JP6345214B2 - 点火プラグ - Google Patents

Description

本明細書は、点火プラグに関する。

内燃機関などの燃焼室における混合気に点火するために点火プラグが用いられている。点火プラグとしては、例えば、筒状の主体金具と、主体金具の内周側に設けられる絶縁体と、を備えるものが、用いられている。

特開２０００−２１５９６３号公報

内燃機関の設計自由度を向上するためには、点火プラグの小径化が好ましい。ところが、点火プラグの小径化に起因して、主体金具の製造時に不具合が生じる場合があった。例えば、主体金具の強度が不足する場合があった。また、主体金具の製造時に生じる切り屑が工具に付着して、生産性が低下する場合があった。

本明細書は、主体金具の強度低下と生産性低下とを抑制できる技術を開示する。

本明細書は、例えば、以下の適用例を開示する。

［適用例１］
軸線の方向に延びる筒状の主体金具を備える点火プラグであって、
前記主体金具は、
主成分である鉄と、
０．２０ｗｔ％以上、０．３０ｗｔ％以下の炭素と、
０．３０ｗｔ％以上、０．４５ｗｔ％以下のマンガンと、
０．００５ｗｔ％以上、０．００９ｗｔ％以下の硫黄と、
を含み、
硫黄の含有率（ｗｔ％）に対するマンガンの含有率（ｗｔ％）の比であるＭｎ／Ｓが、４０以上、６５以下である、
点火プラグ。

この構成によれば、主体金具の強度低下と生産性低下とを抑制できる。

［適用例２］
適用例１に記載の点火プラグであって、
前記主体金具は、自身の外周面に、
径方向外側に突出する座面と、
前記座面よりも前記軸線の方向における先端側に設けられたネジ部と、
を有し、
前記座面の先端部から前記主体金具の先端までの前記軸線の方向の距離は、２６ｍｍ以上、４０ｍｍ以下である、
点火プラグ。

主体金具の強度低下と生産性低下とが抑制されるので、座面から先端までの距離が２６ｍｍ以上の長い主体金具を、適切に、利用できる。

［適用例３］
適用例２に記載の点火プラグであって、
前記距離は、３４ｍｍ以上、４０ｍｍ以下である、
点火プラグ。

主体金具の強度低下と生産性低下とが抑制されるので、座面から先端までの距離が３４ｍｍ以上の長い主体金具を、適切に、利用できる。

［適用例４］
適用例２または３のいずれかに記載の点火プラグであって、
前記ネジ部の呼び径は、Ｍ１２、Ｍ１０、Ｍ８のいずれかである、
点火プラグ。

主体金具の強度低下と生産性低下とが抑制されるので、Ｍ１２、Ｍ１０、Ｍ８のいずれかである細いネジ部を有する主体金具を、適切に、利用できる。

なお、本明細書に開示の技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、点火プラグ用の主体金具、主体金具を有する点火プラグ、点火プラグを用いた点火装置、点火プラグを搭載する内燃機関、点火プラグを用いた点火装置を搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。

一実施形態としての点火プラグ１００の断面図である。 ネジ切り加工の説明図である。 サンプルの材料と評価結果とを表す表である。 サンプルの構成と評価結果とを表す表である。 サンプルの構成と評価結果とを表す表である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．点火プラグ１００の構成：
図１は、一実施形態としての点火プラグ１００の断面図である。図中には、点火プラグ１００の中心軸ＣＬ（「軸線ＣＬ」とも呼ぶ）と、点火プラグ１００の中心軸ＣＬを含む平らな断面と、が示されている。以下、中心軸ＣＬに平行な方向を「軸線ＣＬの方向」、または、単に「軸線方向」または「前後方向」とも呼ぶ。軸線ＣＬに垂直な方向を、「径方向」とも呼ぶ。中心軸ＣＬに平行な方向のうち、図１における下方向を先端方向Ｄｆ、または、前方向Ｄｆと呼び、上方向を後端方向Ｄｆｒ、または、後方向Ｄｆｒとも呼ぶ。先端方向Ｄｆは、後述する端子金具４０から中心電極２０に向かう方向である。また、図１における先端方向Ｄｆ側を点火プラグ１００の先端側と呼び、図１における後端方向Ｄｆｒ側を点火プラグ１００の後端側と呼ぶ。

点火プラグ１００は、軸線ＣＬに沿って延びる貫通孔１２（軸孔１２とも呼ぶ）を有する筒状の絶縁体１０と、貫通孔１２の先端側で保持される中心電極２０と、貫通孔１２の後端側で保持される端子金具４０と、貫通孔１２内で中心電極２０と端子金具４０との間に配置された抵抗体７３と、中心電極２０と抵抗体７３とに接触してこれらの部材２０、７３を電気的に接続する導電性の第１シール部７２と、抵抗体７３と端子金具４０とに接触してこれらの部材７３、４０を電気的に接続する導電性の第２シール部７４と、絶縁体１０の外周側に固定された筒状の主体金具５０と、一端が主体金具５０の先端面５５に接合されるとともに他端が中心電極２０とギャップｇを介して対向するように配置された接地電極３０と、を有している。

絶縁体１０の軸線方向の略中央には、外径が最も大きな大径部１４が形成されている。大径部１４より後端側には、後端側胴部１３が形成されている。大径部１４よりも先端側には、後端側胴部１３よりも外径の小さな先端側胴部１５が形成されている。先端側胴部１５よりもさらに先端側には、縮外径部１６と、脚部１９とが、先端側に向かってこの順に形成されている。縮外径部１６の外径は、前方向Ｄｆに向かって、徐々に小さくなっている。縮外径部１６の近傍（図１の例では、先端側胴部１５）には、前方向Ｄｆに向かって内径が徐々に小さくなる縮内径部１１が形成されている。絶縁体１０は、機械的強度と、熱的強度と、電気的強度とを考慮して形成されることが好ましく、例えば、アルミナを焼成して形成されている（他の絶縁材料も採用可能である）。

中心電極２０は、絶縁体１０の貫通孔１２内の前方向Ｄｆ側の端部に配置されている。中心電極２０は、頭部２４と、頭部２４の前方向Ｄｆ側に形成された軸部２７と、軸部２７の先端に接合（例えば、レーザ溶接）された第１チップ２９と、を有している。頭部２４の外径は、絶縁体１０の縮内径部１１よりも前方向Ｄｆ側の部分の内径よりも大きい。頭部２４の前方向Ｄｆ側の面は、絶縁体１０の縮内径部１１によって、支持されている。軸部２７は、軸線ＣＬに平行に前方向Ｄｆに向かって延びている。軸部２７は、外層２１と、外層２１の内周側に配置された芯部２２と、を有している。外層２１は、例えば、ニッケルを主成分として含む合金で形成されている。ここで、主成分は、含有率（重量パーセント（ｗｔ％））が最も高い成分を意味している。芯部２２は、外層２１よりも熱伝導率が高い材料（例えば、銅を主成分として含む合金）で形成されている。第１チップ２９は、軸部２７よりも放電に対する耐久性に優れる材料（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属、タングステン（Ｗ）、それらの金属から選択された少なくとも１種を含む合金）を用いて形成されている。中心電極２０のうち第１チップ２９を含む先端側の一部分は、絶縁体１０の軸孔１２から前方向Ｄｆ側に露出している。なお、芯部２２と第１チップ２９との少なくとも一方は、省略されてもよい。

絶縁体１０の貫通孔１２の後端側には、端子金具４０の前方向Ｄｆ側の一部が挿入されている。端子金具４０は、軸線ＣＬに平行に延びる棒状の部材である。端子金具４０は、導電性材料を用いて形成されている（例えば、鉄を主成分として含む金属）。端子金具４０は、前方向Ｄｆに向かって順番で並ぶ、キャップ装着部４９と、鍔部４８と、軸部４１と、を有している。キャップ装着部４９は、絶縁体１０の後端側で、軸孔１２の外に露出している。キャップ装着部４９には、高圧ケーブル（図示せず）に接続されたプラグキャップが装着され、火花放電を発生するための高電圧が印加される。キャップ装着部４９は、高圧ケーブルが接続される部分である端子部の例である。軸部４１は、絶縁体１０の軸孔１２の後方向Ｄｆｒ側の部分に挿入されている。鍔部４８の前方向Ｄｆ側の面は、絶縁体１０の後方向Ｄｆｒ側の端である後端１０ｅに接している。

絶縁体１０の軸孔１２内において、端子金具４０と中心電極２０との間には、電気的なノイズを抑制するための抵抗体７３が配置されている。抵抗体７３は、導電性材料（例えば、ガラスと炭素粒子とセラミック粒子との混合物）を用いて形成されている。抵抗体７３と中心電極２０との間には、第１シール部７２が配置され、抵抗体７３と端子金具４０との間には、第２シール部７４が配置されている。これらのシール部７２、７４は、導電性材料（例えば、金属粒子と抵抗体７３の材料に含まれるものと同じガラスとの混合物）を用いて形成されている。中心電極２０は、第１シール部７２、抵抗体７３、第２シール部７４によって、端子金具４０に電気的に接続されている。以下、絶縁体１０の軸孔１２内で端子金具４０と中心電極２０とを電気的に接続する部材７２、７３、７４の全体を、接続部３００とも呼ぶ。

主体金具５０は、軸線ＣＬに沿って延びる貫通孔５９を有する筒状の部材である。主体金具５０の貫通孔５９には、絶縁体１０が挿入され、主体金具５０は、絶縁体１０の外周に固定されている。主体金具５０は、導電材料（例えば、主成分である鉄を含む炭素鋼等の金属）を用いて形成されている。絶縁体１０の前方向Ｄｆ側の一部は、貫通孔５９の外に露出している。また、絶縁体１０の後方向Ｄｆｒ側の一部は、貫通孔５９の外に露出している。

主体金具５０は、工具係合部５１と、胴部５２と、を有している。工具係合部５１は、点火プラグ用のレンチ（図示せず）が嵌合する部分である。胴部５２は、主体金具５０の先端面５５を含む部分である。胴部５２の外周面には、内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）の取付孔に螺合するためのネジ部５７が形成されている。ネジ部５７は、雄ねじであり、螺旋状のネジ山を有している（図示省略）。

主体金具５０の工具係合部５１と胴部５２との間の外周面には、径方向外側に突き出たフランジ状の鍔部５４が形成されている。胴部５２のネジ部５７と鍔部５４との間には、環状のガスケット９０が配置されている。ガスケット９０は、例えば金属の板状部材を折り曲げることによって形成されており、点火プラグ１００がエンジンに取り付けられた際に押し潰されて変形する。このガスケット９０の変形によって、点火プラグ１００と（具体的には、鍔部５４の前方向Ｄｆ側の面）、エンジンと、の隙間が封止され、燃焼ガスの漏出が抑制される。鍔部５４の前方向Ｄｆ側の面５４ｓは、ガスケット９０に接触してガスケット９０を前方向Ｄｆへ押圧する座面を形成する（以下、座面５４ｓとも呼ぶ）。座面５４ｓは、径方向の外側に向かって突出している。そして、ネジ部５７は、座面５４ｓよりも前方向Ｄｆ側に設けられている。なお、ガスケット９０が省略されてもよい。この場合、座面５４ｓは、直接に、エンジンの点火プラグ１００用の取付孔を形成する部分（例えば、エンジンヘッド）に接触してよい。これにより、点火プラグ１００とエンジンとの間が封止される。いずれの場合も、主体金具５０の座面５４ｓとしては、主体金具５０の外面のうちの径方向の外側に向かって突出するとともに前方向Ｄｆ側を向いた面のうち、主体金具５０とエンジンとの間に挟まれる部材（例えば、ガスケット９０）に接触し得る部分、または、エンジンの取付孔を形成する部分（例えば、取付孔の縁）に直接的に接触し得る部分、を採用可能である。このような座面５４ｓは、ガスケット９０などの部材、または、エンジンに、接触することによって、点火プラグ１００とエンジンとの間を封止することができる。

主体金具５０の胴部５２には、先端側に向かって内径が徐々に小さくなる縮内径部５６が形成されている。主体金具５０の縮内径部５６と、絶縁体１０の縮外径部１６と、の間には、先端側パッキン８が挟まれている。本実施形態では、先端側パッキン８は、例えば、鉄製の板状リングである（他の材料（例えば、銅等の金属材料）も採用可能である）。

主体金具５０の工具係合部５１より後端側には、薄肉のカシメ部５３が形成されている。また、鍔部５４と工具係合部５１との間には、薄肉の座屈部５８が形成されている。主体金具５０の工具係合部５１からカシメ部５３にかけての内周面と、絶縁体１０の後端側胴部１３の外周面との間には、円環状のリング部材６１，６２が挿入されている。さらにこれらのリング部材６１，６２の間には、タルク７０の粉末が充填されている。点火プラグ１００の製造工程において、カシメ部５３が内側に折り曲げられて加締められると、座屈部５８が圧縮力の付加に伴って外向きに変形（座屈）し、この結果、主体金具５０と絶縁体１０とが固定される。タルク７０は、この加締め工程の際に圧縮され、主体金具５０と絶縁体１０との間の気密性が高められる。また、パッキン８は、絶縁体１０の縮外径部１６と主体金具５０の縮内径部５６との間で押圧され、そして、主体金具５０と絶縁体１０との間をシールする。

接地電極３０は、棒状の本体部３７と、本体部３７の先端部３４に取り付けられた第２チップ３９と、を有している。本体部３７の一端部３３（基端部３３とも呼ぶ）は、主体金具５０の先端面５５に接合されている（例えば、抵抗溶接）。本体部３７は、主体金具５０に接合された基端部３３から先端方向Ｄｆに向かって延び、中心軸ＣＬに向かって曲がって、先端部３４に至る。第２チップ３９は、先端部３４の後方向Ｄｆｒ側の部分に固定されている（例えば、レーザ溶接）。接地電極３０の第２チップ３９と、電極２０の第１チップ２９とは、ギャップｇを形成している。すなわち、接地電極３０の第２チップ３９は、中心電極２０の第１チップ２９の前方向Ｄｆ側に配置されており、第１チップ２９とギャップｇを介して対向している。第２チップ３９は、本体部３７よりも放電に対する耐久性に優れる材料（例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属、タングステン（Ｗ）、それらの金属から選択された少なくとも１種を含む合金）を用いて形成されている。

本体部３７は、外層３１と、外層３１の内周側に配置された内層３２と、を有している。外層３１は、内層３２よりも耐酸化性に優れる材料（例えば、ニッケルを含む合金）で形成されている。内層３２は、外層３１よりも熱伝導率が高い材料（例えば、純銅、銅合金、等）で形成されている。なお、内層３２と第２チップ３９との少なくとも一方は、省略されてもよい。

図１には、先端部長Ｌが示されている。先端部長Ｌは、座面５４ｓの先端部から、主体金具５０の先端までの、軸線ＣＬに平行な方向の距離である。座面５４ｓの先端部は、座面５４ｓのうちの最も前方向Ｄｆ側の部分である。通常は、この先端部長Ｌが長いほど、ネジ部５７は長い。

図１の左部には、主体金具５０の座屈部５８を含む部分の拡大図が示されている。拡大図中には、厚さＴが示されている。厚さＴは、座屈部５８のうちの最も外径の大きい部分５８ｗの、軸線ＣＬに垂直な方向の厚さである。主体金具５０の径方向の厚さは、主体金具５０の部分に応じて異なる。例えば、胴部５２の厚さは、座屈部５８の厚さよりも、厚い。ただし、通常は、座屈部５８の厚さＴが厚い場合には、主体金具５０の他の部分（例えば、胴部５２）の厚さも厚い。従って、座屈部５８の厚さＴは、主体金具５０（例えば、胴部５２）の厚さを表す指標値として利用可能である。

Ａ−２．主体金具５０の製造方法：
主体金具５０の製造方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、以下の方法によって、主体金具５０を製造してよい。まず、円柱状の金属製の部材を準備する。そして、冷間鍛造によって、円柱状の部材の形状を、大まかに成形する。そして、成形済の部材に貫通孔５９に相当する孔を開けて、円筒状の部材を生成する。次に、切削加工によって、円筒状の部材の各部分の外径と内径とを、主体金具５０の対応する部分の外径と内径とに、調整する。外径と内径とが調整された部材の胴部５２に、ダイスを用いるネジ切り加工によって、ネジ部５７を形成する。これにより、主体金具５０が完成する。

図２は、主体金具５０（図１）のネジ部５７を形成するネジ切り加工の説明図である。図中には、前方向Ｄｆを向いて見た加工中の主体金具５０ｘと、主体金具５０ｘにネジ部５７を形成する３個のネジ切りダイス３１０〜３３０と、が示されている。主体金具５０ｘは、主体金具５０（図１）が完成する前の段階の部材であり、軸線ＣＬに沿って延びる円筒状の部材である。ダイス３１０〜３３０は、主体金具５０ｘの軸線ＣＬに平行に延びる略円柱状の工具である。図２の例では、主体金具５０ｘの外周面に、周方向に沿っておおよそ等間隔に並ぶ３個のダイス３１０〜３３０が、接触している。各ダイス３１０〜３３０の外周面３１０ｓ〜３３０ｓには、予め、ネジ部５７（すなわち、雄ねじ）の形状を反転させた形状の部分が設けられている。３個のダイス３１０〜３３０によって主体金具５０ｘを挟んだ状態で、３個のダイス３１０〜３３０を、それぞれの回転軸３１０ｃ〜３３０ｃを中心に回転させる。これにより、主体金具５０ｘの外周面に、ネジ部５７が形成される（ネジ部５７のこのような形成方法は、転造とも呼ばれる）。

ネジ切り加工の前の切削加工において、切削加工によって生じる切り屑が切削工具に付着し、付着した切り屑が切削工具と新たな主体金具５０ｘとの間に挟まり、生産性が低下する場合がある。また、ネジ切り加工によって、主体金具５０ｘ（例えば、ネジ部５７が形成される胴部５２）が割れる場合がある。このように同じ工具を用いて複数の主体金具５０ｘを１つずつ加工する場合に、生産性が低下する場合がある。以下に説明する評価試験では、不具合を抑制可能な主体金具５０の材料について、検討した。

Ｂ．評価試験：
Ｂ−１．第１評価試験：
第１評価試験では、互いに材料が異なる主体金具５０ｘの複数種類のサンプルを用いて、切削加工とネジ切り加工を行った。そして、同じ切削工具を用いて複数の主体金具５０ｘを一つずつ加工し、切り屑に起因する不具合が発生したか否かを確認した。またネジ切り加工後のサンプルを目視で観察することによって、主体金具５０ｘが割れたか否かを確認した。

図３の第１表Ｔ１は、サンプルの材料と評価結果とを表している。主体金具５０ｘのサンプルの材料は、炭素鋼であり、主成分である鉄と、炭素Ｃと、マンガンＭｎと、硫黄Ｓと、を含んでいる。第１表Ｔ１は、サンプルの種類の番号と、主体金具５０ｘの材料に含まれる炭素ＣとマンガンＭｎと硫黄Ｓとのそれぞれの含有率（単位は、ｗｔ％）と、硫黄Ｓの含有率（ｗｔ％）に対するマンガンＭｎの含有率（ｗｔ％）の比（Ｍｎ／Ｓ）と、割れの評価結果と、生産性の評価結果と、総合評価結果と、を示している。なお、本評価試験では、ダイス３１０〜３３０は、主体金具５０ｘを加工する通常の回転速度よりも速い回転速度で、回転した。このように、不具合が生じやすい条件下で、ネジ切り加工が行われた。

第１表Ｔ１（図３）に示すように、本評価試験では、Ａ１番からＡ２５番の２５種類のサンプルが、評価された。これらのサンプルの間では、炭素Ｃの含有率とマンガンＭｎの含有率と硫黄Ｓの含有率とのうちの少なくとも１つが互いに異なっている。炭素Ｃの含有率とマンガンＭｎの含有率とは、原料への炭素ＣとマンガンＭｎとそれぞれの添加量を調整することによって、調整された。硫黄Ｓの含有率は、原料に不純物として含まれる硫黄Ｓの除去の程度を調整することによって、調整された。これらの含有率以外の構成は、複数種類のサンプルの間で共通であった。例えば、主体金具５０のネジ部５７の呼び径は、Ｍ１２であり、先端部長Ｌは、２８ｍｍであった。なお、Ａ３番のサンプルの材料は、一般的な炭素鋼の例である。

各種サンプルの評価結果は、同じ材料で形成された１０個のサンプルに切削加工とネジ切り加工を行った結果を示している。割れの評価結果に関しては、Ａ評価は、１０個の全てのサンプルが割れなかったことを示し、Ｂ評価は、少なくとも１個のサンプルが割れたことを示している。生産性の評価結果は、１０個の同じ種類のサンプルを１つずつ加工する場合の評価結果を示している。Ａ評価は、切り屑に起因する不具合が生じなかったことを示している。Ｂ評価は、少なくとも１個のサンプルの切削加工において、切削工具に切り屑が付着することにより正常な加工が行えない等の切り屑に起因した不具合が生じたことを示している。切り屑に起因する不具合が生じた場合、切り屑を取り除いて、試験を継続した。総合評価結果に関しては、Ａ評価は、割れの評価結果と生産性の評価結果との両方がＡ評価であることを示し、Ｂ評価は、割れの評価結果と生産性の評価結果との少なくとも一方がＢ評価であることを示している。

第１表Ｔ１（図３）に示すように、Ａ１、Ａ２番に関しては、炭素Ｃの含有率は、０．１８ｗｔ％であり、他のサンプルの炭素Ｃの含有率と比べて少なかった。そして、Ａ１、Ａ２番の完成した主体金具５０は、柔らかく、実用的な硬さを有していなかった。Ａ３番からＡ２３番のサンプルに関しては、炭素Ｃの含有率は、０．２０ｗｔ％以上、０．３０ｗｔ％以下の範囲内であり、完成した主体金具５０は、実用的な硬さを有していた。Ａ２４、Ａ２５番に関しては、炭素Ｃの含有率は、０．３５ｗｔ％であり、他のサンプルの炭素Ｃの含有率と比べて多かった。そして、Ａ２４、Ａ２５番のサンプルは、硬すぎて、割れの評価結果がＢ評価であった。以上により、炭素Ｃの含有率は、０．２０ｗｔ％以上、０．３０ｗｔ％以下であることが好ましい。

炭素Ｃの含有率が上記の好ましい範囲内であるＡ３番からＡ２３番のサンプルのうち、Ａ評価の総合評価結果を実現したサンプルは、Ａ７、Ａ８、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１３、Ａ１９、Ａ２２、Ａ２３番のサンプルであった。これらのサンプルの、マンガンＭｎの含有率と、硫黄Ｓの含有率と、含有率比（Ｍｎ（ｗｔ％）／Ｓ（ｗｔ％））との分布範囲は、以下の通りであった。
０．３０ｗｔ％ ≦ マンガンＭｎの含有率 ≦０．４５Ｗｔ％
０．００５ｗｔ％≦ 硫黄Ｓの含有率 ≦０．００９ｗｔ％
４０ ≦ 含有率比（Ｍｎ／Ｓ） ≦６５

マンガンＭｎの含有率が０．３０ｗｔ％未満であるＡ５、Ａ１７、Ａ２０番のサンプルの割れの評価結果は、Ｂ評価であった。この理由は、マンガンＭｎの低い含有率に起因して主体金具５０ｘが脆くなったからだと推定される。一方、マンガンＭｎの含有率が０．４５ｗｔ％を超えたＡ３、Ａ１４、Ａ２１番のサンプルの割れの評価結果は、Ｂ評価であった。この理由は、マンガンＭｎの高い含有率に起因して主体金具５０ｘが過度に硬くなり、この結果、主体金具５０ｘが割れやすくなったからだと推定される。

硫黄Ｓの含有率が０．００５ｗｔ％未満であるＡ９、Ａ１２番の生産性の評価結果は、Ｂ評価であった。この理由は、硫黄Ｓの低い含有率に起因して主体金具５０ｘが柔らかくなり、この結果、柔らかい切り屑が切削工具に付着し易くなったからだと推定される。一方、硫黄Ｓの含有率が０．００９ｗｔ％を超えたＡ３〜Ａ６、Ａ１４〜Ａ１７番の割れの評価結果は、Ｂ評価であった。これらのうち、マンガンＭｎの含有率がＡ評価の総合評価結果を実現した上記のサンプルのマンガンＭｎの含有率の分布範囲（０．３０ｗｔ％以上、０．４５Ｗｔ％以下）内であるＡ４、Ａ６、Ａ１５、Ａ１６の評価結果がＢ評価である理由は、硫黄Ｓの高い含有率に起因して主体金具５０ｘが脆くなり、主体金具が割れてしまうためだと推定される。

含有率比が４０未満であるＡ３、Ａ５、Ａ６、Ａ１５〜Ａ１８、Ａ２０番の割れの評価結果は、Ｂ評価であった。この理由は、含有率比が小さい場合には、マンガンＭｎの含有率に対する硫黄Ｓの含有率の割合が高いので、主体金具５０ｘが脆くなったからだと推定される。一方、含有率比が６５を超えたＡ１２、Ａ２１番に関しては、Ａ１２番の生産性の評価結果がＢ評価であり、Ａ２１番の割れの評価結果がＢ評価であった。硫黄Ｓの含有率に対するマンガンＭｎの含有率の割合が高い場合、主体金具５０ｘが硬くなり、この結果、主体金具５０ｘが割れやすくなり得ると推定される。また、マンガンＭｎの含有率に対する硫黄Ｓの含有率の割合が小さい場合、主体金具５０ｘが柔らかくなり、この結果、柔らかい切り屑が切削工具に付着し易くなり得ると推定される。

以上により、主体金具５０の材料（ひいては、主体金具５０）は、以下の条件１〜５を満たすことが好ましい。
（条件１）主成分である鉄Ｆｅを含む
（条件２）０．２０ｗｔ％以上、０．３０ｗｔ％以下の炭素Ｃを含む
（条件３）０．３０ｗｔ％以上、０．４５ｗｔ％以下のマンガンＭｎを含む
（条件４）０．００５ｗｔ％以上、０．００９ｗｔ％以下の硫黄Ｓを含む
（条件５）含有率比（Ｍｎ／Ｓ）が、４０以上、６５以下

硫黄Ｓの含有率の上記の好ましい範囲は、Ａ３番の材料のような一般的な炭素鋼の硫黄Ｓの含有率（例えば、０．０１ｗｔ％以上）と比べて、低い。通常は、このように硫黄Ｓの含有率が低い場合、材料が柔らかくなるので、切り屑が工具に付着し易い。上記の好ましい条件１〜５では、硫黄Ｓの含有率とマンガンＭｎの含有率とのバランスを調整することによって、切り屑に起因する不具合と、主体金具５０ｘの割れと、の両方を抑制している。

なお、上記の４つのパラメータ（炭素Ｃの含有率、マンガンＭｎの含有率、硫黄Ｓの含有率、含有率比（Ｍｎ／Ｓ））のそれぞれの好ましい範囲（具体的には、下限以上、上限以下の範囲）の上限と下限としては、第１表Ｔ１に示す良好な総合評価結果を実現したＡ７、Ａ８、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１３、Ａ１９、Ａ２２、Ａ２３番の対応するパラメータの値から任意に選択された値を採用可能である。例えば、良好な総合評価結果を実現したサンプルのマンガンＭｎの含有率は、０．３０、０．３１、０．３２、０．３３、０．３７、０．３９、０．４５であった。マンガンＭｎの含有率の好ましい範囲の上限と下限とを、これらの値から任意に選択してよい。また、良好な総合評価結果を実現したサンプルの硫黄Ｓの含有率は、０．００５、０．００６、０．００７、０．００８、０．００９であった。硫黄Ｓの含有率の好ましい範囲の上限と下限とを、これらの値から任意に選択してもよい。また、良好な総合評価結果を実現したサンプルの含有率比（Ｍｎ／Ｓ）は、４０．０、４２．９、４４．３、４６．３、５０．０、５５．０、６４．０、６５．０であった。含有率比（Ｍｎ／Ｓ）の好ましい範囲の上限と下限とを、これらの値から任意に選択してもよい。

また、主体金具５０の成分の上記の好ましい条件は、主体金具の形状や大きさに拘わらずに、割れの良好な評価結果と生産性の良好な評価結果とを実現できると推定される。従って、種々の形状と大きさの主体金具に、上記の好ましい条件を適用可能である。例えば、ネジ部５７の呼び径は、Ｍ１２以外の種々の径であってよい。また、先端部長Ｌは、２８ｍｍ以外の種々の値であってよい。

Ｂ−２．第２評価試験：
第２評価試験では、互いに先端部長Ｌ（図１）が異なる主体金具５０ｘの複数種類のサンプルを用いて、図２のネジ切り加工を行った。そして、加工後のサンプルを目視で観察することによって、主体金具５０ｘが割れたか否かを確認した。図４（Ａ）、図４（Ｂ）の表Ｔ２、Ｔ３は、サンプルの番号と、先端部長Ｌと、第１試験の評価結果と、第２試験の評価結果と、を示している。図４（Ａ）の第２表Ｔ２は、一般的な炭素鋼の例としてＡ３番（図３）の材料を用いる場合を示している。図４（Ｂ）の第３表Ｔ３は、図３で説明した好ましい条件１〜５を満たす材料の例としてＡ２２番の材料を用いる場合を示している。先端部長Ｌとしては、２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２の１０種類が試験された。第１試験では、ダイス３１０〜３３０は、主体金具５０ｘを加工する通常の回転速度よりも速い回転速度で、回転した。第２試験では、ダイス３１０〜３３０は、通常の回転速度で、回転した。このように、第１試験は、第２試験と比べて、不具合が生じやすい条件下で、行われた。なお、第２表Ｔ２のサンプルＢ１〜Ｂ１０と第３表Ｔ３のサンプルＣ１〜Ｃ１０との間では、材料以外の構成は、共通であった。例えば、ネジ部５７の呼び径は、Ｍ１２であった。

第１試験と第２試験とのそれぞれの評価結果は、同じ構成の１０個のサンプルにネジ切り加工を行った結果を示している。Ａ評価は、１０個の全てのサンプルに、「割れ」も「皺」も生じなかったことを示している。ここで「皺」は、材料が引っ張られた跡である。ダイス３１０〜３３０によって主体金具５０ｘの外周面が引っ張られることによって、皺が生じ得る。なお、皺は、割れではないので、皺が生じたとしても、実用上は問題ではない。Ｂ評価は、１０個の全てのサンプルに「割れ」が生じず、かつ、１個以上のサンプルに「皺」が生じたことを示している。Ｃ評価は、１個以上のサンプルに「割れ」が生じたことを示している。

第２表Ｔ２（図４（Ａ））に示すように、Ａ３番の材料（一般的な炭素鋼の例）を用いる場合、第１試験の評価結果は、Ｌ＝２４ｍｍの場合にＡ評価であり、Ｌ＝２６ｍｍの場合にＢ評価であり、Ｌ≧２８ｍｍの場合にＣ評価であった。第２試験の評価結果は、Ｌ≦３２ｍｍの場合にＡ評価であり、Ｌ＝３４ｍｍの場合にＢ評価であり、Ｌ≧３６ｍｍの場合にＣ評価であった。このように、先端部長Ｌが長いほど、評価結果が低かった。この理由は、以下のように推定される。先端部長Ｌが長いほど、主体金具５０ｘとダイス３１０〜３３０との接触面積が広くなるため、転造条件を厳しく設定する必要がある。その結果、ダイス３１０〜３３０から主体金具５０ｘ全体に印加される力が大きくなる。この結果、主体金具５０ｘに、割れや皺が生じ易い。

第３表Ｔ３（図４（Ｂ））に示すように、Ａ２２番の材料を用いる場合、第１試験の評価結果は、Ｌ≦３４ｍｍの場合にＡ評価であり、３６ｍｍ≦Ｌ≦４０ｍｍの場合にＢ評価であり、Ｌ＝４２ｍｍの場合にＣ評価であった。第２試験の評価結果は、Ｌ≦３８ｍｍの場合にＡ評価であり、Ｌ＝４０ｍｍの場合にＢ評価であり、Ｌ＝４２ｍｍの場合にＣ評価であった。

このように、好ましい材料（Ａ２２番）を用いる場合には、一般的な材料（Ａ３番）を用いる場合と比べて、良好な評価結果を実現する先端部長Ｌが、大幅に長くなった。具体的には、以下の通りである。第１試験の評価結果に関しては、２６ｍｍ≦Ｌ≦４０ｍｍの範囲の全ての先端部長Ｌに関して、Ａ２２番の材料の評価結果は、Ａ３番の材料の評価結果よりも、良好であった。例えば、第３表Ｔ３（図４（Ｂ））のＣ５番（Ｌ＝３２ｍｍ）の評価結果は、Ａ評価であり、第２表Ｔ２（図４（Ａ））のＢ５番（Ｌ＝３２ｍｍ）のＣ評価よりも、良好であった。他の先端部長Ｌについても、同様である。

図３で説明したように、Ａ２２番の材料に限らず、材料が上記の好ましい条件１〜５を満たす場合、割れの評価結果と生産性の評価結果との両方が良好であった。従って、Ａ２２番の材料に限らず、条件１〜５を満たす種々の材料を用いることによって、２６ｍｍ以上４０ｍｍ以下の先端部長Ｌの範囲内において、一般的な炭素鋼を用いる場合と比べて、ネジ切り加工での不具合（例えば、割れや皺）を抑制できる、と推定される。

また、第２試験の評価結果に関しては、３４ｍｍ≦Ｌ≦４０ｍｍの範囲の全ての先端部長Ｌに関して、Ａ２２番の材料の評価結果は、Ａ３番の材料の評価結果よりも、良好であった。例えば、第３表Ｔ３（図４（Ｂ））のＣ７番（Ｌ＝３６ｍｍ）の評価結果は、Ａ評価であり、第２表Ｔ２（図４（Ａ））のＢ７番（Ｌ＝３６ｍｍ）のＣ評価よりも、良好であった。他の先端部長Ｌについても、同様である。

図３で説明したように、Ａ２２番の材料に限らず、材料が上記の好ましい条件１〜５を満たす場合、割れの評価結果と生産性の評価結果との両方が良好であった。従って、Ａ２２番の材料に限らず、条件１〜５を満たす種々の材料を用いることによって、不具合が生じやすい条件下でネジ切り加工が行われる場合であっても、３４ｍｍ以上４０ｍｍ以下の先端部長Ｌの範囲内において、一般的な炭素鋼を用いる場合と比べて、ネジ切り加工での不具合（例えば、割れや皺）を抑制できる、と推定される。

なお、主体金具の形状と大きさとがサンプルの形状と大きさと異なる場合にも（例えば、ネジ部５７の呼び径がＭ１２とは異なる場合にも）、条件１〜５を満たす材料を用いることによって、不具合を抑制できると推定される。また、先端部長Ｌが２６ｍｍ未満である場合、または、先端部長Ｌが４０ｍｍを超える場合に、上記の好ましい条件１〜５を満たす材料を用いてもよい。

Ｂ−３．第３評価試験：
第３評価試験では、主体金具５０のネジ部５７の呼び径（ネジ径とも呼ぶ）が互いに異なる主体金具５０ｘの複数種類のサンプルを用いて、図２のネジ切り加工を行った。そして、加工後のサンプルを目視で観察することによって、主体金具５０ｘが割れたか否かを確認した。図５（Ａ）、図５（Ｂ）の表Ｔ４、Ｔ５は、サンプルの番号と、ネジ径と、厚さＴ（図１）と、割れ発生率と、評価結果と、を示している。図５（Ａ）の第４表Ｔ４は、一般的な炭素鋼の例としてＡ３番（図３）の材料を用いる場合を示している。図５（Ｂ）の第５表Ｔ５は、図３で説明した好ましい条件１〜５を満たす材料の例としてＡ２２番の材料を用いる場合を示している。ネジ径としては、８、１０、１２、１４（ｍｍ）の４種類が試験された。厚さＴは、ネジ径が大きいほど、厚かった。本評価試験では、ダイス３１０〜３３０は、主体金具５０ｘを加工する通常の回転速度よりも速い回転速度で、回転した。そして、１００個のサンプルにネジ切り加工を行った。割れ発生率は、１００個のサンプルのうちの割れが発生したサンプルの数の割合（％）を示している。評価結果に関しては、Ａ評価は、割れ発生率がゼロ％であることを示し、Ｂ評価は、割れ発生率がゼロ％よりも大きかったことを示している。なお、第４表Ｔ４のサンプルＤ１〜Ｄ４と第５表Ｔ５のサンプルＥ１〜Ｅ４との間では、材料以外の構成は、共通であった。例えば、先端部長Ｌは、２８ｍｍであった。

第４表Ｔ４（図５（Ａ））に示すように、Ａ３番の材料（一般的な炭素鋼の例）を用いる場合、評価結果は、ネジ径＝１４ｍｍの場合にＡ評価であり、ネジ径≦１２ｍｍの場合にＢ評価であった。このように、ネジ径が小さい場合に主体金具５０ｘが割れやすい理由は、ネジ径が小さい場合には、主体金具５０の肉厚（例えば、座屈部５８の厚さＴ）が薄くなるので、主体金具５０ｘの耐久性が低下するからである。

第５表Ｔ５（図５（Ｂ））に示すように、Ａ２２番の材料を用いる場合、評価結果は、全てのネジ径で、Ａ評価であった。このように、好ましい材料（Ａ２２番）を用いる場合には、一般的な材料（Ａ３番）を用いる場合と比べて、良好な評価結果を実現するネジ径が、大幅に細くなった。具体的には、以下の通りである。１２ｍｍ（Ｍ１２）、１０ｍｍ（Ｍ１０）、８ｍｍ（Ｍ８）のネジ径に関して、Ａ２２番の材料の評価結果は、Ａ３番の材料の評価結果よりも、良好であった。例えば、第５表Ｔ５（図５（Ｂ））のＥ１番（Ｍ８）の評価結果は、Ａ評価であり、第４表Ｔ４（図５（Ａ））のＤ１番（Ｍ８）のＢ評価よりも、良好であった。他のネジ径についても、同様である。

図３で説明したように、Ａ２２番の材料に限らず、材料が上記の好ましい条件１〜５を満たす場合、割れの評価結果と生産性の評価結果との両方が良好であった。従って、Ａ２２番の材料に限らず、条件１〜５を満たす種々の材料を用いることによって、不具合が生じやすい条件下でネジ切り加工が行われる場合であっても、Ｍ１２、Ｍ１０、Ｍ８のいずれのネジ径に関しても、一般的な炭素鋼を用いる場合と比べて、ネジ切り加工での不具合（例えば、割れ）を抑制できる、と推定される。

なお、主体金具の形状と大きさとがサンプルの形状と大きさと異なる場合にも（例えば、先端部長Ｌが２８ｍｍとは異なる場合にも）、条件１〜５を満たす材料を用いることによって、不具合を抑制できると推定される。また、ネジ部５７のネジ径がＭ１２、Ｍ１０、Ｍ８のいずれとも異なる場合に（例えば、ネジ径がＭ１２よりも大きい場合、または、ネジ径がＭ８よりも小さい場合）、上記の好ましい条件１〜５を満たす材料を用いてもよい。

Ｃ．変形例
（１）上記の好ましい条件１〜５を満たす主体金具５０の材料としては、図３に示すサンプルの材料に限らず、条件１〜５を満たす他の任意の材料を採用可能と推定される。図３で説明したように、条件１〜５で示される範囲は、割れの評価結果と生産性の評価結果との両方が良好であったサンプルのパラメータ（具体的には、炭素Ｃの含有率、マンガンＭｎの含有率、硫黄Ｓの含有率、が含有率比（Ｍｎ／Ｓ））の分布範囲である。従って、それらのパラメータが、上記の好ましい条件１〜５で示される範囲内である場合には、割れの評価結果と生産性の評価結果とは、大幅には変化せずに、良好であると推定される。いずれの場合も、主体金具が条件１〜５を満たす場合には、主体金具の材料も条件１〜５を満たすので、主体金具の強度低下と生産性低下とを抑制できる。

（２）主体金具５０の製造方法としては、上述した製造方法に代えて、他の任意の方法を採用可能である。例えば、外径と内径とを切削加工によって整える前の部材を、鋳造で製造してもよい。いずれの場合も、主体金具５０の製造において、切削加工が行われる場合には、切り屑による不具合が生じ得る。ここで、上記の好ましい条件１〜５を満たす材料を用いることによって、主体金具５０ｘの割れを抑制しつつ、切り屑に起因する不具合を抑制できる。

（３）点火プラグの構成は、図１で説明した構成に代えて、他の種々の構成であってよい。例えば、中心電極の側面（軸線ＣＬに垂直な方向側の面）と、接地電極とが、放電用のギャップを形成してもよい。放電用のギャップの総数が２以上であってもよい。抵抗体７３が省略されてもよい。絶縁体１０の貫通孔１２内の中心電極２０と端子金具４０との間に、磁性体が配置されてもよい。中心電極２０の全体が、絶縁体１０の貫通孔１２内に配置されてもよい。端子金具４０の全体が、絶縁体１０の貫通孔１２内に配置されてもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

８...先端側パッキン、１０...絶縁体、１０ｅ...後端、１１...縮内径部、１２...軸孔（貫通孔）、１３...後端側胴部、１４...大径部、１５...先端側胴部、１６...縮外径部、１９...脚部、２０...中心電極、２１...外層、２２...芯部、２４...頭部、２７...軸部、２９...第１チップ、３０...接地電極、３１...外層、３２...内層、３３...一端部、３３...基端部、３４...先端部、３７...本体部、３９...第２チップ、４０...端子金具、４１...軸部、４８...鍔部、４９...キャップ装着部、５０、５０ｘ...主体金具、５１...工具係合部、５２...胴部、５３...カシメ部、５４...鍔部、５４ｓ...座面、５５...先端面、５６...縮内径部、５７...ネジ部、５８...座屈部、５９...貫通孔、６１...リング部材、７０...タルク、７２...第１シール部、７３...抵抗体、７４...第２シール部、９０...ガスケット、１００...点火プラグ、３００...接続部、３１０〜３３０...ダイス、３１０ｃ〜３３０ｃ...回転軸、３１０ｓ〜３３０ｓ...外周面、ｇ...ギャップ、Ｌ...先端部長、ＣＬ...中心軸（軸線）、Ｄｆ...先端方向（前方向）、Ｄｆｒ...後端方向（後方向）

Claims (4)

1. 軸線の方向に延びる筒状の主体金具を備える点火プラグであって、
   前記主体金具は、
   主成分である鉄と、
   ０．２０ｗｔ％以上、０．３０ｗｔ％以下の炭素と、
   ０．３０ｗｔ％以上、０．４５ｗｔ％以下のマンガンと、
   ０．００５ｗｔ％以上、０．００９ｗｔ％以下の硫黄と、
   を含み、
   硫黄の含有率（ｗｔ％）に対するマンガンの含有率（ｗｔ％）の比であるＭｎ／Ｓが、４０以上、６５以下である、
   点火プラグ。
2. 請求項１に記載の点火プラグであって、
   前記主体金具は、自身の外周面に、
   径方向外側に突出する座面と、
   前記座面よりも前記軸線の方向における先端側に設けられたネジ部と、
   を有し、
   前記座面の先端部から前記主体金具の先端までの前記軸線の方向の距離は、２６ｍｍ以上、４０ｍｍ以下である、
   点火プラグ。
3. 請求項２に記載の点火プラグであって、
   前記距離は、３４ｍｍ以上、４０ｍｍ以下である、
   点火プラグ。
4. 請求項２または３のいずれかに記載の点火プラグであって、
   前記ネジ部の呼び径は、Ｍ１２、Ｍ１０、Ｍ８のいずれかである、
   点火プラグ。

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