CN118352888A - 火花塞 - Google Patents

Abstract

提供一种火花塞，能够确保熔融部的强度。火花塞具备中心电极、在内侧绝缘保持中心电极的主体配件及从主体配件朝向中心电极突出的接地电极，主体配件具备在外周设置有阳螺纹的圆筒部，并设置有在径向上贯通圆筒部的孔，在孔中接地电极经由熔融部而连接于圆筒部。在包含孔的中心线和熔融部的截面中，熔融部中的与圆筒部相接的部分存在于比接地电极靠径向外侧处。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及接地电极经由熔融部而连接于主体配件的火花塞。

背景技术

与具备中心电极、在内侧绝缘保持中心电极的筒状的主体配件及从主体配件朝向中心电极突出的接地电极的火花塞相关的现有技术公开于专利文献1。在现有技术中，在贯通主体配件的孔中，接地电极经由熔融部而连接于主体配件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2021/140756号。

发明内容

发明所要解决的课题

在现有技术中，熔融部的接合面积受到孔所贯通的主体配件的厚度、孔的大小的制约，因此熔融部的强度可能会变小。

本发明为了解决该问题点而完成，目的在于提供能够确保熔融部的强度的火花塞。

用于解决课题的手段

为了达成该目的，本发明的第一方案是一种火花塞，具备中心电极、在内侧绝缘保持中心电极的主体配件及从主体配件朝向中心电极突出的接地电极，主体配件具备在外周设置有阳螺纹的圆筒部，并设置有在径向上贯通圆筒部的孔，在孔中接地电极经由熔融部而连接于圆筒部，在包含孔的中心线和熔融部的截面中，熔融部中的与圆筒部相接的部分存在于比接地电极靠径向外侧处。

第二方案是，在第一方案中，在包含孔的中心线和熔融部的截面中，在将熔融部中的与圆筒部相接的部分与孔的内表面的交点处的孔的大小设为A(mm)、将熔融部中的与圆筒部相接的部分的沿着中心线的距离设为B(mm)时，2<A/B≤15。

第三方案是，在第一或第二方案中，孔在圆筒部的径向上为恒定的大小。

第四方案是，在第一～第三方案的任一方案中，具备将主体配件的前端侧封闭的盖，在盖设置有将由盖封闭的空间的内部和外部连通的贯通孔。

发明效果

根据本发明的火花塞，在包含设置于圆筒部的孔的中心线和熔融部的截面中，熔融部中的与圆筒部相接的部分存在于比接地电极靠径向的外侧处。由于能够使熔融部中的与圆筒部相接的部分向圆筒部的径向的外侧延伸，所以与在比接地电极靠径向的外侧处不存在熔融部的情况相比，能够增大熔融部的接合面积。因此，能够确保熔融部的强度。

附图说明

图1是第一实施方式中的火花塞的局部剖视图。

图2是放大了图1的II所示的部分的火花塞的剖视图。

图3是图2的III-III处的火花塞的剖视图。

图4是第二实施方式中的火花塞的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的优选的实施方式，。图1是一实施方式中的火花塞10的局部剖视图。在图1中，图示了火花塞10的前端侧的部分的包含轴线O的截面。在图1中，将纸面下侧称作火花塞10的前端侧，将纸面上侧称作火花塞10的后端侧(在图2中也相同)。如图1所示，火花塞10具备绝缘体11、中心电极15、主体配件20及接地电极25。

绝缘体11是具有沿着轴线O延伸的轴孔12的大致圆筒状的构件，由机械特性、高温下的绝缘性优异的氧化铝等陶瓷形成。绝缘体11包含卡定部13和在卡定部13的前端侧相邻的前端部14。前端部14的外径比卡定部13的外径小。

在绝缘体11的至少从卡定部13到前端部14的范围中，沿着轴线O而在轴孔12中配置有中心电极15。中心电极15包含以Ni为主成分的棒状的母材16、配置于母材16的前端的以Pt、Rh、Ru、Ir等贵金属中的1种以上为主成分的端头17及将端头17和母材16接合的熔融部18。端头17、熔融部18能够省略。

中心电极15的前端从绝缘体11向前端侧突出。中心电极15在轴孔12内与端子配件19电连接。端子配件19是与高压电缆(未图示)连接的棒状的构件，由具有导电性的金属材料(例如低碳钢等)形成。端子配件19固定于绝缘体11的后端。

主体配件20是由具有导电性的金属材料(例如铜、铜合金、低碳钢等)形成的大致圆筒状的构件。主体配件20配置于绝缘体11的外周。主体配件20包含位于绝缘体11的至少卡定部13及前端部14的外周侧的圆筒部21。圆筒部21是在外周设置有阳螺纹22的圆筒形的部分，在内周设置有架部23。阳螺纹22与设置于发动机(未图示)的火花塞孔的阴螺纹嵌合。架部23位于绝缘体11的卡定部13的前端侧，将卡定部13卡定。

在圆筒部21的比架部23靠前端侧的部分设置有在径向上贯通圆筒部21的孔24。在本实施方式中，孔24设置于阳螺纹22的位置，孔24的截面为圆形。在圆筒部21的孔24中配置有接地电极25。配置于孔24的接地电极25从圆筒部21朝向中心电极15突出。

通过将主体配件20的前端侧封闭的盖26而在盖26的内侧设置有空间29。关于盖26的材料，可例示以Fe、Ni、Cu等的1种以上为主成分的金属材料。在本实施方式中，盖26经由熔融部28而连接于圆筒部21的前端侧。在盖26设置有将空间29的内部和外部连通的贯通孔27。

图2是放大了图1的II所示的部分的火花塞10的剖视图。设置于圆筒部21的孔24的内表面30与圆筒部21的外周面31相连，在圆筒部21的内周面32与孔24的内表面30之间设置有接地电极25。接地电极25包含例如以Ni为主成分的母材33、以Pt、Rh、Ru、Ir等贵金属中的1种以上为主成分的端头34及将端头34和母材33接合的熔融部35。端头34、熔融部35能够省略。母材33的端面36位于孔24中。设置于圆筒部21的孔24由接地电极25堵塞。

在本实施方式中，母材33中的孔24中的部分为圆柱形，母材33中的孔24中的部分比设置有熔融部35的部分粗。接地电极25的端头34与中心电极15的端头17的侧面相向，在接地电极25的前端与中心电极15的侧面之间设置有火花间隙G。

接地电极25的母材33在孔24中经由熔融部37而连接于圆筒部21。熔融部37通过向配置于孔24中的接地电极25的母材33的端面36照射激光束而形成。熔融部37通过母材33的包含端面36的一部分在内的部分和圆筒部21的包含孔24的内表面30的一部分在内的部分熔化而成。

在安装于发动机(未图示)的火花塞10中，通过发动机的气门操作，燃料气体从发动机的燃烧室通过贯通孔27而向空间29流入。火花塞10通过中心电极15与接地电极25之间的放电而生成火焰核。当火焰核生长时，向空间29内的燃料气体点火而燃料气体燃烧。通过因燃料气体的燃烧而产生的膨胀压力，产生包含火焰的气流，从贯通孔27向燃烧室喷射包含火焰的气体。通过该火焰的喷流，燃烧室内的燃料气体燃烧。即，盖26的内侧的空间29作为设置于发动机的燃烧室中的副燃烧室发挥功能。

图3是图2的III-III处的火花塞10的剖视图。在图3中，图示了包含孔24的中心线C的圆筒部21及接地电极25的截面的一部分，将纸面下侧称作圆筒部21的径向的内侧，将纸面上侧称作圆筒部21的径向的外侧(在图4中也相同)。孔24的中心线C是通过使以使孔24的内表面30的切口成为环的方式切断后的多个截面成为了多个平面图形时的各几何中心的直线。在本实施方式中，遍及孔24的中心线C的周围的全长地设置有熔融部37，因此，在包含中心线C的剖视图即图3中，在中心线C的两侧分别出现熔融部37、38。

一方的熔融部37中的与圆筒部21相接的部分39是将熔融部37中的圆筒部21的径向的外侧的表面40与孔24的内表面30的交点41和圆筒部21的内周面32与熔融部37相交的交点42连结的部分(熔融部37与圆筒部21之间的界面)。部分39的一部分存在于比母材33(在本实施方式中为端面36)靠圆筒部21的径向的外侧处。

在比母材33靠圆筒部21的径向的外侧处存在部分39。与在比接地电极25靠径向的外侧处不存在熔融部37的情况相比，部分39变长，因此能够增大与熔融部37的强度有关系的接合面积。因此，能够确保熔融部37的强度。

在本实施方式中，熔融部37的表面40中的径向的最外侧的位置是交点41。由于能够使熔融部37的堆高不会过大，所以能够降低在交点41产生的应力。其结果，能够避免圆筒部21、熔融部37的疲劳强度下降。

另一方的熔融部38中的与圆筒部21相接的部分43是将熔融部38中的圆筒部21的径向的外侧的表面44与孔24的内表面30的交点45和圆筒部21的内周面32与熔融部38相交的交点46连结的部分(熔融部38与圆筒部21之间的界面)。部分43的一部分存在于比母材33(在本实施方式中为端面36)靠圆筒部21的径向的外侧处。交点41、45存在于比孔24的内表面30中的阳螺纹22(参照图1)的牙底靠径向的内侧处，因此能够将阳螺纹22与设置于火花塞孔的阴螺纹嵌合。

在比母材33靠圆筒部21的径向的外侧处存在部分43。与在比接地电极25靠径向的外侧处不存在熔融部38的情况相比，部分43变长，因此能够增大与熔融部38的强度有关系的接合面积。因此，能够确保熔融部38的强度。

在本实施方式中，熔融部38的表面44中的径向的最外侧的位置是交点45。由于能够使熔融部38的堆高不会过大，所以能够降低在交点45产生的应力。其结果，能够避免圆筒部21、熔融部38的疲劳强度下降。

部分39、43双方都存在于比母材33靠圆筒部21的径向的外侧处。由此，与部分39、43中的一方存在于比母材33靠圆筒部21的径向的外侧处的情况相比，能够增大熔融部37、38的强度。

若母材33的包含端面36的部分熔融、而且熔融部37、38朝向圆筒部21的径向的内侧延伸，则部分39、43的整体会存在于比母材33靠圆筒部21的径向的外侧处。此时，与部分39、43的一部分存在于比母材33靠圆筒部21的径向的外侧处的情况相比，用于将母材33、圆筒部21熔化的大的热能会向母材33、圆筒部21施加，因此母材33、圆筒部21可能会变形。通过如本实施方式这样部分39、43的一部分存在于比母材33靠圆筒部21的径向的外侧处，能够确保熔融部37、38的强度，并且能够降低母材33、圆筒部21的变形、尤其是阳螺纹22的变形。

在本实施方式中，孔24在圆筒部21的径向上为恒定的大小。由此，形成熔融部37、38的激光焊接的条件容易控制。孔24的大小在圆筒部21的径向上恒定是指：将孔24的内表面30的口径(孔24的大小)遍及圆筒部21的径向的全长地测定了多处时的最大值与最小值之差为0.20mm以下。关于孔24的大小，测定至小数第三位并求出最大值和最小值，将最大值与最小值之差的小数第三位四舍五入。

熔融部37的交点41位于比熔融部38的交点45靠圆筒部21的径向的外侧处。火花塞10优选在将熔融部37、38的交点41、45中的位于径向的外侧的交点41处的孔24的大小设为A(mm)、将包含交点41的部分39的沿着中心线C的距离设为B(mm)时满足2<A/B≤15。A是与中心线C垂直的直线由孔24的内表面30截取而出现的线段的长度。

满足2<A/B≤15为优选的理由如下。可看到以下倾向：随着A变大，除了阳螺纹22的部分之外的孔24的内表面30的径向的长度变短，因此将难以一边确保熔融部37的接合强度一边不使阳螺纹22变形地将熔融部37形成于内表面30。可看到以下倾向：随着B变大，圆筒部21的阳螺纹22容易因形成熔融部37时的热能而变形。可看到以下倾向：随着A、B变小，熔融部37的接合面积变小，因此熔融部37的接合强度变小。若2<A/B≤15，则能够不使阳螺纹22变形地确保熔融部37的接合强度。

本实施方式在将包含熔融部37、38的交点41、45中的位于径向的内侧的交点45的部分43的沿着中心线C的距离设为B(mm)时也满足2<A/B≤15。由于位于中心线C的两侧的部分39、43满足2<A/B≤15，因而能够提高熔融部37、38的强度。

孔24的大小A优选为1mm<A≤3mm。这是因为，若A为1mm以下，则难以向孔24中照射激光束而形成熔融部37、38，若A超过3mm，则难以在除了阳螺纹22的部分之外的孔24的内表面30形成熔融部37、38。

在火花塞10中，由盖26(参照图1)封闭主体配件20的前端侧，在盖26的内侧的空间29中燃料气体燃烧，其膨胀压力向盖26、圆筒部21、熔融部37、38施加。熔融部37、38需要能够经受该压力的机械强度。在火花塞10中，由于在比母材33靠圆筒部21的径向的外侧处存在熔融部37、38的部分39、43，所以能够确保熔融部37、38的强度。因此，适合于具备盖26的火花塞10。

参照图4来说明第二实施方式。在第一实施方式中，关于熔融部37、38的部分39、43与圆筒部21的内周面32相交的情况进行了说明。相对于此，在第二实施方式中，关于熔融部52、53中的与圆筒部21相接的部分54、59处于圆筒部21的外周面31与内周面32之间的情况进行说明。在第二实施方式中，关于与第一实施方式相同的部分，标注相同的附图标记而省略以下的说明。

图4是第二实施方式中的火花塞10的包含设置于圆筒部21的孔47的中心线C的剖视图。孔47设置于圆筒部21的阳螺纹22(参照图1)的位置。孔47的内表面48包含与圆筒部21的外周面31相交的第一部49、在第一部49的径向的内侧相邻的第二部50及在第二部50的内侧相邻的第三部51。第一部49处的孔47的大小比第三部51处的孔47的大小大。第二部50设置于阳螺纹22的牙底的附近。

在本实施方式中，第一部49及第三部51是圆筒面，第二部50是与中心线C垂直的平面。遍及中心线C的周围的全长地在第三部51设置有熔融部。因此，在图4中，在第三部51的中心线C的两侧分别出现熔融部52、53。孔47的第三部51在圆筒部21的径向上为恒定的大小。由此，形成熔融部52、53的激光焊接的条件容易控制。

在与第三部51相连的第二部50及第一部49处，孔47相对于第三部51扩大，因此阳螺纹22不容易受到向孔47中照射激光束而在第三部51设置熔融部52、53的激光焊接的热影响。因此，能够降低阳螺纹22的变形。

一方的熔融部52中的与圆筒部21相接的部分54是将熔融部52中的圆筒部21的径向的外侧的表面55与孔47的内表面48(第三部51)的交点56和熔融部52的径向的内侧的表面57与孔47的内表面48的交点58连结的部分(熔融部52与圆筒部21之间的界面)。部分54的一部分存在于比母材33(在本实施方式中为端面36)靠圆筒部21的径向的外侧处。交点56位于熔融部52的表面55中的径向的最外侧处。

在比母材33靠圆筒部21的径向的外侧处存在部分54。与在比接地电极25靠径向的外侧处不存在熔融部52的情况相比，部分54变长，因此能够增大与熔融部52的强度有关系的接合面积。因此，能够确保熔融部52的强度。

另一方的熔融部53中的与圆筒部21相接的部分59是将熔融部53中的圆筒部21的径向的外侧的表面60与孔47的内表面48的交点61和熔融部53的径向的内侧的表面62与孔47的内表面48的交点63连结的部分(熔融部53与圆筒部21之间的界面)。部分59的一部分存在于比母材33(在本实施方式中为端面36)靠圆筒部21的径向的外侧处。交点61位于熔融部53的表面60中的径向的最外侧处。交点56、61存在于孔47的内表面48中的比阳螺纹22(参照图1)的牙底靠径向的内侧处。

在比母材33靠圆筒部21的径向的外侧处存在部分59。与在比接地电极25靠径向的外侧处不存在熔融部53的情况相比，部分59变长，因此能够增大与熔融部53的强度有关系的接合面积。因此，能够确保熔融部53的强度。

熔融部53的交点61位于比熔融部52的交点56靠圆筒部21的径向的外侧处。在将熔融部52、53中的位于径向的外侧的交点61处的孔47的大小设为A(mm)、将包含交点61的部分59的沿着中心线C的距离设为B(mm)时满足2<A/B≤15。由此，能够不使阳螺纹22变形地确保熔融部53的接合强度。

本实施方式在将包含交点56、61中的位于径向的内侧的交点56的部分54的沿着中心线C的距离设为B(mm)时也满足2<A/B≤15。由于位于中心线C的两侧的部分54、59满足2<A/B≤15，所以能够提高熔融部52、53的强度。

【实施例】

通过实施例来进一步详细地说明本发明，但本发明不限定于该实施例。

试验者准备了在与第一实施方式中的火花塞10的圆筒部21同形的、厚度1.5mm的碳钢制的圆筒的外周设置有阳螺纹且直径为1mm～4mm的孔贯通了阳螺纹的部分的圆筒部。阳螺纹的公称直径为10mm，阳螺纹遵循JIS B8031:2006。孔为在圆筒的径向上大小恒定的圆形，孔的中心线与圆筒的中心线垂直相交。

以使圆柱的端面位于比阳螺纹的牙底靠径向的内侧处的方式将圆柱向孔放入后，向圆柱的端面照射激光束，将圆柱的整周激光焊接于圆筒。圆柱的材料为Ni基合金(NCF601)，圆柱的长度为3mm，圆柱的直径相对于孔的直径小0.1mm。由此，制作了表1所示的No.1-10的样本。

【表1】

向各样本的孔中放入销，测定了利用销向圆柱施加了去往圆筒的径向的内侧的力时的最大载荷(N)。关于样本No.1、10，由于设置于圆筒的阳螺纹变形，所以未测定最大载荷。

接着将各样本切断，利用光学显微镜取得在圆柱的包含中心线的截面出现的熔融部的图像，通过图像解析，测定了熔融部的交点处的孔的大小A(mm)、包含测定了孔的大小A的交点的熔融部中的距离B(mm)。将对大小A(圆的直径)乘以圆周率和距离B而得到的值设为熔融部的接合面积(mm²)，求出了将最大载荷除以接合面积而得到的应力(N/mm²)。

应力为对产生了破坏性的异常燃烧(所谓超级爆震)时的压力加上安全率而得到的60N/mm²以下的样本判定为良(G)，应力超过了60N/mm²的样本判定为差(P)。阳螺纹变形了的样本No.1、10也判定为差(P)。各样本的A、B、A/B、应力及判定记载于表1。

如表1所示，满足2.0<A/B≤15.0的样本No.3-8的判定为G，而A/B≤2.0的样本No.1、2及A/B>15.0的样本No.9、10的判定为P。根据实施例，揭示了：通过满足2.0<A/B≤15.0，能够降低阳螺纹的变形并且能够确保熔融部的强度。

以上，基于实施方式说明了本发明，但能够容易地推想：本发明完全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进行各种改良变形。

在实施方式中，关于孔24、47为圆形的情况进行了说明，但未必限定于此。关于孔24、47的其他的形状可例示椭圆、半圆、三角形、四边形、六边形等多边形、角带有圆弧的多边形。在孔24、47中配置的接地电极25的截面的形状根据孔24、47的形状而适当设定。

在实施方式中，关于在孔24、47的中心线C的周围连续地设置有熔融部的情况进行了说明，但未必限定于此。当然能够在孔24、47的中心线C的周围断续地设置熔融部。在孔24、47断续地设置有熔融部的情况下，在包含孔24、47的中心线C和熔融部的截面中，不一定如实施方式那样在中心线C的两侧出现熔融部，有时仅在中心线C的一方出现熔融部。

在实施方式中，关于接地电极25的母材33的端面36的一部分熔化残留的情况进行了说明，但未必限定于此。有时母材33的端面36的整体熔化成熔融部37、38、52、53而端面36消失。在母材33的端面36消失的情况下，可以说成熔融部37、38、52、53中的与圆筒部21相接的部分39、43、54、59存在于比接地电极25靠径向的外侧处的是，部分39、43、54、59的至少一部分位于比熔融部与母材33之间的界面中的最靠径向的外侧的部分靠圆筒部21的径向的外侧处的情况。

在实施方式中，关于孔24的内表面30、孔47的第三部51的大小在圆筒部21的径向上为恒定的大小的情况进行了说明，但未必限定于此。当然能够将孔的大小随着从圆筒部21的径向的外侧去往内侧而变小的所谓锥状的孔设置于圆筒部21，并在该孔中配置接地电极25。

在实施方式中，关于在圆筒部21的阳螺纹22的部分设置孔24、47的情况进行了说明，但未必限定于此。当然能够例如在圆筒部21的前端部设置没有阳螺纹22的筒状的部分，并在圆筒部21的前端部(筒状的部分)开孔而设置接地电极25。

在实施方式中，关于接地电极25中的孔24、47中的部分比距轴线O近的部分粗的情况进行了说明，但未必限定于此。当然能够使接地电极25的孔24、47中的部分的粗细和距轴线O近的部分的粗细相同。

在实施方式中，关于在中心电极15的侧面与接地电极25的前端之间设置火花间隙G的情况进行了说明，但未必限定于此。也可以将在圆筒部21设置的孔24、47的位置向前端侧错动，并且使接地电极25稍微变长，在中心电极15的前端与接地电极25的侧面之间设置火花间隙G。

在实施方式中，关于在主体配件20的前端侧配置盖26的情况进行了说明，但未必限定于此。当然能够省去盖26。

在实施方式中，关于将半球状的盖26配置于主体配件20的情况进行了说明，但未必限定于此。盖26的形状能够适当设定。关于盖26的其他的形状，可例示有底圆筒状、圆板状。

在实施方式中，关于在主体配件20焊接有盖26的情况进行了说明，但未必限定于此。当然能够准备在前端设置有盖的筒状构件，将其与主体配件20连接而形成空间29。筒状构件是前端通过盖而关闭的筒状的构件，在内周面设置有与主体配件20的阳螺纹22结合的阴螺纹。在筒状构件的外周面设置有与发动机的火花塞孔的阴螺纹结合的阳螺纹。通过将筒状构件的阴螺纹与主体配件20的阳螺纹22结合而在主体配件20的前端侧配置盖。在该盖设置贯通孔27。

将筒状构件与主体配件20连接而在主体配件20的前端侧配置盖的手段不限于将筒状构件的内周面的阴螺纹与主体配件20的阳螺纹22结合。当然能够通过其他的手段来将筒状构件与主体配件连接。作为其他的手段，例如可举出将筒状构件和主体配件通过焊接等而接合。关于筒状构件的材料，可例示Ni基合金、不锈钢等金属材料、氮化硅等陶瓷。

附图标记说明

10火花塞

15中心电极

20主体配件

21圆筒部

22阳螺纹

24、47孔

25接地电极

26盖

27贯通孔

29空间

30内表面

37、38、52、53熔融部

39、43、54、59熔融部中的与圆筒部相接的部分

41、61交点

C孔的中心线。

Claims (4)

1.一种火花塞，具备：

中心电极；

主体配件，在内侧绝缘保持所述中心电极；及

接地电极，从所述主体配件朝向所述中心电极突出，

所述主体配件具备在外周设置有阳螺纹的圆筒部，并设置有在径向上贯通所述圆筒部的孔，

在所述孔中所述接地电极经由熔融部而连接于所述圆筒部，

在包含所述孔的中心线和所述熔融部的截面中，

所述熔融部中的与所述圆筒部相接的部分存在于比所述接地电极靠所述径向外侧处。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其中，

在包含所述孔的中心线和所述熔融部的截面中，

在将所述部分与所述孔的内表面的交点处的所述孔的大小设为A(mm)、将所述部分的沿着所述中心线的距离设为B(mm)时，2<A/B≤15。

3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

所述孔在所述圆筒部的径向上为恒定的大小。

4.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中，

所述火花塞具备将所述主体配件的前端侧封闭的盖，

在所述盖设置有将由所述盖封闭的空间的内部和外部连通的贯通孔。