JP2005190762A - スパークプラグおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 主体金具や絶縁碍子との接触面積を増大し、主体金具と絶縁碍子との間の気密性を保つことができるパッキンを備えたスパークプラグおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 かしめによって絶縁碍子１に対して固定される主体金具５の内側面の段部５６と、絶縁碍子１の外側面の段部１５との間には、環状の板パッキン２００が挟持される。板パッキン２００の上面部２０２，下面部２０３には亜鉛を主成分とするメッキによる金属層が形成されている。かしめによって金属層が押し潰されて延びると、主体金具５や絶縁碍子１の板パッキン２００との接触面の微細な凹凸が埋められる。これにより主体金具５や絶縁碍子１と板パッキン２００との密着の度合いが向上し、気密性を高めることができる。すなわち、内燃機関の燃焼室内に曝される間隙部１７に入り込んだ燃料空気が間隙部１６に流入しない。
【選択図】 図２

Description

本発明は、絶縁碍子と主体金具との間に金属材料からなるパッキンを介在させた内燃機関用のスパークプラグおよびその製造方法に関するものである。

従来、内燃機関には点火のためのスパークプラグが用いられている。このスパークプラグでは、一般的には、中心電極が挿設された絶縁碍子を保持する主体金具の燃焼室側の先端部に接地電極を溶接して、接地電極の他端部を中心電極の先端部と対向させて、火花放電間隙を形成している。そして、中心電極と接地電極との間で火花放電が行われ、両電極間に曝された燃料空気に点火することにより、火炎核が形成される。

ところでスパークプラグの主体金具は、その後端側から先端側に向かって絶縁碍子の先端部を挿入し、その後端側の開口部を絶縁碍子側（主体金具の径方向内側）にかしめることによって、絶縁碍子に対して固定される。このとき、主体金具と絶縁碍子との間隙には環状のパッキンが介在される。通常、絶縁碍子の胴部外壁に全周に設けられた段部と、主体金具の胴部内壁に全周に設けられた段部との間に配設されるパッキンには、特許文献１で示すように、一般的にメッキ等の表面処理が施されていない。このパッキンを挟んで絶縁碍子に対する主体金具のかしめを行い、主体金具と絶縁碍子との間隙を狭める。これによりパッキンが変形して、主体金具と絶縁碍子との間隙の気密性を高めている。つまり、従来の内燃機関の燃焼室内に曝されるスパークプラグの主体金具と絶縁碍子との間隙から、その燃焼室の気密性が失われないように、主体金具と絶縁碍子との間を塞ぐパッキンによってその気密性が保たれていた。
特開２０００−１６４３１８号公報 （０００４段落参照）

しかしながら、高性能化によって高出力、高負荷となった近年の内燃機関の燃焼室内には、圧力、温度において従来より高い負荷がかかるようになった。このため、主体金具と絶縁碍子との間を塞ぐパッキンにも負荷がかかり、従来のパッキンでは燃焼室内の気密性を十分に保つことが難しくなった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、主体金具や絶縁碍子との接触面積を増大し、主体金具と絶縁碍子との間の気密性を保つことができるパッキンを備えたスパークプラグおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のスパークプラグは、中心電極と、軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔の先端側で保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の周囲を取り囲み、前記絶縁碍子を保持する主体金具と、前記絶縁碍子と前記主体金具とに接するように、両者間に介在するパッキンとを備えるスパークプラグであって、前記パッキンは、鉄を９０質量％以上含有する金属母材と、その金属母材の表面上のうち、少なくとも、前記絶縁碍子と前記主体金具に接する部位に、亜鉛、銅、アルミ、またはスズのいずれか一種を主成分とする金属層とを有している。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記パッキンの金属層は、その厚みが１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記パッキンの金属層の硬度は、前記パッキンの金属母材の硬度よりも低いことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記パッキンは、金属母材の硬度が、ビッカース硬さＭＨＶで８０以上２００以下であることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のスパークプラグは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記パッキンには亜鉛を主成分とする金属層が形成され、その金属層上に、含有されるクロム成分のうち９８質量％以上が三価クロムであるクロメート被膜が形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明のスパークプラグの製造方法は、中心電極と、軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔の先端側で保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の周囲を取り囲み、前記絶縁碍子を保持する主体金具と、前記絶縁碍子と前記主体金具とに接するように、両者間に介在するパッキンとを備えるスパークプラグの製造方法であって、あらかじめメッキを施すことにより金属層が形成された金属母材からなるメッキ鋼板またはメッキ鋼帯を打ち抜いて前記パッキンを成形する打ち抜き工程を備えている。

請求項１に係る発明のスパークプラグでは、パッキンの金属母材の表面上に形成した金属層により、パッキンと接触する主体金具と絶縁碍子とのそれぞれの表面上の細かな凹凸を埋めることができるので、パッキンと主体金具、およびパッキンと絶縁碍子のそれぞれの接触面積を増大でき、主体金具と絶縁碍子との間の気密性を高めることができる。

ところで、スパークプラグにおける絶縁碍子の先端部の熱は、パッキン、主体金具を介して、取り付けられた内燃機関（エンジンヘッド等）に伝導する。ところが、従来のようなパッキンを備えたスパークプラグは、絶縁碍子から主体金具への熱伝導性を十分に得ることができないことがあった。しかし、本発明のような母材の表面上に金属層を形成したパッキンでは、絶縁碍子から主体金具への熱伝導性を確実に得ることができる。

なお、本発明の主成分とは、金属層に含有される成分が最も多い成分のことをいう。また、金属層は、パッキンと主体金具、およびパッキンと絶縁碍子との接触面上に形成すればよいが、生産コスト等を考慮してパッキンの金属母材の全周面に形成してもよい。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグでは、請求項１に係る発明の効果に加え、パッキンの金属母材の表面上に形成した金属層の厚みが１μｍ以上３０μｍ以下であれば、金属層で主体金具および絶縁碍子の表面上の凹凸を埋めることができ、かつ、両者間にてパッキンが固定されるので、さらに気密性を維持することができる。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグでは、請求項１または２に係る発明の効果に加え、パッキンの金属母材の硬度よりも金属層の硬度が低いので、主体金具と絶縁碍子との間にてパッキンが挟まれる際に、金属層が押しつぶされて延び、パッキンと主体金具、およびパッキンと絶縁碍子の密着性を増加させることができ、気密性を向上させることができる。

また、請求項４に係る発明のスパークプラグでは、請求項１乃至３のいずれかに係る発明の効果に加え、パッキンの金属母材の硬度がビッカース硬さＭＨＶで８０以上２００以下であれば、パッキンの成形の際に加工しやすく（成形性がよく）、また、主体金具と絶縁碍子とに介在した際に、十分な変形量が得られ、十分な気密性を得ることができる。

また、請求項５に係る発明のスパークプラグでは、請求項１乃至４のいずれかに係る発明の効果に加え、亜鉛を主成分とする金属層を形成したパッキンに、その金属層上にクロメート被膜を形成すれば、耐食性が向上し、耐用期間を延ばすことができる。なお、クロメート被膜としては、含有するクロム成分が有害な六価クロムではなく、９８質量％以上が三価クロムであるので、環境汚染を低減することができる。

また、請求項６に係る発明のスパークプラグの製造方法では、金属母材の表面上にあらかじめメッキが施されて金属層が形成されたメッキ鋼板またはメッキ鋼帯を打ち抜いてパッキンを形成することができるので、成形した個々のパッキンに対してメッキを施して金属層を形成する場合と比べ、パッキンの表面上に形成する金属層の厚みの調整を行いやすい。つまり、請求項６に係る発明のスパークプラグの製造方法は、主体金具や絶縁碍子との接触面積を増大でき、主体金具と絶縁碍子との間の気密性を保つパッキンを形成することができる。

以下、本発明を具体化したスパークプラグおよびその製造方法の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態におけるスパークプラグの一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、絶縁体を構成する絶縁碍子１と、絶縁碍子１の長手方向略中央部に設けられ、この絶縁碍子１を保持する主体金具５と、絶縁碍子１内に軸線方向に保持された中心電極２と、主体金具５の先端部５７に一端部（基部６２）を溶接され、他端部（先端部６１）が中心電極２の先端面２２に対向する接地電極６０と、中心電極２の上端部に設けられた端子金具４とから構成されている。

まず、このスパークプラグ１００の絶縁体を構成する絶縁碍子１について説明する。絶縁碍子１は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その後端部（図１における上部）には、沿面距離を稼ぐためのコルゲーション１１が形成されている。また、絶縁碍子１の先端部（図１における下部）には、内燃機関の燃焼室に曝される脚長部１３が設けられている。さらに、絶縁碍子１の軸中心には中心貫通孔１２が形成され、この中心貫通孔１２には中心電極２が保持されている。中心電極２は、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル系合金等からなる電極母材２１を少なくとも表層部に有している。また、中心部に、放熱促進のための銅、あるいは銅合金などで構成された芯材２３が埋設されている。なお、中心貫通孔１２が、本発明における「軸孔」に相当する。

中心電極２の先端面２２は絶縁碍子１の先端面から突出している。また、中心電極２は、中心貫通孔１２の内部に設けられたシール体１４およびセラミック抵抗３を経由して、上方の端子金具４に電気的に接続されている。そして端子金具４には高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。

次に、主体金具５について説明する。図１に示すように、主体金具５は、絶縁碍子１を保持し、図示外の内燃機関にスパークプラグ１００を固定するためのものである。絶縁碍子１は主体金具５に囲まれて支持されている。主体金具５は低炭素鋼材で形成され、図示外のスパークプラグレンチが嵌合する工具係合部である六角部５１と、図示外の内燃機関上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するねじ部５２とを備えている。このねじ部５２の規格の一例としては、Ｍ１４等が用いられる。主体金具５の内側面に設けられた段部５６と、絶縁碍子１の外側面に設けられた段部１５との間には、後述する板パッキン２００が介在される。この状態で主体金具５のかしめ部５３をかしめることにより、絶縁碍子１が支持されて、主体金具５と絶縁碍子１とが一体にされる。かしめによる密閉を完全なものとするため、主体金具５と絶縁碍子１との間に環状のリング部材６，７が介在され、リング部材６，７の間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。また、主体金具５の中央部には鍔部５４が形成され、ねじ部５２の後端部側（図１における上部）近傍、すなわち鍔部５４の座面５５にはガスケット１０が嵌挿されている。なお、六角部５１の対辺寸法は、一例として１６ｍｍであり、主体金具５の座面５５から先端部５７までの長さは、一例として１９ｍｍである。

次に、接地電極６０について説明する。接地電極６０は、耐腐食性の高い金属から構成され、一例として、インコネル（商標名）６００または６０１等のニッケル合金が用いられる。この接地電極６０は自身の長手方向の横断面が略長方形を有しており、基部６２が主体金具５の先端部５７に溶接により接合されている。また、接地電極６０の先端部６１は、中心電極２の先端面２２に対向するように屈曲されている。この中心電極２に対向する側の面である接地電極６０の内面６３は、中心電極２の軸線方向に略直交している。

次に、図１〜図４を参照して、板パッキン２００について説明する。図２は、板パッキン２００付近の要部を拡大した断面図である。図３は、板パッキン２００の外観を示す斜視図である。図４は、図３の一点鎖線Ａ−Ａ’において矢視方向からみた板パッキン２００の断面図である。

図１，図２に示すように、主体金具５の内側面、すなわち絶縁碍子１の外側面に対向する面には、その内周方向全周に段部５６が形成されている。また、絶縁碍子１の外側面には、段部５６に対向する位置にその外周方向全周に段部１５が形成されている。絶縁碍子１は、主体金具５によりかしめられる際には、軸線方向における主体金具５のかしめ部５３から先端部５７の方向へ押圧される。その押圧方向は、互いに対向する段部５６と段部１５とが接近する方向であり、その段部５６，１５間には板パッキン２００が挟持される。この板パッキン２００は、燃焼室内に曝される絶縁碍子１の脚長部１３と、その脚長部１３に対向する主体金具５の内側面５９との間の間隙部１７に入り込んだ燃料空気が、主体金具５の段部５６よりも絶縁碍子１の後端部側（図１における上部）である主体金具５の内側面６４と絶縁碍子１の外側面１８との間の間隙部１６に流入しないように配設されている。なお、板パッキン２００が、本発明における「パッキン」に相当する。

図３に示すように、板パッキン２００は環状のパッキンであり、本実施の形態では、その外径Ｄが９．２５ｍｍ、内径ｄが７．８５ｍｍ、厚みＨが０．５ｍｍのものを使用している。そして、主体金具５の段部５６に当接する板パッキン２００の下地である板パッキン母材２１０（図４参照）の上面部２０２と、絶縁碍子１の段部１５に当接する下面部２０３との表面にはメッキが施され、亜鉛を主成分とする金属層２２０が形成されている。なお、板パッキン母材２１０は、本実施の形態では鉄を９０質量％以上含有する金属材料から形成されている。また、板パッキン２００の内面部２０１と外面部２０４との表面には、メッキが施されていない。また、板パッキン母材２１０が、本発明における「金属母材」に相当する。また、本実施の形態では、金属層２２０が亜鉛を主成分としたが、その他、銅、アルミ、スズを主成分とするものであればよい。さらに、金属層２２０の主成分としての亜鉛、銅、アルミ、スズは、板パッキン母材２１０の鉄よりも硬度が低いことは周知である。このように、板パッキン母材２１０よりも金属層２２０の方が低い硬度であれば、かしめの際に金属層２２０が板パッキン母材２１０よりも延びやすくなるため、密着性が向上する。

さらに、図４に示すように、その金属層２２０の外表面上に、含有するクロム成分のうち９８質量％以上が三価クロムからなるクロメート被膜層２３０が形成されている。なお、クロメート被膜層２３０が、本発明における「クロメート被膜」に相当する。

次に、本実施の形態のスパークプラグ１００の製造上の一工程である板パッキン２００の製造方法について説明する。図５は、メッキ鋼板２４０を示す図である。

図３に示す、板パッキン２００は、図５に示す、メッキ鋼板２４０から、例えば周知の打ち抜きプレス装置（図示外）によって打ち抜かれて成形される。メッキ鋼板とは、加工前の板パッキン母材２１０としての圧延鋼板の表面上に亜鉛メッキを施し金属層２２０を形成し、さらに、その表面上に、前述したクロメート被膜層２３０を形成したものである。クロメート被膜層２３０は、腐食されやすい亜鉛等の保護を行うために形成される。クロメート被膜層２３０に含有されるクロム成分は、その９８質量％以上が三価クロムである。クロム成分として三価クロムが利用されるのは、六価クロムが有害な第一種指定化学物質に属しているためで、環境汚染を防止するうえで望ましい。

このように、あらかじめ金属層２２０およびクロメート被膜層２３０が形成されたメッキ鋼板２４０から、打ち抜きプレス装置（図示外）によって、図３に示す、環状の板パッキン２００の形状となるように、打ち抜きが行われる（打ち抜き工程）。従って、前述したように、板パッキン２００の上面部２０２と下面部２０３との表面には、金属層２２０が形成され、内面部２０１と外面部２０４との表面には、メッキが施されていない。板パッキン２００は、上面部２０２および下面部２０３にて段部５６，１５と接するので、内面部２０１や外面部２０４にメッキが施されていなくとも、前述した気密性について十分に効果を発揮することができる。

このように構成された板パッキン２００が、図２に示すように、主体金具５の段部５６と絶縁碍子１の段部１５との間にて挟持された状態で、絶縁碍子１に対する主体金具５のかしめが行われる。段部５６の対向面と段部１５の対向面とは略平行に設けられており、板状の板パッキン２００の上面部２０２および下面部２０３のそれぞれが、各段部５６，１５に対して面により接するため、各面同士は密着される。なお、便宜上、上面部２０２が段部５６に対向し、下面部２０３が段部１５に対向することとしたが、板パッキン２００に上下方向が設定されているわけではなく、上面部２０２が段部１５に対向し、下面部２０３が段部５６に対向してもよい。

ところで、内燃機関の燃焼室は、燃焼される燃料空気が外部に漏れることがないよう、その気密性が高いことが要求される。特に近年の内燃機関の性能が向上したことにより、燃焼室内の環境は、より高温、より高圧な状態となっている。本実施の形態の板パッキン２００は、以下に説明する実施例に基づき、上面部２０２および下面部２０３に形成した金属層２２０により、上面部２０２および下面部２０３のそれぞれと、各段部５６，１５との密着の度合いを増している。

［実施例１］
まず、板パッキン２００に施した金属層２２０の材質による気密性について評価試験を行った。図６は、板パッキン２００に施した金属層２２０の材質による気密性の評価試験の結果を示す図である。

メッキの材質による気密性の評価試験では、Ｍ１４一般用スパークプラグを１８本用意し、３本ずつを、６種類の異なる板パッキンを装着した第１〜第６のテストサンプルに分別し、板パッキン２００から漏洩するエアの気密漏洩量の平均を調べた。エアの気密漏洩量としては、図２に示す本実施の形態のスパークプラグ１００を例に説明すると、主体金具５の外側面より間隙部１６に通ずる開口を設け、スパークプラグ１００の先端側より間隙部１７へ空気圧１．５ＭＰａでエアを送り込んだときに間隙部１６を通過する１分間あたりのエアの流量（単位はｍｌ／ｍｉｎ）を測定した。エアの気密漏洩量が多ければ気密性が低く、少なければ気密性が高いといえる。このとき、主体金具５の座面５５の温度を測定し、その温度が２００℃となるように調整した。

図６に示すように、第１〜第６のテストサンプルでは、板パッキン２００の板パッキン母材２１０（図４参照）の材質として、鉄（Ｆｅ）が９９質量％含有され、硬度がビッカース硬さＭＨＶで１００のものを使用した。そして、第１〜第５のテストサンプルでは、金属層２２０としてそれぞれ、亜鉛（Ｚｎ），銅（Ｃｕ），アルミ（Ａｌ），スズ（Ｓｎ），亜鉛−アルミ合金（Ｚｎ−５Ａｌ質量％）を主成分とする金属層を形成した。このときの金属層２２０の厚みが３μｍとなるように調整した。また、第６のテストサンプルでは、従来例として比較するため、板パッキン母材２１０の表面にメッキを施さなかった。

図６に示す評価試験の結果によると、板パッキン２００の金属層２２０として亜鉛，銅，アルミ，スズを主成分とする金属層を形成した場合（第１〜第４のテストサンプル）、気密漏洩量はいずれも１分あたり０ｍｌであった。また、金属層２２０として亜鉛−アルミ合金を主成分とする金属層を形成した場合（第５のテストサンプル）、気密漏洩量は１分あたり１ｍｌであった。一方、メッキを施さなかった板パッキン２００では、１分あたり２２ｍｌのエアが漏洩した。

実施例１に示す評価試験の結果から明らかであるように、板パッキン２００にメッキを施すことで金属層２２０を形成することにより、メッキを施さなかった場合に比べ気密性が向上することがわかる。これは、かしめの際に金属層２２０が押し潰されて延び、主体金具５の段部５６や絶縁碍子１の段部１５の板パッキン２００との接触面上の細かな凹凸が埋められるからである。すなわち、板パッキン母材２１０の表面と段部５６，１５の表面との間の微細な隙間を金属層２２０が埋めるので、段部５６や段部１５の表面との接触面積を増大でき、気密性が向上する。

［実施例２］
次に、板パッキン２００と、金属層が形成されていない現行の板パッキンとの比較を、実機冷熱サイクリック試験によって行った。現行の板パッキンを装着したＭ１４一般用スパークプラグを３本（第１８のテストサンプル）、金属層２２０を形成した板パッキン２００を装着したＭ１４一般用スパークプラグを３本（第１９のテストサンプル）を用意した。第１９のテストサンプルに用いた板パッキン２００は、硬度がビッカース硬さＭＨＶで１００の板パッキン母材２１０に、厚さが３μｍの亜鉛を主成分とする金属層２２０を形成した。

これらのテストサンプルを実際にエンジンに組み付け、以下の条件に沿ってエンジンを駆動させた。エンジンは、空冷４サイクル単気筒１２５ｃｃのものを用いた。このエンジンを、回転数９００ｒｐｍ、全開進角４０度で駆動させ、プレイグニッションの発生を検出した。そして、プレイグニッションの発生が１０回を数えたところでアイドリングを１分間行い、エンジンの冷却を行った。これを１サイクルとし、５サイクル行ったところで試験を終了した。

この試験後に第１８，第１９のテストサンプルを解体し、絶縁碍子の状態を検査した。すると、第１８のテストサンプルでは、３本の絶縁碍子のうち２本に割れが発生していた。一方、第１９のテストサンプルでは、３本の絶縁碍子は、いずれも割れが発生していなかった。金属層を形成した板パッキン２００は、絶縁碍子と主体金具とのそれぞれに対する密着の度合いが高く、絶縁碍子の熱が効率よく主体金具に伝導されて絶縁碍子の熱負荷が軽減されたために、割れが発生しなかったことがわかる。この試験を行ったことによって、金属層２２０を形成した板パッキン２００をスパークプラグに使用しても、不具合が発生しないことが確認できた。

［実施例３］
次に、板パッキン２００に施した金属層２２０の厚み（メッキ厚）による気密性について評価試験を行った。図７は、板パッキン２００に施した金属層２２０の厚みによる気密性の評価試験の結果を示す図である。

金属層２２０の厚みによる気密性の評価試験では、実施例１と同様のＭ１４一般用スパークプラグを１８本用意し、３本ずつを、６種類の異なる厚さの板パッキンを装着した第７〜第１２のテストサンプルに分別し、板パッキン２００から漏洩するエアの気密漏洩量の平均を調べた。エアの気密漏洩量の測定方法は実施例１と同様である。このとき、主体金具５の座面５５の温度を測定し、その温度が１５０℃となるように調整した。

図７に示すように、第７〜第１２のテストサンプルでは、板パッキン２００の板パッキン母材２１０（図４参照）の材質として鉄が９９質量％含有されるものを使用し、その硬度が、ビッカース硬さＭＨＶが１００となるようにした。そして、第６〜第１２のテストサンプルでは、板パッキン母材２１０の表面上に亜鉛によるメッキを施し、その厚みが順に、０．８，１，３，１５，３０，３５（単位はμｍ）となるように金属層２２０を形成した。なお、金属層２２０の厚さは蛍光Ｘ線膜厚計により測定する。

評価試験では、このように構成した第７〜第１２のテストサンプルに対し耐久試験を行い、その耐久試験の前後において、気密性の変化について評価を行った。耐久試験としては高速模擬パターン試験を行った。高速模擬パターン試験とは、例えば、テストサンプルを組み付けたエンジンを駆動させ、そのエンジンを搭載した自動車等が１０万ｋｍ相当を走破する場合と同等の使用状況を模擬的に作りだす試験である。平均時速が１６０ｋｍとなるように、所定のパターンに基づきエンジンの回転数を２０００〜５５００ｒｐｍに変化させる。このとき、中心電極の温度が４００℃〜７５０℃の範囲に収まるように、テストサンプルの冷却等を行う。この所定のパターンが一通り実施された場合を１サイクルとし、継続して６２５時間、そのサイクルを繰り返し実施した。

この耐久試験を行う前にエアの気密漏洩量を測定したところ、第７〜第１２のいずれのテストサンプルにおいてもその気密漏洩量は、１分あたり０ｍｌであった。また、耐久試験後にエアの気密漏洩量を測定したところ、第７〜第１２のテストサンプルの気密漏洩量は順に、１５，５，０，０，３，１１（単位はｍｌ／ｍｉｎ）であった。なお、耐久試験の前後に測定した各気密漏洩量について、各テストサンプルごとに差を求め、増加した場合を正として数値化したものを気密性の変化として示す。

実施例３に示す評価試験の結果から明らかであるように、板パッキン２００に形成した金属層２２０の厚み（メッキ厚）が０．８μｍである場合や（第７のテストサンプル）、３５μｍである場合（第１２のテストサンプル）には、気密性の変化が＋１０以上となり、燃焼室の気密性が十分に保たれないことがわかった。また、金属層２２０の厚みが１μｍ〜３０μｍの範囲では（第８〜第１１のテストサンプル）、気密性の変化が＋１０未満であるので、耐久試験後にも燃焼室の気密性が十分に保たれていることがわかった。

メッキ厚が薄く、１μｍより薄い場合、金属層２２０を形成する金属材料の容量が少なくなる。このため、主体金具５の段部５６や絶縁碍子１の段部１５の各表面上の細かな凹凸が十分に埋められず、板パッキン２００と各段部５６，１５との密着の度合いがよくない。また、厚みが厚く、２０μｍより厚い場合、段部５６，１５の間隙にて板パッキン母材２１０が金属層２２０中に浮く状態となる。すると、例えばスパークプラグ１００が外部より衝撃を受けたときに、板パッキン２００が緩んだり、その位置がずれたりして気密性が保てなくなるといった不具合が発生する場合がある。従って、本実施の形態の板パッキン２００の表面上に形成する金属層２２０の厚みは、１μｍ以上、３０μｍ以下であることが望ましい。

［実施例４］
ところで板パッキン２００は、前述したように、メッキ鋼板２４０からの打ち抜きによって成形されるが、その硬度によって、成形の行いやすさや成形による変形等が発生することなど、いわゆる成形性が異なってくる。そこで、板パッキン母材２１０の硬度、すなわちメッキ鋼板２４０の硬度による成形性の良否について評価試験を行った。図８は、板パッキン母材２１０の硬度による成形性の評価試験の結果を示す図である。

板パッキン母材２１０の硬度による成形性の評価試験では、実施例１と同様のＭ１４一般用スパークプラグを１５本用意し、３本ずつを、その板パッキン母材２１０の硬度が異なる５種類の板パッキンを装着した第１３〜第１７のテストサンプルに分別し、板パッキン２００から漏洩するエアの気密漏洩量の平均を調べた。エアの気密漏洩量の測定方法は実施例１と同様である。このとき、主体金具５の座面５５の温度を測定し、その温度が２００℃となるように調整した。

図８に示すように、第１３〜第１７のテストサンプルでは、板パッキン母材２１０（図４参照）の材質として鉄が９９質量％含有されるものを使用した。そして各テストサンプルの表面上には、そのメッキ厚が３μｍとなるように、亜鉛による金属層２２０を形成した。このとき、第１３〜第１７のテストサンプルでは、その硬度がビッカース硬さＭＨＶで順に、７０，８０，１００，２００，２１０であるメッキ鋼板２４０からそれぞれ板パッキン母材２１０を打ち抜いて成形した。なお、金属層の硬度は、図３におけるＡ−Ａ’断面をＪＩＳ２２４４に準じて測定した。微小硬度計で荷重３００ｇｆを１５秒間かけた後、測定した。

第１３のテストサンプルに使用したビッカース硬さＭＨＶ７０のメッキ鋼板２４０では、その打ち抜き工程において成形された板パッキン母材２１０の一部が変形し、成形不良となる場合があり、成形性がよくなかった。また、第１７のテストサンプルに使用したビッカース硬さＭＨＶ２１０のメッキ鋼板２４０では、その打ち抜き工程において、加工が行いにくく成形性がよくなかった。一方、第１４〜第１６のテストサンプルに使用したメッキ鋼板２４０の成形性については問題が発生しなかった。

そして、成形された各板パッキン２００を取り付けた第１３〜第１７のテストサンプルについて行った評価試験の結果によると、第１３〜第１５のテストサンプルの気密漏洩量は、いずれも１分あたり０ｍｌであった。また、第１６のテストサンプルの気密漏洩量は１ｍｌ／ｍｉｎであり、第１７のテストサンプルの気密漏洩量は４ｍｌ／ｍｉｎであった。

よって、金属層２２０の硬度は、ビッカース硬さＭＨＶで８０以上２００以下であることが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態のスパークプラグ１００では、主体金具５と絶縁碍子１との間隙に板パッキン２００を介在させて、絶縁碍子１に対して主体金具５をかしめている。その板パッキン２００の板パッキン母材２１０の表面上に金属層２２０を形成して、かしめの際に金属層２２０が押し潰されて延びることにより、主体金具５や絶縁碍子１の板パッキン２００との接触面上の凹凸が埋められる。これによって主体金具５や絶縁碍子１と板パッキン２００との接触面積が増大し、気密性を高めることができる。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、板パッキン２００はメッキ鋼板２４０から打ち抜いて成形したが、メッキ鋼帯から同様に打ち抜いて成形してもよい。また、板パッキン母材２１０を打ち抜きによって成形し、その後にバレルを用いてメッキを施し、表面上に金属層２２０を形成してもよい。

本発明は内燃機関に用いられるスパークプラグに適用することができる。

スパークプラグ１００の部分断面図である。 板パッキン２００付近の要部を拡大した断面図である。 板パッキン２００の外観を示す斜視図である。 図３の一点鎖線Ａ−Ａ’において矢視方向からみた板パッキン２００の断面図である。 メッキ鋼板２４０を示す図である。 板パッキン２００に施したメッキの材質による気密性の評価試験の結果を示す図である。 板パッキン２００に施したメッキの厚みによる気密性の評価試験の結果を示す図である。 板パッキン母材２１０の硬度による成形性の評価試験の結果を示す図である。

符号の説明

１ 絶縁碍子
２ 中心電極
５ 主体金具
１２ 中心貫通孔
１００ スパークプラグ
２００ 板パッキン
２０２ 上面部
２０３ 下面部
２１０ 板パッキン母材
２２０ メッキ層
２３０ クロメート被膜層
２４０ メッキ鋼板

Claims (6)

1. 中心電極と、軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔の先端側で保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の周囲を取り囲み、前記絶縁碍子を保持する主体金具と、前記絶縁碍子と前記主体金具とに接するように、両者間に介在するパッキンとを備えるスパークプラグであって、
   前記パッキンは、鉄を９０質量％以上含有する金属母材と、その金属母材の表面上のうち、少なくとも、前記絶縁碍子と前記主体金具に接する部位に、亜鉛、銅、アルミ、またはスズのいずれか一種を主成分とする金属層とを有することを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記パッキンの金属層は、その厚みが１μｍ以上３０μｍ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. 前記パッキンの金属層の硬度は、前記パッキンの金属母材の硬度よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載のスパークプラグ。
4. 前記パッキンは、金属母材の硬度が、ビッカース硬さＭＨＶで８０以上２００以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスパークプラグ。
5. 前記パッキンには亜鉛を主成分とする金属層が形成され、その金属層上に、含有されるクロム成分のうち９８質量％以上が三価クロムであるクロメート被膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスパークプラグ。
6. 中心電極と、軸線方向に延びる軸孔を有し、前記中心電極を前記軸孔の先端側で保持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子の周囲を取り囲み、前記絶縁碍子を保持する主体金具と、前記絶縁碍子と前記主体金具とに接するように、両者間に介在するパッキンとを備えるスパークプラグの製造方法であって、
   あらかじめメッキを施すことにより金属層が形成された金属母材からなるメッキ鋼板またはメッキ鋼帯を打ち抜いて前記パッキンを成形する打ち抜き工程を備えたことを特徴とするスパークプラグの製造方法。

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