火花塞的製作方法

2023-10-07 03:25:04

專利名稱：火花塞的製作方法
技術領域：
本發明涉及機動車用發動機等內燃機所使用的火花塞。
背景技術：
以往，安裝於機動車用發動機等內燃機，內燃機點火所利用的火花塞是已知的。在這樣的火花塞中，為了提高燃油經濟性，已知有在中心電極與接地電極的放電部分安裝了貴金屬電極頭的火花塞(例如，參照專利文獻I。)。此外，已知有使接地電極前端突出從而使點火性能提高的技術(例如，參照專利文獻2。)。專利文獻I :日本特許第3702838號公報專利文獻2 日本特開2009 - 54579號公報 發明要解決的問題像上述那樣在中心電極或接地電極上安裝有貴金屬電極頭，或者設置成使接地電極前端突出的突出形狀的情況下，由於工時數的增加或貴金屬電極頭的材料費等原因，存在著產品的成本變高這樣的問題。

發明內容
本發明是為了應對上述以往的情況而作出的。本發明的目的在於提供成本低且燃油消耗量少的火花塞。用於解決問題的方案本發明的火花塞的一種技術方案為，設有主金屬殼體，該主金屬殼體的外周形成有安裝用螺紋部；絕緣電瓷，該絕緣電瓷以前端部從所述主金屬殼體突出的方式被保持於該主金屬殼體；中心電極，該中心電極以前端部從所述絕緣電瓷突出的方式被保持於該絕緣電瓷；接地電極，該接地電極被配設於所述主金屬殼體的前端部，且其自身的前端部與所述中心電極的前端對置；該火花塞是所述安裝用螺紋部的螺紋直徑為14mm的火花塞，其特徵在於，當設所述接地電極上的從沿所述中心電極的前端的水平面起到沿所述接地電極側的所述中心電極側面的垂直面為止的部分的寬度為X1 (mm)、內側面的長度為X2 (mm)、厚度為 X3 (mm)時，如下條件式成立0. 371X/ + I. 15IX22 — I. OOSX1 — 9. 019X2 + 0. 053XS +17. 782 ( 0其中，I.0 彡 X1 彡 4. 2，3. I 彡 X2 彡 4. 0，I. 0 彡 X3 彡 I. 8。本發明的火花塞的另一技術方案為，設有主金屬殼體，該主金屬殼體的外周形成有安裝用螺紋部；絕緣電瓷，該絕緣電瓷以前端部從所述主金屬殼體突出的方式被保持於該主金屬殼體；中心電極，該中心電極以前端部從所述絕緣電瓷突出的方式被保持於該絕緣電瓷；接地電極，該接地電極被配設於所述主金屬殼體的前端部，且其自身的前端部與所述中心電極的前端對置；該火花塞是所述安裝用螺紋部的螺紋直徑為12mm的火花塞，其特徵在於，當設所述接地電極上的從沿所述中心電極的前端的水平面起到沿所述接地電極側的所述中心電極側面的垂直面為止的部分的寬度為X1 (mm)、內側面的長度為X2 (mm)、厚度為X3 (mm)時,如下條件式成立0. 623XJ + 0. 729X22 — I. 658X! — 4. 798X2 — 0. 021X3 + 8. 276 ( 0其中，I.0 彡 X1 彡 3. 5，2. 6 彡 X2 彡 3. 5，I. 0 彡 X3 彡 I. 5。本發明的火花塞的又一個技術方案為，設有主金屬殼體，該主金屬殼體的外周形成有安裝用螺紋部；絕緣電瓷，該絕緣電瓷以前端部從所述主金屬殼體突出的方式被保持於該主金屬殼體；中心電極，該中心電極以前端部從所述絕緣電瓷突出的方式被保持於該絕緣電瓷；接地電極，該接地電極被配設於所述主金屬殼體的前端部，且其自身的前端部與所述中心電極的前端對置；該火花塞是所述安裝用螺紋部的螺紋直徑為10_的火花塞，其特徵在於，當設所述接地電極上的從沿所述中心電極的前端的水平面起到沿所述接地電極側的所述中心電極側面的垂直面為止的部分的寬度為X1 (mm)、內側面的長度為X2 (mm)、厚度為X3 (mm)時，如下條件式成立I. 505XJ + I. 726X22 — 3. 565X! — 10. 436X2 — 0. 058X3 + 17. 842 ( 0 其中，I.0 彡 X1 彡 2. 5,2. 35 ^ X2 ^ 3. 15，I. 0 彡 X3 彡 I. 175。對於上述構成的本發明的火花塞而言，在安裝用螺紋部的螺紋直徑為14_的火花塞中，當設接地電極上的從沿中心電極的前端的水平面起到沿接地電極側的中心電極側面的垂直面為止的部分的寬度為X1 (mm)、內側面的長度為X2 (mm)、厚度為X3 (mm)時，如下條件式成立0. 371XJ + I. 15IX22 — I. OOSX1 — 9. 019X2 + 0. 053XS + 17. 782 ( 0其中，I.0 彡 X1 彡 4. 2，3. I 彡 X2 彡 4. 0，I. 0 彡 X3 彡 I. 8。此外，對於螺紋直徑為12mm的火花塞而言，如下條件式成立0. 623XJ + 0. 729X22 — I. 658X! — 4. 798X2 — 0. 021X3 + 8. 276 ( 0其中，I. 0彡X1彡3. 5，2. 6彡X2彡3. 5，I. 0彡X3彡I. 5。再者，對於螺紋直徑為IOmm的火花塞而言,如下條件式成立I. 505XJ + I. 726X22 — 3. 565X! — 10. 436X2 — 0. 058X3 + 17. 842 ( 0其中，I.0 彡 X1 彡 2. 5,2. 35 ^ X2 ^ 3. 15，I. 0 彡 X3 彡 I. 175。若上述接地電極的寬度X1過寬，則點火時自火焰的熱量損失過大而妨礙火焰的成長(消焰效果)，點火性能降低。此外，在點火後火焰傳播時，若接地電極的寬度X1寬，則火焰的傳播也會受到阻礙，燃燒不能順利進行，使得燃燒速度下降。不過，若接地電極的寬度X1窄到一定程度後，即使變得更窄，點火性能、燃燒速度的提高也已達到了極限，會導致電極的消耗加速。若上述接地電極的內側部分的長度X2過短，則接地電極成為向中心電極靠近內側部分被縮短的那部分距離的狀態，與上述接地電極的寬度X1同樣，導致點火性能降低、燃燒速度下降。接地電極的厚度X3也與上述接地電極的寬度X1同樣，若過厚則導致點火性能降低、燃燒速度下降。不過，若薄到一定程度後，即使變得更薄，點火性能、燃燒速度的提高也達到了極限。接地電極的寬度X1、接地電極的內側部分的長度X2、接地電極的厚度X3各自單獨構成權衡點火性能與耐久性間關係及燃燒速度與耐久性間關係的因素，此外，Xi、X2、X3相互對點火性能及燃燒速度和耐久性產生影響。通過使Xp X2, X3滿足上述的關係,不犧牲耐久性就能提供成本低且燃油消耗量少的火花塞。
此外，對於螺紋直徑為14_的火花塞而言，通過使乂1、\;滿足如下條件式關係，0. 371XJ + I. 15IX22 — I. OOSX1 — 9. 019X2 + 0. 053XS + 18. 082 ( 0其中，I.0 ^ X1 ^ 4. 2, 3. I ^ X2 ^ 4. 0,1. 0 ^ X3 ^ I. 8能夠提供燃油消耗量更少的火花塞；對於螺紋直徑為12mm的火花塞而言，通過使\、\、X3滿足如下條件式關係，
0. 623XJ + 0. 729X22 — I. 658X! — 4. 798X2 — 0. 021X3 + 8. 476 ( 0其中，I.0 ^ X1 ^ 3. 5, 2. 6 ^ X2 ^ 3. 5,1. 0 ^ X3 ^ I. 5能夠提供燃油消耗量更少的火花塞；對於螺紋直徑為IOmm的火花塞而言，通過使Xp X2、X3滿足如下條件式關係，I. 505XJ + I. 726X22 — 3. 565X! — 10. 436X2 — 0. 058X3 + 18. 042 ( 0其中，I.0 彡 X1 彡 2. 5,2. 35 ^ X2 ^ 3. 15，I. 0 彡 X3 彡 I. 175，能夠提供燃油消耗量更少的火花塞。發明的效果根據本發明能夠提供成本低且燃油消耗量少的火花塞。


圖I是表示涉及本發明的一種實施方式的火花塞的整體概略結構的圖。圖2是放大表示圖I的火花塞的重要部分結構的圖。圖3是放大表示圖I的火花塞的重要部分結構的圖。圖4是放大表示圖I的火花塞的重要部分結構的圖。圖5是放大表示圖I的火花塞的重要部分結構的圖。圖6是放大表示圖I的火花塞的重要部分結構的圖。圖7是放大表示變形例的火花塞的重要部分結構的圖。圖8是放大表示變形例的火花塞的重要部分結構的圖。附圖標記說明100……火花塞，50……主金屬殼體，10……絕緣電瓷，20……中心電極，30……接
地電極。
具體實施例方式以下，關於實施方式，參照

本發明的詳細情況。圖I是表示涉及本發明的一種實施方式的火花塞100的整體概略結構的圖，圖2是放大表示圖I的火花塞100的重要部分結構的圖。以下，以火花塞100的軸線0方向作為附圖的上下方向，以下側作為火花塞100的前端側，以上側作為火花塞100的後端側進行說明。如圖I所示，火花塞100由低碳鋼等金屬構成，其具有沿軸線0方向延伸的圓筒狀的主金屬殼體50。在該主金屬殼體50的內側支承有絕緣電瓷10，該絕緣電瓷10由例如氧化鋁或氮化鋁等陶瓷燒結體構成，其以前端部11從主金屬殼體50的端面突出的狀態配置。在該絕緣電瓷10的軸孔12內，以前端部22從絕緣電瓷10的端面突出的方式配置有中心電極20。中心電極20是棒狀電極，其在商標名稱為Inconel600( > U 600)、InconeieOl (PU 601)等鎳系合金等材料製成的電極母材的中心部埋設了以促進散熱為目的、由銅或銅合金等構成的芯材23。中心電極20被保持在絕緣電瓷10的形成為長腿部13的部分的軸孔12內。此外，中心電極20經由設於軸孔12內部的密封體4及電阻體3，與被保持在絕緣電瓷10的形成為後端側主體部18的部分的軸孔12內的連接端子40電連接。連接端子40的後端部41從絕緣電瓷10的後端露出，該後端部41上通過火花塞帽(未圖示)連接有高壓電纜(未圖示)並被施加高電壓。絕緣電瓷10是燒制氧化鋁等而形成的、在軸線0方向具有軸孔12的筒狀絕緣構件。在軸線0方向的大致中央部位形成有外徑最大的凸緣部19，從凸緣部19向後端側形成有後端側主體部18。此外,從凸緣部19向前端側形成有前端側主體部17和連接於該前端側主體部17的長腿部13。長腿部13越靠前端側直徑越小。主金屬殼體50以從絕緣電瓷10的凸緣部19附近的後端側主體部18起將凸緣部 19、前端側主體部17及長腿部13圍起來的方式保持著絕緣電瓷10。主金屬殼體50由低碳鋼形成，其設有用於與六角扳手等工具卡合的工具卡合部51和用於擰合到設於內燃機上部的發動機缸蓋上的螺紋部52。有該螺紋部52的螺紋直徑為14mm、12mm、IOmm三個種類的火花塞100。此外，在主金屬殼體50的工具卡合部51和絕緣電瓷10的後端側主體部18之間配設有環狀的環構件6、7，而且在兩環構件6、7之間填充有雲母(滑石)9的粉末。在工具卡合部51的後端側形成有包邊部53，通過將該包邊部53鉚合，絕緣電瓷10在主金屬殼體50內通過環構件6、7及雲母9被推向前端側。由此，絕緣電瓷10的前端側主體部17和長腿部13之間的臺階部15隔著片狀墊圈80被支承在形成於主金屬殼體50內周的臺階部56上，使主金屬殼體50和絕緣電瓷10成為一體。主金屬殼體50和絕緣電瓷10間的氣密性由片狀襯墊80保持，從而防止燃燒氣體的流出。此外，在主金屬殼體50的中央部形成有凸緣部54，在凸緣部54和螺紋部52之間的螺紋頸部55中嵌入有用於防止燃燒室的氣體洩漏的墊圈5。在主金屬殼體50的前端部，通過焊接固定安裝有接地電極30。接地電極30由前文所述商標名稱為 Inconel600 ( -i 'y a ^ 600)、Inconel601^ ^ 601)等構成。該接地電極30的與其自身縱長方向垂直的橫截面為大致的長方形，其呈彎曲的方棒狀外形。並且，方棒狀的基端側的基部32被焊接在主金屬殼體50的軸線方向前端側的前端面57上。另一方面，該接地電極30的與基部32相反一側的前端部31以與中心電極20的前端部22對置的方式彎曲。並且，在中心電極20的前端部22和接地電極30的前端部31的對置部分之間形成有火花放電間隙。在本實施方式的火花塞100中，在設圖2(b)所示的接地電極30的寬度為X^mm)、接地電極30的內側部分的長度為X2 (mm)、接地電極30的厚度為X3 (mm)時，如圖2 (a)所示，接地電極30的至少從沿中心電極20的前端部22的前端(前端面)的水平面(圖中用虛線A表示)到沿接地電極30側的中心電極20側面的垂直面(圖中用虛線B表示)的區域(圖2 (a)中添加斜線表示)中的尺寸，滿足下式所表述的關係。另外，所述接地電極30的厚度X3 (_)，是指在上述區域(圖2 (a)中添加斜線表示)的前端部的垂直面(圖中用虛線B表示)測定的接地電極30的厚度。
S卩，對於螺紋部52的螺紋直徑為14mm的火花塞100而言，成為滿足0. 371XJ + I. 15IX22 — I. OOSX1 — 9. 019X2 + 0. 053XS + 17. 782 ( 0其中，I.0 ^ X1 ^ 4. 2, 3. I ^ X2 ^ 4. 0,1. 0 ^ X3 ^ I. 8範圍的接地電極30的寬度X1 (mm)、接地電極30的內側部分的長度X2 (mm)、接地電極30的厚度X3 (mm)的尺寸，而且優選，成為滿足0. 371XJ + I. 15IX22 — I. OOSX1 — 9. 019X2 + 0. 053XS + 18. 082 ( 0其中，I.0 ^ X1 ^ 4. 2, 3. I ^ X2 ^ 4. 0,1. 0 ^ X3 ^ I. 8範圍的接地電極30的寬度X1 (mm)、接地電極30的內側部分的長度X2 (mm)、接地電極30的厚度X3 (mm)的尺寸。
此外，對於螺紋部52的螺紋直徑為12mm的火花塞100而言，成為滿足0. 623XJ + 0. 729X22 — I. 658X! — 4. 798X2 — 0. 021X3 + 8. 276 ( 0其中，I.0 ^ X1 ^ 3. 5, 2. 6 ^ X2 ^ 3. 5,1. 0 ^ X3 ^ I. 5範圍的接地電極30的寬度X1 (mm)、接地電極30的內側部分的長度X2 (mm)、接地電極30的厚度X3 (mm)的尺寸，而且優選，成為滿足0. 623XJ + 0. 729X22 — I. 658X! — 4. 798X2 — 0. 021X3 + 8. 476 ( 0其中，I.0 ^ X1 ^ 3. 5, 2. 6 ^ X2 ^ 3. 5,1. 0 ^ X3 ^ I. 5範圍的接地電極30的寬度X1 (mm)、接地電極30的內側部分的長度X2 (mm)、接地電極30的厚度X3 (mm)的尺寸。此外，對於螺紋部52的螺紋直徑為IOmm的火花塞100而言，成為滿足I. 505XJ + I. 726X22 — 3. 565X! — 10. 436X2 — 0. 058X3 + 17. 842 ( 0其中，I.0 彡 X1 彡 2. 5,2. 35 ^ X2 ^ 3. 15，I. 0 彡 X3 彡 I. 175範圍的接地電極30的寬度X1 (mm)、接地電極30的內側部分的長度X2 (mm)、接地電極30的厚度X3 (mm)的尺寸，而且優選，成為滿足I. 505XJ + I. 726X22 — 3. 565X! — 10. 436X2 — 0. 058X3 + 18. 042 ( 0其中，I.0 彡 X1 彡 2. 5,2. 35 ^ X2 ^ 3. 15，I. 0 彡 X3 彡 I. 175範圍的接地電極30的寬度X1 (mm)、接地電極30的內側部分的長度X2 (mm)、接地電極30的厚度X3 (mm)的尺寸。接下來，就本實施方式而言，關於接地電極30的寬度X1 (mm)、接地電極30的內側部分的長度X2 (mm)、接地電極30的厚度X3 (mm)在上述尺寸範圍內的理由進行說明。在排氣量為0. 66升的3氣缸發動機上，在機油溫度85°C、水溫90°C、轉速800rpm的條件下進行了 10分鐘空轉，測定了此時的燃油消耗量。關於僅在一個電極上固定有銥片的火花塞和在兩個電極上固定有銥片的火花塞，在螺紋直徑為14mm (M14)、12mm (M12)、IOmm (MlO)等各種情況下分別進行了測定。其結果，對於僅在一個電極上固定有銥片的火花塞而言，燃油消耗量為螺紋直徑為14mm (M14) :62. Iml螺紋直徑為12_ (M12) 62. 5ml螺紋直徑為10_ (MlO) 63. 1ml。此外，對於兩個電極上固定有銥片的火花塞而言，燃油消耗量為螺紋直徑為14mm (M14) :61. 8ml
螺紋直徑為12_ (M12) 62. 3ml螺紋直徑為10_ (MlO) 62. 9ml。 以這些結果作為各個螺紋直徑的火花塞的目標值，對改變了所述接地電極30的寬度X1 (mm)、接地電極30的內側部分的長度X2 (mm)、接地電極30的厚度X3 (mm)的多個火花塞，測定了燃油消耗量。這其中，關於螺紋直徑為14_ (M14)的火花塞的燃油消耗量的測定結果示於以下的表I中。表I
權利要求
1.一種火花塞，其設有主金屬殼體，該主金屬殼體的外周形成有安裝用螺紋部；絕緣電瓷，該絕緣電瓷以前端部從所述主金屬殼體突出的方式被保持於該主金屬殼體；中心電極，該中心電極以前端部從所述絕緣電瓷突出的方式被保持於該絕緣電瓷；接地電極，該接地電極被配設於所述主金屬殼體的前端部，且其自身的前端部與所述中心電極的前端對置；該火花塞是所述安裝用螺紋部的螺紋直徑為14mm的火花塞，其特徵在於， 當設所述接地電極上的從沿所述中心電極的前端的水平面起到沿所述接地電極側的所述中心電極側面的垂直面為止的部分中， 寬度為X1 (mm)、內側面的長度為X2 (mm)、厚度為X3 (mm)時,如下條件式成立0.371XJ + I. 15IX22 — I. OOSX1 — 9. 019X2 + 0. 053XS + 17. 782 ( 0其中，I. 0 彡 X1 彡 4. 2，3. I 彡 X2 彡 4. 0，I. 0 彡 X3 彡 I. 8。
2.如權利要求I記載的火花塞，其特徵在於，如下條件式成立 0.371XJ + I. 15IX22 — I. OOSX1 — 9. 019X2 + 0. 053XS + 18. 082 ( 0其中，I. 0 彡 X1 彡 4. 2，3. I 彡 X2 彡 4. 0，I. 0 彡 X3 彡 I. 8。
3.一種火花塞，其設有主金屬殼體，該主金屬殼體的外周形成有安裝用螺紋部；絕緣電瓷，該絕緣電瓷以前端部從所述主金屬殼體突出的方式被保持於該主金屬殼體；中心電極，該中心電極以前端部從所述絕緣電瓷突出的方式被保持於該絕緣電瓷；接地電極，該接地電極被配設於所述主金屬殼體的前端部，且其自身的前端部與所述中心電極的前端對置；該火花塞是所述安裝用螺紋部的螺紋直徑為12mm的火花塞，其特徵在於， 當設所述接地電極上的從沿所述中心電極的前端的水平面起到沿所述接地電極側的所述中心電極側面的垂直面為止的部分中， 寬度為X1 (mm)、內側面的長度為X2 (mm)、厚度為X3 (mm)時,如下條件式成立0. 623XJ + 0. 729X22 — I. 658Xi — 4. 798X2 — 0. 021X3 + 8. 276 ( 0其中，I. 0 ^ X1 ^ 3. 5, 2. 6 ^ X2 ^ 3. 5,1. 0 ^ X3 ^ I. 5。
4.如權利要求3記載的火花塞，其特徵在於，如下條件式成立0.623XJ + 0. 729X22 — I. 658Xi — 4. 798X2 — 0. 021X3 + 8. 476 ( 0其中，I. 0 ^ X1 ^ 3. 5, 2. 6 ^ X2 ^ 3. 5,1. 0 ^ X3 ^ I. 5。
5.一種火花塞，其設有主金屬殼體，該主金屬殼體的外周形成有安裝用螺紋部；絕緣電瓷，該絕緣電瓷以前端部從所述主金屬殼體突出的方式被保持於該主金屬殼體；中心電極，該中心電極以前端部從所述絕緣電瓷突出的方式被保持於該絕緣電瓷；接地電極，該接地電極被配設於所述主金屬殼體的前端部，且其自身的前端部與所述中心電極的前端對置；該火花塞是所述安裝用螺紋部的螺紋直徑為10_的火花塞，其特徵在於， 當設所述接地電極上的從沿所述中心電極的前端的水平面起到沿所述接地電極側的所述中心電極側面的垂直面為止的部分中， 寬度為X1 (mm)、內側面的長度為X2 (mm)、厚度為X3 (mm)時,如下條件式成立1.505XJ + I. 726X22 — 3. 565X! — 10. 436X2 — 0. 058X3 + 17. 842 ( 0其中，I. 0 ≤ X1 ≤ 2. 5,2. 35 ^ X2 ^ 3. 15，I. 0 ≤ X3 ≤ I. 175。
6.如權利要求5記載的火花塞，其特徵在於，如下條件式成立I. 505XJ + I. 726X22 — 3. 565X! — 10. 436X2 — 0. 058X3 + 18. 042 ( 0其中，I. 0 ≤ X1 ≤ 2. 5,2. 35 ^ X2 ^ 3. 15，I. 0 ≤ X3 ≤ I. 175。
全文摘要
本發明提供一種成本低且燃油消耗量少的火花塞。在安裝用螺紋部的螺紋直徑為14mm的火花塞中，針對接地電極上的從沿中心電極的前端的水平面起到沿接地電極側的中心電極側面的垂直面為止的部分，當設其寬度為X1(mm)、內側面的長度為X2(mm)、厚度為X3(mm)時，如下條件式成立0.371X12＋1.151X22－1.005X1－9.019X2＋0.053X3＋17.782≤0，其中，1.0≤X1≤4.2，3.1≤X2≤4.0，1.0≤X3≤1.8。
文檔編號H01T13/32GK102790358SQ20121015670
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月18日 優先權日2011年5月19日
發明者井上拓也 申請人:日本特殊陶業株式會社