JP6495194B2 - スパークプラグの取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグをエンジン本体に取り付けてなるスパークプラグの取付構造、およびスパークプラグをエンジン本体に取り付けるスパークプラグの取付方法に関する。

自動車、コージェネレーション等におけるエンジン（内燃機関）には、スパークプラグが取り付けられており、該スパークプラグの火花放電ギャップに放電火花を生じさせることにより、エンジンの燃焼室における混合気に着火できるよう構成されている。

このように、スパークプラグをエンジン本体（シリンダヘッド）に取り付けてなるスパークプラグの取付構造においては、エンジン本体における取付用孔部の内周に設けた雌ネジ部に、スパークプラグの外周に設けた取付用ネジ部を螺合させている。

エンジン本体の取付用孔部と上記スパークプラグとの間におけるシールを確実にするために、エンジン本体における取付用孔部の周囲のエンジン座面と、スパークプラグにおける取付用ネジ部の基端側に設けたプラグ座面との間には、ガスケットを介在させてある（特許文献１等）。そして、スパークプラグをエンジン本体に取り付けるにあたっては、ガスケットを弾性変形させるように取付用ネジ部を雌ネジ部に締め付ける。これにより、エンジン本体の取付用孔部とスパークプラグとの間のシール性を確保している。つまり、スパークプラグをエンジン本体に螺合する際に、ガスケットが弾性変形することによって生じる弾性力によって、取付用ネジ部の締付の軸力が維持されて、取付部におけるシール性が確保されている。

特開２００１−１８７９６６号公報

しかしながら、近年、エンジンの希薄燃焼化や高出力化に伴い、燃焼温度の上昇や振動の増加が生じている。これによって、ガスケットに過大な力が作用することがある。ガスケットに過大な力が作用すると、ガスケットが塑性変形を生じ、プラグ軸方向の厚みが小さくなるおそれがある。つまり、ガスケットにヘタリが生じ、プラグ座面とエンジン座面との間に介在したガスケットの弾性力が低下し、シール性が低下するおそれがある。

また、ガスケットにヘタリが生じると、スパークプラグの取付用ネジ部の締付の軸力が低下し、取付用ネジ部とエンジン本体の雌ネジ部との間の締め付けが緩んでしまうおそれがある。

このようなガスケットのヘタリを防ぐためには、ガスケットの降伏応力を高くすることが考えられる。

ところが、ガスケットに求められる特性として、スパークプラグをエンジン本体に締め付ける際に充分に弾性変形して、エンジン座面とプラグ座面とに密着することにより、両者間の気密性を高めることができることが要求される。それゆえ、ガスケットの塑性変形を抑制すべく、単にその降伏応力を高めるだけでは、ガスケットが弾性変形し難くなり、エンジン座面とプラグ座面とに密着させることが困難となる。つまり、ガスケットの降伏応力を高くしすぎると、却ってシール性を確保することが困難となるおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、エンジン本体との取付部における高いシール性を確保しつつ、そのシール性の低下を防ぐことができるスパークプラグの取付構造を提供しようとするものである。
さらに本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、エンジン本体との取付部における高いシール性を確保しつつ、そのシール性の低下を防ぐことができるスパークプラグの取付方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、外周に取付用ネジ部を設けたスパークプラグをエンジン本体に取り付けてなるスパークプラグの取付構造であって、
上記エンジン本体は、上記スパークプラグの上記取付用ネジ部を螺合するための雌ネジ部を内側に設けた取付用孔部と、該取付用孔部の開口端の周囲に設けられたエンジン座面とを備え、
上記スパークプラグは、上記取付用ネジ部の基端側に形成されると共に上記エンジン座面に対向配置されるプラグ座面を備え、上記エンジン座面と上記プラグ座面との間に、両者間をシールするための環状のガスケットを介在させた状態で上記エンジン本体に取り付けられており、
上記ガスケットは、金属材料からなると共に、上記プラグ座面と当接するプラグ側当接面と、上記エンジン座面と当接するエンジン側当接面とを備え、
上記プラグ側当接面及び上記エンジン側当接面は、いずれも上記スパークプラグの中心軸を含む平面による上記ガスケットの断面形状において凸形状となる曲面の一部に形成されており、
上記断面形状がプラグ軸方向に対して傾斜した状態で、上記プラグ側当接面と上記エンジン側当接面とは、互いにプラグ径方向にオフセット配置されており、
さらに、上記ガスケットと、上記スパークプラグにおいて上記取付用ネジ部から上記プラグ座面に向けて延びた延出面との間には、上記ガスケットが上記延出面から当該ガスケットの径方向外側に向けて離間していることで形成された離間空間が設けられており、
上記離間空間は、上記断面形状の傾斜が変化する場合に上記ガスケットの内周端が上記延出面側に移動することを可能にする空間であり、
上記ガスケットにおいて、上記プラグ側当接面から上記径方向外側に向けて延びた部分の端部であるプラグ側端部が、上記エンジン側当接面から上記径方向外側に向けて延び且つ上記径方向外側に向けて膨らむように湾曲したエンジン側湾曲部よりも上記径方向外側には突出していない、ことを特徴とするスパークプラグの取付構造にある。
さらに本発明の一態様は、外周に取付用ネジ部を設けたスパークプラグをエンジン本体に取り付けるスパークプラグの取付方法であって、
上記エンジン本体は、上記スパークプラグの上記取付用ネジ部を螺合するための雌ネジ部を内側に設けた取付用孔部と、該取付用孔部の開口端の周囲に設けられたエンジン座面とを備え、
上記スパークプラグは、上記取付用ネジ部の基端側に形成されると共に上記エンジン座面に対向配置されるプラグ座面を備え、上記エンジン座面と上記プラグ座面との間に、両者間をシールするための環状のガスケットを介在させた状態で上記エンジン本体に取り付けられ、
上記ガスケットは、金属材料からなると共に、上記プラグ座面と当接するプラグ側当接面と、上記エンジン座面と当接するエンジン側当接面とを備え、
上記プラグ側当接面及び上記エンジン側当接面は、いずれも上記スパークプラグの中心軸を含む平面による上記ガスケットの断面形状において凸形状となる曲面の一部に形成されており、
上記断面形状がプラグ軸方向に対して傾斜した状態で、上記プラグ側当接面と上記エンジン側当接面とは、互いにプラグ径方向にオフセット配置されており、
さらに、上記ガスケットと、上記スパークプラグにおいて上記取付用ネジ部から上記プラグ座面に向けて延びた延出面との間には、上記ガスケットが上記延出面から当該ガスケットの径方向外側に向けて離間していることで形成された離間空間が設けられており、
上記離間空間は、上記断面形状の傾斜が変化する場合に上記ガスケットの内周端が上記延出面側に移動することを可能にする空間であり、
上記スパークプラグを上記エンジン本体に取り付ける前の状態においては、上記ガスケットは弾性変形前の自由状態にあり、上記自由状態では、上記プラグ側当接面から上記径方向外側に向けて延びた部分の端部であるプラグ側端部が、上記エンジン側当接面から上記径方向外側に向けて延び且つ径方向外側に向けて膨らむように湾曲したエンジン側湾曲部よりも上記径方向外側にあり、
上記スパークプラグを上記エンジン本体に取り付ける際には、上記エンジン座面と上記プラグ座面との間に上記ガスケットを介在させた状態で、上記スパークプラグの上記取付用ネジ部を上記取付用孔部の上記雌ネジ部に螺合し、
上記断面形状の傾斜を変化させて上記ガスケットの内周端が上記延出面側に移動した状態で上記離間空間が確保されるように、且つ上記プラグ側端部が上記エンジン側湾曲部よりも上記径方向外側には突出しない位置に移動するように、さらに上記スパークプラグをねじ込む、ことを特徴とするスパークプラグの取付方法にある。

上記ガスケットは、上記プラグ側当接面及び上記エンジン側当接面が上記のような曲面の一部に形成されており、かつ、上記プラグ側当接面と上記エンジン側当接面とは、互いにプラグ径方向にオフセット配置されている。それゆえ、スパークプラグの取付用ネジ部の軸力に対しては、環状のガスケットの周方向の各部が、プラグ座面との当接部とエンジン座面との当接部とを結ぶ線分の中点あたりを軸として回転するように弾性変形する。つまり、環状のガスケットが、局部的にではなく、その全体形状において変形するため、大きな力が作用しても、ガスケットの変形は塑性域まで至りにくく、弾性変形となりやすい。その結果、エンジン使用時の振動等に起因して大きな外力がガスケットに作用しても、ガスケットの塑性変形を招くことを防ぐことができ、そのシール性の低下を防ぐことができる。

そして、このように、大きな外力が作用してもガスケットはその全体形状によって弾性変形するため、特にガスケットの材料として、極端に降伏応力もしくは０．２％耐力の高いものを用いる必要がない。それゆえ、スパークプラグをエンジン本体に締め付けたときに、ガスケットは、軸力に対して適度に弾性変形し、プラグ側当接面がプラグ座面に充分に密着し、エンジン側当接面がエンジン座面に充分に密着するようにすることができる。これにより、スパークプラグの取付部におけるシール性を充分に確保することができる。

また、上記プラグ側当接面及び上記エンジン側当接面は曲面の一部に形成されているため、それぞれプラグ座面及びエンジン座面との接触は、環状の線接触に近い状態となり、そのシール性を確保しやすい。

以上のごとく、本発明によれば、エンジン本体との取付部における高いシール性を確保しつつ、そのシール性の低下を防ぐことができるスパークプラグの取付構造およびスパークプラグの取付方法を提供することができる。

実施例１における、スパークプラグの取付構造の部分断面説明図。 実施例１における、ガスケットによるシール部の拡大断面説明図。 実施例１における、ガスケットの斜視図。 実施例１における、スパークプラグの部分断面説明図。 実施例１における、ガスケットが弾性変形する直前の状態にあるスパークプラグの取付途中の拡大断面説明図。 実施例１における、ガスケットが弾性変形しつつある状態のスパークプラグの取付途中の拡大断面説明図。 実施例１における、締付け完了した状態にあるスパークプラグの取付途中の拡大断面説明図。 実施例２における、ガスケットの一部の拡大断面説明図。 実施例２における、他のガスケットの一部の拡大断面説明図。 実施例２における、さらに他のガスケットの一部の拡大断面説明図。 実験例１における、測定結果を締付トルクと漏れ量との関係で表した線図。 実験例１における、測定結果を平均接触長さと漏れ量との関係で表した線図。 実験例１における、オフセット量Ｐが０．０ｍｍの試料についての測定結果を締付トルクと漏れ量との関係で表した線図。 実験例１における、オフセット量Ｐが０．６ｍｍの試料についての測定結果を締付トルクと漏れ量との関係で表した線図。 実験例１における、オフセット量Ｐが１．２ｍｍの試料についての測定結果を締付トルクと漏れ量との関係で表した線図。 実験例１における、オフセット量Ｐが０．０ｍｍの試料についての測定結果を締付トルクと漏れ量との関係で表した線図。 実験例１における、オフセット量Ｐが０．６ｍｍの試料についての測定結果を締付トルクと漏れ量との関係で表した線図。 実験例１における、オフセット量Ｐが１．２ｍｍの試料についての測定結果を締付トルクと漏れ量との関係で表した線図。

上記スパークプラグにおいて、燃焼室へ挿入される側を先端側、その反対側を基端側とする。

上記ガスケットは、降伏応力もしくは０．２％耐力が２００Ｎ／ｍｍ２以上である金属材料からなる。ここで、０．２％耐力とは、降伏点を持たない金属材料において、当該金属材料に荷重をかけた場合、荷重を除去したときに残る塑性変形（永久ひずみ）が０．２％となるときの当該金属材料に作用した最大荷重の大きさをいう。

なお、上記ガスケットとして、降伏応力もしくは０．２％耐力が２００Ｎ／ｍｍ２未満の金属材料を用いると、大きな力が作用したとき塑性変形してしまうおそれがあり、シール性の低下を防ぐことが困難となる。

また、上記ガスケットは、ステンレス鋼からなることが好ましい。この場合には、上記ガスケットの降伏応力もしくは０．２％耐力を２００Ｎ／ｍｍ２以上とし易いため、上述の作用効果を容易に得ることができる。

また、上記ガスケットは、上記スパークプラグの中心軸を含む平面による断面形状がＳ字形状もしくは逆Ｓ字形状であることが好ましい。この場合には、全体形状が環状であるガスケットにおいて、上記プラグ側当接面及び上記エンジン側当接面を容易に形成することができる。

また、上記プラグ側当接面と上記エンジン側当接面との間のプラグ径方向のオフセット量は、０．６ｍｍ以上であることが好ましい。この場合には、上述したような環状のガスケットの周方向の各部における回転が生じるような弾性変形を、円滑に生じさせることができる。これにより、大きな力が作用しても、ガスケットの変形が塑性域まで至らずに、弾性変形としやすく、スパークプラグの取付部のシール性を確保することができる。

また、上記プラグ座面と接触した上記プラグ側当接面のプラグ径方向の長さと、上記エンジン座面と接触した上記エンジン側当接面のプラグ径方向の長さとの平均値は、０．２〜０．７ｍｍであることが好ましい。この場合には、スパークプラグの取付部におけるシール性を確保することができる。上記平均値が０．２ｍｍ未満の場合には、プラグ側当接面又はエンジン側当接面におけるシール幅が短くなり、スパークプラグの取付部におけるシール性の低下を招くおそれがある。また、上記平均値が０．７ｍｍを超える場合には、プラグ側当接面又はエンジン側当接面において、部分的にガスケットとプラグ座面又はエンジン座面との接触圧が低下することが考えられ、その部分におけるシール性の低下を招くおそれがある。

（実施例１）
上記スパークプラグの取付構造につき、図１〜図７を用いて説明する。

本例のスパークプラグの取付構造は、図１に示すごとく、外周に取付用ネジ部１２を設けたスパークプラグ１をエンジン本体２に取り付けてなる構造である。

エンジン本体２は、スパークプラグ１の取付用ネジ部１２を螺合するための雌ネジ部を内側に設けた取付用孔部２２と、該取付用孔部２２の開口端の周囲に設けられたエンジン座面２１とを備えている。

スパークプラグ１は、取付用ネジ部１２の基端側に形成されると共にエンジン座面２１に対向配置されるプラグ座面１１を備えている。

そして、スパークプラグ１は、エンジン座面２１とプラグ座面１１との間に、両者間をシールするための環状のガスケット３を介在させた状態でエンジン本体２に取り付けられている。

ガスケット３は、降伏応力もしくは０．２％耐力が２００Ｎ／ｍｍ２以上である金属材料からなると共に、図２に示すごとく、プラグ座面１１と当接するプラグ側当接面３１１と、エンジン座面２１と当接するエンジン側当接面３２１とを備えている。

プラグ側当接面３１１及びエンジン側当接面３２１は、いずれもスパークプラグ１の中心軸を含む平面による断面形状（図２に表れる断面形状）において凸形状となる曲面の一部に形成されている。

プラグ側当接面３１１及びエンジン側当接面３２１は、互いにプラグ径方向にオフセット配置されている。

本例のスパークプラグ１は、例えば、自動車、コージェネレーション、ガス圧送用ポンプ等における内燃機関の着火手段として用いることができる。

スパークプラグ１は、図１、図４に示すように、例えば炭素鋼等の金属からなると共に略円筒形状を有するハウジング１２０の外周に取付用ネジ部１２を形成している。

この略円筒状のハウジング１２０の内側に、例えばアルミナ等のセラミックスからなる略円筒状の絶縁碍子１３が挿通保持されており、絶縁碍子１３の内側に略円柱状の中心電極１４が挿通保持されている。

また、ハウジング１２０の先端面に、Ｎｉ合金等からなる接地電極１５の一端が接合されている。そして、図１、図２に示すごとく、接地電極１５の他端付近が中心電極１４の先端と対向する位置に配されるよう、接地電極１５は屈曲形成されている。これにより、中心電極１４と接地電極１５との間に火花放電ギャップ１６が形成されている。

ハウジング１２０は、取付用ネジ部１２の基端側に、取付用ネジ部１２よりも直径の大きい大径部を有し、該大径部の先端側に、上記プラグ座面１１を円周状に形成してなる。このプラグ座面１１に面するように、ガスケット３が配設されている。

ガスケット３は、図３に示すごとく、円環状の部材であり、一枚の金属板をプレス等によって、打ち抜き加工、曲げ加工することにより、成形することができる。

ガスケット３は、降伏応力もしくは０．２％耐力が高い金属材料からなり、本例においては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる。ただし、ガスケット３は、降伏応力もしくは０．２％耐力が２００Ｎ／ｍｍ２以上である金属材料からなるものであればよく、ステンレス鋼以外にも、例えば、圧延鋼板を用いてもよい。

また、ガスケット３は、図２に示すごとく、スパークプラグ１の中心軸を含む平面による断面形状がＳ字形状もしくは逆Ｓ字形状である。ここで、Ｓ字形状もしくは逆Ｓ字形状とは、互いに逆向きの曲線状の折返し部分を２箇所に備え、一対の折返し部分の間の部分と、一方の折返し部分よりも一端側の部分（プラグ側当接面３１１を備える部分）と、他方の折返し部分よりも他端側の部分（エンジン側当接面３２１を備える部分）とが、プラグ軸方向に重なっている形状をいう。ここで、Ｓ字形状もしくは逆Ｓ字形状の一端（他端）が、Ｓ字形状における他の部分に接触していても接触していなくてもよい。本例においては、Ｓ字形状もしくは逆Ｓ字形状の一端（プラグ側当接面３１１に近い側の端部）が、Ｓ字形状における他の部分に接触せず、他端（エンジン側当接面３２１に近い側の端部）が、Ｓ字形状における他の部分に接触している。

ガスケット３におけるプラグ側当接面３１１とエンジン側当接面３２１との間のプラグ径方向のオフセット量Ｐは、０．６ｍｍ以上である。ここで、オフセット量Ｐは、プラグ側当接面３１１の中心（内周端と外周端との中点）と、エンジン側当接面３２１の中心（内周端と外周端との中点）との間の距離をいう。

また、プラグ座面１１と接触したプラグ側当接面３１１のプラグ径方向の長さＬ１と、エンジン座面２１と接触したエンジン側当接面３２１のプラグ径方向の長さＬ２との平均値（平均接触長さＬ０）は、０．２〜０．７ｍｍである。ここで、Ｌ１≧０．１ｍｍ、Ｌ２≧０．１ｍｍであることが好ましい。

スパークプラグ１をエンジン本体２に取り付ける前の状態においては、図４、図５に示すごとく、ガスケット３は、プラグ軸方向の寸法が比較的大きい状態にあり、いわゆる弾性変形していない自由状態にある。

かかるガスケット３がハウジング１２０の外周に配置されたスパークプラグ１を、エンジン本体２における取付用孔部２２に取り付けるにあたっては、スパークプラグ１の取付用ネジ部１２を取付用孔部２２の雌ネジ部に螺合する。そして、図５に示すごとく、スパークプラグ１のプラグ座面１１とエンジン本体２のエンジン座面２１とに、ガスケット３が挟持された状態となる。

この状態からさらにスパークプラグ１をねじ込むことにより、図６に示すごとく、ガスケット３が弾性変形を始める。このとき、図５〜図７に示すごとく、環状のガスケット３の周方向の各部が、プラグ座面１１との当接部とエンジン座面２１との当接部とを結ぶ線分の中点あたりを軸として回転するように弾性変形する。つまり、プラグ座面１１との当接部がプラグ径方向の内側へ向かい、エンジン座面２１との当接部がプラグ径方向の外側へ向かうように、ガスケット３の周方向の各部が弾性変形する。

そして、プラグ側当接面３１１がエンジン側当接面３２１よりもプラグ径方向の内側にオフセットされた状態で、ガスケット３がプラグ座面１１とエンジン座面２１とにそれぞれ環状に圧接される。これにより、スパークプラグ１とエンジン本体２との間がシールされる。

この間、図５〜図７に示すごとく、ガスケット３の局部的な断面形状（周方向に直交する断面の形状）は、殆ど変化することなく、プラグ軸方向に対する傾斜が変化する。

次に、本例の作用効果につき説明する。

ガスケット３は、プラグ側当接面３１１及びエンジン側当接面３２１が上記のような曲面の一部に形成されており、かつ、プラグ側当接面３１１及びエンジン側当接面３２１は、互いにプラグ径方向にオフセット配置されている。それゆえ、スパークプラグ１の取付用ネジ部１２の軸力に対しては、環状のガスケット３の周方向の各部が、プラグ座面１１との当接部とエンジン座面２１との当接部とを結ぶ線分の中点あたりを軸として回転するように弾性変形する。つまり、環状のガスケット３が、局部的にではなく、その全体形状において変形するため、大きな力が作用しても、ガスケット３の変形は塑性域まで至りにくく、弾性変形となりやすい。その結果、エンジン使用時の振動等に起因して大きな外力がガスケット３に作用しても、ガスケット３の塑性変形を招くことを防ぐことができ、そのシール性の低下を防ぐことができる。

そして、このように、大きな外力が作用してもガスケット３はその全体形状によって弾性変形するため、特にガスケット３の材料として、極端に降伏応力もしくは０．２％耐力の高いものを用いる必要がない。それゆえ、スパークプラグ１をエンジン本体２に締め付けたときに、ガスケット３は、軸力に対して適度に弾性変形し、プラグ側当接面３１１がプラグ座面１１に充分に密着し、エンジン側当接面３２１がエンジン座面２１に充分に密着するようにすることができる。これにより、スパークプラグ１の取付部におけるシール性を充分に確保することができる。

また、プラグ側当接面３１１及びエンジン側当接面３２１は曲面の一部に形成されているため、それぞれプラグ座面１１及びエンジン座面２１との接触は、環状の線接触に近い状態となり、そのシール性を確保しやすい。

また、ガスケット３は、ステンレス鋼からなる。これにより、ガスケット３の降伏応力もしくは０．２％耐力を２００Ｎ／ｍｍ２以上とし易いため、上述の作用効果を容易に得ることができる。

また、ガスケット３は、スパークプラグ１の中心軸を含む平面による断面形状がＳ字形状もしくは逆Ｓ字形状である。これにより、全体形状が環状であるガスケット３において、プラグ側当接面３１１及びエンジン側当接面３２１を容易に形成することができる。

また、プラグ側当接面３１１とエンジン側当接面３２１との間のプラグ径方向のオフセット量Ｐは、０．６ｍｍ以上である。これにより、上述したような環状のガスケット３の周方向の各部における回転が生じるような弾性変形を、円滑に生じさせることができる。これにより、大きな力が作用しても、ガスケット３の変形が塑性域まで至らずに、弾性変形としやすく、スパークプラグ１の取付部のシール性を確保することができる。

また、プラグ座面１１と接触したプラグ側当接面３１１のプラグ径方向の長さＬ１と、エンジン座面２１と接触したエンジン側当接面３２１のプラグ径方向の長さＬ２との平均値（平均接触長さＬ０）は、０．２〜０．７ｍｍである。これにより、スパークプラグ１の取付部におけるシール性を確保することができる。

以上のごとく、本例によれば、エンジン本体との取付部における高いシール性を確保しつつ、そのシール性の低下を防ぐことができるスパークプラグの取付構造を提供することができる。
（実施例２）
本例は、図８〜図１０に示すごとく、ガスケット３の形状を種々変更した例である。

すなわち、ガスケット３における周方向の一部における、プラグ軸方向を含む平面による断面の形状を、Ｓ字形状や逆Ｓ字形状以外とした例である。

図８に示すガスケット３は、上記の断面が、略楕円形状である。すなわち、このガスケット３は、断面楕円形状のチューブを環状に形成してなるものである。

図９に示すガスケット３は、折返し部分を３箇所に有し、エンジン側当接面３２１を二つの折返し部分の間に設けたものである。

図１０に示すガスケット３は、折返し部分を２箇所に有し、一方の折返し部分よりも一端側の端縁が、プラグ側当接面３１１とエンジン側当接面３２１との間から、他方の折返し部分へ向かうように形成されたものである。

また、図示を省略したが、ガスケット３の断面形状として、実施例１に示したＳ字形状もしくは逆Ｓ字形状とは逆のパターンのＳ字形状もしくは逆Ｓ字形状を採用することもできる。すなわち、プラグ側当接面３１１が、エンジン側当接面３２１よりも、プラグ径方向の外側に配置される構成であってもよい。
（実験例１）
本例は、図１１〜図１８に示すごとく、実施例１のスパークプラグの取付構造における、シール性の評価を行った例である。

具体的には、ＪＩＳＢ８０３１（規格名称「内燃機関−スパークプラグ」、２００６年１２月２０日改正）の規格に従って、気密性試験を行った。すなわち、所定の条件下において、スパークプラグを１５０℃の雰囲気中に３０分間保った後、その状態で発火部に、１．５ＭＰａの空気圧を加えて、プラグ内部からの空気の漏れ量を測定した。

評価に用いたスパークプラグは、Ｍ１４のハウジング１２０、すなわち取付用ネジ部１２における谷部の直径が１４ｍｍのハウジング１２０を用いたものである。また、ハウジング１２０の材質は、アルミニウムである。また、エンジン本体２（シリンダヘッド）も、アルミニウムからなる。また、ガスケット３の材質は、ＳＵＳ３０４とした。このガスケット３の０．２％耐力は、２０５Ｎ／ｍｍ２である。

そして、エンジン本体２（シリンダヘッド）の取付用孔部２２に対するスパークプラグの締付トルク、ガスケット３の板厚ｔ、オフセット量Ｐ（図２参照）を種々変更した複数の試料を作製した。そして、各試料において、上記の気密性試験を行った。

具体的に、締付トルクは、１７．５Ｎｍ、２０Ｎｍ、２２．５Ｎｍ、２５Ｎｍ、２７．５Ｎｍ、３０Ｎｍ、３２．５Ｎｍとした。

板厚ｔは、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．３５ｍｍとした。

オフセット量Ｐは、０．０ｍｍ、０．６ｍｍ、１．２ｍｍとした。

以下に、測定結果を説明する。

まず、図１１に、締付トルクとシール性（空気の漏れ量）との関係を示す。

同図において、◆が、板厚ｔ＝０．２５ｍｍのガスケット３を用いた試料のデータを示し、○が、板厚ｔ＝０．３０ｍｍのガスケット３を用いた試料のデータを示し、△が、板厚ｔ＝０．３５ｍｍのガスケット３を用いた試料のデータを示す。後述の図１２〜図１８においても同様である。

ＪＩＳにおいて規定されている締付トルクは２０〜３０Ｎｍであり、気密性試験における許容漏れ量は、毎分１ｍｌ以下である。

同図から分かるように、締付トルクが大きすぎても、小さすぎても、漏れ量が大きくなる傾向にあり、漏れ量が、許容量である毎分１ｍｌを超えるものもある。そして、ＪＩＳにおいて規定されている締付トルク（２０〜３０Ｎｍ）の範囲内においても、漏れ量が毎分１ｍｌを超えるものがある。

次に、平均接触長さＬ０と漏れ量との関係を、図１２に示す。平均接触長さＬ０とは、プラグ座面１１と接触したプラグ側当接面３１１のプラグ径方向の長さＬ１と、エンジン座面２１と接触したエンジン側当接面３２１のプラグ径方向の長さＬ２との平均値である（図２参照）。

同図から分かるように、平均接触長さＬ０が大きすぎても、小さすぎても、漏れ量が大きくなる傾向にあり、漏れ量が、許容量である毎分１ｍｌを超えるものもある。そして、平均接触長さＬ０が０．２〜０．７ｍｍであれば、シール性を確保できている。

この結果から、平均接触長さＬ０が０．２〜０．７ｍｍであることが好ましいことが分かる。

次に、図１２に示した測定データを、オフセット量Ｐが、０．０ｍｍの場合（プラグ側当接面３１１とエンジン側当接面３２１とがオフセットしていない場合）と、０．６ｍｍの場合と、１．２ｍｍの場合とに分けて、それぞれ図１３、図１４、図１５に表した。

図１３から分かるように、オフセット量Ｐが０．０ｍｍの場合には、漏れ量が規格値（１．０ｍｌ／分）を超えるものがある。また、オフセット量Ｐが０．０ｍｍの場合には、平均接触長さＬ０が大きくなりやすく、平均接触長さＬ０が大きくなった試料において漏れ量が規格値を超えるものが目立つ。

これに対して、図１４、図１５に示すごとく、オフセット量Ｐを０．６ｍｍ、１．２ｍｍとすることにより、漏れ量が規格値に収まる。この結果から、プラグ側当接面３１１とエンジン側当接面３２１とをオフセットさせることによって、漏れ量を低減できることが分かる。そして、少なくとも、オフセット量Ｐを０．６ｍｍ以上とすることによって、漏れ量を規格値内に収めることができる。

この結果から、プラグ側当接面３１１とエンジン側当接面３２１とをオフセットさせることにより、シール性の向上を図ることができ、そのオフセット量Ｐを０．６ｍｍ以上とすることで、充分なシール性を確保することができることが分かる。また、プラグ側当接面３１１とエンジン側当接面３２１とがオフセットしていない場合には、平均接触長さＬ０が大きくなり、これに伴ってシール性の低下が生じやすくなることが分かる。

次に、図１１に示した測定データを、オフセット量Ｐが、０．０ｍｍの場合（プラグ側当接面３１１とエンジン側当接面３２１とがオフセットしていない場合）と、０．６ｍｍの場合と、１．２ｍｍの場合とに分けて、それぞれ図１６、図１７、図１８に表した。

図１６から分かるように、オフセット量Ｐが０．０ｍｍの場合には、締付トルクが規格値（２０〜３０Ｎｍ）の範囲内においても、漏れ量が規格値（１．０ｍｌ／分）を超えるものがある。これに対して、図１７、図１８に示すごとく、オフセット量Ｐを０．６ｍｍ、１．２ｍｍとすることにより、漏れ量が規格値に収まる。しかも、締付トルクが規格値（２０〜３０Ｎｍ）を多少超えても、すなわち、締付トルクが１７．５Ｎｍの場合および３２．５Ｎｍの場合でも、漏れ量が規格値に収まる。

この結果から、プラグ側当接面３１１とエンジン側当接面３２１とをオフセットさせることによって、漏れ量を低減できることが分かる。そして、少なくとも、オフセット量Ｐを０．６ｍｍ以上とすることによって、漏れ量を規格値内に収めることができる。

この結果からも、プラグ側当接面３１１とエンジン側当接面３２１とをオフセットさせることにより、シール性の向上を図ることができ、そのオフセット量Ｐを０．６ｍｍ以上とすることで、充分なシール性を確保することができることが分かる。

１ スパークプラグ
１１ プラグ座面
１２ 取付用ネジ部
２ エンジン本体
２１ エンジン座面
２２ 取付用孔部
３ ガスケット
３１１ プラグ側当接面
３２１ エンジン側当接面

Claims (8)

1. 外周に取付用ネジ部を設けたスパークプラグをエンジン本体に取り付けてなるスパークプラグの取付構造であって、
   上記エンジン本体は、上記スパークプラグの上記取付用ネジ部を螺合するための雌ネジ部を内側に設けた取付用孔部と、該取付用孔部の開口端の周囲に設けられたエンジン座面とを備え、
   上記スパークプラグは、上記取付用ネジ部の基端側に形成されると共に上記エンジン座面に対向配置されるプラグ座面を備え、上記エンジン座面と上記プラグ座面との間に、両者間をシールするための環状のガスケットを介在させた状態で上記エンジン本体に取り付けられており、
   上記ガスケットは、金属材料からなると共に、上記プラグ座面と当接するプラグ側当接面と、上記エンジン座面と当接するエンジン側当接面とを備え、
   上記プラグ側当接面及び上記エンジン側当接面は、いずれも上記スパークプラグの中心軸を含む平面による上記ガスケットの断面形状において凸形状となる曲面の一部に形成されており、
   上記断面形状がプラグ軸方向に対して傾斜した状態で、上記プラグ側当接面と上記エンジン側当接面とは、互いにプラグ径方向にオフセット配置されており、
   さらに、上記ガスケットと、上記スパークプラグにおいて上記取付用ネジ部から上記プラグ座面に向けて延びた延出面との間には、上記ガスケットが上記延出面から当該ガスケットの径方向外側に向けて離間していることで形成された離間空間が設けられており、
   上記離間空間は、上記断面形状の傾斜が変化する場合に上記ガスケットの内周端が上記延出面側に移動することを可能にする空間であり、
   上記ガスケットにおいて、上記プラグ側当接面から上記径方向外側に向けて延びた部分の端部であるプラグ側端部が、上記エンジン側当接面から上記径方向外側に向けて延び且つ上記径方向外側に向けて膨らむように湾曲したエンジン側湾曲部よりも上記径方向外側には突出していない、ことを特徴とするスパークプラグの取付構造。
2. 請求項１に記載のスパークプラグの取付構造において、
   上記取付用ネジ部は、上記エンジン座面と上記プラグ座面との並び方向において、上記エンジン座面よりも上記プラグ座面側に突出しており、
   上記離間空間は、上記延出面と上記取付用ネジ部との境界部を上記並び方向に跨いだ状態になっていることで、上記ガスケットと上記取付用ネジ部との間にも設けられていることを特徴とするスパークプラグの取付構造。
3. 請求項１又は２に記載のスパークプラグの取付構造において、上記ガスケットは、ステンレス鋼からなることを特徴とするスパークプラグの取付構造。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパークプラグの取付構造において、上記ガスケットは、上記スパークプラグの中心軸を含む平面による断面形状がＳ字形状もしくは逆Ｓ字形状であることを特徴とするスパークプラグの取付構造。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のスパークプラグの取付構造において、上記プラグ側当接面と上記エンジン側当接面との間のプラグ径方向のオフセット量は、０．６ｍｍ以上であることを特徴とするスパークプラグの取付構造。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパークプラグの取付構造において、上記プラグ座面と接触した上記プラグ側当接面のプラグ径方向の長さと、上記エンジン座面と接触した上記エンジン側当接面のプラグ径方向の長さとの平均値は、０．２〜０．７ｍｍであることを特徴とするスパークプラグの取付構造。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパークプラグの取付構造において、上記ガスケットは、降伏応力もしくは０．２％耐力が２００Ｎ／ｍｍ２以上である金属材料からなることを特徴とするスパークプラグの取付構造。
8. 外周に取付用ネジ部を設けたスパークプラグをエンジン本体に取り付けるスパークプラグの取付方法であって、
   上記エンジン本体は、上記スパークプラグの上記取付用ネジ部を螺合するための雌ネジ部を内側に設けた取付用孔部と、該取付用孔部の開口端の周囲に設けられたエンジン座面とを備え、
   上記スパークプラグは、上記取付用ネジ部の基端側に形成されると共に上記エンジン座面に対向配置されるプラグ座面を備え、上記エンジン座面と上記プラグ座面との間に、両者間をシールするための環状のガスケットを介在させた状態で上記エンジン本体に取り付けられ、
   上記ガスケットは、金属材料からなると共に、上記プラグ座面と当接するプラグ側当接面と、上記エンジン座面と当接するエンジン側当接面とを備え、
   上記プラグ側当接面及び上記エンジン側当接面は、いずれも上記スパークプラグの中心軸を含む平面による上記ガスケットの断面形状において凸形状となる曲面の一部に形成されており、
   上記断面形状がプラグ軸方向に対して傾斜した状態で、上記プラグ側当接面と上記エンジン側当接面とは、互いにプラグ径方向にオフセット配置されており、
   さらに、上記ガスケットと、上記スパークプラグにおいて上記取付用ネジ部から上記プラグ座面に向けて延びた延出面との間には、上記ガスケットが上記延出面から当該ガスケットの径方向外側に向けて離間していることで形成された離間空間が設けられており、
   上記離間空間は、上記断面形状の傾斜が変化する場合に上記ガスケットの内周端が上記延出面側に移動することを可能にする空間であり、
   上記スパークプラグを上記エンジン本体に取り付ける前の状態においては、上記ガスケットは、弾性変形前の自由状態にあり、上記自由状態では、上記プラグ側当接面から上記径方向外側に向けて延びた部分の端部であるプラグ側端部が、上記エンジン側当接面から上記径方向外側に向けて延び且つ径方向外側に向けて膨らむように湾曲したエンジン側湾曲部よりも上記径方向外側にあり、
   上記スパークプラグを上記エンジン本体に取り付ける際には、上記エンジン座面と上記プラグ座面との間に上記ガスケットを介在させた状態で、上記スパークプラグの上記取付用ネジ部を上記取付用孔部の上記雌ネジ部に螺合し、
   上記断面形状の傾斜を変化させて上記ガスケットの内周端が上記延出面側に移動した状態で上記離間空間が確保されるように、且つ上記プラグ側端部が上記エンジン側湾曲部よりも上記径方向外側には突出しない位置に移動するように、さらに上記スパークプラグをねじ込む、ことを特徴とするスパークプラグの取付方法。

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