JP5048855B2 - スパークプラグおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
A−1.スパークプラグの構成:
図1は、スパークプラグ100を示す部分断面図である。図1には、スパークプラグ100の軸心である軸線O−Oを境界として、一方にスパークプラグ100の外観形状を図示し、他方にスパークプラグ100の断面形状を図示した。スパークプラグ100は、中心電極10と、絶縁碍子20と、主体金具30と、接地電極40とを備える。本実施例では、スパークプラグ100の軸線O−Oは、中心電極10、絶縁碍子20、主体金具30の各部材の軸心でもある。
Z2=(π/32)・[{(d4)4−(d3)4}/(d4)] …(2)
図4Aは、溝部35の硬度低下および破断強度を評価する評価試験の工程図である。図4Aの評価試験では、まず、主体金具30を模した複数の試料90を用意した(工程P110)。本評価試験に用いた試料90は、胴部34を模した第1円筒部94と、溝部35を模した第2円筒部95とを備える中空段付き丸棒である。本評価試験の試料90では、第2円筒部95における径方向の厚さは0.6mmであり、第1円筒部94と第2円筒部95とを結ぶ連結部96における外側表面の曲率半径Rは0.4mmである。次に、これら複数の試料90の各々に対して、第2円筒部95の硬度が種々の硬度低下量となるように熱処理条件を変更して、第2円筒部95側の端部91を加熱した(工程P120)。本評価試験では、同じ熱処理条件毎に二つの試料90を処理し、一方の試料90を硬度低下量の測定(工程130)に用い、他方の試料90を破断強度の測定(工程140)に用いた。
図5Aは、変曲部353の厚さA=0.5mmの場合におけるR×Aの値と溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図5Bは、変曲部353の厚さA=0.6mmの場合におけるR×Aの値と溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図5Cは、変曲部353の厚さA=0.7mmの場合におけるR×Aの値と溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図5Dは、変曲部353の厚さA=0.8mmの場合におけるR×Aの値と溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図5A〜図5Dの評価試験では、曲率半径Rが異なる複数の試料を作成し、これらの試料に対して「JIS B8031」に準拠する耐衝撃性試験を実施した。具体的には、常温および常湿の条件で、試料を耐衝撃性試験装置に取り付け、毎分400回の割合で60分間衝撃を加えた後、主体金具30の溝部35を切断した断面における割れ(クラック)の有無を調べた。なお、図5A〜図5Dの評価試験には、溝部35の硬度が胴部34の硬度より20%低い試料を使用した。
図6は、溝部35における径方向の厚さの比率(A/B)と溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図6の評価試験では、溝部35における径方向の厚さの比率(A/B)が異なる複数の試料を作成し、これらの試料に対して「JIS B8031」に準拠する耐衝撃性試験を実施した。具体的には、同一形状の二つの試料に対して、常温および常湿の条件で、試料を耐衝撃性試験装置に取り付け、一方の試料に対しては毎分400回の割合で60分間衝撃を加え、他方の試料に対しては毎分400回の割合で120分間衝撃を加えた後、主体金具30の溝部35を切断した断面における割れの有無を調べた。なお、図6の評価試験には、「R×A≧0.20mm2」の試料を試料した。
図7は、溝部35の硬度差ΔHvと溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図7の評価試験では、溝部35における硬度差ΔHvが70から130までの異なる複数の試料を作成し、これらの試料に対して「JIS B8031」に準拠する耐衝撃性試験を実施した。具体的には、常温および常湿の条件で、試料を耐衝撃性試験装置に取り付け、毎分400回の割合で衝撃を加え、溝部35に割れが発生するまでの耐久時間を計測した。なお、図7の評価試験には、「R×A=0.10」かつ「(A/B)=0.40」の試料と、「R×A=0.40」かつ「(A/B)=0.70」の試料とを使用した。
図8Aは、溝部35の硬度差ΔHv=100の場合における最外部355の断面係数Z1と溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図8Bは、溝部35の硬度差ΔHv=200の場合における最外部355の断面係数Z1と溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図8Cは、溝部35の硬度差ΔHv=300の場合における最外部355の断面係数Z1と溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図8A〜図8Cの評価試験では、最外部355の断面係数Z1が150mm3から210mm3までの異なる複数の試料を作成し、これらの試料に対して「JIS B8031」に準拠する耐衝撃性試験を実施した。具体的には、常温および常湿の条件で、試料を耐衝撃性試験装置に取り付け、毎分400回の割合で衝撃を加え、溝部35に割れが発生するまでの耐久時間を計測した。なお、図8A〜図8Cの評価試験には、「R×A=0.10」かつ「(A/B)=0.40」の試料と、「R×A=0.40」かつ「(A/B)=0.70」の試料とを使用した。
図9は、溝部35における変曲部353の断面係数Z2と溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図9の評価試験では、変曲部353の断面係数Z2が50mm3から120mm3までの異なる複数の試料を作成し、これらの試料に対して「JIS B8031」に準拠する耐衝撃性試験を実施した。具体的には、常温および常湿の条件で、試料を耐衝撃性試験装置に取り付け、毎分400回の割合で衝撃を加え、溝部35に割れが発生するまでの耐久時間を計測した。なお、図9の評価試験には、「R×A=0.10」の試料と、「R×A=0.20」の試料とを使用した。
以上説明したスパークプラグ100によれば、「R×A≧0.20mm2」を満たすことによって主体金具30における溝部35の破断強度を向上させることができる。また、溝部35の硬度が胴部34の硬度より10%以上低い主体金具30であっても溝部35の破断強度を十分に確保することができる。また、溝部35における変曲部353の径方向の厚さAを「0.5mm≦A≦0.6mm」の範囲で比較的に薄くして小型化を図りながら、主体金具30における溝部35の破断強度を十分に確保することができる。また、溝部35における径方向の厚さの比率(A/B)について「0.6≦(A/B)≦1.0」を満たすことによって、主体金具30の溝部35における応力集中が抑制され、溝部35の破断強度を更に向上させることができる。また、変曲部353から最外部355までの範囲におけるビッカース硬度の最大値と最小値との硬度差ΔHvが100以上であっても溝部35の破断強度を十分に確保することができる。また、溝部35における最外部355の断面係数Z1を170mm3以下にして小型化を図りながら、主体金具30における溝部35の破断強度を十分に確保することができる。また、溝部35における変曲部353の断面係数Z2を80mm3以下にして小型化を図りながら、主体金具30における溝部35の破断強度を十分に確保することができる。
図10は、スパークプラグ100の製造工程P200を示す工程図である。スパークプラグ100の製造工程P200では、まず、中心電極10、絶縁碍子20および主体金具30など、スパークプラグ100を構成する各部品を製造する(工程P210,P220,P230)。
図12は、溝部35における厚さの比率(D/C)と気密性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図12の評価試験では、比率(D/C)が異なる種々の主体金具30を用いて製造した複数のスパークプラグ100を試料として作成し、これらの試料に対して「JIS B8031」に準拠する気密性試験を実施した。具体的には、温度200℃、気圧1.5MPaの雰囲気に試料を曝し、主体金具30のカシメ部38における漏洩の有無を調べた。本試験では、漏洩量が1.0ml/分以下の場合には漏洩無しと判定し、漏洩量が1.0ml/分を超える場合には漏洩有りと判定した。
図13は、溝部35における長さの比率(L2/L1)および(L3/L1)と溝部35の耐衝撃性能との関係を調べた評価試験の結果を示す説明図である。図13の評価試験では、比率(L2/L1)および(L3/L1)が異なる種々の主体金具30を用いて製造した複数のスパークプラグ100を試料として作成し、これらの試料に対して「JIS B8031」に準拠する耐衝撃性試験を実施した。具体的には、常温および常湿の条件で、試料を耐衝撃性試験装置に取り付け、毎分400回の割合で60分間衝撃を加え、主体金具30の溝部35を切断した断面における割れの有無を調べた。なお、図13の評価試験に用いた主体金具30の溝部35における厚さの比率(D/C)は、いずれも「0.7」である。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
12…電極母材
14…芯材
16…シール体
17…セラミック抵抗
18…シール体
19…端子金具
20…絶縁碍子
22…脚長部
24…第1碍子胴部
25…碍子鍔部
26…第2碍子胴部
28…軸孔
30…主体金具
31…端面
32…取付ネジ部
34…胴部
35…溝部
36…工具係合部
38…カシメ部
40…接地電極
50…ガスケット
62,64…パッキン
63…充填部
90…試料
91…端部
94…第1円筒部
95…第2円筒部
96…連結部
99…端部
100…スパークプラグ
200…エンジンヘッド
210…取付ネジ孔
348…等厚部
353…変曲部
355…最外部
356…薄肉部
362…薄肉部
394…第4部分
395…第5部分
396…第6部分
397…第7部分
A,B,C,D,E…厚さ
L1,L2,L3…長さ
Ca…近似円弧
R…曲率半径
Pc…中点
M1…測定点
M2…測定点
Ma…測定範囲
Mb…測定範囲
Mc…測定基準線
Mp…測定点
O−O…軸線
Claims (11)
- 軸線方向に延びた棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた絶縁碍子と、
前記絶縁碍子の外周に設けられた主体金具であって、
外周方向に張り出し軸直交断面形状が多角形状の工具係合部と、
外周方向に張り出した胴部と、
前記工具係合部および前記胴部の間に形成され外周方向および内周方向に膨出した溝部と
を含む主体金具と
を備えるスパークプラグであって、
前記溝部において外径が最も大きい部分を第1部分とし、前記第1部分から前記胴部にかけて径方向の厚さが最も薄い部分を第2部分とし、前記胴部において前記第1部分と径方向の厚さが同じ部分を第3部分としたとき、
前記軸線を含む断面において、前記第2部分の径方向の厚さAと、前記第2部分から前記第3部分へと続く前記主体金具の外側表面の曲率半径Rとの関係は、R×A≧0.21mm2を満たすことを特徴とするスパークプラグ。 - 前記溝部における前記第2部分のビッカース硬度は、前記胴部のビッカース硬度より10%以上低いことを特徴とする請求項1に記載のスパークプラグ。
- 請求項1または請求項2に記載のスパークプラグであって、前記第2部分における断面係数Z2は、Z2≦80mm3であることを特徴とするスパークプラグ。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、前記第2部分における断面係数Z2は、Z2≦60mm3であることを特徴とするスパークプラグ。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、前記第1部分の径方向の厚さをBとしたとき、0.6≦(A/B)≦1.0を満たすことを特徴とするスパークプラグ。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、前記第1部分から前記第2部分までの範囲におけるビッカース硬度の最大値と最小値との硬度差ΔHvは、ΔHv≧100であることを特徴とするスパークプラグ。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、前記第1部分における断面係数Z1は、Z1≦170mm3であることを特徴とするスパークプラグ。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載のスパークプラグであって、0.5mm≦A≦0.6mmであることを特徴とするスパークプラグ。
- 軸線方向に延びた棒状の中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられた絶縁碍子と、
前記絶縁碍子の外周に設けられた主体金具であって、
外周方向に張り出し軸直交断面形状が多角形状の工具係合部と、
外周方向に張り出した胴部と、
前記工具係合部および前記胴部の間に形成され外周方向および内周方向に膨出した溝部と
を含む主体金具と
を備えるスパークプラグの製造方法であって、
前記絶縁碍子に対する前記主体金具の組み付けに先立って、前記工具係合部と前記胴部との間に膨出前の前記溝部を、前記工具係合部および前記胴部から前記溝部の中央に向かうに連れて径方向の厚さが薄くなる形状に成形し、
熱カシメによって前記主体金具を前記絶縁碍子に接合する際、前記膨出前の溝部を前記外周方向および前記内周方向に膨出させることを特徴とするスパークプラグの製造方法。 - 請求項9に記載のスパークプラグの製造方法であって、前記工具係合部における径方向の厚さが最も薄い部分の80%の厚さをCとし、前記膨出前の溝部における前記中央の径方向の厚さをDとしたとき、0.5≦(D/C)≦1.0を満たすように、前記膨出前の溝部を成形することを特徴とするスパークプラグの製造方法。
- 請求項10に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記膨出前の溝部における前記工具係合部側で径方向の厚さがCとなる第4部分から、前記膨出前の溝部における前記胴部側で径方向の厚さがCとなる第5部分までの前記軸線方向に沿った距離をL1とし、
前記膨出前の溝部における前記工具係合部側で径方向の厚さが(0.8×C)となる第6部分と前記第4部分との間の前記軸線方向に沿った距離をL2とし、
前記膨出前の溝部における前記胴部側で径方向の厚さが(0.8×C)となる第7部分と前記第5部分との間の前記軸線方向に沿った距離をL3としたとき、
0.2≦(L2/L1)≦0.5、および0.2≦(L3/L1)≦0.5を満たすように、前記膨出前の溝部を成形することを特徴とするスパークプラグの製造方法。
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