JP5130333B2

JP5130333B2 - スパークプラグ

Info

Publication number: JP5130333B2
Application number: JP2010174284A
Authority: JP
Inventors: 博俊吉▲崎▼; 直道宮下; 守無笹
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2030-08-03
Also published as: JP2012031835A

Description

本発明は、内燃機関の取付孔を介した気密漏れを封止する封止部材が装着されるスパークプラグに関する。

一般的に、スパークプラグは、主体金具の外周に形成したねじ山を、内燃機関の取付孔に形成した雌ねじに対してねじ止めすることで、内燃機関への取付けを行う。主体金具の外周には円環状の封止部材（ガスケット）が装着され、取付孔を介した燃焼室内の気密漏れが防止される。一般的なガスケットは、円環状に形成した金属板を、例えば断面（形成後の周方向と直交する断面）がＳ字形状となるように厚み方向において折り返して作製される。スパークプラグは、取付け時に、主体金具の張出部と取付孔の開口周縁部との間にガスケットを挟み、圧縮する。ガスケットは、ねじ締めに伴い変形し、張出部と開口周縁部とのそれぞれに対する密着性および軸力（締め付けに伴う圧縮により軸方向に働く反力）を高め、気密漏れを封止する。

近年、内燃機関の小型化、高性能化が図られ、エンジンの振動が激しくなる傾向にあり、また、燃焼室内の温度も上昇傾向にある。ガスケットにおいては、エンジンの振動による変形や、駆動・休止に伴う加熱・冷却サイクルによって発生するクリープ変形によって軸力が低下し、ねじ止めに緩みを生ずると、密着性の低下を招く場合がある。そこで、ガスケットの材料強度を高め、締め付け後の塑性変形を抑制して軸力を確保しつつも、ガスケットの形状（折り返し）を規定することで取付け時の変形を確保し、密着性の維持を図ったスパークプラグが知られている（例えば特許文献１参照。）。

特開２００４−１３４１２０号公報

しかしながら、エンジンの更なる高性能化に伴いエンジンの振動が大きくなり、それに起因した大きな力がスパークプラグに加わり、ガスケットと張出部との間や、ガスケットと開口周縁部との間において滑りが発生し、ねじ止めの緩みが生ずる場合がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、封止部材を挟んで取付孔にねじ止めする主体金具の耐緩み性を確保することができるスパークプラグを提供することを目的とする。

本発明の態様によれば、中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の先端側内部に前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子を周方向に取り囲んで保持するとともに、自身の外周にねじ山が形成され、さらに、当該ねじ山よりも基端側に形成され、自身の外周から外向きに張り出しつつ周方向に一周する形態をなす張出部を有する筒状の主体金具と、前記中心電極との間で火花放電ギャップを形成する接地電極と、前記主体金具のうち前記ねじ山と前記張出部との間の部位に外側から同心的に装着される環状形態をなし、前記主体金具が、雌ねじの形成された取付孔に螺合により取り付けられた状態において、前記張出部と、前記取付孔の開口周縁部との間にて圧縮されて、前記張出部と前記開口周縁部との間を封止する封止部材と、を備えたスパークプラグにおいて、前記主体金具を前記取付孔に螺合して前記封止部材を前記張出部と前記開口周縁部との間に挟んで圧縮した際に、前記封止部材は、前記張出部および前記開口周縁部のそれぞれに面接触するものであり、さらに、前記主体金具を前記取付孔から取り外し、前記張出部および前記開口周縁部に残る前記封止部材との接触痕を観察し、前記張出部側の接触痕の外径をｄ１_ｏ、内径をｄ１_ｈとし、その接触痕の等価摩擦直径Ｄ１を（１）式で求めるとともに、前記開口周縁部側の接触痕の外径をｄ２_ｏ、内径をｄ２_ｈとし、その接触痕の等価摩擦直径Ｄ２を（２）式で求めた場合に、Ｄ１＜Ｄ２を満たすとともに、前記封止部材はステンレス鋼からなり、前記主体金具の表面にはＮｉめっき層が形成されており、且つ、前記スパークプラグを前記取付孔に取り付ける際の螺合による前記封止部材の圧縮開始直前の状態において、前記張出部と前記開口周縁部とに挟まれた前記封止部材の周方向と直交する断面で、前記封止部材が前記張出部と前記開口周縁部とのそれぞれに接する点が一点であり、且つ、前記張出部に接する点が、前記開口周縁部に接する点よりも内周側にある断面形状を有するスパークプラグが提供される。
ただし、

とする。

スパークプラグを内燃機関の取付孔に取り付けた場合、主体金具の張出部と、取付孔の開口周縁部との間にて封止部材が圧縮され、張出部と開口周縁部とに面接触することによって、取付孔を介した気密漏れが維持される。封止部材と張出部および開口周縁部との間における摩擦力を高めれば、主体金具の耐緩み性を確保することが可能である。ここで、スパークプラグを取り外す場合、封止部材と張出部との間よりも、封止部材と開口周縁部との間において、滑りが生じやすいことが、発明者らの検証によって判明した。ゆえに、封止部材と張出部との間における摩擦力よりも、封止部材と開口周縁部との間における摩擦力を高めれば、封止部材と開口周縁部との間における滑りを抑制することができる。つまり、スパークプラグの取り外しに必要な戻しトルクを大きくすることができ、ねじ止めの緩みを抑制することができる。そこで、本発明の態様では、スパークプラグを取り外した場合に、張出部および開口周縁部に封止部材との面接触によってできた接触痕を観察し、外径および内径を測定して、張出部側の等価摩擦直径Ｄ１と、開口周縁部側の等価摩擦直径Ｄ２とを求める。このとき、Ｄ１＜Ｄ２を満たすことによって、封止部材と張出部との間における摩擦力よりも、封止部材と開口周縁部との間における摩擦力が高くなるようにすることができる。これにより、封止部材と開口周縁部との間における滑りを抑制し、耐緩み性を確保することができるのである。また、Ｄ１＜Ｄ２を満たすことによって、スパークプラグを取り付ける場合において、封止部材と張出部との間において滑りが生じやすくなり、同一の締付トルクで締め付けを行った場合の軸力を大きくすることができる。これにより、耐緩み性を確保することができる。

このことから、Ｄ１＜Ｄ２を満たすように、取り付けの際の封止部材と張出部および開口周縁部との接触状態を調整すれば、耐緩み性の確保が可能となる。例えば、スパークプラグを取付孔に取り付ける際のねじ締めによる封止部材の圧縮開始直前の状態において、張出部と開口周縁部とに挟まれた封止部材の周方向と直交する断面を見る。その断面で、封止部材が張出部と開口周縁部とのそれぞれに接する点が一点であり、且つ、張出部に接する点が、開口周縁部に接する点よりも内周側にある断面形状を有した封止部材を用いるとよい。このようにすれば、圧縮後の封止部材における張出部との接触が、上記張出部に接する点の位置を中心になされることとなり、接触痕の等価摩擦直径Ｄ１を、その点を通る円周の直径に近づけることができる。同様に、圧縮後の封止部材における開口周縁部との接触が、上記開口周縁部に接する点を中心になされることとなり、接触痕の等価摩擦直径Ｄ２を、その点を通る円周の直径に近づけることができる。したがって、上記張出部に接する点が、上記開口周縁部に接する点よりも内周側に位置することで、Ｄ１＜Ｄ２が満たされやすい。なお、等価摩擦直径とは、「回転摩擦力に関して、円環状の接触を、それと同一の回転摩擦力を有する円形状の接触に置き換えたときの円の直径」を指す。

また、内燃機関の小型化、高性能化に伴い、近年では、内燃機関の振動が従来よりも激しくなり、また、燃焼室内の温度が従来よりも上昇傾向にあるが、剛性の高いステンレス鋼を封止部材に用いれば、内燃機関の駆動・休止に伴う加熱・冷却サイクルによって発生するクリープ変形に対する耐久性が高く、有効である。また、主体金具の表面にＮｉめっき層を形成すれば、耐食性に効果を奏する。しかし、Ｎｉめっき層の形成された主体金具は、一般的な、Ｚｎめっき層の形成された主体金具と比べ、ねじの噛み合わせにおける摩擦力が大きく、同一の締付トルクで締め付けを行った場合、締め付けにより発生する軸力が、Ｚｎめっき層の形成された主体金具よりも小さくなってしまうことが知られている。そこで本発明の態様のように、Ｄ１＜Ｄ２を満たすことによって、封止部材と取付孔の開口周縁部との間の摩擦力を高め、さらに、封止部材にステンレス鋼を用いることによるクリープ変形に起因したねじ止めの緩みを抑制する。このようにすれば、主体金具の表面へのＮｉめっき層の形成に伴う締め付け時の軸力の低下を補ってなお、十分な戻しトルク（従来よりも大きなトルク）を得て、耐緩み性を確保することができる。

本発明の態様によれば、前記主体金具の前記張出部において、前記封止部材を向く側の面の最大外径をＤｚとしたときに、Ｄｚ＞Ｄ２を満たしてもよい。等価摩擦直径Ｄ１，Ｄ２は、それぞれ、封止部材と張出部との接触径、および封止部材と開口周縁部との接触径に相当することとなる。封止部材と張出部および開口周縁部との密着性を確保するには、封止部材のバネ性（圧縮後に維持される抗力）を確保することが好ましい。バネ性を確保するには、封止部材と張出部および開口周縁部との接触位置が、共に、張出部と開口周縁部との対向面内に配置されることが望ましい。ゆえに、および封止部材と開口周縁部との接触径に相当する等価摩擦直径Ｄ１，Ｄ２が、一般に開口周縁部よりも小面積に形成される張出部の外径Ｄｚよりも、小さいこと、すなわち、Ｄｚ＞Ｄ２を満たすとよい。

スパークプラグ１の部分断面図である。ガスケット６０の断面ならびに全体の形状を示す図である。スパークプラグ１をエンジンヘッド９０に取り付け、主体金具５０の張出部５４と取付孔９１の開口周縁部９２との間にガスケット６０を挟んで圧縮した状態を示す部分断面図である。スパークプラグ１をエンジンヘッド９０から取り外した場合に主体金具５０の張出部５４および取付孔９１の開口周縁部９２に残るガスケット６０との接触痕Ｊ，Ｋを示す図である。呼び径がＭ１０のスパークプラグにおける、締付トルクに対する戻しトルクの比と、等価摩擦直径比との関係を示すグラフである。呼び径がＭ１２のスパークプラグにおける、締付トルクに対する戻しトルクの比と、等価摩擦直径比との関係を示すグラフである。呼び径がＭ１４のスパークプラグにおける、締付トルクに対する戻しトルクの比と、等価摩擦直径比との関係を示すグラフである。

以下、本発明を具体化したスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を参照し、本発明に係る封止部材の一例としてのガスケット６０を装着したスパークプラグ１の構造について説明する。なお、図１において、スパークプラグ１の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１は、軸孔１２内の先端側に中心電極２０を保持し、後端側に端子金具４０を保持する絶縁碍子１０を有する。また、スパークプラグ１は、絶縁碍子１０の径方向周囲を周方向に取り囲み、絶縁碍子１０を保持する主体金具５０を有する。主体金具５０の先端面５７には接地電極３０が接合されている。接地電極３０は、先端部３１側が中心電極２０と対向するように屈曲されており、中心電極２０との間に火花放電間隙ＧＡＰを有する。

まず、絶縁碍子１０について説明する。絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２を有する筒形状をなす。絶縁碍子１０の軸線Ｏ方向の略中央には、外径が最も大きい鍔部１９が形成されている。鍔部１９より後端側（図１における上側）には、後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１における下側）には後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成されている。先端側胴部１７よりも先端側には、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど外径が縮小されている。脚長部１３は、スパークプラグ１が内燃機関のエンジンヘッド９０（図３参照）に取り付けられた場合に、エンジンの燃焼室（図示外）内に曝される。脚長部１３と先端側胴部１７との間は段部１５として形成されている。

次に、中心電極２０について説明する。上記したように、絶縁碍子１０は、軸孔１２の先端側に中心電極２０を保持する。中心電極２０は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル系合金等からなる母材２４の内部に、熱伝導性に優れる銅等からなる金属芯２５を配置した構造を有する。中心電極２０の先端部２２は絶縁碍子１０の先端面から突出し、先端側に向かって外径が縮小されている。先端部２２の先端面には、耐火花消耗性向上のため、貴金属チップ８０が接合されている。また、絶縁碍子１０は、軸孔１２内に、シール体４およびセラミック抵抗３を有する。中心電極２０は、シール体４およびセラミック抵抗３を経由して、軸孔１２の後端側に保持された端子金具４０に電気的に接続されている。スパークプラグ１の使用時には、端子金具４０に点火コイル（図示外）が接続され、高電圧が印加される。

次に、接地電極３０について説明する。接地電極３０は、耐腐食性の高い金属（一例として、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金）を用い、横断面が略長方形の棒状に形成された電極である。接地電極３０は、一端側の基部３２が、主体金具５０の先端面５７に溶接により接合されている。接地電極３０は、他端側の先端部３１側が、中心電極２０の先端部２２側へ向けて屈曲されている。接地電極３０の先端部３１と、中心電極２０の貴金属チップ８０との間には、火花放電間隙ＧＡＰが形成されている。

次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０は、低炭素鋼材からなる円筒状の金具である。前述したように、主体金具５０は、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位の周囲を取り囲み、絶縁碍子１０を保持する。主体金具５０は、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部５１と、エンジンヘッド９０の取付孔９１（図３参照）の雌ねじに螺合するねじ山が形成された取付部５２とを有する。なお、本実施の形態の主体金具５０は、取付部５２のねじ山の呼び径をＭ１０とする規格に沿って作製されたものである。呼び径についてはＭ１０に限定するものではなく、Ｍ１２でもＭ１４であってもよく、あるいはＭ８であってもよい。また、主体金具５０の表面にはＮｉめっき層が形成されている。

主体金具５０の工具係合部５１と取付部５２との間には、径方向外向きに鍔状に張り出す張出部５４が形成されている。取付部５２と張出部５４との間の部位はねじ首と称され、ねじ首には、後述するガスケット６０が嵌め込まれている。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には、厚みの薄い加締部５３が設けられている。張出部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に厚みの薄い座屈部５８が設けられている。主体金具５０の内周で、取付部５２の位置には段部５６が形成されており、段部５６には、環状の板パッキン８が配置されている。工具係合部５１から加締部５３にかけての主体金具５０の内周面と絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には円環状のリング部材６，７が介在されており、リング部材６，７間にタルク（滑石）９の粉末が充填されている。加締部５３は、内側に向けて折り曲げるように加締められることで、リング部材６，７およびタルク９を介し、絶縁碍子１０を主体金具５０内で先端側へ向け押圧する。加締部５３に押圧された絶縁碍子１０は、段部１５が板パッキン８を介して主体金具５０の段部５６に支持されて、主体金具５０と一体になる。主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は板パッキン８によって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。上記した座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形するように構成されており、タルク９の軸線Ｏ方向の圧縮長さを長くして、気密性を高めている。

次に、ガスケット６０について説明する。図２に示すガスケット６０は、オーステナイト系ステンレス鋼、もしくはフェライト系ステンレス鋼からなる一枚の環状の板材に、その板材の厚み方向において折り返す加工を施して、作製されたものである。図３に示すように、ガスケット６０は、スパークプラグ１の主体金具５０がエンジンヘッド９０の取付孔９１にねじ止めされた場合に、取付孔９１の開口周縁部９２と、主体金具５０の張出部５４との間で圧縮されて変形する。両者に密着することで、取付孔９１を介した燃焼室（図示外）内の気密漏れを封止する。

なお、ガスケット６０の材料として、例えばＪＩＳ（日本工業規格）に定められた以下の規格番号のステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いることができる。オーステナイト系ステンレス鋼の例としては、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ２０２、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０１Ｊ、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３０２Ｂ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０４Ｎ１、ＳＵＳ３０４Ｎ２、ＳＵＳ３０４ＬＮ、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９Ｓ、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｎ、ＳＵＳ３１６ＬＮ、ＳＵＳ３１６Ｊ１、ＳＵＳ３１６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３１７Ｌ、ＳＵＳ３１７Ｊ１、ＳＵＳ３２１、ＳＵＳ３４７、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１等を用いることができる。また、フェライト系ステンレス鋼の例としては、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３０ＪＩＬ、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４３６Ｌ、ＳＵＳ４３６ＪＩＬ、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４５Ｊ１、ＳＵＳ４４５Ｊ２、ＳＵＳ４４７Ｊ１、ＳＵＳＸＭ２７等を用いることができる。これらのようなステンレス鋼を用いて作製したガスケット６０は、一般的に用いられるＦｅからなるガスケットと比べ剛性が高い。ゆえに、エンジンの駆動・休止に伴う加熱・冷却によって発生するクリープ変形の耐久性が高く、ガスケットの変形に起因するねじ止めの緩みが生じにくい。

ところで、本実施の形態では、耐腐食性を高めるため主体金具５０の表面にＮｉめっき層を形成しているが、一般的に用いられる主体金具の表面には、Ｚｎめっき層が形成される。Ｎｉめっき層が形成された主体金具は、Ｚｎめっき層が形成された主体金具に比べ、ねじの噛み合わせにおける摩擦力が小さく、同一の締付トルクで締め付けを行った場合、締め付けにより発生する軸力が、Ｚｎめっき層の形成された主体金具よりも小さくなってしまうことが知られている。

主体金具の表面にＮｉめっき層を形成することによって締め付け時に十分な軸力を確保しづらくなることに起因するねじ止めの緩みを抑制するには、ガスケットと主体金具およびエンジンヘッドと間の摩擦力を高め、ねじの取り外し（緩め）に必要な戻しトルクを大きくすればよい。そこで、発明者らは、エンジンヘッドを模したアルミブッシュを用い、アルミブッシュに設けた取付孔に主体金具をねじ止めする際に、ガスケットと主体金具およびアルミブッシュとの間に発生する滑りの状況を観察した。その結果、締め付け時には、ガスケットと主体金具との間にて滑りが生じやすく、ガスケットとアルミブッシュとの間では滑りが生じにくいことがわかった。一方、緩め時には、ガスケットと主体金具との間では滑りが生じにくく、ガスケットとアルミブッシュとの間にて滑りが生じやすいことがわかった。このことから、ガスケットと主体金具との間の摩擦力よりも、ガスケットとアルミブッシュ、すなわちエンジンヘッドとの間の摩擦力を高めれば、ねじ止めの緩みに対する耐性（耐緩み性）を高めることできる。そこで本実施の形態では、後述する実施例の結果に基づき、以下の規定を行った。

主体金具５０を取付孔９１に螺合してガスケット６０を張出部５４と開口周縁部９２との間に挟んで圧縮する。圧縮によって潰れたガスケット６０は、張出部５４および開口周縁部９２のそれぞれに面接触する。次に、図４に示すように、主体金具５０を取付孔９１から取り外し、張出部５４に残るガスケット６０との接触痕Ｊと、開口周縁部９２に残るガスケット６０との接触痕Ｋとを観察する。張出部５４側の接触痕Ｊの外径をｄ１_ｏ、内径をｄ１_ｈとし、その接触痕Ｊの等価摩擦直径Ｄ１を、（１）式で求める。

また、開口周縁部９２側の接触痕Ｋの外径をｄ２_ｏ、内径をｄ２_ｈとし、同様に、接触痕Ｋの等価摩擦直径Ｄ２を、（２）式で求める。

このとき、Ｄ１＜Ｄ２を満たす。

スパークプラグ１をエンジンヘッド９０の取付孔９１に取り付けた場合、主体金具５０の張出部５４と、取付孔９１の開口周縁部９２との間にてガスケット６０が圧縮され、張出部５４と開口周縁部９２とに面接触することによって、取付孔９１を介した気密漏れが維持される。ガスケット６０と張出部５４および開口周縁部９２との間における摩擦力を高めれば、主体金具５０の耐緩み性を確保することが可能である。ここで、スパークプラグ１を取り外す場合、上記のように、ガスケット６０と張出部５４との間よりも、ガスケット６０と開口周縁部９２との間において、滑りが生じやすい。ゆえに、ガスケット６０と張出部５４との間における摩擦力よりも、ガスケット６０と開口周縁部９２との間における摩擦力を高めれば、ガスケット６０と開口周縁部９２との間における滑りを抑制することができる。つまり、スパークプラグ１の取り外しに必要な戻しトルクを大きくすることができ、ねじ止めの緩みを抑制することができる。そこで、スパークプラグ１を取り外した場合に、張出部５４および開口周縁部９２にガスケット６０との面接触によってできた接触痕Ｊ，Ｋを観察し、外径ｄ１_ｏ，ｄ２_ｏおよび内径ｄ１_ｈ，ｄ２_ｈを測定して、張出部５４側の等価摩擦直径Ｄ１と、開口周縁部９２側の等価摩擦直径Ｄ２とを上記のように求める。このとき、Ｄ１＜Ｄ２を満たすことによって、ガスケット６０と張出部５４との間における摩擦力よりも、ガスケット６０と開口周縁部９２との間における摩擦力が高くなるようにすることができる。これにより、ガスケット６０と開口周縁部９２との間における滑りを抑制し、耐緩み性を確保することができるのである。

また、上記したように、ガスケット６０をステンレス鋼から形成し、また、主体金具５０の表面にはＮｉめっき層を形成している。ステンレス鋼からなるガスケット６０は、エンジンの駆動・休止に伴う加熱・冷却サイクルによって発生するクリープ変形に対する耐久性が高く、有効である。また、主体金具５０の表面にＮｉめっき層を形成すれば、耐食性に効果を奏する。しかし、Ｎｉめっき層の形成された主体金具５０は、締め付けにより発生する軸力が低下することは、前述した通りである。そこで本実施の形態のように、Ｄ１＜Ｄ２を満たすことによって、ガスケット６０と取付孔９１の開口周縁部９２との間の摩擦力を高め、さらに、ガスケット６０にステンレス鋼を用いることによるクリープ変形に起因したねじ止めの緩みを抑制する。このようにすれば、主体金具５０の表面へのＮｉめっき層の形成に伴う締め付け時の軸力の低下を補ってなお、十分な戻しトルク（従来よりも大きなトルク）を得て、耐緩み性を確保することができる。

なお、図４に示すように、主体金具５０の張出部５４において、ガスケット６０を向く側の面の最大外径をＤｚとしたときに、Ｄｚ＞Ｄ２を満たすとよい。等価摩擦直径Ｄ１，Ｄ２は、それぞれ、ガスケット６０と張出部５４との接触径、およびガスケット６０と開口周縁部９２との接触径に相当することとなる。ガスケット６０と張出部５４および開口周縁部９２との密着性を確保するには、ガスケット６０のバネ性（圧縮後に維持される抗力）を確保することが好ましい。バネ性を確保するには、ガスケット６０と張出部５４および開口周縁部９２との接触位置が、共に、張出部５４と開口周縁部９２との対向面内に配置されることが望ましい。ゆえに、およびガスケット６０と開口周縁部９２との接触径に相当する等価摩擦直径Ｄ１，Ｄ２が、一般に開口周縁部９２よりも小面積に形成される張出部５４の外径Ｄｚよりも、小さいこと、すなわち、Ｄｚ＞Ｄ２を満たすとよい。

このように、エンジンヘッド９０にスパークプラグ１を取り付ける上で、取り外した場合のガスケット６０と主体金具５０の張出部５４との接触痕Ｊと、ガスケット６０と取付孔９１の開口周縁部９２との接触痕Ｋとを観察する。接触痕Ｊの等価摩擦直径Ｄ１と、接触痕Ｋの等価摩擦直径Ｄ２とを求め、Ｄ１＜Ｄ２が満たされる場合に戻しトルクを大きくできることを、以下の実施例により確認した。

スパークプラグのサンプル１として、主体金具の取付部のねじ山の呼び径がＭ１０で、表面にＺｎめっき層を形成したものを用意し、表１のタイプＡ１に示すＳ字状の断面形状をもつステンレス鋼製のガスケットを組み付けた。なお、表１に示すガスケットの断面は、いずれも、右手側が内周側、左手側が外周側となる断面を示しており、また、上側を主体金具の張出部側へ向けて、主体金具に取り付けられるものとする。つまり、タイプＡ１のガスケットは、図１のガスケット６０と同様の向きに、スパークプラグに取り付けられる。

このサンプル１をアルミブッシュに１０Ｎ・ｍの締付トルクで取り付け、さらに取り外し、開口周縁部に残る接触痕Ｋを観察した。さらに、新たなタイプＡ１のガスケットを、組み付け方向を逆向きにしてサンプル１のスパークプラグに組み付け、同様にアルミブッシュへの取り付け、取り外しを行った。アルミブッシュの開口周縁部に残る接触痕は、ガスケットと張出部との接触痕Ｊと同等のものであり、これを接触痕Ｊとみなして観察した。接触痕Ｊの外径ｄ１_ｏは１１．４７３ｍｍであり、内径ｄ１_ｈは１０．８９０ｍｍであった。接触痕Ｊの等価摩擦直径Ｄ１を計算すると、１１．１８４ｍｍになった。また、接触痕Ｋの外径ｄ２_ｏは１２．３０４ｍｍであり、内径ｄ２_ｈは１１．６９３ｍｍであった。接触痕Ｋの等価摩擦直径Ｄ２を計算すると、１２．００１ｍｍになった。等価摩擦直径比（Ｄ２／Ｄ１）を求めると１．０７となり、Ｄ１＜Ｄ２が満たされた。

表１に示すように、タイプＡ１のガスケットの組み付け方向を逆さまにしたタイプＡ２のガスケットを用意し、サンプル１と同様のスパークプラグに組み付け、サンプル２とした。サンプル２についても同様に、アルミブッシュへの取り付け、取り外しを行い、接触痕Ｊと接触痕Ｋについて観察した。サンプル２の接触痕Ｊの等価摩擦直径Ｄ１と、接触痕Ｋの等価摩擦直径Ｄ２との等価摩擦直径比（Ｄ２／Ｄ１）を求めると０．９３となり、サンプル２ではＤ１≧Ｄ２となった。

また、表１のタイプＢ１の欄に示す断面形状をもつステンレス鋼製のガスケットを用意し、サンプル１と同様のスパークプラグに、表１の向き（断面形状の右手側が内周側となる向き）に組み付け、サンプル３とした。さらに、タイプＢ１のガスケットを逆さまにしたタイプＢ２のガスケットを用意し、サンプル１と同様のスパークプラグに組み付け、サンプル４とした。同様に、表１のタイプＣ１の欄に示す断面形状をもつステンレス鋼製のガスケットを用意し、サンプル１と同様のスパークプラグに、表１の向き（断面形状の右手側が内周側となる向き）に組み付け、サンプル５とした。さらに、タイプＣ１のガスケットを逆さまにしたタイプＣ２のガスケットを用意し、サンプル１と同様のスパークプラグに組み付け、サンプル６とした。これらサンプル３〜６についても同様に、アルミブッシュへの取り付け、取り外しを行い、接触痕Ｊと接触痕Ｋについて観察した。サンプル３〜６の接触痕Ｊの等価摩擦直径Ｄ１と、接触痕Ｋの等価摩擦直径Ｄ２との等価摩擦直径比（Ｄ２／Ｄ１）は、順に、１．０５、０．９５、１．０６、０．９４となった。サンプル３とサンプル５はＤ１＜Ｄ２が満たされ、サンプル４とサンプル６は、Ｄ１≧Ｄ２となった。サンプル１〜６の等価摩擦直径比についてまとめたものを表２に示す。

次に、上記同一条件で新たに作製したサンプル１〜６それぞれを、新たに用意したアルミブッシュにそれぞれ１０Ｎ・ｍの締付トルクで取り付け、１６時間、ＩＳＯ１１５６５に基づく加振条件で振動を与えつつ、２００℃に加熱した。その後、各サンプルをアルミブッシュから取り外し、取り外しの際にかかった戻しトルクをそれぞれ測定した。そして、各サンプルについて、締付トルクに対する戻しトルクの比（戻しトルク／締付トルク）を求めた（表２参照）。以上、呼び径がＭ１０のサンプル１〜６について行った評価試験の結果得られた、締付トルクに対する戻しトルクの比と、等価摩擦直径比との関係を、図５のグラフに示す。なお、図５のグラフ中に付した数字はサンプル番号を指し、その数字にかっこ書きで添えた符号はガスケットの断面形状のタイプを示す。

表２に示すように、タイプＡ１，Ｂ１，Ｃ１のガスケットをそれぞれ組み付けたサンプル１，３，５は、締付トルクに対する戻しトルクの比が０．７１〜０．７７であった。これに対し、タイプＡ２，Ｂ２，Ｃ２のガスケットをそれぞれ組み付けたサンプル２，４，６は、締付トルクに対する戻しトルクの比が０．４３〜０．４５であった。図５に示すように、明らかに、タイプＡ１，Ｂ１，Ｃ１のガスケットを組み付けたサンプル１，３，５は、タイプＡ２，Ｂ２，Ｃ２のガスケットを組み付けたサンプル２，４，６よりも、締付トルクに対する戻しトルクの比が大きくなった。タイプＡ１，Ｂ１，Ｃ１のガスケットは、いずれも等価摩擦直径比（Ｄ２／Ｄ１）が１より大きくＤ１＜Ｄ２を満たすが、タイプＡ２，Ｂ２，Ｃ２のガスケットは、いずれも等価摩擦直径比が１以下でＤ１≧Ｄ２であった。上記したように、タイプＡ２，Ｂ２，Ｃ２のガスケットは、いずれも、タイプＡ１，Ｂ１，Ｃ１のガスケットの組み付け方向を逆向きとしただけのものである。このことから明らかに、等価摩擦直径比が１より大きくＤ１＜Ｄ２を満たすことのできるガスケットであれば、締付トルクに対する戻しトルクの比を大きくできることがわかった。

取付部のねじ山の呼び径がＭ１２のスパークプラグについても、実施例１と同様に、タイプＡ１〜Ｃ２のガスケットを組み付けたサンプル７〜１２を用意して、等価摩擦直径比について確認した。主体金具の表面にＺｎめっき層を形成する点については実施例１と同様である。これらサンプル７〜１２に対し、アルミブッシュへの取り付け、取り外しを行い、それぞれの接触痕Ｊと接触痕Ｋについて観察した。サンプル７〜１２の接触痕Ｊの等価摩擦直径Ｄ１と、接触痕Ｋの等価摩擦直径Ｄ２との等価摩擦直径比（Ｄ２／Ｄ１）は、順に、１．０６、０．９４、１．０４、０．９６、１．０５、０．９５となった。サンプル７，９，１１はＤ１＜Ｄ２が満たされ、サンプル８，１０，１２は、Ｄ１≧Ｄ２となった。サンプル７〜１２の等価摩擦直径比についてまとめたものを表３に示す。

次に、上記同一条件で新たに作製したサンプル７〜１２それぞれを、新たに用意したアルミブッシュにそれぞれ１５Ｎ・ｍの締付トルクで取り付け、１６時間、ＩＳＯ１１５６５に基づく加振条件で振動を与えつつ、２００℃に加熱した。その後、各サンプルの戻しトルクを測定し、締付トルクに対する戻しトルクの比（戻しトルク／締付トルク）を求めた（表３参照）。以上、呼び径がＭ１２のサンプル７〜１２について行った評価試験の結果得られた、締付トルクに対する戻しトルクの比と、等価摩擦直径比との関係を、図６のグラフに示す（グラフ中の符号等は図５と同様である。）。

表３に示すように、タイプＡ１，Ｂ１，Ｃ１のガスケットをそれぞれ組み付けたサンプル７，９，１１は、締付トルクに対する戻しトルクの比が０．５２〜０．５６であった。これに対し、タイプＡ２，Ｂ２，Ｃ２のガスケットをそれぞれ組み付けたサンプル８，１０，１２は、締付トルクに対する戻しトルクの比が０．３８〜０．４０であった。図６に示すように、明らかに、タイプＡ１，Ｂ１，Ｃ１のガスケットを組み付けたサンプル７，９，１１は、タイプＡ２，Ｂ２，Ｃ２のガスケットを組み付けたサンプル８，１０，１２よりも、締付トルクに対する戻しトルクの比が大きくなった。このように、Ｍ１２のスパークプラグにおいても、Ｍ１０のスパークプラグの場合と同様の結果が得られた。等価摩擦直径比（Ｄ２／Ｄ１）が１より大きくＤ１＜Ｄ２を満たすことのできるガスケットであれば、Ｍ１２のスパークプラグにおいても、締付トルクに対する戻しトルクの比を大きくできることが確認された。

さらに、取付部のねじ山の呼び径がＭ１４のスパークプラグについても、実施例１、２と同様に、タイプＡ１〜Ｃ２のガスケットを組み付けたサンプル１３〜１８を用意して、等価摩擦直径比について確認した。主体金具の表面にＺｎめっき層を形成する点については実施例１、２と同様である。これらサンプル１３〜１８に対し、アルミブッシュへの取り付け、取り外しを行い、それぞれの接触痕Ｊと接触痕Ｋについて観察した。サンプル１３〜１８の接触痕Ｊの等価摩擦直径Ｄ１と、接触痕Ｋの等価摩擦直径Ｄ２との等価摩擦直径比（Ｄ２／Ｄ１）は、順に、１．０５、０．９５、１．０３、０．９７、１．０４、０．９６となった。サンプル１３，１５，１７はＤ１＜Ｄ２が満たされ、サンプル１４，１６，１８は、Ｄ１≧Ｄ２となった。サンプル１３〜１８の等価摩擦直径比についてまとめたものを表４に示す。

次に、上記同一条件で新たに作製したサンプル１３〜１８それぞれを、新たに用意したアルミブッシュにそれぞれ２０Ｎ・ｍの締付トルクで取り付け、１６時間、ＩＳＯ１１５６５に基づく加振条件で振動を与えつつ、２００℃に加熱した。その後、各サンプルの戻しトルクを測定し、締付トルクに対する戻しトルクの比（戻しトルク／締付トルク）を求めた（表４参照）。以上、呼び径がＭ１４のサンプル１３〜１８について行った評価試験の結果得られた、締付トルクに対する戻しトルクの比と、等価摩擦直径比との関係を、図７のグラフに示す（グラフ中の符号等は図５と同様である。）。

表４に示すように、タイプＡ１，Ｂ１，Ｃ１のガスケットをそれぞれ組み付けたサンプル１３，１５，１７は、締付トルクに対する戻しトルクの比が０．６６〜０．７１であった。これに対し、タイプＡ２，Ｂ２，Ｃ２のガスケットをそれぞれ組み付けたサンプル１４，１６，１８は、締付トルクに対する戻しトルクの比が０．５６〜０．６０であった。図７に示すように、明らかに、タイプＡ１，Ｂ１，Ｃ１のガスケットを組み付けたサンプル１３，１５，１７は、タイプＡ２，Ｂ２，Ｃ２のガスケットを組み付けたサンプル１４，１６，１８よりも、締付トルクに対する戻しトルクの比が大きくなった。このように、Ｍ１４のスパークプラグにおいても、Ｍ１０、Ｍ１２のスパークプラグの場合と同様の結果が得られた。等価摩擦直径比（Ｄ２／Ｄ１）が１より大きくＤ１＜Ｄ２を満たすことのできるガスケットであれば、Ｍ１４のスパークプラグにおいても、締付トルクに対する戻しトルクの比を大きくできることが確認された。

次に、主体金具の表面にＮｉめっき層を形成し、ステンレス鋼からなるガスケットを組み付けたスパークプラグにおいて、十分に、戻しトルクを得られることを確認するため、熱間振動緩み試験を行った。ここでは、スパークプラグのサンプルを５種類用意した。サンプル２１は、主体金具にＺｎめっき層を形成し、ＦｅからなるタイプＡ１のガスケットを組み付けた。サンプル２２は、主体金具にＮｉめっき層を形成し、ＦｅからなるタイプＡ１のガスケットを組み付けた。サンプル２３は、主体金具にＮｉめっき層を形成し、ＦｅからなるタイプＡ２のガスケットを組み付けた。サンプル２４は、主体金具にＺｎめっき層を形成し、ステンレス鋼からなるタイプＡ１のガスケットを組み付けた。サンプル２１は、主体金具にＮｉめっき層を形成し、ステンレス鋼からなるタイプＡ１のガスケットを組み付けた。

そして、各サンプル２１〜２５を、アルミブッシュにそれぞれ１０Ｎ・ｍの締付トルクで取り付け、１６時間、ＩＳＯ１１５６５に基づく加振条件で振動を与えつつ、２００℃に加熱する試験を行った。試験後、各サンプルをアルミブッシュから取り外し、取り外しの際にかかった戻しトルクをそれぞれ測定した。測定結果を表５に示す。

表５に示すように、サンプル２１〜２５の戻しトルクは、順に、２．９、１．７、０．９、７．７、６．７［Ｎ・ｍ］であった。サンプル２１とサンプル２２の比較から、主体金具の表面のめっき層をＺｎからＮｉに変更すると、戻しトルクが低下している。これは、ねじの噛み合わせにおける摩擦力が、Ｚｎめっき層よりもＮｉめっき層の方が大きいため、同一の締付トルクで締め付けを行った場合、締め付けにより発生する軸力が、Ｚｎめっき層の形成された主体金具よりも、Ｎｉめっき層の形成された主体金具の方が、小さくなってしまうことによる。サンプル２２とサンプル２３の比較から、ガスケットに、タイプＡ１（Ｄ１＜Ｄ２）のものを用いれば、締め付け時に発生する軸力が低下しても、タイプＡ２（Ｄ１≧Ｄ２）のガスケットを用いた場合よりも十分な大きさの戻しトルクを確保できることは、実施例１で述べた通りである。サンプル２１とサンプル２４の比較から、ガスケットの材質をＦｅからステンレス鋼に変更すると、ガスケットの変形（クリープ変形）に起因するねじ止めの緩みが生じにくくなり、戻しトルクが大きくなることがわかる。サンプル２４とサンプル２５の比較では、サンプル２１とサンプル２２の比較結果と同様に、ガスケットの材質にかかわらず、主体金具の表面のめっき層をＺｎからＮｉに変更すると、戻しトルクが低下することがわかる。しかし、サンプル２１とサンプル２５の比較から、主体金具の表面にＮｉめっき層を形成することによって締め付け時に発生する軸力が低下しても、ステンレス鋼からなり、Ｄ１＜Ｄ２を満たすガスケットを組み付ければ、ガスケットの変形に起因するねじ止めの緩みを防止するだけでなく、ガスケットと取付孔の開口周縁部との間における摩擦力を大きくすることができ、十分な戻しトルクが得られ、耐緩み性を向上できることが確認できた。

取付部のねじ山の呼び径がＭ１２のスパークプラグについても、実施例４と同様に、主体金具の表面にＺｎめっき層またはＮｉめっき層を形成し、Ｆｅまたはステンレス鋼からなるガスケットを組み付けたサンプル２６〜３０（表６参照）を用意して、熱間振動緩み試験を行った。試験方法は実施例４と同様であり、各サンプル２６〜３０のアルミブッシュへの取り付けにおいて、１５Ｎ・ｍの締付トルクで取り付けた点のみが異なる。試験後、各サンプルをアルミブッシュから取り外し、取り外しの際にかかった戻しトルクをそれぞれ測定した。測定結果を表６に示す。

表６に示すように、サンプル２６〜３０の戻しトルクは、順に、３．５、２．１、１．０、８．４、７．２［Ｎ・ｍ］であった。そして、サンプル同士を比較したところ、実施例４と同様の結果を得られた。したがって、主体金具の表面にＮｉめっき層を形成しても、ステンレス鋼からなり、Ｄ１＜Ｄ２を満たすガスケットを組み付ければ、Ｍ１２のスパークプラグにおいても十分な戻しトルクが得られ、耐緩み性を向上できることが確認できた。

さらに、取付部のねじ山の呼び径がＭ１４のスパークプラグについても、実施例４、５と同様に、主体金具の表面にＺｎめっき層またはＮｉめっき層を形成し、Ｆｅまたはステンレス鋼からなるガスケットを組み付けたサンプル３１〜３５（表７参照）を用意して、熱間振動緩み試験を行った。試験方法は実施例４と同様であり、各サンプル３１〜３５のアルミブッシュへの取り付けにおいて、２０Ｎ・ｍの締付トルクで取り付けた点のみが異なる。試験後、各サンプルをアルミブッシュから取り外し、取り外しの際にかかった戻しトルクをそれぞれ測定した。測定結果を表７に示す。

表７に示すように、サンプル３１〜３５の戻しトルクは、順に、７．４、３．９、１．９、１４．２、１１．１［Ｎ・ｍ］であった。サンプル同士を比較したところ、実施例４、５と同様の結果を得られた。したがって、主体金具の表面にＮｉめっき層を形成しても、ステンレス鋼からなり、Ｄ１＜Ｄ２を満たすガスケットを組み付ければ、Ｍ１４のスパークプラグにおいても十分な戻しトルクが得られ、耐緩み性を向上できることが確認できた。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。ガスケット６０の断面形状について、本実施の形態ではＳ字状のものを例に説明したが、断面形状をＳ字状に限定するものではない。例えば、表１のタイプＢ１やタイプＣ１に示したような断面形状を有してもよいし、それ以外の断面形状であってもよい。スパークプラグ１をエンジンヘッド９０から取り外した際に観察される、ガスケット６０と張出部５４との接触痕Ｊと、ガスケット６０と開口周縁部９２との接触痕Ｋとに基づき得られる等価摩擦直径Ｄ１、Ｄ２が、Ｄ１＜Ｄ２を満たすガスケットであれば足りる。

また、等価摩擦直径Ｄ１、Ｄ２が、Ｄ１＜Ｄ２を満たすようにするには、例えば、主体金具への組み付け方向（軸方向）において、ガスケットの周方向と直交する断面で張出部側における最も端に位置する点が、開口周縁部側における最も端に位置する点よりも内周側に配置される断面形状を有したガスケットを用いるとよい。例えば、スパークプラグを取付孔に取り付ける際のねじ締めによるガスケットの圧縮開始直前の状態において、張出部と開口周縁部とに挟まれたガスケットの周方向と直交する断面を見る。その断面で、ガスケットが張出部と開口周縁部とのそれぞれに接する点が一点であり、且つ、張出部に接する点が、開口周縁部に接する点よりも内周側にある断面形状を有したガスケットを用いるとよい。具体的に、図２に示すガスケット６０のように、周方向と直交する断面における組み付け方向両側において最も端に位置する点となるよう点Ｐ，Ｑが形成され、さらに点Ｑが点Ｐよりも内周側に配置されるよう、ガスケット６０を作製するとよい。ガスケット６０の断面における点Ｐは、スパークプラグ１を取付孔９０に取り付ける際のねじ締めによるガスケット６０の圧縮開始直前の状態において、張出部５４と開口周縁部９２とに挟まれたガスケット６０が、張出部５４と唯一接する点である。すなわち、ガスケット６０は、圧縮開始時に張出部５４に対し、ガスケット６０の全周にわたって点Ｐによって描かれる仮想円６５で、線接触する。同様に、ガスケット６０の断面における点Ｑは、ねじ締めによるガスケット６０の圧縮開始直前の状態において、ガスケット６０が、開口周縁部９２と唯一接する点である。すなわち、ガスケット６０は、圧縮開始時に開口周縁部９２に対し、ガスケット６０の全周にわたって点Ｑによって描かれる仮想円６６で、線接触する。ガスケット６０の断面に点Ｐ，Ｑが形成され、さらに、点Ｐによって描かれる仮想円６５の直径Ｌ１が、点Ｑによって描かれる仮想円６６の直径Ｌ２よりも小さくなるように、ガスケット６０を形成する。このようにすれば、ガスケット６０と張出部５４との接触が、点Ｐの位置を中心になされることとなり、接触痕Ｊの等価摩擦直径Ｄ１を、Ｌ１に近づけることができる。同様に、ガスケット６０と開口周縁部９２との接触が、点Ｑの位置を中心になされることとなり、接触痕Ｋの等価摩擦直径Ｄ２を、Ｌ２に近づけることができる。したがって、Ｌ１＜Ｌ２が満たされることで、Ｄ１＜Ｄ２が満たされやすい。

１スパークプラグ
１０絶縁碍子
１２軸孔
２０中心電極
３０接地電極
５０主体金具
５４張出部
６０ガスケット
９１取付孔
９２開口周縁部

Claims

中心電極と、
軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、その軸孔の先端側内部に前記中心電極を保持する絶縁碍子と、
当該絶縁碍子を周方向に取り囲んで保持するとともに、自身の外周にねじ山が形成され、さらに、当該ねじ山よりも基端側に形成され、自身の外周から外向きに張り出しつつ周方向に一周する形態をなす張出部を有する筒状の主体金具と、
前記中心電極との間で火花放電ギャップを形成する接地電極と、
前記主体金具のうち前記ねじ山と前記張出部との間の部位に外側から同心的に装着される環状形態をなし、前記主体金具が、雌ねじの形成された取付孔に螺合により取り付けられた状態において、前記張出部と、前記取付孔の開口周縁部との間にて圧縮されて、前記張出部と前記開口周縁部との間を封止する封止部材と、
を備えたスパークプラグにおいて、
前記主体金具を前記取付孔に螺合して前記封止部材を前記張出部と前記開口周縁部との間に挟んで圧縮した際に、前記封止部材は、前記張出部および前記開口周縁部のそれぞれに面接触するものであり、さらに、
前記主体金具を前記取付孔から取り外し、前記張出部および前記開口周縁部に残る前記封止部材との接触痕を観察し、前記張出部側の接触痕の外径をｄ１_ｏ、内径をｄ１_ｈとし、その接触痕の等価摩擦直径Ｄ１を（１）式で求めるとともに、前記開口周縁部側の接触痕の外径をｄ２_ｏ、内径をｄ２_ｈとし、その接触痕の等価摩擦直径Ｄ２を（２）式で求めた場合に、Ｄ１＜Ｄ２を満たすとともに、
前記封止部材はステンレス鋼からなり、前記主体金具の表面にはＮｉめっき層が形成されており、
且つ、前記スパークプラグを前記取付孔に取り付ける際の螺合による前記封止部材の圧縮開始直前の状態において、
前記張出部と前記開口周縁部とに挟まれた前記封止部材の周方向と直交する断面で、前記封止部材が前記張出部と前記開口周縁部とのそれぞれに接する点が一点であり、且つ、前記張出部に接する点が、前記開口周縁部に接する点よりも内周側にある断面形状を有することを特徴とするスパークプラグ。
ただし、

とする。
前記主体金具の前記張出部において、前記封止部材を向く側の面の最大外径をＤｚとしたときに、
Ｄｚ＞Ｄ２を満たすことを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。