內燃機用火花塞及火花塞的製造方法
2023-05-31 16:32:26
專利名稱：內燃機用火花塞及火花塞的製造方法
技術領域：
本發明涉及用於內燃機的火花塞及該火花塞的製造方法。
背景技術：
火花塞被安裝到例如內燃機並且用於點燃燃燒室內的混合氣。通常，火花塞包括絕緣體，其具有軸向孔；中心電極，其穿過軸向孔的前端側；金屬殼，其設置於絕緣體的外周；以及接地電極，其設置於金屬殼的前端部並且在中心電極和接地電極之間形成火花放電間隙。此外，通常，金屬殼包括工具接合部，當金屬殼被安裝到內燃機等時，工具等被接合於該工具接合部；和座部，其相對於內燃機的發動機缸蓋(engine head)直接安裝或經由墊圈等間接安裝。然而，金屬殼和絕緣體通過壓緊(clamp)而固定然後組裝。更具體地，在絕緣體被插入到筒狀的金屬殼中的情況下，由環狀的模具在金屬殼的後端側開口沿著軸線方向施加載荷。由此，金屬殼的後端側開口向徑向內側彎曲而變成與絕緣體的向徑向外側膨出的大直徑部接合的壓緊部，由此，金屬殼和絕緣體被組裝。此外，作為壓緊時的固定方法，已知所謂的熱壓緊(例如，參見專利文獻1)。換句話說，在由模具施加載荷的狀態下，經由模具對金屬殼通電加熱，並且位於金屬殼的工具接合部和座部之間的較薄中間部被加熱。由此，當中間部的變形阻力小時，中間部受到上述載荷而向內屈曲。之後，處於熱膨脹狀態的中間部冷卻並且收縮，使得金屬殼的壓緊部處於與絕緣體的大直徑部強力接合的狀態；由此，絕緣體和金屬殼被強力地組裝。[現有技術文獻][專利文獻][專利文獻1]日本特開2003-332021號公報
發明內容
然而，由於隨著收縮而產生的應力殘留於中間部，所以，隨著火花塞的使用，在中間部處產生應力腐蝕裂紋，並且存在氣密性和耐久性將被破壞的擔憂。應力腐蝕裂紋可能由於中間部的內周處的歸因於水汽凝結的腐蝕而產生。本發明的發明人密切地觀察中間部的內周部處的應力腐蝕裂紋的產生原因並且認識到伴隨著壓緊加工，在中間部的內周形成朝向徑向外側凹陷的部分(凹部)。換句話說，應力集中於凹部，結果，產生應力腐蝕裂紋。作為本發明的發明人的進一步觀察的結果，明顯的是，伴隨著壓緊加工，當中間部具有僅向徑向外側膨出的形狀時形成凹部。本發明的某些方面的優點是提供如下的火花塞和該火花塞的製造方法，在該火花塞中，中間部朝向徑向內側和徑向外側膨出，使得能夠防止凹部的形成，並且進一步可靠地防止在中間部中產生應力腐蝕裂紋。下面，說明用於解決上述問題的各構造。當需要說明效果時，將說明與構造對應的特有的操作效果。
構造1一種內燃機用火花塞，其包括筒狀的絕緣體，其沿軸線方向延伸；和筒狀的金屬殼，其被固定到所述絕緣體的外周，其中，所述金屬殼包括凸緣部，其朝向徑向外側膨出；工具接合部，工具能被接合到所述工具接合部，以將所述金屬殼安裝到所述內燃機；和中間部，其位於所述凸緣部和所述工具接合部之間，所述中間部具有朝向徑向內側和徑向外側二者膨出的膨出部，所述中間部具有第一薄部和第二薄部，所述第一薄部是在所述軸線方向上位於所述膨出部的後端側的部位中最薄的部分，所述第二薄部是在所述軸線方向上位於所述中間部的所述膨出部的前端側的部位中最薄的部分，所述膨出部具有最膨出部，所述最膨出部是最向徑向內側膨出的部位，在包括所述軸線的截面中，假設F是所述第一薄部和所述第二薄部之間的沿著所述軸線的距離，G是所述最膨出部的相對於連接所述第一薄部的徑向最內側的部位和所述第二薄部的徑向最內側的部位的假想線朝向徑向內側膨出的膨出量，F和G的單位均為mm，則滿足下式(1) 0. 00 < G/F彡0. 18. . . (1)。根據上述構造1，由於中間部具有朝向徑向內側膨出的形狀，因此，能夠抑制在內周部中形成凹部，從而進一步可靠地防止在中間部的內周部中產生應力腐蝕裂紋。此外，G/F彡0. 18，使得防止中間部的膨出部相對於中間部沿著軸線的長度朝向徑向內側過度膨出。因此，能夠抑制施加到中間部的收縮應力極度增大，並且能夠進一步抑制腐蝕裂紋的產生。此外，要求膨出部使得不形成能夠作為內周部中的應力腐蝕裂紋的起點的凹部。因此，如圖6所示，即使膨出部71朝向徑向內側和徑向外側膨出，在內周部中形成凹部72也不是優選的。構造2根據構造1的內燃機用火花塞，其中，滿足0.00 <G/F彡0.15。根據上述構造2，能夠進一步抑制施加到中間部的收縮應力的增大，並且能夠進一步抑制在中間部中產生應力腐蝕裂紋。構造3根據構造1或2的內燃機用火花塞，其中，假設El是所述第一薄部的維氏硬度，E2是所述第二薄部的維氏硬度，E3是所述最膨出部的維氏硬度，El、E2和E3的單位均為Hv，則至少滿足下式⑵和⑶中的任一方20 ≤ |E1-E3|. . . (2)20 ≤ |Ε2-Ε3 | …(3)。中間部在通電加熱之後被冷卻，然而，中間部處於根據冷卻條件進行淬火和退火的狀態，結果，存在如下擔憂在各中間部處可能產生硬度差。在中間部處產生較大硬度差的情況下，由於應力集中在產生硬度差的部分，所以可能更容易產生應力腐蝕裂紋。在這方面，根據上述構造3，在最膨出部與第一和第二薄部之間存在諸如20Ην以上的較大硬度差的情況下，存在進一步產生應力腐蝕裂紋的擔憂，然而，即使在由於硬度差而容易產生應力腐蝕裂紋的情況下，也可以通過採用構造1等來有效地抑制應力腐蝕裂紋的產生。換句話說，在中間部處可能產生較大硬度差的情況下，構造1等特別有意義。構造4根據構造1至3中的任一種構造的內燃機用火花塞，其中，在與所述軸線正交的截面中，假設所述第一薄部的截面積和所述第二薄部的截面積中的較小一方是H，H的單位是mm2，貝丨J H彡35。要求收縮應力保持在預定值以上，以充分地確保金屬殼和絕緣體之間的氣密性。然而，近年來，對於火花塞的小徑化存在如下需求隨著火花塞的小徑化，中間部的截面積變得較小。當中間部的截面積變小時，所施加的單位截面積的應力變大，並且可能容易進一步產生應力腐蝕裂紋。在這方面，根據上述構造4，由於第一薄部的截面積和第二薄部的截面積中的較小一方的截面積(換句話說，中間部的最薄壁部的截面積)較小，例如為35mm2以下，因此，存在將進一步產生應力腐蝕裂紋的擔憂，然而，通過採用構造1等能夠消除該擔憂。換句話說，在中間部被形成為較薄的情況下，構造1等是特別有意義的。此外，在中間部根據下述構造5-7薄時，構造1等有效地起作用。構造5根據構造4的內燃機用火花塞，其中，H彡31. 2。根據上述構造5，中間部的最薄部的截面積變為31. 2mm2,並且存在將進一步產生應力腐蝕裂紋的擔憂，然而，通過採用構造1等，能夠有效地抑制應力腐蝕裂紋的產生。構造6根據構造4的內燃機用火花塞，其中，H彡26. 4。根據上述構造6，存在將進一步產生應力腐蝕裂紋的擔憂，然而，通過採用構造1等，能夠顯著有效地抑制應力腐蝕裂紋的產生。構造7根據構造4的內燃機用火花塞，其中，H彡19.4。如在構造7中那樣，即使在中間部的最薄部的截面積非常小、例如為19. 4mm2以下，並且存在將進一步產生應力腐蝕裂紋的擔憂的情況下，根據由於構造1等而存在的操作效果，也能夠顯著有效地抑制應力腐蝕裂紋的產生。構造 8一種火花塞的製造方法，所述火花塞包括筒狀的絕緣體，其沿軸線方向延伸；和筒狀的金屬殼，其被固定到所述絕緣體的外周，其中，所述金屬殼包括中間部，所述中間部具有朝向徑向外側膨出的彎曲形狀的外周面，所述製造方法包括當所述絕緣體和所述金屬殼彼此固定時，在所述絕緣體貫穿所述金屬殼的狀態下沿著所述軸線方向對所述金屬殼的後端側施力；對至少所述中間部進行通電加熱；使所述中間部壓縮、壓扁和變形；使所述金屬殼的後端開口向徑向內側彎曲；形成壓緊部；使所述絕緣體和所述金屬殼彼此固定；在所述施力中，假設Q是所述中間部的膨出到徑向最外側的部位的溫度達到600°C時的施力，P是在所述部位的溫度達到600°C的前述步驟中當電流值是所述部位達到600°C時施加到所述中間部的電流值的50%時的施力，Q和P的單位是N，則滿足P < Q。此外，在施加交流電並且中間部被通電加熱的情況下，可以用「當電流值是所述部位達到600°C時初始施加到所述中間部的電流值的最大振幅的50%時」來置換「當電流值是所述部位達到600°C時施加到所述中間部的電流值的50%時」。在中間部開始變形之前施加到金屬殼的力較大的情況下，中間部變為在中間部開始變形之後容易朝向徑向外側膨出的形狀(例如，朝向徑向外側稍微彎曲的形狀)。因此，
6當中間部被加熱到能變形的溫度時，存在中間部將僅朝向徑向外側膨出的擔憂。在這方面，根據上述構造8，施加到金屬殼的力被控制成滿足P < Q，其中，Q是所述中間部的膨出到徑向最外側的部位的溫度達到600°C (換句話說，中間部的屈曲變形基本上完成)時的施力，P是在所述部位的溫度達到600°C的前述步驟中當電流值是所述部位達到600°C時施加到所述中間部的電流值的50% (換句話說，通電開始)時的施力。換句話說，以增大從通電開始到中間部的屈曲變形完成期間的施力的方式進行壓緊加工。因此，由於在開始屈曲變形之前施加的力P較小，所以進一步可靠地防止了在中間部開始變形之前中間部變為容易朝向徑向外側膨出的形狀。因此，中間部不僅朝向徑向外側膨出而且能夠朝向徑向內側膨出，從而能夠控制在中間部的內周部形成凹部。結果，進一步可靠地防止了在中間部產生應力腐蝕裂紋，從而能夠在製造火花塞時實現優異的氣密性和耐久性。構造 9根據構造8的火花塞的製造方法，其中，滿足P彡0. 8Q。根據上述構造9，由於在開始變形之前施加到金屬殼的力進一步減小，所以中間部能夠進一步可靠地朝向徑向內側和徑向外側膨出。結果，能夠進一步實現優異的氣密性和耐久性。構造10根據構造8或9的火花塞的製造方法，其中，當所述中間部開始變形時，所述中間部的溫度為350°C以上1100°C以下。此外，「在中間部開始變形時」是指「在開始通電之後中間部開始沿徑向膨出時」。根據上述構造10，在中間部被充分地加熱到例如350°C以上的步驟中間部開始變形。因此，中間部能夠進一步朝向徑向內側膨出，從而能夠進一步可靠地防止應力腐蝕裂紋的產生。要求較大的電流流到金屬殼，使得中間部的溫度達到1100°C以上。然而，當電流增大時，存在如下擔憂在金屬殼和通電加壓用的模具之間產生放電，從而將產生壓緊加工的故障。因此，當中間部開始變形時，中間部的溫度優選為1100°C以下。構造11根據構造8至10中的任一構造的火花塞的製造方法，其中，具有與所述壓緊部對應的彎曲面的筒狀的模具沿著所述軸線移動，使得對所述金屬殼的後端部施加所述施力，假設所述模具的與所述金屬殼接觸的部位被投影到與所述軸線正交的平面，並且該投影部分的面積為S，S的單位是mm2，則滿足P/S彡5N/mm2。根據上述構造11，關於間接地示出模具的與金屬殼接觸的部位的面積的投影面積S和從模具施加到金屬殼的施力P，二者的關係被設定成滿足P/S ^ 5。因此，由於模具和金屬殼以較大的壓力接觸，因此，能夠防止模具和金屬殼之間的放電，從而進一步可靠地進行從模具到金屬殼的通電。結果，中間部能夠進一步可靠地變形為朝向徑向內側和徑向外側膨出的期望形狀。構造12根據構造8至11中的任一構造的火花塞的製造方法，其中，當進行所述通電加熱時，所述中間部的最高溫度為600°C以上1300°C以下。根據上述構造12，由於中間部被加熱到容易變形的溫度，所以，中間部能夠進一步可靠地變形。此外，中間部被加熱到600°C以上，使得由於中間部處的熱收縮而產生的殘留應力能夠充分地產生，從而能夠充分地確保火花塞的氣密性。同時，中間部的加熱溫度為1300°C以下，使得能夠防止中間部軟化，並且進一步可靠地防止了中間部的破損(裂紋)或形狀的不穩定。構造13根據構造8至12中的任一構造的火花塞的製造方法，其中，所述中間部的沿著所述軸線的變形量為0. 2mm至1. 0mm。根據上述構造13，由於中間部的沿著軸線的變形量為0. 2mm以上，所以中間部能夠朝向徑向內側充分地膨出，從而能夠有效地抑制在中間部的內周部形成凹部。此外，由於中間部的沿著軸線的變形量為1. Omm以下，使得中間部不過度膨出，因此，能夠進一步可靠地防止在中間部處殘留過度應力。結果，可以認為能夠抑制凹部的形成，使得能夠進一步可靠地抑制應力腐蝕裂紋的產生。構造14根據構造8至13中的任一構造的火花塞的製造方法，其中，基於所述中間部的沿著所述軸線的變形量來控制施加到所述金屬殼的後端部的力。根據上述構造14，由於基於中間部的變形量來控制施加到金屬殼的後端部的力，所以中間部能夠進一步可靠地變形為期望形狀。結果，能夠在製造火花塞時進一步可靠地實現優異的氣密性和耐久性。構造15根據構造8至13中的任一構造的火花塞的製造方法，其中，基於所述中間部的沿著所述軸線的變形量來控制對所述金屬殼的後端部施力的夾具的沿著所述軸線的移動量。根據上述構造15，中間部能夠進一步可靠地變形為期望形狀，從而能夠在製造火花塞時進一步可靠地增強優異的氣密性和耐久性。
圖1是示出火花塞的構造的部分剖切正面圖。圖2是示出金屬殼的中間部等的部分放大截面圖。圖3的(a)和(b)是以部分剖切的方式示出壓緊加工的放大正面圖。圖4是示出硬度差與效果率之間的關係的圖。圖5是示出截面積與效果率之間的關係的圖。圖6是示出具有不適當的膨出部的金屬殼的部分放大截面圖。
具體實施例方式下面，將參照
實施方式。圖1是示出內燃機用火花塞(下面稱為「火花塞」)1的構造的部分剖切正面圖。將以圖1的上下方向作為火花塞1的軸線CLl方向、圖1的下側作為火花塞1的前端側、圖1的上側作為火花塞的後端側進行說明。火花塞1由作為絕緣體的筒狀的絕緣子2和保持絕緣子2的筒狀的金屬殼3構成。如現有技術所已知的那樣，通過煅燒氧化鋁等而形成絕緣子2，絕緣子2的外形部包括後端側筒部10，其形成於後端側；大直徑部11，其在比後端側筒部10靠前端側的位置朝向徑向外側進一步突出地形成；中間主體部12，其在比大直徑部11靠前端側的位置以比大直徑部11的直徑小的直徑形成；和腿部13，其在比中間主體部12靠前端側的位置以比中間主體部12的直徑小的直徑形成。此外，絕緣子2的大直徑部11、中間主體部12和大部分腿部13容納在金屬殼3內。直徑朝向軸線CL方向的前端側減小的錐狀的臺階部14形成於腿部13和中間主體部12之間的連接部，絕緣子2在臺階部14處接合到金屬殼3。此外，軸向孔4沿著軸線CLl貫穿並形成於絕緣子2，中心電極5被插入並固定於軸向孔4的前端側。中心電極5由內層5A和外層5B構成，內層5A由銅或銅合金製成，外層5B由鎳(Ni)作為主要成分的Ni合金製成。此外，中心電極5整體上為棒狀(圓柱狀)，中心電極5的前端部從絕緣子2的前端突出。此外，由貴金屬合金(例如，銥合金)形成的圓柱狀的貴金屬電極頭31被焊接到中心電極5的前端部。此外，端子電極6以從絕緣子2的後端突出的狀態被插入並固定於軸向孔4的後端側。此外，圓柱狀的電阻器7被配置在軸向孔4內的中心電極5和端子電極6之間。電阻器7的兩端部相應地經由導電玻璃密封層8和9電連接到中心電極5和端子電極6。另外，金屬殼3由諸如低碳鋼等金屬形成為筒狀，螺紋部(陽螺紋部)15形成在金屬殼3的外周面，以將火花塞1安裝到發動機缸蓋。此外，凸緣部16在螺紋部15的後端側的外周面向徑向外側膨出，環狀的墊圈18被插入到螺紋部15的後端的螺紋頭17。此外，具有六邊形截面的工具接合部19被設置於金屬殼3的後端側，當火花塞1安裝到發動機缸蓋時，工具接合部19與諸如扳手等工具接合，保持絕緣子2的壓緊部20被設置於後端部。此外，中間部41形成於金屬殼3的凸緣部16和工具接合部19之間(中間部41將在稍後說明)，中間部41具有向徑向外側膨出的彎曲狀的外周。在本實施方式中，火花塞1具有較小的直徑(例如，螺紋部15的螺紋直徑等於或小於M12)，於是，金屬殼3也具有小直徑。此外，直徑朝向軸線CLl的前端側減小的臺階部21以與絕緣子2接合的方式形成於金屬殼3的內周面。由此，絕緣子2從金屬殼3的後端側插入到前端側。在絕緣子2從金屬殼3的後端側插入到前端側並且絕緣子2的臺階部14接合到金屬殼3的臺階部21的狀態下，通過所謂的熱壓緊使中間部41屈曲並且形成壓緊部20，使得絕緣子2被保持於金屬殼3。此外，壓緊部20具有與臺肩部23 —致的形狀，於是，壓緊部20被接合到臺肩部23，該臺肩部23為臺階狀並且位於大直徑部11的後端側。環板狀的密封件22介於兩個臺階部14和21之間。因此，維持了燃燒室的氣密性，進入突出在燃燒室內的絕緣子2的腿部13與金屬殼3的內周面之間的間隙的燃料-空氣混合氣等不會洩漏到外部。由Ni合金形成並且中間部彎曲的接地電極27被焊接到金屬殼3的前端面26。由貴金屬合金(例如，鉬合金)形成的圓柱狀的貴金屬電極頭32被焊接到接地電極27的頂端部，並且貴金屬電極頭32的頂端面與貴金屬電極頭31的前端面相對。由此，在貴金屬電極頭31和32之間形成火花放電間隙33，並且在基本上沿著軸線CLl的方向上進行火花放電 ο接著，將說明中間部41。如圖2所示，中間部41具有膨出部42、第一薄部43和第二薄部44。膨出部42形成於中間部41的在軸線CLl方向上的大致中央部，並且膨出部42具有向徑向內側和徑向外側二者膨出的形狀。此外，第一薄部43位於膨出部42的在軸線CLl方向上的後端側，並且第一薄部43形成為中間部41的位於膨出部42的後端側的最薄部分。此外，第二薄部44位於膨出部42的在軸線CLl方向上的前端側，並且第二薄部44形成為中間部41的位於膨出部42的前端側的最薄部分。此外，中間部41形成為當F(mm)是第一薄部43和第二薄部44之間的沿著軸線CLl方向的距離，並且G (mm)是膨出部42的向徑向內側膨出最大的最膨出部42M相對於連接部位IPl和部位IP2的假想線VL向徑向內側的膨出量時，滿足0. 00 < G/F ( 0. 18，其中，部位IPl位於第一薄部43的徑向最內側，部位IP2位於第二薄部44的徑向最內側。另外，在與軸線CLl正交的截面中，當H(mm2)是第一薄部43和第二薄部44中的截面積較小的一方的截面積時，截面積變為H ( 35。換句話說，隨著金屬殼3的小徑化，中間部41形成為較薄。中間部41在如下所述的壓緊加工(熱壓緊)期間被通電加熱，並且在通電加熱之後被自然地冷卻。由此，中間部41可以處於由於中間部41的冷卻速度而進行淬火和退火的狀態。在本實施方式中，當中間部41被冷卻時，不特別地進行溫度調節，於是，在中間部41的各部分能夠產生較大的硬度差。換句話說，在本實施方式中，可以獲得如下的中間部41 當El (Hv)是第一薄部43的維氏硬度，E2 (Hv)是第二薄部44的維氏硬度並且E3 (Hv)是最膨出部42M的維氏硬度時，該中間部41滿足公式20 < E1-E3和20 < E2-E3中的任一方。接著，將說明如上面的說明那樣構造的火花塞1的製造方法。通過成型加工而獲得絕緣子2。例如，使用包括粘接劑和作為主要成分的氧化鋁的原料粉末，製作成型用基礎造粒材料(basis agglomerated material)，並且利用模具進行橡膠加壓成型，從而獲得筒狀的成型體。由此，對所獲得的成型體的外形進行研磨加工，然後進行煅燒加工，從而獲得絕緣子2。此外，中心電極5與絕緣子2分開地製造。換句話說，對銅合金配置在中央以增強散熱性的Ni合金進行鍛造加工，由此製造中心電極5。接著，通過雷射焊接等將貴金屬電極頭31焊接到中心電極5的前端面。從而，用玻璃密封層8和9使如上所述獲得的絕緣子2和中心電極5以及電阻器7和端子電極6彼此密封和固定，從而中心電極5被安裝到絕緣子2。通常混合和製備硼矽酸鹽玻璃和金屬粉末作為玻璃密封層8和9。在玻璃密封層8和9被插入到絕緣子2的軸向孔4中使得玻璃密封層8和9夾持電阻器7之後，在從後側對端子電極6施力的狀態下在燃燒爐內燒制和固定玻璃密封層8和9。此時，可以在絕緣子2的後端側筒部10的表面同時燒制釉層，或者可以預先形成釉層。其次，預先加工金屬殼3。換句話說，通過對圓柱狀的金屬材料(例如，諸如S17C或S25C等鋼系材料或不鏽鋼材料)進行冷鍛加工而形成通孔，於是形成大致形狀。之後，進行切削加工，形成外形，通過在預定部位進行滾壓加工而形成螺紋部15，於是獲得金屬殼的中間體。此外，對金屬殼的中間體進行鍍鋅或鍍鎳。此外，可以對表面進行鉻酸鹽加工，以增強耐腐蝕性。之後，直棒狀的接地電極27被電阻焊接到金屬殼的中間體的前端面。當進行焊接時，產生所謂的「流掛(sagging) 」，使得在移除「流掛」之後，通過在金屬殼的中間體的預定部位進行滾壓加工而形成螺紋部15。因此，獲得被焊接到接地電極27的金屬殼3。此外，對焊接到接地電極27的金屬殼3進行鍍鋅或鍍鎳。此外，可以對表面進行鉻酸鹽加工，以增強耐腐蝕性。在進行鍍敷之後，移除覆蓋與接地電極27的至少彎曲部對應的部分的鍍層。之後，如上所述，分別形成的包括中心電極5和端子電極6的絕緣子2以及包括接地電極27的金屬殼3被固定。當進行固定時，進行所謂的熱緊固。換句話說，如圖3的(a)所示，金屬殼3的前端側被插入到第二模具52中，使得金屬殼3被第二模具52保持。此外，在壓緊加工之前，中間部41是不向徑向外側和徑向內側膨出的筒狀。接著，從金屬殼3的上側安裝第一模具51。第一模具51具有筒狀並且包括壓緊成形部51f，該壓緊成形部51f具有與壓緊部20的形狀對應的彎曲面。此外，在壓緊加工時，當與金屬殼3接觸的部分沿著軸線CLl方向投影到與軸線CLl正交的平面時，第一模具51形成為使得投影部分的面積具有預定面積S (例如，90mm2)。接著，通過預定的電源裝置(未示出)經由第一模具51對金屬殼3(中間部41)進行通電加熱，金屬殼3被第一模具51和第二模具52夾持，並且沿著軸線CLl方向對金屬殼3施加預定的力。因此，金屬殼3的後端側開口向徑向內側壓緊，由此形成壓緊部20。此外，當中間部41被通電加熱到預定溫度(例如，350°C以上1100°C以下)並且中間部41的變形阻力變得較小時，通過從模具51和52施加的力而開始使中間部41屈曲變形。此時，模具51和52被控制成使得施加到金屬殼3的力增大，直到中間部41的屈曲變形完成為止。換句話說，施加到金屬殼3的力被控制成滿足P < Q (例如，P彡0. 8Q)，其中，Q (N)是當中間部41的膨出到徑向最外側的部位的溫度達到600°C時(換句話說，當中間部41的屈曲變形幾乎完成時)的施力，P(N)是在中間部41的膨出到徑向最外側的部位的溫度達到600°C的前述步驟中當電流為所述部位達到600°C時的電流的50%時(換句話說，當開始通電時)的施力。結果，如圖3的(b)所示，變形後的中間部41以使得中間部41不是僅向徑向外側膨出而是向徑向外側和徑向內側二者都膨出的方式屈曲變形。在本實施方式中，基於中間部41的沿軸線CLl的變形量來控制從模具51和52施加到金屬殼3的施力，中間部41的沿軸線CLl的變形量變為0. 2mm以上1. Omm以下。另夕卜，對中間部41進行通電加熱，使得中間部41的最高溫度達到600°C以上1300°C以下。在完成對中間部41的通電加熱之後，處於熱膨脹狀態的中間部41被自然冷卻並且中間部41沿軸線CLl方向收縮，接合到臺肩部23的壓緊部20對臺肩部23施加朝向前端側的力。從而，形成於絕緣子2的外周面的臺階部14和形成於金屬殼3的內周面的臺階部21達到強力的接合狀態，由此，絕緣子2和金屬殼3被強力地固定。接著，在移除接地電極27的前端部的鍍層之後，通過電阻焊接等將貴金屬電極頭32焊接到接地電極27的頂端部。最後，朝向中心電極5彎曲接地電極27，並且貴金屬電極頭31和32之間的火花放電間隙33的尺寸被控制成使得能夠獲得上述火花塞1。如上所述，根據本實施方式，施加到金屬殼3的力被控制成滿足P < Q，其中，Q是當中間部41的膨出到徑向最外側的部位的溫度達到600°C時(換句話說，當中間部41的屈曲變形幾乎完成時)的施力，P是在中間部41的膨出到徑向最外側的部位的溫度達到600°C的前述步驟中當電流為所述部位達到600°C時的電流值的50%時(換句話說，當開始通電時)的施力。換句話說，以使施力在從開始通電到完成中間部41的屈曲變形的時間段內增加的方式進行壓緊加工。因此，由於在中間部41開始屈曲變形之前施加的力較小，所
11以可靠地防止了在中間部41開始變形之前中間部41變為容易向徑向外側膨出的形狀。從而，中間部41不僅可以向徑向外側膨出而且可以向徑向內側膨出，並且能夠抑制在中間部41的內周部形成凹部。結果，能夠可靠地防止在中間部41中產生由於應力而導致的腐蝕裂紋，並且能夠在所製造的火花塞1中實現優異的氣密性或耐久性。此外，在中間部41被充分地加熱到350°C以上的步驟，開始中間部41的變形。因此，中間部41能夠更可靠地向徑向內側膨出，並且能夠進一步可靠地防止產生由於應力而導致的腐蝕裂紋。此外，由於當開始變形時中間部的溫度變得低於1100°C，因此，能夠防止在金屬殼3和第一模具51之間產生放電，從而能夠無任何障礙地進行壓緊加工。另外，關於間接地表示第一模具51的與金屬殼3接觸的部分的面積的投影面積S (mm2)和從模具施加到金屬殼的施力P (N)，二者之間的關係被設定為滿足P/S彡5 (N/mm2)。因此，由於第一模具51和金屬殼3以較大的壓力接觸，所以能夠防止第一模具51和金屬殼3之間的放電並且能夠更加可靠地進行從第一模具51到金屬殼3的通電。結果，通過壓緊加工，中間部41被變形成使得中間部41變為向徑向外側和徑向內側膨出的預定形狀，並且能夠進一步可靠地變形。另外，由於當通電加熱時中間部41的最高溫度達到600°C以上1300°C以下，所以中間部41能夠進一步可靠地且容易地變形。此夕卜，由於中間部41的沿軸線CLl的變形量變為0. 2mm以上，因此，中間部41能夠充分地向徑向內側膨出並且能夠有效地抑制在中間部41的內周部形成凹部。同時，由於中間部41的沿軸線CLl的變形量變為1.0mm以下，因此，防止了中間部41過度膨出，並且能夠防止中間部41處殘留的過多應力，於是，能夠進一步可靠地防止產生由於應力而導致的腐蝕裂紋。另外，由於基於中間部41的變形量來控制施加到金屬殼3的後端部的力，所以中間部41能夠進一步可靠地變形為期望形狀。此外，在通電加熱之後由於冷卻而在最膨出部42M與第一和第二薄部43和44之間產生諸如20Hv以上的較大硬度差的情況下，存在將進一步產生腐蝕裂紋的擔憂，但是，當中間部41具有如上所述的向徑向內側和徑向外側膨出的形狀(換句話說，0. 00 < G/F^O. 18)時，即使在具有硬度差的表面處容易產生由於應力而導致的腐蝕裂紋的條件下，也能夠有效地防止產生由於應力而導致的腐蝕裂紋。如在本實施方式中那樣，隨著火花塞1的小徑化，在作為第一薄部43的截面積和第二薄部44的截面積中的較小一方的截面積H變為較小的35mm2以下時，存在將進一步產生腐蝕裂紋的擔憂，但是，中間部41具有如上所述的形狀，因此，即使在中間部41較薄的情況下，也能夠進一步有效地防止產生由於應力而導致的腐蝕裂紋。接著，進行耐腐蝕裂紋的評價試驗，以確認本實施方式所呈現的操作效果。下面說明耐腐蝕裂紋的評價試驗的概要。換句話說，分別以20個火花塞為一組來製備火花塞樣品，其中，在變形前中間部的沿軸線的長度變化，施加載荷和通電等的條件變化，並且進行壓緊加工，使得兩個薄部之間的沿軸線的距離F恆定並且最膨出部相對於連接兩個薄部的最內周部的假想線的膨出量G變化(換句話說，G/F的值變化)。由此，使由濃度為60質量％的四水合硝酸鈣和濃度為3質量％的硝酸銨構成的腐蝕液沸騰，並且各樣品被投入到該腐蝕液中。接著，在投入M小時之後，確認中間部處是否存在裂紋。在所有的20個樣品中都不產生裂紋的情況下，能夠有效地防止應力腐蝕裂紋的產生，因此評價為「0」，在20個樣品中的任一個樣品中產生裂紋的情況下，存在產生應力裂紋的擔憂，因此評價為「X」。耐腐蝕裂紋的評價試驗的試驗結果在表1中示出。此外，在表1的G/F欄中，「不向內側膨出」的說明是指中間部不朝向徑向內側膨出而是朝向徑向外側膨出。另外，在試驗中，兩個薄部的厚度是0. 8mm ；兩個薄部的與軸線正交的截面的截面積是35mm2，兩個薄部之間的沿軸線的距離F是1. 8mm。表權利要求
1.一種內燃機用火花塞，其包括筒狀的絕緣體，其沿軸線方向延伸；和筒狀的金屬殼，其被固定到所述絕緣體的外周，其中，所述金屬殼包括凸緣部，其朝向徑向外側膨出；工具接合部，工具能被接合到所述工具接合部，以將所述金屬殼安裝到所述內燃機；和中間部，其位於所述凸緣部和所述工具接合部之間，所述中間部具有朝向徑向內側和徑向外側二者膨出的膨出部，所述中間部具有第一薄部和第二薄部，所述第一薄部是在所述軸線方向上位於所述膨出部的後端側的部位中最薄的部分，所述第二薄部是在所述軸線方向上位於所述中間部的所述膨出部的前端側的部位中最薄的部分，所述膨出部具有最膨出部，所述最膨出部是最向徑向內側膨出的部位，在包括所述軸線的截面中，假設F是所述第一薄部和所述第二薄部之間的沿著所述軸線的距離，G是所述最膨出部的相對於連接所述第一薄部的徑向最內側的部位和所述第二薄部的徑向最內側的部位的假想線朝向徑向內側膨出的膨出量，F和G的單位均為mm，則滿足下式⑴.0. 00 < G/F ≤ 0. 18. · · (1)。
2.根據權利要求1所述的內燃機用火花塞，其特徵在於，滿足 0. 00 < G/F ≤ 0. 15ο
3.根據權利要求1或2所述的內燃機用火花塞，其特徵在於，假設E 1是所述第一薄部的維氏硬度，Ε2是所述第二薄部的維氏硬度，Ε3是所述最膨出部的維氏硬度，Ε1、Ε2和Ε3的單位均為Ην，則至少滿足下式⑵和(3)中的任一方.20 ≤ |Ε1-Ε3|· · · (2).20 ≤ |E2-E3|. . . (3)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的內燃機用火花塞，其特徵在於，在與所述軸線正交的截面中，假設所述第一薄部的截面積和所述第二薄部的截面積中的較小一方是H，H的單位是mm2，則H彡35。
5.根據權利要求4所述的內燃機用火花塞，其特徵在於，H ≤ 31. 2。
6.根據權利要求4所述的內燃機用火花塞，其特徵在於，H ≤ 26. 4。
7.根據權利要求4所述的內燃機用火花塞，其特徵在於，H ≤ 19. 4。
8.一種火花塞的製造方法，所述火花塞包括筒狀的絕緣體，其沿軸線方向延伸；和筒狀的金屬殼，其被固定到所述絕緣體的外周，其中，所述金屬殼包括中間部，所述中間部具有朝向徑向外側膨出的彎曲形狀的外周面，所述製造方法包括當所述絕緣體和所述金屬殼彼此固定時，在所述絕緣體貫穿所述金屬殼的狀態下沿著所述軸線方向對所述金屬殼的後端側施力；對至少所述中間部進行通電加熱；使所述中間部壓縮、壓扁和變形；使所述金屬殼的後端開口向徑向內側彎曲；形成壓緊部；使所述絕緣體和所述金屬殼彼此固定；在所述施力中，假設Q是所述中間部的膨出到徑向最外側的部位的溫度達到600°C時的施力，P是在所述部位的溫度達到600°C的前述步驟中當電流值是所述部位達到600°C時施加到所述中間部的電流值的50 %時的施力，Q和P的單位是N，則滿足P < Q0
9.根據權利要求8所述的火花塞的製造方法，其特徵在於，滿足P≤0. 8Q。
10.根據權利要求8或9所述的火花塞的製造方法，其特徵在於，當所述中間部開始變形時，所述中間部的溫度為350°C以上1100°C以下。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的火花塞的製造方法，其特徵在於，具有與所述壓緊部對應的彎曲面的筒狀的模具沿著所述軸線移動，使得對所述金屬殼的後端部施加所述施力，假設所述模具的與所述金屬殼接觸的部位被投影到與所述軸線正交的平面，並且該投影部分的面積為S，S的單位是mm2，則滿足P/S≥5N/mm2。
12.根據權利要求8至11中任一項所述的火花塞的製造方法，其特徵在於，當進行所述通電加熱時，所述中間部的最高溫度為600°C以上1300°C以下。
13.根據權利要求8至12中任一項所述的火花塞的製造方法，其特徵在於，所述中間部的沿著所述軸線的變形量為0. 2mm至1. Omm。
14.根據權利要求8至13中任一項所述的火花塞的製造方法，其特徵在於，基於所述中間部的沿著所述軸線的變形量來控制施加到所述金屬殼的後端部的力。
15.根據權利要求8至13中任一項所述的火花塞的製造方法，其特徵在於，基於所述中間部的沿著所述軸線的變形量來控制對所述金屬殼的後端部施力的夾具的沿著所述軸線的移動量。
全文摘要
防止在中間部產生應力腐蝕裂紋。火花塞(1)包括金屬殼(3)和沿軸線(CL1)方向延伸的絕緣子(2)。金屬殼(3)包括位於凸緣部(16)和工具接合部(19)之間的中間部(41)。中間部(41)具有膨出部(42)，其向徑向內側和外側膨出；第一薄部(43)，其在位於膨出部(42)的軸線(CL1)方向後端側的部位中最薄；和第二薄部(44)，其在位於膨出部(42)的軸線(CL1)方向前端側的部位中最薄，膨出部(42)具有最向徑向內側膨出的最膨出部(42M)。在包括軸線(CL1)的截面中，當第一薄部(43)和第二薄部(44)之間的沿軸線(CL1)的距離是F(mm)，且最膨出部(42M)的相對於連接第一薄部(43)的徑向最內側的部位和第二薄部(44)的徑向最內側的部位的假想線向徑向內側膨出的膨出量是G(mm)時，滿足0.00＜G/F≤0.18。
文檔編號F02P13/00GK102598441SQ20108004854
公開日2012年7月18日 申請日期2010年6月23日 優先權日2009年8月26日
發明者中村真衣, 無笹守, 鈴木彰 申請人:日本特殊陶業株式會社