圆筒状的部位。在本实施方式中，能够通过使主体配件300的螺纹部320螺合到内燃机90的螺纹孔930而将火花塞10安装到内燃机90。在本实施方式中，螺纹部320的标称直径是M12。在其他实施方式中，螺纹部320的标称直径也可以比M12小(例如，M8、M9、M10)，还可以比M12大(例如，M14、M18)。

主体配件300的主体部340是比槽部350向外周方向伸出的凸缘状的部位。在将火花塞10安装于内燃机90的状态下，在主体部340与内燃机90之间压缩垫圈500。

主体配件300的槽部350设置于主体部340与工具卡合部360之间，是在将主体配件300敛紧固定到绝缘体200时向外周方向鼓出的圆筒状的部位。

主体配件300的工具卡合部360是比槽部350向外周方向呈多角形状伸出的凸缘状的部位，形成为与用于将火花塞10安装到内燃机90的工具(未图示)卡合的形状。在本实施方式中，工具卡合部360的外形是六角形状。

主体配件300的敛紧盖380是在将主体配件300敛紧固定到绝缘体200时将主体配件300的后端侧朝向绝缘体200弯曲成型的部位。

在绝缘体200的第三筒状部250和第四筒状部270的外侧与主体配件300的工具卡合部360和敛紧盖380的内侧之间分别在后端侧配置环状部件610且在前端侧配置环状部件620，在环状部件610与环状部件620之间填充有粉末650。环状部件610、620是金属制成(例如，铁(Fe))的环状的部件。粉末650是密闭(密封)用的粉末(例如，粉末的滑石(滑石粉))。

环状部件610、620和粉末650将绝缘体200与主体配件300之间密闭，并且提高绝缘体200对主体配件300的保持力。在此，作为环状的部件的环状部件610、620当在与轴线CA1正交的剖面观察时，可以是在周向上没有断开的O字形状，也可以是在周向的一部分有断开的C字形状。

图2是放大地示出接合有贵金属端头110的中心电极100的前端部附近的包括轴线CA1的剖面的说明图。此外，在图2中，纸面下侧为“后端侧”，纸面上侧为“前端侧”。

如图2所示，贵金属端头110经由将中心电极100的成分与贵金属端头110的成分熔融而成的熔融部120而接合于中心电极100的前端部。通过在中心电极100的前端部配置了贵金属端头110的状态下对两者的边界进行激光焊接，形成中心电极100的成分与贵金属端头110的成分熔融而成的熔融部120，贵金属端头110与中心电极100被接合。

贵金属端头110与熔融部120的边界即端头侧边界130在从轴线CA1方向的最靠后端侧的点X至外周端A1以及从点X至外周端A2的范围内的形状为向熔融部120侧凸出的形状。在此，外周端A1、A2相当于权利要求书中的外周端A。此外，“端头侧边界130向熔融部120侧凸出的形状”是指，从点X至外周端A1的端头侧边界130位于比将点X与外周端A1连结的假想直线靠后端侧处。关于从点X至外周端A2的端头侧边界130也是一样的。

中心电极100与熔融部120的边界即中心电极侧边界140在从轴线CA1方向的最靠前端侧的点Y至外周端B1以及从点Y至外周端B2的范围内的形状为向中心电极侧凸出的形状。在此，外周端B1、B2相当于权利要求书中的外周端B。此外，“中心电极侧边界140向中心电极100侧凸出的形状”是指，从点Y至外周端B1的中心电极侧边界140位于比将点Y与外周端B1连结的假想直线靠后端侧处。关于从点Y至外周端B2的中心电极侧边界140也是一样的。

熔融部120中的露出于外表面的部位具有向熔融部120侧凹陷的形状。即，熔融部120的外表面凹陷，在包含轴线CA1的剖面的图2中，熔融部120的露出于外表面的部位的外形线为向熔融部120侧凹陷的形状。

与图2同样地，图3是放大地示出接合有贵金属端头110的中心电极100的前端部附近的包括轴线CA1的剖面的说明图，纸面下侧是“后端侧”，纸面上侧是“前端侧”。

在图3中，为了能够特定作为更优选的方式的熔融部120的形状，示出了作为基准的直线等。直线L1是穿过点X和外周端A1的直线，直线L2是穿过点X和外周端A2的直线。直线RL1是穿过从贵金属端头110的外周面向内侧进入了贵金属端头110的外径D的1/4的位置处的与轴线CA1平行的直线。线RL2是穿过从贵金属端头110的外周面向内侧进入了贵金属端头110的外径D的1/4的位置处的与轴线CA1平行的直线。

如图3所示，点X至外周端A1之间的端头侧边界130中最远离直线L1的位置T1处于比直线RL1靠径向外侧处。同样地，点X至外周端A2之间的端头侧边界130中最远离直线L2的位置T2处于比直线RL2靠径向外侧处。这样一来，端头侧边界130中最向熔融部120侧凸出的位置位于相对靠径向外侧处。由此，与端头侧边界130中最向熔融部120侧凸出的位置处于径向内侧的情况相比，在由于火花损耗而减少了贵金属端头110的体积时，熔融部120不易露出于放电面。即，耐久性变得良好。此外，存在如下的情况，即在激光焊接时熔融部120的一部分延伸附着到贵金属端头110的外周面上。在这样的情况下，将贵金属端头110外周缘的后端点与熔融部120的触点视作外周端A(A1、A2)。例如，在使用外径恒定的贵金属端头110的情况下，将贵金属端头110的外径恒定的部分的后端点与熔融部120的触点视作外周端A(A1、A2)。

A-2.效果：

根据以上说明的实施方式，贵金属端头110与熔融部120的边界即端头侧边界130的从轴线CA1方向的最靠后端侧的点X至外周端A1以及从点X至外周端A2的范围内的形状为向熔融部120侧凸出的形状。即，端头侧边界130为向热膨胀系数较大的熔融部120侧凸出的形状。其结果是，在贵金属端头110与熔融部120的边界部处缓和由于热膨胀差产生的应力，不易发生贵金属端头110与熔融部120的边界处的剥离。

进而，由于贵金属端头110与熔融部120的边界即端头侧边界130的从轴线CA1方向的最靠后端侧的点X至外周端A1以及从点X至外周端A2的范围内的形状为向熔融部120侧凸出的形状，在由于火花放电而损耗了贵金属端头的放电面时，熔融部不易露出于放电面，因此具有良好的耐久性能。

另外，中心电极100与熔融部120的边界即中心电极侧边界140的从轴线CA1方向的最靠后端侧的点Y至外周端B1以及从点Y至外周端B2的范围内的形状为向中心电极100侧凸出的形状。即，中心电极侧边界140为向热膨胀系数较大的中心电极100侧凸出的形状。其结果是，在中心电极100与熔融部120的边界部处缓和由于热膨胀差产生的应力，不易发生中心电极100与熔融部120的边界处的剥离。

另外，熔融部120中的露出于外表面的部位具有向熔融部120侧凹陷的形状。即，熔融部120的外表面凹陷，在包含轴线CA1的剖面的图2中，熔融部120的露出于外表面的部位的外形线为向熔融部120侧凹陷的形状，因此能够抑制在熔融部120处发生放电的可能性。其结果是，抑制由放电导致的熔融部120的异常损耗。

进而，端头侧边界130中最向熔融部120侧凸出的位置位于相对靠径向外侧处，因此在由于火花损耗而减少了贵金属端头110的体积时，与端头侧边界130中最向熔融部120侧凸出的位置处于径向内侧的情况相比，熔融部120不易露出于放电面。其结果是，耐久性变得良好。

B.其他实施方式：

本发明不限于上述实施方式和实施例、变形例，在不脱离于其主旨的范围内能够通过各种结构来实现。例如，关于与“发明内容”一栏中记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征，为了解决上述课题的一部分或者全部，或者为了实现上述效果的一部分或者全部，能够适当进行替换、组合。另外，如果该技术特征在本说明书中不是作为必需的特征来说明，则能够适当删除。

标号说明

10…火花塞

90…内燃机

100…中心电极

110…贵金属端头

120…熔融部

130…端头侧边界

140…中心电极侧边界

160…密封体

170…陶瓷电阻

180…密封体

190…端子配件

200…绝缘体

210…第一筒状部

220…第二筒状部

250…第三筒状部

270…第四筒状部

290…轴孔

300…主体配件

310…前端部

320…螺纹部

340…主体部

350…槽部

360…工具卡合部

380…敛紧盖

392…配件内周面

394…环状凸部

396…配件内周面

400…接地电极

500…垫圈

610…环状部件

620…环状部件

650…粉末

910…内壁

920…燃烧室

930…螺纹孔

SG…间隙

CA1…轴线

A(A1、A2)…端头侧边界的外周端

B(B1、B2)…中心电极侧边界的外周端

X…端头侧边界中最靠后端侧的点

Y…中心电极侧边界中最靠前端侧的点

L(L1、L2)…穿过点X和外周端A(A1、A2)的直线

T…端头侧边界中最远离直线L的部位

D…贵金属端头的外径

RL(RL1、RL2)…穿过从贵金属端头的外周面向内侧进入了贵金属端头的外径的1/4的位置处的直线。

Claims (2)

1.一种火花塞，具有：

棒状的中心电极，沿轴线方向延伸；

筒状的绝缘体，在自身的前端侧保持所述中心电极；

筒状的主体配件，设置于所述绝缘体的外周；

接地电极，接合于所述主体配件的前端部；以及

贵金属端头，接合于所述中心电极的前端部，隔着间隙与所述接地电极的端部相对，

所述中心电极和所述贵金属端头通过将所述中心电极的成分与所述贵金属端头的成分熔融而成的熔融部而接合，

所述火花塞的特征在于，

在包含所述轴线的剖面中，所述贵金属端头与所述熔融部的边界即端头侧边界在从所述轴线方向的最靠后端侧的点X至外周端A的范围内的形状是向所述熔融部侧凸出的形状，

在包含所述轴线的剖面中，所述中心电极与所述熔融部的边界即中心电极侧边界在从所述轴线方向的最靠前端侧的点Y至外周端B的范围内的形状是向所述中心电极侧凸出的形状，

所述熔融部中的露出于外表面的部位的外形线是向该熔融部侧凹陷的形状，

在包含所述轴线的剖面中，所述熔融部在所述贵金属端头和所述中心电极各自的端面整体上存在。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

在包含所述轴线的剖面中，从所述轴线方向的最靠后端侧的点X至所述外周端A的范围内的所述端头侧边界中最远离穿过所述轴线方向的最靠后端侧的点X与所述外周端A的直线的部位，位于比从所述贵金属端头的外周面向内侧进入了所述贵金属端头的外径的1/4的位置靠径向外侧处。