DE102013206071B4

DE102013206071B4 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102013206071B4
Application number: DE102013206071.8A
Authority: DE
Inventors: Tomoki Kawai; Tomoaki Kato; Keiji Ozeki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2033-04-06
Also published as: DE102013206071A1; JP2013218863A; JP5492244B2

Abstract

Zündkerze (1), die umfasst:
einen Isolator (2), der ein Schaftloch (4) aufweist, das sich in einer Richtung einer Achse (CL1) erstreckt,
eine mittige Elektrode (5), die in eine vordere Endseite des Schaftlochs (4) eingesteckt ist,
eine zylindrische Metallschale (3), die an dem Außenumfang des Isolators (2) vorgesehen ist, und
Talk (26), der zwischen dem Isolator (2) und der Metallschale (3) eingefüllt ist,
wobei der Isolator (2) einen sich verjüngenden Teil (11), der in Kontakt mit dem Talk (26) kommt und dessen Durchmesser zu der vorderen Endseite hin in der Richtung der Achse (CL1) größer wird, und einen gestuften Teil (14), der an der vorderen Endseite des sich verjüngenden Teils (11) in der Richtung der Achse (CL1) angeordnet ist, dessen Durchmesser zu der vorderen Endseite hin in der Richtung der Achse (CL1) kleiner wird und der direkt oder indirekt an der Metallschale (3) arretiert ist, umfasst,
wobei die Distanz zwischen einem Innenumfang eines vorderen Endes der Metallschale (3) und dem Isolator (2) in einer Richtung orthogonal zu der Achse (CL1) 1,5 mm oder weniger beträgt,
wobei die Distanz entlang der Achse CL1 zwischen einem vorderen Ende des sich verjüngenden Teils (11) und einem hinteren Ende des gestuften Teils (14) 22,5 mm oder mehr beträgt, und
wobei, wenn ein spitzer Winkel, zwischen
einer geraden Linie (VL1, VL2), die das hintere Ende des sich verjüngenden Teils (11) mit seinem vorderen Ende verbindet,
und einer gerade Linie (SL1) orthogonal zu der Achse (CL1) gebildet wird, durch α bezeichnet wird,
und ein spitzer Winkel, zwischen
einer geraden Linie (VL3, VL4), die das hintere Ende des gestuften Teils (14, 33, 34) mit seinem vorderen Ende verbindet,
und einer geraden Linie (SL2) orthogonal zu der Achse (CL1) gebildet wird, durch β bezeichnet wird,
, die Bedingungen „63° ≤ α ≤ 73°“, „23° ≤ β ≤ 45°“ und „93° ≤ α+β ≤ 115°“ erfüllt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, die in einem Verbrennungsmotor oder ähnlichem verwendet wird.
Eine Zündkerze ist zum Beispiel an einem Verbrennungsmotor (Motor) montiert und wird verwendet, um eine Luft-Brennstoff-Mischung in einer Verbrennungskammer zu zünden. Allgemein umfasst eine Zündkerze einen zylindrischen Isolator, der sich in der Richtung einer Achse erstreckt, eine mittige Elektrode, die in den Isolator eingesteckt ist, eine Metallschale, die an dem Außenumfang des Isolators vorgesehen ist, und eine Erdungselektrode, die an dem vorderen Endteil der Metallschale vorgesehen ist und einen Funkenentladungsspalt zwischen sich selbst und der mittigen Elektrode bildet. Weiterhin umfasst der Isolator an seinem Außenumfang einen sich verjüngenden Teil und einen gestuften Teil. Der Durchmesser des sich verjüngenden Teils wird zu der vorderen Endseite des Isolators hin größer. Der gestufte Teil ist näher an der vorderen Endseite vorgesehen als der sich verjüngende Teil, wobei der Durchmesser des gestuften Teils zu der vorderen Endseite hin kleiner wird. Weiterhin ist der Isolator direkt oder indirekt mit der Metallschale an dem gestuften Teil gesperrt.
Außerdem ist Talk zwischen der Metallschale und dem Isolator vorgesehen, um die Luftdichtigkeit zwischen der Metallschale und dem Isolator zu verbessern. Der Talk kommt in einen Kontakt mit dem sich verjüngenden Teil des Isolators an der hinteren Endseite der Metallschale (siehe zum Beispiel das Patentdokument 1). Um allgemein die Luftdichtigkeit zuverlässiger zu verbessern, wird der zwischen der Metallschale und dem Isolator angeordnete Talk durch ein vorbestimmtes Presswerkzeug gepresst, sodass die Fülldichte des Talks erhöht wird.
[Patentdokument 1] JP 2006 - 92 955 A
Weitere Zündkerzen sind in der DE 690 33 451 T2 , JP 2008-78 059 A und DE 103 01 492 A1 beschrieben.
Wenn Talk eingefüllt (gepresst) wird, wird eine Kraft auf den sich verjüngenden Teil oder den gestuften Teil des Isolators ausgeübt. Dabei besteht die Gefahr, dass der sich verjüngende Teil oder der gestufte Teil in der Radialrichtung bewegt wird und die Achse des Isolators fehlausgerichtet oder geneigt in Bezug auf die Mittenachse der Metallschale wird. Wenn die Fehlausrichtung oder Neigung der Achse auftritt, besteht die Gefahr, dass eine anormale Funkenentladung wie etwa ein lateraler Funke zwischen der mittigen Elektrode und der Metallschale auftritt. Insbesondere besteht die Gefahr, dass eine anormale Funkenentladung auftritt, obwohl die Fehlausrichtung oder Neigung einer Achse in einer Zündkerze gering ist, in welcher die Distanz zwischen dem vorderen Endteil des Isolators und dem Innenumfang des vorderen Endes der Metallschale in der Radialrichtung relativ kurz gewählt ist, um eine Reduktion des Durchmessers zu erzielen.
In den letzten Jahren wurde die Distanz entlang der Achse zwischen dem sich verjüngenden Teil und dem gestuften Teil vergrößert, um die Länge der Zündkerze zu vergrößern. Aber auch wenn die Bewegungsdistanz des sich verjüngenden Teils oder des gestuften Teils kurz ist, wird die Fehlausrichtung oder Neigung einer Achse in einer derartigen Zündkerze groß. Wenn also eine Zündkerze, in welcher die Distanz zwischen dem vorderen Endteil des Isolators und dem Innenumfang des vorderen Endes der Metallschale in der Radialrichtung relativ kurz ist und die Distanz entlang der Achse zwischen dem sich verjüngenden Teil und dem gestuften Teil relativ lang ist, hergestellt wird, müssen die Fehlausrichtung oder Neigung der Achse ausreichend unterdrückt werden, um eine anormale Entladung unabhängig davon zu unterdrücken, ob die Fehlausrichtung oder Neigung der Achse zu einer Vergrößerung neigt. Aus diesem Grund ist eine große Achsenausrichtungsgenauigkeit in der Zündkerze erforderlich.
Die Erfindung nimmt auf die vorstehend geschilderten Umstände Bezug, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, die Genauigkeit der Achsenausrichtung zwischen einer Achse eines Isolators und einer Mittenachse einer Metallschale in einer Zündkerze, in welcher die Distanz zwischen einem vorderen Endteil des Isolators und dem Innenumfang eines vorderen Endes der Metallschale in einer Radialrichtung relativ kurz ist und die Distanz entlang der Achse zwischen einem sich verjüngenden Teil und einem gestuften Teil relativ lang ist, schnell zu verbessern.
Im Folgenden werden verschiedene Aufbauten zum Erfüllen der vorstehend genannten Aufgabe beschrieben. Dabei werden auch bestimmte funktionelle Effekte der Aufbauten erläutert.
Eine Zündkerze eines Aufbaus 1 umfasst einen Isolator, der mit einem Schaftloch versehen ist, das sich in der Richtung einer Achse erstreckt, eine mittige Elektrode, die in eine vordere Endseite des Schaftlochs eingesteckt ist, eine zylindrische Metallschale, die an dem Außenumfang des Isolators vorgesehen ist, und Talk, der zwischen dem Isolator und der Metallschale eingefüllt ist. Der Isolator umfasst einen sich verjüngenden Teil, der in Kontakt mit dem Talk kommt und dessen Durchmesser zu der vorderen Endseite hin in der Richtung der Achse größer wird, und einen gestuften Teil, der an der vorderen Endseite des sich verjüngenden Teils in der Richtung der Achse angeordnet ist, dessen Durchmesser zu der vorderen Endseite hin in der Richtung der Achse kleiner wird und mit dem die Metallschale direkt oder indirekt arretiert ist. Die Distanz zwischen einem Innenumfang eines vorderen Endes der Metallschale und dem Isolator in einer Richtung orthogonal zu der Achse beträgt 1,5 mm oder weniger, und die Distanz entlang der Achse zwischen einem vorderen Ende des sich verjüngenden Teils und einem hinteren Ende des gestuften Teils beträgt 22,5 mm oder mehr. Wenn ein spitzer Winkel, der durch einen Umfang des sich verjüngenden Teils und eine gerade Linie orthogonal zu der Achse gebildet wird, durch α und ein spitzer Winkel, der durch einen Umfang des gestuften Teils und eine gerade Linie orthogonal zu der Achse gebildet wird, durch β auf einem die Achse enthaltenden Querschnitt angegeben werden, werden die folgenden Bedingungen erfüllt: „63° ≤ α ≤ 73°“, „23° ≤ β ≤ 45°“ und „93° ≤ α+β ≤ 115°“.
Wenn der Umfang des sich verjüngenden Teils eine gekrümmte Form aufweist oder durch eine Vielzahl von sich in verschiedenen Richtungen auf dem die Achse enthaltenden Querschnitt erstreckenden Liniensegmenten gebildet wird (d.h. der Umfang des sich verjüngenden Teils nicht die Form einer geraden Linie aufweist), ist der Winkel α ein spitzer Winkel, der durch eine gerade Linie zwischen dem hinteren Ende des sich verjüngenden Teils und dem vorderen Ende desselben und eine gerade Linie orthogonal zu der Achse gebildet wird. Wenn der Umfang des gestuften Teils nicht die Form einer geraden Linie auf dem die Achse enthaltenden Querschnitt aufweist, ist der Winkel β ein spitzer Winkel, der durch eine gerade Linie zwischen dem hinteren Ende des gestuften Teils und dem vorderen Ende desselben und eine gerade Linie orthogonal zu der Achse gebildet wird.
Bei dem Aufbau 1 erfüllt der Winkel α des sich verjüngenden Teils, mit dem der Talk in Kontakt kommt, die Bedingung „63° ≤ α“. Wenn also der Talk eingefüllt wird, kollabiert nicht nur die obere Seite des Talks (die hintere Endseite in der Achsenrichtung), sondern auch die untere Seite des Talks (die vordere Endseite in der Achsenrichtung) ausreichend. Deshalb kann die Partikelgröße des Talks insgesamt klein sein. Dadurch kann die Fülldichte des Talks gleichmäßig vorgesehen werden und kann zuverlässiger verhindert werden, dass eine während des Einfüllens des Talks ausgeübte Drückkraft durch den Talk verteilt oder absorbiert wird. Daraus resultiert, dass die beim Einfüllen des Talks ausgeübte Drückkraft zuverlässiger auf den sich verjüngenden Teil oder den gestuften Teil übertragen werden kann.
Weiterhin wird eine während des Einfüllens des Talks auf den sich verjüngenden Teil ausgeübte Drückkraft in eine Kraft, die parallel zu dem sich verjüngenden Teil ist, und eine Kraft, die orthogonal zu dem sich verjüngenden Teil ist und den sich verjüngenden Teil zu der Achse drückt, geteilt (siehe 9). Weil bei dem Aufbau 1 der Winkel α des sich verjüngenden Teils die Bedingung „α ≤ 73°“ erfüllt, kann weiterhin eine den verjüngenden Teil zu der Achse drückende Kraft verstärkt werden. Daraus resultiert, dass wie oben beschrieben eine Drückkraft zuverlässiger auf den sich verjüngenden Teil übertragen werden kann, indem „63° ≤ α“ erfüllt wird, und eine Bewegung des sich verjüngenden Teils in der Radialrichtung sehr effektiv unterdrückt wird.
Weiterhin wird eine während des Einfüllens des Talks auf den gestuften Teil ausgeübte Drückkraft in eine Kraft, die orthogonal zu dem gestuften Teil ist, und eine Kraft, die parallel zu dem gestuften Teil ist und den gestuften Teil zu der Achse drückt, geteilt (siehe 10). Weil bei dem Aufbau 1 die Bedingung „23° ≤ β ≤ 45°“ erfüllt wird, kann die den gestuften Teil zu der Achse drückende Kraft weiter verstärkt werden. Daraus resultiert, dass eine Drückkraft zuverlässiger auf den gestuften Teil übertragen werden kann und eine Bewegung des gestuften Teils in der Radialrichtung sehr effektiv unterdrückt werden kann.
Außerdem wird gemäß dem Aufbau 1 die Bedingung „93° ≤ α+β ≤115°“ erfüllt. Aus diesem Grund können die den verjüngenden Teil zu der Achse drückende Kraft und die den gestuften Teil zu der Achse drückende Kraft beide zuverlässig verstärkt werden. Dementsprechend kann eine Bewegung des sich verjüngenden Teils und des gestuften Teils in der Radialrichtung zuverlässiger unterdrückt werden.
Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Aufbau 1 die Genauigkeit der Achsenausrichtung zwischen der Achse des Isolators und der Mittenachse der Metallschale schnell durch die synergistische Wirkung der oben genannten funktionellen Effekte verbessert werden.
In einem Aufbau 2 umfasst die Zündkerze des Aufbaus 1 weiterhin eine ringförmige Vorderendseiten-Dichtung, die zwischen dem Isolator und der Metallschale vorgesehen ist und in einen Kontakt mit dem sich verjüngenden Teil und dem Talk kommt. Wenn die Länge des sich verjüngenden Teils entlang der Achse durch L2 (mm) angegeben wird und die Distanz entlang der Achse zwischen dem vorderen Ende des sich verjüngenden Teils und einem hinteren Ende eines Teils der Vorderendseiten-Dichtung, der in einen Kontakt mit dem sich verjüngenden Teil kommt, durch L3 (mm) angegeben wird, wird die Bedingung „L3 s 0,8 × L2“ erfüllt.
Weil bei dem Aufbau 2 die Bedingung „L3 ≤ 0,8 × L2“ erfüllt wird, kann der Talk in einen Kontakt mit einem breiteren Bereich des sich verjüngenden Teils gebracht werden. Dementsprechend kann die Kraft, die den sich verjüngenden Teil zu der Achse drückt, weiter verstärkt werden, sodass eine Bewegung des sich verjüngenden Teils in der Radialrichtung effektiver unterdrückt werden kann. Daraus resultiert, dass die Genauigkeit der Achsenausrichtung weiter verbessert werden kann.
In einem Aufbau 3 umfasst der Aufbau 2 weiterhin eine ringförmige Hinterendseiten-Dichtung, die zwischen dem Isolator und der Metallschale angeordnet ist, sodass der Talk zwischen der Hinterendseiten-Dichtung und der Vorderendseiten-Dichtung angeordnet ist. Die Vorderendseiten-Dichtung und die Hinterendseiten-Dichtung weisen beide einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei der Durchmesser der Vorderendseiten-Dichtung kleiner als der Durchmesser der Hinterendseiten-Dichtung auf dem die Achse enthaltenden Querschnitt ist.
Wenn die Dichtung durch das Einfüllen des Talks verformt wird, ist unter dem „Durchmesser der Dichtung“ der Durchmesser eines Kreises zu verstehen, der dieselbe Fläche wie die Querschnittfläche der Dichtung aufweist.
Weil bei dem Aufbau 3 der Durchmesser der Vorderendseiten-Dichtung relativ klein ist, kann der Talk in Kontakt mit dem breiteren Bereich des sich verjüngenden Teils gebracht werden. Dementsprechend kann eine Bewegung des sich verjüngenden Teils in der Radialrichtung weiter unterdrückt werden, wodurch die Genauigkeit der Achsenausrichtung weiter verbessert werden kann.
In den Aufbauten 1 bis 3 ist die Oberfläche wenigstens eines Teils des Isolators, wo der Talk an dem Außenumfang angeordnet ist, mit einer Glasurschicht bedeckt.
Bei dem Aufbau 4 ist die Oberfläche eines Teils des Isolators, wo der Talk an dem Außenumfang angeordnet ist, mit der Glasurschicht bedeckt. Dementsprechend kann eine zwischen dem Isolator und dem Talk erzeugte Reibungskraft reduziert werden und kann der Talk einfacher nach unten (zu der vorderen Endseite in der Achsenrichtung) fließen, wenn der Talk eingefüllt wird. Dadurch kann die Fülldichte des Talks gleichmäßig vorgesehen werden und kann eine beim Einfüllen des Talks ausgeübte Drückkraft zuverlässiger zu dem sich verjüngenden Teil oder dem gestuften Teil übertragen werden. Daraus resultiert, dass die Genauigkeit der Achsenausrichtung weiter verbessert werden kann.

1 ist eine teilweise im Querschnitt gezeigte Vorderansicht, die den Aufbau einer Zündkerze zeigt.
2A ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht, die den Aufbau eines sich verjüngenden Teils zeigt, und 2B ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht, die den Aufbau eines gestuften Teils zeigt.
3A und 3B sind teilweise vergrößerte Querschnittansichten, die ein anderes Beispiel des sich verjüngenden Teils zeigen.
4A und 4B sind teilweise vergrößerte Querschnittansichten, die ein anderes Beispiel des gestuften Teils zeigen.
5 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht, die eine Länge L2 und eine Distanz L3 zeigt.
6 ist eine teilweise im Querschnitt gezeigte Vorderansicht, die eine Phase eines Talkeinfüllprozesses zeigt.
7 ist eine teilweise im Querschnitt gezeigte Vorderansicht, die eine Phase des Talkeinfüllprozesses zeigt.
8 ist eine schematische Ansicht des Bodens an einem vorderen Endteil einer Zündkerze mit einer Fehlausrichtungsgröße X.
9 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Kraft zeigt, die auf den sich verjüngenden Teil ausgeübt wird.
10 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Kraft zeigt, die auf den gestuften Teil ausgeübt wird.
11 ist ein Kurvendiagramm, das die Ergebnisse eines Zentrierungsgenauigkeits-Bewertungstests zeigt, wenn L3/L2 zu verschiedenen Werten geändert wird.
12 ist ein Kurvendiagramm, das die Ergebnisse des Zentrierungsgenauigkeits-Bewertungstests zeigt, wenn eine Glasurschicht vorhanden ist oder nicht.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine teilweise im Querschnitt gezeigte Vorderansicht einer Zündkerze 1. In 1 entspricht die vertikale Richtung der Richtung einer Achse CL1 der Zündkerze 1, entspricht die untere Seite der vorderen Endseite der Zündkerze 1 und entspricht die obere Seite der hinteren Endseite der Zündkerze 1.
Die Zündkerze 1 umfasst einen Isolator 2 mit einer zylindrischen Form, eine zylindrische Metallschale 3, die den Isolator 2 hält, usw.
Isolator 2 wird auf bekannte Weise durch das Feuern von Aluminiumoxid ausgebildet. Ein Umfangsteil des Isolators 2 umfasst einen Hinterendseiten-Körperteil 10, einen sich verjüngenden Teil 11, einen Teil 12 mit einem großen Durchmesser, einen mittleren Körperteil 13, einen gestuften Teil 14 und einen langen Schenkelteil 15. Der Hinterendseiten-Körperteil 10 ist an der hinteren Endseite des Isolators 2 ausgebildet. Der sich verjüngende Teil 11 erstreckt sich von dem vorderen Ende des Hinterendseiten-Körperteils 10 zu der vorderen Endseite, wobei der Durchmesse des sich verjüngenden Teils 11 zu der vorderen Endseite hin in der Richtung der Achse CL1 größer wird. Der Teil 12 mit einem großen Durchmesser ist näher an der vorderen Endseite als der sich verjüngende Teil 11 ausgebildet und steht in einer Radialrichtung vor. Der mittlere Körperteil 13 ist näher an der vorderen Endseite ausgebildet als der Teil 12 mit einem großen Durchmesser und weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der Durchmesser des Teils 12 mit einem großen Durchmesser ist. Der gestufte Teil 14 erstreckt sich von dem vorderen Ende des mittleren Körperteils 13 zu der vorderen Endseite, wobei der Durchmesser des gestuften Teils 14 zu der vorderen Endseite in der Richtung der Achse CL1 kleiner wird. Der lange Schenkelteil 15 ist näher an der vorderen Endseite ausgebildet als der gestufte Teil 14. Außerdem sind der sich verjüngende Teil 11, der Teil 12 mit einem großen Durchmesser, der mittlere Körperteil 13, der gestufte Teil 14 und ein großer Teil des langen Schenkelteils 15 des Isolators 2 in der Metallschale 3 aufgenommen. Weiterhin ist der Isolator 2 an der Metallschale 3 an dem gestuften Teil 14 arretiert.
Weiterhin ist ein Schaftloch 4, das sich in der Richtung der Achse CL1 erstreckt, derart in dem Isolator 2 ausgebildet, dass es sich durch den Isolator 2 erstreckt, wobei eine mittige Elektrode 5 in die vordere Endseite des Schaftlochs 4 eingesteckt und dort fixiert ist. Die mittige Elektrode 5 umfasst eine innere Schicht 5A aus einem Metall (zum Beispiel aus Kupfer, einer Kupferlegierung, reinem Nickel (Ni) oder ähnlichem) mit einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und eine äußere Schicht 5B aus einer Ni als Hauptkomponente enthaltenden Legierung. Weiterhin weist die mittige Elektrode 5 insgesamt die Form eines Stabs (eine Säulenform) auf, wobei der vordere Endteil der mittigen Elektrode 5 von dem vorderen Ende des Isolators 2 vorsteht.
Weiterhin ist eine Anschlusselektrode 6 in die hintere Endseite des Schaftlochs 4 eingesteckt und dort fixiert, sodass sie von dem hinteren Ende des Isolators 2 vorsteht.
Außerdem ist ein Säulenwiderstand 7 zwischen der mittigen Elektrode 5 und der Anschlusselektrode 6 in dem Schaftloch 4 angeordnet. Beide Endteile des Widerstands 7 sind über leitende Glasdichtungsschichten 8 und 9 elektrisch mit der mittigen Elektrode 5 und der Anschlusselektrode 6 verbunden.
Weiterhin ist die Metallschale 3 aus einem Metall wie etwa einem kohlenstoffarmen Stahl mit einer zylindrischen Form ausgebildet, wobei ein Gewindeteil (männlicher Schraubteil) 16 zum Montieren der Zündkerze 1 an einer Verbrennungsvorrichtung wie etwa einem Verbrennungsmotor oder einem Reformer an der Außenumfangsfläche der Metallschale 3 ausgebildet ist. Weiterhin ist ein Sitzteil 17 an der hinteren Endseite des Schraubteils 16 derart ausgebildet, dass er zu dem Außenumfang vorsteht, und ist eine ringförmige Dichtung 19 auf einen Schraubhals 18 gepasst, der an dem hinteren Ende des Schraubteils 16 ausgebildet ist. Weiterhin ist ein Werkzeugeingreifteil 20, der einen hexagonalen Querschnitt aufweist und in den ein Werkzeug wie etwa Schraubenschlüssel eingreift, wenn die Zündkerze 1 an einer Verbrennungsvorrichtung montiert wird, an der hinteren Endseite der Metallschale 3 ausgebildet. Weiterhin ist ein Verstemmungsteil 21, der in der Radialrichtung nach innen gebogen ist, an dem hinteren Endteil der Metallschale 3 ausgebildet.
Außerdem ist ein Vorsprung 22 zum Sperren des Isolators 2 an der Innenumfangsfläche der Metallschale 3 derart ausgebildet, dass er in der Radialrichtung nach innen vorsteht. Weiterhin wird der Isolator 2 von der hinteren Endseite der Metallschale 3 zu der vorderen Endseite der Metallschale 3 in die Metallschale 3 eingesteckt und wird eine Öffnung an der hinteren Endseite der Metallschale 3 nach innen in der Radialrichtung verstemmt, sodass also der Verstemmungsteil 21 gebildet wird, während der gestufte Teil 14 des Isolators 2 an dem Vorsprung 22 arretiert ist. Dadurch wird der Isolator 2 an der Metallschale 3 fixiert. Weiterhin ist eine ringförmige Plattendichtung 23 zwischen dem gestuften Teil 14 und dem Vorsprung 22 angeordnet. Dadurch wird eine Luftdichtigkeit in einer Verbrennungskammer aufrechterhalten, sodass ein in den Zwischenraum zwischen der Innenumfangsfläche der Metallschale 3 und dem zu dem Inneren der Verbrennungskammer hin freiliegenden langen Schenkelteil 15 des Isolators 2 eingeführtes Brennstoffgas nicht nach außen leckt.
Und um die durch das Verstemmen vorgesehene hermetische Dichtung zu vervollständigen, sind eine Vorderendseiten-Dichtung 24 und eine Hinterendseiten-Dichtung 25 aus einem vorbestimmten Metall (zum Beispiel Eisen oder ähnlichem) mit einer Ringform zwischen der Metallschale 3 und dem Isolator 2 an der hinteren Endseite der Metallschale 3 vorgesehen. Ein Talkpulver 26 wird zwischen den beiden Dichtungen 24 und 25 eingefüllt.
Die Vorderendseiten-Dichtung 24 kommt in einen Kontakt mit dem sich verjüngenden Teil 11 und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf dem die Achse CL1 enthaltenden Querschnitt auf. Weiterhin ist die Hinterendseiten-Dichtung 25 näher an der hinteren Endseite angeordnet als die Vorderendseiten-Dichtung 24, wobei sie in einen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Verstemmungsteils 21 der Metallschale 3 und dem Hinterendseiten-Körperteil 10 des Isolators 2 kommt und einen kreisförmigen Querschnitt auf dem die Achse CL1 enthaltenden Querschnitt aufweist. Und nachdem der Talk 26 zwischen den beiden Dichtungen 24 und 25 angeordnet wurde, wird der Talk 26 komprimiert und eingefüllt, indem er durch ein weiter unten beschriebenes zylindrisches Talkpresswerkzeug 46 in der Richtung der Achse CL1 zu der vorderen Endseite gedrückt wird.
Weiterhin ist eine Erdungselektrode 27, deren im Wesentlichen mittlerer Teil derart gebogen ist, dass die Seitenfläche des vorderen Endteils der Erdungselektrode 27 dem vorderen Endteil der mittigen Elektrode 5 zugewandt ist, mit dem vorderen Endteil der Metallschale 3 verbunden. Weiterhin ist ein Funkenentladungsspalt 28 zwischen dem vorderen Endteil der mittigen Elektrode 5 und dem vorderen Endteil der Erdungselektrode 27 ausgebildet, wobei ein Funke in dem Funkenentladungsspalt 28 in einer Richtung entladen wird, die im Wesentlichen parallel zu der Achse CL1 ist.
Die Metallschale 3 weist in dieser Ausführungsform einen kleinen Durchmesser auf, sodass die Zündkerze 1 einen kleinen Durchmesser aufweist. Aus diesem Grund ist die Gewindegröße des Schraubteils 16 relativ klein (z.B. M12 oder weniger). Deshalb beträgt die Distanz K zwischen dem Innenumfang des vorderen Endes der Metallschale 3 und dem vorderen Endteil des Isolators 2 in der Richtung orthogonal zu der Achse CL1 1,5 mm oder weniger. Wenn also die Achse CL1 des Isolators 2 geneigt oder in Bezug auf die Mittenachse der Metallschale 3 fehlausgerichtet ist, ist die kürzeste Distanz zwischen dem Innenumfang des vorderen Endes der Metallschale 3 und dem Isolator 2 sehr kurz und kann eine anormale Entladung (ein so genannter lateraler Funke) zwischen dem vorderen Endteil der Metallschale 3 und der mittigen Elektrode 5 entlang des Isolators 2 auftreten.
Außerdem ist die Länge der Zündkerze 1 gemäß dieser Ausführungsform entlang der Achse CL1 relativ lang, sodass die Distanz L entlang der Achse CL1 zwischen dem vorderen Ende des sich verjüngenden Teils 11 und dem hinteren Ende des gestuften Teils 14 22,5 mm oder mehr beträgt. Wenn also der Talk 26 eingefüllt wird, ist die Fehlausrichtung oder Neigung der Achse relativ groß, auch wenn die Bewegungsdistanz des sich verjüngenden Teils 11 oder des gestuften Teils 14 sehr kurz ist.
Wenn wie oben beschrieben die Zündkerze 1 gemäß dieser Ausführungsform hergestellt wird, muss die Fehlausrichtung oder Neigung der Achse wesentlich unterdrückt werden, um eine anormale Entladung unabhängig davon zu unterdrücken, ob die Fehlausrichtung oder Neigung der Achse zu einer Vergrößerung neigt. Aus diesem Grund ist eine hohe Genauigkeit der Achsenausrichtung in der Zündkerze 1 erforderlich.
Deshalb weisen der Isolator 2 und die Dichtungen 24 und 25 in dieser Ausführungsform den folgenden Aufbau auf, um eine Fehlausrichtung oder ähnliches der Achse des Isolators 2 in Bezug auf die Metallschale 3 zuverlässiger zu verhindern.
Wenn ein spitzer Winkel, der durch einen Umfang OL1 des sich verjüngenden Teils 11 und eine gerade Linie SL1 orthogonal zu der Achse CL1 gebildet wird, durch α und ein spitzer Winkel, der durch einen Umfang OL2 des gestuften Teils 14 und eine gerade Linie SL2 orthogonal zu der Achse CL1 gebildet wird, durch β auf dem die Achse CL1 enthaltenden Querschnitt wie in 2A und 2B gezeigt angegeben werden (die Schraffierung des Isolators 2 ist in 2 bis 4 der Deutlichkeit halber weggelassen), werden die Bedingungen „63° ≤ α ≤ 73°“, „23° ≤ β ≤ 45°“ und „93° ≤ α+β ≤115°“ erfüllt.
Wenn der Umfang eines sich verjüngenden Teils 31 eine gekrümmte Form aufweist oder der Umfang eines sich verjüngenden Teils 32 aus einer Vielzahl von sich in verschiedenen Richtungen erstreckenden Liniensegmenten auf dem die Achse CL1 enthaltenden Querschnitt wie in 3A und 3B gezeigt besteht (d.h. der Umfang des sich verjüngenden Teils 32 nicht die Form einer geraden Linie aufweist), ist der Winkel α ein spitzer Winkel, der durch eine gerade Linie VL1 (VL2) zwischen dem hinteren Ende des sich verjüngenden Teils 31 (32) und dem vorderen Ende desselben und eine gerade Linie SL1 orthogonal zu der Achse CL1 gebildet wird.
Wenn weiterhin der Umfang eines gestuften Teils 33 eine gekrümmte Form aufweist oder der Umfang eines gestuften Teils 34 aus einer Vielzahl von sich in verschiedenen Richtungen erstreckenden Liniensegmenten auf dem die Achse CL1 enthaltenden Querschnitt wie in 4A und 4B gezeigt besteht (d.h. der Umfang des gestuften Teils 34 nicht die Form einer geraden Linie aufweist), ist der Winkel β ein spitzer Winkel, der durch eine gerade Linie VL3 (VL4) zwischen dem hinteren Ende des gestuften Teils 33 (34) und dem vorderen Ende desselben und eine gerade Linie SL2 orthogonal zu der Achse CL1 gebildet wird.
Und wenn die Länge des sich verjüngenden Teils 11 entlang der Achse CL1 durch L2 (mm) angegeben wird und die Distanz entlang der Achse CL1 zwischen dem vorderen Ende des sich verjüngenden Teils 11 und dem hinteren Ende eines Teils der Vorderendseiten-Dichtung 24, der in einen Kontakt mit dem sich verjüngenden Teils 11 kommt, wie in 5 gezeigt durch L3 (mm) angegeben wird, wird in dieser Ausführungsform die Bedingung „L3 ≤ 0,8 × L2“ erfüllt. Das heißt, dass die Länge L4 eines Teils des sich verjüngenden Teils 11, mit dem der Talk 26 in Kontakt kommt, entlang der Achse CL2 ausgebildet ist, um ausreichend groß in Bezug auf die Länge L2 zu sein.
Außerdem ist der Durchmesser D1 der Vorderendseiten-Dichtung 24 kleiner als der Durchmesser D2 der Hinterendseiten-Dichtung 25 auf dem die Achse CL1 enthaltenden Querschnitt. Wenn die Vorderendseiten-Dichtung 24 oder die Hinterendseiten-Dichtung 25 durch das Einfüllen usw. des Talks 26 verformt wird, ist unter dem „Durchmesser der Dichtung“ der Durchmesser eines Kreises zu verstehen, der dieselbe Fläche aufweist wie die Querschnittsfläche der Dichtung.
Weiterhin ist in dieser Ausführungsform der gesamte Bereich der Oberfläche des Hinterendseiten-Körperteils 10 mit einer Glasurschicht bedeckt. Es kann aber auch nur die Oberfläche eines Teils des Isolators 2, wo der Talk 26 an dem Außenumfang angeordnet ist, mit einer Glasurschicht bedeckt sein.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen der Zündkerze 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau beschrieben.
Zuerst wird die Metallschale 3 bearbeitet. Dazu wird eine annähernde Form aus einem säulenförmigen Metallmaterial (zum Beispiel einem Eisen-basierten Material oder einem Edelstahlmaterial) durch Kaltschmieden oder ähnliches erzeugt und wird ein Durchgangsloch in dem Metallmaterial ausgebildet. Danach wird eine Außenform durch Schneiden ausgebildet, sodass ein Metallschalen-Zwischenprodukt erhalten wird.
Anschließend wird eine Erdungselektrode 27, die aus einer Ni-Legierung ausgebildet ist und die Form eines geraden Stabs aufweist, an die vordere Endfläche des Metallschalen-Zwischenprodukts widerstandsgeschweißt. Weil eine so genannte Absackung auftritt, wenn das Schweißen durchgeführt wird, wird der Schraubteil 16 an einem vorbestimmten Teil des Metallschalen-Zwischenprodukts durch ein Formwälzen ausgebildet, nachdem die Absackung entfernt wurde. Dementsprechend wird die Metallschale 3 mit der daran geschweißten Erdungselektrode 27 erhalten. Weiterhin wird der hintere Endteil der erhaltenen Metallschale 3 zylindrisch ausgebildet (d.h. in einem Zustand, in dem der Verstemmungsteil 21 nicht ausgebildet ist).
Danach wird eine Zinkplattierung oder Nickelplattierung auf der Metallschale 3 mit der daran geschweißten Erdungselektrode 27 durchgeführt. Außerdem kann eine Chromatierung auf der Oberfläche der Metallschale durchgeführt werden, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Der Isolator 2 wird separat zu der Metallschale 3 ausgebildet. Zum Beispiel wird ein granuliertes Basismaterial unter Verwendung eines Basispulvers vorbereitet, das Aluminiumoxid als eine Hauptkomponente, ein Bindemittel usw. enthält, und wird ein Gummipressen unter Verwendung des granulierten Basismaterials durchgeführt, sodass ein zylindrischer Pressling erhalten wird. Weiterhin wird der erhaltene Pressling einem Schleifen für eine Formung unterzogen und wird der geformte Pressling in einem Ofen gebrannt. Auf diese Weise wird der Isolator 2 erhalten.
Weiterhin wird die mittige Elektrode 5 separat zu der Metallschale 3 und dem Isolator 2 hergestellt. Die mittige Elektrode 5 wird also erzeugt, indem ein Schmieden auf einer Ni-Legierung durchgeführt wird, die eine Kupferlegierung oder ähnliches in ihrem mittleren Teil umfasst, um die Wärmeableitung zu verbessern.
Dann werden der Isolator 2 und die mittige Elektrode 5, die wie oben beschrieben erhalten wurden, der Widerstand 7 und die Anschlusselektrode 6 durch die Glasdichtungsschichten 8 und 9 gedichtet und fixiert. Nachdem eine Mischung aus Borsilikatglas und Metallpulver in das Schaftloch 4 des Isolators 2 eingespritzt wurde, sodass die Mischung auf beiden Seiten des Widerstands 7 angeordnet ist, wird die Mischung in einem Ofen erhitzt, während die Mischung von hinten durch die Anschlusselektrode 6 gepresst wird. Dadurch wird die Mischung gebrannt, sodass die Glasdichtungsschichten 8 und 9 gebildet werden. Weiterhin wird gleichzeitig die Glasurschicht auf der Oberfläche des Hinterendseiten-Körperteils 10 des Isolators 2 gebrannt. Die Glasurschicht kann aber auch zuvor auf der Oberfläche des Hinterendseiten-Körperteils 10 ausgebildet werden.
Danach werden der Isolator 2 und die Metallschale 3, die wie oben beschrieben erzeugt wurden, durch einen Talkpressprozess fixiert.
Insbesondere wird in dem Talkpressprozess wie in 6 gezeigt, nachdem der Isolator 2 in die Metallschale 3 eingesteckt wurde, die Metallschale 3 durch eine Aufnahmebühne 41 gehalten, die aus Metall besteht und eine zylindrische Form aufweist, sodass sich die Achse CL1 in der vertikalen Richtung erstreckt. In diesem Fall ist die Metallschale 3 derart angeordnet, dass die Mittenachse der Metallschale 3 der Mittenachse der Aufnahmebühne 41 entspricht.
Weiterhin werden eine Metallschalenführung 42 und eine Isolatorführung 43, die eine zylindrische Form aufweisen, an dem unteren Teil des Innenumfangs der Aufnahmebühne 41 montiert.
Die Metallschalenführung 42 ist aus einem vorbestimmten Metallmaterial ausgebildet und wird durch ein erstes elastisches Glied 44 nach oben gedrückt, das unter der Metallschalenführung 42 vorgesehen ist und sich in der vertikalen Richtung erweitern und kontrahieren kann. Und weil wenigstens eine Innenumfangsseite einer oberen Fläche 42A der Metallschalenführung 42 mit einer sich verjüngenden Form ausgebildet ist, sodass sie allmählich zu einer hin Außenumfangsseite abfällt, kommt der Innenumfang des vorderen Endteils der Metallschale 3 in einen Kontakt mit dem sich verjüngenden Teil der oberen Fläche 42A, wenn die Metallschale 3 durch die Aufnahmebühne 41 gehalten wird. Der vordere Endteil der Metallschale 3 kommt in einen Kontakt mit der oberen Fläche 42A (dem sich verjüngenden Teil) der nach oben gedrückten Metallschalenführung 42, sodass eine relative Bewegung des vorderen Endteils der Metallschale 3 relativ zu der Aufnahmebühne 41 in der Radialrichtung beschränkt wird. Und weil eine Vertiefung (nicht gezeigt), die die Erdungselektrode 27 aufnehmen kann, an der oberen Fläche 42A der Metallschalenführung 42 ausgebildet ist, wird die Erdungselektrode 27 in der Vertiefung aufgenommen, wenn die Metallschale 3 durch die Metallschalenführung 42 gehalten wird.
Die Isolatorführung 43 ist in die Metallschalenführung 42 eingesteckt, sodass die Mittenachse der Isolatorführung 43 der Mittenachse der Metallschalenführung 42 entspricht, und ist aus einem vorbestimmten Kunstharzmaterial ausgebildet. Weiterhin ist ein zweites elastisches Glied 45, das sich in der vertikalen Richtung erweitern und kontrahieren kann, unter der Isolatorführung 43 vorgesehen, wobei die Isolatorführung 43 durch das zweite elastische Glied 45 nach oben gedrückt wird. Und weil eine obere Fläche 43A der Isolatorführung 43 mit einer sich verjüngenden Form ausgebildet ist, sodass sie allmählich zu einer Außenumfangsseite hin ansteigt, kommt der Außenumfang des vorderen Endteils des Isolators 2 in einen Kontakt mit der oberen Fläche 43A, wenn die Metallschale 3 durch die Aufnahmebühne 41 gehalten wird. Der vordere Endteil des Isolators 2 kommt in einen Kontakt mit der oberen Fläche 43A der nach oben gedrückten Isolatorführung 43, sodass eine relative Bewegung des vorderen Endteils des Isolators 2 relativ zu der Aufnahmebühne 41 in der Radialrichtung beschränkt wird. Außerdem ist ein vorstehender Teil 43B, der in der Radialrichtung nach außen vorsteht und einen größeren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Metallschalenführung 42, an einem von der Metallschalenführung 42 freigelegten Teil an der unteren Seite der Isolatorführung 43 ausgebildet. Die obere Grenzposition der Isolatorführung 43 relativ zu der Metallschalenführung 42 wird durch den vorstehenden Teil 43B gesetzt. Und weil die untere Grenzposition der Isolatorführung 43 relativ zu der Metallschalenführung 42 bis zu einem gewissen Grad eingestellt werden kann, können die Metallschalenführung 42 und die Isolatorführung 43 auch dann verwendet werden, wenn Zündkerzen 1 hergestellt werden, in denen die vorderen Enden der Isolatoren 2 mit verschiedenen Längen von der Metallschale 3 vorstehen. Und weil die Außenumfangsfläche der Metallschalenführung 42 in einen Kontakt im Wesentlichen ohne Zwischenraum mit der Aufnahmebühne 41 kommt, können sich die Metallschalenführung 42 und die Isolatorführung 43 nicht relativ zu der Aufnahmebühne 41 in der Radialrichtung derselben bewegen.
Wenn in dem Verfahren zum Herstellen der Zündkerze 1 die Metallschale 3 durch die Aufnahmebühne 41 gehalten wird, werden die Vorderendseite-Dichtung 24 und der Talk 26 in dieser Reihenfolge in einem ringförmigen Raum 51 angeordnet, der zwischen dem Isolator 2 (dem Hinterendseiten-Körperteil 10 und dem sich verjüngenden Teil 11) und der Metallschale 3 gebildet ist.
Danach wird wie in 7 gezeigt ein zylindrisches Talkpresswerkzeug 46, das sich in der Richtung der Achse CL1 (in der vertikalen Richtung) bewegen kann, nach unten bewegt, sodass der Talk 26 durch den vorderen Endteil des Talkpresswerkzeugs 46 gepresst wird. Die Hinterendseiten-Dichtung 25 kann aber auch derart zuvor auf dem Talk 26 angeordnet werden, dass der Talk 26 durch die Hinterendseiten-Dichtung 25, die zwischen dem Talkpresswerkzeug 46 und dem Talk 26 angeordnet ist, gepresst wird.
Nach dem Talkpressvorgang wird ein Teil des Talks 26, der an der hinteren Endseite in der Richtung der Achse CL1 angeordnet ist, abgeschnitten, wobei dann die Hinterendseiten-Dichtung 25 auf dem Talk 26 angeordnet wird. Anschließend werden der Isolator 2 und die Metallschale 3 aneinander fixiert. Insbesondere wird eine zu der vorderen Endseite in der Richtung der Achse CL1 gerichtete Last auf die Öffnung der hinteren Endseite der Metallschale 3 ausgeübt, um die Öffnung nach innen in der Radialrichtung zu verstemmen und auf diese Weise den Verstemmungsteil 21 zu bilden, sodass der Isolator 2 und die Metallschale 3 aneinander fixiert werden.
Schließlich wird die Erdungselektrode 27 zu der mittigen Elektrode 5 gebogen und wird die Größe des Funkenentladungsspalts 28 zwischen der mittigen Elektrode 5 und der Erdungselektrode 27 eingestellt. Auf diese Weise wird die oben genannte Zündkerze 1 erhalten.
Wie oben beschrieben, erfüllt gemäß dieser Ausführungsform der Winkel α des sich verjüngenden Teils 11, mit dem der Talk 26 in Kontakt kommt, die Bedingung „63° ≤ α“. Wenn also der Talk 26 eingefüllt wird, kollabiert nicht nur die obere Seite des Talks 26 (die hintere Endseite in der Richtung der Achse CL1), sondern auch die untere Seite des Talks 26 (die vordere Endseite in der Richtung der Achse CL1) ausreichend. Aus diesem Grund kann die Partikelgröße des Talks 26 insgesamt klein sein. Deshalb kann die Fülldichte des Talks 26 gleichmäßig vorgesehen werden und kann zuverlässiger verhindert werden, dass eine beim Einfüllen des Talks 26 ausgeübte Drückkraft durch den Talk 26 verteilt oder absorbiert wird. Die beim Einfüllen des Talks 26 ausgeübte Drückkraft kann also zuverlässiger auf den sich verjüngenden Teil 11 oder den gestuften Teil 14 übertragen werden.
Und weil der Winkel α des sich verjüngenden Teils 11 in dieser Ausführungsform die Beziehung „α ≤ 73°“ erfüllt, kann weiterhin einen den verjüngenden Teil 11 zu der Achse CL1 drückende Kraft verstärkt werden. Deshalb kann eine Drückkraft zuverlässiger auf den sich verjüngenden Teil 11 übertragen werden, indem die Bedingung „63° ≤ α“ erfüllt wird, und kann eine Bewegung des sich verjüngenden Teils 11 in der Radialrichtung sehr effektiv unterdrückt werden.
Und weil gemäß dieser Ausführungsform die Bedingung „23° ≤ β ≤ 45°“ erfüllt wird, kann eine den gestuften Teil 14 zu der Achse CL1 drückende Kraft weiter verstärkt werden. Deshalb kann eine Drückkraft zuverlässiger zu dem gestuften Teil 14 übertragen werden und kann eine Bewegung des gestuften Teils 14 in der Radialrichtung sehr effektiv unterdrückt werden.
Weiterhin wird in dieser Ausführungsform die Bedingung „93° ≤ α+β ≤ 115°“ erfüllt. Deshalb können die Drückkraft des sich verjüngenden Teils 11 zu der Achse CL1 und die Drückkraft des gestuften Teils 14 zu der Achse CL1 zuverlässiger verstärkt werden. Dementsprechend kann eine Bewegung des sich verjüngenden Teils 11 und des gestuften Teils 14 in der Radialrichtung zuverlässiger unterdrückt werden.
Wie oben beschrieben kann gemäß dieser Ausführungsform die Genauigkeit der Achsenausrichtung zwischen der Achse CL1 des Isolators 2 und der Mittenachse der Metallschale 3 durch die synergistische Wirkung der oben genannten funktionellen Effekte schnell verbessert werden.
Und weil die Bedingung „L3 ≤ 0,8 × L2“ erfüllt wird, kann der Talk 26 mit einem breiteren Bereich des sich verjüngenden Teils 11 in Kontakt kommen. Dementsprechend kann die den sich verjüngenden Teil 11 zu der Achse CL1 drückende Kraft weiter verstärkt werden, sodass eine Bewegung des sich verjüngenden Teils 11 in der Radialrichtung effektiver unterdrückt werden kann. Dadurch kann die Genauigkeit der Achsenausrichtung weiter verbessert werden.
Weiterhin weisen auf dem die Achse CL1 enthaltenden Querschnitt die Vorderendseiten-Dichtung 24 und die Hinterendseiten-Dichtung 25 einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist der Durchmesser D1 der Vorderendseiten-Dichtung 24 kleiner als der Durchmesser D2 der Hinterendseiten-Dichtung 25. Aus diesem Grund kann der Talk 26 in einen Kontakt mit dem breiteren Bereich des sich verjüngenden Teils 11 gebracht werden. Dadurch kann eine Bewegung des sich verjüngenden Teils 11 in der Radialrichtung weiter unterdrückt werden, sodass die Genauigkeit der Achsenausrichtung weiter verbessert werden kann.
Und weil die Oberfläche des Hinterendseiten-Körperteils 10 mit einer Glasurschicht bedeckt ist, kann eine zwischen dem Isolator 2 und dem Talk 26 erzeugte Reibungskraft reduziert werden und kann der Talk 26 einfacher nach unten (zu der vorderen Endseite in der Richtung der Achse CL1) fließen, wenn der Talk 26 eingefüllt wird. Dementsprechend kann die Fülldichte des Talks 26 gleichmäßig vorgesehen werden und kann eine beim Einfüllen des Talks 26 ausgeübte Drückkraft zuverlässiger auf den sich verjüngenden Teil 11 oder den gestuften Teil 14 übertragen werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Achsenausrichtung weiter verbessert werden.
Weiterhin wird in dieser Ausführungsform die relative Bewegung des vorderen Endteils des Isolators 2 relativ zu der Aufnahmebühne 41 in der Radialrichtung in dem Talkpressvorgang durch die Isolatorführung 43 beschränkt. Dementsprechend kann die Achse CL1 des Isolators 2 genauer mit der Mittenachse der durch die Aufnahmebühne 41 gehaltenen Metallschale 3 ausgerichtet werden.
Um anschießend die durch die vorstehend beschriebene Ausführungsform erhaltenen funktionellen Effekte zu bestätigen, wurde ein Zentrierungsgenauigkeits-Bewertungstest für die Isolatoren durchgeführt, wobei der Winkel α und der Winkel β zu verschiedenen Werten geändert wurden. Der Zentrierungsgenauigkeits-Bewertungstest lässt sich wie folgt zusammenfassen. Nachdem ein Isolator in eine Metallschale eingesteckt wurde und eine Vorderendseiten-Dichtung und Talk zwischen der Metallschale und dem Isolator angeordnet wurden, wird der Talk unter Verwendung eines Talkpresswerkzeugs eingefüllt (gepresst). Weiterhin wird für die erhaltene Zündkerze eine Fehlausrichtungsgröße X zwischen der Achse des Isolators und der Mittenachse der Metallschale von der vorderen Endseite aus in der Richtung der Achse gesehen wie in 8 gezeigt gemessen und wird die doppelte Fehlausrichtungsgröße X als eine Exzentrizität berechnet. Wenn die Exzentrizität 0,10 mm oder weniger beträgt, kann die Achse des Isolators sehr genau mit der Mittenachse der Metallschale ausgerichtet werden. In diesem Fall wird eine Bewertung „O“ gegeben. Wenn die Exzentrizität dagegen 0,10 mm überschreitet, ist die Genauigkeit der Achsenausrichtung etwas niedrig. In diesem Fall wird eine Bewertung „X“ gegeben.

Die Testergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben. In der Tabelle 1 steht ein numerischer Wert in Klammern für einen Wert von „α+β“. Weiterhin wird in dem Test Talk ohne Verwendung einer Isolatorführung (d.h. ohne den vorderen Endteil des Isolators zu halten) eingefüllt (dies gilt auch für die folgenden Tests). [Tabelle 1]

		Winkel α (°)
		15	60	63	70	73	75
Winkel β (°)	20	×	×	×	×	×	×
	23	×	×	× (86)	○ (93)	○ (96)	×
	30	×	×	○ (93)	○ (100)	○ (103)	×
	40	×	×	○ (103)	○ (110)	○ (113)	×
	45	×	×	○ (108)	○ (115)	○ (118)	×
	50	×	×	×	×	×	×

Aus der Tabelle 1 wird deutlich, dass die Achse des Isolators und die Mittenachse der Metallschale sehr genau miteinander ausgerichtet sind, wenn die Bedingungen „63° ≤ α ≤ 73°“, „23° ≤ β ≤ 45°“ und „93° ≤ α+β ≤ 115°“ erfüllt werden. Es ist davon auszugehen, dass dies durch die synergistische Wirkung der folgenden Gründe (1) bis (4) verursacht wird.

(1) Weil die Bedingung „63° ≤ α“ erfüllt wird, kollabiert nicht nur die obere Seite des Talks, mit der das Talkpresswerkzeug in Kontakt kommt, sondern auch die untere Seite des Talks ausreichend, wenn der Talk eingefüllt wird. Aus diesem Grund ist die Partikelgröße des Talks insgesamt klein. Dementsprechend wird die Fülldichte des Talks gleichmäßig vorgesehen und kann eine mit dem Werkzeug ausgeübte Drückkraft zuverlässiger über den Talk auf den sich verjüngenden Teil oder den gestuften Teil ausgeübt werden.
(2) Wie in 9 gezeigt (die Schraffierung des Isolators und der Metallschale sind der Deutlichkeit halber in 9 und 10 weggelassen), wird eine beim Einfüllen des Talks auf den sich verjüngenden Teil ausgeübte Drückkraft FA in eine Kraft FA1 parallel zu dem sich verjüngenden Teil und in eine gegen den sich verjüngenden Teil drückende Kraft FA2 geteilt. Weil jedoch die Bedingung „α ≤ 73°“ erfüllt wird, wird die Kraft FA2 ausreichend erhöht. Dementsprechend wird eine Bewegung des sich verjüngenden Teils in der Radialrichtung unterdrückt.
(3) Wie in 10 gezeigt, wird eine beim Einfüllen des Talks auf den gestuften Teil ausgeübte Drückkraft FB in eine Kraft FB1 orthogonal zu dem gestuften Teil und eine den gestuften Teil zu der Achse drückende Kraft FB2 geteilt. Weil jedoch die Bedingung „23° ≤ β ≤ 45°“ erfüllt wird, wird die Kraft FB2 ausreichend erhöht. Dementsprechend wird eine Bewegung des gestuften Teils in der Radialrichtung unterdrückt.
(4) Weil die Bedingung „93° ≤ α+β ≤ 115°“ erfüllt wird, werden die den sich verjüngenden Teil zu der Achse drückende Kraft FA2 und die den gestuften Teil zu der Achse drückende Kraft FB2 beide ausreichend erhöht. Dementsprechend können eine Bewegung des sich verjüngenden Teils und des gestuften Teils in der Radialrichtung zuverlässiger unterdrückt werden, sodass eine Neigung und Bewegung des gesamten Isolators unterdrückt werden.

Aus den Testergebnissen geht hervor, dass die Bedingungen „63° ≤ α ≤ 73°“, „23° ≤ β ≤ 45°“ und „93° ≤ α+β ≤ 115°“ vorzugsweise erfüllt werden, um die Genauigkeit der Achsenausrichtung zwischen der Achse des Isolators und der Mittenachse der Metallschale schnell zu verbessern.
Dann wurde der oben genannte Zentrierungsgenauigkeits-Bewertungstest für verschiedene Proben durchgeführt, wobei das Verhältnis (L3/L2) der Distanz L3 zu der Länge L2 durch eine Änderung eines Kontaktteils, an dem die Vorderendseiten-Dichtung in einen Kontakt mit dem sich verjüngenden Teil kommt, geändert wurde. Die Testergebnisse sind in 11 gezeigt.
Wie in 11 gezeigt, hat sich herausgestellt, dass die Exzentrizität ausreichend reduziert ist und die Genauigkeit der Achsenausrichtung weiter verbessert wird, wenn die Bedingung „L3/L2 ≤ 0,8“ (d.h. „L3 ≤ 0,8 × L2“) erfüllt wird. Als Grund hierfür wird angenommen, dass der Talk in Kontakt mit dem breiteren Bereich des sich verjüngenden Teils kommt und eine Bewegung des sich verjüngenden Teils in der Radialrichtung effektiv unterdrückt wird.
Aus den Testergebnissen geht hervor, dass vorzugsweise die Bedingung „L3 ≤ 0,8 × L2“ erfüllt wird, um die Achse des Isolators genauer mit der Mittenachse der Metallschale auszurichten.
Danach wurden eine Probe eines Isolators, der derart ausgebildet ist, dass die Oberfläche wenigstens eines Teils des Isolators, wo der Talk an dem Außenumfang angeordnet ist, mit einer Glasurschicht bedeckt ist (mit Glasurschicht), und eine Probe eines Isolators, der derart ausgebildet ist, dass die Oberfläche eines Teils des Isolators, wo der Talk an dem Außenumfang angeordnet ist, nicht mit einer Glasurschicht bedeckt ist (ohne Glasurschicht), erzeugt. Dann wurde der oben beschriebene Zentrierungsgenauigkeits-Bewertungstest für die entsprechenden Proben durchgeführt. Die Testergebnisse sind in 12 gezeigt.
Aus 12 geht hervor, dass die Exzentrizität weiter reduziert werden kann, wenn die Oberfläche eines Teils des Isolators, wo der Talk an dem Außenumfang angeordnet ist, mit einer Glasurschicht bedeckt ist. Als Grund hierfür wird angenommen, dass die Fülldichte des Talks gleichmäßiger vorgesehen wird und eine auf den sich verjüngenden Teil ausgeübte Kraft verstärkt wird, weil die zwischen dem Isolator und dem Talk erzeugte Reibungskraft reduziert ist und der Talk einfacher nach unten fließt, wenn der Talk eingefüllt wird.
Aus den Testergebnissen geht hervor, dass die Oberfläche wenigstens eines Teils des Isolators, wo der Talk an dem Außenumfang angeordnet ist, vorzugsweise mit einer Glasurschicht bedeckt wird, um die Achse des Isolators genauer mit der Mittenachse der Metallschale auszurichten.
Folgende Modifikationen der Erfindung sind ebenfalls möglich.

(a) Der gestufte Teil 14 ist in der oben beschriebenen Ausführungsform indirekt an der Metallschale 3 (Vorsprung 22) über die Plattendichtung 23 arretiert, wobei der gestufte Teil 14 aber auch direkt an der Metallschale 3 ohne die Plattendichtung 23 gesperrt werden kann.
(b) Der Durchmesser D1 der Vorderendseiten-Dichtung 24 ist in der oben beschriebenen Ausführungsform kleiner als der Durchmesser D2 der Hinterendseiten-Dichtung 25 auf dem die Achse CL1 enthaltenden Querschnitt, wobei der Durchmesser D1 der Vorderendseiten-Dichtung 24 jedoch auch gleich oder größer als der Durchmesser D2 der Hinterendseiten-Dichtung 25 sein kann.
(c) In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Erdungselektrode 27 mit dem vorderen Endteil der Metallschale 3 verbunden, wobei die Erfindung aber auch auf einen Fall angewendet werden kann, in dem eine Erdungselektrode durch das Abschneiden eines Teils einer Metallschale (oder eines Teils einer zuvor an die Metallschale geschweißten Vorderendseiten-Metallschale) ausgebildet wird (siehe zum Beispiel JP-A-2006-236906 ).
(d) Der Werkzeugeingreifteil 20 weist in der oben beschriebenen Ausführungsform einen hexagonalen Querschnitt auf. Die Form des Werkzeugeingreifteils 20 ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt und kann zum Beispiel eine Bi-HEX-Form (modifizierte dodekagonale Form - ISO22977: 2005 (E)) oder ähnliches aufweisen.

Claims

Zündkerze (1), die umfasst: einen Isolator (2), der ein Schaftloch (4) aufweist, das sich in einer Richtung einer Achse (CL1) erstreckt, eine mittige Elektrode (5), die in eine vordere Endseite des Schaftlochs (4) eingesteckt ist, eine zylindrische Metallschale (3), die an dem Außenumfang des Isolators (2) vorgesehen ist, und Talk (26), der zwischen dem Isolator (2) und der Metallschale (3) eingefüllt ist, wobei der Isolator (2) einen sich verjüngenden Teil (11), der in Kontakt mit dem Talk (26) kommt und dessen Durchmesser zu der vorderen Endseite hin in der Richtung der Achse (CL1) größer wird, und einen gestuften Teil (14), der an der vorderen Endseite des sich verjüngenden Teils (11) in der Richtung der Achse (CL1) angeordnet ist, dessen Durchmesser zu der vorderen Endseite hin in der Richtung der Achse (CL1) kleiner wird und der direkt oder indirekt an der Metallschale (3) arretiert ist, umfasst, wobei die Distanz zwischen einem Innenumfang eines vorderen Endes der Metallschale (3) und dem Isolator (2) in einer Richtung orthogonal zu der Achse (CL1) 1,5 mm oder weniger beträgt, wobei die Distanz entlang der Achse CL1 zwischen einem vorderen Ende des sich verjüngenden Teils (11) und einem hinteren Ende des gestuften Teils (14) 22,5 mm oder mehr beträgt, und wobei, wenn ein spitzer Winkel, zwischen einer geraden Linie (VL1, VL2), die das hintere Ende des sich verjüngenden Teils (11) mit seinem vorderen Ende verbindet, und einer gerade Linie (SL1) orthogonal zu der Achse (CL1) gebildet wird, durch α bezeichnet wird, und ein spitzer Winkel, zwischen einer geraden Linie (VL3, VL4), die das hintere Ende des gestuften Teils (14, 33, 34) mit seinem vorderen Ende verbindet, und einer geraden Linie (SL2) orthogonal zu der Achse (CL1) gebildet wird, durch β bezeichnet wird, , die Bedingungen „63° ≤ α ≤ 73°“, „23° ≤ β ≤ 45°“ und „93° ≤ α+β ≤ 115°“ erfüllt.
Zündkerze (1) nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch: eine ringförmige Vorderendseiten-Dichtung (24), die zwischen dem Isolator (2) und der Metallschale (3) vorgesehen ist und in einen Kontakt mit dem sich verjüngenden Teil (11) und dem Talk (26) kommt, wobei, wenn die Länge des sich verjüngenden Teils (11) entlang der Achse (CL1) durch L2 (mm) angegeben wird und die Distanz entlang der Achse (CL1) zwischen dem vorderen Ende des sich verjüngenden Teils (11) und einem hinteren Ende eines Teils der Vorderendseiten-Dichtung (24), die in Kontakt mit dem sich verjüngenden Teil (11) kommt, durch L3 (mm) angegeben wird, die Bedingung „L3 ≤ 0,8 × L2“ erfüllt wird.
Zündkerze (1) nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch: eine ringförmige Hinterendseiten-Dichtung (25), die zwischen dem Isolator (2) und der Metallschale (3) angeordnet ist, sodass der Talk (26) zwischen der Hinterendseiten-Dichtung (25) und der Vorderendseiten-Dichtung (24) angeordnet ist, wobei die Vorderendseiten-Dichtung (24) und die Hinterendseiten-Dichtung (25) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und der Durchmesser der Vorderendseiten-Dichtung (24) kleiner als der Durchmesser der Hinterendseiten-Dichtung (25) auf dem die Achse (CL1) enthaltenden Querschnitt ist.
Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche wenigstens eines Teils des Isolators (2), wo der Talk (26) an dem Außenumfang angeordnet ist, mit einer Glasurschicht bedeckt ist.