JP4774139B2

JP4774139B2 - ガスケットを有するねじ付部材

Info

Publication number: JP4774139B2
Application number: JP37394799A
Authority: JP
Inventors: 渉松谷
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001187966A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスケットを有するねじ付部材に関する。ねじ付部材は、内燃機関用のスパークプラグである。
【０００２】
【従来の技術】
図８に示すように、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２００は、主体金具２０１の外周面に形成されたねじ部２０１ａにより、エンジンのシリンダヘッドＳＨに取り付けて使用される。ここで、主体金具２０１のねじ部２０１ａの基端部外側には、シリンダヘッドＳＨ側のねじ孔Ｓ1の周縁部と主体金具２０１との間をシールする環状のガスケット２０６が装着される。一般にガスケット２０６は、リング状の板部材を径方向に曲げ加工して構成されたものが多く、ねじ部２０１ａをねじ孔Ｓ1にねじ込むことにより、ねじ部２０１ａの基端側に形成されたフランジ状のガスケット受け部２０５と、ねじ孔Ｓ1の開口周縁部との間で潰れるように圧縮され、ねじ孔Ｓ1とガスケット受け部２０５との間をシールする。
【０００３】
ここで、ガスケット２０６によるシール性を確保するには、ガスケット２０６に適度な圧縮力が付加されるよう、ねじ部２０１ａの締付けトルクを調整することが重要である。そのため、各種スパークプラグ毎に、良好なシール性を得るための推奨締付けトルク範囲が設定されている。図９は、締付けトルクと、ねじ部２０１ａの螺進に伴うガスケット２０６の圧縮変位αとの関係を示すものである。ガスケット２０６は、変形初期においてはその曲げ部に圧縮荷重が集中し、締付け初期段階の低荷重領域で大きく潰れ変形する。この領域では、シールに必要な締付け力はほとんど稼ぐことができない。
【０００４】
ところが、変形が進行して、潰れを許容するための空隙部が少なくなると、さらに圧縮変形を進行させるには大きな荷重が必要となり、締付けトルクは一転急増する形となる。図９に示すように、斜線領域で示すスパークプラグ２００の推奨締付けトルクの範囲が、一般にこの急増領域の途中に存在する形となる。これからも明らかなように、推奨締付けトルク範囲が得られるガスケットの圧縮変位αの範囲は非常に狭いことがわかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
最近の自動車用エンジン等においては、排気ガス規制が強化されるに伴い、混合気もリーン領域のものが多く使用されるようになってきている（いわゆるリーンバーンエンジン）。リーンの混合気は燃料混合比率が低いため、図８に示す燃焼室Ｋ内におけるスパークプラグ２００の接地電極２０４と、混合気の導入方向（あるいは吸気バルブの位置）との関係によっては、混合気の火花放電ギャップｇへの流入が接地電極２０４に遮られて点火ミスを生じることがある。そのため、このようなエンジンにおいては、ねじ部２０１ａのねじ込み終了の角度位置が、接地電極２０４が点火に最適な位置となるように指定されていることが多い。
【０００６】
しかしながら、スパークプラグ２００のねじ部２０１ａを、必要なシール状態が得られるまでねじ込んだときに、接地電極２０４は必ずしも上記最適点火位置に位置するとは限らない。この場合、接地電極２０４を指定された位置に合わせるために、ねじ部２０１ａをさらに締め込むか、逆に緩めることを行うと、前述の通り推奨締付けトルクとなるガスケットの圧縮変位αの範囲が極めて狭いため、トルクは推奨範囲をすぐに外れてしまうことになる。例えば、追加の締め込みによりトルクが大きい側に外れた場合は、ガスケット２０６やねじ部２０１ａが損傷してシール性が損なわれたり、甚だしい場合には主体金具２０１をねじ切って締まったりするトラブルにつながる。他方、ねじ部２０１ａを緩めてトルクが小さい側に外れた場合は、十分なシール力が得られなくなり、ガス漏れやスパークプラグ２００の緩みに伴うがたつき等のトラブルにつながる。
【０００７】
また、接地電極２０４を指定された位置に合わせるために、上記の如くねじ部２０１ａをさらに締め込んだ場合、仮にガスケット２０６やねじ部２０１ａが損傷しなかったとしても、スパークプラグ２００の発火位置が軸線方向に移動し、燃焼室Ｋ内への突出量が大きくなる結果、接地電極２０４又は中心電極２０３とエンジンのピストンとの干渉、接地電極２０４又は中心電極２０３の過熱、エンジンの着火タイミングのばらつき等エンジン性能を低下させる恐れがある。
【０００８】
なお、ねじ部２０１ａのねじ山の開始端と接地電極２０４との位置関係を一定化することで、狭い推奨トルク範囲内で接地電極２０４の位置も最適化できるようにしたスパークプラグも提案されている（例えば特開平１１−１３６１３）。しかしながら、この方法では、主体金具２０１のねじ山開始位置に合わせて接地電極２０４の取り付け位置を決めなければならないため手間がかかり、作業も長時間化するので、製造能率の低下とコストアップにつながることはいうまでもない。
【０００９】
本発明の課題は、スパークプラグとして構成されるねじ付部材において、適度な締付け力が維持された状態で、ねじ部のねじ込み角度位置の調整を比較的広範囲で行うことができ、ひいてはねじ付部材に取り付けられた接地電極の位置調整を、簡単かつ不具合なく行うことができるガスケットを有するねじ付部材を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明のガスケットを有するねじ付部材は、
軸状の中心電極と、
両端が開放する筒状に形成され、前記中心電極の外側に配置されるとともに、外周面にねじ部が形成された主体金具と、
該主体金具の前端側開口縁に結合されて前記中心電極の前端部と対向し、該中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、
前記主体金具の後端側開口部から自身の後端部を突出させた状態で該主体金具の内側に配置されるとともに軸方向の貫通孔を有し、該貫通孔内に前記中心電極が配置される絶縁体と、
前記主体金具のねじ部に対し外側から同心的に装着される環状形態をなし、該ねじ部が取付部としてのシリンダヘッドに形成されたねじ孔に螺合した状態において、前記主体金具のねじ部基端側に外向きに張り出す形態で形成された環状のガスケット受け部と、前記ねじ孔の開口周縁部との間で圧縮されることにより、前記ねじ孔と前記ガスケット受け部との間をシールするガスケットとを備え、スパークプラグとして構成されるねじ付部材において、
前記ねじ部の呼びに対してＩＳＯ７２４で規定されるピッチをＩＳＯ規格ピッチｐ’で表すとともに、前記ねじ部のピッチｐを０．５ｍｍ以上でかつ前記ＩＳＯ規格ピッチｐ’を下回る範囲に設定し、
前記ガスケットを軸方向に圧縮したときの圧縮荷重Ｆと、前記ガスケットの圧縮変位αとの関係を測定するとともに、前記ガスケットの初期外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2として、前記ガスケットへの付加圧力ＰをＦ／｛π（Ｒ1^２−Ｒ2^２）｝にて算出することにより、該圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａとなる範囲に対応する前記圧縮変位αの変化量をΔαで表し、
前記シリンダヘッドの内面から前記主体金具の先端までの距離を発火位置の突出量Ａとし、着火限界空燃比１８以上となる範囲に対応する発火位置の突出量Ａの変化幅をΔＡで表すとき、
前記圧縮変位αの変化量Δαは、前記ＩＳＯ規格ピッチｐ’の２分の１以上で、前記発火位置の突出量Ａの変化幅ΔＡを下回る値であり、前記圧力Ｐの範囲内にて前記ねじ部のねじ込み角度位置を調整して前記接地電極を位置調整したとき、必ず着火限界空燃比が１８以上となるように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
ここで、ＩＳＯ７２４（ＩＳＯｍｅｔｒｉｃｓｃｒｅｗｔｈｒｅａｄｓ−Ｂａｓｉｃｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）は、少なくともねじの呼びとピッチに関して、ＪＩＳＢ０２０５（メートル並目ねじ）又はＪＩＳＢ０２０７（メートル細目ねじ）と一致している。したがって、本発明ではＩＳＯ７２４をＪＩＳＢ０２０５又はＪＩＳＢ０２０７で置き換えて適用してもよい。
【００１２】
すなわち、上記構成では、ガスケット受け部とねじ孔の開口周縁部との間でガスケットを圧縮しながら、ねじ部を取付部のねじ孔にねじ込む際に、ガスケットへの適度な締付け力が生ずる圧力Ｐの範囲（以下、適性圧力範囲という）として５８．８〜１１７．６ＭＰａ｛ＭＫＳ単位系換算６〜１２ｋｇｆ／ｍｍ^２｝を設定する。そして、該適性圧力範囲に対応するガスケットの圧縮変位αの変化量Δαが、ＩＳＯ規格ピッチの２分の１以上に確保され、さらに、ねじ部のピッチは０．５ｍｍ以上でかつＩＳＯ規格ピッチを下回る範囲に設定される。これにより、上記適度な締付け力が維持された状態で、ねじ部のねじ込み角度位置の調整を、０．５回転を上回る比較的広い範囲で行うことが可能となる。
【００１３】
この場合、ガスケットへの付加圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａとなる、上記適性圧力範囲に対応するガスケットの圧縮変位αの変化量Δαは、ねじ部の１ピッチ分（ねじ部１回転分）以上確保されているのが望ましく、この点からねじ部のピッチは小さいほうがよい。しかし、ねじ部のピッチが０．５ｍｍ未満では、高い加工精度が要求されるため加工コストが上昇し、かつ締め付けの際何回転も必要となる場合があり、また製造過程や取付過程でねじ傷（打跡）や異物の噛み込み等が発生しやすくなる。
【００１４】
なお、本発明にかかるガスケットを有するねじ付部材の具体的実施態様として、
ねじ付部材のねじ部に対し外側から同心的に装着される環状形態をなし、該ねじ部が取付部に形成されたねじ孔に螺合した状態において、前記ねじ付部材のねじ部基端側に外向きに張り出す形態で形成された環状のガスケット受け部と、前記ねじ孔の開口周縁部との間で圧縮されることにより、前記ねじ孔と前記ガスケット受け部との間をシールするガスケットを備え、
該ガスケットは、当該ガスケットを軸方向に圧縮したときの圧縮荷重Ｆと、前記ガスケットの圧縮変位αとの関係を測定するとともに、前記ガスケットの初期外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2として、前記ガスケットへの付加圧力ＰをＦ／｛π（Ｒ1^２−Ｒ2^２）｝にて算出したときに、該圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａとなる範囲に対応する、前記圧縮変位αの変化量Δαが、前記ねじ部の呼びに対してＩＳＯ７２４で規定されるピッチ（ＩＳＯ規格ピッチ）の２分の１以上に確保され、
前記ねじ部の呼びにＭ１８×１．５を適用するとき、そのピッチｐ18が、０．５≦ｐ18＜１．５ｍｍに設定され、前記呼びにＭ１４×１．２５を適用するとき、前記ピッチｐ14が、０．５≦ｐ14＜１．２５ｍｍに設定され、前記呼びにＭ１２×１．２５を適用するとき、前記ピッチｐ12が、０．５≦ｐ12＜１．２５ｍｍに設定され、前記呼びにＭ１０×１を適用するとき、前記ピッチｐ10が、０．５≦ｐ10＜１．０ｍｍに設定されるようになすこともできる。
【００１５】
本発明が特に有効なねじ付部材としては、自動車エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグを例示することができる。
【００１６】
スパークプラグに本発明を適用することで、次のような効果が達成される。すなわち、前記したように、最近のリーンバーンエンジンにおいては、混合気への点火の確実性を向上させるために、接地電極が点火に最適な位置となるように、ねじ部のねじ込み終了の角度位置が指定されるケースが多い。ここで、ガスケットの寸法や材質には一定のばらつきがあり、他方、製造能率上の問題から、ねじ部のねじ山開始端と接地電極との間の位置関係も一定していないのが通常である。そのため、ガスケットへの圧力レベル（換言すれば締付けトルク）が、ある一定の目標値に到達するまでねじ部をねじ込んだときに、接地電極は必ずしも上記最適点火位置に位置するとは限らず、例えば目標位置から大きくずれてしまうこともありうる。
【００１７】
しかしながら、本発明によれば、ガスケットへの適度な締付け力が生ずる上記適性圧力範囲内にて、圧縮変位αの変化量Δαが、ねじ部の呼びに対してＩＳＯ規格ピッチの２分の１以上に確保されるようになっており、この変化量Δαに対応するねじ回転量範囲も広い。その結果、適切な締付け力が確保された状態で、ねじ部を比較的大きな角度範囲で回転させることができるようになり、接地電極の位置調整を問題なく行うことが可能となる。そして、ねじ部のねじ山開始端と接地電極との間の位置関係も特に管理する必要はなくなるから、特開平１１−１３６１３に開示された従来技術のような製造能率低下の心配もない。さらにこのとき、ねじ部のピッチは０．５ｍｍ以上でかつＩＳＯ規格ピッチを下回る範囲に設定されているので、接地電極の位置調整を行うべく、ねじ部を比較的大きな角度範囲で回転させた場合にも、スパークプラグの発火位置の燃焼室内への突出量が大きく変動（増加）することがない。したがって、接地電極又は中心電極とエンジンのピストンとの干渉、接地電極又は中心電極の過熱、エンジンの着火タイミングのばらつき等エンジン性能を低下させる恐れが少なくなり、接地電極の位置調整の効果と相乗して、燃焼性能を安定化させることができる。
【００１８】
なお、ＪＩＳＢ８０３１（内燃機関用スパークプラグ）には、ガスケット付スパークプラグのねじ部について、ＪＩＳＢ０２０７から選択されたねじが記載されている。したがって、本発明をスパークプラグで実施する場合には、ＩＳＯ７２４（又はＪＩＳＢ０２０７）の代わりにＪＩＳＢ８０３１を適用してもよい。
【００１９】
そして本発明のねじ部を形成している部材（例えばねじ付部材がスパークプラグの場合、主体金具に相当）は、炭素を０．０５〜０．３重量％含有する鋼材で形成することができる。いわゆる低炭素鋼材をねじ部を形成している部材に使用することにより、ＩＳＯ規格を下回るピッチのねじを形成しても充分な靭性と強度とを有し、ねじ山の欠け等が生じにくくなる。ここで、炭素量が０．０５重量％未満では強度が不足してねじ山の変形等を生じる場合があり、一方炭素量が０．３重量％を超えると脆くなりねじ山の欠け等を生じる場合がある。
【００２０】
【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、本発明のガスケットを有するねじ付部材の一例として、ガスケット付スパークプラグ１５０を、その取付状態で示している。スパークプラグ１５０は、筒状の主体金具１、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中心電極３の先端部と対向する接地電極４等を備えている。また、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。
【００２１】
主体金具１の前端側外周面にはねじ部７が形成されるとともに、そのねじ部７よりも後端側において主体金具１の外周面には、周方向に沿うフランジ状のガスシール部（ガスケット受け部）１ｆが外向きに突出して形成されている。このねじ部７の呼び（外径）は、例えば、ＩＳＯ７２４又はＪＩＳＢ０２０７におけるＭ１８×１．５（１８ｍｍ）、Ｍ１４×１．２５（１４ｍｍ）、Ｍ１２×１．２５（１２ｍｍ）、Ｍ１０×１（１０ｍｍ）等が適用される。これらを、ＪＩＳＢ８０３１のねじの呼びで表せば、それぞれＭ１８Ｓ、Ｍ１４Ｓ、Ｍ１２Ｓ、Ｍ１０Ｓとなる。なお、１ｅは、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であり、六角状の軸断面形状を有している。スパークプラグ１５０は、ねじ部７において取付部としてのシリンダヘッドＳＨ側のねじ孔Ｓ1に取り付けられ、燃焼室Ｋに供給される混合気への着火源として使用される。そして、そのねじ部７の基端部には、ガスケット７０がはめ込まれている（図１では、ガスケット７０は圧縮前の状態となっている）。
【００２２】
図２はガスケット７０の一例を示すものである。ガスケット７０は、環状の金属板素材に対し、その径方向に１ケ所ないし２ケ所以上設定された曲げ位置において、それぞれ周方向の曲げ部を形成することにより得られる環状に形成されている。そして、図３に示すように、ガスケット７０は、ねじ部７の先端側から、基端部外周に形成されたガスシール部１ｆに対して同心的に装着され、ねじ部７をねじ孔Ｓ1に螺合させてこれを締め込むことにより、ガスシール部１ｆとねじ孔Ｓ1の開口周縁部ＳＰとの間で、図４（ｃ）に示すように、軸線方向に圧縮されてつぶれるように変形し、ねじ孔Ｓ1とねじ部７との間の隙間をシールする役割を果たす。
【００２３】
上記ガスケット７０は、軸線方向に圧縮力が加わると、その周方向の曲げ部の少なくとも１つのものにおいて曲げ変形が進み、その曲げ部両側の部分が上記軸線方向に互いに接近する形で全体が圧縮変形する。そして、その圧縮変形に伴い生ずる弾性復帰力により、ガスシール部１ｆのシール面１ｇと、ねじ孔Ｓ1の開口周縁部ＳＰに対し各接触面を密着させてシール作用を生じさせることとなる。
【００２４】
本実施例のガスケット７０においては、図２に示すように、環状の金属板部材の内縁側から外縁側に向けて、第一〜第五の曲げ部１７１〜１７５（各々周方向の稜線部を形成する）がこの順序で形成されている。そして、第一〜第四の曲げ部１７１〜１７４は曲げの向きが同じとされ、第五の曲げ部１７５はこれらと曲げの向きが逆となっている。これら曲げ部１７１〜１７５により、ガスケット７０は第一〜第六部分１８１〜１８６に分けて捕えることができる。このうち、第二及び第三の曲げ部１７２，１７３の間に位置する第三部分１８３は、その外面側が平坦とされて、図４（ｃ）に示すように、ガスケット７０の圧縮変形状態において、ガスシール部１ｆ（図１）とのシール面を形成する。また、第一部分〜第五部分１８１〜１８５は、ガスケット７０の内縁側に張り出す第一の袋状部１８７を形成する。該第一の袋状部１８７において、第二部分１８２及び第四部分１８４は、それぞれガスケット７０の中心軸線方向に立ち上がるとともに、半径方向に互いに対向する壁部を構成する。他方、第五部分１８５及び第六部分１８６は、ガスケットの外縁下部を構成するヘアピン状断面の第二の袋状部１８８を形成し、これが第五部分を共有化する形で第一の袋状部１８７の外周側に結合された形となっている。そして、図４（ｃ）に示すように、その第六部分１８６あるいは第五の曲げ部分１７５の外面側は、ガスケット７０の圧縮変形状態において、ねじ孔Ｓ1の開口周縁部ＳＰとのシール面を形成することとなる。なお、第一の袋状部１８７の内縁下面部もシール面を形成する場合がある。
【００２５】
この実施例では、各曲げ部の曲率半径を大きくして全体に丸みを持たせるとともに、ガスシール部１ｆとの当接面１８７ａを内側に引っ込む形で若干傾けた構造となっている。これにより、当接面１８７ａの外縁付近にてガスシール部１ｆと線接触の形で当接する形となり、シール性が高められる。
【００２６】
スパークプラグ１５０をねじ孔（プラグホール）Ｓ1に締め込むときの、本実施例のガスケット７０の変形挙動は、例えば図４に示すようなものになると推測される。まず、変形の初期の段階では、第二の袋状部１８８により第一部分１８１が押し上げられ、主に第一の曲げ部１７１の曲げ角度を縮小させる形で変形が進行する。これにより、図４（ｂ）に示すように、第二の袋状部１８８及び第一の袋状部１８７の各下縁部がねじ孔Ｓ1の開口周縁部ＳＰに当接した状態となる。その後の変形挙動を図５の実線に基づいて説明すれば、ガスケット７０の壁部を構成する第二部分１８２及び第四部分１８４が主に弾性的に橈み変形し、変位増大に伴い圧力（応力）が比較的大きく上昇する形となる（第１ステージ）。加圧力があるレベルに達すると、第二部分１８２及び第四部分１８４には塑性変形を伴う挫屈が開始し、変位増大に対する圧力増加の勾配が緩くなる（第２ステージ）。
【００２７】
そして、図２に示すガスケット７０の初期外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2、圧縮荷重をＦとして、ガスケット７０への付加圧力ＰをＦ／｛π（Ｒ1^２−Ｒ2^２）｝にて算出したときに、図５の変形曲線において、この圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａとなる範囲（適性圧力範囲：第２ステージに相当）に対応する、ガスケット７０の圧縮変位αの変化量Δαが、ＩＳＯ規格ピッチｐ’の２分の１以上に確保されるものとなっている。また、ねじ部７及びねじ孔Ｓ1のピッチは、０．５ｍｍ以上でかつＩＳＯ規格ピッチｐ’を下回る範囲に設定される。なお、ねじ部７及びねじ孔Ｓ1のピッチ（ねじ山１ピッチ分の螺進距離）は、図４（ａ）においてｐで表されている。
【００２８】
このように、ガスケット７０付きスパークプラグ１５０は、上記適性圧力範囲５８．８〜１１７．６ＭＰａに対応する、ガスケット７０の圧縮変位αの変化量Δαが、ＩＳＯ規格ピッチの２分の１以上に確保されていること、及びねじ部７のピッチが、０．５ｍｍ以上でかつＩＳＯ規格ピッチを下回る範囲に設定されることに特徴を有している。例えば、呼びＭ１４×１．２５（ＪＩＳＢ８０３１ではＭ１４Ｓ）を適用する場合、適性圧力範囲に対応する、ガスケット７０の圧縮変位αの変化量Δαは、ＩＳＯ規格ピッチｐ14’＝１．２５ｍｍの２分の１以上すなわちΔα≧０．６２５ｍｍであり、ねじ部７のピッチｐ14は、０．５≦ｐ14＜１．２５ｍｍの範囲で設定される。つまり、適度な締付け力が維持された状態で、ねじ部７のねじ込み角度位置の調整は、（Δα／ｐ14）回転分すなわち０．５回転を上回る比較的広い範囲で行える。
【００２９】
このとき、例えばｐ14≦０．６２５ｍｍに設定すると、適度な締付け力が維持された状態で、ねじ部７のねじ込み角度位置の調整は、常に１回転分以上の範囲で行えるようになる。したがって、図３（ｂ）においてスパークプラグ１５０を適性圧力範囲内で３６０度回転し、接地電極４が最適点火位置になるよう任意の角度に位置調整することができる。なお、Δα≧ｐ14となるように、変化量Δα及び／又はピッチｐ14を調整すれば、ねじ部７のねじ込み角度位置の調整は、同様に１回転分以上の範囲で行える。
【００３０】
上記適性圧力範囲は、トルクレンチ等の工具を用いて、スパークプラグ１５０をねじ孔Ｓ1に対し締め込んだときに、ねじ部７等への破損が起こらない範囲で良好なシール性が確保できる、推奨締付けトルクの範囲に対応して設定されたものである。具体的には、スパークプラグ１５０をエンジンのシリンダヘッドＳＨに取付けたときに、振動等による緩みが発生せず、かつねじ部７のねじ山つぶれ等による気密性低下を招かない範囲である。なお、スパークプラグ１５０の推奨締付けトルクは、ねじ部７の呼び（外径）によって異なるが、圧力換算すると、ねじ部７の寸法によらずおおむね上記適性圧力範囲５８．８〜１１７．６ＭＰａの値となる。具体的に、実際に使用されているねじの呼び（ねじ径）毎に、推奨締付けトルクの範囲、ＩＳＯ規格ピッチｐ’、ねじ部７のピッチｐ及び実際に使用されているねじ長ｌを例示すれば、表１のようになる。
【００３１】
【表１】

【００３２】
勿論、表１に例示した以外のねじの呼びやねじ長を採用することができる。なお、これら推奨締付けトルクの範囲は、ガスケット７０の表面状態によって変化することがある。例えば、ガスシール部１ｆ（図１）あるいはねじ孔Ｓ1の開口周縁ＳＰとの接触部において、ガスケット７０表面に油が付着していたり、面粗さが小さくなっている場合には、締付け時の摩擦が減じて上記推奨締付けトルクの下限値を下げることができる場合がある。
【００３３】
主体金具１は、ＩＳＯ規格を下回るピッチのねじ部７を有するので、充分な靭性と強度とを有し、特にねじ山の欠け等が生じにくい材質として、炭素を０．０５〜０．３重量％含有するいわゆる低炭素鋼材で形成している。具体的には、一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳＧ３１０１）のＳＳ３４、ＳＳ４１等、機械構造用炭素鋼（ＪＩＳＧ４０５１）のＳ１０Ｃ〜Ｓ２５Ｃ等が用いられ、靭性を向上させるため焼準等の熱処理を施す場合もある。
【００３４】
また、ガスケット７０を構成する金属板材の材質は、次のような条件を満たしたものを選定することが望ましい。
▲１▼適度な強度を有しつつも圧縮に伴う塑性変形が比較的にスムーズに生ずること。
▲２▼プレス加工等による製造が容易であること。
▲３▼耐食性が良好であること。
【００３５】
該条件を満たす材質としては、オーステナイト系ステンレス鋼を例示できる。
例えば、日本工業規格に定められた下記の規格番号の材質が使用可能である（代表的なものについては、Ｆｅ以外の主要成分（重量％）も併記している）：ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ２０２、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０１Ｊ、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０２Ｂ、ＳＵＳ３０４（Ｃｒ：１８．０〜２０．０、Ｎｉ：８．０〜１０．５）、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｎ１、ＳＵＳ３０４Ｎ２、ＳＵＳ３０４ＬＮ、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ（Ｃｒ：２４．０〜２６．０、Ｎｉ：１９．０〜２２．０）、ＳＵＳ３１６（Ｃｒ：１６．０〜１８．０、Ｎｉ：１０．０〜１４．０、Ｍｏ：２．５）、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｎ、ＳＵＳ３１６ＬＮ、ＳＵＳ３１６Ｊ１、ＳＵＳ３１６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３１７Ｌ、ＳＵＳ３１７Ｊ１、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１等。
【００３６】
また、金属板材の厚さｔは、例えば上記のオーステナイト系ステンレス鋼を使用する場合は、例えば０．２〜０．５ｍｍ程度のものを使用するのがよい。厚さが０．２ｍｍ未満では、低い圧力にてガスケットがつぶれてしまい、適性圧力範囲内にて、圧縮変位αの変化量ΔαをＩＳＯ規格ピッチの２分の１以上確保できなくなる場合がある。他方、厚さが０．５ｍｍを超えると、ガスケットにつぶれ変形を生じさせるための圧力が高くなり過ぎ、ねじ部７のねじ山つぶれといった不具合を招く場合がある。なお、ガスケットの材料素材としては、冷間圧延用鋼帯にＮｉメッキあるいは亜鉛メッキ等の耐食メッキを施したものも使用できる。冷間圧延用鋼帯としては、例えばＪＩＳＧ３１４１に規定されたＳＰＣＤ、ＳＰＣＥ等、板厚０．３ｍｍ以上、引張強度３００ＭＰａ以上のものを好ましく使用できる。
【００３７】
なお、ガスケット高さＨ（中心軸線Ｏの方向の初期最大寸法）は、ステンレス鋼製の場合で２．１ｍｍ以上、冷間圧延用鋼帯製の場合で２．２ｍｍ以上に調整されている。
【００３８】
【試験例】
本発明の効果を確認するため、ガスケット付スパークプラグ１５０のねじ部７のねじ込み可能回転角を測定した。スパークプラグ１５０のねじ部７は、図１において、ねじの呼びＭ１４×１．２５（ＪＩＳＢ８０３１ではねじの呼びＭ１４Ｓ）に対するＩＳＯ規格ピッチｐ14’は１．２５ｍｍ、ねじのピッチｐ14は０．７ｍｍであり、ねじ長ｌは１９ｍｍである。ねじ部７表面にはＺｎメッキクロメート処理を施している。使用されるガスケット７０は、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１０Ｓにより全体が構成され、図２において、外径寸法２Ｒ2が２０．３ｍｍ、内径寸法２Ｒ2が１３．７２ｍｍ、ガスケット高さＨは２．１ｍｍ、板厚ｔは０．３ｍｍである。また、適性圧力範囲５８．８〜１１７．６ＭＰａに対応する、ガスケット７０の圧縮変位αの変化量Δαは、ＩＳＯ規格ピッチｐ14’＝１．２５ｍｍの２分の１以上すなわちΔα≧０．６２５ｍｍが確保されている。
【００３９】
このガスケット付スパークプラグ１５０のねじ部７を、トルクレンチでシリンダヘッドＳＨ側のねじ孔Ｓ1に締め込み、このときの締付けトルク（圧力Ｐ）とねじ部７のねじ込み回転角とを測定し、図５の実線に示すガスケット７０の変形曲線を得た。一方、ねじ部７のピッチｐ14がＩＳＯ規格ピッチｐ14’＝１．２５ｍｍである従来のガスケット付スパークプラグ１５０についても同様に比較測定を行い、図５の破線に示すガスケット７０の変形曲線を得た。
【００４０】
図５において、推奨締付けトルクの範囲２４．５〜２９．４Ｎ・ｍ｛ＭＫＳ単位系換算２．５〜３．０ｋｇｆ・ｍ｝（適性圧力範囲５８．８〜１１７．６ＭＰａ）に対応する、ねじ部７のねじ込み可能回転角は、ピッチｐ14が０．７ｍｍの場合に約３４０°であった。ピッチｐ14が１．２５ｍｍ（ＩＳＯ規格ピッチｐ14’と等しい）の場合には約２４０°であったから、両者の差の分だけねじ部７のねじ込み角度位置の調整範囲が広くなった。
【００４１】
次に、上記ガスケット付スパークプラグ１５０をエンジンのシリンダヘッドＳＨに取り付けて燃焼試験を行った。図６において、ガスケット７０の高さＨを変えることにより、シリンダヘッドＳＨ内面から主体金具１先端までの距離Ａを変化させて、ガスケット付スパークプラグ１５０をエンジンに取り付けた。ギャップｇは１．１ｍｍに、また主体金具１先端から中心電極３先端までの距離Ｂは３．５ｍｍにそれぞれ一定に保った。中心電極３の先端部にはφ０．８Ｉｒ合金チップ３ａを、また接地電極４の先端部にはφ１．２Ｐｔ合金チップ４ａをそれぞれ溶接接合している。この状態でエンジンを始動させ、着火限界空燃比を測定した。エンジンは、４サイクル２０００ｃｃの直噴ガソリンエンジンを使用し、７００ｒｐｍで無負荷にて運転した。なお、接地電極４の角度位置の調整は着火限界空燃比が最良となる位置（すなわち、上記適性圧力範囲に対応する、ねじ部７のねじ込み角度位置の調整範囲）に固定した。距離Ａを変化させたときの着火限界空燃比の変化を表すグラフを図７に示す。ここで、ギャップｇと距離Ｂとはそれぞれ一定に保たれているので、距離Ａの変化は、燃焼室Ｋ内への発火位置の突出量の変化と考えることができる。また、図６で主体金具１先端がシリンダヘッドＳＨ内面より上方にあって燃焼室Ｋ内へ突出していない場合、図７において距離Ａは負の値をとる。
【００４２】
図７によれば、距離Ａがおよそ０．２５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲（その変化幅ΔＡは約０．７５ｍｍ）において着火限界空燃比が１８以上の高い値を示し、リーン領域で高性能を発揮することがわかる。図５において、ピッチｐ14が０．７ｍｍの場合に、ねじ部７のねじ込み可能回転角は約３４０°であったから、このときの適性圧力範囲５８．８〜１１７．６ＭＰａに対応する、ガスケット７０の圧縮変位αの変化量Δαを求めると、
Δα＝０．７ｍｍ×（３４０°／３６０°）＝０．６６１ｍｍとなる。一方、ピッチｐ14が１．２５ｍｍ（ＩＳＯ規格ピッチｐ14’と等しい）の場合には、ねじ部７のねじ込み可能回転角は約２４０°であったから、同様にΔαを求めると、
Δα＝１．２５ｍｍ×（２４０°／３６０°）＝０．８３３ｍｍとなる。
【００４３】
ピッチｐ14が０．７ｍｍの場合には、着火限界空燃比が１８以上の高い値を示す領域における距離Ａの範囲（その変化幅ΔＡは約０．７５ｍｍ）よりも、適性圧力範囲５８．８〜１１７．６ＭＰａに対応する、ガスケット７０の圧縮変位αの変化量Δαの値（０．６６１ｍｍ）は充分に小さい。したがって、適性圧力範囲５８．８〜１１７．６ＭＰａを得るためにねじ部７のねじ込み角度位置の調整を行っても、リーン燃焼領域を外れることなくエンジン性能を低下させないですむ。一方、ピッチｐ14が１．２５ｍｍ（ＩＳＯ規格ピッチｐ14’と等しい）の場合には、着火限界空燃比が１８以上の高い値を示す領域における距離Ａの範囲（その変化幅ΔＡは約０．７５ｍｍ）よりも、適性圧力範囲５８．８〜１１７．６ＭＰａに対応する、ガスケット７０の圧縮変位αの変化量Δαの値（０．８３３ｍｍ）は大きくなってしまう。したがって、適性圧力範囲５８．８〜１１７．６ＭＰａを得るためにねじ部７のねじ込み角度位置の調整を行うと、リーン燃焼領域を外れてエンジン性能が低下するおそれがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスケットを有するねじ付部材の一実施例たるガスケット付スパークプラグを示す縦断面図。
【図２】図１のガスケットの一例を示す側面部分断面図、平面図、及び側面断面拡大図。
【図３】図１のスパークプラグ及びガスケットの取付方法を説明する断面図。
【図４】図１のガスケットの変形機構の推測図。
【図５】本発明のガスケットの変形曲線の一例を示す図。
【図６】図１の要部を示す縦断面図。
【図７】距離Ａと着火限界空燃比との関係を表す図。
【図８】従来型のガスケットを有するスパークプラグの断面図。
【図９】図８のガスケットの変形曲線を示す説明図。
【符号の説明】
１主体金具
１ｆガスシール部（ガスケット受け部）
２絶縁体
３中心電極
４接地電極
７ねじ部
７０ガスケット
１５０ガスケット付スパークプラグ（ねじ付部材）
ＳＨシリンダヘッド（取付部）
Ｓ1 ねじ孔
ＳＰ開口周縁部
ｇ火花放電ギャップ

Claims

軸状の中心電極と、
両端が開放する筒状に形成され、前記中心電極の外側に配置されるとともに、外周面にねじ部が形成された主体金具と、
該主体金具の前端側開口縁に結合されて前記中心電極の前端部と対向し、該中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極と、
前記主体金具の後端側開口部から自身の後端部を突出させた状態で該主体金具の内側に配置されるとともに軸方向の貫通孔を有し、該貫通孔内に前記中心電極が配置される絶縁体と、
前記主体金具のねじ部に対し外側から同心的に装着される環状形態をなし、該ねじ部が取付部としてのシリンダヘッドに形成されたねじ孔に螺合した状態において、前記主体金具のねじ部基端側に外向きに張り出す形態で形成された環状のガスケット受け部と、前記ねじ孔の開口周縁部との間で圧縮されることにより、前記ねじ孔と前記ガスケット受け部との間をシールするガスケットとを備え、スパークプラグとして構成されるねじ付部材において、
前記ねじ部の呼びに対してＩＳＯ７２４で規定されるピッチをＩＳＯ規格ピッチｐ’で表すとともに、前記ねじ部のピッチｐを０．５ｍｍ以上でかつ前記ＩＳＯ規格ピッチｐ’を下回る範囲に設定し、
前記ガスケットを軸方向に圧縮したときの圧縮荷重Ｆと、前記ガスケットの圧縮変位αとの関係を測定するとともに、前記ガスケットの初期外径を２Ｒ1、同内径を２Ｒ2として、前記ガスケットへの付加圧力ＰをＦ／｛π（Ｒ1^２−Ｒ2^２）｝にて算出することにより、該圧力Ｐが５８．８〜１１７．６ＭＰａとなる範囲に対応する前記圧縮変位αの変化量をΔαで表し、
前記シリンダヘッドの内面から前記主体金具の先端までの距離を発火位置の突出量Ａとし、着火限界空燃比１８以上となる範囲に対応する発火位置の突出量Ａの変化幅をΔＡで表すとき、
前記圧縮変位αの変化量Δαは、前記ＩＳＯ規格ピッチｐ’の２分の１以上で、前記発火位置の突出量Ａの変化幅ΔＡを下回る値であり、前記圧力Ｐの範囲内にて前記ねじ部のねじ込み角度位置を調整して前記接地電極を位置調整したとき、必ず着火限界空燃比が１８以上となるように設定されていることを特徴とするガスケットを有するねじ付部材。
前記ねじ部を形成している部材は、炭素を０．０５〜０．３重量％含有する鋼材で形成されている請求項１記載のガスケットを有するねじ付部材。