JP5414897B2 - 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。

中心電極は軸孔の先端側に配置される脚部とこの脚部の後端側に脚部より径の大きい大径部を有し、絶縁体の軸孔の内径が変化する部分である棚部にこの大径部が支持されるように配置される。大径部の後端側にはさらに大径部より径の小さい突出部が設けられることがあり、大径部及び突出部の外周部分に、すなわち大径部及び突出部と絶縁体との間にシール材が設けられ、このシール材により中心電極が軸孔内に固定される。

特許文献１には、シール材の充填性を改良することにより、中心電極に要求される耐衝撃性を十分に向上させており、そのようなスパークプラグとして「・・上記中心電極の頭部に直径方向に縦断する平行溝を穿設する平行溝の端部から中心電極の周縁部までの距離をＢ、更に上記平行溝の穿設に伴って中心電極の頭部に形成される突起の高さをＣとした場合に、１３≦Ｂ／Ａ≦４０ １０≦Ｃ／Ａ≦３５であるスパークプラグ。」（特許文献１の請求項１参照。）が記載されている。

特開平９−２６６０５５号公報

中心電極を軸孔内に良好に固定するためには、シール材が中心電極の外周に均等に設けられているのがよい。しかし、中心電極における突出部が、中心電極の軸線に対して軸線対称な形状でない場合、例えば、円柱状の突出部の軸線が中心電極の軸線に対して径方向にずれて形成されている場合には、中心電極と絶縁体との間の空間が放射状に均等に形成されないために、シール材の厚みの厚い部分と薄い部分とができてしまう。その結果、スパークプラグが実機で使用された場合に、振動や高温状態による熱膨張等により、シール材の薄い部分が弱点となって中心電極が軸孔内でがたつくおそれがある。

この発明の課題は、中心電極の突出部の軸線と脚部の軸線とのずれ幅を示す偏芯量が低減され、また、突出部の側面に形成された窪みの深さを示す窪み量が低減された中心電極を備えることにより、シール材が突出部の外周に径方向に均等に形成され、その結果、中心電極の軸孔内への固定が良好なスパークプラグを提供することである。

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、前記軸孔の先端側を形成する第１内周面、前記軸孔の後端側を形成し、前記第１内周面より大きい内径を有する第２内周面、及び前記第１内周面と前記第２内周面とを連結する棚部を有する絶縁体と、
前記棚部に支持される大径部、前記大径部から後端側に突出する突出部、及び前記大径部に隣接し、前記第１内周面により囲まれる空間に突出する円柱状の脚部を有する塑性加工で成形された中心電極と、
前記中心電極を前記軸孔内に固定させるためのシール部と、
を備えたスパークプラグであって、
前記突出部を包囲可能な最小径を有する仮想円筒の径をＡ（ｍｍ）、前記大径部における最大径をＢ（ｍｍ）、前記第１内周面に囲まれた空間に存在する前記脚部の平均径をＣ（ｍｍ）とすると、Ｃ＜Ａのとき、
Ａ−Ｃ≦Ｂ−Ａ
であり、
前記突出部の軸線方向長さＬ´を前記脚部の平均径Ｃで割った値（Ｌ´／Ｃ）が１以上のとき、
前記突出部の体積Ｖを前記脚部の断面積Ｄで割ることにより得られる成形前突出部長さ（Ｖ／Ｄ）をＬとし、前記成形前突出部長さＬに対する前記成形前突出部長さＬと前記突出部の軸線方向長さＬ´との差（Ｌ−Ｌ´）の割合である据え込率（Ｌ−Ｌ´）／Ｌ×１００（％）が１３％以下であることを特徴とするスパークプラグである。

この発明のスパークプラグによると、Ｃ＜Ａのとき、Ａ−Ｃ≦Ｂ−Ａであるので、中心電極の突出部の軸線と脚部の軸線とのずれ幅を示す偏芯量が低減され、また突出部の側面に形成された窪みの深さを示す窪み量が低減された中心電極とすることができる。それによって、シール材が突出部の外周に径方向に均等に形成され、その結果、中心電極の軸孔内への固定が良好な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によると、突出部の軸線方向長さＬ´を前記脚部の平均径Ｃで割った値（Ｌ´／Ｃ）が１以上のとき、据え込率（Ｌ−Ｌ´）／Ｌ×１００（％）が１３％以下であるので、偏芯量及び窪み量をより一層低減することができ、その結果、中心電極の軸孔内への固定がより一層良好なスパークプラグを提供することができる。

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３は、この発明における中心電極の製造工程の一例を示す工程図である。 図４は、この発明における中心電極の製造工程の一例を示す工程図である。 図５は、偏芯量を説明するための説明図である。 図６は、窪み量を説明するための説明図である。 図７は、ダイスＤ８の軸がダイスＤ７の軸に対してずれて配置された場合を示す説明図である。 図８は、据え込率を説明するための説明図である。 図９は、Ｌ´／Ｃと偏芯量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の先端側でシール材６により固定される中心電極４と、前記軸孔２の後端側に配置される端子金具５と、前記絶縁体３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ｇ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。

前記接地電極８は、例えば、略角柱状を有しており、一端が主体金具７の先端面に接合され、途中で略Ｌ字状に曲げられて、その先端部が中心電極４の先端部と間隙ｇ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鍔部１０と鍔部１０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に収容される略円柱状の棒状部１１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。

前記絶縁体３は、主体金具７の内周部に滑石（タルク）１２又はパッキン１３等を介して保持されている。絶縁体３は、前記軸孔２の先端側を形成する第１内周面１４、前記軸孔２の後端側を形成し、前記第１内周面１４より大きい内径を有する第２内周面１５、及び前記第１内周面１４と前記第２内周面１５とを連結する棚部１６を有する。絶縁体３は、その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、前記棚部１６に支持される頭部１７と前記頭部１７に隣接し、かつ前記第１内周面１４により囲まれる空間に突出する略円柱状の脚部１８とを有し、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。前記頭部１７は、脚部１８より径が大きく、棚部１６に支持される大径部１９と大径部１９より径が小さく、前記大径部１９の後端から後端側に突出する突出部２０とを有する。

前記大径部１９は、軸線Ｏ方向の先端側から順に拡径部２３と最大径部２４と縮径部２５とを有し、縮径部２５の後端側に突出部２０が連設されている。前記拡径部２３が前記棚部１６に支持されて、軸孔２内に中心電極４が固定されている。この実施態様においては、拡径部２３はテーパ状に形成され、最大径部２４の外周面は円柱状に形成され、縮径部２５は、円柱状の最大径部２４とこの最大径部２４より外径の小さい円柱状の突出部２０とを連結して、軸線Ｏに直交する平面として形成されている。

この実施態様においては、前記突出部２０は円柱状に形成され、前記突出部２０における大径部１９とは反対側の端部には逆円錐状の凹部２６が形成されている。凹部２６が形成されていると、シール材６と頭部１７とが接触する面積が増大するので、シール材６と頭部１７とが密着し易くなる。

前記脚部１８は、前記大径部１９に隣接し、かつ前記第１内周面１４により囲まれる空間に突出する円柱状の軸状部と、この軸状部に隣接しかつ軸状部より外径の小さい径中部と、この径中部に隣接しかつ径中部より外径の小さい径小部と、この径小部に隣接して径小部の外径より縮径して円錐台形を有している先端部３０とを有する。この態様においては、前記先端部３０全体が絶縁体３の先端面から露出しているが、前記先端部３０の一部のみが絶縁体３の先端面から露出していてもよいし、径小部の一部と先端部３０の全体とが絶縁体３の先端面から露出していてもよい。

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）６００等のＮｉ基合金で形成される。なお、中心電極４は、Ｎｉ基合金等の一種類の材料により形成される単一構造に限定されず、Ｎｉ基合金等により形成された外層２７とこの外層２７により内包され、かつ前記外層２７より熱伝導率の高い材料で形成された内層２８とを有する２層構造であっても良いし、外層とこの外層に内包される内層とこの内層に内包され、かつ互いに隣接する層とは異なる材料により形成される一層以上の層を有する層構造であっても良い。前記内層２８を形成する材料として、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、又はＡｇ合金等を挙げることができる。

前記シール材６は、前記棚部１６と前記第２内周面１５と前記頭部１７とにより囲まれる空間に設けられることにより前記中心電極４を前記軸孔２内に固定する。シール材６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ることができる。シール材６の抵抗値は、通常数１００ｍΩ以下である。

中心電極４と端子金具５との間には、前記シール材６を介して抵抗体２１が設けられている。抵抗体２１は、中心電極４と端子金具５とを電気的に接続し、この抵抗体２１により電波ノイズの発生が防止される。抵抗体２１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ることができる。この抵抗体２１の抵抗値は、通常１００Ω以上である。

この態様においては、抵抗体２１と端子金具５との間に前記シール材６と同様の材料により形成される第２シール材２２が設けられ、端子金具５が絶縁体３に対して封着固定されている。第２シール材２２は必要に応じて設けられ、第２シール材２２がない場合には、前記抵抗体２１により端子金具５が絶縁体３に対して封着固定される。

このスパークプラグは、図２（ａ）に示すように、突出部２０を包囲可能な最小径を有する仮想円筒の径をＡ（ｍｍ）、大径部１９における最大径をＢ（ｍｍ）、脚部１８の平均径をＣ（ｍｍ）とすると、Ｃ＜Ａのとき、Ａ−Ｃ≦Ｂ−Ａである。換言すると、突出部２０が脚部１８より太いとき、大径部１９の径と突出部２０の径との差が突出部２０の径と脚部１８の径との差より大きい。前記関係式を満たすことにより、図２（ｂ）に示すように、中心電極４の突出部２０の軸線Ｘと脚部１８の軸線Ｙとのずれ幅を示す偏芯量ａが低減され、また、突出部２０の側面に形成された窪み３３の深さを示す窪み量ｂが低減された中心電極４を形成することができる。

スパークプラグの製造工程において、中心電極４と絶縁体３とを組み付ける際に、軸孔２に挿入される中心電極４は、脚部１８の軸線Ｙと絶縁体３の軸線Ｏとが一致するように配置される。偏芯量ａの大きい中心電極が配置された場合には、絶縁体３の軸線Ｏに対して突出部２０の軸線Ｘが大きくずれるので、突出部２０と第２内周面１５との間に広い空間と狭い空間とが形成されて、径方向に偏った空間となってしまう。この空間には、シール材６を形成するシール粉末が充填され、加熱圧縮することでシール材６となり、このシール材６によって軸孔２内に中心電極４が固定される。前記空間が軸線Ｏの径方向に均等に形成されずに、狭い空間が一部に存在すると、その狭い空間へのシール粉末の充填量が少なくなり、この部分での中心電極４の絶縁体３への固着力が弱くなってしまう。突出部２０の側面に窪み３３が形成されている場合にも、同様のことが生じる。すなわち、図２（ｂ）に示すように、突出部２０の側面に窪み３３があると、窪み３３の存在する部分に対応する空間にはシール粉末の充填量が多くなるが、相対的に他の空間にはシール粉末の充填量が少なくなる。そうすると、中心電極４の外周に均等にシール材６が形成されないので、中心電極４が径方向に均等に絶縁体３に固定されず、シール材６の量が相対的に少ない部分が弱点となってしまう。その結果、スパークプラグが実機で使用された場合に、振動や高温状態による熱膨張等により中心電極４が軸孔２内でがたつくことがある。

しかし、この発明のスパークプラグによると、偏芯量ａ及び窪み量ｂが低減された中心電極４が設けられているので、中心電極４を絶縁体３に組み付けた後に、突出部２０と第２内周面１５との間に軸線Ｏの径方向に均等に空間が形成されることができる。それによって、この空間にシール粉末が径方向に均等に充填されることができるので、中心電極４の軸孔２への固定が良好なスパークプラグを提供することができる。

Ｃ＜Ａのとき、Ａ−Ｃ≦Ｂ−Ａであると、偏芯量ａ及び窪み量ｂが低減された中心電極４を形成することができるのは、中心電極４の製造工程における段取りに起因する。したがって、この発明の理解を容易にするために、まず、中心電極４の製造方法を中心にして、スパークプラグ１の製造方法の一例を以下に説明する。

図３及び図４は、中心電極の製造工程を示す説明図である。まず、インコネル６００等の中心電極を形成するＮｉ基合金製線材を所定の長さに切断し、切断した線材の両端面を打撃して平面に形成し、円柱状外被材４１を形成する。次いで、この円柱状外被材４１を図４の（ａ）に示すダイスＤ１、パンチＰ１及びピンｐ１からなる鋳造装置６１により冷間鋳造する。具体的には、円柱状外被材４１をダイスＤ１の丸穴ｄ１内に挿入してパンチＰ１で穿つことによって、断面形状が円柱状であり、上端面に浅い凹み、下端面の外周に丸みを有する中間外被材４２を形成する。なお、ピンｐ１は、成形後の中間外被材４２をダイスＤ１の丸穴ｄ１から突き出すためのキックアウトピンである。

さらに、中間外被材４２を図４の（ｂ）に示すダイスＤ２、パンチＰ２及びピンｐ２からなる鋳造装置６２により冷間鋳造する。具体的には、中間外被材４２をダイスＤ２の丸穴ｄ２内に挿入してパンチＰ２でさらに穿つことによって、深い凹み４３を有するカップ状外被材４５を形成する。なお、ピンｐ２は、成形後のカップ状外被材４５をダイスＤ２の丸穴ｄ２から突き出すためのキックアウトピンである。

一方、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、及びＡｇ合金等の熱伝導性に優れた金属製線材を所定の長さに切断し、切断した線材の両端面を打撃して平面に成形して円柱状芯材５１を形成する。次いで、この円柱状芯材５１を冷間鋳造して頭部付き円柱状芯材５２を形成する。次いで、図４の（ｃ）に示すように、カップ状外被材４５の凹み４３に頭部付き円柱状芯材５２を遊嵌した嵌合体をダイスＤ３の丸穴ｄ３内に挿入して、パンチＰ３で平行打ちすることによって、図３に示す第一複合体７１を形成する。なお、ピンｐ３は、成形後の第１複合体７１をダイスＤ３の丸穴ｄ３から突き出すためのキックアウトピンである。

この第１複合体７１を図４の（ｄ）に示すように、ダイスＤ４の丸穴ｄ４内に挿入してパンチＰ４で押し込んで前方押し出し成形することによって、第１複合体７１の先端側を細径化して、図３に示す丸棒状の押し出し成形体７３を形成する。この押し出し成形体の先端側には第１複合材７１より外径が小さい丸棒状の軸状部７４と、後端側には前方押し出し成形が施されずに径大のまま残った後端部７２とが形成される。

次いで、押し出し成形体７３の後端側の後端部７２を含む部分を切断することにより、図３に示す軸状部７４を有する第２複合体７５を形成する。

次いで、図４の（ｅ）に示すように、第２複合体７５をダイスＤ５の丸穴ｄ５内に挿入してパンチＰ５で押し込んで前方押し出し成形することによって、第２複合体７５の軸状部７４をさらに細径化して、図３に示す段付きの第３複合体７７を形成する。この第３複合体７７の軸状部７４の先端側には、軸状部７４よりも外径の小さい丸棒状の径小部７６が形成される。

次いで、図４の（ｆ）に示すように、第３複合体７７をダイスＤ６の丸穴ｄ６内に挿入し、パンチＰ６で押し込んで押通し成形することによって、第３複合体７７の軸状部７４の先端側をさらに細径化して、図３に示す２段付の第４複合体７８を形成する。この第４複合体７８の軸状部７４と径小部７６との間には、軸状部７４よりも外径が小さく、径小部７６よりも外径が大きい丸軸状の径中部７９が形成される。

次いで、図４（ｇ）に示すように、第４複合体７８の一部がダイスＤ７の後端から露出した状態で、第４複合体７８の一部をダイスＤ７の丸穴ｄ７に挿入する。ダイスＤ７における丸穴ｄ７の後端側には、丸穴ｄ７よりも内径の大きい丸穴ｄ７１が設けられている。次いで、ダイスＤ７の後端から露出している第４複合体７８をダイスＤ８の丸穴ｄ８に挿入するようにしてダイスＤ８を配置する。このとき、ダイスＤ７における丸穴ｄ７の軸線ＮとダイスＤ８における丸穴ｄ８の軸Ｍとが一致するように、ダイスＤ８を配置する。なお、丸穴ｄ８の内径は、丸穴ｄ７よりも大きく、丸穴ｄ７１よりも小さく形成されている。次いで、第４複合体７８をパンチＰ７で押し込んで、第４複合体７８の後端部分を塑性変形し、ダイスＤ７の丸穴ｄ７１を埋めるまで押圧し、第４複合体７８の後端に大径部１９と突出部２０とを形成する。このようにして、中心電極４が形成される。

なお、この中心電極の製造方法の例では、中心電極が外層２７と内層２８とにより形成される例について説明したが、内層がさらに２つ以上の層により形成される中心電極や一種類の材料により形成される中心電極についても、同様の方法により形成されることができる。

一方、公知の方法により所定の形状に接地電極８、主体金具７、端子金具５及び絶縁体３を作製する。

絶縁体３の軸孔２内に中心電極４を挿入して、軸孔２の棚部１６に中心電極４の拡径部２３を係止し、第１内周面１５により囲まれる空間に脚部１８を、第２内周面１４により囲まれる空間に頭部１７を配置する。このとき、脚部１８の径は第２内周面１４により囲まれる空間の内径より僅かに小さく、中心電極４を軸孔２内に挿入できる程度のクリアランスを有する。したがって、脚部１８の軸線Ｙと絶縁体３の軸線Ｏとがほぼ一致するように、中心電極４を軸孔２内に配置することができる。

次いで、シール材６を形成するシール粉末、抵抗体２１を形成する抵抗体組成物、及び第２シール材２２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する。この発明に係るスパークプラグによると、偏芯量ａ及び窪み量ｂが低減された中心電極４が設けられるので、突出部２０と第２内周面１５との間に軸線Ｏの径方向に均等に空間が形成される。よって、この空間にシール粉末が径方向に均等に充填されることができる。

次いで、前記軸孔２内の後端側から端子金具５の棒状部１１を挿入して、棒状部１１がシール粉末に接触するように端子金具５を配置する。

次いで、シール粉末及び抵抗体組成物を、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の鍔部１０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。

こうしてシール粉末及び抵抗体組成物を焼結して抵抗体２１、シール材６及び第２シール材２２が形成され、シール材６及び第２シール材２２により中心電極４及び端子金具５が軸孔２内に封着固定される。この発明によると、中心電極４と第２内周面１５との間に径方向に均等にシール材６が形成されるので、中心電極４の軸孔２への固定が良好なスパークプラグを提供することができる。

次いで、レーザ溶接等によりその先端面に接地電極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。

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。

前述のようにして塑性加工により形成される中心電極は、Ｃ＜Ａのとき、Ａ−Ｃ≦Ｂ−Ａであると、偏芯量ａ及び窪み量ｂが低減されることができる。

この発明における中心電極４は、Ｃ＜Ａであること、すなわち突出部２０の径が脚部１８の径より大きいことを前提とする。Ｃ＞Ａ、すなわち突出部２０の径が脚部１８の径より小さい場合には、前述した中心電極４を形成する工程において、さらに、突出部を脚部より細くする工程を追加する必要がある。したがって、この発明における中心電極４は、中心電極４の製造工程の簡略化の観点からＣ＜Ａとする。なお、Ｃ＝Ａ、すなわち突出部２０の径と脚部１８の径とが等しい場合には、突出部２０と大径部１９とを形成する工程において、ダイスＤ７の上端から露出している第４複合体７８をダイスＤ８の丸穴ｄ８に挿入してダイスＤ８を配置する際に、第４複合体７８が座屈してしまう可能性がある。

中心電極４がＣ＜Ａのとき、Ａ−Ｃ≦Ｂ−Ａであると、偏芯量ａ及び窪み量ｂが低減されることは、後述する実験データにより示される。中心電極の形状により、偏芯量ａ及び窪み量ｂを調整することができることについては、以下のように定性的に説明することができる。

（Ａ−Ｃ）の値が大きい程、すなわち突出部２０が脚部１８より太い程、偏芯量ａが大きくなる可能性がある。図４の（ｇ）に示すように、突出部２０と大径部１９とを形成する工程において、まず、ダイスＤ７の丸穴ｄ７に第４複合体７８を挿入し、ダイスＤ７の後端から露出している第４複合体７８を、ダイスＤ８の丸穴ｄ８に挿入してダイスＤ８を配置する。このとき、ダイスＤ７の丸穴ｄ７の軸線ＮとダイスＤ８の丸穴ｄ８の軸線Ｍとが一致するように、ダイスＤ８を配置する。しかし、軸線Ｎと軸線Ｍとが完全に一致するようにダイスＤ８を配置できないこともある。ただし、図５に示すように、軸Ｎと軸Ｍとが一致せずにずれて配置された場合であっても、ダイスＤ７の後端から第４複合体７８の一部が露出しているので、ダイスＤ８の丸穴ｄ８の内周面と第４複合体７８とが接触し、それ以上に軸がずれることはない。すなわち、軸線Ｎと軸線Ｍとのずれ幅は、最大で（Ａ−Ｃ）／２である。ダイスＤ７の軸ＮとダイスＤ８の軸Ｍとがずれて配置されると、そのずれ幅に対応して脚部１８の軸線Ｙと突出部２０の軸線Ｘとのずれ幅を示す偏芯量ａが決まる。したがって、（Ａ−Ｃ）の値が大きい程、軸線Ｎと軸線Ｍとのずれ幅が大きくなる可能性があるので、（Ａ−Ｃ）の値は小さい程、偏芯量ａを小さくすることができる。

（Ａ−Ｃ）の値が大きい程、すなわち突出部２０が脚部１８より太い程、窪み量ｂが大きくなる可能性がある。図４（ｇ）に示すように、突出部２０と大径部１９とを形成する工程において、ダイスＤ７の丸穴ｄ７に第４複合体７８を挿入し、これにダイスＤ８を配置した後に、第４複合体７８をパンチＰ７で押圧して、第４複合体７８の後端部を塑性変形し、丸穴ｄ７１を埋めるまで押圧する。このとき、図６に示すように、第４複合体７８がダイスＤ８の丸穴ｄ８を完全に埋めるように塑性変形されないと、突出部２０の側面に窪み３３が形成される可能性がある。図６（ａ）に示すように、軸線Ｎと軸線Ｍとが一致するように配置された場合には、窪み量ｂの最大値は、（Ａ−Ｃ）／２になる。また、図６（ｂ）に示すように、軸線Ｎと軸線Ｍとが、例えば（Ａ−Ｃ）／２のずれ幅で配置された状態で第４複合体７８をパンチＰ７で押圧した場合には、窪み量ｂの最大値は（Ａ−Ｃ）になる。いずれにしても、（Ａ−Ｃ）の値が大きい程、窪み量ｂが大きくなる可能性があり、（Ａ−Ｃ）の値が小さい程、窪み量ｂを小さくすることができる。

また、（Ｂ−Ａ）の値は０より大きく、ある程度の大きさを有するのが良い。すなわち、大径部１９の径が突出部２０の径と同じか或いは僅かに大きいに過ぎない場合には、突出部２０と大径部１９とを形成する工程において、軸Ｎと軸Ｍとがずれた状態でダイスＤ７とダイスＤ８とが配置された場合に、図７に示すように、突出部２０が大径部１９の側面よりも径方向に突出してしまう可能性がある。そうすると、軸孔２の第２内周面１５における内径を、大径部１９を挿入可能な最小径として設計していた場合には、突出部２０が径方向にはみ出しているために中心電極４を軸孔２に挿入できないことが生じる可能性がある。

また、突出部２０に窪み３３が形成され難くするためには、（Ｂ−Ａ）の値がある程度の大きさを有するのが好ましい。図４（ｇ）に示すように、突出部２０と大径部１９とを形成する工程では、ダイスＤ７の丸穴ｄ７に第４複合体７８を挿入し、これにダイスＤ８を配置した後に、第４複合体７８をパンチＰ７で押圧して、第４複合体７８の後端部を塑性変形し、丸穴ｄ７１を埋めるまで押圧する。このとき、ダイスＤ７の丸穴ｄ７１に第４複合体７８が満たされてもなお押圧し続けると、ダイスＤ７が破損するおそれがある。したがって、丸穴ｄ７１に第４複合体７８が満たされたら、押圧を終了する。（Ｂ−Ａ）の値が０に近い、すなわち大径部１９の径と突出部２０の径とがほとんど同じ場合には、丸穴ｄ７より径大の丸穴ｄ７１に第４複合体７８が満たされても、ダイスＤ８の丸穴ｄ８に第４複合体７８が満たされていないことがある。この第４複合体７８が満たされていない部分が窪み３３となって突出部２０に形成されることがある。

図８に示すように、この発明における中心電極４は、突出部２０の軸線方向長さＬ´を脚部１８の平均径Ｃで割った値（Ｌ´／Ｃ）が１以上のとき、好ましくは３以下のとき、突出部２０の体積Ｖを脚部１８の断面積Ｄで割ることにより得られる成形前突出部長さ（Ｖ／Ｄ）をＬとし、成形前突出部長さＬに対する成形前突出部長さＬと突出部２０の軸線方向長さＬ´との差（Ｌ−Ｌ´）の割合である据え込率（Ｌ−Ｌ´）／Ｌ×１００（％）が１３％以下である。前記関係式を満たすと、偏芯量ａ及び窪み量ｂをより一層低減することができ、その結果、中心電極４の軸孔２内への固定がより一層良好なスパークプラグを提供することができる。

前記据え込率は、図４（ｇ）に示すように、突出部２０と大径部１９とを形成する工程において、パンチＰ７で第４複合体７８を軸線Ｍ方向に圧縮したときの、突出部２０を形成する部分の圧縮率を示す。値（Ｌ´／Ｃ）が１以上のときには、脚部１８に対して突出部２０は太くなる。第４複合体７８における突出部２０を形成する突出部形成部８０を、据え込率が１３％を超えるように圧縮すると、第４複合体７８より突出部２０の径が所定割合以上大きくなる。第４複合体７８の径は脚部１８の径と同じであるので、突出部２０の径は脚部１８の径より所定割合以上大きくなり、前述したように、偏芯量ａ及び窪み量ｂが大きくなる可能性がある。

突出部２０における仮想円筒の径Ａ、大径部１９における最大径Ｂ、脚部１８における平均径Ｃについてはマイクロメータにより、突出部２０の軸線方向長さＬ´については投影機により、測定することができる。

前記径Ａについては、中心電極４の軸に直交する方向からみて突出部２０の最大幅を測定し、中心電極４を６０°回転させる毎に突出部２０の最大幅を測定し、これらの測定値のうちの最大値を径Ａとすることができる。前記最大径Ｂについては、中心電極４の後端方向からみて複数方向の径を測定し、測定した径のうちの最大径を最大径Ｂとすることができる。前記脚部１８の平均径Ｃについては、この実施態様の中心電極４のように、径が多段状に変化している場合には、脚部１８において最も径の大きい軸状部７４の径の平均径を測定する。まず、軸状部７４の先端から軸線Ｏに沿って後端方向に１ｍｍの位置を測定開始点として、この測定開始点において直交する２方向の脚部１８の直径を測定する。同様にして、この測定開始点から後端方向に１ｍｍ毎に５点における２方向の直径を測定し、これらの１０点の測定値の算術平均を算出することにより平均径Ｃを得ることができる。

なお、大径部１９の先端は、中心電極４の先端から後端に向かって脚部１８の平均径Ｃより拡径し始める位置とする。換言すると、脚部１８と大径部１９との境界付近において外径が平均径Ｃより常に大きい外径を有する部位における軸線Ｏ方向の先端位置を大径部１９の先端とする。また、大径部１９の後端は、中心電極４の後端から先端に向かって突出部２０の径Ａより拡径し始める位置とする。換言すると、突出部２０と大径部１９との境界付近において外径が径Ａより常に大きい外径を有する部位における軸線Ｏ方向の後端位置を大径部１９の後端とする。

脚部１８の断面積Ｄは、脚部１８の平均径Ｃにより算出することができる。また、突出部２０の体積Ｖは、計算により求めることができる。偏芯量ａは、偏芯度測定器により、窪み量ｂは、マイクロメータ又は投影機により、測定することができる。

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。

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、この発明に係るスパークプラグは、ねじ径によらず前記要件を満たすことにより、中心電極の軸孔内への固定が良好なスパークプラグを提供することができる。

前記中心電極４における頭部１７の形状は、前記した実施例に限定されることはなく、例えば、大径部及び突出部が円柱状や鼓形状であってもよい。また、大径部及び突出部の表面にネジ加工及びローレット加工が施されていてもよい。

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３１，３２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３１，３２が設けられており、各貴金属チップ３１，３２の間に火花放電間隙ｇが形成されている。

＜中心電極の作製＞
図１に示す中心電極と同様の形状を有する中心電極を、前述した製造工程にしたがって作製した。突出部を内包可能な最小径を有する仮想円筒の径（Ａ）、大径部の最大径（Ｂ）、脚部の平均径（Ｃ）、脚部の断面積（Ｄ），突出部の体積（Ｖ）、突出部の軸線方向長さ（Ｌ´）を変化させて、表１及び表２に示す種々の寸法を有する中心電極を作製した。

前記各種寸法については、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はマイクロメータにより、（Ｌ´）は投影機により前述したように測定した。（Ｄ）及び（Ｖ）は、前記測定値から計算により求めた。突出部は後端部に逆円錐状の凹みを有する円柱形状であり、脚部は多段状の円柱形状であった。

なお、作製した中心電極は、Ｃｕを主成分とする金属により形成される内層とこの内層を内包するＮｉを主成分とする金属により形成される外層とを有する層構造であった。

＜中心電極の寸法と偏芯量及び窪み量との関係＞
作製した中心電極について、偏芯量（ａ）を偏芯度測定器（本体：ユニバーサルパンチ社製K1-10型、ピックテスター：株式会社ミツトヨ製TI-123H）により、窪み量（ｂ）を投影機により測定した。測定結果を表１に示す。

表１に示すように、（Ｂ−Ａ）−（Ａ−Ｃ）の値が大きくなる程、偏芯量（ａ）及び窪み量（ｂ）が小さくなった。偏芯量（ａ）が（Ｂ−Ａ）／２の値以上になり、軸線Ｘが軸線Ｙに対して（Ｂ−Ａ）／２の値以上偏芯すると、図７に示すように、大径部の径方向の端面から突出部がはみ出してしまい、中心電極の軸孔内への挿入性が悪くなるそれがあり、またシール粉末を均等に充填できないおそれがある。したがって、（Ｂ−Ａ）／２の値を偏芯量（ａ）の許容値とすると、（Ｂ−Ａ）−（Ａ−Ｃ）の値が０以上のとき、偏芯量（ａ）が許容値より小さくなった。

偏芯量（ａ）及び窪み量（ｂ）の小さい中心電極を備えた本発明のスパークプラグは、突出部の外周に径方向に均等にシール材が形成されるので、中心電極が軸孔内に良好に固定されることができる。

＜据え込率と偏芯量との関係＞
据え込率、及び突出部の軸線方向長さ（Ｌ´）の脚部の平均径（Ｃ）に対する割合（Ｌ´／Ｃ）の異なる種々の中心電極を作製し、偏芯量（ａ）を偏芯度測定器により測定した。
据え込率は次の式から算出した。
式：（Ｌ−Ｌ´）／Ｌ×１００
なお、突出部の軸線方向長さ（Ｌ´）は投影機により測定し、成形前突出部長さ（Ｌ）は、突出部の体積（Ｖ）を脚部の断面積（Ｄ）で除することにより求めた。突出部の体積（Ｖ）及び脚部の断面積（Ｄ）は、（Ａ）、（Ｃ）、（Ｌ´）の測定値から計算により求めた。突出部は、後端部に逆円錐状の凹みを有する円柱形状であり、脚部は多段状の円柱形状であった。結果を、表２及び図９に示す。

図９に示すように、（Ｌ´／Ｃ）が１以上のとき、据え込率が１３％以下であると、据え込率が１４％及び１５％のときに比べて、偏芯量（ａ）が小さかった。偏芯量（ａ）の小さい中心電極を備えた本発明のスパークプラグは、突出部の外周に径方向に均等にシール材が形成されるので、中心電極が軸孔内に良好に固定されることができる。

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 シール材
７ 主体金具
８ 接地電極
９ ネジ部
１０ 鍔部
１１ 棒状部
１２ タルク
１３ パッキン
１４ 第１内周面
１５ 第２内周面
１６ 棚部
１７ 頭部
１８ 脚部
１９ 大径部
２０ 突出部
２１ 抵抗体
２２ 第２シール材
２３ 拡径部
２４ 最大径部
２５ 縮径部
２６ 凹部
２７ 外層
２８ 内層
３０ 先端部
３１、３２ 貴金属チップ
３３ 窪み
４１ 円柱状外被材
４２ 中間外被材
４３ 凹み
４５ 先端部分
４６ カップ状外被材
５１ 円柱状芯材
５２ 頭部付き円柱状芯材
６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７ 鋳造装置
７１ 複合体
７２ 後端部
７３ 押し出し成形体
７４ 軸状部
７５ 第２複合体
７６ 径小部
７７ 第３複合体
７８ 第４複合体
７９ 径中部
８０ 突出部形成部
７５ 頭部形成部

Claims (1)

1. 軸線方向に延びる軸孔、前記軸孔の先端側を形成する第１内周面、前記軸孔の後端側を形成し、前記第１内周面より大きい内径を有する第２内周面、及び前記第１内周面と前記第２内周面とを連結する棚部を有する絶縁体と、
   前記棚部に支持される大径部、前記大径部から後端側に突出する突出部、及び前記大径部に隣接し、前記第１内周面により囲まれる空間に突出する円柱状の脚部を有する塑性加工で成形された中心電極と、
   前記中心電極を前記軸孔内に固定させるためのシール部と、
   を備えたスパークプラグであって、
   前記突出部を包囲可能な最小径を有する仮想円筒の径をＡ（ｍｍ）、前記大径部における最大径をＢ（ｍｍ）、前記第１内周面に囲まれた空間に存在する前記脚部の平均径をＣ（ｍｍ）とすると、Ｃ＜Ａのとき、
   Ａ−Ｃ≦Ｂ−Ａ
   であり、
   前記突出部の軸線方向長さＬ´を前記脚部の平均径Ｃで割った値（Ｌ´／Ｃ）が１以上のとき、
   前記突出部の体積Ｖを前記脚部の断面積Ｄで割ることにより得られる成形前突出部長さ（Ｖ／Ｄ）をＬとし、前記成形前突出部長さＬに対する前記成形前突出部長さＬと前記突出部の軸線方向長さＬ´との差（Ｌ−Ｌ´）の割合である据え込率（Ｌ−Ｌ´）／Ｌ×１００（％）が１３％以下であることを特徴とするスパークプラグ。

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