JP2006066385A - スパークプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】 主体金具に形成された取付用ねじ部の呼びがＭ１０またはＭ１２であって、かつ、主体金具におけるレンチとの嵌合部の対向二面幅が１４ｍｍ以下のスパークプラグにおいて、主体金具と絶縁碍子との間の気密性を確保できる強固なかしめを実現する。
【解決手段】 主体金具１０と絶縁碍子２０との間の隙間６０に、主体金具１０と絶縁碍子２０とをシールするシール部材６１〜６３を配置する。そして、主体金具１０の嵌合部１２において、その内壁面と外壁面との間の長さが最短距離となる長さをＡとし、嵌合部１２とかしめ部１４との接合部分におけるかしめ部１４の肉厚をＢとし、主体金具１０の中心軸に沿った断面を想定したときの連結部１５の内壁面と外壁面との間の肉厚をＣとしたとき、主体金具１０はＡ＞Ｂ＞Ｃの関係を満たす。
【選択図】 図２−１

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグであって、特に、主体金具に形成された取付ねじ部の呼びがＭ１０またはＭ１２のスパークプラグに関する。

一般に、スパークプラグは、中心電極と、絶縁碍子と、主体金具と、接地電極と、を備えて構成されている。具体的には、中心電極の外周には絶縁碍子が設けられており、この絶縁碍子の外周には主体金具が設けられている。また、この主体金具の外周にはエンジン等に取り付けるための取付ねじ部が設けられている。そして、主体金具の一端側に接地電極の一端が結合され、接地電極の他端が放電ギャップを隔てて中心電極と対向するように配置されている。

上記のようなスパークプラグにおいて、例えば、主体金具の取付ねじ部の呼びがＭ１４のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種のスパークプラグにおいては、絶縁碍子が主体金具の内部に挿入されていると共に、主体金具が主体金具の他端部に形成されたかしめ部にて絶縁碍子にかしめ固定されている。

ここで、このかしめによる密閉をより完全なものとするため、絶縁碍子の外壁面と主体金具の内壁面との隙間にシール部材を埋めている。このシール部材は、２つの金属リングおよび粉末状のタルク（滑石）よりなるものである。すなわち、上記隙間において、スパークプラグの接地電極側から金属リング、タルク、金属リングという順にシール部材を埋めることで隙間をシールする。こうして、主体金具のかしめ部を絶縁碍子にかしめ固定することにより、隙間を密閉し、絶縁碍子と主体金具との間の気密性を確保している。
特開２００１−３０７８５８号公報

近年、エンジンの出力向上や燃費向上が図られている。これに伴い、エンジンにおいて、スパークプラグの取り付けスペースが縮小されていくこととなる。具体的には、エンジンにおけるバルブ径の拡大、バルブ数の増加やウォータジャケットの拡大などにより、エンジンにおけるスパークプラグの設置スペースが縮小される。また、エンジンの配線等によってスパークプラグをエンジンに取り付ける際の取り付けスペースが縮小される。このような理由により、スパークプラグを小型化する要求が強まっている。

具体的に、スパークプラグの小型化には、スパークプラグの取付ねじ部の呼びをＭ１２以下にすることや、スパークプラグをエンジンに取り付ける際に用いるレンチとの嵌合部の対向二面幅を縮小することが要求される。

しかしながら、スパークプラグを小型化する、すなわち、主体金具の取付ねじ部のねじ径を縮小すると共に嵌合部の対向二面幅を縮小するとなると、絶縁碍子に主体金具のかしめ部をかしめ固定する際に、主体金具のかしめ部を強固にかしめることができない可能性が生じる。

これは、主体金具の取付ねじ部のねじ径と共に嵌合部の対向二面幅が縮小しているため、主体金具の肉厚そのものが薄くなるからである。これに伴い、主体金具に設けられるかしめ部の肉厚も薄くなってしまう。このように、主体金具のかしめ部の肉厚が薄くなると、かしめ部の剛性が小さくなり、かしめ締め付け力を得られなくなる。このため、主体金具の絶縁碍子に対するかしめ部のかしめ強度を十分に得られなくなり、絶縁碍子と主体金具との間の気密性を十分に確保できない可能性がある。

これに対して、絶縁碍子の肉厚を薄くすれば、主体金具の肉厚を確保することが可能となる。しかし、絶縁碍子の肉厚を薄くするということは、中心電極と主体金具とを絶縁している絶縁碍子の肉厚が薄くなるということである。したがって、中心電極と主体金具との間に絶縁破壊が生じてしまう。このため、スパークプラグの小型化に伴い、絶縁碍子の肉厚を薄くすることはできない。

本発明は、上記点に鑑み、主体金具に形成された取付ねじ部の呼びがＭ１０またはＭ１２であって、かつ、主体金具におけるレンチとの嵌合部の対向二面幅が１４ｍｍ以下の小型スパークプラグにおいて、主体金具と絶縁碍子との間の気密性を確保できる強固なかしめを実現することを目的とする。

本発明者らは、主体金具に関する寸法を規定すれば、小型のスパークプラグにおいても気密性を確保できると考えた。本発明は、本発明者らが鋭意検討した結果に基づいており、実験的に見出されたものである。

したがって、請求項１に記載の発明では、柱状の中心電極（３０）と、この中心電極の外周に設けられた絶縁碍子（２０）と、この絶縁碍子の外周に設けられると共に管状構造になっていて、この管状構造の一端側の外周に呼びがＭ１２またはＭ１０の取付ねじ部（１１）が設けられた主体金具（１０）と、主体金具の一端部（１３ａ）に一端（４１）が結合され、他端（４２）側が放電ギャップ（５０）を隔てて中心電極と対向するように配置される接地電極（４０）と、を備え、主体金具の他端側には、その外周が多角形状になっていると共にその多角形状において対向する面間の距離が１４ｍｍ以下の嵌合部（１２）が設けられ、主体金具の他端部（１３ｂ）にはかしめ部（１４）が設けられると共に、嵌合部を挟んでこのかしめ部と対向する位置に連結部（１５）が設けられており、嵌合部の内壁面とこの内壁面に対向する絶縁碍子の外壁面との間の隙間（６０）に、主体金具と絶縁碍子とをシールするシール部材（６１〜６３）が配置されるスパークプラグにおいて、主体金具の嵌合部において、嵌合部軸方向の中間点における、主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、主体金具の内壁面と外壁面との間の長さが最短距離となる長さをＡとし、 嵌合部とかしめ部との接続部分において、かしめ部の外壁面が嵌合部の外壁面よりも主体金具の中心軸側になるように設けられた傾斜を第１テーパ面（１２ａ）として、かしめ部と第１テーパ面との接続部分での、主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、かしめ部の接線と第１テーパ面の延長線との交差点をＰとしたとき、主体金具の内壁面と交差点Ｐとの径方向における距離をＢとし、主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、連結部の軸方向の中間点における肉厚をＣとしたとき、主体金具はＡ＞Ｂ＞Ｃの関係を満たすことを特徴としている。

このように、主体金具における寸法を上記の条件とする。すなわち、連結部の肉厚Ｃを嵌合部の長さＡおよびかしめ部の肉厚Ｂよりも薄くすることで座屈させやすくし、連結部の肉厚Ｃよりもかしめ部の肉厚Ｂを大きくすることでかしめ部の剛性を確保する。また、嵌合部の長さＡをかしめ部および連結部の肉厚Ｂ、Ｃよりも大きくすることで、両端にかしめ部および連結部を備える嵌合部が、かしめ部のかしめ時に変形しないようにする。

これにより、主体金具がシール部材を締め付けるかしめ強度を確保できる。したがって、このかしめ強度により主体金具と絶縁碍子との間のシール部材を締め付けることができるので、主体金具と絶縁碍子との間の気密性を確保することができる。

請求項２に記載の発明では、肉厚Ｂと肉厚ＣとはＢ≧１．１Ｃの関係を満たしていることを特徴としている。

このように、肉厚Ｂと肉厚Ｃとを上記の寸法関係とする。これにより、かしめ部のかしめ締め付け力を確実に確保できると共に、スパークプラグ内部からの漏れ量を確実に無くすことができる。すなわち、シール部材の気密性を十分に確保することができる。

請求項３に記載の発明では、肉厚Ｃは０．５ｍｍ≦Ｃ≦１．０ｍｍの関係を満たしていることを特徴としている。

このように、肉厚Ｃを上記の寸法とする。これにより、連結部の座屈の容易性を確保しつつ、連結部の座屈による連結部の締め付け強度を確保することができる。

請求項４に記載の発明では、かしめ部をかしめる前における主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、かしめ部と第１テーパ面の接続部分での、かしめ部の接線と第１テーパ面の延長線との交差点をＱとしたとき、かしめ部の頂点と交差点Ｑとの中心軸方向の長さをＤとすると、長さＤは０．７ｍｍ≦Ｄ≦４．０ｍｍの関係を満たしていることを特徴としている。

このように、長さＤを上記の寸法とする。そして、長さＤの上限を規定することにより、かしめ部をかしめたときに、かしめ部の先端が絶縁碍子に当たることを防止することができる。また、長さＤの下限を規定することにより、かしめ部をかしめたときにかしめ部が確実にシール部材を締め付けるようにすることができる。

請求項５に記載の発明では、嵌合部と連結部との接続部分において、連結部の外壁面が嵌合部の外壁面よりも主体金具の中心軸側になるように設けられた傾斜を第２テーパ面（１２ｂ）とすると共に、連結部と主体金具の取付ねじ部側との接続部分において、連結部の外壁面が主体金具の取付ねじ部側の外壁面よりも主体金具の中心軸側になるように設けられた傾斜を第３テーパ面（１０ａ）とし、かしめ部をかしめる前における主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、連結部と第２テーパ面および第３テーパ面との各接続部分での、連結部の外壁面と第２テーパ面、第３テーパ面との各延長交差点をそれぞれＲ、Ｓとしたとき、交差点Ｒと交差点Ｓとの主体金具の中心軸方向の長さをＥとすると、長さＥは１．５ｍｍ≦Ｅ≦４．０ｍｍの関係を満たしていることを特徴としている。

このように、長さＥを上記の寸法とする。そして、長さＥの上限を規定することにより、かしめ部をかしめたときに、連結部が波形状に座屈すること、座屈した連結部が絶縁碍子に当たって絶縁碍子を傷つけること、および連結部の見栄えが悪くなることを防止することができる。また、長さＥの下限を規定することにより、かしめ部をかしめるときに連結部を確実に座屈させることができる。

請求項６に記載の発明では、主体金具の嵌合部において、主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、主体金具の内壁面と絶縁碍子の外壁面との間の径方向の長さをＴとすると、長さＴはＴ≧１．０ｍｍの関係を満たしていることを特徴としている。

このように、長さＴを上記の寸法とする。これにより、シール部材のうち充填部材の量を増やすことができ、スパークプラグ内部からの漏れ量をほぼ無くすことができる。したがって、長さＴを上記のように規定することにより、シール部材の気密性、ひいては主体金具と絶縁碍子との間の気密性を確保することができる。

請求項７に記載の発明では、シール部材は、第１金属リング（６１）と、第２金属リング（６２）と、充填部材（６３）と、を有し、隙間において接地電極側から第１金属リング、充填部材、第２金属リングの順に埋められると共に隙間をシールしており、隙間に配置された第１金属リングの断面における最外周と第２金属リングの断面における最外周との間の最短の長さをＬとすると、長さＬはＬ≧３．０ｍｍの関係を満たしていることを特徴としている。

このように、長さＬを上記の寸法とする。これにより、シール部材のうち充填部材の量を増やすことができ、スパークプラグ内部からの漏れ量をほぼ無くすことができる。したがって、長さＬを上記のように規定することにより、シール部材の気密性、ひいては主体金具と絶縁碍子との間の気密性を確保することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るスパークプラグの半断面図である。

スパークプラグ１００は、導電性の鉄鋼材料（例えば低炭素鋼）等よりなる円管状構造の主体金具（ハウジング）１０を有しており、この主体金具１０は、図示しないエンジンブロックに固定するための取付ねじ部１１を備えている。本実施形態では、この取付ねじ部１１の呼び（ＪＩＳ：Ｂ８０３１による）はＭ１２またはＭ１０となっている。

また、主体金具１０には、レンチを用いてスパークプラグ１００をエンジンに取り付けるためのレンチとの嵌合部１２が形成されている。この嵌合部１２の外周は多角形状、詳しくは六角形状になっている。本実施形態では、嵌合部１２の六角形状において対向する面間の距離、すなわち二面の幅（以下、対向二面幅という）がＭ１２およびＭ１０のいずれのスパークプラグにおいても１４ｍｍ以下となっている。

主体金具１０の内部には、アルミナセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）等からなる絶縁碍子２０が固定されており、この絶縁碍子２０の先端部２１は、主体金具１０の一端部１３ａから露出するように設けられている。

絶縁碍子２０の内孔２２には、柱状の中心電極３０がその先端部３１を絶縁碍子２０の先端部２１から露出させるように固定されており、この中心電極３０は絶縁碍子２０を介して主体金具１０に絶縁保持されている。

中心電極３０は、内材がＣｕ等の熱伝導性に優れた金属材料、外材がＮｉ基合金等の耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成されたものである。そして、中心電極３０の先端部３１には、中心電極側チップ３２が取り付けられ、この中心電極側チップ３２は中心電極３０の一部を構成している。中心電極側チップ３２は、例えば、円板状のＩｒ合金からなるＩｒ合金チップであり、中心電極３０における電極母材である先端部３１に対してレーザ溶接によって接合されている。

主体金具１０の一端部１３ａには、例えばＮｉ基合金で構成される柱状の接地電極４０が抵抗溶接により結合され固定されている。この接地電極４０は、主体金具１０の一端部１３ａに固定された一端４１から途中で略Ｌ字に曲げられて他端４２側の部位にて中心電極３０の中心電極側チップ３２と火花放電ギャップ５０を介して対向して配置されている。

図２−１は、図１に示されるスパークプラグ１００の主体金具１０の嵌合部１２近傍の拡大図である。図１および図２−１に示されるように、絶縁碍子２０は主体金具１０の内部に挿入された状態で、絶縁碍子２０と主体金具１０とが、主体金具１０の他端部１３ｂに形成されたかしめ部１４にてかしめ固定されている。なお、この主体金具１０のかしめ部１４は、例えば、粉末かしめによってかしめられる。

また、主体金具１０の嵌合部１２においてかしめ部１４とは反対側に、嵌合部１２と取付ねじ部１１側を連結する連結部１５が形成されている。この連結部１５は、図１および図２−１に示されるように、スパークプラグ１００の外径方向に凸形状になるように座屈している。

ここで、図１に示されるように、絶縁碍子２０において主体金具１０内に位置する部分のうち、周方向の最大径を有する部位が、胴部２３として形成されている。つまり、胴部２３は、主体金具１０内に位置する絶縁碍子２０において最大直径を有する部位として構成されている。それと共に、絶縁碍子２０において胴部２３よりも先端部２１側には、胴部２３よりも径が小さい中段部２４が形成されている。さらに、絶縁碍子２０において中段部２４よりも先端部２１側は、中段部２４よりも径が小さくなっている。

上記のような形状の絶縁碍子２０を収納する主体金具１０の内壁面は、絶縁碍子２０の外形に対応した形状をなしている。このため、絶縁碍子２０における胴部２３と中段部２４との径の差による段差、および中段部２４と先端部２１との径の差による段差にそれぞれ対向する主体金具１０の内壁面の部分も段差形状となっている。

そして、絶縁碍子２０が主体金具１０の他端部１３ｂ側から挿入されると共に、絶縁碍子２０が主体金具１０に収納されている。このように、絶縁碍子２０が主体金具１０に収納されると、図２−１に示されるように、絶縁碍子２０の胴部２３において中段部２４の反対側に、胴部２３の段差によって絶縁碍子２０の外壁面と主体金具１０の内壁面との間に隙間６０が形成されている。この隙間６０には、シール部材６１〜６３が埋められており、このシール部材６１〜６３によって隙間６０がシールされている。このような状態で、主体金具１０のかしめ部１４がかしめられると、隙間６０が密閉された状態となる。

上記シール部材６１〜６３は、第１リング６１、第２リング６２、およびタルク６３よりなるものである。第１および第２リング６１、６２は、例えばＦｅ（鉄）などの金属よりなるリングである。第１リング６１、第２リング６２は、本発明の第１金属リング、第２金属リングに相当する。また、タルク６３は、いわゆる粉末状の滑石である。このタルク６３は、本発明の充填部材に相当する。

そして、図１および図２−１に示されるように、隙間６０において、接地電極４０側から第１リング６１、タルク６３、第２リング６２という順に埋められ、これらシール部材６１〜６３が主体金具１０のかしめ部１４に締め付けられた状態となっている。

また、上述のように、主体金具１０の連結部１５が座屈していることで、主体金具１０のかしめ部１４および嵌合部１２がスパークプラグ１００の軸方向に押し込まれた状態となる。このため、シール部材６１〜６３が強固に締め付けられる。こうして、スパークプラグ１００において、主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性が確保されている。

本実施形態では、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びをＭ１２またはＭ１０としている。また、上述のように、主体金具１０の嵌合部１２の六角形状の対向二面幅が１４ｍｍ以下となっている。このように、本実施形態におけるスパークプラグ１００においては、取付ねじ部１１の呼びや嵌合部１２の対向二面幅がＭ１４以上のものに比べて小さくなっている。そこで、主体金具１０のかしめ部１４におけるかしめ強度、および主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を確保するため、本実施形態では、主体金具１０において、以下のような寸法関係を設定している。

まず、主体金具１０の嵌合部１２において、その内壁面と外壁面との間の長さが最短距離となる長さをＡとする。つまり、主体金具１０の嵌合部１２において、嵌合部１２軸方向の中間点における、主体金具１０の中心軸を含む断面で見たときの、主体金具１０の内壁面と外壁面との間の長さが最短距離となる長さをＡとする。すなわち、長さＡは、嵌合部１２において最も薄い肉厚と言える。以下では、この寸法Ａを主体金具１０の嵌合部１２の肉厚Ａという。

図２−２は、主体金具１０の嵌合部１２におけるスパークプラグ１００の中心軸に垂直な断面図である。この図に示されるように、嵌合部１２の外周が六角形状の場合における肉厚Ａは、六角形状の一辺と嵌合部１２の内壁面との間の長さとなっている。そして、肉厚Ａは、六角形状の一辺と嵌合部１２の内壁面との間において最短の長さになっている。

また、主体金具１０の嵌合部１２とかしめ部１４との接合部分において、その接合部分のかしめ部１４の肉厚をＢとする。つまり、嵌合部１２とかしめ部１４との接続部分において、かしめ部１４の外壁面が嵌合部１２の外壁面よりも主体金具１０の中心軸側になるように設けられた傾斜を第１テーパ面１２ａとして、かしめ部１４とテーパ面との接続部分での、主体金具１０の中心軸を含む断面で見たときの、かしめ部１４の接線とテーパ面の延長線との交差点をＰとしたとき、主体金具１０の内壁面と交差点Ｐとの径方向における距離をＢとする。以下では、この寸法Ｂを主体金具１０のかしめ部１４の肉厚Ｂという。さらに、主体金具１０の嵌合部１２と取付ねじ部１１側とを連結する連結部１５において、主体金具１０の中心軸に沿った断面を想定したときの連結部１５の内壁面と外壁面との間の長さをＣとする。つまり、主体金具１０の中心軸を含む断面で見たときの、連結部１５の軸方向の中間点における肉厚をＣとする。以下では、この寸法Ｃを主体金具１０の連結部１５の肉厚Ｃという。

上記のように主体金具１０の各部の肉厚を定義したとき、本実施形態では、嵌合部１２の肉厚Ａ＞かしめ部１４の肉厚Ｂ＞連結部１５の肉厚Ｃとされている。

ここで、連結部１５の肉厚Ｃが嵌合部１２の肉厚Ａやかしめ部１４の肉厚Ｂよりも大きいと、連結部１５の剛性が高くなる。このため、主体金具１０のかしめ部１４をかしめる際に、この連結部１５が座屈し難くなる。したがって、連結部１５の肉厚Ｃを小さくして連結部１５の剛性を小さくすると共に、かしめ部１４をかしめる際にこの連結部１５を座屈させ易くする。

また、連結部１５の肉厚Ｃを小さくすることと同様に、かしめ部１４の肉厚Ｂを小さくすると、十分な気密を保つことができない。なぜなら、連結部１５の肉厚Ｃと同様に、かしめ部１４の肉厚Ｂが小さいと、かしめ部１４の剛性が小さくなり、かしめ締め付け力を得られなくなるからである。このため、かしめ部１４の肉厚Ｂ＞連結部１５の肉厚Ｃとしている。

さらに、主体金具１０のかしめ部１４をかしめる際に、嵌合部１２の肉厚Ａがかしめ部１４の肉厚Ｂおよび連結部１５の肉厚Ｃよりも小さいと、かしめ時に嵌合部１２が変形してしまう。この嵌合部１２の変形は、主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を低下させてしまう原因になる。したがって、主体金具１０の嵌合部１２の変形を抑え、かしめ部１４のかしめ強度および主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を確保するため、嵌合部１２の肉厚Ａ＞かしめ部１４の肉厚Ｂ＞連結部１５の肉厚Ｃとしている。

本実施形態では、主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を十分に確保するため、かしめ部１４の肉厚Ｂと連結部１５の肉厚Ｃとの比Ｂ／Ｃが、Ｂ／Ｃ≧１．１（つまり、Ｂ≧１．１Ｃ）とされている。さらに、連結部１５の肉厚Ｃは０．５ｍｍ≦Ｃ≦１．０ｍｍとされている。

また、図２−１に示されるように、主体金具１０の嵌合部１２の内壁面とその内壁面に対向する絶縁碍子２０の外壁面との間の長さをＴとする。つまり、主体金具１０の嵌合部１２において、主体金具１０の中心軸を含む断面で見たときの、主体金具１０の内壁面と絶縁碍子２０の外壁面との間の径方向の長さをＴとする。以下では、この寸法Ｔを隙間６０の厚さＴという。本実施形態では、隙間６０の厚さＴは、Ｔ≧１．０ｍｍとされている。

さらには、第１リング６１、タルク６３、第２リング６２の順にこれらシール部材６１〜６３が隙間６０に収納され、かしめ部１４がかしめられたとき、第１リング６１の断面における最外周と第２リング６２の断面における最外周との間のうち最短の長さをＬとする。以下では、この寸法Ｌを隙間６０の長さＬという。本実施形態では、隙間６０の長さＬはＬ≧３．０ｍｍとされている。

さらに、本実施形態では、主体金具１０のかしめ部１４をかしめる前の主体金具１０の寸法を規定している。図３は、図２−１に示される主体金具１０のかしめ部１４をかしめる前の嵌合部１２近傍の拡大図である。

図３に示されるように、かしめる前のかしめ部１４におけるスパークプラグ１００（または中心電極３０）の軸方向の長さをＤとする。つまり、かしめ部１４をかしめる前における主体金具１０の中心軸を含む断面で見たときの、かしめ部１４と第１テーパ面１２ａの接続部分での、かしめ部１４の接線と第１テーパ面１２ａの延長線との交差点をＱとしたとき、かしめ部１４の頂点と交差点Ｑとの中心軸方向の長さをＤとする。以下では、この寸法Ｄをかしめ部１４の長さＤという。本実施形態では、かしめ部１４の長さＤは０．７ｍｍ≦Ｄ≦４．０ｍｍ、望ましくは１．５ｍｍ≦Ｄ≦３．５ｍｍとされている。

また、主体金具１０のかしめ部１４をかしめる前の連結部１５におけるスパークプラグ１００（または中心電極３０）の軸方向の長さをＥとする。つまり、嵌合部１２と連結部１５との接続部分において、連結部１５の外壁面が嵌合部１２の外壁面よりも主体金具１０の中心軸側になるように設けられた傾斜を第２テーパ面１２ｂとすると共に、連結部１５と主体金具１０の取付ねじ部１１側との接続部分において、連結部１５の外壁面が主体金具１０の取付ねじ部１１側の外壁面よりも主体金具１０の中心軸側になるように設けられた傾斜を第３テーパ面１０ａとし、かしめ部１４をかしめる前における主体金具１０の中心軸を含む断面で見たときの、連結部１５と第２テーパ面１２ｂおよび第３テーパ面１０ａとの各接続部分での、連結部１５の外壁面と第２テーパ面１２ｂ、第３テーパ面１０ａとの各延長交差点をそれぞれＲ、Ｓとしたとき、交差点Ｒと交差点Ｓとの主体金具１０の中心軸方向の長さをＥとする。以下では、この寸法Ｅを連結部１５の長さＥという。本実施形態では、連結部１５の長さＥは、１．５ｍｍ≦Ｅ≦４．０ｍｍとされている。

本実施形態において、上記のように主体金具１０の各寸法設定を行った理由について述べる。

本発明者らは、主体金具１０の各寸法を変えて、主体金具１０のかしめ部１４のかしめ締め付け力（すなわち、かしめ強度）およびスパークプラグ１００内部からの漏れ量（すなわち、気密性）について試験を行った。これらの試験において、本実施形態では、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１２、かつ、嵌合部１２の六角形状の対向二面幅が１４ｍｍ（ＨＥＸ１４）のスパークプラグ１００において、絶縁碍子２０の外径がφ９．０、隙間６０の厚さＴが１．３５ｍｍ、隙間６０の長さＬが４．５ｍｍ、かしめ部１４の長さＤが２．３ｍｍ、連結部１５の長さＥが３．０ｍｍのものを用いた。

主体金具１０のかしめ部１４のかしめ締め付け力（単位；ｋＮ）の測定を、次のように行った。すなわち、主体金具１０の取付ねじ部１１に歪みゲージを設置し、絶縁碍子２０にかしめ固定されたかしめ部１４を開放する。このときに取付ねじ部１１に生じる歪みを上記歪みゲージにて検出し、検出した歪みの値に応じたかしめ部１４のかしめ締め付け力を求める。

また、スパークプラグ１００内部からの漏れ量（単位；ｃｃ／ｍｉｎ）の測定を、次のように行った。すなわち、スパークプラグ１００を専用治具に規定のトルクで装着する。そして、専用治具内に所定圧力をかけたときのスパークプラグ１００のかしめ部１４から漏れる気体の量を測定する。この測定を、シート面の温度を３００℃にまで熱し、スパークプラグ１００の接地電極４０側に２ＭＰａの圧力をかけた状態で行った。

これら、かしめ締め付け力および漏れ量を、かしめ部１４の肉厚Ｂと連結部１５の肉厚Ｃとの比Ｂ／Ｃに基づき測定した。なお、嵌合部１２の肉厚Ａはかしめ部１４の肉厚Ｂよりも大きくなっている。

図４は、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１２のスパークプラグ１００において、Ｂ／Ｃとかしめ締め付け力およびスパークプラグ１００内部からの漏れ量との関係を示した図である。図４（ａ）は、Ｂ／Ｃとかしめ締め付け力との関係、図４（ｂ）はＢ／Ｃとスパークプラグ１００内部からの漏れ量との関係を示した図である。

図４（ａ）に示されるように、Ｂ／Ｃの値が０．７〜１．０、すなわち、かしめ部１４の肉厚Ｂが連結部１５の肉厚Ｃよりも小さいかまたは同等の場合、かしめ締め付け力はほぼ一定値になっている。しかしながら、Ｂ／Ｃの値が１．０を上回ると、かしめ締め付け力は急上昇する。つまり、かしめ部１４の肉厚Ｂが連結部１５の肉厚Ｃよりも大きい場合には、かしめ部１４の強固なかしめを実現できる。したがって、図４（ａ）に示される結果から、Ｂ／Ｃが１．１以上であれば、かしめ部１４のかしめ強度を十分に得られると言える。

また、図４（ｂ）に示されるように、Ｂ／Ｃの値が大きくなるほど、スパークプラグ１００内部からの漏れ量は減少する。ここで、ＪＩＳによると、漏れ量が１ｃｃ／ｍｉｎ以下であれば、漏れ量はないと規定されている。したがって、上記かしめ締め付け力と同様に、Ｂ／Ｃが１．１以上であれば、スパークプラグ１００内部からの漏れ量はほとんどない。したがって、Ｂ／Ｃ≧１．１であれば、主体金具１０と絶縁金具２０との間の気密性を十分に確保できると言える。

上記の試験は、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１２のスパークプラグ１００について調べたものであるが、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１０のスパークプラグについて、上記と同様の試験を行った。なお、試験方法は、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１２のスパークプラグ１００の場合と同様である。

図５−１に、本実施形態における主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１０のスパークプラグ２００の半断面図を示す。なお、図１に示されるＭ１２のスパークプラグ１００と同じ部位には、同じ符号を記してある。また、図５−１に示されるＭ１０のスパークプラグ２００の主体金具１０の嵌合部１２の外周は、２４角形状になっている。このような嵌合部１２において、２４角形状の対向二面幅は１２ｍｍ（Ｂｉ−ＨＥＸ１２）となっている。

図５−２は、図５−１に示されるスパークプラグ２００の主体金具１０の嵌合部１２において、スパークプラグ２００の中心軸に垂直な断面図である。この図に示されるように、スパークプラグ２００の嵌合部１２の外周が２４角形状になっており、嵌合部１２の内壁面と外壁面の間の最短の長さがＡとなっている。

さらに、試験には、絶縁碍子２０の外径がφ７．５、隙間６０の厚さＴが１．４ｍｍ、隙間６０の長さＬが４．５ｍｍ、かしめ部１４の長さＤが２．２ｍｍ、連結部１５の長さＥが３．０ｍｍのスパークプラグ２００を用いた。なお、スパークプラグ２００内部からの漏れ量を調べる試験は、上記Ｍ１２の試験と同じ条件で行われた。

図６は、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１０のスパークプラグ２００において、Ｂ／Ｃとかしめ締め付け力およびスパークプラグ２００内部からの漏れ量との関係を示した図である。図６（ａ）は、Ｂ／Ｃとかしめ締め付け力との関係、図６（ｂ）はＢ／Ｃとスパークプラグ２００内部からの漏れ量との関係を示した図である。

図６（ａ）に示されるように、Ｂ／Ｃの値が１．０を上回ると、かしめ部１４のかしめ締め付け力が急上昇する。したがって、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１０の場合では、Ｍ１２の場合と同様に、Ｂ／Ｃの値が１．１以上であればかしめ部１４のかしめ強度を十分に確保できると言える。

また、図６（ｂ）に示されるように、Ｂ／Ｃの値が１．０を上回ると、スパークプラグ２００内部からの漏れ量が１ｃｃ／ｍｉｎを下回る。したがって、上記図６（ａ）に示されるかしめ締め付け力と同様に、Ｂ／Ｃの値が１．１以上であれば、主体金具１０と絶縁金具２０との間の気密性を十分に確保できると言える。

以上のように、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１０のスパークプラグ２００であって、主体金具１０の嵌合部１２が２４角形状のスパークプラグ２００であっても、上記取付ねじ部１１の呼びがＭ１２のスパークプラグ１００と同じ寸法設定で、かしめ部１４のかしめ強度および主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を確保することができる。

ここで、連結部１５の肉厚Ｃを０．５ｍｍ≦Ｃ≦１．０ｍｍとしている。これは、以下のような理由による。まず、上述のように、連結部１５の肉厚Ｃが厚いと剛性が高くなり座屈し難くなる。したがって、かしめ時に連結部１５が座屈できる限界として１．０ｍｍを連結部１５の肉厚Ｃの上限としている。

また、連結部１５の肉厚Ｃが小さい、すなわち薄いと、かしめ時に連結部１５が異常な曲がり方をすることや変形し易くなる。また、連結部１５が変形し易いと、連結部１５の座屈によって嵌合部１２およびかしめ部１４を絶縁碍子２０側に締め付けることができない。したがって、連結部１５の座屈による締め付け力を確保できる限界として０．５ｍｍを連結部１５の肉厚Ｃの下限としている。

以上のように連結部１５の肉厚Ｃを規定することで、連結部１５の座屈の容易性を確保しつつ、連結部１５の締め付け強度を確保することができる。

上記のような試験により、主体金具１０のかしめ部１４をかしめる前の主体金具１０の寸法を規定することができることがわかった。以下に、その寸法について説明する。

まず、かしめ部１４の長さＤを０．７ｍｍ≦Ｄ≦４．０ｍｍ、望ましくは１．５ｍｍ≦Ｄ≦３．５ｍｍとすることにより、かしめ部１４をかしめるときにかしめ部１４でシール部材６１〜６３、特に、第２リング６２を確実に押さえつけることができる。

ここで、かしめ部１４の長さＤの上限を３．５ｍｍとしているのは、かしめ部１４をかしめたときに、かしめ部１４の先端が絶縁碍子２０に当たることを防止するためである。また、かしめ部１４の長さＤの下限を１．５ｍｍとしているのは、かしめ部１４をかしめたときにかしめ部１４が確実に第２リング６２を締め付けるようにするためである。

また、連結部１５の長さＥを１．５ｍｍ≦Ｅ≦４．０ｍｍとすることにより、かしめ部１４をかしめるときに、連結部１５が異常な変形（座屈）を起こすことなく、連結部１５を座屈させることができる。

ここで、連結部１５の長さＥの上限を４．０ｍｍとしているのは、かしめ部１４をかしめたときに、連結部１５が波形状に座屈すること、座屈した連結部１５が絶縁碍子２０に当たって絶縁碍子２０を傷つけること、および連結部１５の見栄えが悪くなること等を防止するためである。また、連結部１５の長さＥの下限を１．５ｍｍとしているのは、かしめ部１４をかしめるときに連結部１５を確実に座屈させるためである。

以上のように、主体金具１０のかしめ部１４をかしめる前に、かしめ部１４の長さＤおよび連結部１５の長さＥをそれぞれ規定することにより、かしめ部１４をかしめた後のかしめ部１４のかしめ強度を確保でき、ひいては主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を確保することができる。

続いて、隙間６０に充填されるタルク６３の量によって、主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性（気密保持力）を調べた。すなわち、タルク６３の量は、隙間６０のサイズによって変動すると共に、隙間６０のサイズが大きいほどタルク６３の量が増えて主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性が向上すると考えられる。そこで、タルク６３が充填される隙間６０の長さＬおよび厚さＴを変えて、スパークプラグ１００内部からの漏れ量を調べた。なお、この漏れ量の試験については、上記と同様の方法で行った。

この試験では、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１２、かつ、嵌合部１２の対向二面幅が１４ｍｍのスパークプラグ１００において、絶縁碍子２０の外径がφ９．０、かしめ部１４の肉厚Ｂが０．９５ｍｍ、連結部１５の肉厚Ｃが０．５５ｍｍ、かしめ部１４の長さＤが２．３ｍｍ、連結部１５の長さＥが３．０ｍｍのものを用いた。

また、隙間６０の長さＬを変えて漏れ量を調べる際に、隙間６０の厚さＴをＴ＝１．４ｍｍに固定した。同様に、隙間６０の厚さＴを変えて漏れ量を調べる際に、隙間６０の長さＬをＴ＝４．５ｍｍに固定した。

図７は、隙間６０の長さＬとスパークプラグ１００内部からの漏れ量との関係を示した図である。図７に示されるように、隙間６０の長さＬを２．０ｍｍから増やしていくと、漏れ量が減少していく。そして、隙間６０の長さＬがＬ＝３．０ｍｍになると、漏れ量が１ｃｃ／ｍｉｎを下回り、漏れ量はほとんど無くなる。したがって、隙間６０の長さＬがＬ≧３．０ｍｍであれば、主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を十分に確保できると言える。

また、図８は、隙間６０の厚さＴとスパークプラグ１００内部からの漏れ量との関係を示した図である。図８に示されるように、隙間６０の厚さＴが増えると漏れ量が減少する。具体的には、隙間６０の厚さＴがＴ＝０．８ｍｍを超えると漏れ量は１ｃｃ／ｍｉｎを下回り、Ｔ＝１．０ｍｍになると漏れ量はほとんど無くなる。したがって、隙間６０の厚さＴがＴ≧１．０ｍｍであれば、主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を十分に確保できると言える。

以上のように、隙間６０の長さＬおよび厚さＴを規定することにより、スパークプラグ１００内部からの漏れ量を無くすことができ、ひいては主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を確保することができる。

以上、説明したように、本実施形態では、スパークプラグ１００、２００の主体金具１０のかしめ部１４、嵌合部１２、連結部１５の各寸法を規定することを特徴とし、この規定に基づき、隙間６０に配置されるシール部材６０の気密性、ひいては主体金具１０と絶縁金具２０との間の気密性を確保している。

すなわち、嵌合部１２の肉厚Ａ＞かしめ部１４の肉厚Ｂ＞連結部１５の肉厚Ｃと規定する。これにより、上述したように、連結部１５を座屈させやすくし、かしめ部１４の剛性を確保することができる。また、嵌合部１２の肉厚Ａをかしめ部１４および連結部１５の肉厚Ｂ、Ｃよりも大きくすることで、かしめ部１４のかしめ時に嵌合部１２を変形させることなくかしめ固定できる。

上記規定により、主体金具１０がシール部材６１〜６３を締め付けるかしめ強度を確保できる。したがって、このかしめ強度により主体金具１０と絶縁碍子２０との間のシール部材６１〜６３を締め付けることができるので、シール部材６１〜６３の気密性、ひいては主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を確保することができる。

また、かしめ部１４の肉厚Ｂと連結部１５の肉厚ＣとをＢ／Ｃ≧１．１（または、Ｂ≧１．１Ｃ）の寸法関係としている。これにより、かしめ部１４のかしめ締め付け力を確実に確保できると共に、スパークプラグ内部からの漏れ量を確実に無くすことができる（図４参照）。

さらに、連結部１５の肉厚Ｃを０．５ｍｍ≦Ｃ≦１．０ｍｍとしている。これにより、連結部１５の座屈を容易にすると共に、連結部１５の座屈による連結部１５の締め付け強度を確保することができる。

本実施形態では、かしめ部１４の長さＤを０．７ｍｍ≦Ｄ≦４．０ｍｍ、望ましくは１．５ｍｍ≦Ｄ≦３．５ｍｍとしている。このように、かしめる前のかしめ部１４の寸法を規定することにより、かしめ部１４をかしめたときに、かしめ部１４の先端が絶縁碍子２０に当たることを防止すると共に、かしめ部１４をかしめたときにかしめ部１４が確実にシール部材６１〜６３、すなわち第２リング６２を押さえつけるようにすることができる。

また、かしめ部１４をかしめる前の連結部１５の長さＥを１．５ｍｍ≦Ｅ≦４．０ｍｍとしている。これにより、かしめ部１４をかしめたときに、連結部１５の異常な座屈を防止することができると共に、連結部１５を確実に座屈させることができる。

そして、隙間６０の厚さＴをＴ≧１．０ｍｍとしている。これにより、隙間６０に挿入するタルク６３の量を増やすことができ、スパークプラグ１００、２００内部からの漏れ量をほぼ無くすことができる。したがって、シール部材６１〜６３の気密性、ひいては主体金具１０と絶縁碍子２０との間の気密性を確保することができる。

さらに、隙間６０の長さＬをＬ≧３．０ｍｍとしている。これにより、タルク６３の量を増やすことができ、スパークプラグ１００、２００内部からの漏れ量をほぼ無くすことができる。したがって、シール部材６１〜６３の気密性を確保することができる。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１２のスパークプラグ１００において、嵌合部１２の外周が六角形状（ＨＥＸ）になっているが、この嵌合部１２の外周の形状が２４角形状（Ｂｉ−ＨＥＸ）であっても良い。

同様に、第１実施形態では、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１０のスパークプラグ２００において、嵌合部１２の外周が２４角形状（Ｂｉ−ＨＥＸ）になっているが、この嵌合部１２の外周の形状が六角形状（ＨＥＸ）であっても良い。

上記第１実施形態では、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１２のスパークプラグ１００において隙間６０のサイズを変えて漏れ量を調べたが、主体金具１０の取付ねじ部１１の呼びがＭ１０のスパークプラグ２００の場合、Ｍ１２、Ｍ１０の各スパークプラグ１００、２００において嵌合部１２の外周の形状が２４角形状の場合にも同様の結果が得られた。

本発明の第１実施形態に係る主体金具の取付ねじ部の呼びがＭ１２のスパークプラグの半断面図である。 図１に示されるスパークプラグの嵌合部近傍の拡大図である。 主体金具の嵌合部におけるスパークプラグの中心軸に垂直な断面図である。 図２−１に示される主体金具のかしめ部をかしめる前の嵌合部近傍の拡大図である 主体金具の取付ねじ部の呼びがＭ１２のスパークプラグにおいて、Ｂ／Ｃとかしめ締め付け力との関係、Ｂ／Ｃとスパークプラグ内部からの漏れ量との関係を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る主体金具の取付ねじ部の呼びがＭ１０のスパークプラグの半断面図である。 図５−１に示されるスパークプラグの主体金具の嵌合部において、スパークプラグの中心軸に垂直な断面図である。 主体金具の取付ねじ部の呼びがＭ１０のスパークプラグにおいて、Ｂ／Ｃとかしめ締め付け力との関係、Ｂ／Ｃとスパークプラグ内部からの漏れ量との関係を示した図である。 隙間の長さＬとスパークプラグ内部からの漏れ量との関係を示した図である。 隙間の厚さＴとスパークプラグ内部からの漏れ量との関係を示した図である。

符号の説明

１０…主体金具、１０ａ…第３テーパ面、１１…取付ねじ部、１２…嵌合部、
１２ａ…第１テーパ面、１２ｂ…第２テーパ面、１４…かしめ部、１５…連結部、
２０…絶縁碍子、３０…中心電極、４０…接地電極、５０…火花放電ギャップ、
６０…隙間、６１…第１リング、６２…第２リング、６３…タルク。

Claims (7)

1. 柱状の中心電極（３０）と、
   この中心電極の外周に設けられた絶縁碍子（２０）と、
   この絶縁碍子の外周に設けられると共に管状構造になっていて、この管状構造の一端側の外周に呼びがＭ１２またはＭ１０の取付ねじ部（１１）が設けられた主体金具（１０）と、
   前記主体金具の一端部（１３ａ）に一端（４１）が結合され、他端（４２）側が放電ギャップ（５０）を隔てて前記中心電極と対向するように配置される接地電極（４０）と、を備え、
   前記主体金具の他端側には、その外周が多角形状になっていると共にその多角形状において対向する面間の距離が１４ｍｍ以下の嵌合部（１２）が設けられ、前記主体金具の他端部（１３ｂ）にはかしめ部（１４）が設けられると共に、前記嵌合部を挟んでこのかしめ部と対向する位置に連結部（１５）が設けられており、
   前記嵌合部の内壁面とこの内壁面に対向する前記絶縁碍子の外壁面との間の隙間（６０）に、前記主体金具と前記絶縁碍子とをシールするシール部材（６１〜６３）が配置されるスパークプラグにおいて、
   前記主体金具の前記嵌合部において、前記嵌合部軸方向の中間点における、前記主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、前記主体金具の内壁面と外壁面との間の長さが最短距離となる長さをＡとし、
   前記嵌合部と前記かしめ部との接続部分において、前記かしめ部の外壁面が前記嵌合部の外壁面よりも前記主体金具の中心軸側になるように設けられた傾斜を第１テーパ面（１２ａ）として、前記かしめ部と前記第１テーパ面との接続部分での、前記主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、前記かしめ部の接線と前記第１テーパ面の延長線との交差点をＰとしたとき、前記主体金具の内壁面と交差点Ｐとの径方向における距離をＢとし、
   前記主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、前記連結部の軸方向の中間点における肉厚をＣとしたとき、
   前記主体金具はＡ＞Ｂ＞Ｃの関係を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記肉厚Ｂと前記肉厚ＣとはＢ≧１．１Ｃの関係を満たしてい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. 前記肉厚Ｃは０．５ｍｍ≦Ｃ≦１．０ｍｍの関係を満たしている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. 前記かしめ部をかしめる前における前記主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、前記かしめ部と前記第１テーパ面の接続部分での、前記かしめ部の接線と前記第１テーパ面の延長線との交差点をＱとしたとき、前記かしめ部の頂点と前記交差点Ｑとの中心軸方向の長さをＤとすると、
   前記長さＤは０．７ｍｍ≦Ｄ≦４．０ｍｍの関係を満たしていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
5. 前記嵌合部と前記連結部との接続部分において、前記連結部の外壁面が前記嵌合部の外壁面よりも前記主体金具の中心軸側になるように設けられた傾斜を第２テーパ面（１２ｂ）とすると共に、前記連結部と前記主体金具の前記取付ねじ部側との接続部分において、前記連結部の外壁面が前記主体金具の前記取付ねじ部側の外壁面よりも前記主体金具の中心軸側になるように設けられた傾斜を第３テーパ面（１０ａ）とし、
   前記かしめ部をかしめる前における前記主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、前記連結部と前記第２テーパ面および前記第３テーパ面との各接続部分での、前記連結部の外壁面と前記第２テーパ面、前記第３テーパ面との各延長交差点をそれぞれＲ、Ｓとしたとき、前記交差点Ｒと前記交差点Ｓとの前記主体金具の中心軸方向の長さをＥとすると、
   前記長さＥは１．５ｍｍ≦Ｅ≦４．０ｍｍの関係を満たしていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のスパークプラグ。
6. 前記主体金具の前記嵌合部において、前記主体金具の中心軸を含む断面で見たときの、前記主体金具の内壁面と前記絶縁碍子の外壁面との間の径方向の長さをＴとすると、
   前記長さＴはＴ≧１．０ｍｍの関係を満たしていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つにスパークプラグ。
7. 前記シール部材は、第１金属リング（６１）と、第２金属リング（６２）と、充填部材（６３）と、を有し、
   前記隙間において前記接地電極側から前記第１金属リング、前記充填部材、前記第２金属リングの順に埋められると共に前記隙間をシールしており、
   前記隙間に配置された前記第１金属リングの断面における最外周と前記第２金属リングの断面における最外周との間の最短の長さをＬとすると、
   前記長さＬはＬ≧３．０ｍｍの関係を満たしていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のスパークプラグ。

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