专利名称：内燃机用火花塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机中使用的火花塞。
背景技术：
火花塞安装到内燃机(发动机)上，用于燃烧室内的混合气体的打火。一般情况下，火花塞具有绝缘体，其具有沿轴线方向延伸的轴孔；中心电极，插通到该轴孔中；主体配件，设置在绝缘体的外周。并且，主体配件的外周面上形成有螺纹部，用于与内燃机的头部的安装孔螺合；螺纹颈，从上述螺纹部的后端向后端侧延伸；扩径部，形成在螺纹颈的后端侧，直径比上述螺纹颈大；以及座部，连接上述螺纹颈及扩径部。并且，在上述螺纹颈的外周上，与上述座部抵接地设置环形的垫圈。并且，当火花塞安装到内燃机时，通过螺纹耦合的轴力，上述垫圈紧密接触于上述内燃机的头部，从而保持燃烧室内的气密性(例如参照专利文献1等)。而从实现更优良的气密性的角度出发，可以是不设置衬垫、使上述座部和头部直接紧密接触的构成(例如参照专利文献2等)。专利文献1 特开2008-108478号公报专利文献2 特开2001-118659号公报
发明内容
但在这种类型的火花塞中，会因座部、头部的细小的损伤、应变等而破坏气密性。并且近些年来，从提高发动机头部的布局自由度等角度出发，要求火花塞的小型化(小径化)，可使上述主体配件的扩径部、螺纹部小径化。在此，伴随着扩径部的小径化， 座部的面积必然减少，并且随着螺纹部的小径化，螺纹耦合产生的轴力会减少。即，在小径化的火花塞中，难以充分确保座部及头部之间的密封性，进而容易导致燃烧室内的气密性下降。本发明鉴于以上情况而出现，其目的在于提供一种可确保燃烧室内的充分的气密性、并可满足小径化需求的内燃机用火花塞。以下对适于实现上述目的的各构成分项进行说明。并且，根据需要对对应的构成记述其特有的作用效果。构成1.本构成的内燃机用火花塞具有在轴线方向上延伸的棒状的中心电极；设置在上述中心电极的外周的大致圆筒状的绝缘体；设置在上述绝缘体外周的大致筒状的主体配件；以及接地电极，从上述主体配件的前端部延伸，并且在自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成间隙，在上述主体配件的外周面形成有与内燃机的头部的安装孔螺合的螺纹部；
形成在上述螺纹部的后端侧的螺纹颈；形成在上述螺纹颈的后端侧，直径比上述螺纹颈大的扩径部；以及位于上述螺纹颈及上述扩径部之间的座部，并且当上述螺纹部与上述内燃机的头部的安装孔螺合时，上述座部与上述头部紧密接触，其特征在于，上述螺纹部的螺纹径为M14，上述座部的硬度的维氏硬度是250Hv以下，且大于上述头部中与上述座部接触的部分的硬度。根据上述构成1，座部的硬度大于头部中与座部接触的部分的硬度。因此，对头部进行多次火花塞的安装/取下等时，可有效抑制伴随着与头部的接触的座部的塑性变形。 并且，座部中与头部接触的部位的硬度的维氏硬度是250Hv以下，因此即使进行多次火花塞的安装/取下等时，头部也不易产生变形。因此根据该构成1，可切实防止从确保气密性的角度而言非常重要的座部及头部的损坏、应变等。结果可切实密封座部和头部之间，进而在燃烧室内实现良好的气密性。此外，在将内燃机用火花塞安装到内燃机的头部而形成的内燃机用火花塞的安装构造中，可将上述技术思想具体化。构成2.本构成的内燃机用火花塞的特征在于，在上述构成1中，上述螺纹部的螺纹径为M12以下，上述座部的硬度的维氏硬度是200HV以下。螺纹部的螺纹径小径化时，鉴于螺纹部的强度，必须使将火花塞组装到内燃机时的缔结转矩较小。但如果缔结转矩较小，则轴力减少。因此，座部相对头部的紧密接触变得不充分，燃烧室内的气密性可能会降低。并且，当螺纹部的螺纹径小径化时，多次进行火花塞的安装/取下等时易发生头部变形。因此，如上述构成2所示，螺纹部的螺纹径为M12以下的小径化的火花塞如上所述，虽然气密性更可能下降，但根据本构成2，座部中与头部接触的部分的硬度的维氏硬度是200Hv以下。因此，可使座部更切实地紧密接触于头部，可切实密封座部和头部之间。并且，在多次进行火花塞的安装/取下等时，可切实防止头部变形。结果在燃烧室内可确保良好的气密性。构成3.本构成的内燃机用火花塞的特征在于，在上述构成1或2中，上述座部中， 与上述头部接触的部位表面的十点平均粗糙度为12. 5 μ m以下。根据上述构成3，座部中与头部接触的部位表面的十点平均粗糙度为12. 5μπι以下。因此，可使座部更切实地紧密接触于头部，进一步提高燃烧室内的气密性。构成4.本构成的内燃机用火花塞的特征在于，在上述构成1至3的任意一项中， 上述主体配件的外周面上形成连接部，该连接部连接上述座部的前端及上述螺纹颈的后端，并且在包括上述轴线的截面中，该连接部与上述轴线所成的角度大于上述轴线和上述座部所成的角度，设上述扩径部的外径为Α、上述螺纹颈的外径变得最小的部分的外径为B、上述座部和上述连接部的边界部分的外径为C时，满足下式(1)及式O)
(C-B) /2 ≥0. 3mm......(1)(A-C) /2 ≥ 0. 7mm......(2)。当上述座部的面积较大时，为了使座部紧密接触于头部，需要进一步增大安装火花塞时的缔结力。但在小径化的火花塞等中，需要进行减少缔结力，增大缔结力不一定很容
易ο鉴于这一点，通过上述构成4，使连接部不接触头部、仅座部紧密接触地构成。这样一来，与相当于座部及连接部的部位的整个面紧密接触于头部时相比，可减少与头部紧密接触的部位的面积。结果是，不用增大安装火花塞时的缔结力，可使火花塞(座部)更切实地紧密接触于头部，在燃烧室内更容易地实现优良的气密性。此外，(C-B)/2 < 0. 3mm时，即使连接部的面积相对减小时，座部的面积必然增大， 上述作用效果可能无法充分发挥。而当(A-C)/2< 0.7mm时，S卩，座部面积过小时，即使将座部牢固地紧密接触于头部，座部及头部间的密封性也变得不充分，燃烧室内的气密性可能会降低。此外，上述构成4在螺纹径小径化为M12以下、且座部及连接部所对应的部位的面积较大的火花塞中尤其有效。即存在以下情况即使在将螺纹部小径化的情况下，因与使用的工具的关系等而无法使工具扣合部变小，以至无法使扩径部与螺纹部一并小径化。这种情况下，与座部及连接部对应的部位的面积增大，另一方面，随着螺纹的小径化，需要使缔结力进一步减小。即，螺纹部为M12以下小径化、且与座部及连接部对应的部位的面积增大的火花塞中，确保燃烧室内的气密性是非常困难的。而通过上述构成4，如上所述，可减少与头部紧密接触的部位的面积。因此，即使是安装小径化的火花塞时的较小的缔结力，也可充分确保座部及头部间的密封性。构成5.本构成的内燃机用火花塞的特征在于，在上述构成4中，使包括上述轴线的截面中的、上述轴线和上述座部所成的角度为60度以上、70度以下。根据上述构成5，轴线和座部所成的角度(座部角度)为60度以上，因此可防止座部咬入到头部，即使在多次进行火花塞的安装/取下时，也可确保良好的气密性。另一方面，因座部角度为70度以下，所以可充分提高座部对头部的紧密接触性，可实现良好的气密性。构成6.本构成的内燃机用火花塞具有在轴线方向上延伸的棒状的中心电极；设置在上述中心电极的外周的大致圆筒状的绝缘体；设置在上述绝缘体外周的大致筒状的主体配件；以及接地电极，从上述主体配件的前端部延伸，并且自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成间隙，在上述主体配件的外周面上形成有与内燃机的头部的安装孔螺合的螺纹部；形成在上述螺纹部的后端侧的螺纹颈；形成在上述螺纹颈的后端侧，直径比上述螺纹颈大的扩径部；以及位于上述螺纹颈及上述扩径部之间的座部，其特征在于，
上述座部的表面设有被覆层，该被覆层覆盖该表面，并且当上述螺纹部与上述内燃机的头部的安装孔螺合时，与上述头部紧密接触，上述被覆层通过以下材料形成其软化点为200°C以上，且硬度比上述头部中与上述被覆层接触的部分的硬度小。根据上述构成6，被覆层的硬度小于头部中与上述被覆层接触的部分的硬度，因此可使被覆层较切实地紧密接触于头部，并且可切实抑制头部的损伤。并且，形成被覆层的材料的软化点为200°C以上，因此在火花塞使用时的高温环境下，可抑制被覆层的热变形。即， 根据本构成6，通过这些作用效果可充分确保燃烧室内的气密性。此外，作为形成被覆层的材料，例如包括耐热性橡胶(例如氟橡胶等)、耐热性树脂(例如聚酰胺系树脂、聚酰亚胺系树脂、氟树脂、或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为代表的聚酯树脂等)、或锌等金属材料等。并且这些材料中，因弹性可变形的材料在将火花塞相对头部多次安装/取下时，也可防止被覆层的变形，因此优选使用。并且，如上述构成4等所示，在具有连接部的火花塞中，也可适用本构成6的技术思想，用被覆层覆盖座部及连接部的至少座部表面。构成7.本构成的内燃机用火花塞的特征在于，在上述构成6中，上述被覆层的硬度的维氏硬度为IOOHv以下，并且上述被覆层中与上述头部接触的部位表面的十点平均粗糙度为12.5μπι以下。根据上述构成7，被覆层中与头部接触的部位的硬度的维氏硬度为IOOHv以下，并且上述被覆层中与头部接触的部位表面的十点平均粗糙度为12.5μπι以下。因此，可使火花塞(被覆层)更切实地紧密接触于头部，进一步提高燃烧室内的气密性。构成8.本构成的内燃机用火花塞的特征在于，在上述构成6或7中，上述被覆层具有5 μ m以上、300 μ m以下的厚度。根据上述构成8，覆盖座部表面，设置有具有5 μ m以上厚度的被覆层，因此可使座部(被覆层)更切实地紧密接触于头部。结果可进一步提高气密性。此外，当被覆层的厚度超过300 μ m时，座部和被覆层的紧密接触性被破坏，因这些原因会导致气密性下降。因此，优选被覆层的厚度为300 μ m以下。
图1是表示第1实施方式中的火花塞的构成的部分截断主视图。图2是表示火花塞对内燃机的安装状态的部分截断主视图。图3是表示螺纹径为M14的样本中的气密性评价试验的结果的图表。图4是表示螺纹径为M12的样本中的气密性评价试验的结果的图表。图5是表示螺纹径为MlO的样本中的气密性评价试验的结果的图表。图6是表示座部表面粗糙度和最小缔结转矩的关系的图表。图7是表示第2实施方式中的火花塞的构成的部分截断主视图。图8是表示第2实施方式中的被覆层的构成的部分放大截面图。图9是表示被覆层(座部)表面粗糙度和最小缔结转矩的关系的图表。图10是表示被覆层厚度和最小缔结转矩的关系、及形成被覆层的材料和最小缔结转矩的关系的图表。图11是表示第3实施方式中的火花塞的构成的部分截断主视图。图12是说明座部及连接部的构成等的部分放大截面图。图13是表示火花塞安装到内燃机的安装状态的部分截断放大主视图。图14是表示第4实施方式中的火花塞的构成的部分截断主视图。图15是说明第4实施方式中的被覆层的构成等的部分放大截面图。标记的说明1UAUBUC 火花塞(内燃机用火花塞)2:绝缘件(绝缘体)3 主体配件4 轴孔5:中心电极15 螺纹部16 螺纹颈17、17A、47、47A 座部17B 连接部18:扩径部26 主体配件的前端部27 接地电极41:内燃机
42 头部43 安装孔51A、51B 被覆层CLl 轴线
具体实施例方式(第1实施方式)以下参照
实施方式。图1是表示内燃机用火花塞(以下称为“火花塞”)1 的部分截断主视图。此外在图1中，以火花塞1的轴线CLl方向为附图中的上下方向、下侧为火花塞1的前端侧、上侧为后端侧来进行说明。火花塞1由呈筒状的作为绝缘体的绝缘件1、保持它的筒状的主体配件3等构成。众所周知，绝缘件2通过烧制氧化铝等而形成，在其外形部上具有形成在后端侧的后端侧主体部10 ；和该后端侧主体部10相比位于前端侧，向外径外突出形成的大径部 11 ；和该大径部11相比位于前端侧，比其细径地形成的中部主体部12 ；和该中部主体部12 相比位于前端侧，比其细径地形成的长足部13。并且，绝缘件2中，大径部11、中部主体部 12及大部分长足部13收容在主体配件3的内部。并且，在长足部13和中部主体部12的连接部形成有锥形的台阶部14，通过该台阶部14，绝缘件2卡止到主体配件3。进一步，绝缘件2中，沿轴线CLl贯通形成轴孔4，中心电极5插入、固定到该轴孔 4的前端侧。该中心电极5由以下构成由铜或铜合金构成的内层5A;以及由以镍(Ni)为主要成分的Ni合金构成的外层5B。并且，中心电极5整体呈棒状(圆柱状)，其前端面平坦地形成，并且从绝缘件2的前端突出。并且，端子电极6在从绝缘件2的后端突出的状态下插入、固定到轴孔4的后端侧中。进一步，轴孔4的中心电极5和端子电极6之间，设置有圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部借助导电性的玻璃密封层8、9，分别电连接到中心电极5和端子电极6。并且，上述主体配件3通过低碳钢等金属形成为筒状。主体配件3的外周面上，沿轴线CL1，从前端侧到后端侧依次设有螺纹部15、螺纹颈16、座部17及扩径部18。上述螺纹部15用于螺合到下述内燃机41的头部42的安装孔43，在本实施方式中，上述螺纹部15的螺纹径为M14。并且，上述螺纹颈16从上述螺纹部15的后端开始连续形成，呈比螺纹部15的螺纹径小径的圆柱状。进一步，上述座部17向轴线CLl的方向后端侧扩径形成，连接螺纹颈16的后端和扩径部18的前端。此外，在包括上述轴线CLl的截面中，使上述座部17的外形线和上述轴线CLl所成的角度较大(例如60度以上90度以下) 地形成座部17。进一步，扩径部18从上述座部17的后端向后端侧延伸，呈圆柱状。并且， 在上述扩径部18的后端侧设置截面六角形状的工具扣合部19，其用于在将火花塞1安装到发动机头部时，扣合扳手等工具。并且，主体配件3的后端部设置有用于保持绝缘件2的铆接部20。进一步，主体配件3的内周面设有锥形的台阶部21，用于将绝缘件2卡止。并且， 绝缘件2从主体配件3的后端侧向前端侧插入，在自身的台阶部14卡止到主体配件3的台阶部21的状态下，通过使主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧铆接、即通过形成上述铆接部20来固定。此外，在绝缘件2及主体配件3双方的台阶部14、21之间，介入有圆环状的板衬垫22。这样一来，可保持燃烧室内的气密性，使进入到暴露于燃烧室内的绝缘件2 的长足部13和主体配件3的内周面的间隙的燃烧空气不泄漏到外部。进一步，为了使铆接形成的密闭更加完全，在主体配件3的后端侧中，在主体配件 3和绝缘件2之间介入有环状的环形部件23、24，向环形部件23J4之间填充滑石(夕> ” )25的粉末。即，主体配件3通过板衬垫22、环形部件23、M及滑石25，保持绝缘件2。并且，主体配件3的前端部沈上结合有接地电极27，该接地电极自身的大致中间弯曲，自身的前端侧侧面与中心电极5的前端部相对。接地电极27是下述双层构造由Ni 合金(例如因康镍600、因康镍601( ^ > 二本 600、^ > 二本 601，均为注册商标))构成的外层27A;以及由作为比上述Ni合金导热电性强的金属的铜合金或纯铜构成的内层 27B。并且，在上述中心电极5的前端部及接地电极27之间，形成作为间隙的火花放电间隙 33，在该火花放电间隙33中，在大致沿上述轴线CLl的方向上进行火花放电。进一步，在本实施方式中，如图2所示，在将上述螺纹部15安装到内燃机41的头部42的安装孔43时，通过上述座部17紧密接触于上述头部42，保持燃烧室内的气密性。 并且，上述座部17的硬度通过采用下述制造方法，以维氏硬度表示为250Hv以下(例如 180Hv)。另一方面，上述头部42通过以铝为主要成分的较软质(例如IOOHv)的合金形成。 因此，座部17的硬度大于头部42的硬度。并且，上述座部17表面的十点平均粗糙度为12. 5 μ m以下(例如10 μ m)，较平滑。 此外，十点平均粗糙度以Jis B0601为规格。
并且，也可使螺纹部15的螺纹径小径化。但螺纹部15的螺纹径为M12以下时，座部17的硬度的维氏硬度为200Hv以下。接着说明如上构成的火花塞1的制造方法。首先提前加工好主体配件3。S卩，通过对圆柱状的金属材料(例如S17C、S25C这样的铁系材料、不锈钢材料)实施切削加工，形成贯通孔，并且整理外形，获得主体配件中间体。因此，本实施方式中的主体配件中间体仅通过实施切削加工而形成，结果可抑制相当于上述座部17的部位的硬度上升。接着，在主体配件中间体的前端面上电阻焊接由Ni合金构成的直棒状的接地电极27。在进行该焊接时，产生所谓“滴流”，因此在去除该“滴流”后，在主体配件中间体的规定部位上通过滚制形成螺纹部15。进一步，通过对相当于上述座部17的部位实施研磨加工等，获得上述座部17表面的十点平均粗糙度为12. 5 μ m以下、焊接了接地电极27的主体配件3。此外，也可对焊接了接地电极27的主体配件3实施镀锌或镀镍。并且，为了提高耐蚀性，也可对其表面进一步实施铬酸盐处理。另一方面，和上述主体配件3不同，对绝缘件2进行成型加工。例如，使用以氧化铝为主体、含有粘合剂等的原料粉末，调制成型用原造粒物，使用它进行橡胶冲压成型，从而获得筒状的成型体。并且，在对获得的成型体实施研磨加工并整形的基础上，通过实施烧制加工，获得绝缘件2。并且，独立于上述主体配件3、绝缘件2，制造出中心电极5。即，对中央部配置了用于提高散热性能的铜合金的Ni合金进行锻造加工，制造出中心电极5。并且，如上获得的绝缘件2及中心电极5、电阻体7、端子电极6通过玻璃密封层8、 9被密封固定。作为玻璃密封层8、9，一般混合硼硅酸玻璃和金属粉末并调制，该调制过的材料夹持电阻体7，注入到绝缘件2的轴孔4内后，从后方通过上述端子电极6挤压的同时， 在烧制炉内通过加热烧制凝固。并且此时，可对绝缘件2的后端侧主体部10的表面同时烧制釉药层，也可事先形成釉药层。之后，具有分别如上制造的中心电极5及端子电极6的绝缘件2、具有接地电极27 的主体配件3被组装。具体而言，通过将较薄壁地形成的主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧铆接，即通过形成上述铆接部20来固定。并且，最后通过使接地电极27的前端部分向中心电极5 —侧弯曲，实施调整中心电极5、及接地电极27间的上述火花放电间隙33的加工，获得上述火花塞1。如以上详细所述，根据本实施方式，座部17的硬度大于头部42的硬度。因此，即使在多次进行火花塞1到头部42的安装、取下等时，也可有效抑制伴随着与头部的接触的座部17的塑性变形。并且，座部17的硬度的维氏硬度为250Hv以下(螺纹部15的螺纹径为M12以下时，为200Hv以下)，因此在多次进行火花塞的安装/取下等时，头部42也难以发生变形。因此根据本实施方式，可切实防止从确保燃烧室内的气密性的角度而言非常重要的座部17及头部42的损伤、应变等。结果可切实密封座部17和头部42之间，并在燃烧室内实现良好的气密性。并且，座部17的硬度的维氏硬度为200Hv以下时，可进一步切实防止座部17及头部42的损伤、应变等，并且可使座部17更切实地紧密接触于头部42。由此，可进一步提高燃烧室内的气密性。
进一步，座部17表面的十点平均粗糙度为12. 5μπι以下，因此可更切实地使座部 17紧密接触于头部42，进一步提高燃烧室内的气密性。并且，对于座部17，其外形线和上述轴线CLl形成为呈较大的角度。这样一来，在将火花塞1安装到内燃机41时，可更切实地防止座部17咬入到头部42，实现气密性的进一
步提尚。接着为了确认上述实施方式起到的作用效果，进行了气密性评价试验。气密性评价试验的概要如下。即，制造出对螺纹部的螺纹径及座部的硬度进行各种变更的火花塞的样本，并制造模拟发动机头部的、对与座部接触的部位的硬度(头部的硬度)进行各种变更的铝制的试验台。并且，将样本以15Ν·πι的缔结转矩安装到试验台上，并且将各样本加热到150°C的同时，在通过空气持续加压1. 5MPa的压力的状态下，测定来自样本及试验台间的每1分钟的空气的泄漏量(ml/分)，最后将样本从试验台取下，对各样本进行5次(即， 对同一试验台各进行5次同一样本的安装、取下)。其中，在全部5次试验中，当空气泄漏量小于anl/分时，认为能够实现良好的气密性，做出“〇”的评价，而当空气的泄漏量为ani/ 分以上的次数为1次以上时，认为气密性不充分，做出“X”的评价。并且，试验后确认试验台有变形时，认为存在燃烧室内的气密性不足的可能性，做出“■”的评价。图3 图5表示气密性评价试验的结果。此外，图3表示样本的螺纹径为M14时的试验结果，图4表示螺纹径为M12时的试验结果。并且，图5表示螺纹径为MlO时的试验结果。如图3 图5所示，座部的硬度小于头部的硬度时，可知燃烧室内的气密性不充分。可以认为这是因为，通过使座部的硬度小于头部的硬度，座部易塑性变形，反复安装/ 取下火花塞时的座部的变形变得明显。与之相对，对于座部硬度为头部硬度以上的样本，可知其实现了良好的气密性。这是因为，通过使座部硬度为头部硬度以上，可尽量抑制座部的塑性变形。但螺纹部的螺纹径为M14的样本中座部硬度超过250Hv的、及螺纹部的螺纹径为M12以下的样本中座部的硬度超过200Hv的，试验后的试验台中确认了变形。因此，可以说，为了在燃烧室内确保良好的气密性，使座部的硬度大于头部的硬度、并使螺纹部的螺纹径为M14时，使座部的硬度为 250Hv以下，当螺纹部的螺纹径为M12以下时，使座部的硬度为200Hv以下是有意义的。接着，制造对螺纹部的螺纹径及座部表面的十点平均粗糙度(座部表面粗糙度) 进行各种变更的火花塞的样本，在对缔结转矩进行各种变更的基础上，将各样本安装到模拟发动机头部的铝制的试验台。并且，将样本加热到150°C的同时，在通过空气持续施加 1. 5MPa的压力的状态下，按照各样本确定来自样本及试验台之间的每1分钟的空气泄漏量为aiil/分以上时的缔结转矩(最小缔结转矩)。此外，可以说，越是最小缔结转矩小的样本， 越容易实现充分的气密性，即在气密性方面是有利的。图6是表示座部表面粗糙度和最小缔结转矩的关系的图表。并且在图6中，螺纹径为M14的样本的试验结果用黑色圆绘图，螺纹径为M12的样本的试验结果用黑色三角绘图，螺纹径为MlO的样本的试验结果用黑色菱形绘图。并且，各样本的座部的硬度为150Hv，试验台中与座部接触的部位的硬度为ΙΟΟΗν。如图6所示，可知对于座部表面粗糙度为12. 5 μ m以下的样本，最小缔结转矩是较小的恒定值，座部表面粗糙度超过12. 5μπι的样本的最小缔结转矩增大。即，可以明确知道，座部表面粗糙度超过12. 5μπι的样本中，难于使座部及头部紧密接触，即难于确保座部及头部间的密封性。因此，可以说，从实现良好的气密性的角度出发，使座部表面粗糙度为12. 5μπι以下是有意义的。(第2实施方式)接着对于第2实施方式，参照附图的同时特别以与第1实施方式的不同点为中心进行说明。本第2实施方式中的火花塞IA和上述第1实施方式相比，如图7所示，其特征在于，覆盖主体配件3的座部47的表面地设置被覆层51Α。被覆层51Α的软化点为200°C以上，且由硬度比上述头部42的硬度小的材料(例如氟树脂等)形成。具体而言，上述被覆层51A的硬度的维氏硬度为IOOHv以下。并且如图8所示，上述被覆层5IA的厚度TH是5 μ m以上、300 μ m以下的足够大的配件。并且，被覆层51A中与上述头部42接触的部位的表面的十点平均粗糙度为12.5μπι 以下。并且，在第2实施方式中，和上述第1实施方式相比，座部47的硬度不同。S卩，座部47的硬度的维氏硬度超过200Ην(例如220Ην)。以上根据第2实施方式，被覆层51Α的硬度小于头部42的硬度，因此可使被覆层 51Α切实紧密接触到头部42，并且可切实抑制头部42的损伤。并且，形成被覆层51Α的材料的软化点为200°C以上，因此在使用火花塞时的高温环境下，可抑制被覆层51A的热变形。 即，根据第2实施方式，通过这些作用效果可充分确保燃烧室内的气密性。进一步，形成被覆层51A的氟树脂可弹性变形，因此多次将火花塞对头部42安装 /取下时，也可切实防止被覆层5IA的变形。并且，因被覆层51A的厚度设定为5 μ m以上、300 μ m以下，因此可使火花塞(被覆层51A)更切实地紧密接触于头部42，实现气密性的进一步提高。并且，被覆层51A的硬度的维氏硬度为IOOHv以下，并且上述被覆层51B中与头部接触的部位表面的十点平均粗糙度为12. 5 μ m以下，因此可更切实地使火花塞(被覆层 51A)紧密接触到头部。接着为了确认上述第2实施方式起到的作用效果，制造出设置了由氟树脂形成、 表面粗糙度分别不同的被覆层的样本，及不设置被覆层、对座部的表面粗糙度进行各种变更的样本，对各样本测定上述最小缔结转矩。图9是表示被覆层(座部)的表面粗糙度和最小缔结转矩的关系的图表。并且在图9中，对设置了被覆层的样本的试验结果用黑色圆绘图，对未设置被覆层的样本的试验结果用黑色四角绘图。并且，使各样本的座部的硬度为 150Hv，试验台中与座部接触的部位的硬度为ΙΟΟΗν。并且，对于设置了被覆层的样本，使被覆层的厚度为50 μ m。如图9所示，设置了被覆层的样本与未设置被覆层的样本相比，可知无论表面粗糙度的大小如何，最小缔结转矩均变小。因此，从易于实现良好的气密性的角度出发，覆盖座部地设置被覆层是有意义的。此外还发现，当被覆层的表面粗糙度超过12. 5 μ m时，最小缔结转矩略有增大。 因此，为了更切实地实现更良好的气密性，优选使上述被覆层表面的十点平均粗糙度为 12. 5μπι 以下。接着在螺纹部的螺纹径为MlO或Μ12的基础上，制造出具有覆盖座部表面、并由氟树脂或镀锌形成的、厚度进行了各种变更的被覆层的火花塞的样本，对各样本测定上述最小缔结转矩。图10是表示被覆层的厚度和最小缔结转矩的关系的图表。此外，在通过氟树脂形成被覆层时，该被覆层的硬度的维氏硬度是60Hv，而通过镀锌形成被覆层时，该被覆层的硬度的维氏硬度是120Hv。并且，在图10中，将通过镀锌形成被覆层、螺纹径为M12的样本的试验结果用黑色圆绘图，将通过镀锌形成被覆层、螺纹径为 MlO的样本的试验结果用黑三角绘图。并且，将通过氟树脂形成被覆层、螺纹径为M12的样本的试验结果用黑四角绘图，将通过氟树脂形成被覆层、螺纹径为MlO的样本的试验结果用叉标记绘图。如图10所示，可知被覆层的厚度为5μπι以上的样本的最小缔结转矩是较小的恒定值，被覆层的厚度小于5μπι的样本的最小缔结转矩增大。这是因为，通过使被覆层的厚度为5 μ m以上的足够大的尺寸，可提高样本相对于试验台的紧密接触性。并且可知，与通过镀锌形成被覆层的样本相比，通过氟树脂形成被覆层的样本可实现更良好的气密性。这是因为，通过氟树脂形成的被覆层具有较低的硬度，样本可紧密接触于试验台。因此，从进一步提高气密性的角度出发，优选在座部表面设置被覆层，并且使该被覆层的厚度为5μπι以上，进一步优选使被覆层的硬度较低(IOOHv以下)。但被覆层过厚时，提高气密性这一作用效果可能无法充分发挥。因此，可以说被覆层的厚度优选为300 μ m 以下。(第3实施方式)接着对于第3实施方式，以与第1实施方式的不同点为中心进行说明。本第3实施方式中的火花塞IB如图11所示，尤其是座部17A的构成不同。S卩，在上述第1实施方式中，上述座部17的前端与上述螺纹颈16的后端连接地构成，但在本第3 实施方式中，在座部17A的前端和螺纹颈16的后端之间形成连接部17B。并且，上述螺纹部15的螺纹径小径化为M12以下，而上述扩径部18、工具扣合部 19和之前基本是同样的大小。因此如图12所示，设上述扩径部18的前端的外径为A(mm)、 上述螺纹颈16中外径变得最小的部分的外径为B (mm)时，(A-B)/2为0. 8mm以上，即A-B为 1.6mm以上(例如2. Omm以上)的较大的值。此外，使扩径部18极端大径化时，对于组装了火花塞IB的发动机，会损坏布局的自由度。因此，上述扩径部18的前端的外径为19.0mm 以下。进一步，在该第3实施方式中，上述座部17A及连接部17B的边界位置如下设定。 即，设座部17A和连接部17B的边界部分的外径为C(mm)时，(C-B)/2为0. 3mm以上，且 (A-C)/2为0. 7mm以上地确定座部17A和连接部17B的边界位置。并且，座部17A及连接部17B均是朝向轴线CLl方向前端侧而变细的锥形，但在包括轴线CLl的截面中，与座部17A的外形线(的延长线)和轴线CLl所成的角度α 1相比， 连接部17Β的外形线(的延长线)和轴线CLl所成的角度α 2较大。因此如图13所示，在将火花塞IB安装到内燃机41的头部42的安装孔43时，连接部17Β不与头部42接触，仅底部17Α紧密接触于头部42。并且，在该第3实施方式中，上述座部17Α的外形线和轴线CLl所成的角度α 1为 60度以上、70度以下。根据该第3实施方式，在包括轴线CLl的截面中，与轴线CLl和座部17Α所成的角度α 相比，轴线CLl和连接部17B所成的角度a 2较大。即，在将火花塞IB安装到内燃机41时，仅座部17A紧密接触于头部42地构成。这样一来，与座部17A及连接部17B整个面紧密接触于头部42时相比，可减少紧密接触于头部42的部位的面积，不增大缔结力即可更切实地使火花塞IB紧密接触于头部42。结果可充分确保燃烧室内的气密性。并且，通过使(C-B)/2 < 0. 3mm,可防止座部17A的面积过度增大，并且通过使 (A-C)/2 < 0. 7mm，可充分维持座部17A的面积。因此，可进一步切实防止气密性降低。进一步，轴线CLl和座部17A所成的角度α 1为60度以上，因此可防止座部17A 陷入到头部42中，即使在多次进行火花塞IB的安装/取下时，也可确保良好的气密性。另一方面，上述角度α 1为70度以下，因此可充分提高座部17Α对头部42的紧密接触性，实现良好的气密性。(第4实施方式)接着对于第4实施方式，参照附图的同时以与第3实施方式的不同点为中心进行说明。该第4实施方式中的火花塞IC和上述第3实施方式相比，如图14、15所示，其特征在于，覆盖主体配件3的底部47Α表面地设置有被覆层51Β(图14中附加了散点花纹的部位)。此外，被覆层51Β和上述第2实施方式中的被覆层51Α —样，由软化点为200°C以上、且维氏硬度为IOOHv以下(例如60Hv以下)的硬度较小的材料(例如氟树脂等)形成。 因此，上述被覆层51B的硬度小于上述头部42的硬度。并且，被覆层51B的表面粗糙度为 12. 5μπι以下，其厚度TH为5μπι以上、300μπι以下。接着为了确认上述第3实施方式起到的作用效果，使螺纹部的螺纹径为Μ12或 Μ10,并使工具扣合部为ΗΕΧ16或ΗΕΧ14，在此基础上对(C-B)/2的值及(A-C)/2的值进行各种变更，从而制造多个对座部及连接部的边界部分的位置进行了各种变更的火花塞的样本，对各样本进行上述气密性评价试验。并且在该试验中，当空气的泄漏量为0. 1 (ml/分) 以下时，可实现极良好的气密性，做出“◎”的评价，当空气的泄漏量为0. 1 (ml/分)以上、 小于0.2(ml/分)时，可实现良好的气密性，做出“〇”的评价。另一方面，当空气的泄漏量为0.2(ml/分)以上时，气密性略为不佳，做出“Δ”的评价。此外，对于螺纹径为M12的样本，A-B为3. 6mm，对于螺纹径为MlO的样本，A-B为3. 5mm。并且，对于座部的外形线和轴线所成的角度(座部角度)，各样本均为63度。进一步，各样本到试验台的安装以规定的缔结转矩进行。表1及表2表示评价试验的结果。此外，表1表示螺纹径M12、HEX16的样本的结果，表2表示螺纹径M10、HEX14的样本的结果。并且各表中一并表示了座部的面积。(表1)
权利要求
1.一种内燃机用火花塞，具有在轴线方向上延伸的棒状的中心电极； 设置在上述中心电极的外周的大致圆筒状的绝缘体； 设置在上述绝缘体的外周的大致筒状的主体配件；以及接地电极，从上述主体配件的前端部延伸，并且自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成间隙，在上述主体配件的外周面形成有 与内燃机的头部的安装孔螺合的螺纹部； 形成在上述螺纹部的后端侧的螺纹颈；形成在上述螺纹颈的后端侧，直径比上述螺纹颈大的扩径部；以及位于上述螺纹颈及上述扩径部之间的座部，并且当上述螺纹部与上述内燃机的头部的安装孔螺合时，上述座部与上述头部紧密接触，上述内燃机用火花塞的特征在于， 上述螺纹部的螺纹径为M14，上述座部的硬度的维氏硬度是250Hv以下，且大于上述头部中与上述座部接触的部分的硬度。
2.根据权利要求1所述的内燃机用火花塞，其特征在于， 上述螺纹部的螺纹径为M12以下，上述座部的硬度的维氏硬度是200Hv以下。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机用火花塞，其特征在于，上述座部中与上述头部接触的部位表面的十点平均粗糙度为12. 5μπι以下。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的内燃机用火花塞，其特征在于，在上述主体配件的外周面形成有连接部，上述连接部连接上述座部的前端及上述螺纹颈的后端，并且在包括上述轴线的截面中，上述连接部与上述轴线所成的角度大于上述轴线和上述座部所成的角度，设上述扩径部的外径为Α、上述螺纹颈的外径变得最小的部分的外径为B、上述座部和上述连接部的边界部分的外径为C时，满足下式(1)及式O)(C-B) /2 彡 0. 3mm......(1)(A-C) /2 彡 0. 7mm......(2)。
5.根据权利要求4所述的内燃机用火花塞，其特征在于，使包括上述轴线的截面中的、 上述轴线和上述座部所成的角度为60度以上、70度以下。
6.一种内燃机用火花塞，具有在轴线方向上延伸的棒状的中心电极； 设置在上述中心电极的外周的大致圆筒状的绝缘体； 设置在上述绝缘体外周的大致筒状的主体配件；以及接地电极，从上述主体配件的前端部延伸，并且自身的前端部与上述中心电极的前端部之间形成间隙，在上述主体配件的外周面形成有与内燃机的头部的安装孔螺合的螺纹部； 形成在上述螺纹部的后端侧的螺纹颈；形成在上述螺纹颈的后端侧，直径比上述螺纹颈大的扩径部；以及位于上述螺纹颈及上述扩径部之间的座部， 上述内燃机用火花塞的特征在于，上述座部的表面设有被覆层，该被覆层覆盖该表面，并且当上述螺纹部与上述内燃机的头部的安装孔螺合时，与上述头部紧密接触，上述被覆层通过以下材料形成其软化点为200°C以上，且硬度比上述头部中与上述被覆层接触的部分的硬度小。
7.根据权利要求6所述的内燃机用火花塞，其特征在于， 上述被覆层的硬度的维氏硬度为IOOHv以下，并且上述被覆层中与上述头部接触的部位表面的十点平均粗糙度为12. 5μπι以下。
8.根据权利要求6或7所述的内燃机用火花塞，其特征在于， 上述被覆层具有5 μ m以上、300 μ m以下的厚度。
全文摘要
提供一种内燃机用火花塞，可确保燃烧室内的充分气密性、并可满足小径化需求，火花塞(1)具有中心电极(5)、设置在中心电极(5)外周的绝缘件(2)、设置在绝缘件(2)外周的主体配件(3)、从主体配件(3)的前端部延伸的接地电极(27)，在主体配件(3)的外周面形成有与内燃机(41)的头部(42)的安装孔(43)螺合的螺纹部(15)；形成在螺纹部(15)的后端侧的螺纹颈(16)；直径比螺纹颈(16)大的扩径部(18)；连接螺纹颈(16)及扩径部(18)的座部(17)，当螺纹部(15)与安装孔(43)螺合时，座部(17)与头部(42)紧密接触，螺纹部(15)的螺纹径为M14以下，座部(17)的硬度的维氏硬度在规定值以下，并大于头部(42)中与座部(17)接触的部分的硬度。
文档编号H01T13/20GK102257687SQ201080003648
公开日2011年11月23日 申请日期2010年1月21日 优先权日2009年1月23日
发明者九鬼宏昭, 山田裕一, 川地龙马 申请人:日本特殊陶业株式会社