(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延在する中心電極と、該中心電極を保持する円筒状の絶縁碍子と、先端部に接地電極を備え機関取り付けのための工具係合部を有する円筒状の主体金具と、を備えたスパークプラグであって、
前記主体金具は、少なくとも前記工具係合部よりも後端側に、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌めのいずれかによって前記絶縁碍子を保持する嵌合部を備えることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
請求項１記載のスパークプラグにおいて、
前記絶縁碍子が前記嵌合部にて圧入により保持され、当該絶縁碍子の前記嵌合部に当接する部分よりも先端側に、当該絶縁碍子の前記嵌合部に当接する部分よりも径小とする圧入導入部が設けられていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項３】
請求項２記載のスパークプラグにおいて、
前記圧入導入部をテーパーとし、そのテーパーが前記軸線に対してなすテーパー角を１〜５度とすることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項４】
請求項２又は３記載のスパークプラグにおいて、
前記絶縁碍子を前記主体金具の嵌合部に圧入した後、少なくとも当該嵌合部が熱処理されていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載のスパークプラグにおいて、
前記嵌合部の内側部分に、後端側に前記絶縁碍子を圧入した状態で当該絶縁碍子と接触状態とされる当接部が形成され、先端側に前記絶縁碍子を圧入した状態で当該絶縁碍子と非接触となる抜け部が形成されていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載のスパークプラグにおいて、
前記主体金具の前記嵌合部の内側部分と、前記絶縁碍子の外側部分との間によって気密が保持されていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載のスパークプラグにおいて、
前記嵌合部の他に、前記主体金具と前記絶縁碍子とが嵌合される第２の嵌合部が設けられていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項８】
請求項７項記載のスパークプラグにおいて、
前記第２の嵌合部が、前記主体金具の機関取り付け用のねじ部以外の部分に設けられていることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項記載のスパークプラグにおいて、
前記主体金具に形成され、前記絶縁碍子の外周部に設けられた係止部に係合されることにより前記絶縁碍子の抜けを防止する抜け防止機構を具備したことを特徴とするスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スパークプラグとして、中心電極と、この中心電極を保持する絶縁碍子と、先端部に接地電極を備え機関取り付けのための工具係合部を有する主体金具とを備え、主体金具内に絶縁碍子が支持固定された構造のものが知られている。このようなスパークプラグでは、筒状に形成された主体金具内に絶縁碍子を挿入し、主体金具の一方の端部を加締めることによって主体金具内に絶縁碍子を支持固定する構造とすることが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記構造のスパークプラグでは、主体金具の加締め部を加締めて係合させるために、絶縁碍子にフランジ状の大径部を形成する必要がある。このためスパークプラグの最大径を細くすることができない。そこで、絶縁碍子を主体金具に、溶接結合、接着結合、焼き嵌め等によって支持固定するようにしたスパークプラグも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１６４１４７号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来技術において、主体金具と絶縁碍子とを加締めによって固定したスパークプラグでは、十分な固着強度を確保することができ、信頼性も高いが、小型化することが困難である。また、溶接結合、接着結合、焼き嵌め等によって主体金具と絶縁碍子とを固定したスパークプラグでは、小型化することは可能であるが、耐振動性や結合部分の十分な信頼性を確保することが困難であるため未だ実用化されるには至っていない。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、従来に比べて小型化を図ることができるとともに、耐振動性や結合部分の十分な信頼性を確保することのできるスパークプラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のスパークプラグは、軸線方向に延在する中心電極と、該中心電極を保持する円筒状の絶縁碍子と、先端部に接地電極を備え機関取り付けのための工具係合部を有する円筒状の主体金具と、を備えたスパークプラグであって、前記主体金具は、少なくとも前記工具係合部よりも後端側に、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌めのいずれかによって前記絶縁碍子を保持する嵌合部を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明のスパークプラグにおいては、主体金具の嵌合部にて、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌めのいずれかによって絶縁碍子が保持されている。これによって、従来のように主体金具の加締め部を係合させるための大径の部位を絶縁碍子に設ける必要がなく、絶縁碍子が主体金具の加締め部を係合させるための大径部を有しないためスパークプラグの最大径が従来に比べて細くなる。すなわち、従来に比べて小型化を図ることができる。また、嵌合部を工具係合部よりも後端側に設けることによって、工具係合部に工具を係合させてスパークプラグをエンジンブロックに締め付けた際などに、嵌合部にねじれトルクや軸力が加わることを防止でき、嵌合部における嵌合支持の信頼性を向上させることができる。また、主体金具の後端側で絶縁碍子を支持することにより、絶縁碍子が振動した際の振動周波数を高めることができ、耐振動性を向上させることができる。
【０００８】
前記絶縁碍子が前記嵌合部にて保持される手段としては、圧入を選択することができ、この場合絶縁碍子の嵌合部に当接する部分よりも先端側に、当該絶縁碍子の嵌合部に当接する部分よりも径小とした圧入導入部を設けることが好ましい。また、この圧入導入部をテーパーとした場合、そのテーパーは前記軸線に対してなすテーパー角を１〜５度とすることが好ましい。これによって、より簡易な工程での製造が可能となり、かつ、十分な抜け荷重を確保することができる。さらに、前記絶縁碍子を前記主体金具の嵌合部に圧入した後、熱処理することにより、抜け荷重を増大させることができる。これは、嵌合部の接触状態が熱処理前では点接触の状態にあるが、点接触部には局所的に高面圧が掛かっており、この状態に熱を与えることで主体金具材が軟化、そして塑性変形することで接触状態が点から面接触へと変化し、嵌合部の真の接触面積が増大するためと考えられる。
【０００９】
また、本発明のスパークプラグは、上記のいずれかのスパークプラグにおいて、前記嵌合部の内側部分に、後端側に前記絶縁碍子を圧入した状態で当該絶縁碍子と接触状態とされる当接部が形成され、先端側に前記絶縁碍子を圧入した状態で当該絶縁碍子と非接触となる抜け部が形成されていることを特徴とする。主体金具に形成した嵌合部をこのような構造とすることにより、圧入に必要な圧入荷重が増大することを抑制でき、絶縁碍子が損傷を受けることを防止できる。
【００１０】
また、本発明のスパークプラグは、上記のいずれかのスパークプラグにおいて、前記主体金具の前記嵌合部の内側部分と、前記絶縁碍子の外側部分との間によって気密が保持されていることを特徴とする。このように嵌合部によって気密を保持することにより、気密保持のための構造を簡易化することができる。
【００１１】
また、本発明のスパークプラグは、上記のいずれかのスパークプラグにおいて、  前記嵌合部の他に、前記主体金具と前記絶縁碍子とが嵌合される第２の嵌合部が設けられていることを特徴とする。これによって、複数の嵌合部で支持することにより、より高い支持力が得られ、また熱引きを助けることができる。この第２の嵌合部は、前記主体金具の機関取り付け用のねじ部以外の部分に設けることが好ましい。これによって、嵌合によりねじ精度が低下することを防止できる。
【００１２】
また、本発明のスパークプラグは、上記のいずれかのスパークプラグにおいて、前記主体金具に形成され、前記絶縁碍子の外周部に設けられた係止部に係合されることにより前記絶縁碍子の抜けを防止する抜け防止機構を具備したことを特徴とする。このように、抜け防止機構を設けた構成とすることにより、内部からの圧力により、絶縁碍子が主体金具から抜けて飛び出すような事態が生じることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のスパークプラグによれば、従来に比べて小型化を図ることができるとともに、耐振動性や結合部分の十分な信頼性を確保することのできるスパークプラグを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１に絶縁碍子を主体金具へ組み付ける前の状態を示し、図２に組み付け後の本発明の実施形態に係るスパークプラグを示す。スパークプラグ１００は、略円筒状の主体金具１と、先端部が突出するようにその主体金具１内に嵌め込まれる略円筒状の絶縁碍子２を備えている。絶縁碍子２内の中心部分にはその軸方向に沿って中心電極３が配置されており、中心電極３の先端部は絶縁碍子２から突出した状態となっている。そして、この中心電極３の先端部と対向するように、接地電極１０が配置される。この接地電極１０は、一端が主体金具１に結合され、接地電極１０と中心電極３の間には所定間隔の火花放電ギャップが形成される。
【００１５】
絶縁碍子２は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により略円筒状に構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔を有している。そして、貫通孔の一方の端部側に端子金具４が挿入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔内において端子金具４と中心電極３との間に抵抗体１１が配置されている。この抵抗体１１の両端部は、導電性ガラスシール層を介して中心電極３と端子金具４とにそれぞれ電気的に接続されている。
【００１６】
主体金具１は、炭素鋼やステンレス鋼等の金属、例えば、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０等により円筒状に形成されており、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとともに、その先端側（図中下側）の外周面には、スパークプラグ１００を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成されている。このねじ部７より後端側の外周部には、主体金具１をエンジンブロックに取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部８が設けられている。そして、この工具係合部８よりさらに後端側には、嵌合部９が設けられている。
【００１７】
嵌合部９は、絶縁碍子２を嵌合保持するためのものであり、本実施形態においてこの嵌合部９は、絶縁碍子２を圧入することによって、径方向に嵌合保持するようになっている。このように、嵌合部９を工具係合部８よりも後端側に設けることにより、工具係合部８に工具を係合させてスパークプラグ１００をエンジンブロックに締め付けた際などに、嵌合部９にねじれトルクや軸力が加わることを防止でき、嵌合部９における結合部分（嵌合保持）の信頼性を向上させることができる。すなわち、スパークプラグ１００のエンジンブロックへの取り付け、取り外しを繰り返して何度も行ったとしても、嵌合部９にねじれトルクや軸力が加わらないので、絶縁碍子２との結合状態に緩み等が生じることがない。また、主体金具１の後端側で絶縁碍子２を支持することにより、絶縁碍子２が振動した際の振動周波数を高めることができ、耐振動性を向上させることができる。
【００１８】
また、上記のような嵌合部９を、例えばねじ部７の部分に設けたとすると、絶縁碍子２の圧入によってねじ部７が膨らみ、ねじ精度が低下する可能性があるが、本実施形態のように、工具係合部８よりも後端側に設けることにより、このような不具合が生じることを防止することができる。更に、一般に後端側に設けることで絶縁碍子２の大径部２３側で嵌合することができる。大径部は厚肉であるために絶縁碍子２の破壊荷重が小／中径部と比べて高く、そのため嵌合力を強めに設計しても、絶縁碍子２への負担が軽減できる。また、エンジンでの使用を考えた場合、比較的低温部となるため都合がよい。
【００１９】
一方、絶縁碍子２は、先端側から順に小径部２１、中径部２２、大径部２３とされている。そして、大径部２３の中径部２２側端部には、当該部位を拡大して示す図３に示されるように、所定角度のテーパーが形成され、主体金具１の嵌合部９に圧入するための圧入導入部２４とされている。この圧入導入部２４のテーパー角度は、１〜５度程度とすることが好ましく、２〜４度程度とすることがさらに好ましい。これは、以下のような理由による。
【００２０】
すなわち、図４に示すように、例えば絶縁碍子２の大径部２３の直径を９．９ｍｍ、大径部２３の先端部の直径を９．７ｍｍとして、径差を２００μｍとした場合、テーパー角度によって、テーパー長（圧入導入部長さ）が変化する。図５に、縦軸をテーパー長、横軸をテーパー角度としてこれらの関係を示す。同図の下側に記載された曲線に示されるように、テーパー角度が１度未満となると、テーパー長が急激に長くなる。このため、テーパー角度は１度以上とすることが好ましく、２度以上とするさらに好ましい。
【００２１】
また、図５の縦軸を抜き後の嵌合代として、抜き後の嵌合代とテーパー角度の関係を図中上側の曲線が示している。この抜き後の嵌合代とは、一旦圧入した後引き抜いた時の絶縁碍子２の外形（Ｄ１）と圧入部９の内径（Ｄ２）との径差（Ｄ２−Ｄ１）のことを示しており、十分な嵌合強度（一定以上の抜け荷重）を得るためにはある程度大きい必要がある。この抜き後の嵌合代を確保するためには、テーパー角度を５度以下とすることが好ましく、４度以下とすることが更に好ましい。以上から、テーパー角度は、１〜５度程度とすることが好ましく、２〜４度程度とすることがさらに好ましい。
【００２２】
上記のように、本実施形態では、嵌合部９に、絶縁碍子２を圧入して嵌合保持する構成となっているので、従来のように主体金具の加締め部を係合させるための大径の部位を絶縁碍子２に設ける必要がなく、スパークプラグ１００の最大径を細くすることができる。これによって、エンジンブロックに設けるスパークプラグ１００取り付け用の孔の径を小さくすることができ、エンジン設計における自由度を高めることができる。なお、圧入の他、焼き嵌め、冷やし嵌め、或いはこれらの組み合わせによって、嵌合部９に絶縁碍子２を嵌合させるようにしても良い。
【００２３】
また、本実施形態のスパークプラグでは、嵌合部分の信頼性を高める、すなわち抜け荷重を高くする必要があるが、この抜け荷重を高くすればするほど、圧入荷重も高くなってしまう。このようなときには、圧入時に潤滑材を使用することで嵌合部の信頼性を高く保ったまま、圧入荷重を少なくすることができる。この場合、圧入後に熱処理を行うことで抜け荷重が増大する。これは、熱処理によって潤滑材が分解され潤滑効果がなくなるためと、前記の点接触から面接触へと変化したための２つの効果による。このような潤滑材としては、例えばパスキンＭ３０（商品名）、セロゾール（商品名）等を使用することができる。
【００２４】
熱処理は、例えば温度３００℃で１５分程度行うことが好ましい。このような圧入後の熱処理を行わなかった場合、圧入荷重と抜け荷重は略同一となる。ところが、上記のような熱処理を行うことにより、例えば嵌合部直径（絶縁碍子の外径）が１０ｍｍのスパークプラグの場合に実際に測定したデータの一例を挙げれば、圧入荷重が１５０Ｋｇに対して、室温での抜け荷重が６１０Ｋｇ、２００℃での抜け荷重が５２０Ｋｇとなった。また、例えば嵌合部直径（絶縁碍子の外径）が８ｍｍのスパークプラグの場合に実際に測定したデータの一例を挙げれば、圧入荷重が１５７Ｋｇに対して、室温での抜け荷重が３５７Ｋｇ、２００℃での抜け荷重が２７６Ｋｇとなった。この圧入の際は、主体金具の座面を支持して絶縁碍子の圧入を行っている。主体金具には公知の方法によって、先端に接地電極１０が接合されているので（図１参照。）、この接地電極１０を変形させてしまうことなく圧入を行うためには座面を支持して圧入することが好ましい。
【００２５】
また、主体金具１の嵌合部９の断面構造を拡大して示す図３に示されるように、嵌合部９の内壁部には、絶縁碍子２を完全に圧入した状態で絶縁碍子２と当接した状態に維持される当接部９１と、当接部９１の先端側に設けられ、内径が当接部９１より大きく設定され絶縁碍子２を完全に圧入した状態で絶縁碍子２と非接触な状態に維持される抜け部９２が設けられている。このように抜け部９２を設けると、絶縁碍子２の導入側先端部（主として圧入導入部２４）が、圧入過程の終期にこの抜け部９２に至り、主体金具１と非接触な状態となる。これによって、絶縁碍子２を嵌合部９に圧入する際に必要とされる圧入荷重を低減することができる。
【００２６】
すなわち、絶縁碍子２の導入側先端部（主として圧入導入部２４）は、圧入時に最も摩擦力が加わる部分であり、表面が擦れて荒れた状態となり、他の部分に比べて摩擦が大きい部位となっている。そして、圧入荷重が高くなった圧入過程の終期において、この摩擦の大きい部分が抜け部９２に抜けることにより、圧入荷重の増大を緩和するようになっている。
【００２７】
この効果を検証する比較試験を行った。一方を図３に示す抜け部９２を有する本発明のスパークプラグとし、比較例である他方は図９に示す抜け部９２を持たず、当接部９１が延長する形態の主体金具を備えてなるスパークプラグとした。図８に圧入に要する時間（すなわち圧入の度合いを示す）を横軸とし、圧入に要する荷重を縦軸として両者の比較を行ったグラフを示す。この図８に示されるように、抜け部９２を設けた本発明のスパークプラグでは、圧入が完了する終盤に圧入荷重の増大を緩和する効果があることが分かる。
【００２８】
さらに、上記当接部９１は、当接部９１と絶縁碍子２の外側との間で、必要とされる気密性が確保できるようになっている。スパークプラグ１００を取り付けた状態で内部から１．５５ＭＰａの圧力が加わった場合の気密性について測定したところ、常温では漏れ量が略０ｍｌ／ｍｉｎ、２００℃で略１ｍｌ／ｍｉｎ程度であり、一般に市販されている加締めによるスパークプラグと同等以上の気密性が確保されていることが分かった。このように、本実施形態に係るスパークプラグ１００では、嵌合部９において気密性を確保するようになっているので、従来のように気密性を確保するためのシールとなるタルク粉末等を充填する必要がなく、このため構造を簡易化することができる。
【００２９】
図６は、他の実施形態のスパークプラグ１１０の要部構成を示すもので、このスパークプラグ１１０では、嵌合部９の他に、第２の嵌合部９５が設けられており、２箇所の嵌合部９，９５によって、絶縁碍子２が主体金具１に保持されるようになっている。このように複数個所の嵌合部によって、絶縁碍子２を保持することにより、主体金具１内で絶縁碍子２が振動した際の振動周波数を更に高めることができ、耐振動性を更に向上させることができる。なお、第２の嵌合部９５は、主体金具１の機関（エンジン）取り付け用のねじ部７以外の部分に設けることが好ましい。これによって、嵌合によりねじ精度が低下することを防止できる。
【００３０】
図７は、他の実施形態のスパークプラグ１２０要部構成を示すものである。このスパークプラグ１２０では、絶縁碍子２の周方向の一部に、段差部又は凹部からなる係止部２５が設けられている。また、主体金具１には、係止部２５に応じて凸部からなる抜け防止機構１０が設けられている。そして、主体金具１に絶縁碍子２を圧入した後、図７（Ａ）に示す状態から、抜け防止機構１０を係止部２５側に押圧して塑性変形させ、図７（Ｂ）に示す状態として抜け防止機構１０の凸部が係止部２５に係合された状態とする。これによって、万一嵌合部９における嵌合力の低下が生じた場合においても、内部からの圧力により、絶縁碍子２が主体金具１から抜けて飛び出すような事態が生じることを防止することができる。なお、係止部２５の段差若しくは凹部深さは、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることが好ましい。０．１ｍｍ未満では抜け防止機構１０の凸部が引っ掛かり難くなり、十分な抜け防止効果を得ることができない。一方、１．０ｍｍより大きくすると絶縁碍子の小径化の妨げとなる。この小径化の観点からは、係止部２５の段差若しくは凹部深さは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とすることが更に好ましい。
【００３１】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、本実施形態に記載したＬ字形状の接地電極１０の他、複数の接地電極を組み合わせたもの、さらには一般に沿面放電タイプと呼ばれるもののひとつである主体金具の先端部が火花放電電極を兼ねるタイプであってもよい。
【００３２】
なお、本実施形態では、主体金具の工具係合部よりも後端側の部分のみを嵌合部として絶縁碍子を保持する形態を示しているが、機関にスパークプラグを取り付ける際にねじれトルクによって絶縁碍子の嵌合が外れたり緩まったりすることがない範囲で工具係合部にかかって嵌合部としてもよい。また、嵌合部において絶縁碍子と当接する部分の長さは１ｍｍ以上とすることが好ましい。しかしながら、長すぎると過剰な圧入荷重を必要としてしまうため、作製の面からは嵌合部の内径を上限とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係るスパークプラグの圧入前の状態を示す図。
【図２】図１のスパークプラグの圧入後の状態を示す図。
【図３】図１のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。
【図４】導入部のテーパー角度とテーパー長の関係を説明するための図。
【図５】テーパー角度とテーパー長及び抜き後の嵌合代との関係を示すグラフ。
【図６】他の実施形態に係るスパークプラグの要部構成を示す図。
【図７】他の実施形態に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。
【図８】図８に圧入に要する時間と圧入に要する荷重の関係を示すグラフ。
【図９】比較例に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１……主体金具、２……絶縁碍子、３……中心電極、７……ねじ部、８……工具係合部、９……嵌合部、１００……スパークプラグ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004741316.tif 000010