WO2007023790A1

WO2007023790A1 - スパークプラグ

Info

Publication number: WO2007023790A1
Application number: PCT/JP2006/316374
Authority: WO
Inventors: Nobuyuki Hotta; Eiji Kodera; Kazushige Ohbayashi; Noriyasu Sugimoto
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2008-02-22
Also published as: EP1931002A4; EP1931002B1; EP1931002A1; US20090102345A1; US8237343B2; WO2007023790A8

Abstract

　軸線方向に延在する中心電極３と、該中心電極３を保持する円筒状の絶縁碍子２と、先端部に接地電極１０を備え機関取り付けのための工具係合部８を有する円筒状の主体金具１と、を備えたスパークプラグ１００であって、前記主体金具１は、前記工具係合部８よりも後端側の一部位を金具側嵌合部９とし、当該金具側嵌合部９を以て前記絶縁碍子２を絞まり嵌め状態にて径方向に保持している。

Description

明細書

スパークプラグ

技術分野

[0001] 本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。

背景技術

[0002] 従来から、スパークプラグとして、中心電極と、この中心電極を保持する絶縁碍子と、先端部に接地電極を備え機関取り付けのための工具係合部を有する主体金具とを備え、主体金具内に絶縁碍子が支持固定された構造のものが知られている。このようなスパークプラグでは、筒状に形成された主体金具内に絶縁碍子を挿入し、主体金具の一方の端部を加締めることによって主体金具内に絶縁碍子を支持固定する構造とすることが一般的である (例えば、特許文献 1参照。 ) o

[0003] 絶縁碍子は筒状をなしており、軸線方向の中腹にはフランジ状に径方向に突出し最も外径の大きい大径部、その大径部の先端側に隣接して当該大径部よりも外径が小さい中径部、さらにこの中径部の先端側には先端向きの端面力なる段部を介して中径部より外径力、さい小径部が形成されている。一方、大径部の後端側には当該大径部よりも外径力、さぐほぼ一定の外径のまま絶縁碍子の後端へと至る後端側胴部が形成されている。絶縁碍子の内周には先端側に中心電極が配置され、導電性のガラスシールや抵抗体を介して金属製の接続端子が接続されて、る。この接続端子の一部は絶縁碍子の後端力突出して配置さている。

[0004] さて、このような絶縁碍子を有する特許文献 1をはじめとする一般的なスパークブラグでは、主体金具の後端部分を径方向内向きに加締めて絶縁碍子の大径部を直接または滑石等を介して間接的に軸線方向先端向きに押圧できるようにし、絶縁碍子の段部が主体金具の径方向内向きに突出形成された係止部に押しつけられている。段部と係止部とは直接またはパッキン等の介在物を介して間接的に係止され、これにより絶縁碍子と主体金具との間の気密が維持されている。このように、絶縁碍子が主体金具力軸線方向先端向きに押圧されるためには、絶縁碍子にフランジ状の大径部が形成されてヽる必要がある。 [0005] し力しながら、上記のごとく大径部が形成されているため、スパークプラグの小径ィ匕の妨げとなっている実情がある。故に、スパークプラグの細径ィ匕を望むエンジン側の要求に満足に応えられないことがあった。そこで、絶縁碍子を主体金具に、溶接結合、接着結合、焼き嵌め等によって支持固定するようにして、フランジ状の大径部を形成しない絶縁碍子を有するスパークプラグも提案されている（例えば、特許文献 2参照。）。

特許文献 1 :特開 2002— 164147公報

特許文献 2 :特開 2002— 158078公報

発明の開示

[0006] 上記の従来技術において、特許文献 1のように主体金具を加締め、軸線方向に絶縁碍子を保持するスパークプラグでは、主体金具は十分に絶縁碍子を保持し、信頼性も高いが、小径ィ匕することが困難である。また、溶接結合、接着結合、焼き嵌め等によって主体金具と絶縁碍子とを固定したスパークプラグでは、小径ィ匕することは可能であるが、耐振動性や結合部分の十分な信頼性を確保することが困難であるため未だ実用化されるには至ってヽな、。

[0007] その原因のひとつには、エンジンの燃焼室内の気密を十分に保つことができるかどうかという気密性の問題がある。例えば特許文献 2記載のスパークプラグでは、スパークプラグをエンジンへ取り付けるための工具が係合する部位である工具係合部が位置する軸線方向位置にて絶縁碍子を保持するための結合の構成が取られている。このため、スパークプラグをエンジンに螺着させる際に力かる回転トルクが工具係合部に働き、主体金具と絶縁碍子の結合が離れてしまうおそれがある。すると、結合の弱まった部分から燃焼室内の燃焼 Z未燃焼ガスが漏出してしまうおそれがある。

[0008] 本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、従来に比べて小径ィ匕を図ることができるとともに、耐振動性や結合部分の十分な信頼性を確保することのできるスパークプラグを提供することを目的とする。

[0009] 本発明のスパークプラグは、軸線方向に延在する中心電極と、該中心電極を保持する円筒状の絶縁碍子と、先端部に接地電極を備え機関取り付けのための工具係合部を有する円筒状の主体金具と、を備えたスパークプラグであって、前記主体金具は、前記工具係合部よりも後端側の一部位を金具側嵌合部とし、当該金具側嵌合部を以て前記絶縁碍子を絞まり嵌め状態にて径方向に保持することを特徴とする。

[0010] 本発明のスパークプラグにおいては、主体金具の金具側嵌合部にて、絞まり嵌め状態で圧入、焼き嵌め、冷やし嵌めのいずれか〖こよって絶縁碍子が保持されている。これによつて、従来のように主体金具が絶縁碍子を押圧するためのフランジ状の大径部を絶縁碍子に設けることなぐ絶縁碍子を保持することができる。したがって、絶縁碍子の最大径が従来に比べて細くなる。すなわち、従来に比べて小径化を図ることができる。なお、絞まり嵌め状態としては圧入や焼き嵌め、冷やし嵌めなどろう材を用いない方法が選択されうる。この絞まり嵌め状態とは、主体金具に対して絶縁碍子を軸方向に保持する力は特許文献 1に記載されるように主体金具が軸方向に力を与えて保持するのではなぐ金具側嵌合部において絶縁碍子を径方向から保持するものである。

[0011] そして、絶縁碍子を保持する金具側嵌合部を工具係合部よりも後端側に設けることによって、工具係合部に工具を係合させてスパークプラグをエンジンブロックに締め付けた際などに、金具側嵌合部にねじれトルクや軸力が加わることを防止でき、金具側嵌合部における絶縁碍子の保持の信頼性を向上させることができる。また、主体金具の後端側で絶縁碍子を保持することにより、絶縁碍子が振動した際の振動周波数を高めることができ、耐振動性を向上させることができる。

[0012] このように構成すると、従来のスパークプラグのような、絶縁碍子と主体金具との間で両者を軸線方向に係止させることで気密を確保することは困難となる。しかしながら、当該金具側嵌合部において絶縁碍子と主体金具とを密接させ、気密を確保することが可能であるため、何ら問題は生じ得な、。

[0013] この気密を維持する金具側嵌合部は軸線方向において主体金具に収容される部位の絶縁碍子のうち最も大径となる部位に対して嵌合し、主体金具が絶縁碍子を保持する構成を成すことが望ましヽ。絶縁碍子自体を細径ィ匕しつつもその絶縁碍子のうち最も大径の部分で保持するため、絶縁碍子を破損させることなく強固に保持することが可能となるためである。

[0014] なお、絶縁碍子をより強固に保持することに注目した場合は次の構成とすることが望ましい。すなわち、前記絶縁碍子の内部に接続端子が挿入されるとともに、前記絶縁碍子と前記接続端子との間にガラスシールが充填されている軸線方向部位にて前記金具側嵌合部に前記絶縁碍子が絞まり嵌め状態とされている構成である。かかる構成を採用することによって、主体金具カゝら大きな応力が加わり、絶縁碍子が破壊することを防止できる。この場合、接続端子の外形は滑らかである方が応力が集中する箇所が少ないことから、この箇所の接続端子外表面にはねじやローレット等の凹凸が形成されて、な、ようにすることが好まし、。

[0015] 前記絶縁碍子が前記金具側嵌合部にて保持される手段としては、圧入を選択することができ、この場合絶縁碍子の圧入部の先端側に、後端側よりも径小とした圧入導入部を設けることが好ましい。また、この圧入導入部をテーパーとした場合、そのテーパーは前記軸線に対してなすテーパー角を 1〜5度とすることが好ましい。これによつて、より簡易な工程での製造が可能となり、かつ、十分な抜け荷重を確保することができる。さらに、前記絶縁碍子を前記主体金具の金具側嵌合部に圧入した後、熱処理することにより、抜け荷重を増大させることができる。これは、金具側嵌合部の接触状態が熱処理前では点接触の状態にあるが、点接触部には局所的に高面圧が掛かつており、この状態に熱を与えることで主体金具材が軟化、そして塑性変形することで接触状態が点力面接触へと変化し、金具側嵌合部の真の接触面積が増大するためと考えられる。

[0016] また、本発明のスパークプラグは、上記のいずれかのスパークプラグにおいて、前記金具側嵌合部の内側部分に、後端側に前記絶縁碍子を圧入した状態で当該絶縁碍子と接触状態とされる当接部が形成され、当該金具側嵌合部の先端側には前記絶縁碍子が圧入された状態で当該絶縁碍子と非接触となる抜け部が形成されて V、ることを特徴とする。主体金具に形成した金具側嵌合部をこのような構造とすることにより、圧入に必要な圧入荷重が増大することを抑制でき、絶縁碍子が損傷を受けることを防止できる。

[0017] ところで、スパークプラグの小径ィ匕のためには、上記の構成のように主体金具が絶縁碍子を保持する形態を変更することによって小径ィ匕を実現することが可能となるが、これに加え、主体金具を肉薄に構成してさらに容易に小径ィ匕を実現しょうとすることも考えられる。そのために主体金具の材料の高強度化が試行される。

[0018] このための手段として、主体金具の素材としてインコネル (商品名)や SUS等の素材、すなわち、 Fe又は Niを主成分とし、 Cr含有率が 11. 5mass%〜26mass%の素材等の使用が検討される。このような素材力なる主体金具は、一般に信頼性が高いものであるが、本発明者等が詳查したところ、過酷な条件下では、応力腐食割れ等を生じる場合があることが判明した。

[0019] 上記課題を解決するために、前記主体金具は、 Fe又は Niを主成分とし、 Cr含有率力 Sl l. 5mass%〜26mass%の材料から構成され、少なくとも表面の一部に厚さが 5 nm以上の酸化膜が形成されてヽるようにするとよ、。

[0020] 主体金具を、 Fe又は Niを主成分とし、 Cr含有率が 11. 5mass%〜26mass%の材料から構成した場合、その表面には、厚さ lnm以下程度の自然酸化膜が形成される。このような自然酸化膜が形成された状態の主体金具を、例えば金具側嵌合部において圧入により絶縁碍子を支持するよう構成されたスパークプラグに使用した場合、例えば、 150°Cに加熱した後に水冷する試験を 100サイクル程度行うと、金具側嵌合部に隣接する工具係合部等に割れが発生することがあった。この原因は、応力が加わった状態で高温に晒されるため、カーボンと主体金具母材の Crが反応し腐食する応力腐食割れのためと推測される。すなわち、母材自身は Crの自然酸化膜によつて耐食性を有している力カーボンと Crが反応することで脆い反応層ができることと、この反応によって Crが欠乏し、自然酸化膜が育成できずに腐食が進行して割れが発生すると考えられる。なお、このような現象は、絶縁碍子を主体金具へ圧入する際に、潤滑材を使用した場合にその潤滑材に含まれるカーボンが一因となると考えられる。しかし、潤滑材を使用しない場合でも、スパークプラグを機関に取り付けた際には、燃焼ガスに含まれるカーボン等によって同様な現象が生じると考えられる。

[0021] そこで、主体金具に厚さ 5nm以上、例えば 30nmの酸ィ匕膜を形成したところ、上記の 150°Cに加熱した後に水冷する試験を 500サイクル行っても割れが発生しな、ことが確認できた。このように厚さ 5nm以上の酸ィ匕膜を形成することによって、主体金具に応力腐食割れ等が生じることを抑制することができ、従来に比べてさらに信頼性の向上を図ることができる。なお、このような酸ィ匕膜は、主体金具の全面に形成しても、割れが生じ易い部分にのみ選択的に形成しても良い。

[0022] また、例えば、主体金具の工具係合部よりも後端側に、絞まり嵌めによって絶縁碍子を保持する金具側嵌合部を備えている場合、当該主体金具の内側部分であって、金具側嵌合部に隣接する先端側部位に酸ィ匕膜を形成することが好ましい。この場合、金具側嵌合部に隣接する先端側部位には、嵌合に伴う応力が加わり、割れ等が発生する可能性があるからである。また、例えば、嵌合の際に潤滑剤を使用した場合、金具側嵌合部に隣接する先端側部位では、残った潤滑剤に含まれるカーボンによつて腐食が発生し易くなり、さらに割れ等が発生する可能性が高まるためである。

[0023] さらに、主体金具の金具側嵌合部によって気密が保持される構造の場合、金具側嵌合部よりも先端側の部位は、高温の燃焼ガスに晒されるとともに、燃焼ガス中の力一ボンが付着して腐食が発生し易くなり、割れ等が発生する可能性がより一層高くなるめ、この部位に酸ィ匕膜を形成することが好ましい。

[0024] 上記の酸ィ匕膜は、例えば熱処理により形成することができる。この熱処理の条件の一例を挙げれば、大気雰囲気中で温度 350°C、時間は 1時間程度である。

[0025] 上記のように主体金具の工具係合部よりも後端側にて絶縁碍子を締まり嵌め状態にて保持すると、この金具側嵌合部の先端側に隣接する部位にまで燃焼ガスが入り込む構成となりうる。この部位にて応力腐食割れ等が生じうる力特に応力については、次の構成を採用することによって、応力による主体金具の損傷を抑制ないし低減することが可能となる。

[0026] すなわち、金具側嵌合部の肉厚 Tと、金具側嵌合部と工具係合部との間の肉厚 tが、 t<Tの関係を満たすようにする。

[0027] さて、前述の構成等により、スパークプラグの小径ィ匕が実現された場合には、ェンジンとスパークプラグとの間の気密性が不足する問題が顕著となることがある。特許文献 1のようにガスケットを用いたとしても、あるいは特許文献 2のようにテーパーシートを形成したとしても、主体金具の外径が小さ!/、ために十分に気密を保持することができなヽおそれがあるためである。

[0028] 前記主体金具は、少なくとも前記工具係合部よりも先端側に、機関取り付け時に当該機関と直接当接されて気密を保持する座面であって外周側が内周側より先端側に位置する傾斜面状の座面を形成する金具中胴部を備えることを特徴とする。

[0029] このような場合には、主体金具の金具側嵌合部にて、絞まり嵌め状態にて絶縁碍子が保持されている。これによつて、従来のように主体金具の加締め部を係合させるためのフランジ状の大径の部位を絶縁碍子に設ける必要がなぐスパークプラグの最大径を細くすることができるが、絶縁碍子のフランジ状の大径部を設けず細径ィ匕したにもかかわらず従来のスパークプラグのようにエンジンとの気密封止のためにガスケットを挟持するための座面を設けていては細径ィ匕の効果も半減してしまう。そこで、金具中胴部を外周側が内周側より先端側に位置するように形成された傾斜面状 (例えば逆テーパー状)の座面とすることで、ガスケットを介挿せず、エンジンに直接当接させて気密を保持することが可能となるので、この金具中胴部の外径を細くすることができ、一層小型化を図ることができる。また、このような形状の座面を機関に直接当接させること〖こより、油等の潤滑剤が付着した場合においても、締め付けトルクが得られ、締め付け過ぎによる主体金具のねじ切れの発生可能性の増大を招くこともない。

[0030] 前記座面の形状としては、前記座面を前記軸線を含む断面でみたときに当該座面の内周側基点と外周側基点とを結ぶ線分が軸線に垂直な直線に対してなす挟角が、 10〜 15度とされた形状とすることが好ましい。これによつて、最大面圧を高め、気密性を高めることができる。

[0031] 上記スパークプラグの外径は、前記ねじ部の外径が 8mm以下、前記金具中胴部の外径が前記ねじ部より大、かつ、前記工具係合部の最小外径が前記金具中胴部の外径より大で 11mm以下とされる。これによつて、実質的に工具係合部の外径が、主体金具の最大径となり、スパークプラグ全体における最大径となる。これによりスパークプラグ全体として小型化が図れる。

[0032] 前述したとおり、絶縁碍子を保持するためには金具側嵌合部において圧入の構成を採用することが望ましいが、圧入の場合には主体金具の少なくとも金具側嵌合部のビッカース硬度が 180〜500の範囲内となるようにすることが望ましい。

[0033] 本発明のスパークプラグにおいては、主体金具の金具側嵌合部にて、圧入によつて絶縁碍子が保持されている。これによつて、従来のように主体金具の加締め部を係合させるための大径の部位を絶縁碍子に設ける必要がなぐスパークプラグの最大径を細くすることができるが、このとき、主体金具の少なくとも前記金具側嵌合部のビッカース硬度が 180〜500の範囲内とすることが望ましい。これによつて十分な抜け荷重と気密性とを確保することが可能となるためである。

[0034] 前記主体金具の前記金具側嵌合部の最小肉厚は、 0. 25mm以上とすることが好ましい。これより肉厚が薄いと、製造性が悪くなる。また、前記主体金具の前記金具側嵌合部との金具側嵌合部分の前記絶縁碍子の肉厚は、 1mm以上とすることが好ましい。これは、脆性材料である絶縁碍子は、嵌合によって締め付ける力が作用し、破壊する恐れがあるためである。このような破壊が生じることを肉厚を lmm以上とすることによって防止できる。

[0035] また、前記絶縁碍子を前記主体金具の前記金具側嵌合部から引き抜いた後の前記絶縁碍子の外形を dl、前記金具側嵌合部の内径を d2とした時、 dl— d2の値 (抜き後の嵌合代）を、 6 m〜200 mの範囲内とすることが好ましい。一般に絶縁碍子はアルミナ力もなりその熱膨張は 6〜8 X 10^_6Z°Cである。主体金具は、 Feを主成分とする合金力もなりその熱膨張は 10〜17 X 10^_6Z°Cである。嵌合径は、 3. 5〜1 5mmであり、金具側嵌合部分の温度は最大で 250°C程度である。これらから、一般に組み合わされる中で必要な嵌合代が最小となるのは、アルミナ 8 X 10^_6Z°C、主体金具 10 X 10^_6Z°C、嵌合径 3. 5mmの場合であり、最高温度 250°Cとして、必要な嵌合代は 2 mである。また、最大となるのは、アルミナ 6 X 10^_6Z°C、主体金具 1 7 X 10"V°C嵌合径 15mmの場合であり、最高温度 250°Cとして、必要な嵌合代は 41 μ mである。これは必要最小限の値で、安全率を 3とすれば、最小の嵌合代は 6 m、最大の嵌合代は 123 mとなる。嵌合代が 123 m以上あっても安全率が増すので問題がないが、例えば、 200 /z mより大きい場合絶縁碍子に負担がかかる。このため、 dl— d2の値（抜き後の嵌合代）は、 6 m〜200 mの範囲内とすることが好ましい。

[0036] また、本発明のスパークプラグの製造方法は、上記のスパークプラグの製造方法において、前記絶縁碍子を前記主体金具の前記金具側嵌合部に圧入する前の前記絶縁碍子の外形を Dl、前記金具側嵌合部の内径を D2とした時、 D1— D2の値が、 6 πι〜300 /ζ πιの範囲内であることを特徴とする。必要な最低嵌合代は、上記したように 6 mである。また、初期の嵌合代が 300 mを超えると、圧入荷重が高くなり、絶縁碍子が割れる可能性がある。このため、 Dl— D2の値 (初期の嵌合代）は、 6 m〜300 mの範囲内とすることが好ましい。

[0037] ところで、絶縁碍子の保持を主体金具の後端部の金具側嵌合部にて径方向の応力により保持する本発明の構成である場合、前述の通り、従来のスパークプラグが気密を維持する部位において同様に気密を維持することが困難であることは前述の通りである。これは、絶縁碍子の先端向きの端面が主体金具の係止部に押圧される力力 S小さぐまたその力が保持されないためである。そのために、当該部位における絶縁碍子の主体金具への熱引きを十分に期待することはできない。

[0038] そこで、前記スパークプラグは、機関に取り付けた際に当該機関との間で気密封止面を形成する前記主体金具の座面と前記主体金具の先端との間で、前記絶縁碍子及び前記主体金具とは別部品として構成された他部材を介して間接的に前記絶縁碍子から前記主体金具へ放熱する放熱経路が形成されており、当該放熱経路は、 1 つの前記他部材の前記絶縁碍子の縦断面における軸方向に離間した位置に、少なくとも 2箇所設けられて、るようにするとよ、。

[0039] このように絶縁碍子の縦断面における軸方向に離間した少なくとも 2箇所において他部材を介して間接的に絶縁碍子から主体金具へ放熱する放熱経路が形成されているので、放熱を精度良く制御することができる。これにより、耐汚損性の低下を招くことなぐワイドレンジィ匕することも可能となる。

[0040] 特に銅芯入り中心電極を使ったスパークプラグ、抵抗体を内部に封入されたスパークプラグでは、抵抗体と中心電極との接合部である鍔部付近が、先端の発火部から銅芯を通じての伝熱により温度が上がるため、この鍔部付近の熱の処理が重要である。また、発火部付近の絶縁碍子の温度も高くなりすぎるとプリイダ-ッシヨンが発生し、正規の点火は得られな、ためこの発火部付近の絶縁碍子の熱の処理も重要である。すなわち、抵抗体と中心電極との接合部付近と、発火部側の絶縁碍子先端を所望の熱価に合うように冷却することが好ましい。本発明のスパークプラグでは、 2つの放熱経路のうち、一方の放熱経路を、絶縁碍子内部に設けられた中心電極と抵抗体とを接合する中心電極の鍔部に隣接して設け、他方の放熱経路を、より先端側に設けることによって、抵抗体と中心電極との接合部付近と、発火部側の絶縁碍子先端を、夫々所望の熱価に合うように制御することが可能となる。

[0041] 上記のスパークプラグにおいて、放熱経路は、主体金具と絶縁碍子との間に介挿されたリング状部材によって形成することができる。また、このリング状部材が弹性的に主体金具の内面と絶縁碍子の外面に接触するよう構成することによって、熱伝導性を良好にすることができる。このようなリング状部材は、絶縁碍子を主体金具に組み付ける際に、組み付ける軸力によって周方向に変形するよう構成することによって、容易に組み込むことができる。これは。例えば主体金具の内側部に内側に向けて突出する金具側段部を設けるとともに、絶縁碍子の外側部に外側に向けて突出する碍子側段部を設け、これらの金具側段部と碍子側段部とによってリング状部材を押圧した状態で支持する構成とすることができる。

[0042] 以上の構成により従来に比べて小径ィ匕を図ることができるとともに、耐振動性や結合部分の十分な信頼性、及び気密を確保することのできるスパークプラグを提供することができる。ところが、従来のスパークプラグの構成、すなわち、主体金具の後端開口径よりも径大の絶縁碍子の径大部が主体金具内部に収容されている構成が一般的であるため、過剰な燃焼圧が発生したときに本発明の構成では絶縁碍子が主体金具から抜け出てしまうのではな、かと、う懸念があがることが予想される。

[0043] 上記懸念に対し、前記絶縁碍子の周方向の一部に、軸方向に沿って円柱状の絶縁碍子の一部を切り欠いた形状のガス抜き部が形成され、当該ガス抜き部は、通常時には前記主体金具内に位置し、前記絶縁碍子が前記金具側嵌合部から抜ける方向に移動すると前記ガス抜き部が前記主体金具の外側に露出して前記主体金具の内部と外部とを連通するよう構成されていることを特徴とする。

[0044] 本発明のスパークプラグにおいては、主体金具の工具係合部よりも後端側の金具側嵌合部にて、絞まり嵌め状態にて絶縁碍子が保持されている。これによつて、従来のように主体金具の加締め部を係合させるための大径の部位を絶縁碍子に設ける必要がなぐスパークプラグの最大径を細くすることができる。また、工具係合部に工具を係合させてスパークプラグをエンジンブロックに締め付けた際などに、金具側嵌合部にねじれトルク及び軸力が加わることを防止でき、金具側嵌合部における嵌合支持の信頼性を向上させることができる。また、主体金具の後端側で絶縁碍子を支持することにより、絶縁碍子が振動した際の振動周波数を高めることができ、耐振動性を向上させることができる。さらに、絶縁碍子の周方向の一部に、軸方向に沿って略円柱状の絶縁碍子の一部を切り欠ヽた形状のガス抜き部が形成され、当該ガス抜き部は、通常時には主体金具内に位置し、絶縁碍子が金具側嵌合部から抜ける方向に移動するとガス抜き部が主体金具の外側に露出し、前記主体金具の内部と外部とを連通して圧力がこのガス抜き部力も外部に逃げるようになっているので、本発明のスパークプラグが取り付けられて稼働するエンジンの燃焼圧が過大となったり、万一金具側嵌合部の嵌合状態が緩んだとしても、絶縁碍子が内部の圧力により、絶縁碍子が完全に主体金具力も抜けて飛び出すような事態が生じることを防止できる。

[0045] ガス抜き部は、当該ガス抜き部と周囲との境界部が曲線状になるよう形成されていることが好ましい。これによつて、圧入等を行った際にバリ等が発生し気密性や支持力が低下することを防止できる。

[0046] また、別の手段として、前記主体金具に形成された前記金具側嵌合部よりも後端側に当該金具側嵌合部の肉厚よりも薄肉の薄肉部を介して径方向内向きに突出する環状の内方突出部が形成され、当該内方突出部よりも軸方向先端側に前記内方突出部の口径よりも径大の絶縁碍子後端向き端面が形成されるようにしてもょ、。

[0047] このように内方突出部を形成することによって、前述の構成同様不慮の事態においても、絶縁碍子が主体金具力完全に抜けてしまうことを抑制し、抜け防止機構として機能することが可能である。いわゆるフェイルセーフ機構である。なお、「内方突出部」とは当該突出部の先端側に隣接する主体金具の内径よりも小さい内径となっていることを意味する。

[0048] この抜け防止機構の形態としては、前記絶縁碍子後端向き端面が軸線方向となす鈍角 θ 1に対して前記内方突出部の先端向き端面が軸線方向となす鈍角 Θ 2が大きくなるように形成されるとともに、当該内方突出部の内周径が後方に向けて拡径するように形成された前記主体金具を、前記主体金具の後端部を径方向内向きに加締めて構成されることが望ましヽ。

[0049] 上記のように、加締め前の鈍角 Θ 2を、鈍角 θ 1より大きくしておくことにより、加締め後の鈍角 θ 2を鈍角 θ 1と略同一にすることができる。また、内方突出部の内周の径が後方に向けて拡径する形状となっていることにより、加締め荷重を低下させる逃がしとしての作用を発揮する。

[0050] さらに抜け防止機構は、前記主体金具の外周面のうち、前記薄肉の部位が位置する軸線方向位置に全周にわたつて溝が形成されてヽることを特徴とする。このように溝を形成することによって、内方突出部を径方向内向きに加締めた時に主体金具に及ぶ歪みが金具側嵌合部に及んでしまうことを抑制ないしは防止することができる。したがって、主体金具を保持する保持力に与えうる要因を低減することが可能となる

[0051] 本発明のスパークプラグでは、主体金具後端部に絶縁碍子と主体金具との間の気密を保持する金具側嵌合部を備える構成としているため、燃焼圧の検出機能を具備するスパークプラグで検出精度の高、ものを容易に実現することができる。すなわちその構成は、前記金具側嵌合部より先端側において、前記主体金具に設けられ、内燃機関の燃焼圧に応じて生じる前記主体金具の変形量を計測し、その変形量に基づいて前記燃焼圧を検出する圧力検出センサを備えたことを特徴としている。

[0052] この構成では、絶縁碍子と主体金具との間の気密を保持する金具側嵌合部より先端側の部位の主体金具に、内燃機関の燃焼圧に応じて生じる主体金具の変形から燃焼圧を検出する圧力検出センサが設けられている。このため、主体金具の内側部分に燃焼圧が加わることによって主体金具が変形し、その変形力直接的に燃焼圧を測定することができる。また、内燃機関の振動による絶縁碍子の揺れ等に起因するノイズが加わることもない。これによつて、従来に比べて燃焼圧測定におけるノイズの発生を低減することができ、 SZN比の向上により、燃焼圧測定の精度の向上を図ることができる。

[0053] この構成では圧力検出センサの配置は、例えば、内燃機関に取り付けた際に当該内燃機関と当接される主体金具の取り付け座面よりも後端側とすることができ、例えば、圧力検出センサを工具係合部に設けることができる。このような構成とすれば、スパークプラグを内燃機関に取り付けた際に加わる応力の影響が圧力検出センサに印カロされることを防止できる。また、工具係合部には、平面部分があるので、容易に圧力検出センサを取り付けることができる。さらに、一部の工具係合部の径方向の肉厚が他の工具係合部の部位より薄くなる圧力検出センサ配置部を設け、この圧力センサ配置部の少なくとも一部に圧力検出センサを配置すれば、より高感度で燃焼圧を検出することができる。

[0054] また、本発明のスパークプラグの一態様では、圧力検出センサの主体金具の変形量の計測方向を、径方向とすることができる。これによつて、軸方向の変形、例えばスパークプラグを内燃機関に取り付けた時の軸力の影響を受けないので、取り付けによる初期ばらつきを小さくすることができる。更に、内燃機関運転時の振動成分 (ノイズ成分）は、軸方向が主である為、軸方向に対して垂直な方向を計測することで、ノィズに強!、圧力センサを得ることができる。

[0055] また、本発明のスパークプラグの一態様では、前記圧力検出センサの配置位置より先端側の前記主体金具内に、当該主体金具の内周面と前記絶縁碍子の外周面とに接触する放熱部品を備え、前記放熱部品は、軸方向先端側と後端側を連通する連通部を有することを特徴とする。これによつて、放熱性を維持しつつ、放熱部材により燃焼圧の伝搬が阻害されることを防止することができ、燃焼圧を高感度で精度良く測定することができる。

図面の簡単な説明

[0056] [図 1]本発明の実施形態に係るスパークプラグの圧入前の状態を示す図。

[図 2]図 1のスパークプラグの圧入後の状態を示す図。

[図 3]図 1のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

[図 4]導入部のテーパー角度とテーパー長の関係を説明するための図。

[図 5]テーパー角度とテーパー長及び抜き後の嵌合代との関係を示すグラフ。

[図 6]実施形態に係るスパークプラグの要部構成を示す図。

[図 7]圧入に要する時間と圧入に要する荷重の関係を示すグラフ。

[図 8]比較例のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

[図 9]抜け防止機構を有するスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

[図 10]他の抜け防止機構を有するスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

[図 11]図 10のスパークプラグの製造工程を説明するための図。 [図 12]図 10のスパークプラグの抜け防止機構の動作を説明するための図。

圆 13]本発明の第 2の実施形態に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図

[図 14]図 13のスパークプラグの外観構成を示す図。

[図 15]図 13のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

圆 16]本発明の第 3の実施形態に係るスパークプラグの圧入前の状態を示す図。

[図 17]図 16のスパークプラグの圧入後の状態を示す図。

[図 18]図 16のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

[図 19]逆テーパー角度と最大面圧との関係を示すグラフ。

[図 20]変形例の要部構成を拡大して示す図。

[図 21]他の変形例の要部構成を拡大して示す図。

圆 22]他の変形例の構成を示す図。

[図 23]比較例の全体構成を示す図。

圆 24]本発明の第 4の実施形態に係るスパークプラグの圧入前の状態を示す図。

[図 25]図 24のスパークプラグの圧入後の状態を示す図。

[図 26]金具側嵌合部の構成例を示す図。

圆 27]本発明の第 5の実施形態に係るスパークプラグの圧入前の状態を示す図。

[図 28]図 27のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

[図 29]変形例の要部構成を拡大して示す図。

[図 30]変形例の要部構成を拡大して示す図。

[図 31]変形例の要部構成を拡大して示す図。

[図 32]変形例の要部構成を拡大して示す図。

[図 33]変形例の要部構成を拡大して示す図。

圆 34]本発明の第 6の実施形態に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図

[図 35]図 34のスパークプラグのガス抜き部の構成を拡大して示す図。

圆 36]ガス抜き部の変形例の構成を拡大して示す斜視図。

[図 37]図 36のガス抜き部の正面図。圆 38]本発明の第 7の実施形態に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図

[図 39]図 38のスパークプラグの全体構成を示す図。

[図 40]図 38のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

[図 41]変形例の要部構成を拡大して示す図。

[図 42]図 38のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

[図 43]金具側嵌合部が絶縁碍子に及ぼす影響についてシミュレーションした結果を示す図。

[図 44]金具側嵌合部が絶縁碍子に及ぼす影響についてシミュレーションした結果を示す図。

[図 45]金具側嵌合部が絶縁碍子に及ぼす影響についてシミュレーションした結果を示す図。

[図 46]図 43のタイプを基準に図 44、図 45のタイプを比率で示す図。

発明を実施するための最良の形態

[0057] 以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図 1に絶縁碍子を主体金具へ組み付ける前の状態を示し、図 2に組み付け後の本発明の実施形態に係るスパークプラグを示す。スパークプラグ 100は、略円筒状の主体金具 1と、先端部が突出するようにその主体金具 1内に嵌め込まれる略円筒状の絶縁碍子 2を備えてヽる。絶縁碍子 2内の中心部分にはその軸方向に沿って中心電極 3が配置されており、中心電極 3の先端部は絶縁碍子 2から突出した状態となっている。そして、この中心電極 3の先端部と対向するように、接地電極 10が配置される。この接地電極 10は、一端が主体金具 1に結合され、接地電極 10と中心電極 3の間には所定間隔の火花放電ギャップが形成される。

[0058] 絶縁碍子 2は、例えばアルミナ等のセラミック焼結体により略円筒状に構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極 3を揷通するための貫通孔を有している。そして、貫通孔の一方の端部側に端子金具 4が挿入 ·固定され、同じく他方の端部側に中心電極 3が挿入 '固定されている。また、該貫通孔内において端子金具 4と中心電極 3との間に抵抗体 11が配置されている。この抵抗体 11の両端部は、導電性ガラスシール層を介して中心電極 3と端子金具 4とにそれぞれ電気的に接続されている

[0059] 主体金具 1は、炭素鋼やステンレス鋼等の金属、例えば、 S35C、 S45C、 SUS43 0、 SUS630等により円筒状に形成されており、スパークプラグ 100のハウジングを構成するとともに、その先端側（図中下側）の外周面には、スパークプラグ 100を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部 7が形成されている。このねじ部 7より後端側の外周部には、主体金具 1をエンジンブロックに取り付ける際に、スパナゃレンチ等の工具を係合させる工具係合部 8が設けられている。そして、この工具係合部 8よりさらに後端側には、金具側嵌合部 9が設けられている。

[0060] 金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を嵌合保持するためのものであり、本実施形態においてこの金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を圧入することによって、径方向に嵌合保持するようになつている。このように、金具側嵌合部 9を工具係合部 8よりも後端側に設けることにより、工具係合部 8に工具を係合させてスパークプラグ 100をエンジンプロックに締め付けた際などに、金具側嵌合部 9にねじれトルクや軸力が加わることを防止でき、金具側嵌合部 9における結合部分 (嵌合保持)の信頼性を向上させることができる。すなわち、スパークプラグ 100のエンジンブロックへの取り付け、取り外しを繰り返して何度も行ったとしても、金具側嵌合部 9にねじれトルクや軸力が加わらなヽので、絶縁碍子 2との結合状態に緩み等が生じることがない。また、主体金具 1の後端側で絶縁碍子 2を支持することにより、絶縁碍子 2が振動した際の振動周波数を高めることができ、耐振動性を向上させることができる。

[0061] また、上記のような金具側嵌合部 9を、例えば図 6に示すようにねじ部 7の部分に設けたとすると、絶縁碍子 2の圧入によってねじ部 7が膨らみ、ねじ精度が低下する可能性があるが、本実施形態のように、工具係合部 8よりも後端側に設けることにより、このような不具合が生じることを防止することができる。更に、一般に後端側に設けることで絶縁碍子 2の大径部 23側で嵌合することができる。大径部は厚肉であるために絶縁碍子 2の破壊荷重が小 Z中径部と比べて高ぐそのため嵌合力を強めに設計しても、絶縁碍子 2への負担が軽減できる。また、エンジンでの使用を考えた場合、比較的低温部となるため都合がょ、。 [0062] 一方、絶縁碍子 2は、先端側力順に小径部 21、中径部 22、大径部 23とされている。そして、大径部 23の中径部 22側端部には、当該部位を拡大して示す図 3に示されるように、所定角度のテーパーが形成され、主体金具 1の金具側嵌合部 9に圧入するための圧入導入部 24とされている。この圧入導入部 24のテーパー角度は、 1〜 5度程度とすることが好ましぐ 2〜4度程度とすることがさらに好ましい。これは、以下のような理由による。

[0063] すなわち、図 4に示すように、例えば絶縁碍子 2の大径部 23の直径を 9. 9mm、大径部 23の先端部の直径を 9. 7mmとして、径差を 200 mとした場合、テーパー角度によって、テーパー長 (圧入導入部長さ）が変化する。図 5に、縦軸をテーパー長、横軸をテーパー角度としてこれらの関係を示す。同図の下側に記載された曲線に示されるように、テーパー角度が 1度未満となると、テーパー長が急激に長くなる。このため、テーパー角度は 1度以上とすることが好ましぐ 2度以上とするさらに好ましい。

[0064] また、図 5の縦軸を抜き後の嵌合代として、抜き後の嵌合代とテーパー角度の関係を図中上側の曲線が示している。この抜き後の嵌合代とは、一旦圧入した後引き抜 V、た時の絶縁碍子 2の外形 (D1)と金具側嵌合部 9の内径 (D2)との径差 (D2— D1 )のことを示しており、十分な嵌合強度 (一定以上の抜け荷重)を得るためにはある程度大きい必要がある。この抜き後の嵌合代を確保するためには、テーパー角度を 5度以下とすることが好ましぐ 4度以下とすることが更に好ましい。以上から、テーパー角度は、 1〜5度程度とすることが好ましぐ 2〜4度程度とすることがさらに好ましい。

[0065] 上記のように、本実施形態では、金具側嵌合部 9に、絶縁碍子 2を圧入して嵌合保持する構成となっているので、従来のように主体金具の加締め部を係合させるための大径の部位を絶縁碍子 2に設ける必要がなぐスパークプラグ 100の最大径を細くすることができる。これによつて、エンジンブロックに設けるスパークプラグ 100取り付け用の孔の径を小さくすることができ、エンジン設計における自由度を高めることができる。なお、圧入の他、焼き嵌め、冷やし嵌め、或いはこれらの組み合わせによって、金具側嵌合部 9に絶縁碍子 2を嵌合させるようにしても良い。

[0066] また、本実施形態のスパークプラグ 100では、金具側嵌合部分 9の信頼性を高める、すなわち抜け荷重を高くする必要がある力この抜け荷重を高くすればするほど、圧入荷重も高くなつてしまう。このようなときには、圧入時に潤滑材を使用することで金具側嵌合部 9の信頼性を高く保ったまま、圧入荷重を少なくすることができる。この場合、圧入後に熱処理を行うことで抜け荷重が増大する。これは、熱処理によって潤滑材が分解され潤滑効果がなくなるためと、前記の点接触力面接触へと変化したための 2つの効果による。このような潤滑材としては、例えばパスキン M30 (商品名）、セロゾール (商品名）等を使用することができる。

[0067] 熱処理は、例えば温度 300°Cで 15分程度行うことが好ましい。このような圧入後の熱処理を行わな力つた場合、圧入荷重と抜け荷重は略同一となる。ところが、上記のような熱処理を行うことにより、例えば金具側嵌合部直径 (絶縁碍子の外径）が 10m mのスパークプラグの場合に実際に測定したデータの一例を挙げれば、圧入荷重が 150Kgに対して、室温での抜け荷重が 610Kg、 200°Cでの抜け荷重が 520Kgとなつた。また、例えば金具側嵌合部直径 (絶縁碍子の外径）が 8mmのスパークプラグの場合に実際に測定したデータの一例を挙げれば、圧入荷重が 157Kgに対して、室温での抜け荷重が 357Kg、 200°Cでの抜け荷重が 276Kgとなった。この圧入の際は、主体金具の座面を支持して絶縁碍子の圧入を行っている。主体金具には公知の方法によって、先端に接地電極 10が接合されているので（図 1参照。）、この接地電極 10を変形させてしまうことなく圧入を行うためには座面を支持して圧入することが好ましい。

[0068] また、主体金具 1の金具側嵌合部 9の断面構造を拡大して示す図 3に示されるように、金具側嵌合部 9の内壁部には、絶縁碍子 2を完全に圧入した状態で絶縁碍子 2 と当接した状態に維持される当接部 91と、当接部 91の先端側に設けられ、内径が当接部 91より大きく設定され絶縁碍子 2を完全に圧入した状態で絶縁碍子 2と非接触な状態に維持される抜け部 92が設けられている。このように抜け部 92を設けると、絶縁碍子 2の導入側先端部（主として圧入導入部 24)が、圧入過程の終期にこの抜け部 92に至り、主体金具 1と非接触な状態となる。これによつて、絶縁碍子 2を金具側嵌合部 9に圧入する際に必要とされる圧入荷重を低減することができる。

[0069] すなわち、絶縁碍子 2の導入側先端部（主として圧入導入部 24)は、圧入時に最も摩擦力が加わる部分であり、表面が擦れて荒れた状態となり、他の部分に比べて摩擦が大きい部位となっている。そして、圧入荷重が高くなつた圧入過程の終期において、この摩擦の大きい部分が抜け部 92に抜けることにより、圧入荷重の増大を緩和するようになっている。

[0070] この効果を検証する比較試験を行った。一方を図 3に示す抜け部 92を有する本発明のスパークプラグとし、比較例である他方は図 8に示す抜け部 92を持たず、当接部 91が延長する形態の主体金具を備えてなるスパークプラグとした。図 7に圧入に要する時間 (すなわち圧入の度合いを示す)を横軸とし、圧入に要する荷重を縦軸として両者の比較を行ったグラフを示す。この図 7に示されるように、抜け部 92を設けた本発明のスパークプラグでは、圧入が完了する終盤に圧入荷重の増大を緩和する効果があることが分かる。

[0071] さらに、上記当接部 91は、当接部 91と絶縁碍子 2の外側との間で、必要とされる気密性が確保できるようになつている。スパークプラグ 100を取り付けた状態で内部から 1. 55MPaの圧力が加わった場合の気密性について測定したところ、常温では漏れ量が略 OmlZmin、 200°Cで略 lmlZmin程度であり、一般に市販されている加締めによるスパークプラグと同等以上の気密性が確保されて、ることが分力つた。このように、本実施形態に係るスパークプラグ 100では、金具側嵌合部 9において気密性を確保するようになってヽるので、従来のように気密性を確保するためのシールとなるタルク粉末等を充填する必要がなぐこのため構造を簡易化することができる。

[0072] 図 6は、他の実施形態のスパークプラグ 110の要部構成を示すもので、このスパークプラグ 110では、金具側嵌合部 9の他に、第 2の金具側嵌合部 95が設けられており、 2箇所の金具側嵌合部 9, 95によって、絶縁碍子 2が主体金具 1に保持されるようになっている。このように複数個所の金具側嵌合部によって、絶縁碍子 2を保持することにより、主体金具 1内で絶縁碍子 2が振動した際の振動周波数を更に高めることができ、耐振動性を更に向上させることができる。なお、第 2の金具側嵌合部 95は、主体金具 1の機関（エンジン)取り付け用のねじ部 7以外の部分に設けることが好ましい。これによつて、嵌合によりねじ精度が低下することを防止できる。すなわち、第 2の金具側嵌合部 95を設けるときはその外周面にはねじ山を形成して！/、な！/、方がねじ精度の面では好ま U、が、エンジンへの取り付けたときに悪影響がなければ第 2の金具側嵌合部 95等を設けてもよい。

[0073] 図 9は、他の実施形態のスパークプラグ 120の要部構成を示すものである。このスパークプラグ 120では、絶縁碍子 2の周方向の一部に、段差部又は凹部からなり、後端向き端面を有する係止部 25が設けられている。また、主体金具 1には、係止部 25 に応じて内側に向かって突出する凸部（内方突出部)からなる抜け防止機構 12が設けられている。そして、主体金具 1に絶縁碍子 2を圧入した後、図 9 (A)に示す状態から、抜け防止機構 12を係止部 25側に押圧して塑性変形させ、図 9 (B)に示す状態として抜け防止機構 12の凸部が係止部 25に係合された状態とする。これによつて、万一金具側嵌合部 9における嵌合力の低下が生じた場合においても、内部からの圧力により、絶縁碍子 2が主体金具 1から抜けて飛び出すような事態が生じることを防止することができる。なお、係止部 25の段差若しくは凹部深さは、 0. lmn！〜 1. Omm程度とすることが好ましい。 0. 1mm未満では抜け防止機構 10の凸部が引っ掛力り難くなり、十分な抜け防止効果を得ることができない。一方、 1. Ommより大きくすると絶縁碍子の小径ィ匕の妨げとなる。この小径ィ匕の観点力もは、係止部 25の段差若しくは凹部深さは、 0. lmn！〜 0. 5mm程度とすることが更に好ましい。

[0074] また、図 10は、抜け防止機構の他の例を示すものである。同図に示すように、主体金具 1の後端側には、内側に向力つて突出する内方突出部 601とこの内方突出部 6 01と主体金具 1の本体部を接続する薄肉部 602が形成されている。また、絶縁碍子 2に形成された係止部を構成する後端向き端面 610が軸線方向となす鈍角 0 1 (例えば 120° )に対して、内方突出部 601の先端向き端面 603が軸線方向となす鈍角 Θ 2 (例えば 130° )が大きくなるように形成されている。さらに、内方突出部 601の内周 604の径が後方に向けて拡径するように（内周面と軸線方向となす角 Θ 3が例えば 20° となるように)形成されている。そして、主体金具 1に絶縁碍子 2を圧入した後、図 11 (A)に示す状態から、図 11 (B)に示すように主体金具 1の後端部を径方向内向きに加締めて塑性変形させ、図 11 (C)に示す状態として抜け防止機構 620を構成するようになっている。

[0075] 上記のように、加締め前の鈍角 Θ 2を、鈍角 θ 1より大きくしておくことにより、先端向き端面 603が軸線方向となす角を加締め後に鈍角 θ 1と略同一にすることができる。また、内方突出部 601の内周 604の径が後方に向けて拡径する形状となっていることにより、加締め加工時に内方突出部が絶縁碍子と接触し、絶縁碍子が損傷してしまうおそれを低減させることができる。

[0076] また、図 10に示すように、主体金具 1の外周面のうち、薄肉部 602が位置する軸線方向位置に全周にわたって溝 605が形成されている。これによつて、加締めによる歪みの影響が金具側嵌合部 9に伝達されることを軽減することができる。

[0077] この抜け防止機構 620の場合、主体金具 1から絶縁碍子 2が抜け力かると、図 12に示すように、内方突出部 601に絶縁碍子 2の後端向き端面 610が係止され、絶縁碍子 2が主体金具 1から完全に抜けてしまうことを防止することができる。

[0078] ところで、金具側嵌合部 9につヽては、主体金具 1の工具係合部 8よりも後端側の部分のみを金具側嵌合部 9として絶縁碍子 2を保持する形態としてもよぐ機関にスパークプラグを取り付ける際にねじれトルクによって絶縁碍子 2の嵌合が外れたり緩まつたりすることがない範囲で工具係合部 8にかかって金具側嵌合部 9としてもよい。また、金具側嵌合部 9において絶縁碍子 2と当接する部分の長さは lmm以上とすることが好ましい。し力しながら、長すぎると過剰な圧入荷重を必要としてしまうため、作製の面からは金具側嵌合部 9の内径を上限とすることが好ましい。

[0079] 以下、本発明の第 2の実施形態について図面を参照して説明する。図 13は、本発明の一実施形態に係るスパークプラグ 130の要部断面構成を拡大して示すものであり、図 14は、スパークプラグ 130の全体の外観を示している。スパークプラグ 130は、略円筒状の主体金具 1と、先端部が突出するようにその主体金具 1内に嵌め込まれる略円筒状の絶縁碍子 2とを備えている。図 13中に点線で示すように、絶縁碍子 2内の先端側の中心部分にはその軸方向に沿って銅芯入りの中心電極 3が配置されており、中心電極 3の先端部は絶縁碍子 2の先端面力も突出した状態となっている。そして、この中心電極 3の先端部と対向するように、接地電極 10が配置されている。この接地電極 10は、一端が主体金具 1に結合され、接地電極 10と中心電極 3の間には所定間隔の火花放電ギャップが形成されている。

[0080] 絶縁碍子 2は、例えばアルミナ等のセラミック焼結体により略円筒状に構成されている。図 13中に点線で示すように、絶縁碍子 2の内部には自身の軸方向に沿って中心電極 3を挿通させるための貫通孔が設けられ、その後端側に端子金具 4が挿入 ·固定され、先端部側に中心電極 3が挿入 ·固定されている。これらの端子金具 4と中心電極 3とは、絶縁碍子 2の貫通孔内において抵抗体 11及び導電性ガラスシール層 3 1を介して電気的に接続されている。また、絶縁碍子 2は、主体金具 1の後端寄り部位や主体金具 1より後端側で主体金具 1より露出する部位を含む大径部 23と、大径部 23より先端側で大径部 23より小径の中径部 22と、中径部 22より先端側で中径部 22より小径でありエンジン等の内燃機関に取り付けた時に燃焼ガスに晒される小径部 (碍子脚長部） 21とを有している。本実施形態では、中径部 22は、後端側に位置し大径の後端側中径部 220と、先端側に位置し小径の先端側中径部 221とから構成されている。

[0081] 主体金具 1は、 Fe又は Niを主成分とし、 Cr含有率が 11. 5mass%〜26mass%の材料 (インコネル (商品名）又は SUS)から円筒状に形成されており、スパークプラグ 1 30のハウジングを構成するとともに、その先端側（図中下側）の外周面には、スパークプラグ 130を図示しないエンジンのプラグ取付孔に取り付けるためのねじ部 7が形成されている。このねじ部 7より後端側の外周部には、主体金具 1をエンジンに取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させる工具係合部 8が設けられている。そして、この工具係合部 8よりさらに後端側には、金具側嵌合部 9が設けられている。

[0082] 金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を嵌合保持するためのものであり、本実施形態においてこの金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を圧入することによって、径方向に嵌合保持するようになつている。これによつて、前記した実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、図 13, 14において、 5はスパークプラグ 130を機関に取り付けた際に当該機関に当接し機関との間で気密封止面を形成する座面である。この座面 5と機関の当接面との間には、例えば気密シールのためのリング状のシール部材 (ガスケット）が配置される場合がある。

[0083] 主体金具 1の内周面は、絶縁碍子 2の大径部 23と対向する大孔部 13と、中径部 2 2と対向する中孔部 14と、小径部 21と対向する小孔部 15とを有している。また、中孔部 14は、主に後端側中径部 220と対向する大径の後端側中孔部 120と、主に先端側中径部 221と対向する小径の先端側中孔部 121とから構成されている。 [0084] 本実施形態では、上記構成の主体金具 1には、内周面及び外周面ともにその表面全面に厚さが 5nm以上の酸ィ匕膜が形成されている。この酸ィ匕膜は、例えば熱処理によって形成することができる。この熱処理の条件としては、例えば、大気雰囲気で、温度約 350°C、時間約 1時間の条件を採用することができ、この条件で形成された酸化膜の厚さを測定したところ、厚さは約 30nmであった。また、この条件で形成した酸ィ匕膜の成分を分析したところ、酸素と Crを含むものであり、 Feはその表面に僅かに含まれるが酸化膜中にはほとんど含まれて、なかった。

[0085] 上記の絶縁碍子 2と主体金具 1との間には、これらの間に介在するように、環状の放熱部材 40, 41が設けられている。これらの放熱部材 40, 41は、例えば主体金具 1と同様な金属から構成されており、絶縁碍子 2と主体金具 1との間の放熱経路を形成している。

[0086] 図 13に示すように、絶縁碍子 2の大径部 23の中径部 22側端部には、所定角度のテーパーが形成され、主体金具 1の金具側嵌合部 9に圧入するための圧入導入部 2 4とされている。この圧入導入部 24のテーパー角度は、前記した実施形態と同様である。

[0087] 上記のように、本実施形態では、金具側嵌合部 9に、絶縁碍子 2を圧入して嵌合保持する構成となっており、金具側嵌合部 9で気密性を確保するようになってヽるので、従来のように主体金具 1の加締め部を係合させるための大径の鍔状の部位を絶縁碍子 2に設ける必要がなぐスパークプラグ 100の最大径を細くすることができる。なお、圧入の他、焼き嵌め、冷やし嵌め、或いはこれらの組み合わせによって、金具側嵌合部 9に絶縁碍子 2を嵌合させるようにしても良い。また、圧入に際しては、前記した実施形態と同様に潤滑剤の使用及び圧入後の熱処理を行うことが好ましい。

[0088] 本実施形態のスパークプラグ 130のように、主体金具 1の金具側嵌合部 9において、圧入により絶縁碍子 2を支持する構成とした場合、例えば、金具側嵌合部 9に隣接する工具係合部 8等に応力が加わっている。このため、表面に酸化膜を形成しない主体金具、つまり自然酸化膜のみが形成された主体金具を用いた場合、例えば、スパークプラグを 150°Cに加熱した後に水冷する熱サイクルの試験を行った場合、 100 サイクル程度行うと、工具係合部等に割れが発生することがあった。この原因は、前記したとおり、応力が加わった状態で高温急冷に晒されるため、カーボンと主体金具母材の Crが反応し腐食する応力腐食割れのためと推測される。

[0089] 一方、本実施形態のスパークプラグ 130のように、主体金具に厚さ 5nm以上、例えば 30nmの酸化膜を形成した主体金具 1を用ヽた場合、上記の 150°Cに加熱した後に水冷する熱サイクルの試験を 500サイクル行っても割れが発生しないことが確認された。このように、本実施形態のスパークプラグ 130では、厚さ 5nm以上の酸ィ匕膜を形成することによって、この酸化膜が保護層の役割を果たし、主体金具 1に応力腐食割れ等が生じることを抑制することができる。これによつて、従来に比べてさらに信頼 '性の向上を図ることができる。

[0090] なお、厚さ 5nm以上の酸ィ匕膜は、必ずしも主体金具 1の全面に形成する必要はなぐ応力が加わり、応力腐食割れが生じ易い部分にのみ形成しても良い。この場合、本実施形態の如き圧入によって絶縁碍子 2を支持する構造のスパークプラグでは、金具側嵌合部 9に隣接する先端側部位、つまり、金具側嵌合部 9から工具係合部 8 にかけての内側部分表面等に上記酸ィ匕膜を形成すれば良い。この部分には応力が加わるとともに、高温の燃焼ガスに晒され、また、上記したように圧入の際に潤滑剤を使用した場合は、潤滑剤のカーボン成分が残っているからである。また、上記の工具係合部 8部分における割れの発生を防止するためには、図 15に示すように、金具側嵌合部 9の部分の肉厚 Tに対して、金具側嵌合部 9と工具係合部 8との間の部分の肉厚 tを、 t<Tとすることが好ましい。これによつて、工具係合部 8に加わる応力を緩和することができ、さらに割れ等が発生する可能性を低減することができる。

[0091] また、例えば、スパークプラグ 130を機関に取り付けた際には、図 13に示すネジ部 7に隣接した後端側の部位、所謂ねじ首部 71の部分に応力が加わる。そして、このねじ首部 71の内側部分は、高温の燃焼ガスに晒される。したがって、このねじ首部 7 1の外側部分表面等に上記酸化膜を形成すれば良!ヽ。上記のねじ首部 71については、本実施形態のように、主体金具に絶縁碍子を圧入することによって支持する構造のスパークプラグではなく、加締めによって絶縁碍子を支持する構造のスパークブラグの場合でも同様に応力が加わる。このため、加締めによって絶縁碍子を支持する構造のスパークプラグについても同様にして適用することができる。なお、図 13に示したスパークプラグ 130は、ネジ部 7と座面 5との間に、表面にねじの形成されていな V、円筒状部位 72を有する所謂ハーフネジタイプとなって、るが、座面 5の先端側直近部位からねじが形成されているタイプのスパークプラグについても同様にして適用することができる。

[0092] 次に、図 16〜19を参照して第 3の実施形態について説明する。図 16は、絶縁碍子を主体金具へ組み付ける前の状態を示し、図 17は組み付け後のスパークプラグ 1 40を示しており、前述した実施形態と対応する部分には、同一の符号を付して重複した説明は省略する。

[0093] 主体金具 1は、例えば、 SUS630 (ピッカース硬度 455)等の金属により円筒状に形成されており、スパークプラグ 140のハウジングを構成するとともに、その先端側（図中下側）の外周面には、スパークプラグ 140を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部 7が形成されている。このねじ部 7より後端側の外周部には、主体金具 1をエンジンブロックに取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させるェ具係合部 8が設けられて、る。

[0094] 上記ねじ部 7の後端側で、工具係合部 8より先端側、すなわち、ねじ部 7と工具係合部 8との間には、金具中胴部 6が設けられている。この金具中胴部 6の先端側（図中下側)の面は、機関 (エンジン)取り付け時に当該機関と直接当接されて気密を保持する座面 5とされている。この座面 5は、図 18に拡大して示すように、外周側が内周側より先端側に位置する傾斜面 (逆テーパー面）とされている。この座面 5において、逆テーパー角度 (座面 5を軸線を含む断面でみたときに当該座面 5の内周側基点と外周側基点とを結ぶ線分が軸線に垂直な直線に対してなす挟角（図 18中に示す角度 Θ ) )は、スパークプラグ 140を機関に取り付けた際の面圧に影響する。これらの関係を、縦軸を最大面圧、横軸を逆テーパー角度とした図 19に示す。この図 19に示されるように、逆テーパー角度が 10〜15度の範囲では、それ以外の角度の場合に比べて最大面圧が高くなる。このため、座面 5を逆テーパー面とした場合、面圧を高めて気密性を高めるという観点からは、逆テーパー角度を 10〜15度の範囲とすることが好ましい。なお、上記の座面 5は、逆テーパー面に限らず、外周側が内周側より先端側に位置する傾斜面であれば良ぐ例えば図 20に示すような先端に向力つて凹状の曲面状の R面としても良い。なお、図 21に示すように、工具係合部 8の先端側（図中下側）に座面 5があり、工具係合部 8とは別に設けられた金具中胴部 6を備えていない場合でもよい。この場合、実質的に工具係合部 8を金具中胴部とみなすことができ、図 16に示されるように、工具係合部 8と独立した形態で金具中胴部 6を備えていなくても問題はない。すなわち、座面 5は外周側が内周側より先端側に位置する形態であればよぐ図 21に示すように工具係合部 8の最小径部よりも内側に座面 5を形成する金具中胴部があればょ、と言える。

[0095] 一方、工具係合部 8より後端側には、金具側嵌合部 9が設けられている。この金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を嵌合保持するためのものであり、本実施形態においてこの金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を圧入することによって、嵌合保持するようになっている。これによつて、従来のように主体金具の加締め部を係合させるための大径の部位を絶縁碍子 2に設ける必要がなぐスパークプラグ 140の最大径を細くすることができる。なお、圧入の他、焼き嵌め、冷やし嵌め、或いはこれらの組み合わせによって、金具側嵌合部 9に絶縁碍子 2を嵌合させるようにしても良、。

[0096] また、上記のように本実施形態では、金具中胴部 6に形成された外周側が内周側より先端側に位置する傾斜面状の座面 5を、機関に直接当接させて気密を保持するようになって、るので、ガスケット等を挟み込んで押圧するための大径部を設ける必要がなぐこの金具中胴部 6の外径を細くすることができる。このため、一層小型化を図ることができる。また、このような形状の座面を機関に直接当接させることにより、油等の潤滑剤が付着した場合においても、締め付けトルクが得られ、締め付け過ぎによるねじ切れの発生可能性の増大を招くこともない。比較のため、図 23に、従来のスパークプラグ 230の構成を示す。スパークプラグ 230では、絶縁碍子 202が、主体金具 201の後端部の加締め部 209により、加締めにより支持されており、金具中胴部 206 の先端側に設けられた座面 205側には、ガスケット 211が設けられる。そして、座面 2 05と機関の当接面との間にこのガスケット 211を挟みこんで押圧し、気密を保持するため、金具中胴部 206は、大径とされている。なお、図 23において、 204は端子金具、 207はねじ部、 208は工具係合部、 210は接地電極である。

[0097] 本実施形態では、ねじ部 7の外径が 8mm、金具中胴部 6の外径がねじ部 7より大、かつ、工具係合部 8の最小外径が金具中胴部 6の外径より大で 11mmとされている。これによつて、実質的に工具係合部 8の外径が、主体金具 1の最大径となり、スパークプラグ全体における最大径となる。これにより、スパークプラグ 140の最大径を細くすることができ、小型化することができる。これによつて、エンジンブロックに設けるスパークプラグ 140取り付け用の孔の径を小さくすることができ、エンジン設計における自由度を高めることができる。

[0098] ところで、上記のように硬度の高いものは、加工性が難しくなる。したがって、加工時には比較的加工性のよ!ヽ (硬度の低!、）状態でカ卩ェして、大まかに寸法を仕上げて（完成寸法でも良い）、焼入れ、焼き戻し、または析出硬化によって硬さを調節し、その後、正規の寸法に仕上げると効率が良くなる。また、冷鍛等の塑性加工にて主体金具 1を製造する時は、冷鍛前の素材は硬度の低い状態で、塑性加工をすることで形状を作ると同時にその時の加工硬化を用いて、冷鍛完成時に形状と硬度を調節する方法も効率が良い。

[0099] 絶縁碍子 2を主体金具 1に圧入する際には、前記した実施形態と同様に、潤滑材を使用することが好ましぐ圧入後熱処理することが好ましい。また、本実施形態のスパークプラグ 140では、金具側嵌合部 9によって、必要とされる気密性が確保できるようになっている。

[0100] 図 22は、変形例のスパークプラグ 150の構成を示すもので、このスパークプラグ 15 0では、金具中胴部 6の座面 50が、軸方向に垂直な平面状とされ、機関（エンジン）取り付け時に当該機関とこの平面状の座面 50を直接当接して気密を保持するようになっている。また、このスパークプラグ 150では、ねじ部 7の外径が 8mm以下、金具中胴部 6の外径がねじ部 7より大、かつ、工具係合部 8の最小外径が金具中胴部 6の外径より大で 11mm以下とされてヽる。

[0101] 上記構成のスパークプラグ 150によれば、前記の実施形態と同様な効果が得られるとともに、座面 50が平面状であるのでその加工を比較的容易に行うことができ、製造工程の簡素化を図ることができる。

[0102] 次に、第 4の実施形態について説明する。図 24に絶縁碍子を主体金具へ組み付ける前の状態を示し、図 25に組み付け後のスパークプラグ 160を示しており、前述した実施形態と対応する部分には、同一の符号を付して重複した説明は省略する。

[0103] 主体金具 1は、ビッカース硬度 (JIS Z2244 (1988)に規定の方法により荷重 10N にて ¾J定した値）力 180〜500の範囲内の金属、 f列えば、、 SUS430, SUS630, S4 5C、 S35C、 SNCM439等の金属により円筒状に形成されている。なお、このピツカース硬度は、スパークプラグ 160の完成時としての値であり、主体金具 1の作製過程での加工硬化や成形後に、焼入れ、焼鈍等の処理を行って調整してもよい。硬度の測定は、スパークプラグ 160を分解して行えばよい。

[0104] 金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を嵌合保持するためのものであり、本実施形態においてこの金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を圧入することによって、径方向に嵌合保持するようになつている。これによつて、前記した実施形態と同様な効果を得ることができる。

[0105] また、本実施形態では、金具側嵌合部 9を含め主体金具 1全体が、前記したとおり、ビッカース硬度が 180〜500の範囲内の金属によって構成されており、これによつて、十分な抜け荷重と気密性とを確保することができるようになつている。すなわち、ビッカース硬度の異なる金属によって、主体金具 1を構成し、絶縁碍子 2を圧入し、また、この絶縁碍子 2を引き抜いて、抜け荷重、気密性、最大嵌合代 (抜き後の嵌合代 )を測定したところ、表 1に示すように、ビッカース硬度が 180未満（ピッカース硬度 15 5)の場合、抜け荷重及び気密性が著しく低くなり、十分な抜け荷重及びスパークブラグに必要とされる気密性を確保することができな力つた。一方、ビッカース硬度が 500 以上 (ピッカース硬度 528)の場合、絶縁碍子 2の圧入によって主体金具 1に金具割れが生じてしまい、スパークプラグの製造が困難となった。そして、ビッカース硬度が 180〜500の範囲内の金属によって主体金具 1を構成した場合、十分な抜け荷重と気密性とを確保することができた。なお、少なくとも金具側嵌合部 9が、ビッカース硬度が 180〜500の範囲内とされていれば、主体金具 1の他の部位については、ビッカース硬度が異なっていても良い。また、本実施形態に係るスパークプラグ 160では、金具側嵌合部 9において気密性を確保するようになっているので、従来のように気密性を確保するためのシールとなるタルク粉末等の充填の必要がなぐこのため構造を簡易化することができる。 [0106] [表 1]

[0107] なお、上記の測定は、タイプ 1、タイプ 2、タイプ 3の 3つのタイプの主体金具 1について行った。タイプ 1は、金具側嵌合部内径 (略絶縁碍子の外径に略等しい）が 10m mで、金具側嵌合部 9の内側の絶縁碍子 2との当接部 91の長さを lmmとしたタイプ（図 26に示す (a)のタイプ）、タイプ 2は、金具側嵌合部内径が 10mmで、金具側嵌合部 9の内側の絶縁碍子 2との当接部 91の長さを 6mmとしたタイプ（図 26に示す (b) のタイプ）、タイプ 3は金具側嵌合部内径が 8mmで、金具側嵌合部 9の内側の絶縁碍子 2との当接部 91の長さを 3mmとしたタイプ（図 26に示す（c)のタイプ）のものである。また、 SNCM439については、焼入れ焼き戻し材で焼き戻し温度を振って硬度を調節した。

[0108] 上記表 1に示すように、金具側嵌合部のビッカース硬度が 180未満であると抜け荷重も小さく気密性も悪い。一方、ビッカース硬度が 500を超えると主体金具の割れが生じてしまう。したがって本発明では金具側嵌合部のビッカース硬度を 180以上 500 以下としているのである。

[0109] また表 1に示すように、金具側嵌合部のビッカース硬度が 180以上 500以下であれば金具側嵌合部の長さが長くなつても、また、金具側嵌合部内径が 8mmとなっても抜け荷重が不十分となって気密性が悪ィ匕することなく良好なスパークプラグを提供できる。なお、金具側嵌合部の軸方向長さは下限を lmm、上限を金具側嵌合部内径と同程度 (すなわちタイプ 1では 10mm)とすることが望ましい。

[0110] ところで、主体金具 1の金具側嵌合部 9の最小肉厚（図 24に示す T1)は、 0. 25m m以上とすることが好ましい。これより肉厚が薄いと、製造性が悪くなる。また、主体金具 1の金具側嵌合部 9内に圧入されて嵌合される絶縁碍子 2の嵌合部分の肉厚（図 2 4に示す T2)は、 1mm以上とすることが好ましい。これは、脆性材料である絶縁碍子 2は、嵌合によって締め付ける力が作用し、破壊する恐れがあるためである。このような破壊が生じることを肉厚を lmm以上とすることによって防止できる。

[0111] また、絶縁碍子 2を主体金具 1の金具側嵌合部 9から引き抜いた後の絶縁碍子 2の外形を dl、金具側嵌合部 9の内径を d2とした時、 dl— d2の値 (抜き後の嵌合代）を、6 111〜200 111の範囲内とすることが好ましぃ。これは、以下のような理由による。

[0112] 一般に絶縁碍子 2はアルミナ力もなりその熱膨張は 6〜8 X 10^_6Z°Cである。主体金具 1は、 Feを主成分とする合金力もなりその熱膨張は 10〜17 X 10^_6Z°Cである。嵌合径は、 3. 5〜15mmであり、金具側嵌合部分の温度は最大で 250°C程度である。これらから、一般に組み合わされる中で必要な嵌合代が最小となるのは、アルミナ 8 X 10^_6Z°C、主体金具 10 X 10^_6Z°C、嵌合径 3. 5mmの場合であり、最高温度 250°Cとして、必要な嵌合代は 2 mである。また、最大となるのは、アルミナ 6 X 1 0^_6Z°C、主体金具 17 X 10^_6Z°C、嵌合径 15mmの場合であり、最高温度 250°Cとして、必要な嵌合代は 41 μ mである。これは必要最小限の値で、安全率を 3とすれば、最小の嵌合代は 6 μ m、最大の嵌合代は 123 μ mとなる。嵌合代が 123 μ m以上あっても安全率が増すので問題がないが、例えば、 200 mより大きい場合絶縁碍子 2に負担がかかる。このため、 dl— d2の値（抜き後の嵌合代）は、 6 μ m〜200 μ mの範囲内とすることが好ましい。

[0113] また、スパークプラグ 160を製造するに際しては、絶縁碍子 2を主体金具 1の金具側嵌合部 9に圧入する前の絶縁碍子 2の外形を D1、金具側嵌合部 9の内径を D2とした時、 01—02の値（初期の嵌合代）を、6 111〜300 111の範囲内とすることが好ましい。すなわち、必要な最低嵌合代は、上記したように 6 /z mである。また、初期の嵌合代が 300 mを超えると、圧入荷重が高くなり、絶縁碍子 2が割れる可能性があるためである。 [0114] なお、絶縁碍子 2を主体金具 1に圧入する際には、前記した実施形態と同様に、潤滑材を使用することが好ましぐ圧入後熱処理することが好ましい。

[0115] 次に、第 5の実施形態について説明する。図 27に絶縁碍子を主体金具へ組み付ける前の状態を示しており、前述した実施形態と対応する部分には、同一の符号を付して重複した説明は省略する。スパークプラグ 170は、略円筒状の主体金具 1と、先端部が突出するようにその主体金具 1内に嵌め込まれる略円筒状の絶縁碍子 2と、これらの間に介挿されるリング状部材 30とを備えている。

[0116] 図 28に示すように、絶縁碍子 2の内部には自身の軸方向に沿って中心電極 3を嵌め込むための貫通孔 25が設けられている。そして、貫通孔 25の一方の端部側に端子金具 4が挿入 ·固定され、同じく他方の端部側に中心電極 3が挿入 ·固定されている。

[0117] 金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を嵌合保持するためのものであり、本実施形態においてこの金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を圧入することによって、径方向に嵌合保持するようになつている。これによつて、前記した効果を得ることができる。なお、圧入時には潤滑材を使用することが好ましぐ圧入後は熱処理することが好ましい。

[0118] リング状部材 30は、熱伝導性の良好な金属、例えば銅、アルミニウム等力も構成されており、図 28に示すように、主体金具 1と絶縁碍子 2との間に介挿される。このリング状部材 30の軸方向における配置位置は、図 27に示す主体金具 1の座面 5と主体金具 1の先端との間である。そして、リング状部材 30は、図 28に示すように、絶縁碍子 2の軸方向に離間した複数個所（図 28では 2箇所）において、図中破線の矢印で示すような絶縁碍子 2から主体金具 1へ放熱する放熱経路を形成する。

[0119] このように、主体金具 1の座面 5と主体金具 1の先端との間で、絶縁碍子 2の縦断面における軸方向に離間した少なくとも 2箇所においてリング状部材 30を介して間接的に絶縁碍子 2から主体金具 1へ放熱する放熱経路が形成されて、るので、放熱を精度良く制御することができ、耐汚損性の低下を招くことなぐワイドレンジィ匕することができる。すなわち、この場合、図 28中の下側 (先端側)の放熱経路は、図中破線の矢印で示すように主として絶縁碍子 2の先端部力もの熱を主体金具 1に放熱する。また、図 28中の上側の放熱経路は、中心電極 3と抵抗体とを接合する中心電極 3の鍔部 300に隣接して設けられており、図中破線の矢印で示すように主として、熱伝導性の良好な銅芯入り中心電極 3からの熱を主体金具 1に放熱する。これによつて、これらの部位の温度を夫々所望の熱価に合うように所望温度に制御することができ、プリイグ -ッシヨンの発生等を防止してワイドレンジ化を実現することができる。また、ガスポケットの長さを小さくする必要もないため、くすぶり等の耐汚損性が悪ィ匕することもない。

[0120] リング状部材 30は、絶縁碍子 2を主体金具 1に圧入する際に、これらの間に組み込まれる。図 28に示すように、主体金具 1の内側部には、内側に向けて突出し、リング状部材 30を係止する金具側段部 111が設けられている。また、絶縁碍子 2の外側部には、外側に向けて突出する碍子側段部 26が設けられている。そして、これらの金具側段部 111と碍子側段部 26との間に、リング状部材 30が挟持されるようになっている。この際、絶縁碍子 2を軸方向の押圧する押圧力によって、リング状部材 30が径方向に拡がるように変形し、絶縁碍子 2の外側及び主体金具 1の内側に弹性的に密着するようになっている。これによつて、リング状部材 30と、主体金具 1及び絶縁碍子 2とが密接し、良好な熱伝導性が確保されるようになっている。なお、本実施形態では、前述したとおり、金具側嵌合部 9において気密性を確保するようになっている。このため、リング状部材 30が、絶縁碍子 2と主体金具 1との間にこれらを弹性的に押圧する状態で配置されて、ても、気密性が損なわれることはな、。

[0121] 図 27に示す本実施形態のスパークプラグ 170と、従来のスパークプラグの熱引きの状態を比較するための検証試験を行った。この試験は、プラグ電極先端から、 0. 5m m空間を挟んで対向する位置にヒータとしてグロ一プラグ (約 50W: 12V印カロ）を設置するとともに、熱電対を測定したい場所 (絶縁碍子先端部および発火部）に接触させて温度測定することにより行った。プラグ先端近傍をヒータにて加熱し、受熱した熱量の放熱性の違いにより飽和する温度が異なるため、飽和した温度を測定し放熱性の良否と判断した。

[0122] 使用した絶縁碍子 2と主体金具 1の組み付けは、同じ条件で比較が行えるように、図 28に示すように絶縁碍子 2先端から中心電極 3の鍔部を支える部分までの距離 L 1を 11. 4mm,主体金具 1先端から内周突状部までの距離 L2を 5. 4mmとした。こうして組み上げたプラグを、エンジンに見立てたアルミブロックに取り付けて試験を行つた。この結果、従来品の絶縁碍子先端部温度が 229°Cに対し、本実施形態では 221 °Cとなった。また、中心電極先端部 (発火部）温度は、従来品の場合 158°Cに対し、本実施形態では 114°Cとなり放熱性の向上が確認できた。

[0123] 図 29、 30、 31、 32は、図 28に示したリング状部材 30とは形状の異なるリング状部材 32、 33、 34、 35を使用した例を示すものである。図 29に示すリング状部材 32は、断面形状が略 C字状、すなわち、径方向内向きに凸、径方向外向きに凹となる形状に形成されており、図 30に示すリング状部材 33は断面形状が略 J字状、すなわち、図 29に示すリング状部材 30を反転させたような径方向内向きに凹、径方向外向きに凸となる形状に形成されている。また、図 31に示すリング状部材 34は、断面形状が蛇腹状に形成されており、軸方向に離間した放熱経路が 3箇所以上（図 31では 4箇所)形成されている。また、図 32に示すリング状部材 35のように、断面形状を略コ字状としてもよい。さらに、以上に示した形状の他、リング状部材の形状は、各種の変形が可能であり、例えば、図 33に示すように、絶縁碍子 2の軸方向に間隔を設けて配置された複数個（図 33では 2個）の分離したリング状部材 36、 37によって、軸方向に離間した夫々の放熱経路を形成しても良い。

[0124] なお、上記の図 30、 31の実施形態ではリング状部材の中間部分を弧状として絶縁碍子や主体金具に当接させているが、リング状部材の端部を弧状に面取りを行ってもよい。すなわち、リング状部材が絶縁碍子を破壊する虡を低減させると共により熱引きに有利な形状となるように適宜変更を行えばょ、。

[0125] 次に、ガス抜き部を設けた第 6の実施形態について図 34、 35を参照して説明する。なお、前述した実施形態と対応する部分には、同一の符号を付して重複した説明は省略する。本実施形態のスパークプラグ 180では、図 34、 35に示すように、絶縁碍子 2の周方向の一部に、略円筒状の絶縁碍子 2を軸方向に沿って切り欠いた形状のガス抜き部 325が形成されている。このガス抜き部 325は、圧入導入部 24とその後端側の大径部 23に僅かにかかるように形成されている。そして、ガス抜き部 325は、通常時は、金具側嵌合部 9の下側に位置している力絶縁碍子 2がエンジン内部からの圧力等により、金具側嵌合部 9から抜け力かるように移動すると、ガス抜き部 325 の部分が金具側嵌合部 9の上側に突出することによってスパークプラグ 180内部と外部とが連通し、ここ力も圧力が外部に逃げるよう構成されている。これによつて、内部力の圧力により、絶縁碍子 2が主体金具 1から完全に抜けて飛び出すような事態が生じることを防止することができる。

[0126] また、図 35に示されるように、上記ガス抜き部 325と、その周囲との境界部は、曲線状になるよう形成されている。これによつて、絶縁碍子 2を主体金具 1に圧入した際に、ノリ等が発生することを防止することができ、ノリ等の発生に起因して気密性や支持力が低下することを防止できる。なお、図 9、図 10に示した抜け防止機構と上記したガス抜き部 325と共に設ければ、より確実に絶縁碍子 2の飛び出しを防止することができる。

[0127] ガス抜き部 325の形状は、図 35に示した形状のものに限られず、図 36、 37に示すような形状のガス抜き部 350としても良い。

[0128] 次に、本発明の第 7の実施形態について説明する。図 38は、本実施形態に係るスパークプラグ 190の要部断面構成を拡大して示すものであり、図 39は、スパークブラグ 190の全体の外観を示している。なお、前述した実施形態と対応する部分には、同一の符号を付して重複した説明は省略する。

[0129] 金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を嵌合保持するためのものであり、本実施形態においてこの金具側嵌合部 9は、絶縁碍子 2を圧入することによって、径方向に嵌合保持するようになつている。また、この金具側嵌合部 9は本発明でいう閉塞部を構成しており、金具側嵌合部 9によって、主体金具 1と絶縁碍子 2との間の気密保持が行われている。

[0130] 本実施形態において、工具係合部 8は、図 40に示すように、外径が略六角形状に構成されており、その一面に、主体金具 1の基材の肉厚を他の工具係合部 8より薄くした圧力検出センサ配置部 80が形成されている。そして、この圧力検出センサ配置部 80に、圧力検出センサ 515が配置されている。なお、図 38, 39に示すように、圧力検出センサ 515には、検出信号の取り出し等のためのシールド線 516が接続されている。なお、圧力検出センサ 515としては、例えば、抵抗式歪ゲージ、半導体歪ゲージ、圧電素子、クォーツ等からなり、主体金具 1の歪みを検出可能なセンサを用いることがでさる。

[0131] このように、主体金具 1と絶縁碍子 2との間を気密に閉塞する閉塞部である金具側嵌合部 9より先端側、かつ、主体金具 1の外側に、内燃機関の燃焼圧に応じて生じる主体金具 1の変形から燃焼圧を検出する圧力検出センサ 515が設けられている。これによって、金具側嵌合部 9より先端側において、主体金具 1の内部と内燃機関が連通するので、燃焼圧が直接主体金具 1の内側から主体金具 1を変形させ、その変形力も直接的に燃焼圧を測定することができる。また、内燃機関の振動による絶縁碍子 2の揺れ等に起因するノイズが加わることもない。これによつて、従来に比べて燃焼圧測定におけるノイズの発生を低減することができ、 SZN比の向上により、燃焼圧測定の精度の向上を図ることができる。

[0132] なお、金具側嵌合部 9においては、上記した圧入に限らず、例えば、焼き嵌め、冷やし嵌め、ロー付けのいずれか〖こよって絶縁碍子 2を保持するとともに気密保持を行うようにしても良い。いずれの方法によって絶縁碍子 2の機械的保持及び気密保持を行うかによらず、工具係合部 8の後端側に閉塞部である金具側嵌合部 9を設けることにより、金具側嵌合部 9より先端側であればいずれの部位にでも圧力検出センサ 51 5を配置することができるので、圧力検出センサ 515を配置する部位の自由度を高めることがでさる。

[0133] この場合、本実施形態のように、内燃機関に取り付けた際に当該内燃機関と当接され気密封止する主体金具 1の取り付け座面 5よりも後端側に圧力検出センサ 515を設けることが好ましい。これにより、スパークプラグ 190を内燃機関に取り付けた際に加わる応力の影響が圧力検出センサ 515に印加されることを防止できる。

[0134] また、本実施形態のように、圧力検出センサ 515を、工具係合部 8に配置すれば、工具係合部 8には、平面部分があるので、容易に圧力検出センサ 515を取り付けることができる。さらに、本実施形態のように、工具係合部 8の一部に、主体金具 1の基材の肉厚を他の工具係合部 8より薄くした圧力検出センサ配置部 80を配設し、ここに圧力検出センサ 515を配置すれば、圧力検出センサ配置部 80の燃焼圧による変形量を多くすることができるので、より高感度で燃焼圧を検出することができる。

[0135] ところで、主体金具 1と圧力検出センサ 515との熱膨張率の差等によって、圧力検出センサ 515を直接主体金具 1に耐熱接着材、ガラス接着材、ロー付け等で固定することが困難な場合は、例えば、図 41に示すように、主体金具 1と圧力検出センサ 51 5との間に、熱膨張率の緩衝材として作用する板状部材 81を配置することもできる。また、このような構成とした場合、板状部材 81と主体金具 1との間をレーザ溶接等で溶接するとともに、板状部材 81の下側に位置する主体金具 1の部分に開口部 82を設けて、燃焼圧が板状部材 81に直接加わるようにしても良い。こうすれば、板状部材 81を設けたことによる感度の低下を抑制することができる。

[0136] 本実施形態では、燃焼圧が加わると、主体金具 1が径方向に膨らむように変形するので、圧力検出センサ 515の主体金具 1の変形量の計測方向力軸方向に対して垂直な径方向となる。これによつて、軸方向の変形、例えばスパークプラグを内燃機関に取り付けた時の軸力の影響を受けないので、取り付けによる初期ばらつきを小さくすることができる。更に内燃機関運転時の振動成分 (ノイズ成分）は、軸方向が主である為、軸方向に対して垂直な方向を計測することで、ノイズに強い圧力センサを得ることがでさる。

[0137] 図 38に示すように、上記の絶縁碍子 2と主体金具 1との間には、これらの間に介在するように（絶縁碍子 2の外周面と主体金具 1の内周面に接触するように）、環状の放熱部材 40、 41が設けられている。これらの放熱部材 40、 41は、例えば主体金具 1と同様な金属から構成されており、絶縁碍子 2と主体金具 1との間の放熱経路を形成している。これらの放熱部材 40、 41は、圧力検出センサ 515の配置位置より軸方向先端側の主体金具 1内に配設されている。このため、図 42に示すように、放熱部材 40、 41には、燃焼ガスによる燃焼圧が主体金具 1内を伝搬すること阻害しないように、軸方向先端側と後端側を連通する連通部 45が設けられている。これによつて、放熱性を維持しつつ、放熱部材 40、 41により燃焼圧の伝搬が阻害されることを防止することができ、圧力検出センサ 515によって、燃焼圧を高感度で精度良く測定することができる。なお、連通部 45の形状は、図 42に示すものに限らず、放熱部材 40, 41の軸方向先端側と後端側を連通するものであれば、どのような形状のものでも良、。

[0138] 上記実施形態のスパークプラグ 190を内燃機関に取り付け、圧力検出センサ 515 の出力を測定するとともに、同じ内燃機関に取り付けた標準としての圧力計 (キスラー社製)の出力と比較する試験を行ったところ、両者の出力波形が相対的に精度良く一致していることが確認できた。また、圧力検出センサ 515の出力のノイズレベルも低ぐ高い SZN比で高精度に燃焼圧を検出できることが確認できた。

[0139] 次、で、金具側嵌合部 9が絶縁碍子 2に及ぼす影響にっ、てシミュレーションした結果を示す。まず、主体金具 1、絶縁碍子 2、接続端子 4、ガラスシール 31の各部材の物性値を次の通り設定する。

主体金具：外径 Φ 9. Omm、圧入長さ 3. Omm、ヤング率 185GPa

絶縁碍子：外径 φ 8. Omm、内径 φ 3. Omm、ヤング率 300GPa

接続端子:絶縁碍子内に収容される部位の外径 Φ 2. 2mm、ヤング率 200GPa ガラスシール： 70GPa

[0140] このように設定した主体金具 1を絶縁碍子 2に圧入代 50 mにて圧入した場合において、（1)絶縁碍子 2のみの状態、（2)絶縁碍子 2の内孔にガラスシールが充填された状態、（3)金具側嵌合部 9が位置する軸線位置の内部に接続端子 4が挿入され、その空隙がガラスシールで充填されている状態、の 3状態において、金具側嵌合部 9が絶縁碍子 2に与える応力についてのシミュレーションを行った。その結果をそれぞれ図 43、 44、 45に示す。

[0141] 図 43では絶縁碍子 2の内孔が空間であるため、主体金具 1からカ卩わる応力によつて絶縁碍子 2が破壊するおそれがある一方、内孔がガラスシールで満たされて、る図 44、さらに接続端子 4が挿入されている図 45では、図 43に見られるような大きさの応力は見られない。これを図 43のタイプを基準に図 44、図 45のタイプを比率で示すと図 46のようになる。

[0142] このように金具側嵌合部 9におヽて絶縁碍子 2を圧入保持する部位は内部に接続端子 4が挿入されている箇所にて行うことが望ましい。また、この箇所における接続端子 4の外形は滑らかである方が応力が集中する箇所が少ないことから、この箇所の接続端子外表面にはねじやローレット等の凹凸が形成されていないようにすることが好ましい。

[0143] 以上において、本発明を実施形態に即して説明した力本発明は上記実施形態等に限定されるものではなぐその要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、本実施形態に記載した L字形状の接地電極 10の他、複数の接地電極を組み合わせたもの、さらには一般に沿面放電タイプと呼ばれるもののひとつである主体金具の先端部が火花放電電極を兼ねるタイプであってもよい

産業上の利用可能性

本発明のスパークプラグは、自動車産業の分野等で利用することができる。したがつて、産業上の利用可能性を有する。

Claims

請求の範囲

[1] 軸線方向に延在する中心電極と、該中心電極を保持する円筒状の絶縁碍子と、先端部に接地電極を備え機関取り付けのための工具係合部を有する円筒状の主体金具と、を備えたスパークプラグであって、

前記主体金具は、

前記工具係合部よりも後端側の一部位を金具側嵌合部とし、当該金具側嵌合部を以て前記絶縁碍子を絞まり嵌め状態にて径方向に保持することを特徴とするスパークプラグ。

[2] 請求項 1記載のスパークプラグにおいて、

前記金具側嵌合部において前記絶縁碍子と前記主体金具とが密接していることを特徴とするスパークプラグ。

[3] 請求項 1記載のスパークプラグにおいて、

前記絶縁碍子の内部に接続端子が挿入されるとともに、前記絶縁碍子と前記接続端子との間にガラスシールが充填されて!、る軸線方向部位にて前記金具側嵌合部に前記絶縁碍子が絞まり嵌め状態とされていることを特徴とするスパークプラグ。

[4] 請求項 1記載のスパークプラグにおいて、

前記絶縁碍子が前記金具側嵌合部にて圧入により保持され、当該絶縁碍子の前記金具側嵌合部に当接する部分のうち少なくともその先端側を後端側よりも径小とする圧入導入部が設けられていることを特徴とするスパークプラグ。

[5] 請求項 4記載のスパークプラグにおいて、

前記圧入導入部をテーパーとし、そのテーパーが前記軸線に対してなすテーパー角を 1〜5度とすることを特徴とするスパークプラグ。

[6] 請求項 4記載のスパークプラグにおいて、

前記金具側嵌合部の内側部分に、後端側に前記絶縁碍子を圧入した状態で当該絶縁碍子と接触状態とされる当接部が形成され、当該金具側嵌合部の先端側には前記絶縁碍子が圧入された状態で当該絶縁碍子と非接触となる抜け部が形成されて、ることを特徴とするスパークプラグ。

[7] 請求項 1記載のスパークプラグにおいて、前記主体金具は、 Fe又は Niを主成分とし、 Cr含有率が 11. 5mass%〜26mass %の材料カゝら構成され、少なくとも表面の一部に厚さが 5nm以上の酸ィ匕膜が形成されて、ることを特徴とするスパークプラグ。

[8] 請求項 1記載のスパークプラグにおいて、

前記主体金具の内側部分であって、前記金具側嵌合部に隣接する先端側部位に前記酸ィ匕膜が形成されていることを特徴とするスパークプラグ。

[9] 請求項 1記載のスパークプラグであって、

前記金具側嵌合部の肉厚 Tと、前記金具側嵌合部と前記工具係合部との間の肉厚 tが、 t<Tの関係を満たすことを特徴とするスパークプラグ。

[10] 請求項 1記載のスパークプラグであって、

前記主体金具は、少なくとも前記工具係合部よりも先端側に、機関取り付け時に当該機関と直接当接されて気密を保持する座面であって外周側が内周側より先端側に位置する傾斜面状の座面を形成する金具中胴部を備えることを特徴とするスパークプラグ。

[11] 請求項 10記載のスパークプラグにおいて、

前記座面を前記軸線を含む断面でみたときに当該座面の内周側基点と外周側基点とを結ぶ線分が軸線に垂直な直線に対してなす挟角力 10〜 15度とされていることを特徴とするスパークプラグ。

[12] 請求項 10記載のスパークプラグにおヽて、

前記ねじ部の外径が 8mm以下であり、前記金具中胴部の外径が前記ねじ部より大、かつ、前記工具係合部の最小外径が前記金具中胴部の外径より大で 11mm以下とされて、ることを特徴とするスパークプラグ。

[13] 請求項 1記載のスパークプラグにおヽて、

前記金具側嵌合部において絶縁碍子が圧入により保持されており、

前記主体金具の少なくとも前記金具側嵌合部のビッカース硬度が 180〜500の範囲内であることを特徴とするスパークプラグ。

[14] 請求項 1記載のスパークプラグにおヽて、

前記主体金具の前記金具側嵌合部の最小肉厚が 0. 25mm以上であることを特徴とするスパークプラグ。

[15] 請求項 1記載のスパークプラグにおヽて、

前記主体金具の前記金具側嵌合部との嵌合部分の前記絶縁碍子の肉厚が、 lm m以上であることを特徴とするスパークプラグ。

[16] 請求項 1記載のスパークプラグにおヽて、

前記絶縁碍子を前記主体金具の前記金具側嵌合部から引き抜いた後の前記絶縁碍子の外形を dl、前記金具側嵌合部の内径を d2とした時、 dl— d2の値力〜200 μ mの範囲内であることを特徴とするスパークプラグ。

[17] 請求項 1記載のスパークプラグにおいて、

前記絶縁碍子を前記主体金具の前記金具側嵌合部に圧入する前の前記絶縁碍子の外形を Dl、前記金具側嵌合部の内径を D2とした時、 D1— D2の値力〜300 μ mの範囲内であることを特徴とするスパークプラグ。

[18] 請求項 1記載のスパークプラグにおヽて、

機関に取り付けた際に当該機関との間で気密封止面を形成する前記主体金具の座面と前記主体金具の先端との間で、前記絶縁碍子及び前記主体金具とは別部品として構成された他部材を介して間接的に前記絶縁碍子から前記主体金具へ放熱する放熱経路が形成されており、当該放熱経路は、 1つの前記他部材の前記絶縁碍子の縦断面における軸方向に離間した位置に、少なくとも 2箇所設けられていることを特徴とするスパークプラグ。

[19] 請求項 18記載のスパークプラグにおいて、

前記放熱経路は前記主体金具と前記絶縁碍子との間に介挿されたリング状部材によって形成されており、前記リング状部材が弹性的に前記主体金具の内面と前記絶縁碍子の外面に接触するよう構成されたことを特徴とするスパークプラグ。

[20] 請求項 19記載のスパークプラグにおいて、

前記リング状部材は、前記絶縁碍子を前記主体金具に組み付ける際に、組み付ける軸力

によって径方向に変形するよう構成されたことを特徴とするスパークプラグ。

[21] 請求項 19記載のスパークプラグにおいて、前記主体金具の内側部には内側に向けて突出する金具側段部が設けられ、前記絶縁碍子の外側部には外側に向けて突出する碍子側段部が設けられ、これらの金具側段部と碍子側段部とによって前記リング状部材が押圧された状態で支持されることを特徴とするスパークプラグ。

[22] 請求項 1記載のスパークプラグであって、

前記絶縁碍子の周方向の一部に、軸方向に沿って円柱状の絶縁碍子の一部を切り欠いた形状のガス抜き部が形成され、当該ガス抜き部は、通常時には前記主体金具内に位置し、前記絶縁碍子が前記金具側嵌合部から抜ける方向に移動すると前記ガス抜き部が前記主体金具の外側に露出して前記主体金具の内部と外部とを連通するよう構成されていることを特徴とするスパークプラグ。

[23] 請求項 22記載のスパークプラグであって、

前記ガス抜き部は、当該ガス抜き部と周囲との境界部が曲線状になるよう形成されてい

ることを特徴とするスパークプラグ。

[24] 請求項 1記載のスパークプラグであって、

前記主体金具に形成された前記金具側嵌合部よりも後端側に当該金具側嵌合部の肉厚よりも薄肉の薄肉部を介して径方向内向きに突出する環状の内方突出部が形成され、当該内方突出部よりも軸方向先端側に前記内方突出部の口径よりも径大の絶縁碍子後端向き端面が形成されることにより抜け防止機構が構成されていることを特徴とするスパークプラグ。

[25] 請求項 24記載のスパークプラグであって、

前記絶縁碍子後端向き端面が軸線方向となす鈍角 Θ 1に対して前記内方突出部の先端向き端面が軸線方向となす鈍角 Θ 2が大きくなるように形成されるとともに、当該内方突出部の内周径が後方に向けて拡径するように形成された前記主体金具を、前記主体金具の後端部を径方向内向きに加締めて、前記抜け防止機構が構成されることを特徴とするスパークプラグ。

[26] 請求項 24記載のスパークプラグであって、

前記主体金具の外周面のうち、前記薄肉部が位置する軸線方向位置に全周にわたって溝が形成されていることを特徴とするスパークプラグ。

[27] 請求項 2記載のスパークプラグであって、

前記金具側嵌合部より先端側において、前記主体金具に設けられ、内燃機関の燃焼圧に応じて生じる前記主体金具の変形量を計測し、その変形量に基づいて前記燃焼圧を検出する圧力検出センサを備えたことを特徴とするスパークプラグ。

[28] 請求項 27記載のスパークプラグであって、

前記主体金具は、内燃機関に取り付けた際に当該内燃機関と当接される取り付け座面を備え、該取り付け座面より後端側に前記圧力検出センサが設けられていることを特徴とするスパークプラグ。

[29] 請求項 27記載のスパークプラグにおヽて、

前記工具係合部は、径方向の肉厚が他の工具係合部の部位より薄くなる圧力検出センサ配置部を備え、当該圧力検出センサ配置部の少なくとも一部に前記圧力検出センサを配置したことを特徴とするスパークプラグ。

[30] 請求項 27記載のスパークプラグにおヽて、

前記圧力検出センサの配置位置より先端側の前記主体金具内に、当該主体金具の内周面と前記絶縁碍子の外周面とに接触する放熱部品を備え、前記放熱部品は、軸方向先端側と後端側を連通する連通部を有することを特徴とするスパークプラグ