CN112803241A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明提供能抑制密封件的热阻的火花塞，其经由密封件将绝缘体保持于主体配件。密封件具备母材和形成于母材的表面的金属层。在包含轴线的截面中，在对于第一垂线和第一接触面相交的第一点与第一接触面上的金属层的端点之间的距离中的较短一方的距离，将位于轴线方向的前端侧的距离设为距离A1，并将位于轴线方向的后端侧的距离设为距离A2，并且第一垂线是从母材的第一面与第三面相交的第一角向绝缘体中的与金属层相接的第一接触面垂下的垂线时，距离A1及距离A2中的至少一方比分别测定出距离A1及距离A2一方的第三面上的中间位置处的金属层的厚度长，第三面上的中间位置为从第一角到第二面与第三面相交的第二角沿第三面测量出的长度的一半的位置。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及火花塞，尤其涉及在主体配件与绝缘体之间夹设密封件的火花塞。

背景技术

已知一种在主体配件与绝缘体之间夹设密封件的火花塞中，为了提高气密性，在密封件中的与主体配件或绝缘体相接的面设置金属层的技术(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005－190762号公报

发明内容

发明所要解决的课题

近年来，伴随着发动机的高性能化、燃烧效率的提高等，绝缘体从燃烧气体接受的热量有增加的倾向。因此，期望一种抑制密封件的热阻而增大经过密封件从绝缘体向主体配件移动的热流量，以防止绝缘体成为火种的提前点火的技术。

本发明是为了应对该要求而做出的，其目的在于提供一种能够抑制密封件的热阻的火花塞。

用于解决课题的技术方案

为了实现该目的，本发明的火花塞具备：绝缘体，从前端侧向后端侧沿着轴线延伸，并且具有外径随着沿轴线的方向朝向前端侧而变小的台阶部；及筒状的主体配件，在自身的内周具有内径随着沿轴线的方向朝向前端侧而变小的搁板部，所述主体配件在台阶部经由密封件卡止于搁板部的状态下将绝缘体从外周侧进行保持，密封件具备：母材；及金属层，形成于母材的表面并与绝缘体及主体配件相接，母材具备：第一面，在该第一面形成有金属层中的与绝缘体相接的部位；第一面的相反侧的第二面；及第三面，衔接第一面与第二面，在包含轴线的截面中，在对于第一垂线和第一接触面相交的第一点与第一接触面上的金属层的端点之间的距离中的较短一方的距离，将位于轴线的方向的前端侧的距离设为距离A1，并将位于轴线的方向的后端侧的距离设为距离A2，并且所述第一垂线是从第一面与第三面相交的第一角向绝缘体中的与金属层相接的第一接触面垂下的垂线时，距离A1及距离A2中的至少一方比从分别测定出距离A1及距离A2一方的第三面上的中间位置处的与第一垂线垂直的方向的金属层的厚度长，所述第三面上的中间位置为从第一角到第二面与第三面相交的第二角沿着第三面测量出的长度的一半的位置。

发明效果

根据技术方案1所述的火花塞，由于包含轴线的截面中的第一点与第一接触面上的金属层的端点之间的距离A1及距离A2中的至少一方比第三面上的中间位置处的金属层的厚度长，所以与绝缘体相接的金属层的面积增大相应的量。金属层的热阻与金属层的厚度成正比且与金属层的面积和热传导率成反比，因此即使不改变密封件的厚度、热传导率，也能够通过增大与绝缘体相接的金属层的面积来抑制密封件的热阻。

根据技术方案2所述的火花塞，在包含轴线的截面中，距离A1及距离A2中的至少一方比第一面与第一接触面之间的距离C长。通过缩短距离C，能够期待母材的第一面与绝缘体之间的金属层的厚度的减少、以及由金属层中包含的空隙等的减少实现的热传导率的提高，因此，除了技术方案1的效果之外，还能够进一步抑制密封件的热阻。

根据技术方案3所述的火花塞，由于包含轴线的截面中的第二点与第二接触面上的金属层的端点之间的距离B1及距离B2中的至少一方比第三面上的中间位置处的金属层的厚度长，所以能够将与主体配件相接的金属层的面积增大相应的量。因此，通过增大与主体配件相接的金属层的面积，除了技术方案1或2的效果之外，还能够进一步抑制密封件的热阻。

根据技术方案4所述的火花塞，在包含轴线的截面中，距离B1及距离B2中的至少一方比第二面与第二接触面之间的距离D长。通过缩短距离D，能够期待母材的第二面与主体配件之间的金属层的厚度的减少、以及由金属层中包含的空隙的减少实现的热传导率的提高，因此，除了技术方案3的效果之外，还能够进一步抑制密封件的热阻。

附图说明

图1是第一实施方式中的火花塞的单侧剖视图。

图2是将图1的II所示的部分放大后的火花塞的局部剖视图。

图3是将图2的III所示的部分放大后的火花塞的局部剖视图。

图4是将图2的IV所示的部分放大后的火花塞的局部剖视图。

图5是将图2的V所示的部分放大后的火花塞的局部剖视图。

图6是将图2的VI所示的部分放大后的火花塞的局部剖视图。

图7是第二实施方式中的火花塞的局部剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。图1是第一实施方式中的火花塞10的以轴线O为界的单侧剖视图。图2是将图1的II所示的部分放大后的火花塞10的局部剖视图。在图1中，将纸面下侧称为火花塞10的前端侧，并将纸面上侧称为火花塞10的后端侧(在其他图中也相同)。如图1所示，火花塞10具备绝缘体11、主体配件20以及密封件30。

绝缘体11是由高温下的绝缘性、机械特性优异的氧化铝等形成的大致圆筒状的部件。在绝缘体11形成有沿着轴线O延伸的轴孔12。在绝缘体11的轴线方向的大致中央形成有朝向径向外侧伸出的圆环状的伸出部13。绝缘体11在比伸出部13靠前端侧设置有外径随着朝向轴线方向的前端侧而变小的台阶部14(参照图2)。在绝缘体11的轴孔12的前端侧配置有中心电极15。

中心电极15是沿着轴线O保持于绝缘体11的棒状的电极。中心电极15的导热性优异的芯材被埋设于母材。母材由以Ni为主体的合金或由Ni构成的金属材料形成，芯材由铜或以铜为主要成分的合金形成。芯材可以省略。

中心电极15在绝缘体11的轴孔12中与端子配件16电连接。端子配件16是与高压电缆(未示出)连接的棒状的部件，由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成。

主体配件20是由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成的大致圆筒状的部件。主体配件20具有：前端部21，包围绝缘体11的比伸出部13靠前端侧的部分；座部23，与前端部21的后端侧相连；工具卡合部24，配置于座部23的后端侧；及后端部25，与工具卡合部24的后端侧相连。在前端部21的外周面，在前端部21的轴线方向的大致全长上形成有与发动机(未图示)的螺纹孔螺纹接合的外螺纹22。在前端部21的内周设置有内径随着朝向轴线方向的前端侧而变小的搁板部26(参照图2)。

座部23是用于限制外螺纹22相对于发动机的拧入量并且堵塞外螺纹22与螺纹孔之间的间隙的部位。工具卡合部24是在将外螺纹22拧入发动机的螺纹孔时，使扳手等工具卡合的部位。后端部25是朝向径向的内侧弯曲的圆环状的部位。后端部25位于比绝缘体11的伸出部13靠后端侧的位置。

接地电极27是与主体配件20的前端部21连接的棒状的金属制(例如镍基合金制)的部件。接地电极27与中心电极15之间形成火花间隙。在绝缘体11的伸出部13与主体配件20的后端部25之间，遍及整周地设置有填充了滑石等粉末的密封部28。

如图2所示，密封件30介于绝缘体11的台阶部14与主体配件20的搁板部26之间。密封件30具备母材31和形成于母材31的表面的金属层36、37。母材31是由铁或钢等金属材料形成的圆环状的板材。金属层36、37包含比构成母材31的金属材料柔软的Zn、Cu、Al、Sn等金属材料。金属层36、37通过镀敷、喷镀、蒸镀、化学转化处理等形成于母材31的表面。当然也可以将金属层36、37形成为多层，例如在Zn的表面施加铬酸盐处理等。

形成于母材31的第一面32的金属层36与绝缘体11相接，形成于第一面32的相反侧的第二面33的金属层37与主体配件20相接。在本实施方式中，通过从实施了铬酸盐处理的镀锌钢板冲裁圆环的形状来制作密封件30。因此，在衔接第一面32与第二面33的第三面34没有形成金属层。

在制造火花塞10的工序中，在将密封件30配置在主体配件20的搁板部26与绝缘体11的台阶部14之间的状态下，将主体配件20组装于绝缘体11。从主体配件20的搁板部26到后端部25的部分经由密封件30及密封部28向从绝缘体11的台阶部14到伸出部13的部分施加轴线方向的压缩载荷。其结果，主体配件20保持绝缘体11，并向密封件30施加轴线方向的压缩载荷。

图3是将图2的III所示的部分放大后的火花塞10的包含轴线O的局部剖视图。图4是将图2的IV所示的部分放大后的火花塞10的包含轴线O的局部剖视图。图5是将图2的V所示的部分放大后的火花塞10的包含轴线O的局部剖视图。图6是将图2的VI所示的部分放大后的火花塞10的局部剖视图。

如图3及图4所示，通过将主体配件20组装于绝缘体11时的轴线方向的载荷的设定、金属层36的厚度的设定，比母材31软的金属层36被夹在绝缘体11的台阶部14与母材31的第一面32之间而从第一面32伸出。在本实施方式中，在绝缘体11的台阶部14的外周面之中容纳有与金属层36相接的部分。

将金属层36从第一面32伸出的长度(距离)用距离A1(参照图3)及距离A2(参照图4)表示。第一垂线40是从母材31的第一面32与第三面34相交的第一角38向第一接触面39垂下的垂线。如图4所示，在第一面32与第三面34相交的角被倒角(角圆滑)的情况下，作为第一垂线40的起点的第一角38是第一面32的直线部分的终点。

第一接触面39是绝缘体11中的与金属层36相接的面。第一点41是第一接触面39与第一垂线40相交的点。将第一接触面39上的金属层36的端点42与第一点41之间的距离中的较短且位于轴线方向的前端侧的距离设为距离A1(参照图3)。同样地，将第一点41与端点42之间的距离中的较短且位于轴线方向的后端侧的距离设为距离A2(参照图4)。

另外，第一点41在轴线方向的前端侧和后端侧各存在一个，端点42也在轴线方向的前端侧和后端侧各存在一个。因此，就第一点41与端点42之间的距离而言，接近第一点41的一方的端点42与第一点41之间的距离较短，远离第一点41的一方的端点42与第一点41之间的距离较长。因此，第一点41与端点42之间的距离中的较短一方的距离是指接近第一点41的一方的端点42与第一点41之间的距离。

距离A1比从测定出距离A1的母材31的第一角38到第二面33(参照图5)与第三面34相交的第二角43沿着第三面34测量出的长度的一半的第三面34上的中间位置35(参照图2)处的、与第一垂线40垂直的方向的金属层的厚度长。在本实施方式中，由于在第三面34的中间位置35没有金属层，因此中间位置35处的金属层的厚度为零。由于距离A1比中间位置35处的金属层的厚度长，所以与绝缘体11相接的金属层36的面积增大相应的量。

金属层36的热阻与金属层36的厚度成正比，并与金属层36的面积及热传导率成反比。因此，通过增大与绝缘体11相接的金属层36的面积，即使不改变密封件30的厚度、热传导率，也能够抑制密封件30的热阻。当密封件30的热阻变小时，即使绝缘体11与主体配件20的温度差不变，也能够增大经过密封件30从绝缘体11向主体配件20移动的热流量。其结果，能够抑制绝缘体11成为火种的提前点火的发生。

距离A1比母材31的第一面32与绝缘体11之间的距离C长。通过使距离C比距离A1短，能够期待母材31的第一面32与绝缘体11之间的金属层36的厚度的减少、以及由金属层36中包含的空隙等的减少实现的金属层36的热传导率的提高。金属层36的热阻与金属层36的厚度成正比并与金属层36的热传导率成反比，因此当距离C比距离A1短时，能够进一步抑制密封件30的热阻。另外，距离C是母材31的第一面32与绝缘体11之间的距离中的最短距离。

距离A2比从测定出距离A2的母材31的第一角38到第二角43沿着第三面34测量出的长度的一半的第三面34上的中间位置35(参照图2)处的、与第一垂线40垂直的方向的金属层的厚度长。在本实施方式中，中间位置35处的金属层的厚度为零。由于距离A2比中间位置35处的金属层的厚度长，所以与绝缘体11相接的金属层36的面积增大相应的量。因此，与距离A1较长时同样地，能够抑制密封件30的热阻。

距离A2比母材31的第一面32与绝缘体11之间的距离C长。因此，与距离A1比距离C长时同样地，能够进一步抑制密封件30的热阻。

特别是，在主体配件20的外螺纹22的标称直径为12mm以下的火花塞10的情况下，保持于主体配件20的绝缘体11的台阶部14的径向的长度变短，因此密封件30的母材31的第一面32及第二面33的面积变窄。这不利地影响了密封件30的热阻的抑制。但是，通过使距离A1、A2中的至少一方比中间位置35处的金属层的厚度长，能够将金属层36的面积增大相应的量，因此即使是外螺纹22的标称直径为12mm以下的火花塞10，也能够抑制密封件30的热阻。

如图5及图6所示，通过将主体配件20组装于绝缘体11时的轴线方向的载荷的设定、金属层37的厚度的设定，比母材31软的金属层37被夹在主体配件20的搁板部26与母材31的第二面33之间而从第二面33伸出。在本实施方式中，在主体配件20的搁板部26的内周面之中容纳有与金属层37相接的部分。

将金属层37从第二面33伸出的长度(距离)用距离B1(参照图5)及距离B2(参照图6)表示。第二垂线45是从母材31的第二面33与第三面34相交的第二角43向第二接触面44垂下的垂线。在第二面33和第三面34相交的角被倒角(角圆滑)的情况下，与图4同样地，作为第二垂线45的起点的第二角43为第二面33的直线部分的终点。

第二接触面44是主体配件20中的与金属层37相接的面。第二点46是第二接触面44和第二垂线45相交的点。将第二接触面44上的金属层37的端点47与第二点46之间的距离中的较短且位于轴线方向的前端侧的距离设为距离B1(参照图5)。同样地，将第二点46与端点47之间的距离中的较短且位于轴线方向的后端侧的距离设为距离B2(参照图6)。

另外，第二点46在轴线方向的前端侧和后端侧各存在一个，端点47也在轴线方向的前端侧和后端侧各存在一个。因此，就第二点46与端点47之间的距离而言，接近第二点46的一方的端点47与第二点46之间的距离较短，远离第二点46的一方的端点47与第二点46之间的距离较长。因此，第二点46与端点47之间的距离中的较短一方的距离是指接近第二点46的一方的端点47与第二点46之间的距离。

距离B1比从测定出距离B1的母材31的第二角43到第一角38(参照图3)沿着第三面34测量出的长度的一半的第三面34上的中间位置35(参照图2)处的、与第二垂线45垂直的方向的金属层的厚度长。在本实施方式中，中间位置35处的金属层的厚度为零。由于距离B1比中间位置35处的金属层的厚度长，所以与主体配件20相接的金属层37的面积增大相应的量。因此，能够抑制密封件30的热阻。

距离B1比母材31的第二面33与主体配件20之间的距离D长。通过使距离D比距离B1短，能够期待母材31的第二面33与主体配件20之间的金属层37的厚度的减少、以及由金属层37中包含的空隙等的减少实现的金属层37的热传导率的提高。金属层37的热阻与金属层37的厚度成正比并与金属层37的热传导率成反比，因此当距离D比距离B1短时，能够进一步抑制密封件30的热阻。另外，距离D是母材31的第二面33与主体配件20之间的距离中的最短距离。

距离B2比从测定出距离B2的母材31的第二角43到第一角38(参照图4)沿着第三面34测量出的长度的一半的第三面34上的中间位置35(参照图2)处的、与第二垂线45垂直的方向的金属层的厚度长。在本实施方式中，中间位置35处的金属层的厚度为零。由于距离B2比中间位置35处的金属层的厚度长，所以与主体配件20相接的金属层37的面积增大相应的量。因此，与距离B1较长时同样地，能够抑制密封件30的热阻。

距离B2比母材31的第二面33与主体配件20之间的距离D长。因此，与距离B1比距离D长时同样地，能够进一步抑制密封件30的热阻。

参照图7对第二实施方式进行说明。在第一实施方式中，对在绝缘体11的台阶部14的外周面之中容纳与金属层36相接的部分，且在主体配件20的搁板部26的内周面之中容纳与金属层37相接的部分的情况进行了说明。与此相对，在第二实施方式中，对绝缘体11的台阶部14以外的部位与密封件51的金属层53相接，且主体配件20的搁板部26以外的部位与密封件51的金属层54相接的情况进行说明。另外，对于与在第一实施方式中所说明的部分相同的部分，标注相同的标号，并省略以下的说明。图7是第二实施方式中的火花塞50的包含轴线O的局部剖视图，与图2同样地，放大图示了图1的II所示的部分。

火花塞50中，在经由密封件51将绝缘体11的台阶部14卡止于主体配件20的搁板部26上的状态下，绝缘体11被保持于主体配件20。密封件51具备圆环状的金属制的母材52和形成于母材52的表面的金属层53、54。金属层53、54由比母材52软的金属材料形成。在本实施方式中，通过从实施了铬酸盐处理的镀锌钢板冲裁圆环的形状来制作密封件51。

密封件51由于在将主体配件20组装于绝缘体11时的轴线方向的载荷而变形。金属层53与台阶部14以及绝缘体11中的比台阶部14靠前端侧的部位相接。金属层54与搁板部26以及主体配件20中的比搁板部26靠前端侧的部位相接。由于金属层53比母材52软，因此能够抑制由于金属层53与比台阶部14靠前端侧的部位相接而产生的绝缘体11的破损。

在绝缘体11的台阶部14以外的部位与密封件51的金属层53相接，且主体配件20的搁板部26以外的部位与密封件51的金属层54相接的第二实施方式中，火花塞50的距离A1、A2、B1、B2、C、D也与第一实施方式同样地设定。因此，即使在第二实施方式中，也能够抑制密封件51的热阻。

以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明不受上述实施方式的任何限定，可容易地推断出在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改良变形。

在实施方式中，由于通过从在两面实施了镀敷的镀敷钢板冲裁圆环的形状来制作密封件30、51，因此在母材31、52的第一面32形成有金属层36、53，在第二面33形成有金属层37、54，在第三面34没有形成金属层。然而，并不限于此。即使是在母材31、52的第三面34具有金属层的密封件，只要距离A1、A2的至少一方比第三面34的中间位置35处的金属层的厚度长，就能够使金属层36、53的面积增大相应的量，因此能够实现与实施方式相同的作用效果。

另外，在母材31、52的第三面34具有金属层的密封件可以通过在将母材31、52成形为圆环状后，进行滚镀(电解镀敷或无电解镀敷)来制作。根据该方法，能够在母材31、52的整个表面形成金属层。金属层的材质并不限于Zn。

在实施方式中，对距离A1、A2双方都比第三面34的中间位置35处的金属层的厚度长的情况进行了说明，但并不必限于此。这是因为，只要距离A1、A2的至少一方比第三面34的中间位置35处的金属层的厚度长，就能够将金属层36、53的面积增大相应的面积，所以能够抑制密封件30、51的热阻。

在实施方式中，对距离B1、B2双方都比第三面34的中间位置35处的金属层的厚度长的情况进行了说明，但并不必限于此。这是因为，只要距离B1、B2的至少一方比第三面34的中间位置35处的金属层的厚度长，就能够将金属层37、54的面积增大相应的面积，所以能够抑制密封件30、51的热阻。

在第二实施方式中，对与绝缘体11的台阶部14相接的金属层53与绝缘体11中的比台阶部14靠前端侧的部位相接的情况进行了说明，但并不必限于此。即使与绝缘体11的台阶部14相接的金属层53与绝缘体11中的比台阶部14靠后端侧的部位相接，只要如第一实施方式那样设定距离A1、A2的至少一方，就能够实现与本实施方式相同的作用效果。

在第二实施方式中，对与主体配件20的搁板部26相接的金属层54与主体配件20中的比搁板部26靠前端侧的部位相接的情况进行了说明，但并不必限于此。即使与主体配件20的搁板部26相接的金属层54与主体配件20中的比搁板部26靠后端侧的部位相接，只要如第一实施方式那样设定距离B1、B2的至少一方，就能够实现与本实施方式相同的作用效果。

在实施方式中，对主体配件20的后端部25经由密封部28向绝缘体11的伸出部13施加轴线方向的载荷的情况进行了说明，但并不必限于此。在省略密封部28而由主体配件20的后端部25向绝缘体11的伸出部13施加轴线方向的载荷的情况下，也能够实现与本实施方式同样的作用效果。

标号说明

10、50 火花塞

11 绝缘体

14 台阶部

20 主体配件

26 搁板部

30、51 密封件

31、52 母材

32 第一面

33 第二面

34 第三面

35 中间位置

36、37、53、54 金属层

38 第一角

39 第一接触面

40 第一垂线

41 第一点

42 端点

43 第二角

44 第二接触面

45 第二垂线

46 第二点

47 端点

O 轴线

Claims (4)

1.一种火花塞，具备：

绝缘体，从前端侧向后端侧沿着轴线延伸，并且具有外径随着沿所述轴线的方向朝向前端侧而变小的台阶部；及

筒状的主体配件，在自身的内周具有内径随着沿所述轴线的方向朝向前端侧而变小的搁板部，所述主体配件在所述台阶部经由密封件卡止于所述搁板部的状态下将所述绝缘体从外周侧进行保持，

所述密封件具备：

母材；及

金属层，形成于所述母材的表面并与所述绝缘体及所述主体配件相接，

其中，

所述母材具备：

第一面，在该第一面形成有所述金属层中的与所述绝缘体相接的部位；

所述第一面的相反侧的第二面；及

第三面，衔接所述第一面与所述第二面，

在包含所述轴线的截面中，

在对于第一垂线和第一接触面相交的第一点与所述第一接触面上的所述金属层的端点之间的距离中的较短一方的距离，将位于所述轴线的方向的前端侧的距离设为距离A1，并将位于所述轴线的方向的后端侧的距离设为距离A2，并且所述第一垂线是从所述第一面与所述第三面相交的第一角向所述绝缘体中的与所述金属层相接的所述第一接触面垂下的垂线时，所述距离A1及所述距离A2中的至少一方比分别测定出所述距离A1及所述距离A2一方的所述第三面上的中间位置处的与所述第一垂线垂直的方向的所述金属层的厚度长，所述第三面上的中间位置为从所述第一角到所述第二面与所述第三面相交的第二角沿着所述第三面测量出的长度的一半的位置。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，

在包含所述轴线的截面中，

所述距离A1及所述距离A2中的至少一方比所述第一面与所述第一接触面之间的距离C长。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

所述金属层的与所述主体配件相接的部位形成于所述第二面，

在包含所述轴线的截面中，

在对于第二垂线和第二接触面相交的第二点与所述第二接触面上的所述金属层的端点之间的距离中的较短一方的距离，将位于所述轴线的方向的前端侧的距离设为距离B1，并将位于所述轴线的方向的后端侧的距离设为距离B2，并且所述第二垂线是从所述第二角向所述主体配件中的与所述金属层相接的所述第二接触面垂下的垂线时，所述距离B1及所述距离B2中的至少一方比分别测定出所述距离B1及所述距离B2一方的所述中间位置处的与所述第二垂线垂直的方向的所述金属层的厚度长。

4.根据权利要求3所述的火花塞，其中，

在包含所述轴线的截面中，

所述距离B1及所述距离B2中的至少一方比所述第二面与所述第二接触面之间的距离D长。

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