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      火花塞的制作方法

      文檔序號:24543504發布日期:2021-04-02 10:28
      火花塞的制作方法

      本發明涉及具備筒狀的絕緣體的火花塞。



      背景技術:

      為了使在火花塞中使用的筒狀的絕緣體難以破壞,在專利文獻1中公開了將絕緣體的某部位的壁厚除以該部位的外徑而得到的值設定為某范圍的技術。

      現有技術文獻

      專利文獻

      專利文獻1:日本特開2001-155839號公報



      技術實現要素:

      發明所要解決的課題

      但是,在該技術中存在改善的余地。

      本發明為了響應該要求而完成,目的在于提供能夠使絕緣體難以破壞的火花塞。

      用于解決課題的手段

      為了達成該目的,本發明的火花塞具備形成有從前端側向后端側沿著軸線延伸的軸孔的絕緣體,絕緣體具備:圓筒狀的第一部;圓筒狀的第二部,位于第一部的后端側,自身的前端的外徑f比第一部的外徑??;圓筒狀的第三部,位于第一部的前端側,自身的后端的外徑d比第一部的外徑及第二部的前端的外徑f??;第一傾斜部,將第一部與第二部之間連接,隨著朝向后端側而外徑變??;及第二傾斜部,將第一部與第三部之間連接,隨著朝向前端側而外徑變小,第二傾斜部的軸線方向的長度a及第一傾斜部的軸線方向的長度b滿足2.0≤a/b≤3.9,滿足0.50≤d/f≤0.88。

      發明效果

      根據方案1記載的火花塞,若向絕緣體施加彎曲載荷,則應力向與軸線垂直的截面的形狀變化的第一傾斜部及第二傾斜部集中,第一傾斜部及第二傾斜部容易成為破壞的起點。尤其是,由于第二傾斜部相連的第三部的后端的外徑d比第一傾斜部相連的第二部的前端的外徑f及第一部的外徑小,所以第二傾斜部容易比第一傾斜部先破裂。但是,第二傾斜部的軸線方向的長度a及第一傾斜部的軸線方向的長度b在0.50≤d/f≤0.88時滿足2.0≤a/b≤3.9,因此能夠減小容易成為破壞的起點的第二傾斜部的應力。由此,能夠使絕緣體難以破壞。

      根據方案2記載的火花塞,滿足0.50≤d/f≤0.58。因而,第二傾斜部的強度下降,容易破裂。但是,由于滿足2.0≤a/b≤3.9,所以能夠抑制第二傾斜部的應力而顯著地抑制第二傾斜部的破裂。

      根據方案3記載的火花塞,在將對第三部的軸線方向的長度加上第二傾斜部的軸線方向的長度a而得到的長度設為z時,滿足2.2d+7.8≤z≤34且4.5≤d≤8。在方案1或2的效果的基礎上,能夠使絕緣體更難以破壞。

      根據方案4記載的火花塞,由于滿足24≤z≤34,所以在方案3的效果的基礎上,能夠使絕緣體進一步難以破壞。

      根據方案5記載的火花塞,由于主體配件的陽螺紋的標稱直徑為12mm以下,所以配置于主體配件的內側的絕緣體細,容易破壞。但是,通過應用本發明,能夠使絕緣體難以破壞。

      附圖說明

      圖1是第一實施方式中的火花塞的單側剖視圖。

      圖2是將圖1的ii所示的部分放大的火花塞的剖視圖。

      圖3是將火花塞的一部分放大的單側剖視圖。

      圖4是將第二實施方式中的火花塞的一部分放大的剖視圖。

      圖5是沖擊試驗的示意圖。

      圖6是a/b=2.0的樣本的沖擊試驗的結果。

      圖7是a/b=1.9的樣本的沖擊試驗的結果。

      具體實施方式

      以下,參照附圖對本發明的優選的實施方式進行說明。圖1是第一實施方式中的火花塞10的以軸線o為界的單側剖視圖。在圖1中,將紙面下側稱作火花塞10的前端側,將紙面上側稱作火花塞10的后端側(在圖2~圖4中也相同)。如圖1所示,火花塞10具備絕緣體11及主體配件30。

      絕緣體11是由高溫下的絕緣性、機械特性優異的氧化鋁等形成的筒狀的構件。沿著軸線o的延伸的軸孔12貫通絕緣體11。軸孔12的與軸線o垂直的截面是圓形。絕緣體11具備位于軸線方向的中央的圓筒狀的第一部13、位于第一部13的后端側的圓筒狀的第二部14及位于第一部13的前端側的圓筒狀的第三部15。第二部14在后端側形成有波紋14a。

      第一部13遍及軸線方向的全長而外徑相同。第二部14除了波紋14a之外,遍及軸線方向的全長而外徑大致相同。第三部15遍及軸線方向的全長而外徑相同。在第三部15的前端側設置有圓錐狀的縮徑部16??s徑部16的外周面隨著朝向前端側而縮徑。在縮徑部16的前端側相連有前端部17。

      中心電極24是插入于軸孔12的前端側且沿著軸線o而保持于絕緣體11的棒狀的電極。中心電極24的前端比絕緣體11的前端部17的前端向前端側突出。在中心電極24中,熱傳導性優異的芯材埋設于母材。母材利用由以ni為主體的合金或ni構成的金屬材料形成,芯材利用銅或以銅為主成分的合金形成。需要說明的是,也可以省略芯材。

      端子配件25是與高壓電纜(未圖示)連接的棒狀的構件,由具有導電性的金屬材料(例如低碳鋼等)形成。端子配件25的前端側配置于絕緣體11的軸孔12中。端子配件25通過配置于軸孔12內的電阻體26等而與中心電極24電連接。端子配件25的后端比絕緣體11的后端向后端側突出。

      主體配件30是由具有導電性的金屬材料(例如低碳鋼等)形成的大致圓筒狀的構件。主體配件30配置于絕緣體11的外周側。主體配件30具備在外周面形成有陽螺紋32的圓筒狀的主干部31、與主干部31的后端側相連的座部35、與座部35的后端側相連的連結部36、與連結部36的后端側相連的工具卡合部37及與工具卡合部37的后端側相連的后端部38。

      陽螺紋32向發動機(未圖示)的螺紋孔螺合。主干部31的向徑向的內側伸出的擱板部33遍及整周而形成。擱板部33的后端面隨著朝向前端側而縮徑。在絕緣體11的縮徑部16與擱板部33之間夾設有密封件34。密封件34是由比構成主體配件30的金屬材料軟質的軟鋼板等金屬材料形成的圓環狀的板材。

      座部35是用于堵住發動機(未圖示)的螺紋孔與陽螺紋32之間的間隙的部位,外徑形成為比主干部31大。連結部36是在將主體配件30向絕緣體11組裝時塑性變形成彎曲狀的部位。工具卡合部37是在向發動機的螺紋孔緊固陽螺紋32時使扳手等工具卡合的部位。后端部38是朝向徑向的內側彎曲的部位,位于比絕緣體11的第一部13靠后端側處。遍及絕緣體11的第二部14的外周的整周而在第一部13與后端部38之間設置有填充有滑石等粉末的密封部45。

      主體配件30的擱板部33位于比絕緣體11的縮徑部16靠前端側處。若向絕緣體11組裝主體配件30,則主體配件30的從擱板部33到后端部38為止的部分經由密封件34及密封部45而向絕緣體11的第一部13及第三部15施加軸線方向的壓縮載荷。擱板部33將縮徑部16從前端側卡定。其結果,主體配件30保持絕緣體11。

      接地電極43是接合于主體配件30的主干部31的棒狀的金屬制(例如鎳基合金制)的構件。在接地電極43與中心電極24之間形成火花間隙。在主體配件30的主干部31與座部35之間配置有墊圈46。墊圈46在主體配件30安裝于發動機(未圖示)時使發動機的螺紋孔與座部35之間的氣密性提高。

      圖2是將圖1的ii所示的部分放大的火花塞10的包括軸線o的剖視圖。在絕緣體11中,隨著朝向后端側而外徑變小的第一傾斜部18將第一部13與第二部14之間連接。第一傾斜部18的外周面在包括軸線o的截面中向前端側凸出。第一部13的外徑e遍及軸線方向的全長而相同,因此外徑變化的地方是第一部13與第一傾斜部18的交界即第一部13的后端13a。在第二部14的前端14b附近,第二部14的外徑相同,因此外徑變化的地方是第二部14與第一傾斜部18的交界即第二部14的前端14b。第二部14與第一傾斜部18的交界(第二部14的前端14b)的外徑是f。第二部14的前端14b及第一部13的后端13a位于主體配件30的工具卡合部37的內側。

      在絕緣體11中,隨著朝向前端側而外徑變小的第二傾斜部19將第一部13與第三部15之間連接。第二傾斜部19的外周面20在包括軸線o的截面中,在第一部13的附近向前端側凸出,在第三部15的附近向后端側凸出。外徑變化的地方是第一部13與第二傾斜部19的交界。第一部13與第二傾斜部19的交界即第二傾斜部19的后端21的外徑是e。第三部15的外徑d遍及軸線方向的全長而相同,因此外徑變化的地方是第三部15與第二傾斜部19的交界即第三部15的后端15a。外徑d與第三部15和第二傾斜部19的交界(第三部15的后端15a)的外徑相等。第二傾斜部19的后端21位于主體配件30的連結部36的內側,第三部15的后端15a位于主體配件30的座部35的內側。

      在第一傾斜部18、第一部13及第二傾斜部19中,與軸線o垂直的軸孔12的截面積相同。在絕緣體11中,第二傾斜部19的軸線方向的長度a及第一傾斜部18的軸線方向的長度b滿足2.0≤a/b≤3.9。另外,第三部15與第二傾斜部19的交界的外徑d及第二部14與第一傾斜部18的交界的外徑f滿足0.50≤d/f≤0.88。

      若向絕緣體11施加彎曲載荷,則應力向與軸線o垂直的截面的形狀變化的第一傾斜部18及第二傾斜部19集中,第一傾斜部18及第二傾斜部19容易成為破壞的起點。詳細而言,容易成為破壞的起點的是第一傾斜部18與第二部14的交界附近、第二傾斜部19與第三部15的交界附近。第二傾斜部19相連的第三部15比第一傾斜部18相連的第二部14細,因此,通過因彎曲載荷而產生的拉伸應力,第二傾斜部19容易比第一傾斜部18先破裂。但是,由于在0.50≤d/f≤0.88時滿足2.0≤a/b≤3.9,所以能夠減小容易成為破壞的起點的第二傾斜部19的應力。

      圖3是將火花塞10的一部分放大的包括軸線o的單側剖視圖。絕緣體11的縮徑部16與第三部15的前端15b相鄰。第三部15的前端15b是在包括軸線o的截面中第三部15的外周面23相對于軸線o的傾斜度與縮徑部16的外周面相對于軸線o的傾斜度不同的地方。在本實施方式中,在包括軸線o的截面中,第三部15的外周面23與軸線o平行。長度z是第三部15的前端15b與第二傾斜部21的后端21之間的軸線方向的距離。長度z與對第三部15的軸線方向的長度加上第二傾斜部21的長度a(參照圖2)而得到的長度相等。

      絕緣體11滿足2.2d+7.8≤z≤34且4.5≤d≤8。d(參照圖2)是第三部15的后端15a的外徑。由此,能夠使絕緣體11更難以破壞。

      參照圖4對第二實施方式進行說明。在第一實施方式中,對絕緣體11的第三部15的外徑遍及軸線方向的全長而相同的情況進行了說明。相對于此,在第二實施方式中,對絕緣體51的第三部53的外徑隨著朝向前端側而變小的情況進行說明。需要說明的是,關于與在第一實施方式中說明的部分相同的部分,標注同一標號而省略以下的說明。圖4是將第二實施方式中的火花塞50的一部分放大的剖視圖。圖4與圖2同樣,是圖1的ii所示的部分的放大圖。

      火花塞50具備絕緣體51和將絕緣體51從外周側保持的主體配件52。在絕緣體51中,隨著朝向前端側而外徑變小的第二傾斜部19將第三部53與第一部13之間連接。第三部53的外周面54是隨著朝向前端側而縮徑的圓錐面。在包括軸線o的截面中,外周面54相對于軸線o的傾斜度恒定。絕緣體51的縮徑部16與第三部53的前端(未圖示)相鄰。

      第三部53與第二傾斜部19的交界(第三部53的后端53a)是在包括軸線o的截面中第三部53的外周面54相對于軸線o的傾斜度與第二傾斜部19的外周面20相對于軸線o的傾斜度不同的地方。第三部53的后端53a的外徑d是第三部53與第二傾斜部19的交界的外徑。第三部53的前端(未圖示)是在包括軸線o的截面中第三部53的外周面54相對于軸線o的傾斜度與縮徑部16的外周面相對于軸線o的傾斜度不同的地方。

      絕緣體51滿足2.0≤a/b≤3.9,滿足0.50≤d/f≤0.88。絕緣體51滿足2.2d+7.8≤z≤34且4.5≤d≤8。由此,在第二實施方式中的火花塞50中也能夠實現與第一實施方式同樣的作用效果。

      【實施例】

      雖然通過實施例來更詳細地說明本發明,但本發明不限定于該實施例。

      (評價1)

      制作了與第一實施方式中的火花塞10同樣的樣本1-24。在樣本1-24中,尺寸彼此相同的主體配件30保持尺寸不同的各種絕緣體11。樣本1-24的絕緣體11使軸線方向的全長、第一部13的外徑e及第三部15的后端15a的外徑d恒定,使第二傾斜部19的軸線方向的長度a、第一傾斜部18的軸線方向的長度b及第二部14的前端14b的外徑f不同。在表1中記載了樣本1-24的a、b、a/b、d、f、d/f。樣本1-24的第一部13的外徑e是14mm。各樣本的絕緣體使a、b、d、f以外的各部的尺寸相同。各樣本通過調整密封部45的大小而將尺寸彼此相同的主體配件30組裝于絕緣體。關于各樣本準備了多個相同尺寸的樣本。

      【表1】

      圖5是評價了樣本1-24的沖擊試驗的示意圖。試驗裝置60具備形成有螺紋孔62的臺61和錘子63。在臺61的螺紋孔62緊固各樣本的主體配件30的陽螺紋32。在各樣本的主體配件30擰入于臺61時,絕緣體11從臺61向鉛垂方向的上方突出。主體配件30向臺61擰入的長度由主體配件30的座部35及墊圈46限制。錘子63是鋼制,安裝于臂64。臂64在位于絕緣體11的軸線o上的軸65的周圍回旋。臂64的長度是330mm,錘子63的質量是1.13kg。

      在沖擊試驗中,將錘子63相對于軸線o抬起角度θ,如鐘擺那樣使錘子63自由落下,使錘子63與絕緣體11的波紋14a中的從后端側起的第一峰碰撞。通過滲透探傷試驗調查了絕緣體11的破裂的有無,將在絕緣體11產生了破裂時的錘子63的抬起角度θ中的最小的角度(其中,θ是1°刻度)記載于表1。

      關于錘子63的抬起角度θ小于30°的強度低的樣本,將破裂的位置記載于表1。在第二傾斜部19附近產生了破裂的樣本記為a,在第一傾斜部18附近產生了破裂的樣本記為b。

      從表1明顯可知,在0.50≤d/f≤0.88的樣本1-24中,a/b<2.0(a/b=1.9)的樣本1、2、9、10、17、18是:絕緣體11的彎曲強度低,抬起角度θ<30°,在第二傾斜部19與第三部15的交界附近產生了破裂。另外,a/b>3.9(a/b=4.0)的樣本7、8、15、16、23、24也是:絕緣體11的彎曲強度低,抬起角度θ<30°,在第一傾斜部18與第二部14的交界附近產生了破裂。

      但是,2.0≤a/b≤3.9的樣本3-6、11-14、19-22是:絕緣體11的彎曲強度高,抬起角度θ≥30°。因此,可以明確:通過滿足2.0≤a/b≤3.9且0.50≤d/f≤0.88,能夠確保第一傾斜部18及第二傾斜部19的彎曲強度,使絕緣體11難以破壞。

      另外,在d/f=0.88的樣本17-24中,a/b=1.9(樣本17、18)時的抬起角度θ是25°,2.0≤a/b≤3.9(樣本19-22)時的抬起角度θ是40°-46°。a/b=1.9時的角度θ與2.0≤a/b≤3.9時的角度θ之差是15-21°。

      另一方面,在0.50≤d/f≤0.58的樣本1-16中,a/b=1.9(樣本1、2、9、10)時的抬起角度θ是15°,2.0≤a/b≤3.9(樣本3-6、11-14)時的抬起角度θ是40°-46°。a/b=1.9時的角度θ與2.0≤a/b≤3.9時的角度θ之差是25-31°。

      從該結果可知,0.50≤d/f≤0.58的樣本1-16與d/f=0.88的樣本17-24相比,能夠擴大a/b=1.9時的角度θ與2.0≤a/b≤3.9時的角度θ之差。也就是說,可知:在0.50≤d/f≤0.58時,在2.0≤a/b≤3.9時,第二傾斜部19難以破裂。因此,可以明確:在滿足0.50≤d/f≤0.58時第二傾斜部19的強度下降而容易破裂,但通過滿足2.0≤a/b≤3.9,能夠抑制第二傾斜部19的應力,顯著地抑制第二傾斜部19的破裂。

      需要說明的是,在該試驗中,樣本1-24設為了d=6.0mm,但絕緣體11例如能夠設定為4.5≤d≤10.0mm。同樣,絕緣體11能夠設定為2.00≤a≤7.80mm、0.51≤b≤2.0mm、6.8≤f≤12.0mm。

      (評價2)

      在圖5所示的沖擊試驗中,各樣本是一端固定于臺61的所謂懸臂梁。懸臂梁的撓曲與梁的長度的三次方成正比,與梁的截面二次矩成反比。

      如表1所示,a/b=1.9的樣本在第二傾斜部19附近產生了破裂。絕緣體11由于縮徑部16支承于主體配件30的擱板部33,所以將從產生了破裂的第二傾斜部19到與縮徑部16相鄰的第三部15的前端15b為止的長度z假定為梁的長度。由于長度z中的第三部15的長度的比例比第二傾斜部19的長度a的比例大,所以將第三部15的截面二次矩假定為梁的截面二次矩。這樣一來,懸臂梁的撓曲與長度z的三次方成正比,與第三部15的外徑d的四次方成反比。在懸臂梁中,撓曲越小則越難以損壞,因此,在絕緣體11中,z越小則越難以損壞,d越大則越難以損壞。

      為了調查絕緣體11的a/b、d及z與絕緣體11的破壞之間的關系,與評價1同樣地制作了a/b、d及z不同的各種樣本,進行了與評價1同樣的沖擊試驗。圖6是a/b=2.0的樣本的沖擊試驗的結果。圖7是a/b=1.9的樣本的沖擊試驗的結果。

      圖6及圖7在橫軸上取d(mm),在縱軸上取z(mm)。坐標示出各樣本的d及z。圖6所示的區域66是4.5≤d≤8、24≤z≤34及z≥2.2d+7.8重疊的區域。區域67是d≥4.5、z≤24及z≥2.2d+7.8重疊的區域。圖6所示的白圓表示在絕緣體11產生了破裂時的錘子63的抬起角度θ中的最小的角度(其中,θ是1°刻度)為30°以上。圖7所示的黑圓表示抬起角度θ小于30°。

      如圖6所示,在a/b=2.0時,區域66、67中包含的樣本的抬起角度θ為30°以上。另一方面,如圖7所示,在a/b=1.9時,滿足z≥2.2d+7.8的樣本的抬起角度θ小于30°。從表1明顯可知,在2.0≤a/b≤4.0時能夠抑制第二傾斜部19的破裂。由此,可知:在z=2.2d+7.8存在破裂的交界。因此,可以明確:在滿足2.0≤a/b≤3.9、0.50≤d/f≤0.88、2.2d+7.8≤z≤34及4.5≤d≤8的區域66、67中包含的樣本中,絕緣體11難以破裂。

      (評價3)

      與評價1同樣地制作了各種樣本25-48,進行了與評價1同樣的沖擊試驗(參照圖5)。在表2中記載了樣本25-48的d/f、a/b、z及在絕緣體11產生了破裂時的錘子63的抬起角度θ中的最小的角度(其中,θ是1°刻度)。樣本25-48的第一部13的外徑e是14mm。各樣本的絕緣體使a、b、d、f、z以外的各部的尺寸相同。

      【表2】

      樣本25-32在陽螺紋32的標稱直徑為12mm的主體配件30的內側配置了絕緣體。樣本33-40在陽螺紋32的標稱直徑為10mm的主體配件30的內側配置了絕緣體11。樣本41-48在陽螺紋32的標稱直徑為8mm的主體配件30的內側配置了絕緣體11。根據主體配件30的主干部31的內徑而調整了各樣本的第三部15的外徑d,并調整了第二部14的外徑。

      在a/b=2.0且0.50≤d/f≤0.84的樣本25-28、33-36、41-44中,絕緣體11的彎曲強度高,抬起角度θ≥30°。另一方面,在a/b=1.9且0.50≤d/f≤0.84的樣本29-32、37-40、45-48中,絕緣體11的彎曲強度低,抬起角度θ<30°。

      d/f及z相同且a/b不同的樣本(例如樣本25和29)中的a/b=2.0的樣本的抬起角度θ相對于a/b=1.9的樣本的抬起角度θ的倍率(參照表2)在z=23mm時是1.6倍,在23<z≤34(mm)時是1.6-1.9倍。

      從該結果可知:a/b=2.0且23<z≤34(mm)的樣本26-28、34-36、42-44與a/b=1.9的樣本29-32、37-40、45-48相比,能夠使a/b=2.0時的角度θ相對于a/b=1.9時的角度θ的倍率成為同等以上。也就是說,可知:在24≤z≤34(mm)時,在a/b=2.0時,第二傾斜部19難以破裂。

      從表1可以明確:在2.0≤a/b≤4.0時能夠抑制第二傾斜部19的破裂。由此,可以明確:滿足2.0≤a/b≤3.9、0.50≤d/f≤0.88、2.2d+7.8≤z≤34、4.5≤d≤8及z≥24的區域66(參照圖6)中包含的樣本的絕緣體11進一步難以破裂。

      以上,雖然基于實施方式說明了本發明,但本發明絲毫不限定于上述實施方式,能夠容易地猜想:能夠在不脫離本發明的主旨的范圍內進行各種改良變形。

      在實施方式中,對在主體配件30配置墊圈45的火花塞10進行了說明,但未必限定于此。在火花塞10是錐形密封型(錐形座型)的情況下,能夠省略墊圈45。

      在實施方式中,對在絕緣體11的軸孔12內中心電極24和端子配件25經由電阻體26而電連接的情況進行了說明,但未必限定于此。當然能夠省略電阻體26并將中心電極24和端子配件25在絕緣體11的軸孔12內電連接。

      在實施方式中,對在絕緣體11的第一部13與主體配件30的后端部38之間夾設密封部45的情況進行了說明,但未必限定于此。當然能夠省略密封部45并將主體配件30的后端部38壓接固定于絕緣體11的第一部13。

      在實施方式中,對在絕緣體11的軸孔12內配置將中心電極24和端子配件25電連接的電阻體26的情況進行了說明,但未必限定于此。當然能夠省略電阻體26并利用導體將端子配件25連接于中心電極24。

      標號說明

      10、50火花塞

      11、51絕緣體

      12軸孔

      13第一部

      14第二部

      14b第二部的前端

      15、53第三部

      15a、53a第三部的后端

      16縮徑部

      18第一傾斜部

      19第二傾斜部

      30主體配件

      32陽螺紋

      33擱板部

      a第二傾斜部的長度

      b第一傾斜部的長度

      d第三部的后端的外徑

      e第一部的外徑

      f第二部的前端的外徑

      z對第三部的長度加上第二傾斜部的長度而得到的長度

      o軸線

      再多了解一些
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