(57)【要約】【課題】  スパークプラグにおける、ハウジングと絶縁碍子との間の気密性を向上させる。【解決手段】  絶縁碍子２０とハウジング１０との間にシール用の粉末充填層５０を備え、ハウジング１０におけるスリーブ部１３の自由端側を内側にかしめて粉末充填層５０を閉止するようにした内燃機関用スパークプラグにおいて、スリーブ部１３の自由端の厚さＤ２を１．０ｍｍ〜１．４ｍｍにすることにより、スリーブ部１３にて粉末充填層５０をより強く且つ確実に圧縮することが可能になり、気密性を向上することができる。【選択図】        図２
2005044627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に中心電極（３０）を保持する筒状の絶縁碍子（２０）と、前記絶縁碍子の外周に配設された筒状の金属製のハウジング（１０）と、前記絶縁碍子とハウジングとの間の環状空間部内にシール用の粉末が充填されて形成された粉末充填層（５０）とを備え、前記ハウジングにおける前記環状空間部の外周に多角形状部（１２）が形成され、且つ前記ハウジングにおける前記多角形状部の一端にかしめ用のスリーブ部（１３）が形成され、前記スリーブ部の自由端側を内側にかしめて前記粉末充填層を閉止するようにした内燃機関用スパークプラグにおいて、
前記スリーブ部の自由端の厚さ（Ｄ２）が１．０ｍｍ〜１．４ｍｍであることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項２】
前記スリーブ部（１３）における前記多角形状部（１２）との境界部分を前記スリーブ部の付け根とし、前記スリーブ部の付け根における前記ハウジングの径方向の寸法を付け根厚さ（Ｄ１）としたとき、
前記付け根厚さが１．５ｍｍ〜１．９ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグ。
【請求項３】
前記環状空間部内における前記スリーブ部（１３）側に配置されたリング（６０）を備え、
前記ハウジング（１０）の軸線を通る断面で見たときの前記リングの重心をリング重心（Ｇ）とし、
前記スリーブ部における内周面と前記リングとの当接点をリング当接点（Ｂ）とし、
前記リング重心および前記リング当接点を通る直線と前記スリーブ部における外周面との交点をスリーブ部交点（Ｃ）とし、
前記スリーブ部交点から前記スリーブ部の自由端までの、前記スリーブ部における外周面に沿った距離を自由端側外周面距離（Ｎ）としたとき、
前記自由端側外周面距離が１．５ｍｍ〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用スパークプラグ。
【請求項４】
前記環状空間部内における前記スリーブ部（１３）側に配置されたリング（６０）を備え、
前記ハウジング（１０）の軸線を通る断面で見たときの前記リングの重心をリング重心（Ｇ）とし、
前記スリーブ部における内周面と前記リングとの当接点をリング当接点（Ｂ）とし、
前記リング重心および前記リング当接点を通る直線と前記スリーブ部における外周面との交点をスリーブ部交点（Ｃ）とし、
前記スリーブ部交点から前記スリーブ部の付け根までの、前記スリーブ部における外周面に沿った距離を付け根側外周面距離（Ｍ）としたとき、
前記付け根側外周面距離が２．５ｍｍ〜３．５ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用スパークプラグ。
【請求項５】
前記ハウジング（１０）は、内燃機関の雌ねじ部に螺合される雄ねじ部（１１）を有し、前記雄ねじ部のねじがＭ１８であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の内燃機関用スパークプラグ。
【請求項６】
平均有効圧が１ＭＰａ以上で運転される内燃機関に用いられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の内燃機関用スパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等に使用する内燃機関用スパークプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
コージェネレーション用エンジンに用いられるスパークプラグは、自動車のエンジン等に用いられるスパークプラグに比べ、プラグ回りの冷却系が不十分であるため、プラグの座温（ガスケット部の温度）が高く（２００〜３００℃）使用環境条件が厳しい。また、コージェネレーションエンジンのスパークプラグは、自動車用エンジンのスパークプラグに比べ、エンジンの圧縮比が高いため、燃焼圧がより高い圧縮ガスに曝される。
【０００３】
従来のスパークプラグは、ハウジングと絶縁碍子との間の気密性を確保するために、ハウジングと絶縁碍子との間の環状空間部内にシール用粉末を充填し、かつハウジングのスリーブ部をかしめてシール用粉末を圧縮し、シール用粉末をハウジングおよび絶縁碍子に押し付けるようにしている。また、冷間かしめ後にさらに熱間かしめを行うことにより、気密性をさらに向上させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２４２９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、特にコージェネレーション用エンジンにおいては、燃焼効率アップのために燃焼圧が高くなる傾向にあり、そのためさらなる気密性の向上が求められている。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、スパークプラグの気密性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内部に中心電極（３０）を保持する筒状の絶縁碍子（２０）と、絶縁碍子の外周に配設された筒状の金属製のハウジング（１０）と、絶縁碍子とハウジングとの間の環状空間部内にシール用の粉末が充填されて形成された粉末充填層（５０）とを備え、ハウジングにおける環状空間部の外周に多角形状部（１２）が形成され、且つハウジングにおける多角形状部の一端にかしめ用のスリーブ部（１３）が形成され、スリーブ部の自由端側を内側にかしめて粉末充填層を閉止するようにした内燃機関用スパークプラグにおいて、スリーブ部の自由端の厚さ（Ｄ２）が１．０ｍｍ〜１．４ｍｍであることを特徴とする。
【０００７】
ところで、スリーブ部をかしめることにより粉末充填層を圧縮して、粉末充填層をハウジングおよび絶縁碍子に押し付け、それによりハウジングと絶縁碍子との間の気密性を確保するようにしたスパークプラグにおいては、かしめにより粉末充填層をより強く圧縮することにより気密性を向上することができる。
【０００８】
そこで、本発明者が種々実験検討を行ったところ、スリーブ部の自由端の厚さを１．０ｍｍ〜１．４ｍｍにすることにより、図３に示すように気密性を向上させ得ることが確認された。因みに、スリーブ部の自由端の厚さを１．０ｍｍ未満にした場合は、かしめ後のスリーブ部の剛性が不足するため、粉末充填層の反力により戻されて粉末充填層を強く圧縮することができない。一方、スリーブ部の自由端の厚さを１．４ｍｍ超にした場合は、スリーブ部の剛性が高くてかしめ時にスリーブ部を所望の形状に変形させにくく、換言すると、粉末充填層を圧縮する向きにスリーブ部を変形させることが困難であり、粉末充填層を強く圧縮することができない。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、スリーブ部（１３）における多角形状部（１２）との境界部分をスリーブ部の付け根とし、スリーブ部の付け根におけるハウジングの径方向の寸法を付け根厚さ（Ｄ１）としたとき、付け根厚さが１．５ｍｍ〜１．９ｍｍであることを特徴とする。
【００１０】
このように、スリーブ部付け根厚さを１．５ｍｍ〜１．９ｍｍにすることにより、図３に示すように気密性を向上させ得ることが確認された。因みに、スリーブ部付け根厚さを１．５ｍｍ未満にした場合は、スリーブ部の剛性が不足するため、粉末充填層の反力により戻されて粉末充填層を強く圧縮することができない。一方、スリーブ部付け根厚さを１．９ｍｍ超にした場合は、粉末充填層を圧縮する向きにスリーブ部を変形させることが困難であり、粉末充填層を強く圧縮することができない。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、環状空間部内におけるスリーブ部（１３）側に配置されたリング（６０）を備え、ハウジング（１０）の軸線を通る断面で見たときのリングの重心をリング重心（Ｇ）とし、スリーブ部における内周面とリングとの当接点をリング当接点（Ｂ）とし、リング重心およびリング当接点を通る直線とスリーブ部における外周面との交点をスリーブ部交点（Ｃ）とし、スリーブ部交点からスリーブ部の自由端までの、スリーブ部における外周面に沿った距離を自由端側外周面距離（Ｎ）としたとき、自由端側外周面距離が１．５ｍｍ〜２．５ｍｍであることを特徴とする。
【００１２】
このように、自由端側外周面距離を１．５ｍｍ〜２．５ｍｍにすることにより、図４および図５に示すように気密性を向上させ得ることが確認された。因みに、自由端側外周面距離が１．５ｍｍ未満の場合は、リングを十分に包み込むことができないため、粉末充填層を強く圧縮することができない。一方、自由端側外周面距離が２．５ｍｍ超の場合は、スリーブ部と絶縁碍子とが干渉するため、粉末充填層を強く圧縮することができない。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、環状空間部内におけるスリーブ部（１３）側に配置されたリング（６０）を備え、ハウジング（１０）の軸線を通る断面で見たときのリングの重心をリング重心（Ｇ）とし、スリーブ部における内周面とリングとの当接点をリング当接点（Ｂ）とし、リング重心およびリング当接点を通る直線とスリーブ部における外周面との交点をスリーブ部交点（Ｃ）とし、スリーブ部交点からスリーブ部の付け根までの、スリーブ部における外周面に沿った距離を付け根側外周面距離（Ｍ）としたとき、付け根側外周面距離が２．５ｍｍ〜３．５ｍｍであることを特徴とする。
【００１４】
このように、付け根側外周面距離を２．５ｍｍ〜３．５ｍｍにすることにより、図４および図５に示すように気密性を向上させ得ることが確認された。因みに、付け根側外周面距離が２．５ｍｍ未満の場合は、スリーブ部の剛性が高くてかしめ時にスリーブ部を所望の形状に変形させにくく、粉末充填層を強く圧縮することができない。一方、付け根側外周面距離が３．５ｍｍ超の場合は、かしめ後のスリーブ部の剛性が不足して粉末充填層を強く圧縮することができない。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、ハウジング（１０）は、内燃機関の雌ねじ部に螺合される雄ねじ部（１１）を有し、雄ねじ部のねじがＭ１８であることを特徴とする。このような、ハウジングの雄ねじ部がＭ１８であるコージェネレーション用エンジンに好適である。
【００１６】
請求項６に記載の発明のように、平均有効圧が１ＭＰａ以上で運転される内燃機関に好適である。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係るスパークプラグの半断面図、図２は図１のＡ部の拡大断面図である。
【００１９】
スパークプラグは、導電性の鉄鋼材料、より詳細には、Ｓ２５Ｃ等の低炭素鋼よりなる筒状のハウジング１０を有している。このハウジング１０の外周側には、雄ネジ部１１および六角形の多角形状部１２が形成されている。このスパークプラグは、平均有効圧が１ＭＰａ（約１０kgf/cm２）以上で運転されるコージェネレーションエンジンに用いられるもので、ハウジング１０の雄ネジ部１１のねじはＭ１８である。
【００２０】
内燃機関のシリンダヘッドに形成されたプラグホール（図示せず）にスパークプラグを挿入し、多角形状部１２にトルクレンチを係合させてスパークプラグを回すことにより、プラグホールの雌ねじ部（図示せず）にハウジング１０の雄ネジ部１１が螺合され、スパークプラグがシリンダヘッドに固定されるようになっている。
【００２１】
ハウジング１０の内部には、絶縁性に富むアルミナ等のセラミックからなる筒状の絶縁碍子２０が固定されており、この絶縁碍子２０の軸孔２１には円柱状の中心電極３０が固定されている。この中心電極３０は、例えば、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金、Ｆｅ基合金、またはＣｏ基合金といった耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成されている。
【００２２】
ハウジング１０の端部には、例えばＮｉ基合金よりなる接地電極４０が溶接により接合されている。この接地電極４０は、途中で曲げられて、その端部が中心電極３０と対向している。
【００２３】
多角形状部１２の内周側には、ハウジング１０の内周面と絶縁碍子２０の外周面との間に環状の空間が形成され、この環状空間部内に、タルクよりなるシール用の粉末が充填されて粉末充填層５０が形成されている。また、環状空間部におけるハウジング１０の軸線方向の両端部に、鉄鋼材よりなる断面円形のリング６０が配設されている。
【００２４】
ハウジング１０における多角形状部１２の一端側には、かしめ用のスリーブ部１３が形成されている。このスリーブ部１３の自由端側を内側にかしめて粉末充填層５０を閉止するようになっている。そして、スリーブ部１３をかしめることにより粉末充填層５０を圧縮して、粉末充填層５０をハウジング１０の内周面および絶縁碍子２０の外周面に押し付け、それによりハウジング１０と絶縁碍子２０との間の気密性を確保するようになっている。
【００２５】
ハウジング１０の外周部にはガスケット７０が配設されており、このガスケット７０により、ハウジング１０とプラグホールとの間の気密性を確保するようになっている。
【００２６】
次に、上記構成になるスパークプラグの、スリーブ部１３の各部寸法と、ハウジング１０と絶縁碍子２０との間の気密性との関係について、種々実験検討を行った。
【００２７】
以下の試験に用いたスパークプラグは、ハウジング１０の雄ネジ部１１のねじがＭ１８、ハウジング１０における環状空間部を形成する部位の内径がφ１７．５ｍｍ、絶縁碍子２０における環状空間部を形成する部位の外径がφ１４．２ｍｍである。また、かしめ前のスリーブ部１３における、ハウジング１０の軸線方向の長さは、５ｍｍである。
【００２８】
ここで、図２に示すように、スリーブ部１３における多角形状部１２との境界部分をスリーブ部１３の付け根とし、このスリーブ部１３の付け根におけるハウジング１０の径方向の寸法を付け根厚さＤ１とし、スリーブ部１３の自由端の厚さを自由端厚さＤ２とする。
【００２９】
また、ハウジング１０の軸線を通る断面で見たときのリング６０の重心をリング重心Ｇとし、スリーブ部１３における内周面とリング６０との当接点をリング当接点Ｂとし、リング重心Ｇおよびリング当接点Ｂを通る直線とスリーブ部１３における外周面との交点をスリーブ部交点Ｃとし、スリーブ部交点Ｃからスリーブ部１３の自由端までの、スリーブ部１３における外周面に沿った距離を自由端側外周面距離Ｎとし、スリーブ部交点Ｃからスリーブ部１３の付け根までの、スリーブ部１３における外周面に沿った距離を付け根側外周面距離Ｍとする。
【００３０】
まず、付け根厚さＤ１および自由端厚さＤ２を種々変更したスパークプラグを各４個準備した。具体的には、付け根厚さＤ１が１．３ｍｍのスパークプラグについては、自由端厚さＤ２として、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．３ｍｍ、の４種類を設定した。付け根厚さＤ１が１．５ｍｍのスパークプラグについては、自由端厚さＤ２として、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、の５種類を設定した。付け根厚さＤ１が１．７ｍｍ、１．９ｍｍ、２．１ｍｍのスパークプラグについては、自由端厚さＤ２として、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．４ｍｍ、１．６ｍｍ、の５種類を設定した。
【００３１】
それらのスパークプラグについて、ハウジング１０と絶縁碍子２０との間の気密性を評価した。具体的には、専用気密測定装置の密閉空間に中心電極３０および接地電極４０を臨ませた状態でスパークプラグを専用気密測定装置にセットし、専用気密測定装置の密閉空間に２ＭＰａ（約２０kgf/cm２）の圧力のガス（空気）を供給し、ハウジング１０と絶縁碍子２０との間を通ってスパークプラグの外部に洩れたガス量（漏れ量）を測定した。このときの他の条件は、スパークプラグをセットする際の締め付けトルクが５０Ｎｍ、座温（ガスケット７０部分の温度）が３００℃である。
【００３２】
図３は、各４個の試験品のうち最も洩れ量が多かった試験品の結果を示している。なお、図３の縦軸は、ハウジング１０と絶縁碍子２０との間を通ってスパークプラグの外部に洩れたガス量（漏れ量）である。
【００３３】
図３から明らかなように、自由端厚さＤ２が１．０ｍｍ〜１．４ｍｍのとき漏れ量が少なかった。因みに、自由端厚さＤ２を１．０ｍｍ未満にした場合は、かしめ後のスリーブ部１３の剛性が不足するため、粉末充填層５０の反力により戻されて粉末充填層５０を強く圧縮することができなかった。一方、自由端厚さＤ２を１．４ｍｍ超にした場合は、スリーブ部１３の剛性が高くてかしめ時にスリーブ部１３を所望の形状に変形させにくく、換言すると、粉末充填層５０を圧縮する向きにスリーブ部１３を変形させることが困難であり、粉末充填層５０を強く圧縮することができなかった。
【００３４】
また、付け根厚さＤ１が１．５ｍｍ〜１．９ｍｍのとき漏れ量が少なかった。因みに、付け根厚さＤ１を１．５ｍｍ未満にした場合は、スリーブ部１３の剛性が不足するため、粉末充填層５０の反力により戻されて粉末充填層５０を強く圧縮することができなかった。一方、付け根厚さＤ１を１．９ｍｍ超にした場合は、粉末充填層５０を圧縮する向きにスリーブ部を変形させることが困難であり、粉末充填層５０を強く圧縮することができなかった。
【００３５】
そして、自由端厚さＤ２が１．０ｍｍ〜１．４ｍｍで、且つ付け根厚さＤ１が１．５ｍｍ〜１．９ｍｍのとき、漏れ量が１ｃｃ／分以下となり、非常に優れた気密性を示した。因みに、漏れ量１ｃｃ／分は、現在のコージェネレーションエンジン用スパークプラグに要求されている目標値よりも少ない量であり、したがって、自由端厚さＤ２が１．０ｍｍ〜１．４ｍｍで、且つ付け根厚さＤ１が１．５ｍｍ〜１．９ｍｍのスパークプラグは、さらなる気密性の向上が求められているコージェネレーションエンジンに好適である。
【００３６】
次に、自由端側外周面距離Ｎおよび付け根側外周面距離Ｍを種々変更したスパークプラグを各４個準備した。具体的には、付け根厚さＤ１を１．５ｍｍ、自由端厚さＤ２を１．０ｍｍに固定したスパークプラグ、および付け根厚さＤ１を１．９ｍｍ、自由端厚さＤ２を１．４ｍｍに固定したスパークプラグの、それぞれについて、自由端側外周面距離Ｎとして、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、の５種類を設定し、付け根側外周面距離Ｍとして、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、３．５ｍｍ、４．０ｍｍ、の５種類を設定した。
【００３７】
それらのスパークプラグについて、ハウジング１０と絶縁碍子２０との間の気密性を評価した。評価方法は、前述した付け根厚さＤ１および自由端厚さＤ２を種々変更したスパークプラグの評価方法と同じである。
【００３８】
図４は、付け根厚さＤ１を１．５ｍｍ、自由端厚さＤ２を１．０ｍｍに固定したスパークプラグの各４個の試験品のうち最も洩れ量が多かった試験品の結果を示している。また、図５は、付け根厚さＤ１を１．９ｍｍ、自由端厚さＤ２を１．４ｍｍに固定したスパークプラグの各４個の試験品のうち最も洩れ量が多かった試験品の結果を示している。図４および図５の縦軸は、ハウジング１０と絶縁碍子２０との間を通ってスパークプラグの外部に洩れたガス量（漏れ量）である。
【００３９】
図４および図５から明らかなように、自由端側外周面距離Ｎが１．５ｍｍ〜２．５ｍｍのとき漏れ量が少なかった。因みに、自由端側外周面距離Ｎが１．５ｍｍ未満の場合は、リング６０を十分に包み込むことができないため、粉末充填層５０を強く圧縮することができなかった。一方、自由端側外周面距離Ｎが２．５ｍｍ超の場合は、スリーブ部１３と絶縁碍子２０とが干渉するため、粉末充填層５０を強く圧縮することができなかった。
【００４０】
また、付け根側外周面距離Ｍが２．５ｍｍ〜３．５ｍｍのとき漏れ量が少なかった。因みに、付け根側外周面距離Ｍが２．５ｍｍ未満の場合は、スリーブ部１３の剛性が高くてかしめ時にスリーブ部１３を所望の形状に変形させにくく、粉末充填層５０を強く圧縮することができなかった。一方、付け根側外周面距離Ｍが３．５ｍｍ超の場合は、かしめ後のスリーブ部１３の剛性が不足して粉末充填層５０を強く圧縮することができなかった。
【００４１】
そして、自由端側外周面距離Ｎが１．５ｍｍ〜２．５ｍｍで、且つ付け根側外周面距離Ｍが２．５ｍｍ〜３．５ｍｍのとき、漏れ量が１ｃｃ／分以下となり、非常に優れた気密性を示した。前述したように、漏れ量１ｃｃ／分は、現在のコージェネレーションエンジン用スパークプラグに要求されている目標値よりも少ない量であり、したがって、自由端側外周面距離Ｎが１．５ｍｍ〜２．５ｍｍで、且つ付け根側外周面距離Ｍが２．５ｍｍ〜３．５ｍｍのスパークプラグは、さらなる気密性の向上が求められているコージェネレーションエンジンに好適である。
【００４２】
（第２実施形態）
上記実施形態では、断面円形のリング６０を用いたスパークプラグを示したが、図６に示す第２実施形態のように、鉄鋼材よりなる断面矩形のリング６０ａを用いたスパークプラグにも、本発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパークプラグの半断面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大断面図である。
【図３】付け根厚さＤ１および自由端厚さＤ２と漏れ量との関係を示す図である。
【図４】自由端側外周面距離Ｎおよび付け根側外周面距離Ｍと漏れ量との関係を示す図である。
【図５】自由端側外周面距離Ｎおよび付け根側外周面距離Ｍと漏れ量との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るスパークプラグの要部の半断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…ハウジング、１２…多角形状部、１３…スリーブ部、２０…絶縁碍子、３０…中心電極、５０…粉末充填層、Ｄ２…自由端厚さ。
【図１】
2005044627.tif 000003
【図２】
2005044627.tif 000004
【図３】
2005044627.tif 000005
【図４】
2005044627.tif 000006
【図５】
2005044627.tif 000007
【図６】
2005044627.tif 000008