JP2003257583A

JP2003257583A - スパークプラグ

Info

Publication number: JP2003257583A
Application number: JP2002357678A
Authority: JP
Inventors: Akira Suzuki; 彰鈴木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】熱加締めにより主体金具を絶縁体に組み付け
たスパークプラグにおいて、スパークプラグが細径化し
た場合においても、主体金具を絶縁体に十分な締め付け
力にて固定することができ、ひいては気密性や耐振動性
を向上させる。【解決手段】主体金具１の後端部が、絶縁体２に向け
て熱加締めにより屈曲形態にて加締められた加締め部１
ｄとされる。また、主体金具１の絶縁体挿通孔４０の内
径が８〜１２ｍｍとされる。そして、主体金具１の軸線
Ｏ方向の、絶縁体挿通孔４０の内周面から加締め部１ｄ
の内周面に移行する位置１ｉにおいて、軸線Ｏと直交す
る平面Ａ−Ａによる主体金具１の断面積Ｓと、主体金具
１を構成する鋼材の炭素含有量とが、条件Ａ：１５≦Ｓ＜２５ｍｍ^２であって、炭素含有量
０．２０〜０．４５質量％；及び、条件Ｂ：２５≦Ｓ＜３５ｍｍ^２であって、炭素含有量
０．１５〜０．４５質量％、のいずれかを充足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の点火に使
用されるスパークプラグに関する。

【０００２】

【従来の技術】スパークプラグの主体金具は絶縁体に対
し加締め固定により取り付けられている。具体的には、
筒状に形成された主体金具の内側に絶縁体を挿入し、そ
の状態で主体金具の後端部周縁（加締め予定部）に対
し、金型を用いて圧縮荷重を加える。これにより、加締
め予定部は、絶縁体の外周面に形成されたフランジ状の
突出部に向けて屈曲して加締め部となり、絶縁体が固定
される。主体金具は炭素鋼等の鋼材にて構成されるのが
一般的である。

【０００３】主体金具１に対して絶縁体２を加締め部１
ｄによって締め付け固定する方法は、具体的には以下の
ようなものである。すなわち、図２の工程（ａ）に示す
ように、加締め予定部１ｄ’は、加締め金型１１１によ
り軸線方向に圧縮されると、半径方向内向きにつぶれる
ように塑性変形する。加締め予定部１ｄ’とフランジ状
の突出部２ｅとの間には例えば線パッキン６１が配置さ
れる。加締め予定部１ｄ’の圧縮変形量が大きくなる
と、線パッキン６１及びフランジ状の突出部２ｅ（以
下、これらを総称して被締め付け部という）にも荷重が
及ぶようになり、これらの圧縮変形も生じながら、さら
に加締め予定部１ｄ’の塑性変形が進行する。そして、
図２工程（ｂ）に示すように、加締めの圧縮ストローク
が最終的な値に到達すれば除荷され、加締め加工が終了
する（加締め予定部１ｄ’は加締め部１ｄとなる）。加
締め部１ｄは除荷に伴い若干スプリングバックを起こす
が、加締め部１ｄが塑性変形しているため、被締め付け
部は弾性変形した状態で加締め部１ｄにより拘束され、
これが締め付け力となって絶縁体２が主体金具１に対し
固定されることとなる。なお、線パッキン６１を設けな
い場合もある。

【０００４】上記の加締め工程の一手法として、金型を
介して主体金具を通電加熱することにより、工具係合部
１ｅと鍔状のガスシール部１ｇとの間に形成された薄肉
部１ｈを例えば７００℃以上に昇温し、変形抵抗を減じ
た状態で加締めを行なう方法があり、熱加締めと称され
ている。熱加締めは、主体金具１と絶縁体２との熱膨張
差によって加締めを行なうことができ、気密性の高い加
締め構造を容易に得ることができる利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、エンジンのヘッ
ド周りの複雑化やバルブの大口径化に伴い、スパークプ
ラグの細径化及び長大化への指向が著しくなりつつあ
る。しかし、スパークプラグが細径化すれば、主体金具
も小径で肉薄のものを採用しなければならない。上記説
明した原理からも明らかなように、主体金具に対して絶
縁体を締め付ける力は、加締め部１ｄからの反作用によ
りなされる。主体金具が小径・肉薄化すれば加締め部１
ｄの軸断面積が減少することになるため、加締め部１ｄ
の軸断面における応力を従来と同じレベルにすると、加
締め時の圧縮ストロークを小さくせざるを得ない。従っ
て、軸断面積が減少する分だけ総締め付け力は小さくな
る。その結果、主体金具と絶縁体との間の気密性が損な
われることにつながる。特に、高速高負荷運転時のよう
に、スパークプラグに激しい振動が加わる場合は、スパ
ークプラグの使用中に加締めが緩み、気密性がより損な
われやすい。

【０００６】他方、総締め付け力を同じに保とうとする
と、加締め部１ｄの軸断面積が減る分だけ応力レベルが
高くなり、加締め部１ｄが強度的に耐え切れなくなっ
て、結局気密性を確保できなくなることにつながる。ま
た、熱加締めにおいては、薄肉部１ｈが、通電によって
温度上昇するとともに塑性変形するため、熱膨張差によ
る反力も加わることになる。通電による上昇温度は個体
バラツキが大きいため熱膨張差による反力にもバラツキ
が生じるので、結果的に加締め部１ｄの強度不足が生
じ、気密性の低下が特に生じやすいといえる。

【０００７】本発明の課題は、熱加締めにより主体金具
を絶縁体に組み付けたスパークプラグにおいて、スパー
クプラグが細径化した場合においても、主体金具を絶縁
体に十分な締め付け力にて固定することができ、ひいて
は気密性や耐振動性を向上させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】本発明の
スパークプラグは、軸状の中心電極と、その外周に配置
され、中央に突出部を有する軸状の絶縁体と、両端が開
放する筒状に形成され、絶縁体の外側に配置される筒状
の主体金具と、一端が主体金具に結合され他端が中心電
極と対向して火花放電ギャップを形成する接地電極とを
備え、主体金具は、絶縁体の突出部が挿通された絶縁体
挿通孔が軸線方向に形成されており、軸線方向におい
て、火花放電ギャップに近い側を前方側として、該主体
金具の後端部は、絶縁体に向けて熱加締めにより屈曲形
態に加締められた加締め部とされてなり、その加締め部
の前方側に続く形で、スパークプラグを内燃機関側に取
り付ける際に工具を係合させる鍔状の工具係合部と、同
じく内燃機関側の取付孔の開口周縁部をシールする鍔状
のガスシール部とこの順序で形成され、さらに、それら
工具係合部とガスシール部との間には、それらのいずれ
よりも薄肉であり、かつ内周面及び外周面がいずれも軸
線に関する半径方向において凸状に膨出した断面形状を
なす薄肉部が形成されてなり、さらに、主体金具の軸線
方向の、絶縁体挿通孔の内周面から加締め部の内周面に
移行する位置において、主体金具の絶縁体挿通孔の内径
が８〜１２ｍｍとされ、軸線と直交する平面による主体
金具の断面積Ｓと、主体金具を構成する鋼材の炭素含有
量とが、条件Ａ：１５≦Ｓ＜２５ｍｍ^２であって、炭素含有量
０．２０〜０．４５質量％；及び、条件Ｂ：２５≦Ｓ＜３５ｍｍ^２であって、炭素含有量
０．１５〜０．４５質量％、のいずれかを充足することを特徴とする。

【０００９】スパークプラグに使用する主体金具は、通
常、軸線方向において、火花放電ギャップの形成される
側を前方側としたとき、加締め部の前方側に隣接して、
スパークプラグを内燃機関のプラグ取付孔に取り付ける
際に、レンチ等の工具を係合させるための工具係合部
（いわゆる六角部）が形成される。従来、スパークプラ
グの工具係合部は、その対辺寸法が１６ｍｍ以上確保で
きるものが主流であり、加締め部軸断面積は４０ｍｍ^２
以上確保できていた。しかしながら、前述の細径化によ
り、工具係合部についても、寸法縮小の要求が高まりつ
つある。これは、個別の点火コイルをスパークプラグの
上部に直接取り付けるダイレクトイグニッション方式の
採用により、シリンダヘッドの上方空間に余裕がなくな
っていることや、あるいは前記したバルブ占有面積の拡
大によりプラグホールが小径化している等の事情によ
る。そして、こうした要因により、工具係合部の対辺寸
法は、従来１６ｍｍ以上確保できていたのが、例えば１
４ｍｍないしそれ以下の寸法への縮小を余儀なくされて
いる。本発明において、条件Ａ及び条件Ｂに定めた加締
め部軸断面積の範囲は、工具係合部の対辺寸法が例えば
１４ｍｍ以下に細径化された主体金具の採用を考慮して
定められたものである。また、主体金具の絶縁体挿通孔
の内径範囲（８〜１２ｍｍ）も、該主体金具の細径化を
考慮して定められたものである。なお、主体金具の絶縁
体挿通孔の内径は、工具係合部に対応する位置での内径
を意味するものとする。

【００１０】そして、本発明の主旨は、このように縮小
された加締め部軸断面積を有する主体金具を、該断面積
に応じて炭素含有量を増大させた鋼材にて構成すること
により、増加した締め付け応力を十分に支えることがで
きる強度を、加締め部に付与することにある。その結
果、主体金具が細径化されているにもかかわらず、絶縁
体に十分な締め付け力にて固定することができ、ひいて
は気密性や耐振動性を向上させることができる。

【００１１】具体的には、主体金具の外径寸法を、加締
め部軸断面積Ｓの範囲により、条件Ａと条件Ｂとの２水
準に分類する。条件Ａにおいて採用するのは、加締め部
軸断面積Ｓが１５≦Ｓ＜２５ｍｍ^２の範囲である。この
場合は、主体金具を構成する鋼材の炭素含有量を０．２
０〜０．４５質量％の範囲に選定する。他方、条件Ｂに
おいて採用するのは、加締め部軸断面積Ｓが２５≦Ｓ＜
３５ｍｍ^２の範囲である。この場合は、主体金具を構成
する鋼材の炭素含有量を０．１５〜０．４５質量％の範
囲に選定する。

【００１２】いずれの場合も、鋼材の炭素含有量が下限
値を下回った場合、加締め部の強度が不足して締め付け
応力を十分に支え切れなくなり、気密性や耐振動性の不
足を招くことにつながる。なお、加締め部軸断面積Ｓの
範囲がより小さい条件Ａでは、気密性確保のため、条件
Ｂよりも大きな応力が必要となることから、鋼材の炭素
含有量の下限値を大きく設定している。そして、該条件
Ａにおいても、加締め部軸断面積Ｓが１５ｍｍ^２未満と
なる小径の主体金具では、気密性確保が困難となるた
め、断面積Ｓを最低でも１５ｍｍ^２以上は確保してい
る。これは、主体金具の絶縁体挿通孔の内径下限値（８
ｍｍ）についても同様である。

【００１３】他方、鋼材の炭素含有量が上限値（条件Ａ
／Ｂとも同じである）を上回る場合、熱加締め特有の事
情として、熱加締め後の冷却時に、主体金具に焼き割れ
が発生しやすくなる問題が生ずる。この焼き割れは、例
えば図２（ｂ）に示すように、工具係合部１ｅとガスシ
ール部１ｇとの間の薄肉部１ｈにより形成される周方向
の溝部分、特に凸状に膨出した薄肉部１ｈと工具係合部
１ｅとガスシール部１ｇとの、鋭角的な境界位置にて生
じやすい傾向がある。その理由は、以下のように説明さ
れる。

【００１４】まず、準備として、加熱・冷却に伴う炭素
鋼の変態挙動について概略を説明する。炭素を含有する
鉄を昇温すると、周知の鉄−炭素系２元状態図から明ら
かなように、Ａ１変態点（パーライト変態点：７２３℃
の温度定点である）まではフェライトとセメンタイトと
の混相となり、Ａ１変態点とＡ３変態点との間ではフェ
ライト／オーステナイトの混相となり、Ａ３変態点以上
で完全にオーステナイト化する。

【００１５】オーステナイト相は、臨界速度以上で冷却
するとフェライト相に戻らず、マルテンサイト変態を起
こす。鉄のマルテンサイト変態は体積膨張の著しい無拡
散変態であるから、周囲に大きな歪を与える形でマルテ
ンサイト相が生成し、鋼の焼入れ硬化の主要因となる。
この硬化の度合いはマルテンサイト量が多いほど顕著と
なり、マルテンサイト量が過剰に多くなると材料が脆く
なって焼き割れが生じやすくなる。

【００１６】上記Ａ３変態点は、炭素含有量が増大する
とパーライト共析変態点（炭素：０．８質量％）に向け
て単調に低下する。前記した熱加締めの温度は、通電加
熱による方法では７００℃〜９５０℃程度の範囲でばら
つきやすい。この温度範囲は、Ａ３変態点を挟んでオー
ステナイト単相となる領域と、フェライト／オーステナ
イト混相となる領域にまたがる微妙な温度域であること
が理解できる。

【００１７】以上を前提として、図６により、上記炭素
量の上限値を超えた場合に、焼き割れが発生しやすくな
る理由を説明する。図６の横軸が炭素含有量、縦軸が温
度を示す。鋼をＡ３変態点よりも低い温度から焼き入れ
たときは、組織の一部が拡散変態によりすでにフェライ
ト化しているので、マルテンサイト生成量が少なく焼き
割れは生じにくい。しかし、Ａ３変態点より上では組織
が全てオーステナイト化しているのでマルテンサイト生
成量が多く、焼割れが生じやすい。図６の実線は、本発
明者が調査した焼き割れ発生限界温度の炭素含有量依存
性を示すものであり、炭素含有量が増加するにつれＡ３
変態点に対応して、該焼き割れ発生限界温度は単調に低
下していることがわかる。熱加締めをこの線より上の温
度で行った場合、加締め後の冷却時に焼き割れ発生する
確率が高くなる。

【００１８】他方、図中一点鎖線は、通電加熱による熱
加締め時に、薄肉部で到達する可能性がある警戒温度
（以下、到達警戒温度という）を示すものであり、本発
明者の検討により、おおむね９５０℃前後であることが
判明している。均一加熱の制御が困難な通電加熱特有の
事情により、薄肉部においては、熱加締め時に上記の到
達警戒温度に不可避的に到達してしまうのである。

【００１９】そして、図６を改めて見直すと、到達警戒
温度の線と、焼き割れ発生限界温度の線とが、本発明の
炭素含有量の上限である０．４５質量％よりも高炭素側
で交差していることがわかる。これは、薄肉部での温度
が、焼き割れ発生限界温度を超える確率が高くなり、加
締め後の冷却後に該部分で焼き割れが発生しやすくなる
ことを意味する。しかし、炭素含有量を０．４５質量％
以下に制限すれば、焼き割れ発生限界温度を到達警戒温
度よりも高めることができ、薄肉部での焼き割れ発生を
効果的に防止することができる。

【００２０】次に、炭素鋼等で構成されるスパークプラ
グ用の主体金具は、従来のほとんどの品種が、防食皮膜
を施す形で使用されている。防食皮膜としては、安価で
かつ防食性に優れた亜鉛メッキが用いられてきた。しか
し、本発明のように炭素量を増加させた鋼材で主体金具
を構成する場合、亜鉛メッキを用いると、次のような問
題が発生することがある。

【００２１】電解亜鉛メッキにおいては、鉄の表面にそ
れよりも卑な亜鉛を析出させる必要があるため、メッキ
電位が比較的高めに設定され、メッキ中に水素が発生し
やすい傾向がある。この水素は下地である鋼材中に溶け
込むが、高強度の鋼材は、この水素を吸収して脆化す
る、いわゆる水素脆化を生じやすいことが知られてい
る。また、水素脆化の発生には、引張による拘束応力の
存在が重要な役割を果たすことも明らかにされている。
主体金具の加締め部は、締め付け応力を支えるために常
に引張応力がかかった状態に置かれるので、この意味で
も水素脆化を生じやすいといえる。

【００２２】いずれにしろ、水素脆化により加締めが緩
むと、主体金具の気密性や耐振動性が低下することにつ
ながる。また、水素脆化による破壊は、脆化発生の条件
（つまり、一定以上の水素の吸収と拘束応力の付加）が
揃って直ちに起こるわけではなく、ある潜伏期間をおい
て破壊に至ることが知られており、遅れ割れあるいは遅
れ破壊と称されることもある。

【００２３】本発明のスパークプラグは、上記の通り炭
素含有量を増加することによって強度を向上させた鋼材
を用いるが、このような鋼材は水素脆化の感受性が特に
高く、加締め部への水素脆化発生防止に配慮を要する。
また、遅れ破壊の潜伏期間は、拘束応力のレベルが高い
ほど短くなる。従って、加締め部の軸断面積縮小によっ
て締め付け応力レベルが高くなったスパークプラグで
は、遅れ破壊をより生じやすくなる。

【００２４】そして、本発明のスパークプラグの主体金
具に対し、亜鉛メッキを適用する場合は、メッキ中に過
度に水素が発生しないよう、メッキ条件等に相当の注意
を払う必要がある。しかし、メッキの操業条件の幅を縮
小することは、当然、条件管理が困難になり、コスト高
を招くことにつながる。

【００２５】そこで、本発明においては、主体金具に形
成する防食皮膜として、従来の亜鉛メッキに代え、ニッ
ケルメッキ層を採用することが望ましい。ニッケルは亜
鉛と異なり鉄よりも貴であるから、電解ニッケルメッキ
の電位をそれほど高くしなくとも、ニッケル金属の析出
を問題なく行なうことができる。従って、メッキ中にも
ともと水素が発生しにくく、水素脆化の問題を本質的に
生じにくい利点がある。

【００２６】なお、本明細書の特許請求の範囲において
各要件に付与した符号は、添付の図面の対応部分に付さ
れた符号を援用して用いたものであるが、あくまで発明
の理解を容易にするために付与したものであり、特許請
求の範囲における各構成要件の概念をなんら限定するも
のではない。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照して説明する。図１は本発明の一実
施例たるスパークプラグ１００を示すものである。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、先端に形成された貴金属放電部３１を突出させ
た状態で絶縁体２の内側に設けられた中心電極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
放電部３１と対向するように配置された接地電極４等を
備えている。また、接地電極４には上記貴金属放電部３
１に対向する貴金属放電部３２が形成されており、それ
ら貴金属放電部３１と貴金属放電部３２との間に火花放
電ギャップｇが形成されている。

【００２８】絶縁体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６を有している。貫通孔６の一方の端部側
に端子金具１３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
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。ま
た、中央にはフランジ状の突出部２ｅが形成されてい
る。

【００２９】主体金具１は、炭素鋼により筒状に形成さ
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、その外周面には、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取付ねじ部７が
形成されている。絶縁体２の軸線Ｏ方向において、火花
放電ギャップｇの位置する側を前方側として、取付ねじ
部７の後方側に隣接してフランジ状のガスシール部１ｇ
が形成され、その更にに後方側に、主体金具１を取り付
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１ｅが形成されている。そして、工具係合部１ｅと
ガスシール部１ｇとの間には、肉厚がそれらのいずれよ
りも小さい薄肉部１ｈが形成されてなる。

【００３０】工具係合部１ｅは、軸線Ｏと平行な工具係
合面が、互いに平行なものを１対として、周方向に複数
組形成されたものである。正六角形状の断面に形成する
場合には、このような工具係合面を３組有することにな
る。また、２組の正六角形を軸線Ｏの周りに３０゜ずら
せて重ね合わせることにより、平行な工具係合面の対を
１２組形成してもよい。正六角形状の断面外形線の対辺
間距離にて工具係合部１ｅの対辺寸法Σを表すと、いず
れの場合においても工具係合部１ｅの上記対辺寸法Σは
１４ｍｍ以下である。

【００３１】主体金具１の、絶縁体２のフランジ状の突
出部２ｅが挿通される絶縁体挿通孔４０は内径が８〜１
２ｍｍとされる。また、主体金具１の軸線Ｏ方向の、絶
縁体挿通孔４０の内周面から加締め部１ｄの内周面に移
行する位置１ｉにおいて、軸線Ｏと直交する平面（Ａ−
Ａ）による主体金具１の断面積（加締め部軸断面積）を
Ｓとしたとき、該加締め部軸断面積Ｓと、主体金具１を
構成する鋼材の炭素含有量とが、次の関係のいずれかに
なるよう、鋼材の材質が選定される：条件Ａ：１５≦Ｓ＜２５ｍｍ^２であって、炭素含有量
０．２０〜０．４５質量％；条件Ｂ：２５≦Ｓ＜３５ｍｍ^２であって、炭素含有量
０．１５〜０．４５質量％。

【００３２】また、主体金具１の後方側開口部内面と、
絶縁体２の外面との間には、フランジ状の突出部２ｅの
後方側周縁と係合するリング状の線パッキン６１が配置
されている。そして、絶縁体２を主体金具１に向けて前
方側に押し込み、その状態で主体金具１の開口縁をパッ
キン６１に向けて内側に加締めることにより加締め部１
ｄが形成され、主体金具１が絶縁体２に対して固定され
ている。この加締めは、前述の通り熱加締めにより行わ
れる。なお、主体金具１の取付ねじ部７の基端部には、
ガスシール部１ｇの前端面に当接する形で、図示しない
ガスケットがはめ込まれる。

【００３３】また、主体金具１の外面全体には防食のた
めのニッケルメッキ層４１で覆われている。ニッケルメ
ッキ層４１は、公知の電解メッキ法により形成されるも
のであり、厚さ（工具係合部１ｅの工具係合面にて測定
する）は、例えば３〜１５μｍ程度とされる。この厚さ
が３μｍ未満では耐食性を十分に確保できなくなる場合
があり、逆に１５μｍを超える膜厚は耐食性確保という
観点においては過剰スペックであり、またメッキ時間も
長くなって製造能率が低下するので、コストアップにつ
ながる。また、後述の加締め加工により絶縁体２を組み
付ける際に、加締め変形を生ずる部位において、メッキ
剥離等を生じ易くなる問題もある。

【００３４】以下、上記スパークプラグ１００の本発明
の製造方法について述べる。まず、ニッケルメッキ層４
１を公知の電解メッキ処理により主体金具１に形成す
る。この主体金具１に対して、貫通孔６に中心電極３及
び導電性シール層１６，１７、抵抗体１５並びに端子金
具１３を予め組み付けた絶縁体２を、絶縁体挿通孔４０
の後方側開口部から挿入し、絶縁体２の係合部２ｈと主
体金具１の係合部１ｃとを線パッキン（図示略）を介し
て結合させた状態とする（なお、これらの部材について
は図１を参照）。次に、主体金具１の挿入開口部からそ
の内側に線パッキン６１を配置し、該線パッキン６１を
介して主体金具１の加締め予定部を絶縁体２に対して加
締めることにより、主体金具１と絶縁体２とを組み付け
る。この加締め加工は熱加締めにより行なう。

【００３５】上記加締め加工は、具体的には図２のよう
にして行なうことができる。まず、図２の工程（ａ）に
示すように、加締めベース１１０のセット孔１１０ａに
主体金具１の先端部を挿入し、主体金具１に形成された
フランジ状のガスシール部１ｇをその開口周縁に支持さ
せる。なお、図１における主体金具１の加締め部１ｄ
は、加締め前の状態では円筒状形態であり、これを加締
め予定部１ｄ’と称する。次いで、主体金具１対し上方
から加締め金型１１１を装着する。加締め金型１１１の
加締め予定部１ｄ’に当接する部分には、加工後の加締
め部１ｄ（図１）に対応した凹状形態の加締め作用面１
１１ｐが形成されている。この状態で、加締めベース１
１０及び加締め金型１１１を介して図示しない電源によ
り主体金具１を通電加熱し、加締め金型１１１を加締め
ベース１１０に接近させる向きの軸線方向圧縮力を加え
ると、加締め予定部１ｄ’は、加締め作用面１１１ｐに
沿って半径方向内向きに屈曲しながら圧縮され、工程
（ｂ）に示すように、主体金具１と絶縁体２とが加締め
固定される。また、通電しながら圧縮力を付加すること
により、ガスシール部１ｇと工具係合部１ｅとの間に形
成された薄肉部１ｈが発熱して、図２に示すように、つ
ぶれるように圧縮塑性変形する。圧縮された状態で通電
を止めることによって熱膨張していた薄肉部１ｈが冷却
されるため、締め付け力を高めることができる。薄肉部
１ｈは工具係合部１ｅとガスシール部１ｇとの結合端が
拘束された状態で圧縮されるから、一種のバレリング変
形を起こし、熱加締め完了後は、内周面と外周面とが半
径方向内外にそれぞれ凸状に膨出した太鼓状の断面形状
を有したものとなる。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の効果を確認するために行った
実験結果について説明する。 (実施例１)試験用として、図３及び図４に示すスパーク
プラグ２００及び３００を作製した。これらのスパーク
プラグ２００，３００は、貴金属放電部３１及び３２が
省略されている点を除いて、図１のスパークプラグ１０
０と類似の構成を有するものである。図３及び図４にお
いては、図１のスパークプラグ１００と概念的に共通す
る部分に同一の符号を付与している（ただし、符号は代
表的な部位を選んで付与してある）。また、加締めは熱
加締めにより行なっている。

【００３７】両スパークプラグ２００，３００の特徴は
以下の通りである。スパークプラグ２００（図３）加締め部軸断面積Ｓ：２５〜３５ｍｍ^２；絶縁体挿通孔４０の内径：１１．２ｍｍ；熱加締め条件：加圧力約２〜２．５ｔｏｎ温度：放射温度計で測定した薄肉部１ｈの温度が８５０
℃ スパークプラグ３００（図４）加締め部軸断面積Ｓ：１３〜２５ｍｍ^２；絶縁体挿通孔４０の内径：１０ｍｍ；熱加締め条件：加圧力約１．５〜２ｔｏｎ温度：放射温度計で測定した薄肉部１ｈの温度が８５０
℃

【００３８】また、いずれのスパークプラグにおいて
も、主体金具１を構成する炭素鋼材中の炭素含有量を、
０．０５〜０．５０質量％の種々の値にて選定した。そ
して、それらスパークプラグ２００，３００に対し、以
下の条件で加熱気密試験を行い、加締め部１ｄ（充填材
６１の充填部）からの空気漏洩量を測定した。（試験条件）雰囲気温度：２００℃ 振動条件：ＩＳＯ１５５６５に記載の振動条件振動周波数：５０〜５００Ｈｚスイープ率：１オクターブ／分加速度：３０ＧＮ振動方向：スパークプラグの軸線Ｏ方向と直交する向き振動時間：１６時間（測定条件）空気圧力：２ＭＰａ試験温度：１５０℃

【００３９】そして、この測定条件において空気漏洩が
認められなかったものを良好（○）、漏洩量が１０ｃｃ
未満であったものを可（△）、漏洩量が１０ｃｃ以上と
なったものを不可（×）として判定した。いずれも、試
験品数ｎ＝３として、その結果を個別に示している。他
方、熱加締め後にファン冷却により強制空冷した試験品
の検査個数を１０００個に設定し、薄肉部１ｈに焼き割
れが発生したものの個数を調べるとともに、焼き割れの
発生数が０個のものを優良（○）、１個でも焼き割れが
発生したものを不良（×）として判定した。なお、熱加
締め時の薄肉部１ｈの温度は、放射温度計により最高温
度が９５０℃程度であることを確認している。以上の実
験の、スパークプラグ２００及び３００についての試験
結果を表１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】スパークプラグ２００については条件Ｂを
充足する炭素量において、スパークプラグ３００につい
ては条件Ａを充足する炭素量において、いずれも１５０
℃において空気漏洩が認められず、気密性が確保されて
いることがわかる。また、いずれのスパークプラグにお
いても、使用する炭素鋼中の炭素含有量が本発明の上限
値である０．４５質量％を超えると（０．５質量％）、
薄肉部１ｈに焼き割れが生じやすくなることがわかる。

【００４２】（実施例２）主体金具の素材となる炭素鋼
材として、炭素含有量を０．０５〜０．５０質量％の種
々の値にて選定した。そして、図３に示すスパークプラ
グ２００に用いたものと同じ主体金具を各組成毎に２０
０００個製造し、防食皮膜として、そのうちの１０００
０個に厚さ５μｍの電解ニッケルメッキ層を形成する一
方、残りの１００００個には厚さ５μｍの電解亜鉛メッ
キ層を形成した。そして、この主体金具を用いて図５に
示すように、薄肉部１ｈの圧縮変形量が図３の２．５倍
となるよう、過剰な圧縮ストロークにより熱加締めを行
い、スパークプラグ４００を製造した。このスパークプ
ラグ４００を、常温の条件で４８時間まで保持し、主体
金具の概観を目視により観察するとともに、加締め部１
ｄあるいは薄肉部１ｈに遅れ破壊によるヘアクラックが
認められたものの総本数を累計・記録した。以上の結果
を表２に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】本試験は、加締め条件を過酷にした一種の
加速試験であるが、炭素含有量が０．１５質量％以上の
鋼材を用いた場合、防食皮膜としてニッケルメッキ層を
採用することにより、Ｚｎメッキ層を採用する場合と比
較して、水素脆化の感受性が明らかに低減されているこ
とがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例たるスパークプラグを種々の
断面により示す説明図。別形態の工具係合部の対辺寸法
を説明する図。

【図２】加締め工程の説明図。

【図３】実施例１に用いた第一のスパークプラグの縦部
分断面図。

【図４】実施例１に用いた第二のスパークプラグの縦部
分断面図。

【図５】実施例３に用いたスパークプラグを、実施例１
の第一のスパークプラグと比較して示す縦部分断面図。

【図６】主体金具の焼き割れ発生限界温度及び熱加締め
到達警戒温度の炭素含有量依存性を示すグラフ。

【符号の説明】

１００，２００，３００，４００スパークプラグ１主体金具１ｄ加締め部１ｅ工具係合部１ｈ薄肉部２絶縁体３中心電極４接地電極ｇ火花放電ギャップ７取付ねじ部４０絶縁体挿通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸状の中心電極（３）と、その外周に配
置され、中央に突出部（２ｅ）を有する軸状の絶縁体
（２）と、両端が開放する筒状に形成され、前記絶縁体
（２）の外側に配置される筒状の主体金具（１）と、一
端が前記主体金具（１）に結合され他端が前記中心電極
（３）と対向して火花放電ギャップ（ｇ）を形成する接
地電極（４）とを備え、前記主体金具（１）は、前記絶縁体（２）の前記突出部
（２ｅ）が挿通された絶縁体挿通孔（４０）が軸線
（Ｏ）方向に形成されており、前記軸線（Ｏ）方向にお
いて、前記火花放電ギャップ（ｇ）に近い側を前方側と
して、該主体金具（１）の後端部は、前記絶縁体（２）
に向けて熱加締めにより屈曲形態に加締められた加締め
部（１ｄ）とされてなり、その加締め部（１ｄ）の前方側に続く形で、スパークプ
ラグを内燃機関側に取り付ける際に工具を係合させる鍔
状の工具係合部（１ｅ）と、同じく内燃機関側の取付孔
の開口周縁部を覆う鍔状のガスシール部（１ｇ）とこの
順序で形成され、さらに、それら工具係合部（１ｅ）と
ガスシール部（１ｇ）との間には、それらのいずれより
も薄肉であり、かつ内周面及び外周面がいずれも前記軸
線（Ｏ）に関する半径方向において凸状に膨出した断面
形状をなす薄肉部（１ｈ）が形成されてなり、さらに、前記主体金具（１）の軸線（Ｏ）方向の、前記絶縁体挿
通孔（４０）の内周面から前記加締め部（１ｄ）の内周
面に移行する位置（１ｉ）において、前記主体金具
（１）の前記絶縁体挿通孔（４０）の内径が８〜１２ｍ
ｍとされ、前記軸線（Ｏ）と直交する平面による前記主
体金具（１）の断面積Ｓと、前記主体金具（１）を構成
する鋼材の炭素含有量とが、条件Ａ：１５≦Ｓ＜２５ｍｍ^２であって、炭素含有量
０．２０〜０．４５質量％；及び、条件Ｂ：２５≦Ｓ＜３５ｍｍ^２であって、炭素含有量
０．１５〜０．４５質量％、のいずれかを充足することを特徴とするスパークプラ
グ。
【請求項２】前記主体金具（１）に防食皮膜としてニ
ッケルメッキ層が形成されてなる請求項１記載のスパー
クプラグ。