JP5393881B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の点火に用いられるスパークプラグに関し、特に内部に抵抗体を有するスパークプラグに関する。

自動車エンジン等の内燃機関の点火用に使用されているスパークプラグは、一般に、筒状の主体金具と、この主体金具の内孔に配置される筒状の絶縁体と、この絶縁体の先端側軸孔に配置される中心電極と、他端側軸孔に配置される端子金具と、主体金具の先端側に一端が接合され、他端が中心電極と対向して火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。さらに、電波ノイズの発生を防止することを目的として、軸孔内における中心電極と端子金具との間に抵抗体が設けられてなるスパークプラグも知られている。

ところで、近年の自動車等の内燃機関は、高出力化及び高効率化が求められ、自由なエンジン設計及びエンジン自体の小型化等のために、小型化したスパークプラグの開発が求められている。スパークプラグを小型化するためには、絶縁体の内孔径の小径化が不可避である。しかし、絶縁体を小径化すると、従来のスパークプラグの設計では、負荷寿命性能が低下したり、端子金具の絶縁体への固着力が低下したりすることがあった。また、スパークプラグの製造工程の一つである端子金具を軸孔内に挿入する工程中に絶縁体が破壊して不良品発生率が上昇してしまうことがあった。

このような課題に対して、例えば、特許文献１の請求項１には、「・・・前記導電性ガラスシール層の直径Ｄが３．３ｍｍ以下の範囲にあり、且つ前記導電性ガラスシール層と前記抵抗体との接合面は、曲面状に形成されていることを特徴とするスパークプラグ」が記載されている。この発明によると、「抵抗体と導電性ガラスシール層との密着性を強化して、耐振動性能及び抵抗体負荷寿命特性に優れ、且つ小径化されたスパークプラグを提供することができる」（段落番号００１２欄参照。）と記載されている。

特開２００９−２４５８１６号公報

この発明は、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れ、端子金具を絶縁体の軸孔に圧入する際に絶縁体破壊が生じることによる不良品発生率が低減されたスパークプラグを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、
（１） 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
前記軸孔の一端側で保持される中心電極と、
前記軸孔の他端側で保持される端子金具と、
前記軸孔内で前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続する接続部と、
を備えたスパークプラグにおいて、
前記端子金具は、前記軸孔から露出する第一構成部と前記軸孔に収容される第二構成部とを有し、
前記端子金具における前記第一構成部側を前記軸線方向の後端側としたとき、
前記軸孔は、前記第二構成部の先端部が配置される中径部を有し、
前記第二構成部の先端部の直径を先端部径（Ａ）、
前記中径部の内径を中径部径（Ｂ）、
前記中心電極の後端から前記接続部を構成する接続部材の後端までの長さを充填長（Ｄ）、
前記中心電極の後端から前記第二構成部の先端までの長さを接続部長（Ｃ）とすると、
前記第二構成部の先端部と前記中径部との間の距離（（Ｂ−Ａ）／２）が０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、
収縮量（Ｄ−Ｃ）が６ｍｍ以上２７ｍｍ以下であり、かつ、
前記第二構成部の常温におけるビッカース硬さが１００Ｈｖ以上４３０Ｈｖ以下
であることを特徴とするスパークプラグであり、

前記（１）の好ましい態様は、
（２） 前記第二構成部は、前記第二構成部における前記先端部以外の部位で最も外径の小さい外径最小部を有し、前記外径最小部の直径を外径最小部径（Ｅ）とすると、
前記外径最小部径（Ｅ）と前記先端部径（Ａ）との比（Ｅ／Ａ）が０．８５以上１．１６以下であり、
（３） 前記中径部径（Ｂ）が３．２ｍｍ以下であり、前記距離（（Ｂ−Ａ）／２）をＸ、前記比（Ｅ／Ａ）をＹとしたときに、次の式(i)〜(iv)を満たし、
(i) Ｘ≦０．１９
(ii)Ｙ≧Ｘ＋０．８、
(iii)Ｙ≧０．８５、
(iv)Ｙ≦１．０６Ｘ＋０．９６
（４） 前記比（Ｅ／Ａ）が１．００以上１．１６以下であり、
（５） 前記中径部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であり、
（６） 前記第二構成部の常温におけるビッカース硬さが１５０Ｈｖ以上３５０Ｈｖ以下であり、
（７） 前記第二構成部は凹凸状の表面を備える固着部を有し、前記固着部の前記軸線方向長さが３ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることを特徴とする。

この発明のスパークプラグは、前記距離（（Ｂ−Ａ）／２）、前記収縮量（Ｄ−Ｃ）及び前記第二構成部の常温におけるビッカース硬さが所定の範囲内にあるので、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れ、端子金具を絶縁体の軸孔に圧入する際に絶縁体破壊が生じることによる不良品発生率が低減されたスパークプラグを提供することができる。

この発明のスパークプラグは、前記比（Ｅ／Ａ）が所定の範囲内にあるので、さらに負荷寿命性能に優れる。

この発明のスパークプラグは、前記中径部径（Ｂ）が３．２ｍｍ以下であり、前記距離（（Ｂ−Ａ）／２）をＸ、比（Ｅ／Ａ）をＹとしたときに、前記式（ｉ）〜（iv）を満たすので、さらに一層負荷寿命性能に優れる。

この発明のスパークプラグは、固着部の軸線方向長さが所定の範囲内にあるので、さらに端子金具の絶縁体への固着力に優れる。

この発明のスパークプラグの前記中径部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であると、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力の向上に対して、より一層効果が高い。

図１は、この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの断面全体説明図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、この発明に係るスパークプラグの端子金具の一実施例である端子金具の断面説明図である。 図３は、この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの要部断面説明図である。 図４は、距離（（Ｂ−Ａ）／２）と比（Ｅ／Ａ）との関係を示す図である。

この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグを図１に示す。図１はこの発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグ１の断面全体説明図である。なお、絶縁体の軸線をＯとし、図１では紙面下方を軸線Ｏの先端方向、紙面上方を軸線Ｏの後端方向として、説明する。

このスパークプラグ１は、軸線Ｏ方向に延びる軸孔２を有する絶縁体３と、前記軸孔２の先端側で保持される中心電極４と、前記軸孔２の後端側で保持される端子金具５と、前記軸孔２内で前記中心電極４と前記端子金具５とを電気的に接続する接続部６と、前記絶縁体を収容する主体金具７と、一端が前記主体金具７の先端面に接合されると共に他端が前記中心電極４と間隙を介して対向するように配置された接地電極８とを備える。

前記主体金具７は、略円筒形状を有しており、絶縁体３を収容して保持するように形成されている。主体金具７における先端方向の外周面にはネジ部９が形成されており、このネジ部９を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドにスパークプラグ１が装着される。主体金具７は、導電性の鉄鋼材料、例えば、低炭素鋼により形成されることができる。このネジ部９は小径化を図るためにＭ１２以下とされるのが好ましい。

前記絶縁体３は、主体金具７の内周部に滑石（タルク）１０又はパッキン１１等を介して保持されている。絶縁体３の軸孔２は、軸線Ｏの先端側で中心電極４を保持する小径部１２と、接続部６を収容し、小径部１２の内径よりも内径が大きく第一段部１３を介して小径部１２に隣接している中径部１４と、この中径部１４の内径よりも内径が大きく第二段部１５を介して中径部１４に隣接している大径部１６とを有する。絶縁体３は、絶縁体３における先端方向の端部が主体金具７の先端面から突出した状態で、主体金具７に固定されている。絶縁体３は、機械的強度、熱的強度、電気的強度等を有する材料であることが望ましく、このような材料として、例えば、アルミナを主体とするセラミック焼結体が挙げられる。

前記中心電極４は、軸孔２の小径部１２に収容され、軸孔２の第一段部１３に中心電極４の後端に設けられた径大のフランジ部１７が係止され、先端が絶縁体３の先端面から突出した状態で主体金具７に対して絶縁保持されている。中心電極４は、熱伝導性及び機械的強度等を有する材料で形成されることが望ましく、例えば、インコネル（商標名）等のＮｉ基合金で形成される。中心電極４の軸心部は、Ｃｕ又はＡｇなどの熱伝導性に優れた金属材料により形成されてもよい。

前記接地電極８は、例えば、略角柱体に形成されてなり、一端が主体金具７の先端面に接合され、途中で略Ｌ字に曲げられて、その先端部が中心電極４の先端部と間隙を介して対向するように、その形状及び構造が設計されている。接地電極８は、中心電極４を形成する材料と同様の材料により形成される。

前記中心電極４と前記接地電極８とが対向する面には、白金合金及びイリジウム合金等により形成される貴金属チップ２９，３０が設けられていてもよく、前記中心電極４及び前記接地電極８のいずれか一方にのみ貴金属チップが設けられていてもよい。この態様のスパークプラグ１においては、前記中心電極４及び前記接地電極８の両方に貴金属チップ２９，３０が設けられており、各貴金属チップ２９，３０の間に火花放電間隙ｇが形成されている。

前記端子金具５は、中心電極４と接地電極８との間で火花放電を行なうための電圧を外部から中心電極４に印加するための端子である。端子金具５は、軸孔２の内径よりも外径が大きく、軸孔２から露出して、絶縁体３の軸線Ｏ方向の後端側端面にその一部が当接する第一構成部１８と第一構成部１８の軸線Ｏ方向の先端側端面から先端方向に延在し、軸孔２に収容される第二構成部１９とを有する。端子金具５は、例えば、低炭素鋼等で形成され、その表面にＮｉ金属層がメッキ等で形成されている。

この態様における前記第二構成部１９は、軸線Ｏ方向の先端から軸線Ｏの後端方向に１ｍｍ程度までの部位である先端部２０と前記先端部２０より軸線Ｏの後端側に位置し第一構成部１８と隣接する胴部２２とを有する。前記第二構成部１９は、後述するように軸線Ｏ方向の先端側に凹凸状の表面を備える固着部２５を有し、この固着部２５の後端側に胴部２２の中で最も外径の小さい外径最小部２１があり、その後端側に外径最小部２１より外径の大きい外径大部３６がある。先端部２０は中径部１４に、外径大部３６は大径部１６にそれぞれ収容される。この態様のスパークプラグ１は、先端部２０を含む固着部２５と外径最小部２１と外径大部３６それぞれの外径が異なるので、固着部２５と外径最小部２１との間に第一段差部２３、外径最小部２１と外径大部３６との間に第二段差部２４が形成されている。

なお、この態様のスパークプラグ１における第二構成部１９は、３種類の異なる外径を有する多段状の円柱体であるが、外径が変わらない円柱形状であってもよいし、２種類の異なる外径を有する形状であってもよいし、３種類よりも多くの異なる外径を有する形状であってもよい。例えば、図２に示されるように、第二構成部１９ａ、１９ｂが先端側から順に、第一金具３１ａ、３１ｂから第五金具３５ａ、３５ｂまで外径の異なる複数の円柱形状部で構成されていてもよい。このとき、図２（ａ）に示すように、先端側から順に外径が小さくなり、第三金具３３ａの外径が最も小さく、さらに後端に向かって外径が大きくなっていく形状であってもよいし、これとは反対に先端側から順に外径が大きくなり、第三金具の外径が最も大きく、さらに後端に向かって外径が小さくなっていく形状であってもよい（図示せず。）。また、図２（ｂ）に示すように、先端側から順に後端側に向かって外径が大きくなっていく形状であってもよいし、これとは反対に先端側から順に後端側に向かって外径が小さくなっていく形状であってもよい（図示せず。）。

また、この態様における固着部２５は、第二構成部１９の先端付近の外周面にローレット加工が施されている。第二構成部１９の先端付近の表面が、例えばローレット加工により形成された凹凸構造を有することにより、端子金具５と接続部６との密着性が良好になり、その結果、端子金具５と絶縁体３とが強固に固定される。したがって、第二構成部１９は、第二構成部１９の接続部６と接触する先端付近に固着部２５を有するのが好ましい。

前記接続部６は、軸孔２内で中心電極４と端子金具５との間に配置され、中心電極４と端子金具５とを電気的に接続する。接続部６は、抵抗体２６を有し、この抵抗体２６により電波ノイズの発生を防止する。この態様において接続部６は、抵抗体２６と中心電極４との間に第一シール層２７を、抵抗体２６と端子金具５との間に第二シール層２８を有し、第一シール層２７と第二シール層２８は、絶縁体３と中心電極４と端子金具５とを封着固定している。

抵抗体２６は、ホウケイ酸ソーダガラス等のガラス粉末、ＺｒＯ_２等のセラミック粉末、カーボンブラック等の非金属導電性粉末、及び／又は、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属粉末等を含有する抵抗体組成物を焼結して形成された抵抗材により構成されることができる。この抵抗体５の抵抗値は、通常１００Ω以上である。

第一シール層２７及び第二シール層２８は、ホウケイ酸ソーダガラス等のガラス粉末、Ｃｕ、Ｆｅ等の金属粉末を含むシール粉末を焼結して形成されたシール材により構成されることができる。第一シール層２７及び第二シール層２８の抵抗値は、通常数１００ｍΩ以下である。

なお、接続部６は、第一シール層２７と第二シール層２８とがなく抵抗体２６のみにより形成されていてもよく、また第一シール層２７又は第二シール層２８の一方と抵抗体２６とにより形成されていてもよい。

以下において、接続部６を構成する抵抗材及び／又はシール材を総称して接続部材、接続部６を形成する抵抗体組成物及び／又はシール粉末を総称して接続粉末ということもある。

この発明のスパークプラグは、図３に示すように、第二構成部１９の先端部２０の直径を先端部径（Ａ）、中径部１４の内径を中径部径（Ｂ）、中心電極４の後端から接続部６を構成する接続部材の後端までの長さを充填長（Ｄ）、中心電極４の後端から第二構成部１９の先端までの長さを接続部長（Ｃ）としたとき、以下の（１）〜（３）の条件を満たす。
（１）第二構成部１９の先端部２０と中径部１４との間の距離（（Ｂ−Ａ）／２）が０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、好ましくは０．１９ｍｍ以下である。
（２）収縮量（Ｄ−Ｃ）が６ｍｍ以上２７ｍｍ以下である。
（３）第二構成部１９の常温におけるビッカース硬さが１００Ｈｖ以上４３０Ｈｖ以下であり、好ましくは１５０Ｈｖ以上３５０Ｈｖ以下である。

前記（１）の距離（（Ｂ−Ａ）／２）及び前記（３）のビッカース硬さが前記範囲内にあると、第二構成部１９の軸線Ｏに直交する方向への湾曲及び撓みを抑制することができる。後述するプレス工程、すなわち、端子金具５を軸孔２に圧入する際に、端子金具５が必要以上に湾曲及び撓むことがないと、接続部６を形成する抵抗体組成物にその圧力を効果的に伝達することができるので、高密度の抵抗体２６を形成することができ、その結果、負荷寿命性能の優れたスパークプラグを提供することができる。

また、前記（１）の距離（（Ｂ−Ａ）／２）が狭い場合には、端子金具５の絶縁体３への固着力（以下において、端子固着力と称することがある。）が低下するおそれがあるところ、前記（２）の収縮量（Ｄ−Ｃ）が前記範囲内にあると、接続部材と絶縁体３の内周面及び接続部材と第二構成部１９の先端付近例えば固着部２５の外周面の接触面積が十分に得られるので、端子金具５の絶縁体３への固着力が良好となる。その結果、スパークプラグが継続的に振動を受けた場合でも端子金具５が軸孔２内でがたつくのを抑制することができる。

また、前記（２）の収縮量（Ｄ−Ｃ）が前記範囲内にあると、端子金具５を絶縁体３の軸孔２に圧入する際に、抵抗体組成物にその圧力を十分に伝達することができるので、高密度の抵抗体２６が得られる。

前記距離（（Ｂ−Ａ）／２）が０．０２ｍｍより小さいと、端子金具５を軸孔２内に挿入するのが難しくなる場合があり、また、端子固着力が低下するおそれがある。前記距離（（Ｂ−Ａ）／２）が０．２ｍｍより大きいと、特に０．１９ｍｍより大きいと端子金具５を絶縁体３の軸孔２に圧入する際に、抵抗体組成物にその圧力を十分に伝達することができず、高密度の抵抗体２６が得られないことがある。

前記収縮量（Ｄ−Ｃ）が６ｍｍより小さいと、端子固着力が不十分となるおそれがある。また、端子金具５を絶縁体３の軸孔２に圧入する際に、抵抗体組成物にその圧力を十分に伝達することができず、高密度の抵抗体２６が得られず、負荷寿命性能に劣るスパークプラグとなるおそれがある。前記収縮量（Ｄ−Ｃ）が２７ｍｍより大きいと、端子金具５を絶縁体３の軸孔２に圧入する際に、高い圧力が抵抗体組成物に伝達されるので、中径部１４と小径部１２との境界付近が割れ易くなり、不良品発生率が高くなる。

前記ビッカース硬さが１００Ｈｖより小さいと、端子金具５を絶縁体３の軸孔２に圧入する際に、抵抗体組成物にその圧力を十分に伝達することができず、高密度の抵抗体２６が得られないおそれがある。前記ビッカース硬さが４３０Ｈｖより大きいと、端子金具５を絶縁体３の軸孔２に圧入する際に、高い圧力が抵抗体組成物に伝達されるので、中径部１４と小径部１２との境界付近が割れ易くなり、不良品発生率が高くなる。

この発明のスパークプラグは、前記第二構成部１９における最も外径の小さい前記外径最小部２１の直径を外径最小部径（Ｅ）としたとき、さらに以下の（４）の条件を満たすのがよい。
（４）前記外径最小部径（Ｅ）と前記先端部径（Ａ）との比（Ｅ／Ａ）が０．８５以上１．１６以下であり、好ましくは１．００以上１．１６以下である。

前記外径最小部２１は、前記胴部２２において最も外径が小さく、軸線Ｏ方向の長さが１ｍｍ以上の部位である。例えば、図２（ａ）に示される端子金具５ａにおいて、外径最小部は第三金具３３ａであり、図２（ｂ）に示される端子金具５ｂにおいて、外径最小部は第一金具３１ｂである。

前記（４）の比（Ｅ／Ａ）が前記範囲内にあると、第二構成部１９の軸線Ｏに直交する方向への湾曲及び撓みをより一層抑制することができ、さらに負荷寿命性能に優れる。さらに、外径最小部径（Ｅ）が先端部径（Ａ）より大きいすなわち比（Ｅ／Ａ）が１より大きいと、第二構成部１９の強度が高くなり、湾曲及び撓みが抑制され、さらに絶縁体３を軸孔２内に挿入する際に絶縁体３が割れるのを低減することができる。前記端子金具５が、軸孔２との間に適度な間隙を有する外径を有すると、端子金具５を絶縁体３の軸孔２に圧入する際に、絶縁体が割れることなく端子金具５を軸孔２内に挿入することができる。

この発明のスパークプラグは、中径部径（Ｂ）が３．２ｍｍ以下であり、前記距離（（Ｂ−Ａ）／２）をＸ、前記比（Ｅ／Ａ）をＹとしたときに、さらに次の式(i)〜(iv)を満たすのがよい。
(i) ０．０２≦Ｘ≦０．１９
(ii)Ｙ≧Ｘ＋０．８
(iii)Ｙ≧０．８５
(iv)Ｙ≦１．０６Ｘ＋０．９６

図４は、前記距離（（Ｂ−Ａ）／２）をＸ軸に、前記比（Ｅ／Ａ）をＹ軸にとって前記式（i）〜（iv）の等号が成り立つ式に対応する直線を示した図である。前記式（i）〜（iv）を満たすとき、図４においてＸ及びＹは直線（１）〜（５）に囲まれる領域にある。

前記式（i） ０．０２≦Ｘ≦０．１９であるとき、すなわち図４においてＸが直線（１）と直線（２）とに挟まれる領域にあるとき、前述したように、第二構成部１９の軸線Ｏに直交する方向への湾曲及び撓みをより一層抑制することができる。

Ｘが前記範囲内にあるとき、前記式（ii）Ｙ≧Ｘ＋０．８及び前記式（iii）Ｙ≧０．８５を満たすと、すなわち図４においてＸが直線（１）と（２）とに挟まれる領域にあり、Ｙが直線（３）及び直線（４）より大きい領域にあると、第二構成部１９の軸線Ｏに直交する方向への湾曲及び撓みをより一層抑制することができる。Ｙすなわち比（Ｅ／Ａ）は端子金具の先端部の太さに対する胴部２２における最も細い部分の太さの比であり、Ｘすなわち距離（（Ｂ−Ａ）／２）は先端部２０と軸孔２との間隙を示す。前記間隙が大きくなるほど、先端部２０の太さと胴部２２の太さとの差が小さくなる方が第二構成部１９の湾曲及び撓みを抑制することができ、さらに先端部２０より胴部２２が太くなる方が第二構成部１９の強度が高くなり湾曲及び撓みを抑制することができる。ただし、Ｙが大きくなると、第二構成部１９の湾曲及び撓みは抑制されるものの、Ｙが１．０を超えて大きくなるにしたがって胴部２２が先端部２０より太くなり、先端部２０と軸孔２との間隙を示すＸが所定の範囲に維持できていたとしても、胴部２２が太いために端子金具５を軸孔２内に挿入する際に絶縁体３が割れてしまうおそれがある。したがって、前記式（iv）Ｙ≦１．０６Ｘ＋０．９６を満たす、すなわち図４においてＹは直線（５）より小さい領域にあるのがよい。

この発明のスパークプラグは、前記固着部２５の軸線Ｏ方向長さを固着部長（Ｆ）としたとき、さらに、以下の（５）の条件を満たすのがよい。
（５）固着部長（Ｆ）が３ｍｍ以上２５ｍｍ以下である。

前記（５）の固着部長（Ｆ）が前記範囲内にあると、より一層端子固着力が向上する。

この発明のスパークプラグは、前記中径部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であると、負荷寿命性能の向上及び端子固着力の向上に対してより一層効果が高い。

前記（Ａ）〜（Ｆ）それぞれの寸法は、スパークプラグを軸線Ｏに直交する方向からＸ線透過装置で撮影し、該当箇所を測定することにより得ることができる。図３に示すように、先端部径（Ａ）は、例えば、第二構成部１９の先端から軸線Ｏの後端方向へ１ｍｍの部位における軸線Ｏに直交する方向の距離を測定する。中径部径（Ｂ）は、前記部位における中径部１４の軸線Ｏに直交する方向の距離を測定する。接続部長（Ｃ）は、中心電極４の後端から第二構成部１９の先端までの軸線Ｏ方向の長さを測定する。充填長（Ｄ）は、中心電極４の後端から接続部材の後端までの軸線Ｏ方向の長さを測定する。外径最小部径（Ｅ）は、第二構成部１９における最も外径の小さく、軸線Ｏ方向の長さが１ｍｍ以上の部位における軸線Ｏに直交する方向の距離を測定する。固着部長（Ｆ）は、第二構成部１９の表面に設けられた凹凸状の部分の軸線Ｏ方向の長さを測定する。

第二シール層２８の後端側には軸孔２の内周面に付着しているシール材が認められる。このシール材の最も軸線Ｏ方向の後端側に位置する箇所がシール材の後端となる。後述するプレス工程の前に軸孔２内に充填されていたシール粉末は、荷重及び熱が加えられ、圧縮されて第二シール層２８を構成するシール材となる。一方、シール粉末の一部は軸孔２の内周面に付着したままシール材となって残留する。したがって、軸線Ｏの最後端にあるシール材の位置は、プレス工程前に軸孔２内に充填されていたシール粉末の後端の位置と同じであると推定される。よって、充填長（Ｄ）と接続部長（Ｃ）との差（Ｄ−Ｃ）は、プレス工程前後における接続部６の軸線Ｏ方向の収縮長さを示す。

なお、この実施形態においては、接続部６は第一シール層２７と抵抗体２６と第二シール層２８とを有し、軸線Ｏの先端方向から第一シール層２７、抵抗体２６、第二シール層２８の順に配設されているが、第一シール層２７と第二シール層２８とがなく、抵抗体２６のみで接続部６が形成される態様、抵抗体２６と第一シール層２７とで接続部６が形成される態様、抵抗体２６と第二シール層２８とで接続部６が形成される態様でもよい。したがって、この実施形態において、軸孔２の内周面に付着して残存する成分は第二シール層２８を構成するシール材であるが、例えば、第二シール層２８がなく、第一シール層２７と抵抗体２６とで接続部６が形成される態様の場合には、軸孔２の内周面に付着して残存する成分として抵抗体２６を構成する抵抗材が認められる。この場合には、中心電極４の後端から抵抗材の最も軸線Ｏ方向の後端側に位置する箇所までの軸線Ｏ方向の長さが充填長（Ｄ）となる。

前記第二構成部１９の常温におけるビッカース硬さは、第二構成部１９の先端から２ｍｍの位置で軸線Ｏに直交する面で切断して得られた断面を研磨し、この研磨面における任意の５点についてＪＩＳＺ２２４４に準拠して硬度を測定し、これらの平均値を算出することにより得ることができる。前記第二構成部１９の常温におけるビッカース硬さは、端子金具の材質を選択したり、炭素量を変化させたり、熱処理条件を変化させたりすることにより調整することができる。

前記スパークプラグ１は、例えば次のようにして製造される。
まず、公知の方法により所定の形状に中心電極４、接地電極８、主体金具７、端子金具５及び絶縁体３を作製し（準備工程）、主体金具７の先端面に、レーザ溶接等により接地電極８の一端部を接合する（接地電極接合工程）。

一方、絶縁体３の軸孔２内に中心電極４を挿入して、軸孔２の第一段部１３に中心電極４のフランジ部１７を係止し、小径部１２に中心電極４を配置する（中心電極配設工程）。

次いで、第一シール層２７を形成するシール粉末、抵抗体２６を形成する抵抗体組成物、及び第二シール層２８を形成するシール粉末をこの順に前記軸孔２内の後端側から入れて、プレスピンを軸孔２内に挿入して６０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧力で予備圧縮して、中径部１４にシール粉末と抵抗体組成物とを充填する（充填工程）。

次いで、前記軸孔２内の後端側から端子金具５の先端部２０を挿入して、先端部２０がシール粉末に接触するように端子金具５を配設する（配設工程）。

次いで、接続粉末をシール粉末に含まれるガラス粉末のガラス軟化点以上の温度、例えば８００〜１０００℃の温度で３〜３０分にわたって加熱しつつ、端子金具５の第一構成部１８の先端面が絶縁体３の後端面に当接するまで圧入して、シール粉末及び抵抗体組成物を圧縮加熱する（プレス工程）。

こうしてシール粉末及び抵抗体組成物が焼結して抵抗体２６、第一シール層及び第二シール層が形成される。このとき、上記（１）〜（３）の条件を満たすスパークプラグは、端子金具５から抵抗体組成物への圧力が効果的に伝達されているので、高密度の抵抗体２６を得ることができる。

また、フランジ部１７と軸孔２との隙間及び先端部２０と軸孔２との間隙にシール材が充填されて、軸孔２内に中心電極４と端子金具５とが封着固定される。このとき、上記（２）の条件を満たすスパークプラグ１は、先端部２０と軸孔２との間隙に適度にシール材が充填されるので、端子金具５の絶縁体３への固着力に優れる。

次いで接地電極８が接合された主体金具７に、中心電極４及び端子金具５等が固定された絶縁体３を組み付ける（組立工程）。

最後に接地電極８の先端部を中心電極４側に折り曲げて、接地電極８の一端が中心電極４の先端部と対向するようにして、スパークプラグ１が製造される。

この発明に係るスパークプラグは、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン等の点火栓として使用され、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に前記ネジ部１０が螺合されて、所定の位置に固定される。この発明に係るスパークプラグは、如何なる内燃機関にも使用することができるが、小径化したスパークプラグにおいて特に効果が発揮されるから、スパークプラグの省スペース化が要求される内燃機関に好適に使用されることができる。

この発明に係るスパークプラグは、前記した実施例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。例えば、前記スパークプラグ１は、端子金具５の先端付近にローレット加工が施された固着部２５を有しているが、固着部の表面はシール材との密着性が良好になる形状、例えば凹凸状であれば特に限定されず、ネジ切加工等により形成された形状であってもよい。また、固着部２５の外周面全体が凹凸状であってもよいし、表面の一部が凹凸状であってもよい。

この発明に係るスパークプラグは、第一構成部の軸線方向長さや径によらず、前記（１）〜（３）、特に（１）〜（５）の要件を満たすことにより、負荷寿命性能及び端子金具の絶縁体への固着力に優れ、端子金具を絶縁体の軸孔に圧入する際に絶縁体破壊が生じることによる不良品発生率が低減されたスパークプラグとすることができる。

＜スパークプラグの作製＞
図１に示すスパークプラグを、前述した製造工程にしたがって作製した。先端部径（Ａ）、外径最小部径（Ｅ）、固着部長（Ｆ）、中径部径（Ｂ）、接続部長（Ｃ）及び充填長（Ｄ）を変化させて、表１に示す種々の寸法のスパークプラグを作製した。
前記各種寸法は、Ｘ線透過装置を用いて測定した。
なお、端子金具は低炭素鋼により製造され、その成分を調整することによりビッカース硬さを変化させた。第二構成部の常温におけるビッカース硬さは、前述したように、ＪＩＳＺ２２４４に準拠して測定した。

＜評価方法＞
（負荷寿命性能試験）
製造したスパークプラグを３５０℃の環境下に置き、２０ｋＶの放電電圧を印加して、１分間に３６００回放電させ、この試験前後のスパークプラグの抵抗体の抵抗値（Ｒ_０、Ｒ_１）を測定した。上記試験を１０回行い、初期抵抗値Ｒ_０に対する試験後の抵抗値Ｒ_１の平均値（Ｒ_１／Ｒ_０）が１．５倍以上になった時間を測定し、この時間が長いほど負荷寿命性能が良好であるとして、次の基準にしたがって評価した。評価結果を表２に示す。
１：１５０時間未満
２：１５０時間以上２００時間未満
３〜９：２００時間以上のときは、５０時間毎に１点加算
１０：５５０時間以上

（端子固着力試験）
金属端子の第一構成部を治具にて挟み、この治具をオートグラフで引張り、金属端子が絶縁体から引き抜けたときの強さを測定した。端子固着力は次の基準にしたがって評価した。評価結果を表２に示す。
１：２５００Ｎ未満
５：２５００Ｎ以上３５００Ｎ未満
１０：３５００Ｎ以上、又は端子金具が破壊

（絶縁体破壊による不良発生率の評価）
スパークプラグを２０本作製したときに、製造工程中に絶縁体が破壊することにより不良品と判定された個数の割合を次の基準にしたがって評価した。評価結果を表２に示す。
１：３０％以上
５：５％以上３０％未満
１０：５％未満

なお、表２における総合判定は次の基準にしたがって行なった。
×：上記３つの評価項目の中で５点未満の評価がある場合
○：上記３つの評価項目の中で５点の評価結果があり、その他は５点以上である場合
◎：上記３つの評価項目の中で全てが５点よりも高く全てが１０点ではないとき
◎◎：上記３つの評価項目の結果が全て１０点であるとき

この発明の範囲に含まれるスパークプラグは、表２に示されるように、負荷寿命性能、端子固着力に優れ、絶縁体が破壊することによる不良品発生率が低かった。一方、この発明の範囲外のスパークプラグは、上記いずれかの少なくとも１つが劣っていた。

距離（（Ｂ−Ａ）／２）が０．０２ｍｍよりも小さい試験Ｎｏ．１のスパークプラグは、この発明の範囲に含まれるスパークプラグに比べて端子固着力に劣っていた。また、距離（（Ｂ−Ａ）／２）が０．２ｍｍよりも大きい試験Ｎｏ．６，３０、３２のスパークプラグは、この発明の範囲に含まれるスパークプラグに比べて負荷寿命性能に劣っていた。収縮量（Ｄ−Ｃ）が６ｍｍよりも小さい試験Ｎｏ．２７のスパークプラグは、この発明の範囲に含まれるスパークプラグに比べて負荷寿命性能及び端子固着力のいずれもが劣っていた。収縮量（Ｄ−Ｃ）が２７ｍｍよりも大きい試験Ｎｏ．２９のスパークプラグは、絶縁体が破壊することによる不良品発生率が高かった。端子金具のビッカース硬さが１００Ｈｖよりも小さい試験Ｎｏ．１６のスパークプラグは、この発明の範囲に含まれるスパークプラグに比べて絶縁体が破壊することによる不良品発生率が高かった。端子金具のビッカース硬さが４３０Ｈｖよりも大きい試験Ｎｏ．２１のスパークプラグは、この発明の範囲に含まれるスパークプラグに比べて絶縁体が破壊することによる不良品発生率が高かった。

表１及び２において総合判定が「○」「◎」「◎◎」であった試験について、距離（（Ｂ−Ａ）／２）をＸ、比（Ｅ／Ａ）距離をＹとして図にプロットした。図４は、（（Ｂ−Ａ）／２）と比（Ｅ／Ａ）との関係を示す。図４においては、表２に示される負荷寿命性能の評価結果を次の基準にしたがって分類し、それぞれ記号の種類を変えて表示した。
○：負荷寿命性能が１０点のとき
◇：負荷寿命性能が８点のとき
＊：負荷寿命性能が７点のとき
▲：負荷寿命性能が６点のとき
■：負荷寿命性能が５点のとき

図４において、負荷寿命性能が７点以上である「○」「◇」「＊」を含むように直線を引いてみたところ、次の５つの式が得られた。
Ｘ≧０．０２・・・（１）
Ｘ≦０．１９・・・（２）
Ｙ≧Ｘ＋０．８・・・（３）
Ｙ≧０．８５・・・（４）
Ｙ≦１．０６Ｘ＋０．９６・・・（５）

図４に示されるように、Ｘ及びＹが式（１）〜式（５）に囲まれる領域にあるとき、負荷寿命性能により一層優れていた。

１ スパークプラグ
２ 軸孔
３ 絶縁体
４ 中心電極
５ 端子金具
６ 接続部
７ 主体金具
８ 接地電極
９ ネジ部
１０ タルク
１１ パッキン
１２ 小径部
１３ 第一段部
１４ 中径部
１５ 第二段部
１６ 大径部
１７ フランジ部
１８ 第一構成部
１９ 第二構成部
２０ 先端部
２１ 外径最小部
２２ 胴部
２３ 第一段差部
２４ 第二段差部
２５ 固着部
２６ 抵抗体
２７ 第一シール層
２８ 第二シール層
２９，３０ 貴金属チップ
３１ａ〜３５ａ、３１ｂ〜３５ｂ 第一金具、第二金具、第三金具、第四金具、第五金具
３６ 外径大部

Claims (7)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、
   前記軸孔の一端側で保持される中心電極と、
   前記軸孔の他端側で保持される端子金具と、
   前記軸孔内で前記中心電極と前記端子金具とを電気的に接続する接続部と、
   を備えたスパークプラグにおいて、
   前記端子金具は、前記軸孔から露出する第一構成部と前記軸孔に収容される第二構成部とを有し、
   前記端子金具における前記第一構成部側を前記軸線方向の後端側としたとき、
   前記軸孔は、前記第二構成部の先端部が配置される中径部を有し、
   前記第二構成部の先端部の直径を先端部径（Ａ）、
   前記中径部の内径を中径部径（Ｂ）、
   前記中心電極の後端から前記接続部を構成する接続部材の後端までの長さを充填長（Ｄ）、
   前記中心電極の後端から前記第二構成部の先端までの長さを接続部長（Ｃ）とすると、
   前記第二構成部の先端部と前記中径部との間の距離（（Ｂ−Ａ）／２）が０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、
   収縮量（Ｄ−Ｃ）が６ｍｍ以上２７ｍｍ以下であり、かつ、
   前記第二構成部の常温におけるビッカース硬さが１００Ｈｖ以上４３０Ｈｖ以下
   であることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記第二構成部は、前記第二構成部における前記先端部以外の部位で最も外径の小さい外径最小部を有し、前記外径最小部の直径を外径最小部径（Ｅ）とすると、
   前記外径最小部径（Ｅ）と前記先端部径（Ａ）との比（Ｅ／Ａ）が０．８５以上１．１６以下であることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグ。
3. 前記中径部径（Ｂ）が３．２ｍｍ以下であり、前記距離（（Ｂ−Ａ）／２）をＸ、前記比（Ｅ／Ａ）をＹとしたときに、次の式(i)〜(iv)を満たすことを特徴とする請求項２に記載のスパークプラグ。
   (i) Ｘ≦０．１９
   (ii)Ｙ≧Ｘ＋０．８
   (iii)Ｙ≧０．８５
   (iv)Ｙ≦１．０６Ｘ＋０．９６
4. 前記比（Ｅ／Ａ）が１．００以上１．１６以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載のスパークプラグ。
5. 前記中径部径（Ｂ）が２．９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
6. 前記第二構成部の常温におけるビッカース硬さが１５０Ｈｖ以上３５０Ｈｖ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパークプラグ。
7. 前記第二構成部は凹凸状の表面を備える固着部を有し、前記固着部の前記軸線方向長さが３ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパークプラグ。

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