JP5514280B2 - 内燃機関用スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。

スパークプラグは、内燃機関（エンジン）に取付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられるものである。一般的にスパークプラグは、軸線方向に沿って延びる軸孔を有する絶縁体と、当該軸孔に挿通される中心電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具とを備える。また、主体金具の外周面には、内燃機関のヘッドの取付孔に螺合するためのねじ部と、前記ねじ部の後端から後端側へと延びるねじ首と、ねじ首の後端側に形成され、前記ねじ首よりも大径の拡径部と、前記ねじ首及び拡径部を連接する座部とが形成される。加えて、前記ねじ首の外周には、前記座部と当接するようにして、リング状のガスケットが設けられる。そして、スパークプラグが内燃機関に取付けられたときには、ねじ結合の軸力により、前記ガスケットが前記内燃機関のヘッドに密着することで、燃焼室内の気密性が保持される（例えば、特許文献１等参照）。

ところで、一層優れた気密性を実現するという観点から、ガスケットを設けることなく、前記座部とヘッドとを直接密着させるように構成することが考えられる（例えば、特許文献２等参照）。

特開２００８−１０８４７８号公報 特開２００１−１１８６５９号公報

ところが、このようなタイプのスパークプラグにおいては、座部やヘッドの些細な損傷や歪み等によって気密性が損なわれてしまうおそれがある。

また近年、エンジンヘッドのレイアウトの自由度を向上させる等の理由から、スパークプラグの小型化（小径化）が要求されており、前記主体金具の拡径部やねじ部が小径化され得る。ここで、拡径部の小径化に伴って、座部の面積が必然的に減少してしまい、また、ねじ部の小径化に伴って、ねじ結合による軸力が減少してしまうおそれがある。すなわち、小径化されたスパークプラグにおいては、座部及びヘッド間のシール性を十分に確保することが難しく、ひいては燃焼室内における気密性の低下を招いてしまいやすい。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼室内における十分な気密性を確保することができるとともに、小径化の要請にも応えることができる内燃機関用スパークプラグを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成の内燃機関用スパークプラグは、軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
前記絶縁体の外周に設けられた略筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端部から延びるとともに、自身の先端部が前記中心電極の先端部との間に間隙を形成する接地電極とを備え、
前記主体金具の外周面には、
内燃機関のヘッドの取付孔に螺合するためのねじ部と、
前記ねじ部の後端側に形成されたねじ首と、
前記ねじ首の後端側に形成され、前記ねじ首よりも大径の拡径部と、
前記ねじ首及び前記拡径部の間に位置する座部とが形成されてなる内燃機関用スパークプラグであって、
前記座部の表面には、当該表面を覆うとともに、前記内燃機関のヘッドの取付孔に前記ねじ部が螺合された際に前記ヘッドに密着する耐熱性ゴムまたは耐熱性樹脂からなる被覆層が設けられ、
前記被覆層は、軟化点が２００℃以上であり、かつ、前記ヘッドのうち前記被覆層に接する部分の硬度よりも硬度の小さい材料によって形成されることを特徴とする。

上記構成１によれば、被覆層の硬度が、ヘッドのうち前記被覆層に接する部分の硬度よりも小さくされているため、被覆層をヘッドに対してより確実に密着させることができるとともに、ヘッドの損傷をより確実に抑制することができる。また、被覆層を形成する材料の軟化点が２００℃以上とされているため、プラグ使用時の高温環境下において、被覆層の熱変形を抑制することができる。すなわち、本構成１によれば、これらの作用効果により燃焼室内の気密性を十分に確保することができる。

尚、被覆層を形成する材料としては、耐熱性ゴム（例えば、フッ素ゴム等）や耐熱性樹脂〔例えば、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹脂、又は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステル樹脂等〕を挙げることができる。また、このような材料の中で、特に弾性変形可能なものは、プラグをヘッドに対して複数回に亘って取付け・取外しをした場合であっても、被覆層の変形を防止することができるためより好ましいといえる。

また、座部の先端とねじ首の後端との間に連結部を備えてなるスパークプラグにおいて、本構成１の技術思想を適用し、座部及び連結部の少なくとも座部の表面を被覆層で覆うこととしてもよい。

構成２．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１において、前記被覆層の硬度を、ビッカース硬度で１００Ｈｖ以下とするとともに、
前記被覆層のうち前記ヘッドに接する部位表面の十点平均粗さを１２．５μｍ以下としたことを特徴とする。

上記構成２によれば、被覆層のうちヘッドに接する部位の硬度が、ビッカース硬度で１００Ｈｖ以下とされるとともに、前記被覆層のうちヘッドに接する部位表面の十点平均粗さが１２．５μｍ以下とされている。従って、ヘッドに対してプラグ（被覆層）をより一層確実に密着させることができ、燃焼室内の気密性の更なる向上を図ることができる。

構成３．本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成１又は２において、前記被覆層は、５μｍ以上３００μｍ以下の厚さを有することを特徴とする。

上記構成３によれば、座部の表面を覆うようにして、５μｍ以上の厚さを有する被覆層が設けられているため、座部（被覆層）をヘッドに対してより確実に密着させることができる。その結果、気密性のより一層の向上を図ることができる。

尚、被覆層の厚さが３００μｍを超えてしまうと、座部と被覆層との密着性が損なわれてしまう等の要因により、気密性が低下してしまうおそれがある。そのため、被覆層の厚さは３００μｍ以下とすることが好ましい。

第１実施形態におけるスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 内燃機関に対するスパークプラグの取付状態を示す一部破断正面図である。 ねじ径をＭ１４としたサンプルにおける、気密性評価試験の結果を示すグラフである。 ねじ径をＭ１２としたサンプルにおける、気密性評価試験の結果を示すグラフである。 ねじ径をＭ１０としたサンプルにおける、気密性評価試験の結果を示すグラフである。 座部表面粗さと、最小締付トルクとの関係を示すグラフである。 第２実施形態におけるスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 第２実施形態における被覆層の構成を示すための部分拡大断面図である。 被覆層（座部）表面粗さと、最小締付トルクとの関係を示すグラフである。 被覆層厚さ及び最小締付トルクの関係、並びに、被覆層を形成する材料及び最小締付トルクの関係を示すグラフである。 第３実施形態におけるスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 座部及び連結部の構成等を説明するための部分拡大断面図である。 内燃機関へのスパークプラグの取付状態を示す一部破断拡大正面図である。 第４実施形態におけるスパークプラグの構成を示す一部破断正面図である。 第４実施形態における被覆層の構成等を説明するための部分拡大断面図である。

〔第１実施形態〕
以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、内燃機関用スパークプラグ（以下、「スパークプラグ」と称す）１を示す一部破断正面図である。尚、図１では、スパークプラグ１の軸線ＣＬ１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。

スパークプラグ１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２、これを保持する筒状の主体金具３などから構成されるものである。

絶縁碍子２は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部１０と、当該後端側胴部１０よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部１１と、当該大径部１１よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部１２と、当該中胴部１２よりも先端側においてこれより細径に形成された脚長部１３とを備えている。加えて、絶縁碍子２のうち、大径部１１、中胴部１２、及び、大部分の脚長部１３は、主体金具３の内部に収容されている。また、脚長部１３と中胴部１２との連接部にはテーパ状の段部１４が形成されており、当該段部１４にて絶縁碍子２が主体金具３に係止されている。

さらに、絶縁碍子２には、軸線ＣＬ１に沿って軸孔４が貫通形成されており、当該軸孔４の先端側には中心電極５が挿入、固定されている。当該中心電極５は、銅又は銅合金からなる内層５Ａと、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするＮｉ合金からなる外層５Ｂとにより構成されている。また、中心電極５は、全体として棒状（円柱状）をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子２の先端から突出している。

また、軸孔４の後端側には、絶縁碍子２の後端から突出した状態で端子電極６が挿入、固定されている。

さらに、軸孔４の中心電極５と端子電極６との間には、円柱状の抵抗体７が配設されている。当該抵抗体７の両端部は、導電性のガラスシール層８，９を介して、中心電極５と端子電極６とにそれぞれ電気的に接続されている。

加えて、前記主体金具３は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されている。また、主体金具３の外周面には、軸線ＣＬ１に沿って先端側から後端側へと順に、ねじ部１５、ねじ首１６、座部１７、及び、拡径部１８が設けられている。

前記ねじ部１５は、後述する内燃機関４１のヘッド４２の取付孔４３に螺合するためのものであり、本実施形態において、前記ねじ部１５のねじ径はＭ１４とされている。また、前記ねじ首１６は、前記ねじ部１５の後端から連続して形成され、ねじ部１５のねじ径よりも小径の円柱状をなしている。さらに、前記座部１７は、軸線ＣＬ１方向後端側へと拡径して形成されており、ねじ首１６の後端と拡径部１８の先端とを連接している。尚、前記軸線ＣＬ１を含む断面において、前記座部１７の外形線と前記軸線ＣＬ１とのなす角度が比較的大きなもの（例えば、６０°以上９０°以下）となるように、座部１７が形成されている。さらに、拡径部１８は、前記座部１７の後端から後端側へと延び、円柱状をなしている。また、前記拡径部１８の後端側には、スパークプラグ１をエンジンヘッドに取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部１９が設けられている。加えて、主体金具３の後端部には、絶縁碍子２を保持するための加締め部２０が設けられている。

さらに、主体金具３の内周面には、絶縁碍子２を係止するためのテーパ状の段部２１が設けられている。そして、絶縁碍子２は、主体金具３の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部１４が主体金具３の段部２１に係止された状態で、主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。尚、絶縁碍子２及び主体金具３双方の段部１４，２１間には、円環状の板パッキン２２が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子２の脚長部１３と主体金具３の内周面との隙間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。

さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具３の後端側においては、主体金具３と絶縁碍子２との間に環状のリング部材２３，２４が介在され、リング部材２３，２４間にはタルク（滑石）２５の粉末が充填されている。すなわち、主体金具３は、板パッキン２２、リング部材２３，２４及びタルク２５を介して絶縁碍子２を保持している。

また、主体金具３の先端部２６には、自身の略中間が曲げ返されて、自身の先端側側面が中心電極５の先端部と対向する接地電極２７が接合されている。接地電極２７は、Ｎｉ合金〔例えば、インコネル６００やインコネル６０１（いずれも登録商標）〕からなる外層２７Ａと、前記Ｎｉ合金よりも良熱導電性金属である銅合金又は純銅からなる内層２７Ｂとの２層構造となっている。そして、前記中心電極５の先端部及び接地電極２７の間には、間隙としての火花放電間隙３３が形成されており、当該火花放電間隙３３において、前記軸線ＣＬ１にほぼ沿った方向で火花放電が行われる。

さらに、本実施形態においては、図２に示すように、前記ねじ部１５を内燃機関４１のヘッド４２の取付孔４３に取付けたとき、前記座部１７が前記ヘッド４２に密着することで、燃焼室内の気密が保持されるようになっている。そして、前記座部１７の硬度は、後述する製造方法を採用することによって、ビッカース硬度で２５０Ｈｖ以下（例えば、１８０Ｈｖ）とされている。一方で、前記ヘッド４２は、アルミニウムを主成分とする比較的軟質（例えば、１００Ｈｖ）の合金によって形成されている。従って、座部１７の硬度は、ヘッド４２の硬度よりも大きなものとなっている。

また、前記座部１７表面の十点平均粗さは、１２．５μｍ以下（例えば、１０μｍ）と平滑化されている。尚、十点平均粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規格されるものである。

尚、ねじ部１５のねじ径をより小径化することとしてもよい。但し、ねじ部１５のねじ径をＭ１２以下とする場合には、座部１７の硬度がビッカース硬度で２００Ｈｖ以下とされる。

次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ１の製造方法について説明する。まず、主体金具３を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材（例えばＳ１７ＣやＳ２５Ｃといった鉄系素材やステンレス素材）に切削加工を施すことにより、貫通孔を形成するとともに、外形を整え、主体金具中間体を得る。このように、本実施形態における主体金具中間体は、切削加工を施すことのみによって形成され、その結果、前記座部１７に相当する部位の硬度上昇が抑制されている。

続いて、主体金具中間体の先端面に、Ｎｉ合金からなる直棒状の接地電極２７を抵抗溶接する。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部１５が転造によって形成される。さらに、前記座部１７に相当する部位に対して研磨加工等が施されることにより、前記座部１７表面の十点平均粗さが１２．５μｍ以下とされ、接地電極２７の溶接された主体金具３が得られる。尚、接地電極２７の溶接された主体金具３に、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施されることとしてもよい。また、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。

一方、前記主体金具３とは別に、絶縁碍子２を成形加工しておく。例えば、アルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用い、成型用素地造粒物を調製し、これを用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対し、研削加工が施され外形が整形された上で、焼成加工が施されることにより絶縁碍子２が得られる。

また、前記主体金具３、絶縁碍子２とは別に、中心電極５を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金を配置したＮｉ合金を鍛造加工して中心電極５を作製する。

そして、上記のようにして得られた絶縁碍子２及び中心電極５と、抵抗体７と、端子電極６とが、ガラスシール層８，９によって封着固定される。ガラスシール層８，９としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体７を挟むようにして絶縁碍子２の軸孔４内に注入された後、後方から前記端子電極６で押圧しつつ、焼成炉内にて加熱することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子２の後端側胴部１０の表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。

その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極５及び端子電極６を備える絶縁碍子２と、接地電極２７を備える主体金具３とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具３の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部２０を形成することによって固定される。

そして最後に、接地電極２７の先端部分を中心電極５側へと屈曲させることで、中心電極５、及び、接地電極２７間の前記火花放電間隙３３を調整する加工が実施され、上述のスパークプラグ１が得られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、座部１７の硬度が、ヘッド４２の硬度よりも大きくされている。従って、ヘッド４２に対してスパークプラグ１の取付けや取外し等を複数回行った場合であっても、ヘッド４２と接触することに伴う、座部１７の塑性変形を効果的に抑制することができる。また、座部１７の硬度が、ビッカース硬度で２５０Ｈｖ以下（ねじ部１５のねじ径をＭ１２以下とした場合には、２００Ｈｖ以下）とされているため、プラグの取付け・取外し等を複数回行った場合でも、ヘッド４２に変形が生じにくい。

このように本実施形態によれば、燃焼室内における気密性の確保の観点から重要である座部１７及びヘッド４２の損傷や歪み等をより確実に防止することができる。その結果、座部１７とヘッド４２との間をより確実にシールすることができ、ひいては燃焼室内において優れた気密性を実現することができる。

また、座部１７の硬度をビッカース硬度で２００Ｈｖ以下とした場合には、座部１７及びヘッド４２の損傷や歪み等をより一層確実に防止できるとともに、ヘッド４２に対して座部１７をより確実に密着させることができる。これにより、燃焼室内の気密性のより一層の向上を図ることができる。

さらに、座部１７表面の十点平均粗さが１２．５μｍ以下とされているため、座部１７をヘッド４２に対してより一層確実に密着させることができ、燃焼室内の気密性の更なる向上を図ることができる。

また、座部１７については、その外形線と前記軸線ＣＬ１とが比較的大きな角度をなすように形成されている。これにより、スパークプラグ１を内燃機関４１に取付けた際に、座部１７がヘッド４２に対して食い込んでしまうことをより確実に防止することができ、気密性の一層の向上を図ることができる。

次に、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、気密性評価試験を行った。気密性評価試験の概要は、次の通りである。すなわち、ねじ部のねじ径、及び、座部の硬度を種々変更したスパークプラグのサンプル、並びに、エンジンヘッドを模したものであって、座部に接する部位の硬度（ヘッドの硬度）を種々変更したアルミ製の試験台を作製した。そして、試験台にサンプルを１５Ｎ・ｍの締付トルクで取付けるとともに、各サンプルを１５０℃に加熱しつつ、空気により１．５ＭＰａの圧力を加え続けた状態で、サンプル及び試験台間からの１分当たりの空気の漏れ量（ｍｌ／分）を測定し、最後にサンプルを試験台から取外すということを各サンプルについて５回ずつ行った（つまり、同一の試験台に対して同一のサンプルの取付け、取外しを５回ずつ行った）。ここで、５回の試験の全てにおいて、空気の漏れ量が２ｍｌ／分未満であった場合には、優れた気密性を実現できているとして「○」の評価を下すこととし、一方で、空気の漏れ量が２ｍｌ／分以上となった回数が１回以上あった場合には、気密性が十分でないとして「×」の評価を下すこととした。また、試験後において試験台に変形が確認された場合には、燃焼室内の気密性が不十分となるおそれがあるとして、「■」の評価を下すこととした。図３〜図５に、気密性評価試験の結果を示す。尚、図３は、サンプルのねじ径をＭ１４としたときの試験結果を示し、図４は、ねじ径をＭ１２としたときの試験結果を示す。また、図５は、ねじ径をＭ１０としたときの試験結果を示す。

図３〜図５に示すように、座部の硬度がヘッドの硬度よりも小さい場合には、燃焼室内の気密性が不十分なものとなってしまうことがわかった。これは、座部の硬度をヘッドの硬度よりも小さくしたことで、座部が塑性変形しやすくなってしまい、プラグを繰り返し取付・取外した際の座部の変形が顕著なものとなってしまったことに起因すると考えられる。

これに対して、座部の硬度をヘッドの硬度以上としたサンプルについては、優れた気密性を実現できることがわかった。これは、座部の硬度をヘッドの硬度以上としたことで、座部の塑性変形を極力抑制できたことによると考えられる。但し、ねじ部のねじ径をＭ１４としたサンプルであって、座部の硬度が２５０Ｈｖを超えるもの、及び、ねじ部のねじ径をＭ１２以下としたサンプルであって、座部の硬度が２００Ｈｖを超えるものは、試験後の試験台に変形が確認された。従って、燃焼室内において優れた気密性を確保するためには、座部の硬度をヘッドの硬度よりも大きくする一方で、ねじ部のねじ径をＭ１４とした場合には、座部の硬度を２５０Ｈｖ以下とし、ねじ部のねじ径をＭ１２以下とした場合には、座部の硬度を２００Ｈｖ以下とすることが有意であるといえる。

次いで、ねじ部のねじ径、及び、座部表面の十点平均粗さ（座部表面粗さ）を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、締付トルクを種々変更した上で、各サンプルをエンジンヘッドを模したアルミ製の試験台に対して取付けた。そして、サンプルを１５０℃に加熱しつつ、空気により１．５ＭＰａの圧力を加え続けた状態で、サンプル及び試験台間からの１分当たりの空気の漏れ量が２ｍｌ／分以上となったときの締付トルク（最小締付トルク）を各サンプル毎に特定した。尚、最小締付トルクが小さいサンプルほど、十分な気密性をより容易に実現しやすい、すなわち、気密性の面で有利なものであるといえる。図６に、座部表面粗さと、最小締付トルクとの関係を表すグラフを示す。尚、図６においては、ねじ径をＭ１４としたサンプルの試験結果は黒丸でプロットし、ねじ径をＭ１２としたサンプルの試験結果は黒三角でプロットし、ねじ径をＭ１０としたサンプルの試験結果を黒菱形でプロットした。また、各サンプルの座部の硬度を１５０Ｈｖとし、試験台のうち座部に接する部位の硬度を１００Ｈｖとした。

図６に示すように、座部表面粗さを１２．５μｍ以下としたサンプルについては、最小締付トルクが比較的小さな一定値であったが、座部表面粗さが１２．５μｍを超えるサンプルは、最小締付トルクが増大してしまうことがわかった。つまり、座部表面粗さが１２．５μｍを超えるサンプルは、座部及びヘッドを密着させること、すなわち座部及びヘッド間におけるシール性の確保が難しくなってしまうことが明らかとなった。従って、優れた気密性を実現するという観点において、座部表面粗さを１２．５μｍ以下とすることが有意であるといえる。
〔第２実施形態〕
次いで、第２実施形態について図面を参照しつつ、特に第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本第２実施形態におけるスパークプラグ１Ａは、上記第１実施形態と比較して、図７に示すように、特に主体金具３の座部４７表面を覆うようにして被覆層５１Ａが設けられているという点に特徴を有している。被覆層５１Ａは、軟化点が２００℃以上であり、かつ、前記ヘッド４２の硬度よりも硬度が小さい材料（例えば、フッ素樹脂等）により形成されている。具体的には、前記被覆層５１Ａの硬度は、ビッカース硬度で１００Ｈｖ以下とされている。

また、図８に示すように、前記被覆層５１Ａの厚さＴＨは５μｍ以上３００μｍ以下と十分に大きなものとされている。加えて、被覆層５１Ａのうち前記ヘッド４２に接する部位表面の十点平均粗さが１２．５μｍ以下とされている。

尚、本第２実施形態では、上記第１実施形態と比較して、座部４７の硬度が異なっている。すなわち、座部４７の硬度は、ビッカース硬度で２００Ｈｖを超えるように（例えば、２２０Ｈｖに）されている。

以上、第２実施形態によれば、被覆層５１Ａの硬度がヘッド４２の硬度よりも小さくされているため、被覆層５１Ａをヘッド４２に対してより確実に密着させることができるとともに、ヘッド４２の損傷をより確実に抑制することができる。また、被覆層５１Ａを形成する材料の軟化点が２００℃以上とされているため、プラグ使用時の高温環境下において、被覆層５１Ａの熱変形を抑制することができる。すなわち、第２実施形態によれば、これらの作用効果により燃焼室内の気密性を十分に確保することができる。

さらに、被覆層５１Ａを形成するフッ素樹脂は弾性変形可能なものであるため、ヘッド４２にプラグを複数回に亘って取付け・取外しをした場合であっても、被覆層５１Ａの変形をより確実に防止することができる。

加えて、被覆層５１Ａの厚さが５μｍ以上３００μｍ以下に設定されているため、スパークプラグ（被覆層５１Ａ）をヘッド４２に対してより確実に密着させることができ、気密性のより一層の向上を図ることができる。

また、被覆層５１Ａの硬度が、ビッカース硬度で１００Ｈｖ以下とされるとともに、前記被覆層５１Ｂのうちヘッドに接する部位表面の十点平均粗さが１２．５μｍ以下とされているため、ヘッドに対してプラグ（被覆層５１Ａ）をより一層確実に密着させることができる。

次に、上記第２実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、フッ素樹脂から形成され、表面粗さが種々異なる被覆層を設けたサンプルと、被覆層を設けず、座部の表面粗さを種々変更させたサンプルとを作製し、各サンプルについて上述の最小締付トルクを測定した。図９に、被覆層（座部）の表面粗さと、最小締付トルクとの関係を表すグラフを示す。尚、図９においては、被覆層を設けたサンプルの試験結果を黒丸でプロットし、被覆層を設けなかったサンプルの試験結果を黒四角でプロットした。また、各サンプルの座部の硬度を１５０Ｈｖとし、試験台のうち座部に接する部位の硬度を１００Ｈｖとした。加えて、被覆層を設けたサンプルについては、被覆層の厚さを５０μｍとした。

図９に示すように、被覆層を設けたサンプルは、被覆層を設けなかったサンプルと比較して、表面粗さの大小に関わらず、最小締付トルクが小さくなることがわかった。従って、優れた気密性をより容易に実現するという観点から、座部を覆うようにして被覆層を設けることがより有意であるといえる。

尚、被覆層の表面粗さが１２．５μｍを超えると、最小締付トルクが若干増大することが確認された。従って、一層優れた気密性をより確実に実現するべく、前記被覆層表面の十点平均粗さを１２．５μｍ以下とすることが好ましいといえる。

次に、ねじ部のねじ径をＭ１０又はＭ１２とした上で、座部表面を覆うようにしてフッ素樹脂又は亜鉛メッキから形成され、厚さが種々変更された被覆層を有するスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて上述の最小締付トルクを測定した。図１０に、被覆層の厚さと、最小締付トルクとの関係を表すグラフを示す。

尚、フッ素樹脂により被覆層を形成した場合において、当該被覆層の硬度は、ビッカース硬度で６０Ｈｖであり、一方で、亜鉛メッキにより被覆層を形成した場合において、当該被覆層の硬度は、ビッカース硬度で１２０Ｈｖであった。加えて、図１０においては、被覆層を亜鉛メッキにより形成し、ねじ径をＭ１２としたサンプルの試験結果を黒丸でプロットし、被覆層を亜鉛メッキにより形成し、ねじ径をＭ１０としたサンプルの試験結果を黒三角でプロットした。また、被覆層をフッ素樹脂により形成し、ねじ径をＭ１２としたサンプルの試験結果を黒四角でプロットし、被覆層をフッ素樹脂により形成し、ねじ径をＭ１０としたサンプルの試験結果をバツ印でプロットした。

図１０に示すように、被覆層の厚さを５μｍ以上としたサンプルは、最小締付トルクが比較的小さな一定値であったが、被覆層の厚さを５μｍ未満としたサンプルは、最小締付トルクが増大してしまうことがわかった。これは、被覆層の厚さを５μｍ以上と十分に大きなものとしたことで、試験台に対するサンプルの密着性をより高めることができたことに起因すると考えられる。

また、亜鉛メッキにより被覆層を形成したサンプルと比較して、フッ素樹脂により被覆層を形成したサンプルは、一層優れた気密性を実現できることが明らかとなった。これは、フッ素樹脂により形成された被覆層は比較的低い硬度を有していたことから、試験台に対してサンプルがより密着したためであると考えられる。

以上、気密性の更なる向上を図るという観点からは、座部表面に被覆層を設けるとともに、当該被覆層の厚さを５μｍ以上とすることが好ましく、さらに、被覆層の硬度を比較的低く（１００Ｈｖ以下）することがより好ましいといえる。但し、被覆層を極度に厚くすると、気密性の向上という上述の作用効果が十分に奏されないおそれがある。従って、被覆層の厚さは３００μｍ以下とすることが好ましいといえる。
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態について、特に上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本第３実施形態におけるスパークプラグ１Ｂは、図１１に示すように、特に座部１７Ａの構成が相違する。すなわち、上記第１実施形態において、前記座部１７の先端が、前記ねじ首１６の後端に連接されるようにして構成されているが、本第３実施形態においては、座部１７Ａの先端とねじ首１６の後端との間に連結部１７Ｂが形成されている。

また、前記ねじ部１５のねじ径がＭ１２以下と小径化されている一方で、前記拡径部１８や工具係合部１９は従前とほぼ同様の大きさとされている。このため、図１２に示すように、前記拡径部１８の先端の外径をＡ（ｍｍ）とし、前記ねじ首１６のうち外径が最小となる部分の外径をＢ（ｍｍ）としたとき、（Ａ−Ｂ）／２が０．８ｍｍ以上、すなわち、Ａ−Ｂが１．６ｍｍ以上（例えば、２．０ｍｍ以上）と比較的大きな値とされている。尚、拡径部１８を極端に大径化してしまうと、スパークプラグ１Ｂの組付けられるエンジンについてレイアウトの自由度が損なわれてしまうおそれがある。そのため、前記拡径部１８の先端の外径Ａは、１９．０ｍｍ以下とされている。

さらに、本第３実施形態においては、前記座部１７Ａ及び連結部１７Ｂの境界位置が、次のようにして設定されている。すなわち、座部１７Ａと連結部１７Ｂとの境界部分の外径をＣ（ｍｍ）としたとき、（Ｃ−Ｂ）／２が０．３ｍｍ以上であり、かつ、（Ａ−Ｃ）／２が０．７ｍｍ以上となるように、座部１７Ａと連結部１７Ｂとの境界位置が決められている。

加えて、座部１７Ａ及び連結部１７Ｂは、ともに軸線ＣＬ１方向先端側に向けて先細るテーパ状をなしているが、軸線ＣＬ１を含む断面において、座部１７Ａの外形線（の延長線）と軸線ＣＬ１とのなす角度α１と比べて、連結部１７Ｂの外形線（の延長線）と軸線ＣＬ１とのなす角度α２の方が大きくされている。従って、図１３に示すように、スパークプラグ１Ｂを内燃機関４１のヘッド４２の取付孔４３に取付けたときには、連結部１７Ｂはヘッド４２に接触することなく、座部１７Ａのみがヘッド４２に密着するようになっている。

また、本第３実施形態では、前記座部１７Ａの外形線と軸線ＣＬ１とのなす角度α１は、６０度以上７０度以下とされている。

以上、本第３実施形態によれば、軸線ＣＬ１を含む断面において、軸線ＣＬ１と座部１７Ａとのなす角度α１よりも軸線ＣＬ１と連結部１７Ｂとのなす角度α２が大きなものとされている。すなわち、スパークプラグ１Ｂを内燃機関４１に取付けたとき、ヘッド４２に対して座部１７Ａのみが密着するように構成されている。これにより、座部１７Ａ及び連結部１７Ｂの全面をヘッド４２に密着させる場合と比較して、ヘッド４２に密着する部位の面積を減少させることができ、締付け力を増大させることなく、ヘッド４２に対してスパークプラグ１Ｂをより確実に密着させることができる。その結果、燃焼室内における気密性を十分に確保することができる。

また、（Ｃ−Ｂ）／２＜０．３ｍｍとすることで、座部１７Ａの面積が過度に増大してしまうことを防止できるとともに、（Ａ−Ｃ）／２＜０．７ｍｍとすることで、座部１７Ａの面積を十分に維持することができる。このため、気密性の低下をより一層確実に防止することができる。

さらに、軸線ＣＬ１と座部１７Ａとのなす角度α１が６０°以上とされているため、座部１７Ａがヘッド４２に食い込んでしまうことを防止でき、スパークプラグ１Ｂの取付け・取外しを複数回に亘って行った場合でも、優れた気密性を確保できる。一方で、前記角度α１が７０°以下とされているため、ヘッド４２に対する座部１７Ａの密着性を十分に向上させることができ、優れた気密性を実現することができる。
〔第４実施形態〕
次いで、第４実施形態について図面を参照しつつ、特に第３実施形態との相違点を中心に説明する。

本第４実施形態におけるスパークプラグ１Ｃは、上記第３実施形態と比較して、図１４，１５に示すように、特に主体金具３の座部４７Ａ表面を覆うようにして被覆層５１Ｂ（図１４中、散点模様を付した部位）が設けられているという点に特徴を有している。

尚、被覆層５１Ｂは、上記第２実施形態における被覆層５１Ａと同様に、軟化点が２００℃以上であり、かつ、ビッカース硬度で１００Ｈｖ以下（例えば、６０Ｈｖ以下）と硬度が比較的小さな材料（例えば、フッ素樹脂等）により形成されている。従って、前記被覆層５１Ｂは、前記ヘッド４２の硬度よりも硬度が小さなものとなっている。また、被覆層５１Ｂの表面粗さは１２．５μｍ以下とされ、その厚さＴＨは５μｍ以上３００μｍ以下とされている。

次いで、上記第３実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、ねじ部のねじ径をＭ１２又はＭ１０とするとともに、工具係合部についてはＨＥＸ１６又はＨＥＸ１４とした上で、（Ｃ−Ｂ）／２の値及び（Ａ−Ｃ）／２の値を種々変更することで、座部及び連結部の境界部分の位置を種々変更したスパークプラグのサンプルを複数作製し、各サンプルについて上述の気密性評価試験を行った。尚、当該試験においては、空気の漏れ量が０．１（ｍｌ／分）以下であった場合には、極めて優れた気密性を実現できているとして「◎」の評価を下し、空気の漏れ量が０．１（ｍｌ／分）以上０．２（ｍｌ／分）未満であった場合には、優れた気密性を実現できているとして「○」の評価を下すこととした。一方で、空気の漏れ量が０．２（ｍｌ／分）以上であった場合には、気密性にやや劣るとして「△」の評価を下すこととした。尚、ねじ径をＭ１２としたサンプルについては、Ａ−Ｂを３．６ｍｍとし、ねじ径をＭ１０としたサンプルについては、Ａ−Ｂを３．５ｍｍとした。また、座部の外形線と軸線とのなす角度（座部角度）については、各サンプルともに６３°とした。さらに、試験台に対する各サンプルの取付は、規定の締付トルクにて行った。表１及び表２に評価試験の結果を示す。尚、表１には、ねじ径Ｍ１２、ＨＥＸ１６のサンプルについての結果を示し、表２には、ねじ径Ｍ１０、ＨＥＸ１４のサンプルについての結果を示す。また、各表中には、座部の面積を併せて示す。

表１及び表２に示すように、（Ｃ−Ｂ）／２を０．３ｍｍ以上とするとともに、（Ａ−Ｃ）／２を０．７ｍｍ以上としたサンプルは、優れた気密性を実現できていることがわかった。これは、（Ｃ−Ｂ）／２≧０．３ｍｍとしたことで、ヘッドに密着する座部の面積を減少させることができ、上記規定の締付トルクでスパークプラグを取付けた場合であっても、座部を試験台に密着させることができたこと、及び、（Ａ−Ｃ）／２≧０．７ｍｍとしたことで、座部の面積を十分に確保することができ、座部及びヘッド間のシール性を十分に確保することができたことに起因すると考えられる。

次いで、ねじ部のねじ径をＭ１２又はＭ１０とするとともに、工具係合部についてはＨＥＸ１６又はＨＥＸ１４とした上で、前記座部角度を種々変更したスパークプラグのサンプルを作製し、各サンプルについて、上述の気密性評価試験を行った。尚、評価は、基本的には上述の手法〔空気の漏れ量が０．１（ｍｌ／分）以下であった場合、「◎」の評価を下す等〕と同様の手法で行ったが、優れた気密性を実現できていたものの、サンプルの取外し後、試験台に凹み等の損傷が認められた場合には、スパークプラグの取付け・取外しを繰り返し行ったときに、気密性が低下するおそれがあるとして、「※」の評価を下すこととした。表３及び表４に、試験結果を示す。尚、ねじ径をＭ１２としたサンプルは、（Ｃ−Ｂ）／２を０．７５ｍｍ、（Ａ−Ｃ）／２を１．０５ｍｍとし、ねじ径をＭ１０としたサンプルは、（Ｃ−Ｂ）／２を０．７５ｍｍ、（Ａ−Ｃ）／２を１．００ｍｍとした。表３に、ねじ径Ｍ１２、ＨＥＸ１６のサンプルについての結果を示し、表４に、ねじ径Ｍ１０、ＨＥＸ１４のサンプルについての結果を示す。

表３，４に示すように、各サンプルともに優れた気密性を実現できていたが、特に座部角度を６０°以上７０°以下としたサンプルは、試験台に損傷が発生することもなく、極めて優れた気密性を実現できることが明らかとなった。

以上の試験結果より、燃焼室内においてより優れた気密性を確保するという観点から、（Ｃ−Ｂ）／２を０．３ｍｍ以上とするとともに、（Ａ−Ｃ）／２を０．７ｍｍ以上とすることが有意であるといえる。また、一層優れた気密性を実現する観点から、座部角度を６０°以上７０°以下とすることが特に有意であるといえる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記第１実施形態では、切削加工のみを用いて主体金具中間体を製造することにより、前記座部１７の硬度が２５０Ｈｖ以下（２００Ｈｖ以下）とされているが、座部１７の硬度を２５０Ｈｖ以下（２００Ｈｖ以下）とするための手法はこれに限定されるものではない。従って、例えば、切削加工に加えて鍛造加工を併せて用いる一方で、主体金具３（座部１７）に対して加熱処理を施すことで、座部１７の硬度を２５０Ｈｖ以下（２００Ｈｖ以下）とすることとしてもよい。また、主体金具３を構成する金属材料を変更することによって（例えば、炭素鋼を用いて主体金具３を形成する場合には、炭素量を減らすことによって）、座部１７の硬度を２５０Ｈｖ以下（２００Ｈｖ以下）とすることとしてもよい。但し、主体金具３を構成する金属材料を変更した場合には、ねじ部１５や加締め部２０等の強度が十分に確保されるように留意する必要がある。

（ｂ）上記第１実施形態では、座部１７全体の硬度が２５０Ｈｖ以下（２００Ｈｖ以下）とされているが、座部１７のうち少なくともヘッド４２と接する部位の硬度が２５０Ｈｖ以下（２００Ｈｖ以下）とされていればよい。

（ｃ）上記第１、第２実施形態において、座部１７（４７）はテーパ状に形成されているが、座部１７（４７）の形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、座部１７（４７）をねじ首１６や拡径部１８に対して直交するようにして形成することとしてもよい。

（ｄ）上記第３、第４実施形態において、連結部１７Ｂは、軸線ＣＬ１方向先端側へと先細るテーパ状に形成されているが、連結部１７Ｂの形状はこれに限定されるものではない。従って、例えば、軸線ＣＬ１と直交する方向に沿って軸線ＣＬ１側へと延びるようにして、連結部１７Ｂを形成することとしてもよい。

（ｅ）上記第３実施形態では、Ａ−Ｂが１．６ｍｍ以上とされているが、Ａ−Ｂの値はこれに限定されるものではない。

（ｆ）上記第３実施形態において、ねじ部１５のねじ径はＭ１２以下とされ、Ａ−Ｂが１．６ｍｍ以上とされているが、ねじ部１５のねじ径がより小さかったり、Ａ−Ｂがより大きかったりする場合ほど、連結部１７Ｂを設けるという本発明は有意である。従って、特に、ねじ部１５のねじ径をＭ１０以下としたり、Ａ−Ｂを２．０ｍｍ以上としたりしたスパークプラグに、本発明の技術思想を適用することで、気密性の低下を効果的に防止することができる。

（ｇ）上記第２、第４実施形態では、被覆層５１Ａ，５１Ｂの硬度が、ビッカース硬度で１００Ｈｖ以下とされているが、被覆層５１Ａ，５１Ｂの硬度は特に限定されるものではなく、被覆層５１Ａ，５１Ｂの硬度が１００Ｈｖを超えていてもよい。尚、被覆層５１Ａ，５１Ｂの硬度が過度に低いと、被覆層５１Ａ，５１Ｂの強度が不足してしまうおそれがあるため、被覆層５１Ａ，５１Ｂの硬度は、３５Ｈｖ以上とすることが好ましい。

（ｈ）上記第２、第４実施形態においては、被覆層５１Ａ，５１Ｂを形成する材料として、フッ素樹脂を例示しているが、被覆層５１Ａ，５１Ｂを形成する材料はこれに限定されるものではなく、軟化点が２００℃以上であり、かつ、ヘッド４２の硬度よりも硬度の小さな耐熱性ゴム（例えば、フッ素ゴム）や、他の耐熱性樹脂（例えば、ポリイミド系樹脂やポリアミド系樹脂等）を用いて、被覆層５１Ａ，５１Ｂを形成することとしてもよい。

（ｉ）上記実施形態では特に言及していないが、中心電極５及び接地電極２７のいずれか一方、或いは、双方に貴金属チップを設けることとしてもよい。この場合、火花放電間隙３３は、一方の電極５（２７）と他方の電極２７（５）に設けられた貴金属チップとの間、或いは、両電極５，２７に設けられた両貴金属チップの間に形成されることとなる。

（ｊ）上記実施形態では、主体金具３の先端部２６に、接地電極２７が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部（又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部）を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である（例えば、特開２００６−２３６９０６号公報等）。

（ｋ）上記実施形態では、工具係合部１９は断面六角形状とされているが、工具係合部１９の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Ｂｉ−ＨＥＸ（変形１２角）形状〔ＩＳＯ２２９７７：２００５（Ｅ）〕等とされていてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…スパークプラグ（内燃機関用スパークプラグ）
２…絶縁碍子（絶縁体）
３…主体金具
４…軸孔
５…中心電極
１５…ねじ部
１６…ねじ首
１７，１７Ａ，４７，４７Ａ…座部
１７Ｂ…連結部
１８…拡径部
２６…主体金具の先端部
２７…接地電極
４１…内燃機関
４２…ヘッド
４３…取付孔
５１Ａ，５１Ｂ…被覆層
ＣＬ１…軸線

Claims (3)

1. 軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
   前記中心電極の外周に設けられた略円筒状の絶縁体と、
   前記絶縁体の外周に設けられた略筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端部から延びるとともに、自身の先端部が前記中心電極の先端部との間に間隙を形成する接地電極とを備え、
   前記主体金具の外周面には、
   内燃機関のヘッドの取付孔に螺合するためのねじ部と、
   前記ねじ部の後端側に形成されたねじ首と、
   前記ねじ首の後端側に形成され、前記ねじ首よりも大径の拡径部と、
   前記ねじ首及び前記拡径部の間に位置する座部とが形成されてなる内燃機関用スパークプラグであって、
   前記座部の表面には、当該表面を覆うとともに、前記内燃機関のヘッドの取付孔に前記ねじ部が螺合された際に前記ヘッドに密着する耐熱性ゴムまたは耐熱性樹脂からなる被覆層が設けられ、
   前記被覆層は、軟化点が２００℃以上であり、かつ、前記ヘッドのうち前記被覆層に接する部分の硬度よりも硬度の小さい材料によって形成されることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
2. 前記被覆層の硬度を、ビッカース硬度で１００Ｈｖ以下とするとともに、
   前記被覆層のうち前記ヘッドに接する部位表面の十点平均粗さを１２．５μｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用スパークプラグ。
3. 前記被覆層は、５μｍ以上３００μｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用スパークプラグ。

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