(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状の絶縁体が、筒状の主体金具に対し一方の開口部（以下、挿入開口部という）側から軸線方向に挿入されるとともに、その外周面に形成された絶縁体側係合部が主体金具内面側に形成された主体金具側係合部と係合して抜け止めされる一方、
前記主体金具には、前記軸線方向中間位置に形成された橈み部と、前記軸線方向においてその橈み部に対し、前記挿入開口部側の端部に隣接して周方向に突設された第一鍔状部と、同じく前記橈み部に対し前記第一鍔状部とは反対側の端部に隣接して周方向に突設された第二鍔状部と、前記第一鍔状部の前記橈み部とは反対側の端面内縁から前記軸線方向に突出する筒状に形成され、その先端に前記挿入開口部が形成される加締め突出部とが設けられ、
前記絶縁体側係合部を前記主体金具側係合部に係合させた状態で、前記橈み部を少なくとも外向きに撓み変形させつつ、前記加締め突出部を前記絶縁体の外周面に形成された加締め受け部に向けて加締めることにより、前記主体金具が前記絶縁体に対して加締め固定されており、さらに、
前記橈み部の外周面と前記第一鍔状部の端面との間に形成される環状の第一谷状部と、同じく前記第二鍔状部の端面との間に形成される環状の第二谷状部との各底部が、アール面部もしくは面取り部となっており、
前記アール面部の曲率半径または前記面取り部の軸線方向の幅が、０．２〜０．５ｍｍの範囲であることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
前記橈み部の最小厚さが、０．５〜０．９ｍｍの範囲である請求項１に記載のスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、例えば自動車用等のガソリンエンジンの点火に使用されるスパークプラグは、中心電極の外側に形成された絶縁体が、そのさらに外側に形成された主体金具により固定されている。図５に示すように、従来より、このようなスパークプラグにおいて主体金具１１０には、いわゆる六角部と称される工具係合部１０２と、鍔状のガスシール部１０３とが形成され、両者の間が筒状の橈み部１０１でつながれた形態となっている。そして、主体金具１１０は、取付ねじ部内周面に形成されたリブ状の金具側係合部に対し、絶縁体の先端側に形成された段付き面状の絶縁体側係合部を係合させ、その状態で、絶縁体の挿入側開口部に形成されている加締め突出部１０４を、絶縁体の外周面に形成された加締め受け部に向けて加締めることにより固定されていた。
【０００３】
このとき、橈み部１０１は、図のように座屈して少なくとも外向きに撓む形で塑性変形し、圧縮ストロークを稼いで加締め力を向上させる。また、上記主体金具１１０においては、橈み部１０１の外周面１０７と工具係合部１０２の端面１０５及びガスシール部１０３の端面１０６とは、Ｃ字状断面を有する溝部１１０ｋを形成する形となる。そして、上記外周面１０７と各端面１０５，１０６との間には環状の谷状部１０８及び１０９が形成される。これら谷状部は、橈み部１０１が挫屈変形する際の変形の起点を与え、加締めをスムーズに進行させる役割を果たす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスパークプラグの主体金具１１０においては、溝部１１０ｋの各谷状部１０８，１０９の底部が、それぞれ鋭角状に形成されていた。そのため、スパークプラグをシリンダヘッド等に締め付け固定する際に、谷状部１０８，１０９の鋭角状の底部頂点にねじりの応力が集中しやすく、例えば推奨値を超えた締め付けトルクを作用させた場合等において、該位置で主体金具１１０に切れや破断が生じやすい問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、スパークプラグをシリンダヘッド等に締付け固定する際に、主体金具に破断等を生じにくい構造を有するスパークプラグを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明のスパークプラグは、
軸状の絶縁体が、筒状の主体金具に対し一方の開口部（挿入開口部）側から軸線方向に挿入されるとともに、その外周面に形成された絶縁体側係合部が主体金具内面側に形成された主体金具側係合部と係合して抜け止めされる一方、
主体金具には、軸線方向中間位置に形成された橈み部と、軸線方向においてその橈み部に対し、挿入開口部側の端部に隣接して周方向に突設された第一鍔状部と、同じく橈み部に対し第一鍔状部とは反対側の端部に隣接して周方向に突設された第二鍔状部と、第一鍔状部の橈み部とは反対側の端面内縁から軸線方向に突出する筒状に形成され、その先端に挿入開口部が形成される加締め突出部とが設けられ、
絶縁体側係合部を主体金具側係合部に係合させた状態で、橈み部を外向きに撓み変形させつつ、加締め突出部を絶縁体の外周面に形成された加締め受け部に向けて加締めることにより、主体金具が絶縁体に対して加締め固定されており、さらに、
橈み部の外周面と第一鍔状部の端面との間に形成される環状の第一谷状部と、
同じく第二鍔状部の端面との間に形成される環状の第二谷状部との各底部が、アール面部もしくは面取り部となっており、
アール面部の曲率半径または面取り部の軸線方向の幅が、０．２〜０．５ｍｍの範囲であることを特徴とする。
【０００７】
上記本発明のスパークプラグにおいては、その主体金具に形成される橈み部の外周面と、これに隣接形成される第一鍔状部（例えば六角部等の工具係合部）の端面との間に形成される第一谷状部、同じく第二鍔状部（例えばガスシール部）の端面との間に形成される第二谷状部との各底部を、アール面部もしくは面取り部とした。これにより、スパークプラグをシリンダヘッド等に締め付け固定する際に、谷状部の底部にねじりの応力が集中しにくくなり、例えば推奨値を若干超えた締め付けトルクを作用させた場合にも、該位置で主体金具に切れや破断が生じにくくなる。
【０００８】
また、上記構成のスパークプラグにおいては、アール面部の曲率半径または面取り部の軸線方向の幅は０．２〜０．５ｍｍの範囲とされている。アール面部の曲率半径または面取り部の軸線方向の幅を上記範囲で調整することで、谷状部での切れや破断等をより効果的に防止することができる。曲率半径または軸線方向の幅が０．２ｍｍ未満の場合、アール面部または面取り部形成の効果が小さく、プラグ取付時等において応力集中による主体金具の破断につながる場合がある。また、曲率半径または軸線方向の幅が０．５ｍｍを超えると、橈み部の谷状部におけるスムーズな挫屈変形の開始が阻害される結果、より強い加締め圧力が必要となり、例えば橈み部を撓み変形させる前に絶縁体が割れてしまう場合がある。なお、アール面部の曲率半径または面取り部の軸線方向の幅は、より望ましくは、０．３〜０．５ｍｍの範囲に設定するのがよい。
【０００９】
さらに、上記構成のスパークプラグにおいては、橈み部の最小厚さが０．５〜０．９ｍｍの範囲であることが望ましい。ここで、橈み部の最小厚さとは、筒状の絶縁体の中心軸線と直交する向きに測定した橈み部の最小厚さのことをいう。橈み部の最小厚さをこの範囲に設定することで、谷状部での主体金具の破断をさらに効果的に防止することができる。橈み部の最小厚さが０．５ｍｍ未満の場合、該橈み部の厚みが小さすぎてプラグ取付時等において破断等のトラブルにつながる場合がある。また、橈み部の最小厚さが０．９ｍｍを超えると、橈み部が厚すぎるため加締め時においてそのスムーズな挫屈変形の開始が阻害される結果、より強い加締め圧力が必要となり、橈み部を撓み変形させる前に絶縁体が割れてしまう場合がある。なお、橈み部の最小厚さは、より望ましくは、０．６〜０．８ｍｍの範囲に設定するのがよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１に、本発明のスパークプラグ１００の一例を示している。スパークプラグ１００は、筒状の主体金具１、先端部２１が突出するようにその主体金具１の内側に嵌め込まれた絶縁体２、絶縁体２の内側に配置された中心電極３、及び主体金具１に一端が溶接等により結合されるとともに他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の先端部と対向するように配置された接地電極４等を備え、接地電極４と中心電極３との間には火花放電ギャップｇが形成されている。なお、以下においては、中心電極３の軸線方向において火花放電ギャップｇに向かう側を前方側、その反対に向かう側を後方側とする。
【００１１】
絶縁体２の軸方向には貫通孔６が形成されており、その一方の端部側から端子金具１３が挿入・固定され、同じく他方の端部側から中心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔６内において端子金具１３と中心電極３との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端部は、導電性ガラスシール層１６，１７を介して中心電極３と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続されている。なお、スパークプラグ１００は、絶縁体２の後端縁位置から主体金具１の開口端位置までの長さＬが、例えば５８．５ｍｍである。
【００１２】
主体金具１には、軸線方向中間位置に形成された橈み部１ａと、その橈み部１ａに対し後方側に隣接して周方向に突設された工具係合部（第一鍔状部）１ｅと、同じく橈み部１ａに対し前方側に隣接して周方向に突設されたガスシール部（第二鍔状部）１ｆとが形成されている。また、工具係合部１ｅの後方側には、該工具係合部１ｅの端面内縁から軸線方向に突出する筒状に形成され、その先端に絶縁体２の挿入開口部１ｐが形成される加締め突出部１ｄが設けられている。
【００１３】
また、主体金具１の、ガスシール部１ｆよりも前方側に位置する部分の外周面には雄ねじ部が形成され、取付ねじ部７となっている。また、その取付ねじ部７に対応する内周面後方寄りには、周方向に沿ってリブ状の金具側係合部１ｃが形成されている。さらに、取付ねじ部７の基端部にはガスケット７０が装着されている。該ガスケット７０は、シリンダヘッド側のねじ孔（図示せず）に取付けねじ部７を螺合させてプラグを取り付ける際に、ガスシール部１ｆとねじ孔の開口周縁部との間で軸線方向に圧縮されてつぶれるように変形し、上記ねじ孔と取付ねじ部７との間をシールする役割を果たす。
【００１４】
次に、絶縁体２の軸方向中間には、周方向外向きに突出する加締め受け部としての突出部２ｅが例えばフランジ状に形成されている。そして、絶縁体２は、該突出部２ｅよりも後方側がこれよりも細径に形成された本体部２ｂとされている。一方、突出部２ｅの前方側にはこれよりも細径の第一軸部２ｇと、その第一軸部２ｇよりもさらに細径の第二軸部２ｉがこの順序で形成されている。なお、本体部２ｂの外周面には釉薬２ｄが施され、当該外周面の後端部にはコルゲーション２ｃが形成されている。また、第一軸部２ｇの外周面は略円筒状とされ、第二軸部２ｉの外周面は先端に向かうほど縮径する略円錐面状とされている。
【００１５】
また、絶縁体２の第一軸部２ｇと第二軸部２ｉとの接続部には段付面状の絶縁体側係合部２ｈが形成されている。絶縁体２は主体金具１に対し挿入開口部１ｐから軸線方向に挿入されるとともに、上記絶縁体側係合部２ｈを金具側係合部１ｃにリング状の板パッキン６３を介して係合することにより、軸方向への抜止めがなされている。そして、その係合を保った状態で、橈み部１ａを外向きに撓み変形させつつ、加締め突出部１ｄを絶縁体２の突出部２ｅの対応する端面２ｎに向けて加締めることにより、主体金具１が絶縁体２に対して加締め固定されている。ここで、加締め突出部１ｄと突出部２ｅの端面２ｎとの間には、リング状の線パッキン６２とタルク等の充填層６１を介して同じくリング状の線パッキン６０とが形成されている。
【００１６】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、主体金具１において橈み部１ａの外周面３４と工具係合部１ｅの端面３２との間には環状の第一谷状部３０が形成され、同じくガスシール部１ｆの端面３３との間には環状の第二谷状部３１が形成されている。上記外周面３４及び端面３２，３３により、工具係合部１ｅとガスシール部１ｆとの間において主体金具１の外周面には、Ｃ字状断面の溝部１ｋが周方向に形成される形となっている。そして、（ｂ）に示すように、各谷状部３０，３１の底部はアール面部となっており、その曲率半径は０．２〜０．５ｍｍの範囲で調整されている。また、橈み部１ａの厚さｔは、その最小厚さが０．５〜０．９ｍｍの範囲となるように調整されている。
【００１７】
該スパークプラグ１００の製造工程において、絶縁体２に対する主体金具１の組付けは以下のようにして行われる。まず、図３（ａ）に示すように、接地電極４を取り付ける前の状態の主体金具１に対し、図３（ｂ）のように、貫通孔６に中心電極３及び導電性ガラスシール層１６，１７、抵抗体１５、及び端子金具１３を予め組み付けた絶縁体２を挿入開口部１ｐ側から挿入し、絶縁体２の係合部２ｈと主体金具１の係合部１ｃとを板パッキン６３を介して係合させた状態とする。
【００１８】
次に、図３（ｃ）に示すように、主体金具１の挿入開口部１ｐ側からその内側に線パッキン６２を配置し、タルク等の充填層６１を形成してさらに線パッキン６０を配置する。そして、加締め金具２００により、橈み部１ａを外向きに撓み変形させつつ加締め突出部１ｄを、線パッキン６２、充填層６１及び線パッキン６０を介して、突出部２ｅの端面２ｎに向けて加締めることにより、図３（ｄ）のように主体金具１が絶縁体２に対して固定される。充填層６１は加締め時に圧縮され、主体金具１の挿入開口部と絶縁体２の外周面との間をシールする。最後に、主体金具１に接地電極４を溶接等により取り付け、火花放電ギャップｇの大きさを調整してスパークプラグ１００が完成する。
【００１９】
以下、図１のスパークプラグ１００の作用について説明する。すなわち、スパークプラグ１００は、その取付ねじ部７においてエンジンブロックに取り付けられ、燃焼室に供給される混合気への着火源として使用される。
【００２０】
ここで、図２に示すように、主体金具１に橈み部１ａを形成する溝部１ｋにおいて、第一谷状部３０及び第二谷状部３１の各底部がアール面部とされていることから、スパークプラグ１００を取付ねじ部７において、シリンダヘッド側の取付ねじ部に締め付け固定する際に、各谷状部３０，３１の底部頂点への応力集中が緩和され、例えば推奨値を若干超えた締め付けトルクを作用させた場合でも、主体金具１が破断する等のトラブルが効果的に防止される。
【００２１】
なお、上記スパークプラグ１００において、図２に示すように、工具係合部１ｅの端面３２と、主体金具１（あるいは絶縁体２）の中心軸線Ｏと直交する面ＮＰとのなす角度θ１は１５〜４０゜、同様にガスシール部１ｆの端面３３と中心軸線Ｏと直交する面ＮＰとのなす角度θ２は５〜３０゜とするのがよい。各角度θ１，θ２が上記下限値未満の場合、プラグ取付時等において谷状部３０，３１の底部へ応力集中し、主体金具１の破断につながる場合がある。また、上限値を超えた場合は、橈み部の谷状部におけるスムーズな挫屈変形の開始が阻害される結果、より強い加締め圧力が必要となり、例えば橈み部を撓み変形させる前に絶縁体が割れてしまう等の問題が生じる場合がある。
【００２２】
また、各谷状部３０，３１の底部にアール面部を形成する代わりに、図２（ｃ）に示すように、面取り部を形成するようにしてもよい。この面取り部の幅（図１の中心軸線Ｏの向きに測定した値とする）ｗは、０．２〜０．５ｍｍの範囲とすることが望ましい。ｗが０．２ｍｍ未満の場合、応力集中による主体金具１の破断につながる場合がある。また、ｗが０．５ｍｍを超えると、橈み部１ａの谷状部３０，３１におけるスムーズな挫屈変形の開始が阻害される結果、より強い加締め圧力が必要となり、例えば橈み部を撓み変形させる前に絶縁体２が割れてしまう場合がある。なお、面取り部の幅ｗは、より望ましくは０．３〜０．５ｍｍの範囲に設定するのがよい。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の効果を確認するために、下記の実験を行った。
図４に示す主体金具１を低炭素鋼（冷間加工後焼きなまし材）により作製し、図３の方法で絶縁体２に対し圧力４００ｋｇ／ｃｍ２にて加締め固定して、各種スパークプラグの試験品とした。ここで、図２において、主体金具１は、谷状部３０，３１の底部に形成されたアール面部の曲率半径Ｒを０．０５〜０．６ｍｍ、橈み部１ａの最小厚さｔを０．４〜１．０ｍｍ、角度θ１を１５°及び４０゜、角度θ２を５°及び３０゜の各値に調整した。
【００２４】
なお、主体金具１の各部の寸法（但し、加締め前のもの）は以下の通りである。
・工具係合部１ｅの軸線方向長さＬ3：５．５ｍｍ
・橈み部１ａの軸線方向長さＬ4：３．５ｍｍ
・ガスシール部１ｆの軸線方向長さＬ5：４ｍｍ
・主体金具１の内径Ｒ3：１３ｍｍ
・ガスシール部１ｆの外径Ｒ5：１８ｍｍ
・取付ねじ部７の呼び径：１４ｍｍ
【００２５】
そして、得られた各パークプラグに対応するガスケット７０を装着し、シリンダヘッドのねじ孔に対し、２．５ｋｇｆ・ｍ及び４．０ｋｇｆ・ｍ、５．５ｋｇｆ・ｍの３種の締め付けトルクで締め込むとともに、締め込み後に各谷状部３０，３１に破断が生じたか否かを目視にて確認した。以上の結果を表１に示す。なお、谷状部３０，３１の底部に、アール面部を形成していないものを比較例として用いた。
【００２６】
【表１】
0003876071.tif 000002
【００２７】
表１から分かるように、主体金具１の谷状部３０，３１の底にアール面部を形成した本発明のスパークプラグの場合、アール面部の曲率半径Ｒ及び橈み部の最小厚みｔを適度な値に調整することにより、締付けトルクが推奨トルク（３．５ｋｇｆ・ｍ）よりも大きい４．０ｋｇｆ・ｍ及び５．５ｋｇｆ・ｍの場合でも、谷状部３０，３１に破断が生じなかった。他方、橈み部の最小厚みｔが１．０ｍｍのものは、該橈み部１ａが厚すぎて加締める前に絶縁体２が割れてしまうものがあり、曲率半径Ｒが０．６ｍｍの場合も同様に絶縁体２が割れてしまうものがあった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパークプラグの一実施例を示す縦断面図。
【図２】その主体金具の要部を拡大して示す縦断面図。
【図３】図１のスパークプラグの主体金具と絶縁体とを加締め固定する工程を示す説明図。
【図４】本発明の実施例に用いた主体金具を、寸法とともに示す縦断面図。
【図５】従来の主体金具の構成を示す縦断面図。
【符号の説明】
１  主体金具
１ａ  橈み部
１ｃ  主体金具側係合部
１ｄ  加締め突出部
１ｅ  工具係合部（第一鍔状部）
１ｆ  ガスシール部（第二鍔状部）
１ｐ  挿入開口部
２  絶縁体
２ｅ  突出部（加締め受け部）
２ｈ  絶縁体側係合部
３０  第一谷状部
３１  第二谷状部
１００  スパークプラグ
【図１】
0003876071.tif 000003
【図２】
0003876071.tif 000004
【図３】
0003876071.tif 000005
【図４】
0003876071.tif 000006
【図５】
0003876071.tif 000007