专利名称：等离子流火花塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成等离子体从而对混合气体进行引燃的等离子流火花塞。
背景技术：
以往，在内燃机等的燃烧装置中，使用通过火花放电将混合气体引燃的火花塞。并且，近年来，为了应对燃烧装置的高输出化和低耗损化的要求，提案有等离子流火花塞，即使对于燃烧的蔓延快、引燃界限空燃比更高的稀薄混合气体也能够更切实地引燃。
通常等离子流火花塞具有筒状的绝缘体，具有轴孔；中心电极，在前端面比绝缘体的前端面更深入的状态下插入并设置在上述轴孔内；主体配件，配置于绝缘体的外周； 以及圆环状的接地电极，接合到主体配件的前端部。另外，等离子流火花塞具有由中心电极的前端面以及轴孔的内周面形成的空间(腔部)，该腔部经由形成于接地电极的贯通孔从而与外部连通。
在上述等离子流火花塞中，如下对混合气体进行引燃。首先，将电压施加到中心电极与接地电极之间，在两者之间产生火花放电从而绝缘击穿两者之间。在此基础上，通过在两者之间流过高能量的电流而使放电状态转变，在上述腔部的内部产生等离子体。并且，通过产生的等离子体从腔部的开口喷出，对混合气体进行引燃。
然而，作为实现更进一步优异的引燃性的方法，考虑在火花放电后将流入的电流设为更高能量，产生更大的等离子体。可是，若流入高能量的电流，则有可能中心电极变得容易耗损，在火花放电时所需的电压(放电电压)急速地增大。
因此，提案有如下方法在腔部的内周面设置台阶部、或设置朝向前端侧缩径的缩径部，从而在腔部设置节流阀，即使是较低能量的电流也能实现优异的引燃性(例如，参照专利文献I等)。
现有技术文献
专利文献
专利文献I :W02008/156035A1 发明内容
发明所要解决的课题
然而，在中心电极与接地电极之间沿着绝缘体的内周面产生火花放电，因此产生了由于火花放电而消去位于火花放电路径上的绝缘体的现象(所谓沟道效应)。在此，在中心电极与接地电极之间且大致沿着轴线的方向上产生火花放电，但在腔部的内周面设置台阶部的情况下，该台阶部(绝缘体的内周面)与火花放电的方向大致正交。因此，火花放电在对绝缘体的内周面(台阶部)过度地按压的状态下产生，从而沟道效应有可能在上述台阶部急速地发展。若沟道效应发展、腔部的容积增大，则等离子体的喷出压力降低，进而有可能导致引燃性的降低。
对此，若代替台阶部而构成为设置连续缩径的锥状的内周面(缩径部)，则能够防止绝缘体的内周面与火花放电的方向正交的情况。可是，在该情况下，在上述技术中，绝缘体的内周面中与中心电极的前端角部(位于中心电极的前端面与侧面之间的部位)最接近的部位成为位于缩径部的后端的弯曲部分。因此,火花放电以电场强度高的部位为基点容易产生，但中心电极的前端角部和上述弯曲部分这两者的电场强度均较高，另外，两者接近，因此有可能火花放电在经过上述弯曲部分的路径上集中产生。其结果是，伴随火花放电，沟道效应在上述弯曲部分急速地发展，从而有可能腔部的容积急剧地增大、或穿透绝缘体。
本发明是鉴于上述情况而发明的，其目的在于提供一种等离子流火花塞，实现引燃性的提高，并且抑制沟道效应的急速发展，从而能够长期维持优异的引燃性。
用于解决课题的手段
以下，分项说明适用于解决上述目的的各构成。此外，根据需要说明对应的构成所特有的作用效果。
构成I.本构成的等离子流火花塞具有
绝缘体,具有沿着轴线方向延伸的轴孔；
中心电极，插入并设置于上述轴孔内，以使前端面与上述绝缘体的前端相比更位于上述轴线方向后端侧；
主体配件，配置于上述绝缘体的外周；以及
接地电极，固定于上述主体配件的前端部，
具有由上述轴孔的内周面以及上述中心电极的前端面形成的腔部，上述等离子流火花塞的特征在于，
上述轴孔具有
第I直线部，从上述中心电极的前端面朝向上述轴线方向前端侧延伸，具有相同的内径；以及
缩径部，从上述第I直线部的前端朝向上述轴线方向前端侧缩径，
在包括上述轴线的截面中，将与上述轴线正交的直线和上述缩径部的外形线所构成的角中的锐角的角度设为α (° )时，满足α彡10。
此外，“相同的内径”是指不仅包括内径沿着轴线方向严格固定的情况，还包括内径沿着轴线方向些许变动的情况。因此，也可以例如将内周面相对于轴线些许(例如， ±5° )倾斜(以下，同样)。
根据上述构成1，在轴孔中设置有朝向轴线方向前端侧缩径的缩径部。因此，能够使朝向腔部的开口侧(轴方向前端侧)的等离子体的喷出压力增大，能够使来自腔部开口的等离子体喷出长度更大。其结果是，能够实现引燃性的提高。
另一方面，通过设置缩径部，有可能腔部的容积急剧增大等，但根据上述构成1，与轴线正交的直线和缩径部的外形线所构成的角度α为10°以上，缩径部不成为与火花放电的方向正交的状态，而极力沿着火花放电的方向形成。因此，能够更切实地抑制火花放电在对缩径部过度地按压的状态下产生的状况，能够更切实地防止沟道效应的急速发展。
而且，根据上述构成1，在中心电极的前端面与缩径部之间设置有第I直线部，第I 直线部与缩径部之间形成的弯曲部分和中心电极的前端面在轴线方向上隔离。因此，能够更有效地防止火花放电在经过上述弯曲部分的路径上集中产生的状况，能够使火花放电路4径更分散。其结果是，与角度α设为10°以上相辅相成，能够极其有效地防止沟道效应的急速发展。
如上所述，根据上述构成1，角度α设为10°以上，并且设置第I直线部，从而能够有效克服伴随设置缩径部而沟道效应急速发展这样的弊端，能够长期维持设置缩径部所带来的引燃性的提高这样的优点。
构成2.本构成的等离子流火花塞，其特征在于，满足α <45。
根据上述构成2，角度α为45°以下，因此能够使腔部中由缩径部以及第I直线部形成外周的部分(第I腔部)的容积充分小。因此，能够抑制第I腔部中等离子体向径向的蔓延，能够使沿着轴线方向的等离子体的喷出速度进一步增大。其结果是，能够使来自腔部的开口的等离子体的喷出长度变大，能够实现引燃性的进一步提高。
构成3.本构成的等离子流火花塞在上述构成I或2中，其特征在于，将沿着上述轴线的上述第I直线部的长度设为O. 5mm以下。
在火花放电时，电荷可能对缩径部进行冲撞，但根据上述构成3，沿着轴线的第I 直线部的长度较小地设为O. 5mm以下，能够有效降低电荷对缩径部的冲撞能量。其结果是， 能够更进一步切实地抑制沟道效应，能够进一步长期维持优异的引燃性。
构成4.本构成的等离子流火花塞在上述构成I至3的任一项中，其特征在于，将包括上述中心电极的前端的与·上述轴线方向正交的假想平面与上述腔部的开口之间的上述绝缘体的内周面的最短距离设为I. Omm以上。
若中心电极伴随等离子体的生成而磨损，则磨损粉末附着于绝缘体的内周面，有可能降低中心电极与接地电极之间的绝缘电阻。在此,若中心电极与接地电极之间的绝缘电阻过度地小，则有可能在两者之间容易产生电流的泄漏，对于火花放电乃至等离子体的生成产生妨碍。
对于此点，根据上述构成4，在包含中心电极的前端且与轴线正交的假想平面与腔部的开口之间的绝缘体的内周面的最短距离充分大地确保为I. Omm以上。因此，即使一些磨损粉末附着于绝缘体的内周面，也能够在中心电极与接地电极之间维持充分的绝缘性能。其结果是，能够更切实地防止电流的泄漏，进而能够更切实地发挥上述构成I等所产生的作用效果。
构成5.本构成的等离子流火花塞在上述构成I至4的任一项中，其特征在于，上述接地电极与上述绝缘体的前端面接触，将包括上述中心电极的前端的与上述轴线方向正交的假想平面与上述接地电极之间的上述绝缘体的内周面的最短距离设为2. 5mm以下。
若考虑由于中心电极的耗损而使放电电压逐渐增大的情况、以及放电电压越大在绝缘体越容易产生沟道效应的情况，则优选初期(中心电极等的耗损前)的放电电压设为较低。
对于此点，根据上述构成5，在上述假想平面与接地电极之间的沿着绝缘体的内周面的最短距离为2. 5mm以下。因此，能够将初期的放电电压抑制为较低，能够更有效防止伴随放电电压的增大的放电异常和沟道效应的发展。
构成6.本构成的等离子流火花塞在上述构成I至5的任一项中，其特征在于，上述轴孔具有第2直线部，该第2直线部从上述缩径部的前端延伸到上述腔部的开口，具有相同的内径，将由上述第I直线部以及上述缩径部形成外周的第I腔部的容积设为Vl (mm3)、将由上述第2直线部形成外周的第2腔部的容积设为V2 (mm3)时，满足O. 2 ^ V2/V1 < 3. O。
根据上述构成6，第I腔部的容积Vl以及第2腔部的容积V2构成为满足O. 2 SV2/ Vl ( 3. O。S卩，通过满足O. 2 ( V2/V1，第I腔部的容积较小，并且第2腔部的容积确保为某种程度的大小。即，若第I腔部的容积Vl过度地大，则有可能使用于在第2腔部生成的等离子体从腔部的开口喷出的喷出压力降低，但通过第I腔部的容积Vl设为较小，由在第 I腔部生成的等离子体充满第I腔部，能够使等离子体的喷出压力充分大。另外，第2腔部的容积V2确保为某种程度的大小，由此通过第I腔部产生的喷出压力而使从腔部开口喷出的等离子体充分生成，能够从腔部的开口喷出更大的等离子体。
而且，不将第2腔部的容积V2相对于第I腔部的容积Vl设为过度地大，满足V2/ Vl ( 3. 0，从而能够更切实地防止在第2腔部过度地生成等离子体的状况、在第I腔部产生的喷出压力下不能够使等离子体充分喷出这样的状况，能够提高来自腔部开口的等离子体的喷出量。
如上所述，根据上述构成6，通过满足O. 2 < V2/V1 ^ 3. O,能够使等离子体的喷出力和喷出量进一步增大，能够实现引燃性的进一步提高。
构成7.本构成的等离子流火花塞在上述构成I至6的任一项中，其特征在于，上述接地电极为板状并且具有在板厚方向上贯通的贯通孔，相对于与上述轴线正交的假想平面，将上述绝缘体的开口、上述中心电极的前端面外周、和上述接地电极的内周沿着上述轴线进行投影时，上述接地电极的内周的投影线位于上述绝缘体的开口的投影线与上述中心电极的前端面外周的投影线之间。
根据上述构成7，腔部的开口不被接地电极覆盖。因此，等离子体的喷出难以被接地电极阻碍，另外，更切实地防止通过接地电极引导等离子体的热量。其结果是，能够促进等离子体的成长，能够更进一步提高引燃性。
另一方面，若腔部的开口不被接地电极覆盖，则火花放电在中心电极的前端面外周与接地电极的贯通孔之间围绕腔部的开口而产生。即，火花放电在被接地电极牵引的路径上产生，其结果是，火花放电对绝缘体的内周面的按压变得更强。
对于此点，根据上述构成7，在上述假想平面中，与对中心电极进行投影的区域相比对接地电极的贯通孔进行投影的区域位于内侧，接地电极的贯通孔与作为火花放电的基点的中心电极的前端面外周相比位于内周侧。即，在连接中心电极的前端面外周和接地电极的贯通孔的直线上产生火花放电时，火花放电对绝缘体的内周面的按压最弱，但根据上述构成7，火花放电在更接近上述直线的路径上产生。因此，能够有效减弱火花放电对绝缘体的内周面的按压，进而能够更切实地抑制沟道效应。
构成8.本构成的等离子流火花塞在上述构成I至7的任一项中，其特征在于，上述中心电极的从前端到上述轴线方向后端侧O. 3mm的部位由包括钨(W)、铱(Ir)、钼(Pt)以及镍(Ni)中至少一种的金属构成。
根据上述构成8，中心电极的前端部由包括W、Ir等中的至少一种的金属形成。因此，能够提高中心电极相对于火花放电等的耐耗损性，进而能够抑制伴随中心电极的耗损的放电电压的上升速度。其结果是，能够使可生成火花放电乃至等离子体的期间更长期化， 并且能够更进一步抑制沟道效应。
构成9.本构成的等离子流火花塞在上述构成I至8的任一项中，其特征在于，上述接地电极由包括钨、铱、钼以及镍中至少一种的金属构成。
根据上述构成9，接地电极由W、Ir等中的至少一种的金属形成，因此能够提高接地电极相对于火花放电等的耐耗损性。其结果是，能够抑制伴随接地电极的耗损而放电电压的上升，能够实现耐沟道效应性的进一步提高。
图I是表示等离子流火花塞的构成的局部剖切主视图。
图2是表示轴孔等构成的局部放大剖视图。
图3(a)、(b)是表示缩径部的其他例的局部放大剖视图。
图4是用于说明最短距离SL1、SL2等的局部放大剖视图。
图5是用于说明第I腔部以及第2腔部的放大截面模式图。
图6是表示投影到假想平面的中心电极前端面的投影线等的投影图。
图7是表示对角度α进行各种变更的样品中的引燃性评价试验的结果的图表。
图8是表示对角度α进行各种变更的样品中的耐久性评价试验的结果的图表。
图9是表示与比较例相当的样品的腔部等的局部放大剖视图。
图10是表示与实施例相当的样品的腔部等的局部放大剖视图。
图11是表示对第I直线部的长度L进行各种变更的样品中的耐久性评价试验的结果的图表。
图12是表示对最短距离SL2进行各种变更的样品中的初期放电电压测定试验的结果的图表。
图13是表示对V2/V1进行各种变更的样品中的引燃性评价试验的结果的图表。
具体实施方式
以下，参照
一个实施方式。图I是表示等离子流火花塞(以下，称为“火花塞”)I的局部剖切主视图。此外，在图I中，将火花塞I的轴线CLl方向设为附图中的上下方向、将下侧设为火花塞I的前端侧、将上侧设为后端侧来进行说明。
火花塞I由作为呈筒状的绝缘体的绝缘子2、保持该绝缘子的筒状的主体配件3等构成。
绝缘子2公知通过烧成氧化铝等而形成，在其外形部具有形成于后端侧的后端侧主体部10 ;在该后端侧主体部10的前端侧朝向径向外突出形成的大径部11 ;在该大径部11的前端侧与该大径部11相比形成为细径的中间主体部12 ;在该中间主体部12的前端侧与该中间主体部12相比形成为细径的长脚部13。而且，在绝缘子2中，大径部11、中间主体部12以及长脚部13容纳于主体配件3的内部。并且，在中间主体部12和长脚部13 的连接部形成台阶部14，绝缘子2通过该台阶部14卡定到主体配件3。
而且，在绝缘子2沿着轴线CLl贯通形成有轴孔4，在该轴孔4的前端侧插入并固定有中心电极5。该中心电极5包括母材5C，通过由热传导性优异的铜、铜合金等构成的内层5Α、以及由以镍(Ni)为主成分的Ni合金〔例如，Inconel (商标名)600、610等〕构成的外层5Β而构成；以及电极端头5D，与该母材5C的前端接合。而且，中心电极5整体上呈棒状(圆柱状)，其前端面5F形成为平坦状。而且，上述前端面5F相对于绝缘子2的前端面向后端侧深入。此外，在本实施方式中，考虑制造时的尺寸误差等，构成为在中心电极5 的前端部的外周面与轴孔4的内周面之间形成有些许的间隙。
另外，在轴孔4的后端侧以从绝缘子2的后端突出的状态插入并固定有端子电极 6。
而且，在轴孔4的中心电极5与端子电极6之间配置有圆柱状的玻璃密封层9，经由该玻璃密封层9分别电连接中心电极5和端子电极6。
而且，上述主体配件3通过低碳钢等金属形成为筒状，在其外周面形成有用于将火花塞I安装于燃烧装置(例如，内燃机、燃料电池改质器等)的安装孔的螺纹部(外螺纹部)15。另外，在螺纹部15的后端侧的外周面形成有底座部16，在螺纹部15后端的螺纹颈 17嵌入有环状的衬垫18。而且，在主体配件3的后端侧设置有用于在将主体配件3安装到上述燃烧装置时卡合扳手等工具的截面六边形状的工具卡合部19，并且在后端部设置有用于保持绝缘子2的铆接部20。而且，在主体配件3的前端部外周形成有以朝向轴线CLl方向前端侧突出的方式形成的环状的卡合部21,后述的接地电极27与该卡合部21卡合。
另外，在主体配件3的内周面设置有用于卡定绝缘子2的锥状的台阶部22。并且， 绝缘子2在从主体配件3的后端侧朝向前端侧插入、自身的台阶部14与主体配件3的台阶部22卡定的状态下，通过将主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧铆接、即形成上述铆接部20来固定到主体配件3。此外，圆环状的密封片23介于绝缘子2以及主体配件3双方的台阶部14、22之间。由此，保持燃烧室内的气密性，防止进入到绝缘子2的长脚部13与主体配件3的内周面的间隙的燃料气体泄漏到外部。
而且，为了使铆接所产生的密闭更完备，在主体配件3的后端侧，环状的环部件 24,25介于主体配件3与绝缘子2之间，在环部件24、25之间填充有滑石(talc) 26的粉末。 即，主体配件3经由密封片23、环部件24、25以及滑石26而保持绝缘子2。
另外，在主体配件3的前端部接合有呈圆板状(例如，厚度为O. 3mm以上I. Omm以下)的接地电极27。该接地电极27在与上述主体配件3的卡合部21卡合的状态下，通过自身的外周部分与上述卡合部21焊接而与主体配件3接合。另外，接地电极27在自身的中央具有贯通于板厚方向的贯通孔28，经由该贯通孔28而使后述的腔部29的内部和外部连通。此外，在本实施方式中，以上述贯通孔28和轴孔4位于同轴上(即，贯通孔28的中心位于上述轴线CLl上)的方式接合有接地电极27。另外，接地电极27与绝缘子2的前端面面接触。
而且，如图2所示，在绝缘子2的前端侧设置有由上述轴孔4的内周面和中心电极 5的前端面形成的腔部29。腔部29是在与轴线CLl正交的方向上呈截面圆形状的空间，朝向前端侧开口。
接下来，详述作为本实施方式的特征部分的轴孔4的构成等。
在本实施方式中，在轴孔4中形成有第I直线部41、第2直线部42和缩径部43。
第I直线部41从中心电极5的前端面朝向轴线CLl方向前端侧延伸，具有相同的内径(例如，Imm以上2mm以下)。另外，第2直线部42从腔部29的开口朝向轴线CLl方向后端侧延伸，具有相同的内径。而且，第2直线部42与第I直线部41相比形成为小径(例如，O. 5mm以上Imm以下)。此外，也可以使第I直线部41的内径或第2直线部42的内径沿着轴线CLl些许增减。因此，也可以使第I直线部41或第2直线部42的内周面相对于轴线CLl些许(例如，±5°以内)倾斜。
另外，缩径部43设置于第I直线部41与第2直线部42之间，且呈朝向轴线CLl方向前端侧缩径的锥状。在本实施方式中如下构成缩径部43，以在包括轴线CLl的截面中，将与轴线CLl正交的直线和缩径部43的外形线所构成的角中的锐角的角度设为α (° )时， 满足10彡α彡45。
此外，缩径部43的形状不限于上述形状，也可以如图3(a)所示在包含轴线CLl的截面中，以外形线弯曲的方式构成缩径部43。另外，如图3 (b)所示，也可以以外形线呈弯曲状的方式构成缩径部43。此外，在这些情况下，上述角度α是指连接第I直线部41的前端和第2直线部42的后端的直线、和与轴线CLl正交的直线所构成的角中的锐角的角度。
回到图2，在本实施方式中，沿着轴线CLl的第I直线部41的长度L较小地设定为 O. Imm以上O. 5mm以下。另外，沿着轴线CLl的第2直线部42的长度设定为第I直线部41 的长度L以上(例如，0. 5mm以上2mm以下)。
而且，如图4所示，包括中心电极5的前端且与轴线CLl方向正交的假想平面VS 与腔部29的开口之间的沿着绝缘子2的内周面的最短距离SLl设为I. Omm以上，在中心电极5与接地电极27之间形成有充分大的间隔，另一方面，为了防止放电电压的增大，上述假想平面VS与接地电极27之间的沿着绝缘子2的内周面的最短距离SL2设为2. 5mm以下。
而且，如图5(此外，图5中，为了方便图示，省略了中心电极5、绝缘子2等的剖面线)所示，将腔部29中由第I直线部41以及缩径部43形成外周的第I腔部291 (图5中， 标注斜线的部位)的容积设为Vl (mm3)、将腔部29中由第2直线部42形成外周的第2腔部 292(图5中，标注散点样式的部位)的容积设为V2(mm3)时，满足O. 2 < V2/V1 ( 3. O。
而且，中心电极5、接地电极27、以及腔部29分别配置为满足如下的关系的位置。 即，如图6所示，相对于与轴线CLl正交的假想平面PS，将绝缘子2的开口(腔部29的开口)、中心电极5的前端面5F的外周、和接地电极27的内周(贯通孔28的内周)沿着轴线 CLl进行投影时，接地电极27的内周的投影线PL3位于绝缘子2的开口的投影线PLl与前端面5F的外周的投影线PL2之间。
而且，上述电极端头构成从中心电极5的前端到轴线CLl方向后端侧至少O.3mm的部位，由包括鹤(W)、铱(Ir)、钼(Pt)以及镍(Ni)中至少一种的金属构成。
另外，与电极端头同样地,接地电极27由包括W、Ir、Pt以及Ni中至少一种的金属构成。
如以上详述的那样，根据本实施方式，在轴孔4设置有朝向轴线CLl方向前端侧缩径的缩径部43，因此能够使朝向腔部29的开口侧的等离子体的喷出压力增大。其结果是， 能够使来自腔部29开口的等离子体喷出长度更大，能够实现引燃性的提高。
另一方面，通过设置缩径部43，腔部29的容积有可能急剧增大等，但在本实施方式中，上述角度α为10。以上，缩径部43不成为与火花放电的方向正交的状态，而是形成为尽可能沿着火花放电的方向。因此，能够更切实地抑制火花放电在对缩径部43过度地按压的状态下产生的状况，能够更切实地防止沟道效应的急速发展。
而且，在本实施方式中，在中心电极5的前端面5F与缩径部43之间设置有第I直线部41，在第I直线部41与缩径部43之间形成的弯曲部分和中心电极5的前端面5F构成为在轴线CLl方向上隔离。因此，更有效防止火花放电在经过上述弯曲部分的路径上集中地产生的状况，能够使火花放电路径更分散。其结果是，与角度α设为10°以上相辅相成，能够极其有效地防止沟道效应的急速发展。
如上所述，根据本实施方式，通过将角度α设为10°以上并且设置第I直线部 41，能够有效克服了伴随设置缩径部43的沟道效应的急速发展这样的弊端，能够长期维持设置缩径部43所产生的引燃性的提高这样的优点。
另外，角度α设为45°以下，因此能够使第I腔部291的容积充分小。因此，能够抑制在第I腔部291中等离子体向径向的蔓延，能够使沿着轴线CLl方向的等离子体的喷出速度进一步增大。其结果是，能够使来自腔部29的开口的等离子体的喷出长度更大，能够实现引燃性的进一步提高。
而且，沿着轴线CLl的第I直线部41的长度L较小地设为O. 5mm以下，能够有效降低电荷对缩径部43的冲撞能量。其结果是，能够更进一步切实地抑制沟道效应，能够进一步长期维持优异的引燃性。
而且，将上述假想平面VS与腔部29的开口之间的绝缘子2的内周面的最短距离 SLl充分大地确保为I. Omm以上。因此，即使在绝缘子2的内周面附着有多少的磨损粉末， 也能够维持中心电极5与接地电极27之间充分的绝缘性能。其结果是，能够更切实地防止电流的泄漏，进而能够更切实地发挥上述作用效果。
另一方面，上述假想平面VS与接地电极27之间的沿着绝缘子2的内周面的最短距离SL2设为2. 5mm以下，因此能将初期的放电电压抑制为较低。其结果是，能够更有效防止伴随放电电压的增大的放电异常和沟道效应的发展。
另外，第I腔部291的容积Vl以及第2腔部292的容积V2构成为满足O. 2 ( V2/ Vl ^ 3. O0因此，能够使等离子体的喷出力和喷出量进一步增大，能够实现引燃性的进一步提闻。
而且，中心电极5的前端部(电极端头5D)、接地电极27由包括W、Ir等中的至少一种的金属形成。因此，能够提高中心电极5和接地电极27相对于火花放电等的耐耗损性， 能够抑制伴随中心电极5等的耗损的放电电压的上升。其结果是，使能够火花放电乃至等离子体生成的期间更长期化，并且能够更进一步抑制沟道效应。
接下来，为了确认通过上述实施方式达到的作用效果，制作多个设置缩径部并且对上述角度α进行各种变更的火花塞的样品，对各样品进行耐久性评价试验以及引燃性评价试验。
引燃性评价试验的概要如下。即，将各样品安装到排气量2. 0L、四汽缸的发动机上，然后将点火定时设为MBT(最适点火位置)进行火花放电，并且通过从输出IOOmJ的等离子体电源投入电力来发生等离子体，由此以旋转数1600rpm使发动机动作。并且，使空燃比逐渐增大(燃料变少)，并且按各空燃比测定发动机扭矩的变动率，将发动机扭矩的变动率超过5%时的空燃比确定为界限空燃比。此外，界限空燃比越大，引燃性越优异。在图7 中以圆形记号表示该试验的试验结果。此外，在图7中，作为参考，以三角形表示与将腔部形成为圆柱状的比较例相当的火花塞(参照图9)中的上述试验的试验结果。
另外，耐久性评价试验的概要如下。首先，通过对各样品投入电力而使等离子体喷出，并且拍摄从样品的侧面侧喷出的等离子体，根据拍摄图像测定初期状态下的等离子体的喷出面积。在此基础上，将样品安装到预定的腔室，而且将腔室内的压力设定为O. 4MPa、将施加电压的频率设为60Hz ( S卩，以每分钟3600次的比例)从而使各样品放电(此时，不从等离子体电源流入电流，仅产生火花放电)。接着，每经过100小时，从等离子体电源流入电流并使等离子体喷出，并且拍摄从火花塞的侧面侧喷出的等离子体，根据拍摄图像测定等离子体的喷出面积。并且，相对于初期状态下的等离子体的喷出面积，确定所测定的等离子体的喷出面积成为一半以下的时间(耐久时间)。图8表示该试验的试验结果。此外， 电压对各样品的施加设为最长2000小时，对于以2000小时的阶段测定的等离子体的喷出面积大于初期状态下的等离子体的喷出面积的一半的样品，在图8中以空心圆表示试验结果O
另外，如图10所示，各样品均将沿着轴线的第I直线部的长度L设为O. 1mm，将沿着轴线的腔部的长度(从沿着轴线的腔部的开口到中心电极的前端的距离)设为1.0mm。 而且，将中心电极的前端面的外径设为I. 5mm，将腔部的开口的内径设为O. 8mm，将接地电极的贯通孔的内径设为I. 0_，另一方面，在与将腔部形成为圆柱状的比较例相当的火花塞中，将沿着轴线的腔部的长度设为I. 0mm，将腔部的内径设为I. 5mm。
如图7所示，可知设置缩径部的样品与相当于将腔部设为圆柱状的比较例的火花塞相比具有优异的引燃性。考虑这是因为，通过设置缩径部，能够使朝向腔部的开口侧(轴方向前端侧)的等离子体的喷出压力增大，其结果是，能够使来自腔部开口的等离子体喷出长度更大。另外，确认特别是角度α设为45°以下的样品具有极其优异的引燃性。
另一方面，如图8所示，可知即使设置缩径部时，角度α小于10°的样品的耐久时间短，伴随使用引燃性急速地降低。考虑这是因为，在中心电极与接地电极之间在大致沿着轴线的方向上产生火花放电，但角度α过度地小，缩径部成为大致与火花放电的方向正交的形状，从而火花放电对缩径部的按压变强，进而容易产生沟道效应。
与之相对，可知对于角度α设为10°以上的样品，耐久时间超过1500小时，能够长期维持优异的引燃性。另外，确认特别是对于角度α设为20°以上的样品，耐久时间为 2000小时以上，能够更长期维持优异的引燃性。
接着，制作样品并对各样品进行上述耐久性评价试验，该样品是将上述角度α 设为5°或10°、而且不设置第I直线部(即，第I直线部的长度L设为O. 0mm，中心电极的前端角部和形成于缩径部的后端侧的弯曲部分构成为沿着与轴线正交的方向彼此相对) 的火花塞的样品、和设置第I直线部并且对沿着轴线的第I直线部的长度L进行各种变更的火花塞的样品。图11表不该试验的试验结果。此外，图11中，以圆形记号表不角度Ct 设为5°的样品的试验结果，以三角形表示角度α设为10°的样品的试验结果。另外，在各样品中，中心电极的前端面的外径、腔部的开口的内径等设为与上述相同。
如图11所示，可知设置第I直线部的长度L的样品与不设置第I直线部(长度L 设为O. Omm)的样品比较，耐久性优异。考虑这是因为，使在第I直线部与缩径部之间形成的弯曲部分、和中心电极的前端角部隔离，从而抑制在电场强度较高的上述弯曲部分与中心电极的前端角部之间火花放电集中地产生的状况(即，火花放电路径被分散)，其结果是， 能够有效抑制沟道效应的局部集中。
此外，可知特别是长度L设为O. 5mm以下的样品具有更优异的耐久性。考虑这是因为，长度L设为充分小，从而能够降低在火花放电时的电荷对缩径部的冲撞能量。
根据以上的试验结果，从实现引燃性的提高且抑制沟道效应、长期维持优异的引燃性的观点出发，优选设置第I直线部和缩径部，并且缩径部的角度α设为10°以上。
另外，从实现引燃性的进一步提高的观点出发，更优选角度α设为45°以下。
而且，为了使耐久性进一步提高，进一步优选第I直线部的长度L设为O. 5mm以下、或角度α设为20°以上。此外，从更切实地提高耐久性的方面考虑，更优选第I直线部的长度L设为O. Imm以上。
接着，制作对上述最短距离SLl进行各种变更的火花塞的样品，对各样品进行绝缘性评价试验。绝缘性评价试验的概要如下。即，将样品安装到预定的腔室，而且将腔室内的压力设定为O. 8MPa、将施加电压的频率设为60Hz、将等离子体电源的输出设为IOOmJ从而产生5分钟的等离子体(即，各样品均是在绝缘子的内周面以某种程度附着有中心电极的磨损粉末的状态)。在此基础上，测定各样品中的中心电极与接地电极之间的电阻值。在此，测定的电阻值为10ΜΩ以上的样品具有充分的绝缘性能而做出“〇”的评价，测定的电阻值小于10ΜΩ的样品的绝缘性能较低，对火花放电产生妨碍而做出“ X ”的评价。表I表示该试验的试验结果。此外，各样品均将第I直线部的长度L设为O. 1mm，将角度α设为 15°。另外，中心电极的前端面的外径、腔部的开口的内径等设为与上述相同。
[表I]
权利要求
1.一种等尚子流火花塞，具有绝缘体，具有沿着轴线方向延伸的轴孔；中心电极，插入并设置于上述轴孔内，以使前端面与上述绝缘体的前端相比更位于上述轴线方向后端侧；主体配件，配置于上述绝缘体的外周；以及接地电极，固定于上述主体配件的前端部，具有由上述轴孔的内周面以及上述中心电极的前端面形成的腔部，上述等离子流火花塞的特征在于，上述轴孔具有第I直线部，从上述中心电极的前端面朝向上述轴线方向前端侧延伸，具有相同的内径；以及缩径部，从上述第I直线部的前端朝向上述轴线方向前端侧缩径，在包括上述轴线的截面中，将与上述轴线正交的直线和上述缩径部的外形线所构成的角中的锐角的角度设为α (° )时，满足α彡10。
2.根据权利要求I所述的等离子流火花塞，其特征在于，满足α<45。
3.根据权利要求I或2所述的等离子流火花塞，其特征在于，将沿着上述轴线的上述第 I直线部的长度设为O. 5mm以下。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，将包括上述中心电极的前端的与上述轴线方向正交的假想平面与上述腔部的开口之间的上述绝缘体的内周面的最短距离设为I. Omm以上。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，上述接地电极与上述绝缘体的前端面接触，将包括上述中心电极的前端的与上述轴线方向正交的假想平面与上述接地电极之间的上述绝缘体的内周面的最短距离设为2. 5mm以下。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，上述轴孔具有第 2直线部，该第2直线部从上述缩径部的前端延伸到上述腔部的开口，具有相同的内径，将由上述第I直线部以及上述缩径部形成外周的第I腔部的容积设为Vl (mm3)、将由上述第2直线部形成外周的第2腔部的容积设为V2(mm3)时，满足O. 2 ( V2/V1 ^ 3. O0
7.根据权利要求I至6中任一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，上述接地电极为板状并且具有在板厚方向上贯通的贯通孔，相对于与上述轴线正交的假想平面，将上述绝缘体的开口、上述中心电极的前端面外周、和上述接地电极的内周沿着上述轴线进行投影时，上述接地电极的内周的投影线位于上述绝缘体的开口的投影线与上述中心电极的前端面外周的投影线之间。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，上述中心电极中的从前端到上述轴线方向后端侧O. 3mm的部位由包括钨、铱、钼以及镍中至少一种的金属构成。
9.根据权利要求I至8中任一项所述的等离子流火花塞，其特征在于，上述接地电极由包括钨、铱、钼以及镍中至少一种的金属构成。
全文摘要
火花塞(1)具有绝缘子(2)，具有轴孔(4)；中心电极(5)，插入并设置于轴孔(4)内，以使前端面与绝缘子(2)的前端相比更位于后端侧；主体配件(3)；以及接地电极(27)，固定于主体配件(3)，具有由轴孔(4)的内周面以及中心电极(5)的前端面形成的腔部(29)。轴孔(4)具有从中心电极(5)的前端面朝向轴线(CL1)方向前端侧延伸的第1直线部(41)、和从第1直线部(41)的前端朝向轴线(CL1)方向前端侧缩径的缩径部(43)。另外，在包括轴线(CL1)的截面中，将与轴线(CL1)正交的直线和缩径部(43)的外形线所构成的角中的锐角的角度设为α(°)时，满足α≥10。由此，实现引燃性的提高，并且抑制沟道效应，能够长期维持优异的引燃性。
文档编号H01T13/20GK102948024SQ201180030140
公开日2013年2月27日 申请日期2011年6月14日 优先权日2010年6月18日
发明者龟田裕之, 中野悌丞, 山村直史, 笠原大辅, 佐藤美邦 申请人:日本特殊陶业株式会社