專利名稱：內燃機用火花塞的制作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機中使用的火花塞，特別涉及具有接地電極的火花塞，該接地電極在與中心電極側相反一側的背面上具有凸狀的彎曲面。
背景技術：
例如如圖11所示，汽車發動機等內燃機用的火花塞具有中心電極81、設在該中心電極81外側的絕緣體82、設在該絕緣體82外側的筒狀的主體金屬殼體83、以及基端部與上述主體金屬殼體83前端部接合的接地電極84。接地電極84是通過使截面呈大致矩形的金屬制的棒狀體在縱長方向中間位置處向中心方向彎曲而構成的。而且，接地電極84以其前端部內側面與上述中心電極81的前端面相面對的方式配置，由此在中心電極81的前端部和接地電極84的前端部內側面之間形成火花放電間隙。
在主體金屬殼體83的外周面上形成未圖示的螺紋部。火花塞通過在該螺紋部處與發動機的氣缸蓋螺紋接合而被安裝。可是，在火花塞的安裝狀態下，在接地電極84與圖中箭頭所示的混合氣體的流動的關系成為該圖所示的位置關系的情況下，即成為混合氣體直接碰到接地電極84的背面這種位置關系的情況下，接地電極84有可能妨礙混合氣體向火花放電間隙流入。結果，混合氣體難以到達火花放電間隙，有可能使點火性降低。
與此相反，在具有兩個以上接地電極的類型中，有把各接地電極做成截面大致圓形的圓柱狀這樣的技術(例如，參照專利文獻1)。通過像這樣把截面做成大致圓形，從而即使在成為混合氣體直接碰到接地電極的背面的位置關系的情況下，混合氣體繞到接地電極的內側，混合氣體也容易到達火花放電間隙。
專利文獻1日本特開平11-121142號公報發明內容但是，如上所述，接地電極在縱長方向中間位置處向中心方向彎曲。因此，如圖12所示，在具有不進行什么處理單靠彎曲而成的彎曲部的接地電極91中，作用有拉伸彎曲部的外側(背面側)，使彎曲部的內側(中心電極側)聚集引起的變形應力，朝寬度方向突出，由此形成擴寬部92。而且，當該擴寬部92存在于與火花放電間隙的中心的對應位置時，有可能由于該寬度擴大量而妨礙混合氣體向火花放電間隙的流入。因此，即使特意把接地電極91構成為截面圓形，使混合氣體容易繞到內側，也有可能無法充分得到其效果而失去意義。此外，雖然即使是截面大致矩形的上述接地電極84也形成有擴寬部，但是在具有圓形截面的接地電極91的情況下，可以說上述擴寬部92的影響程度特別大。
另一方面，為了盡可能減小上述寬度擴大的程度，可以考慮緩和彎曲部的彎曲程度，即加大彎曲部的曲率半徑。可是，在該情況下，火花放電間隙的中心位置與彎曲部之間變窄，會導致燃燒空間的狹小化。因而，從確保燃燒空間方面考慮，不得不將彎曲部的曲率半徑減小一定程度，在該情況下，上述擴寬部92的存在引起的問題變得顯著。
本發明是鑒于上述實際情況而做成的，其目的在于提供一種內燃機用火花塞，該內燃機用火花塞具有接地電極，該接地電極配置成基端接合于主體金屬殼體的前端部、并且通過使其在彎曲部向中心方向彎曲而使前端部與中心電極的前端面相面對，該內燃機用火花塞可以抑制混合氣體向火花放電間隙的流入阻礙，因此可實現防止點火性的降低。
下面分項說明適于解決上述課題的各結構。此外，說明相應于需要的對應結構所特有的作用效果等。
結構1.本結構的火花塞具有沿軸線方向延伸的棒狀中心電極、設在上述中心電極外周的大致圓筒狀的絕緣體、設在上述絕緣體外周的筒狀的主體金屬殼體、以及接地電極，該接地電極的基端部接合于上述主體金屬殼體的前端部，并且具有使本身的中間部彎曲以便使前端部與上述中心電極的前端面相面對的彎曲部；在上述中心電極的前端部和上述接地電極的前端部間具有火花放電間隙，其特征在于上述接地電極在與上述中心電極側相反一側的背面上具有凸狀的彎曲面，而且從上述中心電極與上述接地電極重疊的方向上看時，自上述火花放電間隙的上述軸線方向上的中心點±1mm的范圍內的上述接地電極的寬度的最大值是除了具有該最大值的部位外的具有大致恒定寬度的一般部的寬度的105％以下。
在此，“彎曲部”可以是任意程度的彎曲。此外，只要是接地電極的前端部的內側面配置成與中心電極的前端面相面對即可。
此外，也可以在接地電極和中心電極的至少一方上設置例如貴金屬電極頭。在中心電極上設置貴金屬電極頭的情況下，在相面對的貴金屬電極頭與接地電極主體之間形成火花放電間隙；在接地電極上設置貴金屬電極頭的情況下，在相面對的貴金屬電極頭與中心電極主體之間形成火花放電間隙；在雙方上設置貴金屬電極頭的情況下，在相面對的貴金屬電極頭彼此間形成火花放電間隙。此外，在未設置任何貴金屬電極頭的情況下，在中心電極前端面與接地電極內側面之間形成火花放電間隙。
同時，所謂“寬度”是指從上述中心電極與上述接地電極重疊的方向上看時的與上述軸線方向垂直的方向上的寬度。
另外，所謂“一般部”是指接地電極中不受“彎曲”引起的影響的部分，是指除了因彎曲而寬度擴大的部位、即具有上述最大值的部位外的具有大致恒定寬度的部位。因而，在使用將任何部位都具有相同尺寸和相同形狀的截面的棒狀體彎曲而成的接地電極的情況下，可以舉出例如主體金屬殼體的前端面側的基端部。此外，根據不受“彎曲”引起的影響這樣的意思，可以考慮是彎曲前的同部位。這是因為因彎曲而產生寬度擴大現象。
此外，接地電極沒有必要一定是截面圓形，只要至少在與中心電極側相反一側的背面上具有凸狀的彎曲面即可。這是因為如果至少在背面帶圓，則混合氣體繞到接地電極的內側，混合氣體容易到達火花放電間隙。
采用上述結構1，因為接地電極在與中心電極側相反一側的背面上具有凸狀的彎曲面，故即使是成為混合氣體直接碰到接地電極的背面這種位置關系的情況下，混合氣體也繞到接地電極的內側面，混合氣體容易到達火花放電間隙。
此外，如果彎曲引起的寬度擴大在火花放電間隙的軸線方向中心點附近顯著，則有可能阻礙混合氣體向火花放電間隙的流入。這一點，在結構1中，自火花放電間隙的軸線方向上的中心點±1mm的范圍內的上述接地電極的寬度的最大值為接地電極的一般部的寬度發熱105％以下。因此，可以把寬度擴大引起的影響抑制為最小限度，不會抵消在背面上具有凸狀的彎曲面的效果。其結果，可以抑制混合氣體的流入阻礙，可以謀求防止點火性的降低。
這樣，為了不妨礙來自接地電極的背面側的混合氣體向火花放電間隙的流入，可以說擴寬部的寬度越小越好。但是另一方面，如果使擴寬部的寬度保留為小于101％，則有可能使接地電極的彎曲部處的彎曲程度(曲率半徑)過大。在該情況下，為了以適當的間隙形成在中心電極的前端部與接地電極的前端部之間所形成的火花放電間隙，不得不減小接地電極與絕緣玻璃的間隙，在火花塞污損時有時會使橫向跳火的發生頻度增大。這種橫向跳火是上到絕緣玻璃的前端面而在中心電極與主體金屬殼體之間沿徑向產生的火花放電。因此，即使混合氣體因這種火花放電而點火，在剛點火后的火焰核的周圍存在主體金屬殼體或絕緣玻璃，火核無法充分地成長，有可能不點火。因而，可以說最好是橫向跳火的發生頻度低。從這種觀點來說，最好是取為以下這種結構。
結構2.根據上述結構1，本結構的火花塞的其特征在于，上述接地電極的寬度具有最大值的部位的寬度是上述一般部的寬度的101％以上。
采用該結構2，則容易避免由把擴寬部的寬度抑制得過小而導致的橫向跳火所引起的問題。
結構3.根據上述構成1或2所述的火花塞，本結構的火花塞的特征在于，相對于上述接地電極的厚度是一般部的寬度的0.5以上。
在接地電極的厚度相對于一般部的寬度比較小、即壁厚比較薄的情況下，彎曲部處的擴寬的程度比較小即可。與此相反，像結構3那樣，在相對于接地電極的厚度是一般部的寬度的0.5以上的壁厚比較厚的情況下，彎曲部處的寬度擴大程度容易變大。與像這樣彎曲時寬度擴大的程度容易變大相反，因為自離火花放電間隙的軸線方向上的中心點±1mm的范圍內的接地電極的寬度為接地電極的一般部的寬度的105％以下，所以上述效果的意義更大。
結構4.根據上述構成1～3中任何一項所述的火花塞，本結構的火花塞的特征在于，上述接地電極的寬度具有最大值的部位的硬度為上述一般部的硬度的140％～170％。此外，此處的所謂“140％～170％”的硬度之比是用維氏硬度測定的。
如上所述，接地電極一般通過彎曲加工棒狀體的金屬材料來形成彎曲部從而呈完成形態。因而，彎曲部因加工硬化而成為硬度上升。如果彎曲加工到彎曲部與一般部的硬度比率超過170％的程度，則彎曲部本身的寬度過大，給點火性帶來不良影響。相反，如果硬度比率小于140％，則要彎曲加工接地電極以便在火花放電間隙能夠火花放電，接地電極與絕緣體之間的間隙變窄，有可能在火花塞污損時產生橫向跳火。因此，優選為了硬度比率為140％～170％而進行彎曲加工。
結構5.根據上述構成1～4所述的火花塞，本結構的火花塞的特征在于，上述接地電極的上述一般部的背面的彎曲部的曲率半徑為0.5mm～1.3mm。
一般來說，接地電極的一般部的背面的曲率半徑比較小時由混合氣體的繞入帶來的優點大。這一點，在結構5中，接地電極的一般部的背面的彎曲部的曲率半徑為0.5mm～1.3mm，混合氣體的繞入帶來的效果更可靠地實現。另一方面，在上述曲率半徑小于0.5mm的情況，加工顯著地變得困難。此外，在筒狀的主體金屬殼體的寬度(壁厚)上也存在上限，如果上述曲率半徑超過1.3mm，則其向主體金屬殼體的接合變得困難。
構成6.根據上述構成1～5中任一項所述的火花塞，本結構的火花塞的特征在于，上述接地電極具有外層和由導熱性比該外層好的金屬構成的內層，在上述一般部的截面上，上述內層的截面積與該截面積的比率為25％～60％。
采用構成6，接地電極具有由導熱性比外層好的金屬構成的內層。因此，所謂“吸熱”變得良好，容易抑制接地電極溫度在高速運行等時上升引起的問題。此外，作為構成外層的原料，例如可以舉出鎳合金；作為構成內層的原料，可以舉出以銅為主體的金屬材料、或導熱性比上述鎳合金優良的高純度鎳等。在這種原料結構中，處于內層比外層柔軟的傾向，柔軟的一方的形狀跟隨性優良。因此，可以說內層的比率越高，形狀跟隨性越好，處于不容易導致由無用的變形應力引起的寬度擴大的傾向。因而，在內層的截面積與一般部的截面積的比率小于25％的情況下，有可能即使特意設置內層，也無法期待足夠的形狀跟隨性，容易產生寬度擴大。另一方面，在內層的截面積相對于一般部的截面積的比率超過60％的情況下，外層較薄，有可能因彎曲引起的變形應力而產生斷裂。
構成7.根據上述構成1～6中任一項所述的火花塞，本結構的火花塞的特征在于，上述接地電極在自上述火花放電間隙的上述軸線方向上的中心點±1mm的上述范圍外至少具有1個彎曲部。
在構成7中，在脫離容易影響點火性的上述范圍的部位上設置彎曲部而形成上述火花放電間隙。因此，與在上述范圍內形成彎曲部、由此在上述范圍內形成擴寬部的情況相比，給予點火性的不良影響、即阻礙混合氣體向火花放電間隙的流入的程度減少。因而，可以說更優選是形成1個以上的彎曲部，以使擴寬部(包括具有寬度為接地電極的一般部的寬度的105％以上的擴寬部)位于上述范圍外更好。這是因為即使在該范圍外有擴寬部，也不會或者極少阻礙混合氣體向火花放電間隙的流入。
圖1是表示本實施方式的火花塞的總體結構的局部剖視主視圖。
圖2是表示本實施方式的火花塞的主要部分的結構的局部剖視主視圖。
圖3是表示從與圖2垂直的方向看的火花塞的側視圖。
圖4是表示從前端側看火花塞的狀態的俯視圖。
圖5是表示準備使自火花放電間隙的軸線方向的中心點±1mm的范圍內的接地電極的寬度的最大值max相對于接地電極一般部的寬度的比率(dmax/d0)各種不同的樣品，取為混合氣體直接碰到接地電極的背面的那樣的位置關系，測量稀燃極限而得的結果的曲線圖。
圖6是表示擴寬部相對于一般部的寬度擴大比率、與彎曲部的曲率半徑的關系的曲線圖。
圖7是表示彎曲部的曲率半徑(擴寬部相對于一般部的寬度擴大比率)與橫向跳火產生率的關系的曲線圖。
圖8是表示準備使接地電極的厚度相對于一般部的寬度各種不同的棒狀樣品，測定單純地彎曲該樣品時的比率(dmax/d0)的而得的結果的曲線圖。
圖9(a)、(b)都是表示另一實施方式中的接地電極的截面形狀的圖。
圖10是表示另一實施方式中的接地電極的側面形狀的圖。
圖11是表示從前端側看以往的火花塞的狀態的俯視圖。
圖12是表示從前端側看以往的火花塞的狀態的俯視圖。
具體實施例方式
下面，參照
本發明的一個實施方式。此外，圖1是表示本實施方式的火花塞100的總體結構的圖，圖2是表示主要部分的局部剖視主視圖。以下主要以圖2為中心進行說明。
如圖2所示，本實施方式的火花塞100具有主體金屬殼體1、絕緣體2、中心電極3以及接地電極4。主體金屬殼體1呈筒狀，在其內側保持有絕緣體2。絕緣體2的前端部從主體金屬殼體1突出。此外，中心電極3以使設在其前端的貴金屬電極頭31突出的狀態被設在絕緣體2的內側。而且，接地電極4的基端面焊接在上述主體金屬殼體1的前端面上，并且在縱長方向中間位置的彎曲部5處向中心方向彎曲。而且，接地電極4配置成其前端部內側面與上述中心電極3的前端面相面對。在該接地電極4的內側面上設有與上述貴金屬電極頭31相面對的貴金屬電極頭32。而且，這些貴金屬電極頭31與貴金屬電極頭32之間成為火花放電間隙33。
上述絕緣體2例如由氧化鋁等陶瓷燒結體構成，在其內部沿著本身的軸向形成有用于配置中心電極3的孔部6。此外，主體金屬殼體1由低碳素鋼等金屬形成為圓筒狀，構成火花塞100的殼體，并且在其外周面上形成用于把火花塞100安裝于未圖示的發動機的氣缸蓋的螺紋部7。
此外，接地電極4的主體部成為由外層4A和內層4B組成的兩層結構。外層4A由鎳合金等構成。與此相反，內層4B由導熱性比鎳合金優良的金屬(例如以銅為主體的金屬材料、導熱性比上述鎳合金優良的高純度鎳等)構成。在本實施方式中，接地電極4除了前端部外，特別是在彎曲部5處，內層4B的截面積相對于接地電極4的截面積的比率被設定成25％～60％(例如36％)。通過該內層4B的存在，可以謀求吸熱性(散熱性)的提高。此外，在本實施方式中，中心電極3的主體部也具有外層和內層的兩層結構。
此外，上述中心電極3側的貴金屬電極頭31例如以銥為主要成分，由含有10質量％的鉑、3質量％的銠以及1質量％的鎳的貴金屬合金構成。而且，接地電極4側的貴金屬電極頭32例如以鉑為主要成分，由含有20質量％的銥、5質量％的銠的貴金屬合金構成。但是，這些原料的組成不過是示例，并沒有什么限定。各貴金屬電極頭31、32是這樣形成的，即由激光焊接、電子束焊接、電阻焊接等將規定形狀(例如圓柱狀)的片沿著各自的接合面外緣部固定在中心電極3或接地電極4上。
此外，雖然在本實施方式中兩個電極3、4都設有貴金屬電極頭31、32，但是也可以僅在接地電極4或中心電極3中的一方上設置貴金屬電極頭。在僅在中心電極3上設有貴金屬電極頭31的情況下，在相面對的貴金屬電極頭31與接地電極4之間形成火花放電間隙；在僅在接地電極4上設有貴金屬電極頭32的情況，在相面對的貴金屬電極頭32與中心電極3之間形成火花放電間隙。與此相反，也可以在兩個電極3、4上都不設置貴金屬電極頭。在該情況下，在中心電極3前端面與接地電極4內側面之間形成火花放電間隙。
而且，如圖2、3、4所示，在本實施方式中，上述接地電極4呈直徑為1.3mm的截面圓形。即，是在與中心電極3側相反一側的背面上具有凸狀彎曲面的結構。由此，在火花塞100的安裝狀態下，即使在成為混合氣體直接碰到接地電極4的背面這種位置關系的情況下，混合氣體也繞到接地電極4的內側，混合氣體容易到達火花放電間隙33中。
此外，在本實施方式中，從中心電極3與接地電極4相重疊的方向看時，自上述火花放電間隙33的上述軸線方向上的中心點α±1mm的范圍(圖2的區域β)內的上述接地電極4的寬度的最大值dmax為除了具有該最大值dmax的部位的具有大致恒定寬度的一般部(在本實施方式中，例如，主體金屬殼體1的前端面側的基端部＝彎曲加工前的接地電極4的任意部位)的寬度d0的105％以下(例如103％)。此外，接地電極4的厚度T是一般部寬度L的0.5以上(在本例中是截面圓形，故為1.0)。
在此，對以上這樣所構成的火花塞100的制造方法進行簡單的說明。首先，預先加工主體金屬殼體1。即，通過對形成為圓柱狀的金屬原料(例如S15C或S25C之類鐵類原料、或者不銹鋼原料)進行冷鍛造加工而形成通孔，制造大致的形狀。然后，通過實施切削加工來調整外形，從而得到主體金屬殼體中間體。
接著，用電阻焊接將接地電極4焊接在主體金屬殼體中間體的前端部位。由于在該焊接時產生所謂“塌邊”，所以去除該“塌邊”后，通過滾壓成型在主體金屬殼體中間體的規定部位上形成螺紋部7。由此，得到焊接有接地電極4的主體金屬殼體1。在焊接有接地電極4的主體金屬殼體1上實施鍍鋅或鍍鎳。此外，為了謀求提高耐腐蝕性，也可以進一步對其表面實施鉻酸鹽處理。
而且，通過電阻焊接或激光焊接將上述貴金屬電極頭32接合在接地電極4的前端部。此外，為了更可靠進行焊接，在該焊接前去除焊接部位的鍍層，或者，在鍍膜工序時對預定焊接部位實施掩蓋。此外，也可以在后述的組裝之后進行該片的焊接。
另一方面，與上述主體金屬殼體1分別預先進行對絕緣體2的成形加工。例如，使用以氧化鋁為主體且含有粘合劑等的原料粉末，調制成形用坯料造粒物，通過用它進行橡膠壓制成形(rubber press)，得到筒狀的成形體。對所得到的成形體實施切削加工并進行整形。然后，通過將整形后的成形體投入燒成爐進行燒制，得到絕緣體2。
此外，與上述主體金屬殼體1、絕緣體2分別制造中心電極3。即，鍛造加工Ni類合金，為了提高散熱性而在其中央部設置銅芯。而且，通過電阻焊接或激光焊接等在其前端部上接合上述貴金屬電極頭31。
然后，端子金屬零件8和接合有如上述那樣得到的貴金屬電極頭31的中心電極3由密封玻璃9封固固定在上述絕緣體2的孔部6中。密封玻璃一般是使用硼硅酸玻璃與金屬粉末混合調制而成的。而且，先做成把中心電極3穿入到絕緣體2的孔部6的狀態，上述調制出的密封玻璃9被注入到絕緣體2的孔部6后，做成從后方推壓上述端子金屬零件8的狀態，然后在燒成爐內對其進行燒固。此外，此時，可以同時在絕緣體2的后端側的筒部表面上燒制釉層，也可以事前形成釉層。
然后，將上述那樣分別制作的具有中心電極3和端子金屬零件8的絕緣體2、與具有接地電極4的主體金屬殼體1組裝起來。更詳細地說，通過對形成為壁厚較薄的主體金屬殼體1的后端部進行冷壓邊或熱壓邊，絕緣體2的一部分被主體金屬殼體1從圓周方向包圍而將其保持。
而且，最后，通過彎曲接地電極4，實施調整中心電極3(的貴金屬電極頭31)和接地電極4(的貴金屬電極頭32)間的上述火花放電間隙33的加工。在本實施方式中，在形成彎曲部5時，通過采用各種辦法，如上所述，自火花放電間隙33的軸線方向的中心點α±1mm的范圍內的上述接地電極4寬度的最大值dmax被抑制在上述一般部的寬度d0的105％以下。作為本實施方式中的彎曲加工方法，可以舉出如下等方法(1)花費非常長的時間緩慢彎曲，(2)一邊改變彎曲點一邊分多階段地彎曲，(3)一邊壓住要擴寬度的部位一邊進行彎曲，(4)彎曲加工后，實施切削。
經過這樣通過一系列的工序，可以制造具有上述結構的火花塞100。
如上所述，采用本實施方式，因為接地電極4在與中心電極3側相反一側的背面上具有凸狀的彎曲面(因為成為截面圓形)，故如圖4所示，即使在成為混合氣體直接碰到接地電極4的背面這種位置關系的情況下，混合氣體也繞到接地電極的內側，混合氣體容易到達火花放電間隙中。
此外，如果彎曲引起的寬度擴大在火花放電間隙的軸線方向中心點附近處很顯著，則有可能阻礙混合氣體的流入。這一點，在本實施方式中，如上述那樣將自火花放電間隙33的上述軸線方向的中心點α±1mm的范圍內的上述接地電極4寬度的最大值dmax抑制在上述一般部的寬度d的105％以下。因此，可以把寬度擴大引起的影響抑制到最小限度，在背面上具有凸狀的彎曲面的效果不會被抵銷。結果，可以抑制混合氣體的流入阻礙，可以謀求防止點火性的降低。
而且，如果是本實施方式這樣使比接地電極4的厚度T是一般部的寬度L的0.5以上這樣壁厚較大的情況，則彎曲部5處的寬度擴大的程度容易變大。對于這樣彎曲時寬度擴大的程度容易變大的情況，因為如上所述做成抑制寬度擴大的結構，所以上述效果的意義更大。
接下來，為了確認上述的作用效果，通過變更各種條件制作各種的樣品，試進行了各種的評價。以下表述其實驗結果。
首先第1，準備使自火花放電間隙33軸線方向的中心點α±1mm范圍內的上述接地電極4寬度的最大值dmax相對于接地電極的一般部的寬度d0的比率(dmax/d0)各種不同的樣品(火花塞)，取為混合氣體直接碰到接地電極的背面的位置關系，由此測量點火極限空燃比(稀燃極限(A/F))。此外，在進行該測量時，把裝在點火裝置上的評價試驗對象的各樣品(火花塞)安裝在試驗用容器中，用將大氣與丙烷混合而成的評價混合氣體充滿該試驗用容器內，使火花塞放電，確認混合氣體的有無點火。此外，在該試驗用容器內安裝有風扇，在使火花塞放電時使風扇動作而產生從接地電極的背面朝向火花放電間隙的混合氣體流。對各樣品變更各種混合比(空燃比)進行10次測量，以發生2次不點火的時刻的混合比為點火極限空燃比。將其結果示于圖5的曲線圖中。如該圖所示，比率(dmax/d0)為100％、105％的樣品的稀燃極限(A/F)全都是16.5，與此相反，對比率(dmax/d0)超過105％的兩個樣品(dmax/d0＝110％，115％)而言，稀燃極限(A/F)分別為16.0、15.5這樣的較低值。因此，可以說當比率(dmax/d0)為105％以下，可以抑制寬度擴大引起的流入阻礙，可以謀求防止點火性的降低。
接下來對擴寬部與橫向跳火的產生的相關性進行了驗證。制作的樣品中，首先準備針對各樣品進行了彎曲加工以使擴寬部相對于一般部的寬度d0成為100％、101％、103％、106％、112％這樣的不同值的樣品。此外，在彎曲加工中制作成每個樣品都有相同的火花放電間隙。針對這五種火花塞，可以確認擴寬部相對于一般部的寬度擴大比率、與彎曲部的曲率半徑之間有圖6所示的關系。
而且，用該樣品確認了彎曲部的曲率半徑與橫向跳火的產生率的相關性。進行評價試驗時，在絕緣體的前端部表面上涂敷銀糊料，模擬火花塞污損了的狀態。評價試驗通過取為大氣氣氛，0.6MPa的環境的火花放電試驗進行，針對各樣品記下了在發生100次火花放電時各自產生橫向跳火的次數。將該試驗結果示于圖7。
根據該試驗結果，可以確認橫向跳火產生率以彎曲部曲率半徑為5mm，即寬度擴大比率為100％為界限而急劇增加。因而，可以確認優選寬度擴大比率為101％以上。此外，根據該結果，彎曲部曲率半徑為4.5mm時，估計可以把橫向跳火產生率抑制為小于20％。
接下來，準備使接地電極的厚度T相對于一般部的寬度L各種不同的棒狀樣品，測量了單純彎曲這些樣品時的比率(dmax/d0)。在該情況下，把上述厚度T固定于1.3mm，并且在彎曲時，以與以往同樣的恒定速度實施彎曲加工。將其結果示于圖8的曲線圖中。如該圖所示，在厚度T與寬度L之比(以下為了方便稱為“高寬比T/L”)小于0.5的情況下，即使單純進行彎曲，寬度擴大的程度也微小。與此相反，在高寬比T/L為0.5以上的情況，得知僅由于單純地彎曲，比率(dmax/d0)就會成為105％以上，寬度擴大的程度會增大。即，可以說在高寬比T/L為0.5以上這種壁厚較大的情況下，彎曲部處的寬度擴大的程度容易增大；與此相反，因為使比率(dmax/d0)為105％以下，所以上述效果的意義更大。
接下來，準備外徑恒定為1.3mm，使內層的截面積與截面的總面積(全面積)之比為各種不同的棒狀樣品，測定單純彎曲樣品時的比率(dmax/d0)，并且對外層有無破損進行了判定。在彎曲時，以比以往慢的速度實施了緩慢彎曲加工。將其結果示于表1。
表1
如表1所示，對內層面積相對于全面積的比率小于25％的樣品1～4而言，雖然在外層的破損上無特別的問題，但是比率(dmax/d0)超過了1.05。因此，可以說在內層的截面積相對于一般部的截面積的比率不足25％的情況下，即使特意設置比較軟質的內層，也無法期待足夠的形狀跟隨性，會容易產生寬度擴大。
此外，對內層面積相對于全面積的比率超過60％的樣品9、10而言，雖然比率(dmax/d0)為1.00，但是看到了外層的破損。因此，可以說內層的面積比率越高，形狀跟隨性就越優良，具有不容易導致由過度的變形應力引起的寬度擴大的傾向。另一方面，在內層的截面積相對于一般部的截面積的比率超過60％的情況下，外層變薄，有可能因彎曲引起的變形應力而導致斷裂。
與此相反，對內層的截面積相對于一般部的截面積的比率為25％～60％的樣品5～8而言，比率(dmax/d0)不超過1.05，此外，也未產生外層的破損。因此，可以說通過設置內層，所謂“吸熱”變好，可以抑制接地電極4的溫度在高速運行時等上升引起的問題，并且通過使內層截面積相對于一般部截面積的比率為25％～60％，可以既抑制外層的破損，又有效地抑制寬度擴大。
而且，驗證了擴寬部相對于一般部的硬度比率。如上所述，擴寬部相對于一般部的寬度的比率為101％～105％的情況從點火性方面來說可以得到良好的結果。擴寬部的寬度相對于擴寬部處的硬度密切相關，確認了該關系。
首先，準備多個未進行接地電極的彎曲加工的、未完成的火花塞，使接地電極的彎曲加工條件各種不同，做成了多個火花塞。然后，測定做成的各火花塞的接地電極的擴寬部的表面硬度(維氏硬度)，擴寬部相對于一般部的硬度比率分成130％、140％、155％、170％、180％(公差±2％)這五種，分別各準備了30根火花塞。接著，測定擴寬部的寬度與彎曲部的曲率半徑，針對各自的種類，計數(1)擴寬部相對于一般部的寬度的比率為105％以上的個數、(2)擴寬部相對于一般部的寬度的比率為小于101％的個數、(3)彎曲部的曲率半徑超過4.5mm的個數。將該結果示于表2。
表2
從表2可以看出擴寬部相對于一般部的寬度的比率超過105％的樣品在硬度比率為170％的情況下產生了1根，在硬度比率為180％的情況產生了10根。另一方面，在硬度比率為130％、140％、155％的情況下，產生的個數為“0”。因而，如果硬度比率為170％以下，則雖然幾乎未產生擴寬率超過105％的樣品，但是硬度比率為180％、擴寬率超過105％的樣品會一下子增大，故可以說不好。
此外，擴寬部相對于一般部的寬度的比率小于101％的樣品在硬度比率為140％的情況下為1根，在硬度比率為130％的情況下為8根。另一方面，在硬度比率為155％、170％、180％的情況下為“0”。因而，可以說在混合氣體的繞入方面，硬度比率為130％的樣品優良。另一方面，因為曲率半徑超過4.5mm的樣品為5根、發生橫向跳火，所以硬度比率為130％的樣品的點火性差。
如上所述，可以說硬度比率與擴寬部的寬度有密切的關系，優選硬度比率為140％～170％。
此外，不限定于上述實施方式記載的內容，例如也可以如下那樣地實施。
(a)雖然在上述實施方式中，具體化了接地電極4呈截面圓形的情況，但是不限于截面圓形。即，只要在與中心電極3側相反一側的背面上具有凸狀彎曲面即可，例如如圖9(a)所示，也可以是截面橢圓形的接地電極41，如圖9(b)所示，也可以是截面呈部分被去掉的圓形的接地電極42。在該情況下，如果中心電極側呈平面，則容易進行焊接貴金屬電極頭32的作業，存在著情況好這樣的優點。當然，截面也可以是半圓形、橢形，也可以使其背面的曲率在中途不同。但是，為了更有效地實現本發明，最好是高寬比T/L為0.5以上。
(b)此外，雖然在上述實施方式中，全都用在彎曲前具有相同尺寸且相同形狀的截面的棒狀接地電極4，但是沒有必要一定是棒狀。因而，例如，如圖10所示，也可以用具有較大直徑(寬度大)的基部51與小于該基部51的小徑部52的接地電極53。此外，如該圖所示，也可以在基部51和小徑部52間設有錐形部54。但是，在該構成中，也是有必要使自火花放電間隙的軸線方向的中心點±1mm的范圍(圖10的區域β)內的接地電極4的寬度的最大值dmax為接地電極53的一般部(圖中是小徑部52中的與彎曲無關的部位)的寬度d0的105％以上。
(c)雖然在上述實施方式中未談及有關接地電極4的一般部的背面的彎曲部的曲率的細節，但是可以如下地考慮。
一般來說，接地電極的一般部的背面的曲率半徑比較小時由混合氣體的繞入引起的優點大。這一點，優選接地電極4的一般部的背面的彎曲部的曲率半徑為0.5mm～1.3mm。在上述曲率半徑小于0.5mm的情況下，有可能使加工顯著變難；如果超過1.3mm，有可能使其向主體金屬殼體1的接合變難。此外，優選彎曲面部分(圓弧狀部分)長度與截面外周總距離的比率為60％以上。
(d)雖然在上述實施方式中未特別談及，但是也可以采用在自火花放電間隙的軸線方向的中心點±1mm的范圍外至少具有一個彎曲部的結構。此外，也可以在自火花放電間隙的軸線方向的中心點±1mm的范圍內不設置彎曲點而在上述范圍外設置多個彎曲點來構成接地電極。
(e)雖然在上述實施方式中，把接地電極4取為由外層4A、內層4B組成的兩層結構，但是可以由1層構成，也可以具有3層結構。
權利要求
1.一種內燃機用火花塞，該內燃機用火花塞具有沿軸線方向延伸的棒狀的中心電極、設在上述中心電極外周的大致圓筒狀的絕緣體、設在上述絕緣體外周的筒狀的主體金屬殼體、以及接地電極，該接地電極的基端部與上述主體金屬殼體的前端部接合、并且具有為使其前端部與上述中心電極的前端面相面對而使本身的中間部彎曲的彎曲部；在上述中心電極的前端部與上述接地電極的前端部間具有火花放電間隙，其特征在于，上述接地電極在與上述中心電極側相反一側的背面上具有凸狀的彎曲面，而且沿上述中心電極與上述接地電極重疊的方向看時自上述火花放電間隙的上述軸線方向上的中心點±1mm的范圍內的上述接地電極的寬度的最大值為除了具有該最大值的部位外的具有大致恒定寬度的一般部的寬度的105％以下。
2.根據權利要求1所述的內燃機用火花塞，其特征在于，上述接地電極的寬度具有最大值的部位的寬度為上述一般部的寬度的101％以上。
3.根據權利要求1或2所述的內燃機用火花塞，其特征在于，上述接地電極的厚度是一般部的寬度的0.5以上。
4.根據權利要求1或2中所述的內燃機用火花塞，其特征在于，上述接地電極的寬度具有最大值的部位的硬度為上述一般部的硬度的140％～170％。
5.根據權利要求1或2所述的內燃機用火花塞，其特征在于，上述接地電極的上述一般部的背面的彎曲部的曲率半徑為0.5mm～1.3mm。
6.根據權利要求1或2所述的內燃機用火花塞，其特征在于，上述接地電極具有外層和由導熱性比該外層好的金屬構成的內層，在上述一般部的截面上，上述內層截面積相對于一般部的截面積的比率為25％～60％。
7.根據權利要求1或2所述的內燃機用火花塞，其特征在于，上述接地電極在自上述火花放電間隙的上述軸線方向上的中心點±1mm的上述范圍外至少具有一個彎曲部。
全文摘要
本發明提供一種內燃機用火花塞，其具有前端部配置成與中心電極的前端面相面對的接地電極，抑制混合氣體的流入阻礙，由此謀求防止點火性的降低。火花塞具有主體金屬殼體、絕緣體、中心電極以及接地電極。接地電極其基端面焊接在主體金屬殼體的前端面上，在縱長方向中間位置的彎曲部處向中心方向彎曲。接地電極呈直徑1.3mm的截面圓形，即使是成為混合氣體直接碰到接地電極的背面這種位置關系的情況，混合氣體也繞到接地電極的內側，容易到達火花放電間隙。自火花放電間隙的軸線方向的中心點±1mm的范圍(區域(B))內的接地電極的寬度最大值為接地電極的一般部寬度的105％以下，能抑制寬度擴大引起的混合氣體的流入阻礙。
文檔編號H01T13/20GK101039017SQ20071008682
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月14日 優先權日2006年3月14日
發明者吉田和正, 鳥居計良, 松谷涉 申請人:日本特殊陶業株式會社