(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その外周面に対し一端部（１１）側から他端部（１２）側へ向かって順にネジ部（１３）、テーパ部（１４）が軸回りに形成されており、リーチ長さが１２ｍｍ以上である筒状の取付金具（１０）と、
前記取付金具の前記一端部からその一端部（３１）を露出させた状態で前記取付金具内に絶縁保持される中心電極（３０）と、
前記取付金具に固定され、前記中心電極の前記一端部に放電ギャップ（６０）を隔てて対向する接地電極（５０）と、を備え、
エンジンの燃焼室（２００）に形成されたネジ穴（２０１）へ挿入して、このネジ穴と前記取付金具の前記ネジ部とをネジ結合させるとともに、このネジ結合の軸力により前記テーパ部を前記ネジ穴の内面に密着させて前記燃焼室からのガス漏れを防止するようにしたスパークプラグにおいて、
前記テーパ部は冷間鍛造によって形成され、前記テーパ部（１４）の面粗度が１０μｍ以下であるとともに前記テーパ部（１４）の軸芯と前記ネジ部（１３）の軸芯との振れ量が０．１５ｍｍ以下であることを特徴とするスパークプラグ。
【請求項２】
その外周面に対し一端部（１１）側から他端部（１２）側へ向かって順にネジ部（１３）、テーパ部（１４）が軸回りに形成されており、リーチ長さが１２ｍｍ以上である筒状の取付金具（１０）と、
前記取付金具の前記一端部からその一端部（３１）を露出させた状態で前記取付金具内に絶縁保持される中心電極（３０）と、
前記取付金具に固定され、前記中心電極の前記一端部に放電ギャップ（６０）を隔てて対向する接地電極（５０）と、を備え、
エンジンの燃焼室（２００）に形成されたネジ穴（２０１）へ挿入して、このネジ穴と前記取付金具の前記ネジ部とをネジ結合させるようにしたスパークプラグの製造方法において、
前記テーパ部は冷間鍛造によって形成され、冷間鍛造に用いる型の面粗度を調整することにより、前記テーパ部の面粗度を１０μｍ以下とするとともに前記テーパ部（１４）の軸芯と前記ネジ部（１３）の軸芯との振れ量を０．１５ｍｍ以下とすることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃焼室に挿入されて取り付けられるスパークプラグおよびその製造方法に関し、特に、エンジンの出力を高くするためにエンジンヘッドの厚みを厚くした場合に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
図３に、従来のスパークプラグを示す。周知のように、スパークプラグは、筒状の絶縁体Ｊ１を、その一端部Ｊ２が筒状の取付金具Ｊ３の一端部Ｊ４から露出するように取付金具Ｊ３の内部に保持するとともに、絶縁体Ｊ１の一端部Ｊ２から露出する中心電極Ｊ５の先端部Ｊ６と取付金具Ｊ３に固定された接地電極Ｊ７と放電ギャップＪ８を隔てて対向させてなるものである。このスパークプラグは、エンジン燃焼室Ｊ２０を形成するエンジンヘッドＪ９に設けられたネジ穴Ｊ１０に挿入固定される。
【０００３】
ここで、取付金具Ｊ３の外周面には、その一端部Ｊ４側から順にネジ部Ｊ１１及びテーパ部Ｊ１２が形成されている。そして、プラグのネジ穴Ｊ１０への挿入に伴い、プラグを軸回りに回転させてネジ穴Ｊ１０とネジ部Ｊ１１とをネジ結合する。また、テーパ部Ｊ１２は、取付金具Ｊ３の一端部Ｊ４側（ネジ穴Ｊ１０への挿入側）へ向かって径が小さくなるようなテーパ形状を有して軸回りに環状に形成されたもので、上記ネジ結合の軸力により、ネジ穴Ｊ１０の内面に形成されたテーパ状の座面Ｊ１３に密着して燃焼室Ｊ２０からのガス漏れを防止するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、出力が高いエンジンほど、冷却水による冷却効率を上げるために、水回りを良くさせて出力を高くしている。そのため、エンジンヘッドが厚くなる傾向にある。そのようなエンジンにスパークプラグを合わせようとすると、プラグにおける取付金具のリーチ長さＲＬ（図３参照）が１２ｍｍ以上となる。ここで、リーチ長さとは、プラグ一般に用いられる寸法であり、取付金具Ｊ３において一端部（挿入側端部）Ｊ４からテーパ部Ｊ１２における直径が１４．８ｍｍの部分までの長さである。
【０００５】
ここで、リーチ長さＲＬが長いプラグ（即ち高出力エンジン）の場合には、燃焼室Ｊ２０内の圧力も高くなるため、スパークプラグとエンジンとのシール性、即ちテーパ部Ｊ１２のシール性も大きくする必要がある。そこで、本発明は上記事情に鑑み、リーチ長さが１２ｍｍ以上必要な高出力エンジン用のスパークプラグにおいて、テーパ部のシール性能を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、リーチ長さが１２ｍｍ以上のスパークプラグにおいて、テーパ部（１４）を冷間鍛造によって形成し、テーパ部（１４）の面粗度が１０μｍ以下であるとともにテーパ部（１４）の軸芯とネジ部（１３）の軸芯との振れ量が０．１５ｍｍ以下であることを特徴としている。本発明は、従来、切削加工にて形成されていたテーパ部をより加工精度の高い冷間鍛造加工により形成したものである。従来の切削加工ではテーパ部表面に切削跡が残るが、冷鍛加工によればそのような跡は残らない。そのため、従来よりもテーパ部の面粗度を小さくすることが可能であるため、テーパ部のシール性能を向上させることができる。
【０００７】
また、実験検討の結果、テーパ部における従来よりも高レベルのシール性能として、チャンバに対して実装状態と同様の形態にて、プラグを装着し、空気圧１．９６ＭＰａ（２０ｋｇ／ｃｍ2）、テーパ部温度２００℃の状態にて、テーパ部からの空気漏れ量が１ｃｍ3／分以下であるようなシール性能を指標とした。そして、この指標を満足すれば、従来に無い高シール性能を有する実用的なスパークプラグを提供できる。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、上記指標を満足するための面粗度を検討した結果に基づくもので、図２に示す様に、テーパ部（１４）の面粗度が１０μｍ以下であれば、上記指標を満足できる。面粗度を小さくすることで、取付金具をネジ締めする際の摩擦力が低下し、ネジ結合の軸力が向上するため、テーパ部のシール性能が向上すると考えられる。このような小さい面粗度は、テーパ部を冷間鍛造することで実現できる。
【０００９】
また、請求項１に記載の発明は、この指標を満足するためのネジ部（１３）に対するテーパ部（１４）の振れ量（テーパ部の軸芯とネジ部の軸芯との振れ量）を検討した結果に基づくもので、図２に示す様に、該振れ量が０．１５ｍｍ以下であれば、上記指標を満足しやすいものとできる。
【００１０】
振れ量を小さくすることで、テーパ部とエンジン燃焼室に形成されたネジ穴の内面との接触において、部分的に偏って接触することが抑制されるため、テーパ部のシール性能を向上させることができる。また、このような小さい振れ量は、テーパ部を冷間鍛造することで、ネジ形成部（ネジ部相当部位であってネジが切られていないもの）とテーパ部とを同時に形成することが可能となり、ネジ部の軸芯とテーパ部の軸芯とを一致させることができるため、実現できる。
【００１１】
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一例である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本実施形態のスパークプラグ１００の全体構成を示す半断面図である。スパークプラグ１００は、エンジンの燃焼室Ｆ１の一部として燃焼室を区画形成するエンジンヘッド２００に設けられたネジ穴２０１に挿入されて固定されている。
【００１３】
１０は導電性の鉄鋼材料（例えば低炭素鋼等）等よりなる略円筒状の取付金具（主体金具）である。取付金具１０の外周面には、一端部（燃焼室側）１１側から他端部１２側へ向かって順にネジ部１３、テーパ部１４、六角部１５が軸回りに形成されている。ネジ部１３は、プラグ１００のネジ穴２０１への挿入に伴い、レンチ等の工具を用いて六角部１５（即ちプラグ１００）を軸回りに回転させることでネジ穴２０１とネジ結合するもので、このネジ結合によってプラグ本体がネジ穴２０１に固定されている。
【００１４】
また、テーパ部１４は、取付金具１０のネジ穴２０１への挿入方向へ向かって（つまり他端部１２から一端部１１へ向かって）径が小さくなるようなテーパ形状となっており、軸回りに環状に形成されている。そして、テーパ部１４は、上記ネジ結合の軸力により、ネジ穴２０１の内面に形成されたテーパ状の座面２０２に密着して燃焼室Ｆ１からのガス漏れを防止するものである。
【００１５】
ここで、プラグ１００における取付金具１０のリーチ長さＲＬは１２ｍｍ以上となっている。ここで、リーチ長さとは、上述したように、取付金具１０において一端部（挿入側端部）１１からテーパ部１４における直径が１４．８ｍｍの部分までの長さである。例えば図１では、寸法ＲＬのテーパ部１４側引き出し線で指示される部位において、テーパ部１４の直径は１４．８ｍｍとなっている。
【００１６】
取付金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ2 Ｏ3 ）等からなる円筒状の絶縁体２０が保持されており、絶縁体２０の一端部２１及び他端部２２は、それぞれ、取付金具１０の一端部１１及び他端部１２から露出している。また、絶縁体２０と取付金具１０との間において取付金具１０の一端部１１寄りにパッキン２３が、他端部１２寄りにパッキン２４が配設され、絶縁体２０と取付金具１０との間をシールしている。
【００１７】
絶縁体２０の内部には、円柱状の中心電極３０およびステム部４０が固定されている。中心電極３０の一端部（先端部）３１は、絶縁体２０の一端部２１から露出し、ステム部４０の一端部４１は、絶縁体２０の他端部２２から露出している。そして、中心電極３０の他端部３２とステム部４０の他端部４２とは、電気的に接続されている。こうして、中心電極３０は、取付金具１０の一端部１１から一端部３１を露出させた状態で取付金具１０内に絶縁保持されている。
【００１８】
また、取付金具１０の一端部１１には、接地電極５０が溶接等により固定されている。接地電極５０は途中で略Ｌ字に曲げられて、溶接部分とは反対の部位にて中心電極３０の一端部３１と放電ギャップ６０を隔てて対向している。そして、スパークプラグ１００においては、図１に示す様に、放電ギャップ６０側を燃焼室Ｆ１内に挿入し、取付金具１０と中心電極３０との間に放電用高電圧をかけることにより、放電ギャップ６０に火花放電を発生させ、燃焼室Ｆ１内の混合気を燃焼させるようになっている。
【００１９】
ところで、本実施形態においては、取付金具１０のテーパ部１４を冷間鍛造によって形成した独自の特徴を有する。従来の取付金具は、テーパ部が形成されていない状態のものを冷間鍛造により製造した後、テーパ部を切削加工し、さらに、ネジ部に相当する部分（ネジ形成部）に対し転造によりネジ切りを行いネジ部を形成することで作っていた。
【００２０】
切削加工によりテーパ部を形成すると、テーパ部表面に刃具の切削跡（ツールマーク）が残るためテーパ部表面の面粗度が大きくなったり、テーパ部の軸芯とネジ部の軸芯との振れ量が大きくなってしまう。そのため、テーパ部の表面とエンジンヘッドの座面との間に隙間が発生しやすく、また、テーパ部と座面との接触において両者が部分的に偏って接触しやすくなる（いわゆる、テーパ部の片当たりが大きくなりやすくなる）ため、高出力エンジンとなるほどシール性能が確保されにくい。
【００２１】
これに対して、本実施形態では、冷間鍛造によってネジ形成部及びテーパ部１４を有するものを一体に製造した後、ネジ形成部に転造によりネジ部１３を形成することで、取付金具１０を形成する。なお、取付金具１０の材質は、一般に用いられている低炭素鋼等を採用できるが、含有炭素量を少なくして冷間鍛造に適したものを採用することが好ましい。それにより、テーパ部１４が冷間鍛造によって形成されるため上記の切削跡が残ることはなく、また、ネジ形成部及びテーパ部１４を同一の型を用いて成形できるためネジ形成部の軸芯とテーパ部１４との軸芯とを一致させることができる。
【００２２】
ここにおいて、冷間鍛造に用いる型の面粗度を調整すれば、従来よりもテーパ部の面粗度を小さくできるため、テーパ部１４とエンジンヘッド２００（座面２０２）との密着性を良好にできる。また、結果的に、ネジ部１３とテーパ部１４の両軸芯を一致させることができるため、ネジ部１３に対するテーパ部１４の振れ量を小さくでき、上記したテーパ部の片当たりを抑制できる。
【００２３】
よって、本実施形態によれば、従来よりもテーパ部のシール性能を向上させることができる。また、本実施形態によれば、取付金具１０の製造工程において、冷間鍛造を行った後の切削加工工程を省略することができるから、製造コストを低減することができ、コスト的にも有利なスパークプラグを提供することができる。
【００２４】
ここで、リーチ長さＲＬが１２ｍｍ以上であるスパークプラグにおいて冷間鍛造で形成されたテーパ部のシール性能として、次のような指標を設けた。この指標は、チャンバ（図示せず）に対して上記図１と同様の装着形態にて、スパークプラグを装着し、空気圧１．９６ＭＰａ（２０ｋｇ／ｃｍ2）、テーパ部温度２００℃の状態としたとき、テーパ部からの空気漏れ量（即ち、チャンバ内からネジ穴を通ってチャンバ外部に漏れる空気量）を１ｃｍ3／分以下とするものである。この指標は、従来のリーチ長さが１２ｍｍ以上であるスパークプラグでは、満足できていなかった。
【００２５】
図２に、上記指標を満足すべく、テーパ部１４の面粗度、及び、テーパ部１４の軸芯とネジ部１３の軸芯との振れ量、について検討した結果の一例を示す。図２は面粗度（単位：μｍ）と上記の空気漏れ量（ｃｍ3／分）との関係を、種々の上記振れ量（単位：ｍｍ）について示すグラフである。なお、面粗度は、表面粗さ計を用いた１０点平均法（ＪＩＳ  Ｂ０６５１−１９９６において、針の先端が２μｍのもの）にて測定した。
【００２６】
図２からわかるように、面粗度が小さくなるに伴い、空気漏れ量が少なくなっていく。これは、面粗度を小さくすることで、取付金具１０をネジ締めする際、テーパ部１４と座面２０２との摩擦力が低下し、ネジ結合の軸力が向上することで、テーパ部のシール性能が向上するためと考えられる。そして、上記空気漏れ量を１ｃｍ3／分以下とするためには、面粗度は１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
また、図２からわかるように、上記振れ量が小さくなるに伴い、空気漏れ量が少なくなっていく。これは、振れ量が小さい程、取付金具１０をネジ締めするときの際のテーパ部の片当たりが小さくなり、局部的な摩擦力上昇が抑制され、軸力が上昇するためと考えられる。
【００２８】
そして、面粗度が好ましい値である１０μｍ以下のときには、該振れ量が０．１５ｍｍ以下であれば、上記指標（空気漏れ量１ｃｍ３／分以下）を満足できていることがわかる。よって、上記振れ量は０．１５ｍｍ以下であることが好ましい。また、上記振れ量について更に検討を進めたところ、より確実に上記指標を満足するには、振れ量は０．１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
以上、本実施形態は、エンジンヘッド２００のネジ穴２０１に固定するためのネジ部１３、ネジ穴２０１内の座面２０２に密着してシールを行うためのテーパ部１４が軸回りに形成され、リーチ長さＲＬが１２ｍｍ以上である取付金具（主体金具）１０を備えるスパークプラグ１００において、テーパ部１４を冷間鍛造によって形成したことを主たる特徴としており、絶縁体、中心電極、接地電極等は適宜設計変更して良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るスパークプラグの全体構成を示す半断面図である。
【図２】テーパ部の面粗度及び振れ量とテーパ部のシール性能との関係を示すグラフである。
【図３】従来のスパークプラグの一部を示す図である。
【符号の説明】
１０…取付金具、１１…取付金具の一端部、１２…取付金具の他端部、
１３…ネジ部、１４…テーパ部、３０…中心電極、３１…中心電極の一端部、
５０…接地電極、６０…放電ギャップ、２００…エンジンヘッド、
２０１…ネジ穴。
【図１】
0004092826.tif 000002
【図２】
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【図３】
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