CN1925241A

CN1925241A - 火花塞

Info

Publication number: CN1925241A
Application number: CNA2006101277267A
Authority: CN
Inventors: 森部真衣; 铃木彰
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2026-09-01
Also published as: EP1760852A1; DE602006009741D1; CN1925241B; US7449824B2; EP1760852B1; JP2007258142A; US20070046162A1; JP4658871B2

Abstract

一种火花塞，设有金属壳和在其内支撑中心电极的陶瓷绝缘子。该陶瓷绝缘子包括：具有台阶状外表面的前部；中部；后部；以及在中部与后部之间限定的肩部。陶瓷绝缘子的中部和后部的外径差为1.8mm或更小。金属壳包括：径向向内的突出部，用于将陶瓷绝缘子的台阶状外表面保持在金属壳上；以及后端部，其弯边到陶瓷绝缘子肩部上。在弯边壳部的径向最内点与陶瓷绝缘子径向间隔开并与绝缘子肩部轴向间隔开的状态下，弯边壳部的内周面具有与绝缘子肩部保持接触的区域。

Description

火花塞

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的尤其是小直径类型的火花塞。在下文中，术语“前”是指相对于火花塞轴向的火花放电侧，术语“后”是指与前侧相反的侧。

背景技术

内燃机的火花塞一般包括金属壳和陶瓷绝缘子，在陶瓷绝缘子内绝缘地支撑中心电极和端子电极。通过将陶瓷绝缘子的台阶状外表面部安置成倚靠金属壳的突出内表面部并将金属壳的后端部弯边到陶瓷壳的肩部上，来将陶瓷绝缘子保持在金属壳内。有几种将金属壳弯边到陶瓷绝缘子上的方法。在一种弯边方法中，如日本特开2005-044627号公报中所论述的，在金属壳和陶瓷绝缘子之间填充绝缘粉末材料的情况下通过冷锻使金属壳变形。在另一种弯边方法(称作“热弯边”)中，如日本特开2003-257583号公报中所论述的，不使用绝缘粉末材料，在变形阻力小的加热条件下通过塑性成型使金属壳变形。

为了得到发动机性能例如发动机的输出和效率得到改善的更高的发动机设计灵活性程度，需要减小火花塞的尺寸(直径)。例如，减小火花塞的直径可形成更小的塞孔且允许在发动机内布置更大的水冷套和进气/排气口。此外，通过在金属壳的工具配合部上配合如塞扳手等塞子安装工具来将火花塞安装在塞孔中，从而必须控制塞孔的直径以容许塞子安装工具的外径。因此，减小工具配合部的直径对提高发动机设计的灵活性尤其有效。

然而，由于在将火花塞安装入塞孔的过程中，工具配合部受到大的扭转应变，所以不希望为了减小工具配合部的外径而减小工具配合部的厚度。为了减小工具配合部的外径而不减小工具配合部的厚度，可想到减小在轴向位置对应于工具配合部的陶瓷绝缘子的中间部的直径。在此情况下，不必改变陶瓷绝缘子后部的设计或过分地减小后绝缘部的直径，由此使得可用传统的插头线(plug cord)并防止陶瓷绝缘子破损可能性的增大。

发明内容

在陶瓷绝缘子中，在中后绝缘子部之间形成肩部。因此，当中绝缘子部的外径减小到中、后绝缘子部的外径之间只差1.8mm或更小的程度时，弯边壳部在绝缘子肩部上的覆盖率变得过低而不能将陶瓷绝缘子可靠地保持在金属壳中。这导致诸如陶瓷绝缘子滑出金属壳以及燃烧气体从金属壳和陶瓷绝缘子之间泄漏等各种问题。如果壳端部弯边到绝缘子肩部上以获得更高的覆盖率，则弯边壳部的内缘可能与陶瓷绝缘子发生接触并引起陶瓷绝缘子破损。

进而可想到如日本特开2003-257583号公报所公开的在弯边壳部和绝缘子肩部之间布置金属填料。然而，在小直径火花塞的情况下，当金属填料的内径相对于后绝缘子部的外径大时，金属填料不能被放置在金属壳内的合适位置。除非金属填料的线径(wire diameter)足够小，否则壳端部到绝缘子肩部上的弯边会被金属填料干扰。即使放置在金属壳内，在将壳端部弯边到绝缘子肩部上的过程中，这种小线径的金属填料也会成为引起陶瓷绝缘子破损的局部载荷的起因。相反地，当金属填料的内径与后绝缘子部的外径一样大时，金属填料被放置在绝缘子肩部上相对壳端部靠后的位置。壳端部不能适当地弯边到绝缘子肩部上以使在弯边壳部和绝缘子肩部之间容纳金属填料。另外，壳端部弯边到绝缘子肩部上引起压力载荷，使得倚靠绝缘子肩部的金属填料滑动并引起陶瓷绝缘子破损。

因此，本发明的一个目的是提供一种火花塞，即使在当火花塞为在陶瓷绝缘子的中、后部之间外径只有很小差异(1.8mm或更小)的小直径类型时，该火花塞仍然能将陶瓷绝缘子可靠地保持在金属壳中而不引起诸如陶瓷绝缘子破损等问题。

本发明的另一个目的在于提供一种用于制造该小直径火花塞的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种火花塞，包括：中心电极；陶瓷绝缘子，其形成有轴向通孔，在该轴向通孔内支撑该中心电极，该陶瓷绝缘子包括具有台阶状外表面的前部、外径比该前部大的中部、外径比该中部小的后部、以及在该中部和该后部之间限定的肩部，该陶瓷绝缘子的该中部和后部的外径差为1.8mm或更小；金属壳，其形成有轴向通孔，在该轴向通孔内保持该陶瓷绝缘子，该金属壳包括：用于与塞安装工具配合的工具配合部；形成在该金属壳的该轴向通孔中的径向向内的突出部，在该突出部上保持该陶瓷绝缘子的台阶状外表面；以及位于该工具配合部的后侧且弯边到该陶瓷绝缘子的上述肩部的弯边部；该弯边部的内周面，在该弯边部的径向最内点与该陶瓷绝缘子径向间隔开并与该肩部轴向间隔开的状态下，具有与该肩部保持接触的区域。

根据本发明的另一个方面，提供一种制造火花塞的方法，包括：提供陶瓷绝缘子，该陶瓷绝缘子具有：具有台阶状外表面的前部、外径比该前部大的中部、外径比该中部小的后部、以及在该中部和后部之间限定的肩部，该陶瓷绝缘子的该中部和后部的外径之差为1.8mm或更小；将中心电极固定在该陶瓷绝缘子中；将该陶瓷绝缘子插入金属壳中，使该陶瓷绝缘子的台阶状外表面靠着该金属壳的径向向内突出部；以及将该金属壳的后端部以如下方式弯边到该陶瓷绝缘子的该肩部上：在弯边壳部的径向最内点与该陶瓷绝缘子径向间隔开且与该绝缘子肩部轴向间隔开的状态下，该弯边壳部的内周面具有与该绝缘子肩部保持接触的区域。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的火花塞的部分剖面侧视图；

图2A是根据本发明一个实施例由金属壳和接地电极组成的装配组件在装配到火花塞中之前的部分剖面侧视图；

图2B是根据本发明一个实施例由陶瓷绝缘子、中心电极和端子电极组成的装配组件在装配到火花塞中之前的部分剖面侧视图；

图3A至图3D是示出根据本发明一个实施例的火花塞如何装配的示意图；

图4是示出在根据本发明一个实施例的火花塞中金属壳的弯边端部和陶瓷绝缘子的肩部之间的位置关系的放大图；

图5是图4中圆圈区域S的放大图；

图6是示出火花塞的气密性和弯边壳部在绝缘子肩部上的覆盖率之间的关系的测试结果图；

图7是示出火花塞的气密性和弯边壳部与绝缘子肩部的接触率之间的关系的测试结果图；

图8是示出金属壳的绝缘子保持力和弯边壳部与绝缘子肩部的接触率之间的关系的测试结果图；

图9是示出陶瓷绝缘子的抗破损性和弯边壳部与绝缘子肩部的接触率之间的关系的测试结果图；

图10是示出火花塞的气密性和弯边壳部相对于绝缘子肩部的角度之间的关系的测试结果图；

图11是示出金属壳的绝缘子保持力和弯边壳部相对于绝缘子肩部的角度之间的关系的测试结果图；

图12是示出陶瓷绝缘子的抗破损性和弯边壳部相对于绝缘子肩部的角度之间的关系的测试结果图；

图13是示出火花塞的气密性和金属壳的铁基合金材料的碳含量之间的关系的测试结果图；

图14是示出金属壳的绝缘子保持力和金属壳的铁基合金材料的碳含量之间的关系的测试结果图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明。

如图1、图2A和图2B所示，根据本发明一个示例性实施例的内燃机的火花塞100包括中心电极10、端子电极20、陶瓷绝缘子30、接地电极40和金属壳50。

中心电极10具有由诸如铬镍铁合金(Inconel)等镍合金材料制成的基本上柱状的电极体，并设置有：带凸缘(flanged)的后端部11；芯12，其由铜合金材料制成，且沿火花塞100的轴线O的方向(以下称作“轴向”)嵌在电极体的中心以提高导热性；以及尖端13，其由诸如Pt合金或Ir合金材料等贵金属合金材料制成，且接合到电极体的前端以提高火花放电能力和耐磨性。端子电极20设有腿部21。中心电极10和端子电极20彼此同轴布置，并被分别支撑在陶瓷绝缘子30的前侧和后侧，在该中心电极10和端子电极20之间布置电阻构件6和玻璃密封构件5。

接地电极40具有由镍合金材料制成并接合到金属壳50的前端的基本上矩形的电极体、以及由诸如Pt合金或Ir合金材料等贵金属合金材料制成并接合到电极体前端部以提高火花放电能力和耐磨性的尖端43。接地电极体以基本上直角弯曲成使得电极尖端13和43彼此面对且在该二者之间留下火花放电间隙G。尽管图中未示出，接地电极40也可具有由铜合金材料制成并嵌入电极体的芯。

通过模压绝缘陶瓷粉末(诸如氧化铝或氮化铝粉末)和粘合剂的混合物、用磨石研磨模制品并烧结所得的模制品，陶瓷绝缘子30形成为具有轴向通孔31的基本上圆筒形，且设置有前部34、中部32、后部35和肩部321。前绝缘子部34具有朝前的台阶状外表面33、在台阶状外表面33的前侧上延伸以暴露于发动机中的燃烧气体的腿36、以及限定在腿36的后侧的通孔31中以将中心电极10的带凸缘的后端部11保持其上的朝后的台阶状内表面37。在这里，使通孔31在台阶状内表面37前侧上的直径小于在台阶状内表面37后侧上的直径。后绝缘子部35具有基本上恒定的外径N。中绝缘子部32从前和后绝缘子部34和35径向向外突出，并具有比前和后绝缘子部34和35的外径大的外径。在本实施例中，如图2B所示，中绝缘子部32包括：第一圆筒部322；第二圆筒部324，其位于第一圆筒部322的前侧，且使其外径大于第一圆筒部322的外径；第三圆筒部325，其位于第二圆筒部324的前侧，且使其外径小于第一圆筒部322的外径；以及凹槽323，其在第一和第二圆筒部322和324之间切成，且向前绝缘子部34变细。此外，在本实施例中，通常将第一圆筒部322的外径视为中绝缘子部32的外径M。绝缘子肩部321在后绝缘子部35和中绝缘子部32的第一圆筒部322之间的位置处形成为锥形，以便从后绝缘子部35到中绝缘子部32的第一圆筒部322逐渐增大外径。

通过塑性成型和精加工(例如切削)铁基合金材料，金属壳50形成为具有轴向通孔57的基本上圆筒形，且设置有螺纹部51、塞连接部52和工具配合部53。通过在金属壳50的外前表面上滚丝形成螺纹部51，该螺纹部51将被旋入发动机的塞孔。塞连接部52在螺纹部51的后侧径向向外突出，以被安装在发动机气缸头的塞安装部上，在该塞连接部52的配合表面和发动机气缸头的塞安装部的配合表面之间布置密封圈8以使火花塞100密封发动机气缸头。工具配合部53形成在塞连接部52的后侧，用于与诸如塞扳手等工具配合以将火花塞100安装入塞孔。金属壳50在塞连接部52和工具配合部53之间的部分被制成厚度小且在陶瓷绝缘子30安装于金属壳50中的过程中弯曲。在这里，通孔57包括两部分：轴向位置对应于螺纹51的小直径部54和从塞连接部52贯穿至金属壳50后端地在该小直径部54的后侧上延伸的大直径部56。

如图1和2A所示，金属壳50具有设置在通孔57的小直径部54前侧中的径向向内的突出部55，以便在台阶状绝缘子表面33和壳突出部55之间布置板片密封垫7的状态下将陶瓷绝缘子30的台阶状外表面33保持在金属壳50上，以提供金属壳50和陶瓷绝缘子30之间的气体密封。如图1和图2A所示，金属壳50在工具配合部53的后侧上还具有小厚度的后端部60，该后端部60弯边到绝缘子肩部321上以便通过弯边壳部60覆盖或罩住绝缘子肩部321，由此在来自弯边壳部60的压力下保持陶瓷绝缘子30。

通过该布置，陶瓷绝缘子30上的局部载荷随着弯边壳部60和绝缘子肩部321之间的接触面积的增加而减小。因此，弯边壳部60和绝缘子肩部321之间达到更大的接触面积有效地阻止陶瓷绝缘子30的破损发生。(参见图4。)然而，如果弯边壳部60的径向最内点Tin(位于弯边壳部60的内圆周上离火花塞轴线O最近的位置)与陶瓷绝缘子30发生接触，则陶瓷绝缘子30从点Tin开始破损的可能性很大。

因此，如图4和图5所示，为了防止在陶瓷绝缘子30中发生破损，将火花塞100构造成使弯边壳部60的最内点Tin径向和轴向地离开陶瓷绝缘子30。换句话说，金属壳部60形成(设计)为：弯边壳部60的最内点Tin位于沿火花塞100的径向离绝缘子肩部321的外周面(或后绝缘子部35的外周面)距离α且沿火花塞100的轴向离绝缘子肩部321的外周面距离β的位置。

当将火花塞100设计为小直径火花塞，其中中绝缘子部32的外径M和后绝缘子部35的外径N之差为1.8mm或更小(特别地，例如1.2mm或更小)时，陶瓷绝缘子30容易破损。然而，在本实施例中，即使在火花塞100被设计为该小直径火花塞时，通过使弯边壳部60的最内点Tin离开陶瓷绝缘子30，也能阻止陶瓷绝缘子30中破损的发生。

为了更有效地阻止陶瓷绝缘子30中破损的发生，优选控制径向和轴向间隔距离α和β满足关系α＜β。更优选控制径向间隔距离α为0.05mm或更大并控制轴向间隔距离β为0.15mm或更大。

此外，当火花塞100为小直径类型时，在弯边壳部60和绝缘子肩部321之间布置金属填料可成为陶瓷绝缘子30破损的原因。因此，为了防止陶瓷绝缘子30发生破损，在本实施例中不在弯边壳部60和绝缘子肩部321之间布置金属填料。

考虑到陶瓷绝缘子30通过弯边壳部60和绝缘子肩部321的接触被压力保持在金属壳50中，可能看起来弯边壳部60不需要具有与绝缘子肩部321不接触的部分(包括其最内点Tin)。然而，当弯边壳部60设置这样的非接触部分时，弯边壳部60的强度增加，使得弯边壳部60变得可以保持其形状以将陶瓷绝缘子30可靠地保持在金属壳50内，由此维持金属壳50和陶瓷绝缘子30之间良好的气密性。出于该原因，还优选适当地控制弯边壳部60在绝缘子肩部321上的覆盖率和弯边壳部60与绝缘子肩部321的接触率。当火花塞100为后绝缘部35的外径N为11mm或更小以及工具配合部53的尺寸小于HEX14(14mm六边形)的小直径类型时，不仅弯边壳部60的最内点Tin与陶瓷绝缘子30的间隔，而且对弯边壳部60在绝缘子肩部321上的覆盖率和弯边壳部60与绝缘子肩部321之间的接触率的控制，对于将陶瓷绝缘子30可靠地保持在金属壳50中以维持金属壳50和陶瓷绝缘子30之间的良好气密性都特别有效，而不引起陶瓷绝缘子30中的破损。

更具体地，如图4所示，弯边壳部60的内周面601包括两个区域：保持为直接接触绝缘子肩部321的接触区域602和不与绝缘子肩部321接触的非接触区域603。当从通过火花塞轴线O和弯边壳部60的最内点Tin的截面看时，接触区域602的宽度§A在此定义为在通过接触区域602和非接触区域603的边界C且与火花塞轴线O平行地延伸的直线Lc与中绝缘子部32的(在本实施例中，第一圆筒部322的)外周面322f的母线Lout之间的径向距离。如果中绝缘子部32的外周面322f的母线相对于火花塞轴线O非常倾斜，则认为直线Lout是通过接触区域602的径向外边界B平行于火花塞轴线O地延伸的直线。当从通过火花塞轴线O和弯边壳部60的最内点Tin的截面看时，非接触区域603的宽度§B定义为从直线Lc到通过弯边壳部60的最内点Tin平行于火花塞轴线O地延伸的直线LTin的径向距离。此外，当从通过火花塞轴线O和弯边壳部60的最内点Tin的截面看时，绝缘子肩部321的宽度§C定义为从直线Lout到后绝缘子部35的外周面的母线的延伸线Ly的径向距离。需要注意的是，绝缘子肩部321的宽度§C对应于中绝缘子部32的外半径和后绝缘子部35的外半径之差，即，中绝缘子部32的外径M和后绝缘子部35的外径N之差的一半。

优选将弯边壳部60在绝缘子肩部321上的覆盖率(§A+§B)/§C控制为50％或更大。当覆盖率(§A+§B)/§C为50％或更大时，可将陶瓷绝缘子30可靠地保持在金属壳50中，并在金属壳50和陶瓷绝缘子30之间保持足够的气密性，而不会因为弯边壳部60施加到绝缘子肩部321上的压力减小而发生问题(诸如陶瓷绝缘子30滑出金属壳50以及从金属壳50和陶瓷绝缘子30之间泄漏气体)。为了确保避免弯边壳部60的最内点Tin与陶瓷绝缘子30发生接触，还优选将覆盖率(§A+§B)/§C控制为90％或更小。

此外，优选地将弯边壳部60与绝缘子肩部321的接触率§A/§C控制为25％至60％。当接触率§A/§C为25％或更大时，接触区域602确保足够大的面积，使得可以将陶瓷绝缘子30可靠地保持在金属壳50中，并在金属壳50和陶瓷绝缘子30之间保持足够的气密性，而不会因为弯边壳部60施加到绝缘子肩部321上的压力减小而发生问题(诸如陶瓷绝缘子30滑出金属壳50以及从金属壳50和陶瓷绝缘子30之间泄漏气体)。当接触率§A/§C为60％或更小时，可使弯边壳部60的最内点Tin足够远离陶瓷绝缘子30并确保避免陶瓷绝缘子30中破损的发生。

如图5所示，为了将陶瓷绝缘子30可靠地保持在金属壳50中且不引起陶瓷绝缘子30破损，还优选地满足关系10°≤θ≤25°，其中θ为两直线Lip和Lit之间的狭角(narrow angle)；直线Lip从边界C通过位于直线LTin和Lc中间的直线Lm与绝缘子肩部32的外周面的交点Ip延伸；直线Lit从边界C通过直线Lm与弯边壳部60的内周面601的交点It延伸。(在图5中，弯边壳部60和陶瓷绝缘子30的可见轮廓由粗实线表示。)值得注意的是，角度θ近似等于弯边壳部60的内周面601和绝缘子肩部321的外周面之间在边界C处形成的狭角。当角度θ为10°或更大时，弯边壳部60的最内点Tin可从陶瓷绝缘子30充分地间隔开，以确保防止陶瓷绝缘子30发生破损。然而，如果角度θ过分增大，则弯边壳部60的最内点Tin在轴向上变得过于远离绝缘子肩部321。从而因为弯边壳部60施加到绝缘子肩部321上的压力减小而发生问题(诸如因为弯边壳部60施加到绝缘子肩部321上的压力减小而发生陶瓷绝缘子30滑出金属壳50以及从金属壳50和陶瓷绝缘子30之间泄漏气体)。当角度θ为25°或更小时，可将陶瓷绝缘子30可靠地保持在金属壳50中而不引起由弯边壳部60施加到绝缘子肩部321的压力减小而导致的问题。

例如，可制造具有以下示例尺寸的火花塞100：M＝11.6mm，N＝10.5mm，§A＝0.2mm，§B＝0.2mm，§C＝(M-N)/2＝0.55mm，(§A+§B)/§C＝0.73(73％)，§A/§C＝0.36(36％)，α＝0.08mm，β＝0.2mm和θ＝17°。此外，在本实施例中，工具配合部53可以是Bi-HEX14型(14mm双六边形)。

当火花塞100为小直径类型时，金属壳50厚度和直径通常被减小。因此，为了提供足够的壳强度并易于成型，优选将金属壳100的铁基合金材料的碳含量控制为0.15％至0.35％。碳含量为0.15％至0.35％的铁基合金材料的例子是诸如S45C和S35C等钢材料以及不锈合金(stainless alloy)。如果碳含量低于0.15％，厚度和直径减小的金属壳50可能不能达到足够的强度。如果碳含量超过0.35％，厚度和直径减小的金属壳50的韧性和抗冲击性过低。另外，铁基合金材料的硬度变高，从而金属壳50不能容易地成型为期望的形状。

以下将参考图3说明火花塞100的装配过程。

通过所谓的玻璃密封处理将中心电极10、端子电极20和陶瓷绝缘子30装配在一起成为单元。可如下进行该玻璃密封处理。首先，将中心电极10插入陶瓷绝缘子30的通孔31以使中心电极10的带凸缘后端部11靠着陶瓷绝缘子30的台阶状内表面37。接着，在陶瓷绝缘子30的通孔31中依次填充第一玻璃密封材料、电阻材料和第二玻璃密封材料。第一和第二玻璃密封材料均为玻璃粉末和金属粉末的混合物。电阻材料也是玻璃粉末和金属粉末的混合物但具有不同的混合比。将端子电极20插入陶瓷绝缘子30的通孔31以将端子电极20的腿部21嵌入第二玻璃密封材料中。将所得的绝缘子子装配单元在炉中加热到预定温度。在加热期间将端子电极20推至适当的位置。当从炉中取出绝缘子子装配单元时，第一和第二玻璃密封材料和电阻材料变硬以分别形成玻璃密封构件5和电阻构件6。这样，通过该构件5和构件6，将中心电极10和端子电极20电连接(electrical continuity)地固定在陶瓷绝缘子30中。

在上述玻璃密封处理之前或同时，如图2B中交叉阴影线所示，通过在陶瓷绝缘子30从绝缘子后端到第一圆筒部322的部分上涂覆、干燥和烧结釉料(例如硼硅酸盐玻璃)浆而形成釉层301。

另一方面，通过将接地电极40的后端电阻焊接到金属壳50的前端，将接地电极40和金属壳50装配在一起成为单元。尽管在图中未示出镀层，在去除焊接滴出物后，对所得的壳子装配单元进行电镀(例如镀锌或镀镍)。

如图3A所示，将壳子装配单元放在装配夹具中，使金属壳50的塞连接部52靠着装配夹具的塞保持架800。然后，在板片密封垫7布置在台阶状绝缘子表面33和壳突出部55之间的状态下，将绝缘子子装配单元插入金属壳50的通孔57中，以将陶瓷绝缘子30的台阶状外表面33装在靠着金属壳50的内向突出部55的位置。

如图3B所示，以陶瓷绝缘子30的肩部321位于金属壳50后端的前侧的方式临时固定陶瓷绝缘子30。

如图3C所示，使用弯边夹具810，将金属壳50的后端部60临时地弯边到陶瓷绝缘子30的肩部321上。然后，如图3D所示，通过所谓的热弯边处理，即，通过在经由塞保持架800和弯边夹具810从电源给金属壳50通电的同时将弯边夹具810向下推到金属壳50上，将金属壳50的后端部60适当地弯边到陶瓷绝缘子30的肩部321上。

最后，以在电极尖端13和43之间形成火花放电间隙G的方式弯曲接地电极40。

以下将参考下列例子更具体地说明本发明。然而需注意的是下列例子只是示意性的，并不意在将本发明限定于此。

试验1

通过改变金属壳50的后端部60的长度(如在弯边加工之前所测量的)以相同的上述方式制造火花塞100的五个类型的样品(每个类型5个样品，总共25个样品)。样品所使用的塞组件是普通火花塞的组件。此外，使用相同的弯边夹具通过施加25N·m的紧固扭矩进行弯边加工，以使所有的样品都得到相同的弯曲程度(角度)。表1列出了样品的尺寸。

如下测试各个样品在金属壳50和陶瓷绝缘子30之间的气密性。在试样中，在塞连接部52和工具配合部53之间的位置处穿过金属壳50制造气孔以与通孔57连通。从试样前侧以1.5MPa的气压向试样中注入气流，在逐渐加热试样的同时监测每分钟通过气孔泄漏的气体量。当气体泄漏超过10cc/min时，判断为不可能通过填料7维持金属壳50和陶瓷绝缘子30之间的气密性。在判断时，将金属壳50的塞连接部52的配合表面温度确定为金属壳50和陶瓷绝缘子30之间的气密性的量度。表1和图6示出了试验结果。(在图6中，点旁边的数字表示样品类型。)

从表1和图6可知，当覆盖率(§A+§B)/§C为50％或更大时，即使在相当高的温度条件下，也能将塞的气密性维持在足够的程度。

表1

样品类型	塞尺寸			平均气体泄漏温度[℃]
	塞尺寸				(§A+§B)[mm]	§C[mm]	(§A+§B)/§C[％]
	1	0.150	0.400		(§A+§B)[mm]	§C[mm]	(§A+§B)/§C[％]	38	168.5
2	1	0.150	0.400	0.200	0.400	50	270.2	38	168.5
2	3	0.250	0.400	0.200	0.400	50	270.2	62	285.2
4	3	0.250	0.400	0.293	0.400	73	283.5	62	285.2
4	5	0.300	0.400	0.293	0.400	73	283.5	75	280.3

试验2

虽然将所有试样的金属壳50的后端部60设置为相同长度，但是使用不同的弯边夹具改变弯边壳部60的形状和弯边壳部60的接触区域602的面积来进行弯边加工，除此之外，以与试验1相同的方式制造火花塞100的七种类型的样品(每个类型5个样品，总共35个样品)。表2列出了样品的尺寸。

以和试验1中相同的方式测试试样的金属壳50和陶瓷绝缘子30之间的气密性。表2和图7示出了试验结果。(在图7中，点旁边的数字表示样品类型。)

还如下测试样品的弯边壳部60保持陶瓷绝缘子30的力。通过将螺纹51旋入样品台的螺纹垂直通孔中，把试样固定在样品台上，以使陶瓷绝缘子30的前端在样品台的上表面上暴露。压力构件向下压到陶瓷绝缘子30的暴露端上，以在陶瓷绝缘子30上施加逐渐增大的载荷。在绝缘子30不被弯边壳部60保持的状态下，恰在绝缘子30从金属壳50分离之前施加到绝缘子30的载荷(称作“绝缘子分离载荷”)被确定为绝缘子保持力的量度。表2和图8示出了试验结果。(在图8中，点旁边的数字表示样品类型。)

从表2和图7可知，当接触率§A/§C为25％或更大时，即使在相当高的温度条件下，也能将塞的气密性维持在足够的程度。此外，从表2和图8可知，当接触率§A/§C为25％或更大时，绝缘子保持力可提高到相当高的程度。

表2

样品类型	塞尺寸			平均气体泄漏温度[℃]	平均分离载荷[kN]
	塞尺寸					§A[mm]	§C[mm]	§A/§C[％]
	6	0.04	0.40			§A[mm]	§C[mm]	§A/§C[％]	10	180.5	5.876
7	6	0.04	0.40	0.07	0.40	18	220.3	6.516	10	180.5	5.876
7	8	0.10	0.40	0.07	0.40	18	220.3	6.516	25	270.5	7.186
9	8	0.10	0.40	0.15	0.40	36	290.2	7.489	25	270.5	7.186
9	10	0.16	0.40	0.15	0.40	36	290.2	7.489	40	298.2	7.576
11	10	0.16	0.40	0.18	0.40	45	297.6	7.530	40	298.2	7.576
11	12	0.20	0.40	0.18	0.40	45	297.6	7.530	50	296.3	7.582

试验3

以与试验2中相同的方式制造火花塞100的七种类型的样品(每种类型5个样品，总共35个样品)。表3列出了试样的尺寸。

为了评价陶瓷绝缘子30的抗破损性，根据JIS B7722如下对样品进行夏比(Charpy)测试。通过在火花塞的前端朝下的状态下将螺纹旋入样品台的螺纹垂直通孔中，把试样固定在样品台上。绕火花塞轴线O上火花塞100上方的点枢轴地紧固锻锤。将锻锤的头升到一定高度，然后，释放使之自由落下，以与陶瓷绝缘子30的位于距绝缘子后端1mm左右的位置的部分碰撞。通过以给定度数逐渐增加锻锤头的升高角度来重复上述试验过程。根据陶瓷绝缘子破损时锻锤头升高的角度，确定陶瓷绝缘子30的破损能量作为绝缘子抗破损性的量度。表3和图9示出试验结果。(在图9中，点旁边的数字表示样品类型。)

从表3和图9可知，当接触率§A/§C为60％或更小时，绝缘子抗破损性可被提高到相当高的程度。

表3

样品类型	塞尺寸			平均破损能量[J]
	塞尺寸				§A[mm]	§C[mm]	§A/§C[％]
	13	0.15	0.40		§A[mm]	§C[mm]	§A/§C[％]	36	0.7880
14	13	0.15	0.40	0.18	0.40	45	0.7693	36	0.7880
14	15	0.20	0.40	0.18	0.40	45	0.7693	50	0.7693
16	15	0.20	0.40	0.24	0.40	60	0.7029	50	0.7693
16	17	0.26	0.40	0.24	0.40	60	0.7029	65	0.5823
18	17	0.26	0.40	0.29	0.40	73	0.4248	65	0.5823
18	19	0.33	0.40	0.29	0.40	73	0.4248	82	0.2672

试验4

除采用不同形状的弯边夹具改变弯边壳部60的弯曲程度(角度)来进行弯边加工外，以与试验1和2中相同的方式制造火花塞100的五种类型的样品(每个类型5个样品，总共25个样品)。表4列出了样品的尺寸。

以和试验1和2中相同的方式测试样品的在金属壳50和陶瓷绝缘子30之间的气密性。表4和图10示出了试验结果。(在图10中，点旁边的数字表示样品类型。)

还以和试验2中相同的方法测试样品的弯边壳部60保持陶瓷绝缘子30的力。表4和图11示出了试验结果。(在图11中，点旁边的数字表示样品类型。)

从表4和图10可知，当角度θ为25°或更小时，在相当高的温度条件下也可维持塞的气密性。从表4和图11可知，当角度θ为25°或更小时，绝缘子的保持力可被提高到相当高的程度。

表4

样品类型	塞尺寸	平均气体泄漏温度[℃]	平均分离载荷[kN]
	塞尺寸			角度θ[°]
	20			角度θ[°]	18	280.0	7.530
21	20	21	285.3	7.576	18	280.0	7.530
21	22	21	285.3	7.576	25	280.5	7.318
23	22	30	200.3	6.516	25	280.5	7.318
23	24	30	200.3	6.516	34	168.5	5.876

试验5

以与试验4中相同的方式制造火花塞100的五种类型的样品(每个类型5个样品，总共25个样品)。表5列出了样品的尺寸。

为了评价陶瓷绝缘子30的抗破损性，以与试验3中相同的方式对样品进行夏比测试。测试结果见表5和图12。(在图12中，点旁边的数字表示样品类型。)

从表5和图12可知，当角度θ为10°或更大时，绝缘子抗破损性可被提高到相当高的程度。

表5

样品类型	塞尺寸	平均破损能量[J]
	塞尺寸		角度θ[°]

25	6	0.4248
25	6	0.4248	26	8	0.5837
27	10	0.6812	26	8	0.5837
27	10	0.6812	28	18	0.7693
29	21	0.7693	28	18	0.7693

试验6

除金属壳50的铁基材料的碳含量如表6所示地变化外，以与试验1、2和4中相同的方式制造火花塞100的六种类型的样品(每个类型5个样品，总共30个样品)。

以和试验1、2和4中相同的方式测试样品在金属壳50和陶瓷绝缘子30之间的气密性。测试结果见表6和图13。(在图13中，点旁边的数字表示样品类型。)

还以和试验2和4中相同的方法测试样品弯边壳部60保持陶瓷绝缘子30的力。测试结果见表6和图14。(在图14中，点旁边的数字表示样品类型。)

从表6和图13可知，当金属壳材料的碳含量为0.15％或更大时，即使在相当高的温度条件下也可将塞的气密性维持在足够的程度。此外，从表6和图14可知，当金属壳材料的碳含量为0.15％或更大时，绝缘子的保持力可被提高到相当高的程度。

表6

样品类型	壳材料	平均气体泄漏温度[℃]	平均分离载荷[kN]
	壳材料			碳含量[％]
	30			碳含量[％]	0.08	150.6	5.876
31	30	0.10	175.2	6.516	0.08	150.6	5.876
31	32	0.10	175.2	6.516	0.12	200.2	6.813
33	32	0.15	220.5	7.086	0.12	200.2	6.813
33	34	0.15	220.5	7.086	0.25	250.5	7.530
35	34	0.35	260.2	7.582	0.25	250.5	7.530

如上所述，在本发明中，即使当火花塞100为小直径类型时，通过使弯边壳部60的最内点Tin离开陶瓷绝缘子30，并将覆盖率(§A+§B)/§C、接触率§A/§C、角度θ和金属壳材料的碳含量控制在特定范围内，也能将陶瓷绝缘子30可靠地保持在金属壳50中，并维持金属壳50和陶瓷绝缘子30之间良好的气密性，而不引起陶瓷绝缘子30中的破损。

日本专利申请2005-254211号(2005年9月1日提交)、2006-048684号(2006年2月24日提交)以及2006-187505号(2006年7月7日提交)的整个内容包含于此以供参考。

尽管已参考本发明的示例性实施例说明了本发明，本发明不限于以上特定的示例性实施例。本领域技术人员可根据以上示例对上述实施例进行各种修改和变型。例如，金属壳部60也可通过冷锻(不加热的塑性成型)弯边到绝缘子肩部321上。尽管在以上实施例中，在中绝缘子部32中设置凹槽323和不同直径的圆筒部322、324和325，中绝缘子部32可不形成为这样的台阶式结构。后绝缘子部35也可以不是恒定的外直径(即，后绝缘子部35的外周面的母线可不平行于火花塞轴线O)。在该情况下，如图4所示，以在垂直于火花塞轴线O的方向通过弯边壳端60的最后端点D延伸的平面Lx来测量后绝缘子部35的外直径N。此外，绝缘子肩部321也可形成为锥形。本发明的范围根据所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种火花塞，包括：

中心电极；

陶瓷绝缘子，其形成有轴向通孔，在所述轴向通孔内支撑所述中心电极，所述陶瓷绝缘子包括具有台阶状外表面的前部、外径比所述前部大的中部、外径比所述中部小的后部、以及在所述中部和所述后部之间限定的肩部，所述陶瓷绝缘子的所述中部和后部的外径差为1.8mm或更小；

金属壳，其形成有轴向通孔，在所述轴向通孔内保持所述陶瓷绝缘子，所述金属壳包括：用于与塞安装工具配合的工具配合部；形成在所述金属壳的所述轴向通孔中的径向向内的突出部，在所述突出部上保持所述陶瓷绝缘子的台阶状外表面；以及位于所述工具配合部的后侧且弯边到所述陶瓷绝缘子的所述肩部的弯边部；所述弯边部的内周面，在所述弯边部的径向最内点与所述陶瓷绝缘子径向间隔开并与所述肩部轴向间隔开的状态下，具有与所述肩部保持接触的区域。

2.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述陶瓷绝缘子的所述后部的外径为11mm或更小。

3.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述金属壳的所述弯边部和所述陶瓷绝缘子的所述肩部满足关系0.5≤(§A+§B)/§C和0.25≤§A/§C≤0.6，其中，当从通过所述火花塞的轴线和所述弯边部的径向最内点的截面看时，§A是从所述陶瓷绝缘子的所述中部的外母线到通过所述区域的径向最内点平行于所述火花塞轴线地延伸的第一假想线之间的径向距离；§B是从所述第一假想线到通过所述弯边部的径向最内点平行于所述火花塞轴线地延伸的第二假想线之间的径向距离；§C是所述陶瓷绝缘子的所述中部和后部的外半径之差。

4.根据权利要求3所述的火花塞，其特征在于，所述金属壳的所述弯边部和所述陶瓷绝缘子的所述肩部满足关系10°≤θ≤25°，其中θ为第三和第四假想线之间的狭角；所述第三假想线从所述区域的径向最内点延伸通过位于所述第一和第二假想线中间的第五假想线与所述绝缘子肩部的外周面的交点；所述第四假想线从所述区域的径向最内点延伸通过所述第五假想线与所述弯边部的内周面的交点。

5.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述金属壳由具有0.15％至0.35％的碳含量的铁基合金材料制成。

6.根据权利要求1所述的火花塞，其特征在于，所述弯边部的径向最内点位于径向距所述陶瓷绝缘子第一距离且轴向距所述绝缘子肩部第二距离的位置；所述第一距离小于所述第二距离。

7.根据权利要求6所述的火花塞，其特征在于，所述第一距离为0.05mm或更大；所述第二距离为0.15mm或更大。

8.一种制造火花塞的方法，包括：

提供陶瓷绝缘子，所述陶瓷绝缘子具有：具有台阶状外表面的前部、外径比所述前部大的中部、外径比所述中部小的后部、以及在所述中部和后部之间限定的肩部，所述陶瓷绝缘子的所述中部和后部的外径之差为1.8mm或更小；

将中心电极固定在所述陶瓷绝缘子中；

将所述陶瓷绝缘子插入金属壳中，使所述陶瓷绝缘子的台阶状外表面靠着所述金属壳的径向向内突出部；以及

将所述金属壳的后端部以如下方式弯边到所述陶瓷绝缘子的所述肩部上：在弯边壳部的径向最内点与所述陶瓷绝缘子径向间隔开且与所述绝缘子肩部轴向间隔开的状态下，所述弯边壳部的内周面具有与所述绝缘子肩部保持接触的区域。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：在所述弯边过程中，使所述弯边壳部和所述绝缘子肩部满足关系0.5≤(§A+§B)/§C和0.25≤§A/§C≤0.6，其中，当从通过所述火花塞的轴线和所述弯边壳部的径向最内点的截面看时，§A是从所述陶瓷绝缘子的所述中部的外母线到通过所述区域的径向最内点平行于所述火花塞轴线地延伸的第一假想线之间的径向距离；§B是从所述第一假想线到通过所述弯边壳部的径向最内点平行于所述火花塞轴线地延伸的第二假想线之间的径向距离；§C是所述陶瓷绝缘子的所述中部和后部的外半径之差。