WO2012042852A1 - スパークプラグ - Google Patents

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WO2012042852A1
WO2012042852A1 PCT/JP2011/005431 JP2011005431W WO2012042852A1 WO 2012042852 A1 WO2012042852 A1 WO 2012042852A1 JP 2011005431 W JP2011005431 W JP 2011005431W WO 2012042852 A1 WO2012042852 A1 WO 2012042852A1
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WO
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diameter
spark plug
component
shaft hole
tip
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/005431
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English (en)
French (fr)
Inventor
治樹 吉田
稔貴 本田
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
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Publication date
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Priority to US13/876,497 priority patent/US8710725B2/en
Priority to JP2012515267A priority patent/JP5393881B2/ja
Priority to CN201180047704.9A priority patent/CN103140998B/zh
Priority to EP11828418.1A priority patent/EP2624383B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/34—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by the mounting of electrodes in insulation, e.g. by embedding

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug used for ignition of an internal combustion engine, and more particularly to a spark plug having a resistor inside.
  • a spark plug used for ignition of an internal combustion engine such as an automobile engine generally includes a cylindrical metal shell, a cylindrical insulator disposed in an inner hole of the metal shell, and a tip side of the insulator.
  • An electrode Furthermore, a spark plug is also known in which a resistor is provided between the center electrode and the terminal fitting in the shaft hole for the purpose of preventing the occurrence of radio noise.
  • claim 1 of Patent Document 1 includes: “... the diameter D of the conductive glass seal layer is in a range of 3.3 mm or less and the conductive glass seal layer.
  • the spark plug is characterized in that the joint surface between the resistor and the resistor is formed into a curved surface.
  • a spark plug having improved vibration resistance and resistance load life characteristics and having a reduced diameter can be provided by enhancing the adhesion between the resistor and the conductive glass seal layer” ( Paragraph number 0012 column).
  • This invention is excellent in load life performance and adhesion strength of terminal fittings to insulators, and has a reduced spark plug occurrence rate due to insulator breakdown when the terminal fittings are press-fitted into the shaft holes of the insulators. It is an issue to provide.
  • an insulator having an axial hole extending in the axial direction; A center electrode held on one end side of the shaft hole; A terminal fitting held at the other end of the shaft hole; A connecting portion for electrically connecting the center electrode and the terminal fitting in the shaft hole;
  • the terminal fitting has a first component exposed from the shaft hole and a second component accommodated in the shaft hole,
  • the shaft hole has a medium diameter part in which a tip part of the second component part is disposed,
  • the diameter of the tip of the second component is the tip diameter (A)
  • the inner diameter of the medium diameter part is the medium diameter part diameter (B)
  • the length from the rear end of the center electrode to the rear end of the connection member constituting the connection portion is a filling length (D)
  • the connection length (C) When the length from the rear end of the center electrode to the tip of the second component is the connection length (C),
  • a preferred embodiment of (1) is as follows: (2) The second component portion has a minimum outer diameter portion having a smallest outer diameter at a portion other than the tip portion in the second component portion, and the diameter of the minimum outer diameter portion is set to a minimum outer diameter portion diameter ( E)
  • the ratio (E / A) of the minimum outer diameter (E) and the tip diameter (A) is 0.85 or more and 1.16 or less
  • the ratio (E / A) is 1.00 or more and 1.16 or less
  • (5) The medium diameter portion diameter (B) is 2.9 mm or less
  • the distance ((BA) / 2), the shrinkage (DC), and the Vickers hardness of the second component at room temperature are within a predetermined range. It is possible to provide a spark plug that is excellent in performance and adhesion of the terminal fitting to the insulator, and has a reduced defective product rate due to the breakdown of the insulator when the terminal fitting is press-fitted into the shaft hole of the insulator. .
  • the spark plug of the present invention is further excellent in load life performance because the ratio (E / A) is within a predetermined range.
  • the distance ((BA) / 2) is X
  • the ratio (E / A) is Y
  • the axial length of the fixing portion is within a predetermined range, it is further excellent in fixing strength of the terminal fitting to the insulator.
  • the medium diameter part diameter (B) of the spark plug of the present invention is 2.9 mm or less, the effect is further enhanced for improving the load life performance and the fixing force of the terminal fitting to the insulator.
  • FIG. 1 is an entire cross-sectional explanatory view of a spark plug as an embodiment of the spark plug according to the present invention.
  • 2 (a) and 2 (b) are cross-sectional explanatory views of a terminal fitting which is an embodiment of a spark plug terminal fitting according to the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a main part of a spark plug which is an embodiment of the spark plug according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the distance ((BA) / 2) and the ratio (E / A).
  • FIG. 1 shows a spark plug as an embodiment of the spark plug according to the present invention.
  • FIG. 1 is an entire cross-sectional explanatory view of a spark plug 1 which is an embodiment of a spark plug according to the present invention.
  • the axis of the insulator is O
  • the lower side of the paper is the tip direction of the axis O
  • the upper side of the paper is the rear end direction of the axis O.
  • the spark plug 1 includes an insulator 3 having a shaft hole 2 extending in the direction of the axis O, a center electrode 4 held on the front end side of the shaft hole 2, and a terminal held on the rear end side of the shaft hole 2.
  • a ground electrode 8 which is bonded to the surface and is disposed so that the other end faces the central electrode 4 with a gap.
  • the metal shell 7 has a substantially cylindrical shape and is formed so as to accommodate and hold the insulator 3.
  • a threaded portion 9 is formed on the outer peripheral surface in the front end direction of the metal shell 7, and the spark plug 1 is attached to a cylinder head of an internal combustion engine (not shown) using the threaded portion 9.
  • the metal shell 7 can be formed of a conductive steel material, for example, low carbon steel.
  • the threaded portion 9 is preferably M12 or less in order to reduce the diameter.
  • the insulator 3 is held on the inner periphery of the metal shell 7 via a talc 10 or a packing 11.
  • the shaft hole 2 of the insulator 3 accommodates the small-diameter portion 12 that holds the center electrode 4 on the distal end side of the axis O and the connection portion 6, and has an inner diameter larger than the inner diameter of the small-diameter portion 12 via the first step portion 13.
  • a medium diameter portion 14 adjacent to the small diameter portion 12 and a large diameter portion 16 having an inner diameter larger than the inner diameter of the medium diameter portion 14 and adjacent to the medium diameter portion 14 via the second step portion 15.
  • the insulator 3 is fixed to the metal shell 7 with the end of the insulator 3 in the distal direction protruding from the tip surface of the metal shell 7.
  • the insulator 3 is desirably a material having mechanical strength, thermal strength, electrical strength, and the like. Examples of such a material include a ceramic sintered body mainly composed of alumina.
  • the center electrode 4 is accommodated in the small diameter portion 12 of the shaft hole 2, and a large diameter flange portion 17 provided at the rear end of the center electrode 4 is engaged with the first step portion 13 of the shaft hole 2, and the tip is It is insulated and held with respect to the metal shell 7 in a state of protruding from the tip surface of the insulator 3.
  • the center electrode 4 is desirably formed of a material having thermal conductivity, mechanical strength, and the like.
  • the center electrode 4 is formed of a Ni-based alloy such as Inconel (trade name).
  • the axial center portion of the center electrode 4 may be formed of a metal material having excellent thermal conductivity such as Cu or Ag.
  • the ground electrode 8 is formed in, for example, a substantially prismatic body, one end is joined to the front end surface of the metal shell 7, and is bent into a substantially L shape in the middle, and the front end is connected to the front end of the center electrode 4. Its shape and structure are designed to face each other with a gap.
  • the ground electrode 8 is formed of the same material as that for forming the center electrode 4.
  • Precious metal tips 29 and 30 formed of platinum alloy, iridium alloy, or the like may be provided on the surface where the center electrode 4 and the ground electrode 8 face each other. A precious metal tip may be provided on only one of them.
  • noble metal tips 29 and 30 are provided on both the center electrode 4 and the ground electrode 8, and a spark discharge gap g is formed between the noble metal tips 29 and 30. .
  • the terminal fitting 5 is a terminal for applying a voltage for performing a spark discharge between the center electrode 4 and the ground electrode 8 to the center electrode 4 from the outside.
  • the terminal metal fitting 5 has an outer diameter larger than the inner diameter of the shaft hole 2, is exposed from the shaft hole 2, and a first component 18 that a part thereof abuts on the rear end side end surface of the insulator 3 in the axis O direction;
  • the first component 18 has a second component 19 that extends from the end surface on the tip end side in the axis O direction in the tip direction and is accommodated in the shaft hole 2.
  • the terminal fitting 5 is made of, for example, low carbon steel or the like, and a Ni metal layer is formed on the surface thereof by plating or the like.
  • the second component 19 in this aspect is located on the rear end side of the axis O from the front end 20 and the front end 20 that is a portion from the front end in the direction of the axis O to the rear end of the axis O about 1 mm. It has one component 18 and an adjacent barrel 22. As will be described later, the second component portion 19 has a fixing portion 25 having an uneven surface on the tip side in the direction of the axis O, and the outermost diameter of the body portion 22 on the rear end side of the fixing portion 25. The outer diameter minimum portion 21 is smaller, and the outer diameter larger portion 36 having a larger outer diameter than the outer diameter minimum portion 21 is located on the rear end side.
  • the distal end portion 20 is accommodated in the medium diameter portion 14, and the outer diameter large portion 36 is accommodated in the large diameter portion 16.
  • a second step portion 24 is formed between the one step portion 23, the minimum outer diameter portion 21, and the large outer diameter portion 36.
  • the 2nd structure part 19 in the spark plug 1 of this aspect is a multistage cylindrical body which has three types of different outer diameters
  • the cylindrical shape with which an outer diameter does not change may be sufficient, and two types of The shapes may have different outer diameters, or may have shapes having more than three different outer diameters.
  • the second components 19a and 19b are composed of a plurality of columnar portions having different outer diameters from the first metal fittings 31a and 31b to the fifth metal fittings 35a and 35b in order from the tip side. May be.
  • the outer diameter decreases from the front end side, the outer diameter of the third metal fitting 33a is the smallest, and the outer diameter increases toward the rear end.
  • the outer diameter may increase in order from the front end side, the outer diameter of the third metal fitting may be the largest, and the outer diameter may further decrease toward the rear end ( Not shown).
  • the shape where an outer diameter becomes large toward a rear end side in order from a front end side may be sufficient, and conversely to this, it is on a rear end side in order from a front end side.
  • the shape may be such that the outer diameter becomes smaller (not shown).
  • the fixed portion 25 in this aspect is knurled on the outer peripheral surface near the tip of the second component portion 19.
  • the surface near the tip of the second component 19 has an uneven structure formed by, for example, knurling, so that the adhesion between the terminal fitting 5 and the connection portion 6 is improved.
  • the body 3 is firmly fixed. Therefore, it is preferable that the second component 19 has the fixing portion 25 in the vicinity of the tip that contacts the connection portion 6 of the second component 19.
  • the connecting portion 6 is disposed between the center electrode 4 and the terminal fitting 5 in the shaft hole 2 and electrically connects the center electrode 4 and the terminal fitting 5.
  • the connection unit 6 includes a resistor 26, and the resistor 26 prevents generation of radio noise.
  • the connecting portion 6 has a first seal layer 27 between the resistor 26 and the center electrode 4, and a second seal layer 28 between the resistor 26 and the terminal fitting 5. 27 and the second seal layer 28 seal and fix the insulator 3, the center electrode 4, and the terminal fitting 5.
  • the resistor 26 is made of glass powder such as borosilicate soda glass, ceramic powder such as ZrO 2 , non-metallic conductive powder such as carbon black, and / or metal powder such as Zn, Sb, Sn, Ag, Ni, etc. It can be comprised by the resistance material formed by sintering the resistor composition to contain.
  • the resistance value of the resistor 5 is usually 100 ⁇ or more.
  • the first seal layer 27 and the second seal layer 28 can be configured by a seal material formed by sintering a glass powder such as sodium borosilicate glass and a metal powder such as Cu and Fe. .
  • the resistance values of the first seal layer 27 and the second seal layer 28 are usually several hundred m ⁇ or less.
  • the connecting portion 6 may be formed of only the resistor 26 without the first seal layer 27 and the second seal layer 28, and one of the first seal layer 27 or the second seal layer 28 and the resistor. 26 may be formed.
  • connection member the resistor material and / or the seal material constituting the connection portion 6
  • resistor composition and / or the seal powder forming the connection portion 6 may be collectively referred to as a connection powder.
  • the spark plug according to the present invention has a tip portion 20 of the second component 19 having a tip diameter (A), an inner diameter of the middle portion 14 being a medium diameter (B), and a center electrode. 4 is the filling length (D), and the length from the rear end of the center electrode 4 to the tip of the second component 19 is the connection length (C). ),
  • the following conditions (1) to (3) are satisfied.
  • (1) The distance ((BA) / 2) between the distal end portion 20 and the medium diameter portion 14 of the second component portion 19 is 0.02 mm or more and 0.2 mm or less, preferably 0.19 mm or less. is there.
  • Shrinkage (DC) is 6 mm or more and 27 mm or less.
  • the Vickers hardness of the second component 19 at room temperature is 100 Hv or more and 430 Hv or less, preferably 150 Hv or more and 350 Hv or less.
  • the second component 19 is bent and bent in a direction perpendicular to the axis O. Can be suppressed. If the terminal fitting 5 is not bent and bent more than necessary when pressing the terminal fitting 5 into the shaft hole 2, which will be described later, the pressure is applied to the resistor composition forming the connection portion 6. Since it can transmit effectively, the high-density resistor 26 can be formed, and as a result, a spark plug excellent in load life performance can be provided.
  • the fixing force of the terminal fitting 5 to the insulator 3 decreases.
  • the contraction amount (DC) of (2) is within the above range, the connection member and the inner peripheral surface of the insulator 3 and the vicinity of the connection member and the tip of the second component 19 are fixed, for example. Since the contact area of the outer peripheral surface of the part 25 is sufficiently obtained, the fixing force of the terminal fitting 5 to the insulator 3 becomes good. As a result, it is possible to suppress the terminal fitting 5 from rattling in the shaft hole 2 even when the spark plug is continuously vibrated.
  • the distance ((BA) / 2) is smaller than 0.02 mm, it may be difficult to insert the terminal fitting 5 into the shaft hole 2, and the terminal fixing force may be reduced.
  • the distance ((BA) / 2) is greater than 0.2 mm, particularly greater than 0.19 mm, the pressure applied to the resistor composition when the terminal fitting 5 is press-fitted into the shaft hole 2 of the insulator 3. Cannot be sufficiently transmitted, and the high-density resistor 26 may not be obtained.
  • the shrinkage (DC) is less than 6 mm, the terminal fixing force may be insufficient. Further, when the terminal fitting 5 is press-fitted into the shaft hole 2 of the insulator 3, the pressure cannot be sufficiently transmitted to the resistor composition, and the high-density resistor 26 cannot be obtained, and the load life performance There is a risk of a spark plug inferior to. If the shrinkage (DC) is larger than 27 mm, a high pressure is transmitted to the resistor composition when the terminal fitting 5 is press-fitted into the shaft hole 2 of the insulator 3, so that the medium diameter portion 14 and the small diameter are reduced. The vicinity of the boundary with the portion 12 is easily broken, and the defective product occurrence rate is increased.
  • the Vickers hardness is less than 100 Hv, when the terminal fitting 5 is press-fitted into the shaft hole 2 of the insulator 3, the pressure cannot be sufficiently transmitted to the resistor composition, and the high-density resistor 26. May not be obtained.
  • the Vickers hardness is larger than 430 Hv, a high pressure is transmitted to the resistor composition when the terminal fitting 5 is press-fitted into the shaft hole 2 of the insulator 3, so that the medium diameter portion 14 and the small diameter portion 12 The vicinity of the boundary is easily broken, and the defective product occurrence rate is increased.
  • the spark plug of the present invention further satisfies the following condition (4) when the diameter of the smallest outer diameter portion 21 having the smallest outer diameter in the second component portion 19 is defined as the smallest outer diameter portion diameter (E). It is good.
  • the ratio (E / A) between the minimum outer diameter (E) and the tip diameter (A) is 0.85 or more and 1.16 or less, preferably 1.00 or more and 1.16 or less. It is.
  • the minimum outer diameter portion 21 is a portion having the smallest outer diameter in the body portion 22 and a length in the axis O direction of 1 mm or more.
  • the smallest outer diameter portion is the third fitting 33a
  • the smallest outer diameter portion is the first fitting 31b. is there.
  • the ratio (E / A) of (4) is within the above range, the bending and bending of the second component 19 in the direction perpendicular to the axis O can be further suppressed, and the load life performance can be further improved. Excellent. Further, when the outer diameter minimum part diameter (E) is larger than the tip part diameter (A), that is, the ratio (E / A) is larger than 1, the strength of the second component part 19 is increased, curving and bending are suppressed, Furthermore, it is possible to reduce the breakage of the insulator 3 when the insulator 3 is inserted into the shaft hole 2. When the terminal fitting 5 has an outer diameter having a proper gap with the shaft hole 2, the terminal fitting 5 is not cracked when the terminal fitting 5 is press-fitted into the shaft hole 2 of the insulator 3. Can be inserted into the shaft hole 2.
  • the distance ((BA) / 2) is X
  • the ratio (E / A) is Y
  • FIG. 4 shows a straight line corresponding to an equation in which the equal signs of the equations (i) to (iv) are established with the distance ((BA) / 2) as the X axis and the ratio (E / A) as the Y axis.
  • FIG. 4 When the expressions (i) to (iv) are satisfied, X and Y in FIG. 4 are in a region surrounded by the straight lines (1) to (5).
  • the strength of the second component portion 19 increases and curving and bending can be suppressed.
  • the bending and bending of the second component 19 are suppressed, but as Y increases beyond 1.0, the barrel 22 becomes thicker than the distal end 20, and the distal end 20 and the shaft Even if X indicating the gap with the hole 2 can be maintained within a predetermined range, the insulator 22 may be broken when the terminal fitting 5 is inserted into the shaft hole 2 because the body portion 22 is thick. . Therefore, the formula (iv) Y ⁇ 1.06X + 0.96 is satisfied, that is, Y in FIG. 4 is preferably in a region smaller than the straight line (5).
  • the spark plug according to the present invention preferably further satisfies the following condition (5) when the length in the axis O direction of the fixing portion 25 is the fixing portion length (F).
  • the fixing portion length (F) is 3 mm or more and 25 mm or less.
  • the spark plug of the present invention is more effective for improving the load life performance and the terminal fixing force when the medium diameter portion (B) is 2.9 mm or less.
  • the dimensions (A) to (F) can be obtained by photographing the spark plug with a X-ray transmission device from a direction orthogonal to the axis O and measuring the corresponding part.
  • the tip end diameter (A) is measured by measuring the distance in the direction perpendicular to the axis O at a portion of 1 mm from the tip of the second component 19 toward the rear end of the axis O.
  • the medium diameter part diameter (B) measures the distance in the direction perpendicular to the axis O of the medium diameter part 14 in the above-mentioned part.
  • the connection length (C) is a length in the direction of the axis O from the rear end of the center electrode 4 to the tip of the second component 19.
  • the filling length (D) measures the length in the axis O direction from the rear end of the center electrode 4 to the rear end of the connecting member.
  • the minimum outer diameter part diameter (E) measures the distance in the direction perpendicular to the axis O at the part having the smallest outer diameter in the second component part 19 and the length in the axis O direction of 1 mm or more.
  • the fixing portion length (F) is a length of the concavo-convex portion provided on the surface of the second component 19 in the direction of the axis O.
  • the sealing material adhering to the inner peripheral surface of the shaft hole 2 is recognized on the rear end side of the second seal layer 28.
  • a portion of the sealing material located closest to the rear end side in the direction of the axis O is the rear end of the sealing material.
  • the seal powder filled in the shaft hole 2 before the press step described later is applied with a load and heat, and is compressed to become a seal material constituting the second seal layer 28.
  • a part of the sealing powder remains as a sealing material while adhering to the inner peripheral surface of the shaft hole 2. Therefore, it is estimated that the position of the sealing material at the rearmost end of the axis O is the same as the position of the rear end of the sealing powder filled in the shaft hole 2 before the pressing step. Therefore, the difference (D ⁇ C) between the filling length (D) and the connecting portion length (C) indicates the contraction length in the axis O direction of the connecting portion 6 before and after the pressing process.
  • the connecting portion 6 includes a first seal layer 27, a resistor 26, and a second seal layer 28, and the first seal layer 27, resistor 26, Although the seal layer 28 is disposed in this order, the first seal layer 27 and the second seal layer 28 are not provided, and the connection portion 6 is formed only by the resistor 26, the resistor 26 and the first seal layer 27.
  • the connection part 6 may be formed with the resistor 26 and the second seal layer 28. Therefore, in this embodiment, the component that remains attached to the inner peripheral surface of the shaft hole 2 is the sealing material that constitutes the second seal layer 28.
  • the connecting portion 6 is formed by the resistor 27 and the resistor 26
  • a resistor material constituting the resistor 26 is recognized as a component that remains attached to the inner peripheral surface of the shaft hole 2.
  • the length in the axis O direction from the rear end of the center electrode 4 to the position of the resistance material located closest to the rear end side in the axis O direction is the filling length (D).
  • the Vickers hardness of the second component 19 at normal temperature is obtained by polishing a cross section obtained by cutting a surface perpendicular to the axis O at a position 2 mm from the tip of the second component 19.
  • the five points can be obtained by measuring the hardness in accordance with JISZ2244 and calculating the average value thereof.
  • the Vickers hardness of the second component 19 at room temperature can be adjusted by selecting the material of the terminal fitting, changing the carbon content, or changing the heat treatment conditions.
  • the spark plug 1 is manufactured, for example, as follows. First, the center electrode 4, the ground electrode 8, the metal shell 7, the terminal metal fitting 5, and the insulator 3 are prepared in a predetermined shape by a known method (preparation process), and grounded to the front end surface of the metal shell 7 by laser welding or the like. One end of the electrode 8 is joined (ground electrode joining step).
  • center electrode 4 is inserted into the shaft hole 2 of the insulator 3, the flange portion 17 of the center electrode 4 is locked to the first step portion 13 of the shaft hole 2, and the center electrode 4 is disposed in the small diameter portion 12. (Center electrode placement step).
  • the seal powder forming the first seal layer 27, the resistor composition forming the resistor 26, and the seal powder forming the second seal layer 28 are put in this order from the rear end side in the shaft hole 2. Then, a press pin is inserted into the shaft hole 2 and pre-compressed with a pressure of 60 N / mm 2 or more, and the medium diameter portion 14 is filled with the seal powder and the resistor composition (filling step).
  • the distal end portion 20 of the terminal fitting 5 is inserted from the rear end side in the shaft hole 2, and the terminal fitting 5 is disposed so that the distal end portion 20 contacts the sealing powder (arrangement step).
  • connection powder is heated at a temperature equal to or higher than the glass softening point of the glass powder contained in the seal powder, for example, at a temperature of 800 to 1000 ° C. for 3 to 30 minutes
  • the tip surface of the first component 18 of the terminal fitting 5 is It press-fits until it contacts the rear end surface of the insulator 3 and compresses and heats the sealing powder and the resistor composition (pressing process).
  • the seal powder and the resistor composition are sintered to form the resistor 26, the first seal layer, and the second seal layer.
  • the spark plug satisfying the above conditions (1) to (3) effectively transmits the pressure from the terminal fitting 5 to the resistor composition, so that a high-density resistor 26 can be obtained. it can.
  • the gap between the flange portion 17 and the shaft hole 2 and the gap between the tip portion 20 and the shaft hole 2 are filled with a sealing material, and the center electrode 4 and the terminal fitting 5 are sealed and fixed in the shaft hole 2. .
  • the spark plug 1 that satisfies the condition (2) is appropriately filled with the sealing material in the gap between the distal end portion 20 and the shaft hole 2, the terminal metal 5 has excellent adhesion to the insulator 3. .
  • the insulator 3 to which the center electrode 4 and the terminal fitting 5 are fixed is assembled to the metal shell 7 to which the ground electrode 8 is joined (assembly process).
  • spark plug 1 is manufactured such that the tip of the ground electrode 8 is bent toward the center electrode 4 so that one end of the ground electrode 8 faces the tip of the center electrode 4.
  • the spark plug according to the present invention is used as an ignition plug for an internal combustion engine for automobiles such as a gasoline engine, and the screw portion 10 is formed in a screw hole provided in a head (not shown) that defines a combustion chamber of the internal combustion engine. Are screwed together and fixed in place.
  • the spark plug according to the present invention can be used for any internal combustion engine, it is particularly effective for a spark plug with a reduced diameter, and is therefore preferably used for an internal combustion engine that requires space saving of the spark plug. Can be done.
  • the spark plug 1 has a fixing portion 25 that is knurled in the vicinity of the tip of the terminal fitting 5, and the surface of the fixing portion has a shape that provides good adhesion to the sealing material, such as unevenness. If it is a shape, it will not specifically limit, The shape formed by threading etc. may be sufficient. Moreover, the whole outer peripheral surface of the adhering portion 25 may be uneven, or a part of the surface may be uneven.
  • the spark plug according to the present invention satisfies the requirements (1) to (3), particularly (1) to (5), irrespective of the axial length and diameter of the first component, and thereby provides load life performance and It is possible to provide a spark plug that is excellent in fixing strength of the terminal fitting to the insulator and that has a reduced defective product rate due to breakdown of the insulator when the terminal fitting is pressed into the shaft hole of the insulator.
  • the spark plug shown in FIG. 1 was produced according to the manufacturing process described above.
  • the tip diameter (A), the minimum outer diameter (E), the fixed length (F), the medium diameter (B), the connection length (C), and the filling length (D) are changed and shown in Table 1. Spark plugs of various dimensions were made. The various dimensions were measured using an X-ray transmission device.
  • the terminal metal fitting was manufactured with the low carbon steel, and the Vickers hardness was changed by adjusting the component. As described above, the Vickers hardness of the second component at room temperature was measured according to JISZ2244.
  • Terminal adhesion test The first component part of the metal terminal was sandwiched with a jig, the jig was pulled with an autograph, and the strength when the metal terminal was pulled out of the insulator was measured.
  • the terminal fixing force was evaluated according to the following criteria. The evaluation results are shown in Table 2. 1: Less than 2500N 5: 2500N or more and less than 3500N 10: 3500N or more, or the terminal fitting is broken
  • Table 2 The comprehensive judgment in Table 2 was performed according to the following criteria. ⁇ : When there is an evaluation of less than 5 points among the above 3 evaluation items ⁇ : When there are 5 evaluation results among the above 3 evaluation items, and others are 5 points or more ⁇ : Above 3 evaluations When all of the items are higher than 5 points and all are not 10 points ⁇ : When the results of the above three evaluation items are all 10 points
  • the spark plug included in the scope of the present invention was excellent in load life performance and terminal fixing force, and had a low incidence of defective products due to breakdown of the insulator. On the other hand, at least one of the above spark plugs outside the scope of the present invention was inferior.
  • Test No. with a distance ((BA) / 2) smaller than 0.02 mm The spark plug No. 1 was inferior in terminal fixing force as compared with the spark plug included in the scope of the present invention. In addition, the test No. in which the distance ((BA) / 2) is larger than 0.2 mm.
  • the spark plugs 6, 30, and 32 were inferior in load life performance compared to the spark plugs included in the scope of the present invention.
  • the 27 spark plugs were inferior in both the load life performance and the terminal fixing force as compared with the spark plugs included in the scope of the present invention. Test No. with shrinkage (DC) larger than 27 mm.
  • the 29 spark plugs had a high rate of defective products due to the breakdown of the insulator.
  • the 16 spark plugs had a higher incidence of defective products due to the breakdown of the insulator than the spark plugs included in the scope of the present invention.
  • the spark plug No. 21 had a higher incidence of defective products due to the breakdown of the insulator than the spark plug included in the scope of the present invention.
  • FIG. 4 shows the relationship between ((BA) / 2) and the ratio (E / A).
  • the evaluation results of the load life performance shown in Table 2 are classified according to the following criteria, and are displayed with different types of symbols. ⁇ : When load life performance is 10 points ⁇ : When load life performance is 8 points *: When load life performance is 7 points ⁇ : When load life performance is 6 points ⁇ : When load life performance is 5 points

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Abstract

この発明の課題は、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である。この発明のスパークプラグは、端子金具の先端部と絶縁体の中径部との間の距離（（Ｂ－Ａ）／２）が０．０２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、接続部の収縮量（Ｄ－Ｃ）が６ｍｍ以上２７ｍｍ以下であり、かつ、端子金具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。

Description

スパークプラグ
　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、ＺｒＯ２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／ｍｍ２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（Ｒ０、Ｒ１）を測定した。上記試験を１０回行い、初期抵抗値Ｒ０に対する試験後の抵抗値Ｒ１の平均値（Ｒ１／Ｒ０）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
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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１又は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１～３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１～４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２又は３に記載のスパークプラグ。
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