CN112398006B - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制绝缘体开裂的技术。火花塞具有：绝缘体，其沿轴线方向形成有第1贯通孔且具有随着沿所述轴线方向朝前端侧去而外径变小的卡定部；主体金属壳体，在该主体金属壳体沿所述轴线方向形成有第2贯通孔，利用在所述第2贯通孔内随着沿所述轴线方向朝前端侧去而内径变小的架部，以隔着密封件将所述卡定部卡定的状态保持所述绝缘体，在所述轴线方向上，所述绝缘体的前端设为比所述主体金属壳体的前端靠后端侧，在包含所述轴线的剖面中，所述卡定部具有：直线部，其随着沿所述轴线方向朝前端侧去而外径以一定比率变小；曲线部，其与所述直线部的前端相连，其曲率半径为0.05mm～0.30mm，且随着沿所述轴线方向朝前端侧去而外径变小。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种火花塞。

背景技术

作为内燃机例如汽油发动机所用的点火用的火花塞，公知有一种这样的火花塞：具有中心电极、设于中心电极的外周的呈筒状的绝缘体、以及配置在绝缘体的外周的呈筒状的主体金属壳体(例如专利文献1)。在上述这样的火花塞中，中心电极和主体金属壳体之间的绝缘性是利用设于它们之间的绝缘体来确保的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-285551号公报

发明内容

发明要解决的问题

通常，由于火花塞固定于发动机缸盖，且进行在发动机内的对可燃气体的点燃，因此，火花塞会持续受到因发动机内的爆炸所造成的冲击和振动，并且，因该爆炸，使得火花塞的前端侧被暴露于特别高的温度中。因此，可能因冲击和振动导致绝缘体发生开裂，并且，因高温使得绝缘体周围的构件进行热膨胀，从而绝缘体受到压缩应力，其结果，可能导致绝缘体发生开裂。而且，在绝缘体发生开裂的情况下，绝缘体的绝缘性可能会降低。因此，期望开发一种能抑制绝缘体发生开裂的技术。

用于解决问题的方案

本发明即是为了解决上述问题来做成的，能够以下述技术方案来实现。

(1)采用本发明的一技术方案，能够提供一种火花塞。火花塞具有：绝缘体，在该绝缘体沿着轴线方向形成有第1贯通孔，且该绝缘体具有卡定部，该卡定部随着沿着所述轴线方向朝向前端侧去而外径变小；及主体金属壳体，在该主体金属壳体沿着所述轴线方向形成有第2贯通孔，该主体金属壳体利用架部以隔着密封件将所述卡定部卡定的状态保持所述绝缘体，该架部在所述第2贯通孔内随着沿着所述轴线方向朝向前端侧去而内径变小，该火花塞的特征在于，在所述轴线方向上，所述绝缘体的前端设置得比所述主体金属壳体的前端靠后端侧，在包含所述轴线的剖面中，所述卡定部具有：直线部，随着沿着所述轴线方向朝向前端侧去，该直线部的外径以一定比率变小；及曲线部，其与所述直线部的前端相连，该曲线部的曲率半径为0.05mm以上且为0.30mm以下，且随着沿着所述轴线方向朝向前端侧去，该曲线部的外径变小。采用该技术方案的火花塞，通过曲线部的曲率半径为0.05mm以上，从而能够抑制应力集中在绝缘体的特定部分，因此，即使在绝缘体受到振动和冲击的情况下，也能够抑制绝缘体开裂。而且，由于曲线部的曲率半径为0.30mm以下，因此，能够确保在绝缘体的比曲线部靠前端侧处的部位与主体金属壳体之间的间隙。因此，采用该技术方案的火花塞，通过存在该间隙，从而，即使在因主体金属壳体和密封件的温度变得较高使得主体金属壳体和密封件膨胀了的情况下，也能够抑制因密封件对绝缘体作用的压缩应力导致的绝缘体的开裂。

(2)基于上述技术方案的火花塞，也可以是，所述曲率半径为0.05mm以上且为0.20mm以下。采用该技术方案的火花塞，能够充分地确保绝缘体的在比曲线部靠前端侧处的部位与主体金属壳体之间的间隙，因此，能够更有效地抑制因密封件对绝缘体作用的压缩应力导致的绝缘体的开裂。

(3)基于上述技术方案的火花塞，也可以是，所述曲率半径为0.05mm以上且为0.10mm以下。采用该技术方案的火花塞，能够更充分地确保在绝缘体的比曲线部靠前端侧处的部位与主体金属壳体之间的间隙，因此，能够进一步抑制因密封件对绝缘体作用的压缩应力导致的绝缘体的开裂。

另外，本发明能够通过各种技术方案来实现，例如，能够通过安装有火花塞的发动机缸盖等技术方案来实现。

附图说明

图1是表示火花塞的局部剖面的说明图。

图2是架部及其周围部分的示意性剖视图。

图3是表示振动试验结果的图。

图4是表示冷热冲击试验结果的图。

图5是表示冲击试验结果的图。

附图标记说明

10、绝缘体；12、第1贯通孔；13、长腿部；14、轴孔内阶梯部；15、卡定部；17、前端侧主体部；18、后端侧主体部；19、中央主体部；20、中心电极；21、电极构件；22、芯材；23、凸缘部；26、第2贯通孔；30、接地电极；31、电极头；32、基端；33、相对部；36、基端部；38、弯折部；40、端子金属件；50、主体金属壳体；51、工具卡合部；52、安装螺纹部；53、弯边部；54、密封部；56、架部；57、端面；58、压缩变形部；63、陶瓷电阻；64、密封体；65、垫片；66、67、环构件；68、密封件；69、滑石；90、发动机缸盖；93、安装螺纹孔；100、火花塞；CA、轴线；CL、曲线部；R、曲率半径；S1、相对面；SL、直线部。

具体实施方式

A.第1实施方式：

图1是表示火花塞100的局部剖面的说明图。在图1中，以火花塞100的轴心即轴线CA为界，在纸面右侧图示的是火花塞100的外观形状，在纸面左侧图示的是火花塞100的剖面形状。本实施方式的说明中，将图1中的下侧称为火花塞100的前端侧，将图1中的上侧称为火花塞100的后端侧。

火花塞100具有：绝缘体10，在该绝缘体10沿着轴线CA形成有第1贯通孔12；中心电极20，其设于第1贯通孔12；主体金属壳体50，其为筒状，配置在绝缘体10的外周；以及接地电极30，该接地电极30的基端32固定于主体金属壳体50。另外，火花塞100的轴心与绝缘体10的轴线相同。

绝缘体10为通过对以氧化铝为首的陶瓷材料进行烧制来形成的绝缘子。绝缘体10为这样的构件：配置在主体金属壳体50的内周，且为筒状，且在该绝缘体10的中心形成有第1贯通孔12，在该第1贯通孔12的前端侧收容有中心电极20的局部，在该第1贯通孔12的后端侧收容有端子金属件40的局部。

在绝缘体10的在轴线方向上的中央处形成有外径较大的中央主体部19。在中央主体部19的后端侧形成有外径小于中央主体部19的外径的后端侧主体部18。在中央主体部19的前端侧形成有外径小于后端侧主体部18的外径的前端侧主体部17。在相对于前端侧主体部17进一步靠前端侧的位置形成有卡定部15，该卡定部15随着沿着轴线CA的方向朝向前端侧去而外径变小。关于卡定部15将在后文详述。在卡定部15的前端侧形成有长腿部13，该长腿部13随着沿着轴线CA的方向朝向前端侧去而以比卡定部15小的比率变小。在轴线CA的方向上，绝缘体10的前端设置得比主体金属壳体50的前端靠后端侧。

中心电极20是通过在电极构件21的内部埋设导热性比电极构件21优异的芯材22所做成的呈棒状的构件。电极构件21由以镍为主要成分的镍合金形成，芯材22由铜或以铜为主要成分的合金形成。也可以是，在中心电极20的前端侧端部接合有例如由铱合金等形成的贵金属头。

在中心电极20的后端侧的端部附近形成有向外周侧伸出来的凸缘部23。凸缘部23从后端侧与绝缘体10的第1贯通孔12中的向内周侧伸出来的轴孔内阶梯部14相接触，从而将中心电极20定位在绝缘体10内。中心电极20在中心电极20的后端侧借助密封体64和陶瓷电阻63与端子金属件40电连接。

接地电极30的基端32固定在主体金属壳体50的端面57。接地电极30具有：基端部36，其从基端32向前端侧延伸；相对部33，在该相对部33形成有与中心电极20相对的相对面S1；及弯折部38，其将基端部36和相对部33连接在一起，且呈弯折的形状。接地电极30是以镍为主要成分形成的。在接地电极30的相对面S1设有电极头31。

主体金属壳体50是沿着轴线CA形成有第2贯通孔26的呈筒状的金属件。主体金属壳体50在第2贯通孔26内保持绝缘体10。更具体地讲，主体金属壳体50以将绝缘体10的从后端侧主体部18的局部至长腿部13的部位包围的方式保持绝缘体10。主体金属壳体50例如由低碳钢形成，其整体被实施镀镍、镀锌等镀敷处理。

主体金属壳体50从后端侧依次具有工具卡合部51、密封部54和安装螺纹部52。能够在工具卡合部51嵌合用于将火花塞100安装于发动机缸盖90的工具。安装螺纹部52是主体金属壳体50的外周中的整周都形成有外螺纹的部分，且是能够被拧入发动机缸盖90的安装螺纹孔93的部分。密封部54以凸缘状形成在安装螺纹部52的根部。在密封部54与发动机缸盖90之间嵌插有通过将板状体折弯来形成的呈环状的垫片65。主体金属壳体50的前端侧的端面57为空心的圆形，绝缘体10的长腿部13的前端和中心电极20的前端从该端面57的中央处突出。

在主体金属壳体50的比工具卡合部51靠后端侧处设有厚度较薄的弯边部53。而且，在密封部54和工具卡合部51之间设有厚度与弯边部53同样地较薄的压缩变形部58。在主体金属壳体50的从工具卡合部51至弯边部53的范围的内周面与绝缘体10的后端侧主体部18的外周面之间安插有圆环状的环构件66、环构件67，而且，在上述环构件66、环构件67之间填充有滑石69的粉末。在制造火花塞100时，通过将弯边部53以向内侧折弯的方式向前端侧按压，从而压缩变形部58进行压缩变形。通过该压缩变形部58的压缩变形，从而，经由环构件66、环构件67和滑石69，绝缘体10在主体金属壳体50内被朝向前端侧按压。而且，通过该按压，滑石69在沿着轴线CA的方向上被压缩，从而，主体金属壳体50内的气密性得到提高。

主体金属壳体50在第2贯通孔26内具有架部56，该架部56随着沿着轴线CA的方向朝向前端侧去而内径变小。

图2是架部56及其周围部分的示意性剖视图。图2所描述的剖面为与图1的纸面左侧同样是包含轴线CA的剖面。在卡定部15与架部56之间设有环状的密封件68。主体金属壳体50利用架部56，以隔着密封件68将卡定部15卡定的状态保持绝缘体10。密封件68是保持主体金属壳体50和绝缘体10之间的气密性的构件，能防止可燃气体的流出。本实施方式中，将板密封件用作密封件。

在图2所示的包含轴线CA的剖面中，卡定部15具有直线部SL和曲线部CL。在包含轴线CA的剖面中，直线部SL为随着沿着轴线CA的方向朝向前端侧去而外径以一定比率变小的部分。

曲线部CL为与直线部SL的前端相连的部分。本实施方式中，曲线部CL的后端位置在轴线CA的方向上设置得比架部56的前端靠后端侧并且比架部56的后端靠前端侧。而且，本实施方式中，曲线部CL的后端设置得比架部56的前端靠径向内侧。

曲线部CL为这样的部分：在包含轴线CA的剖面中，曲率半径为0.05mm以上且为0.30mm以下，且随着沿着轴线CA的方向朝向前端侧去而外径变小。曲线部CL的曲率中心位于比绝缘体10靠主体金属壳体50的一侧。即，曲线部CL为这样的部分：在包含轴线CA的剖面中，描绘呈向从主体金属壳体50朝向绝缘体10的方向凸起那样的曲线。在本说明书中，曲率半径为通过从与轴线CA垂直的方向朝向曲线部CL投射光，并基于投影出来的曲线部CL的像，使用曲率测纸来测得的值。

如上面说明的那样，在本实施方式的火花塞100中，在轴线CA的方向上，绝缘体10的前端设置得比主体金属壳体50的前端靠后端侧。即，为绝缘体10的前端不比主体金属壳体50的前端突出的结构。因此，即使在火花塞100设置于发动机缸盖90且发动机启动的状态下，也能够缓和因发动机内的爆炸造成的对绝缘体10的径向冲击。作为其结果，能够抑制因该冲击导致的绝缘体10的开裂。

而且，本实施方式的火花塞100的绝缘体10具有这样的曲线部CL：在包含轴线CA的剖面中，曲率半径为0.05mm以上且为0.30mm以下，且随着沿着轴线CA的方向朝向前端侧去而外径变小。

在没有曲线部CL的情况下，来自密封件68的应力会集中在卡定部15和长腿部13之间的交界部分。但采用本实施方式，通过具有曲率半径为0.05mm以上的曲线部CL，能够抑制应力集中在绝缘体10的特定部分，因此，即使在绝缘体10受到振动和冲击的情况下，也能够抑制绝缘体10开裂。

而且，通常，当火花塞100设置于发动机缸盖90且发动机内温度变得较高时，主体金属壳体50和密封件68会热膨胀，从而产生对绝缘体10作用的压缩应力。而且，可能因该压缩应力导致绝缘体10发生开裂。特别是由于越靠近发动机的中心温度越高，因此，与火花塞100的后端侧相比，火花塞100的前端侧那边的温度更高。作为其结果，密封件68对绝缘体10作用的压缩应力越向前端去变得越大，因此，与后端侧相比，容易在前端侧发生绝缘体的开裂。

但是，本实施方式的火花塞100具有曲率半径为0.30mm以下的曲线部CL，从而能够确保主体金属壳体50与绝缘体10之间的间隙。因此，采用本实施方式，即使在主体金属壳体50、密封件68热膨胀了的情况下，也能够缓和对绝缘体10作用的压缩应力，从而能够抑制绝缘体10的开裂。而且，如上所述，在本实施方式的火花塞100中，在轴线CA的方向上，绝缘体10的前端设置得比主体金属壳体50的前端靠后端侧。因此，与在轴线CA的方向上绝缘体10的前端比主体金属壳体50的前端突出的结构相比较，采用本实施方式，能够抑制因发动机内的爆炸所造成的冲击导致的绝缘体10的开裂，因此，能够将曲线部CL的曲率半径设定为较小的值。即，能够确保绝缘体10与主体金属壳体50之间的间隙较宽。作为其结果，采用本实施方式的火花塞100，能够抑制因主体金属壳体50、密封件68的热膨胀导致的绝缘体10的开裂。基于缓和对绝缘体10作用的压缩应力的观点，曲线部CL的曲率半径优选为0.20mm以下，更优选为0.10mm以下。

近年来，因车辆轻量化带来的发动机小型化的影响等，寻求实现设置于发动机的火花塞的小径化。由于通常存在将火花塞的直径设得越小绝缘体的直径也变得越小的趋势，因此，绝缘体发生开裂的情况的不良影响变大。因此，本实施方式的火花塞100能够特别优选用于上述这样的小径化后的火花塞。

下面，利用实验结果来说明采用本实施方式的火花塞100所能获得的效果。

图3是表示振动试验结果的图。本试验中，制作多个具有曲线部CL的曲率半径R互不相同的绝缘体的火花塞，然后，作为振动试验，进行的是以对火花塞施加约4000G的重力的方式振动10分钟的试验。图3中，纵轴表示振动试验后的绝缘体的开裂率(％)，横轴表示曲率半径R(mm)。由于绝缘体的开裂率越小，就越少发生因振动导致的绝缘体的开裂，因此优选。

根据图3中的结果可知下述内容。即，可知，与曲率半径R为0mm的情况相比，在曲率半径R为0.03mm的情况下，振动试验后的绝缘体的开裂率大幅变小，在曲率半径R为0.05mm以上的情况下，振动试验后的绝缘体的开裂率为0％。

图4是表示冷热冲击试验结果的图。在本试验中，制作多个具有曲率半径R互不相同的绝缘体的火花塞，然后，作为冷热冲击试验，进行的是下述这样的试验：将火花塞加热至200℃之后，再将火花塞冷却至-50℃，将这样的处理视为1个循环，实施60个循环。图4中，纵轴表示冷热冲击试验后的绝缘体的开裂率(％)，横轴表示曲率半径R(mm)。由于绝缘体的开裂率越小，就越少发生因温度差导致的绝缘体的开裂，因此优选。

根据图4中的结果可知下述内容。即，可知，与曲率半径R为0.5mm的情况相比，在曲率半径R为0.30mm的情况下，冷热冲击试验后的绝缘体的开裂率大幅变小。而且，在曲率半径R为0.20mm以下的情况下，冷热冲击试验后的绝缘体的开裂率变得更小，在曲率半径R为0.10mm以下的情况下，冷热冲击试验后的绝缘体的开裂率进一步变小。

图5是表示冲击试验结果的图。在本试验中，制作多个具有曲率半径R互不相同的绝缘体的火花塞，然后，作为冲击试验，进行的是从火花塞的径向对火花塞施加冲击的试验。纵轴表示冲击试验中的绝缘体强度(下面也称为“冲击强度”)，横轴表示曲率半径R(mm)。纵轴的冲击强度表示相对于将曲率半径R为0.3mm的情况视为1的情况而言的相对值。由于冲击强度越大，就越少发生因冲击导致的绝缘体的开裂，因此优选。

根据图5中的结果可知下述内容。即，可知，在曲率半径R为0.05mm的情况下，具有曲率半径R为0.30mm的情况下的约三分之二的冲击强度，并且，即使将曲率半径R设为大于0.30mm，冲击强度也不会大幅提高。

根据上面说明的实验结果也可知，采用本实施方式的火花塞100，能够抑制绝缘体10的开裂。

B.其他实施方式：

本发明并不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内通过各种结构来实现。例如，为了解决上述问题的一部分或全部，或为了达到上述效果的一部分或全部，与发明内容那部分中描述的各技术方案中的技术特征相对应的实施方式中的技术特征能够适当地进行替代、组合。而且，若该技术特征在本说明书中未被作为必须项目进行说明，则能够适当地将其删除。

上述实施方式中，长腿部13随着沿着轴线CA的方向朝向前端侧去而外径变小，但不限于此，也可以是，外径为一定。

Claims (3)

1.一种火花塞，该火花塞具有：

绝缘体，在该绝缘体沿着轴线方向形成有第1贯通孔，且该绝缘体具有卡定部，该卡定部随着沿着所述轴线方向朝向前端侧去而外径变小；及

主体金属壳体，在该主体金属壳体沿着所述轴线方向形成有第2贯通孔，该主体金属壳体利用架部以隔着密封件将所述卡定部卡定的状态保持所述绝缘体，该架部在所述第2贯通孔内随着沿着所述轴线方向朝向前端侧去而内径变小，

该火花塞的特征在于，

在所述轴线方向上，所述绝缘体的前端设置得比所述主体金属壳体的前端靠后端侧，

在包含所述轴线的剖面中，

所述卡定部具有：

直线部，随着沿着所述轴线方向朝向前端侧去，该直线部的外径以一定比率变小；及

曲线部，其与所述直线部的前端相连，该曲线部的曲率半径为0.05mm以上且为0.30mm以下，且随着沿着所述轴线方向朝向前端侧去，该曲线部的外径变小，该曲线部的曲率中心位于比所述绝缘体靠所述主体金属壳体的一侧。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，

所述曲率半径为0.05mm以上且为0.20mm以下。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，

所述曲率半径为0.05mm以上且为0.10mm以下。

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