JP5204862B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用のスパークプラグに関するものである。

ガソリンエンジンなどの内燃機関の点火に使用されるスパークプラグは、棒状の中心電極と、略筒状の外観形状を有し、中心電極を内挿して支持する絶縁碍子と、略筒状の外観形状を有し、絶縁碍子を内挿して支持する主体金具と、主体金具の先端面に取り付けられ、中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えている。

主体金具を絶縁碍子に組み付ける際に、加締め処理が行われる。加締め処理とは、中心電極を組み付けた絶縁体を主体金具の貫通孔に挿入した後に行われる処理であり、主体金具の後端側の部位（接地電極が取付けられた端面とは反対の面側）を内面側（絶縁体側）に加締めることにより、主体金具を絶縁体に固定する処理である（特許文献１）。この加締め処理により、主体金具において、加締められた後端側の部位（以下「加締め部」と呼ぶ）に加えて、加締め部とは異なる位置に変形した部位（以下「変形部」と呼ぶ）が生じる。

特開２００２−１８４５５２号公報

加締め処理の後、主体金具における残留応力は前述の変形部に集中するため、変形部が腐食すると、残留応力により応力腐食割れが発生して破断するおそれがあった。特に、変形部において、主体金具の内周部分は腐食が起こり易く、この部分から割れが発生するおそれがある。主体金具の内周部分の腐食は、主体金具の内周と、絶縁碍子の外周と、加締め部と、主体金具と絶縁碍子との隙間をシールするためのパッキンと、で囲まれた略気密の空間において、スパークプラグの設置環境の温度変化（内燃機関の運転及び停止の繰り返しによる寒暖の繰り返し）により生じた結露や、先端側において主体金具内周部分へのメッキが施されにくいこと等に起因する。

本発明は、主体金具の内周と絶縁碍子の外周と加締め部とパッキンとで囲まれた空間において、主体金具の腐食を抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
略筒状に形成され、前記軸線方向に延びる貫通孔を有し、前記中心電極を前記貫通孔の先端側に備えるとともに、先端側に行くにつれ径が縮小する支持部を有する絶縁碍子と、
略筒状に形成され、前記絶縁碍子を内挿し、自身の内周に形成された段部に前記支持部が後端側から係止された状態で、前記絶縁碍子を保持する主体金具と、
前記支持部と前記段部との間に密着して介在する環状のパッキンと、を備え、
前記主体金具の後端部が加締められて、加締め部が形成されることで前記絶縁碍子と前記主体金具が組付けられたスパークプラグであって、
前記パッキンと前記加締め部と前記絶縁碍子の外周と前記主体金具の内周との間に形成された空間において前記主体金具に接して配置され、前記主体金具よりも標準電極電位が低い部材を含む１つ以上の犠牲防食部を備える、スパークプラグ。

適用例１のスパークプラグでは、パッキンと加締め部と絶縁碍子の外周と主体金具の内周との間に形成された空間において主体金具に接して配置され、主体金具よりも標準電極電位が低い部材を含む１つ以上の犠牲防食部を備えるので、この犠牲防食部材が犠牲的に腐食することにより、前述の空間における主体金具の腐食を抑制することができる。

［適用例２］請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
前記パッキンの前記空間に面する部分が犠牲防食部として構成されている、スパークプラグ。

このような構成により、犠牲防食部として他の部材とは異なる独立した部材として構成する場合に比べて、部品点数を減らすことができ、スパークプラグの製造コストを抑えることができる。

［適用例３］請求項１または請求項２に記載のスパークプラグにおいて、
前記主体金具は、外周方向に張り出した変形部を有し、
前記犠牲防食部のうち、少なくとも１つの犠牲防食部は、前記変形部よりも、前記軸線方向先端側に配置されている、スパークプラグ。

結露等により生じた水分は、主体金具の内周と、絶縁碍子の外周と、加締め部と、先端側において主体金具と絶縁碍子との隙間をシールするためのパッキンと、で囲まれた略気密の空間の先端側にたまることが多いが、このような構成により、変形部よりも軸線方向後端側に犠牲防食部を配置する構成に比べて、主体金具の腐食をより抑制することができる。

［適用例４］請求項３に記載のスパークプラグにおいて、
前記犠牲防食部を複数備え、少なくとも１つの犠牲防食部は、前記変形部よりも、前記軸線方向後端側に配置されている、スパークプラグ。

このような構成により、変形部を挟んで軸線方向先端側及び軸線方向後端側のいずれにも犠牲防食部を配置することができるので、いずれか一方のみに犠牲防食部を配置する構成に比べて変形部の腐食をより抑制することができる。

［適用例５］請求項３または請求項４に記載のスパークプラグにおいて、
前記犠牲防食部は、いずれも前記空間において前記変形部から前記軸線方向に沿った距離が５ｍｍ以下となる位置に配置されている、スパークプラグ。

このような構成により、犠牲防食部が空間において変形部から軸線方向に沿った距離が５ｍｍよりも長い位置に配置される構成に比べて、変形部により近い位置に犠牲防食部を配置できるので、変形部の腐食をより抑制することができる。

［適用例６］請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
前記犠牲防食部のうち、少なくとも１つの犠牲防食部は、前記軸線方向に見た場合に、前記空間において前記絶縁碍子の外周に沿って環状に配置されている、スパークプラグ。

このような構成により、少なくとも１つの犠牲防食部は、軸線方向から見た場合に、空間において絶縁碍子の外周に沿って環状に配置されているので、変形部のいずれの部分においても、近傍に犠牲防食部が配置された構成とすることができる。したがって、環状に配置しない構成に比べて、主体金具の腐食をより抑制することができる。

［適用例７］請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
各犠牲防食部に含まれる前記主体金具よりも標準電極電位が低い部材の重量は、１０ｍｇ以上である、スパークプラグ。

このような構成により、犠牲防食部に含まれる主体金具よりも標準電極電位が低い部材の重量が１０ｍｇよりも小さい構成に比べて、主体金具の腐食をより抑制することができる。なお、主体金具よりも標準電極電位が低い部材の重量が１０ｍｇよりも低い構成としては、例えば、主体金具よりも標準電極電位が低い部材が、主体金具の内周に塗布（めっき）された構成が想定され得る。

［適用例８］請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
前記主体金具の主成分は鉄であり、
前記主体金具よりも標準電極電位が低い部材の主成分は亜鉛である、スパークプラグ。

このような構成により、亜鉛を主成分として犠牲防食部を構成できるので、犠牲防食部の製造コストを抑えることができる。

［適用例９］請求項３に記載のスパークプラグにおいて、
前記変形部は、前記主体金具が前記絶縁碍子の外周に熱加締め固定される際に変形して、前記主体金具の外周方向及び内周方向のいずれにも張り出している、スパークプラグ。

このような構成により、主体金具が亜鉛よりも標準電極電位が高い部材（例えば、鉄）で構成されているケースでは、比較的融点の低い亜鉛により主体金具をめっきすることができない。したがって、このようなケースでは、主体金具は腐食し易いため、犠牲防食部を設けることにより、主体金具の腐食をより抑制することができる。

［適用例１０］請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
前記主体金具は、前記主体金具よりも標準電極電位が高い材料を主成分とする材料によりメッキされている、スパークプラグ。

このような構成により、メッキによっては主体金具の腐食を抑制できない場合であっても、犠牲防食部を設けることにより、主体金具の腐食を抑制することができる。

［適用例１１］請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
前記主体金具は、外周方向に張り出した変形部を有し、
前記変形部における前記軸線方向と垂直な断面のうち、最も面積の小さな断面の面積は、２７ｍｍ^２以下である、スパークプラグ。

このような構成により、変形部における軸線方向と垂直な断面のうち、最も面積の小さな断面の面積が２７ｍｍ^２以下であるような比較的小さなスパークプラグであるために、主体金具の腐食割れが発生し易いスパークプラグにおいて、主体金具の腐食を抑制することができる。

本発明の一実施形態としてのスパークプラグの構造を示す要部断面図である。 図１に示す犠牲防食部の設置箇所を拡大して示す説明図である。 図１におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。 第１の評価試験に用いたスパークプラグのサンプルを示す説明図である。 第１の評価試験の試験結果を示す説明図である。 第２の評価試験に用いたスパークプラグのサンプルを示す説明図である。 第２の評価試験の試験結果を示す説明図である。 第３の評価試験の試験結果を示す説明図である。 第４の評価試験において各サンプルの変形部の最小断面積を示す説明図である。 第４の評価試験の試験結果を示す説明図である。 変形例１におけるスパークプラグの構造を示す要部断面図である。

Ａ．実施形態：
Ａ１．スパークプラグの構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのスパークプラグの構造を示す要部断面図である。図１では、スパークプラグ１００の軸心である軸線ＣＸを境界として、右側にスパークプラグ１００の外観形状を図示し、左側にスパークプラグ１００の断面形状を示している。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、パッキン６０と、犠牲防食部７０とを備える。なお、スパークプラグ１００の軸線ＣＸ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。

中心電極１０は、軸線ＣＸに沿った方向（軸線方向ＸＤ）に延びる棒状の電極であり、有底筒状に成形された電極母材１２の内部に、電極母材１２よりも熱伝導性に優れる芯材１４が埋設された構成を有する。中心電極１０は、例えば、インコネル（登録商標）などのニッケルを主成分とするニッケル合金により形成することができる。中心電極１０は、電極母材１２の先端が絶縁碍子２０の先端から露出する状態で絶縁碍子２０に固定され、シール体１６、セラミック抵抗１７、シール体１８、端子金具１９を介して絶縁碍子２０の他端と電気的に接続されている。

絶縁碍子２０は、中心電極１０のうち、先端側部分を除く他の部分を囲むように配置された略筒状の絶縁体である。絶縁碍子２０は、例えば、アルミナを始めとする絶縁性セラミックス材料を焼成して形成することができる。絶縁碍子２０は、中心電極１０が露出する側（軸線方向ＸＤ先端側）から軸線ＣＸに沿って順に、脚長部２２と、第１段部２７と、第１碍子胴部２４と、碍子鍔部２５と、第２碍子胴部２６とを備えている。脚長部２２は、軸線方向ＸＤ先端側に向けて外径が小さくなる筒状の部位である。第１碍子胴部２４は、脚長部２２よりも大きな外径を有する筒状の部位である。第１段部２７は、脚長部２２と第１碍子胴部２４との境界の段差部分である。碍子鍔部２５は、第１碍子胴部２４よりも更に大きな外径を有する筒状の部位である。第２碍子胴部２６は、碍子鍔部２５よりも小さな外径を有する筒状の部位であり、主体金具３０と端子金具１９との間に十分な絶縁距離を確保する。

主体金具３０は、絶縁碍子２０の中央部分の外周に配置され、熱加締めによって絶縁碍子２０に固定されている。本実施形態において、主体金具３０は、ニッケルメッキされた低炭素鋼により形成されている。なお、熱加締めの処理が行われるため、例えば、融点の比較的低い亜鉛はメッキ材としては用いられない。主体金具３０は、軸線方向ＸＤ先端側から軸線ＣＸに沿って順に、端面３１と、取付ネジ部３２と、胴部３４と、変形部３５と、工具係合部３６と、加締部３８とを備える。

端面３１は、取付ネジ部３２の先端に形成された中空円状の面であり、接地電極４０が接合されている。端面３１の中央部分からは、絶縁碍子２０の脚長部２２に囲まれた中心電極１０（電極母材１２）が露出している。取付ネジ部３２は、エンジンヘッド２００の取付ネジ孔２１０に螺合するネジ山を外周に有する円筒状の部位である。主体金具３０の内周において取付ネジ部３２に対応する位置には、内周方向に突出した第２段部３３が形成されている。この第２段部３３に絶縁碍子２０の第１段部２７が対応するように、絶縁碍子２０が配置されることにより、主体金具３０は、第２段部３３に絶縁碍子２０（第１碍子胴部２４）が後端側から係止された状態で、絶縁碍子２０を保持することができる。

胴部３４は、変形部３５よりも外周方向に張り出した鍔状部であり、エンジンヘッド２００に向けてガスケット５０を圧縮する。変形部３５は、主体金具３０を絶縁碍子２０に熱加締めにより固定する際に、圧縮加工により外周方向及び内周方向に張り出すように変形した部位である。この変形部３５には、熱加締め後の残留応力が集中している。工具係合部３６は、変形部３５に隣接して設けられ、変形部３５よりも外周方向に張り出した鍔状部であり、スパークプラグ１００をエンジンヘッド２００に取り付けるための工具（図示しない）に係合する多角形状に成形されている。本実施例では、工具係合部３６は六角形状であるが、他の実施形態において、四角形や八角形など他の多角形であっても良い。本実施形態において、スパークプラグ１００は、外径が呼び径でＭ１０のプラグであり、工具係合部３６において対向する辺同士の間の距離は１１．８ｍｍ（約１２ｍｍ）である。しかしながら、かかる構成に限定されるものではなく、他の実施形態において、他の大きさのスパークプラグ（例えば、工具係合部３６において対向する辺同士の間の距離が９ｍｍ、１０ｍｍまたは１１ｍｍなど、１２ｍｍよりも小さいスパークプラグや、１４ｍｍや１６ｍｍなど、１２ｍｍよりも大きいスパークプラグ）を採用することもできる。加締部３８は、工具係合部３６に隣接して設けられ、主体金具３０を絶縁碍子２０に熱加締めによって固定する際に、絶縁碍子２０の第２碍子胴部２６に密着するように塑性加工された部位である。

接地電極４０は、溶接によって主体金具３０に接合され、主体金具３０と電気的に接続されている。接地電極４０は、例えば、インコネル（登録商標）などのニッケルを主成分とするニッケル合金により形成することができる。接地電極４０は、主体金具３０との接続箇所から軸線ＣＸと交差する方向に屈曲し、接地電極４０の先端が中心電極１０と対向するように配置されている。接地電極４０の先端には貴金属チップ４１が接合されており、この貴金属チップ４１と、中心電極１０（電極母材１２）との間には、火花を発生させる隙間である火花ギャップが形成されている。なお、本実施形態では接地電極４０の先端に貴金属チップ４１が接合されているが、これに限られず接地電極４０の先端に貴金属チップ４１が接合されていなくともよい。その場合は、接地電極４０と、中心電極１０（電極母材１２）との間で、火花を発生させる隙間である火花ギャップが形成される。

パッキン６０は、環状の外観構成を有し、絶縁碍子２０の第１段部２７と主体金具３０の第２段部３３との間に密着して介在し、先端側において絶縁碍子２０と主体金具３０との間の気密を確保する。本実施形態において、パッキン６０は、低炭素鋼により形成されている。なお、加締部３８は、後端側において、絶縁碍子２０と主体金具３０との間の気密を確保する。したがって、絶縁碍子２０の外周と主体金具３０の内周とパッキン６０と加締部３８との間には、気密性の確保された狭い空間が形成される。

図２は、図１に示す犠牲防食部の設置箇所を拡大して示す説明図である。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面を示す断面図である。図２では、図１と異なり、左右ともに断面形状を示している。図２，３に示すように、犠牲防食部７０は、環状の外観形状を有し、絶縁碍子２０（第１碍子胴部２４）の外周に沿って配置されている。具体的には、絶縁碍子２０（第１碍子胴部２４）には、外周に沿った溝７１が形成されており、犠牲防食部７０は、この溝７１に嵌めこまれている。なお、接着剤により犠牲防食部７０を溝７１に固定して配置することもできる。犠牲防食部７０は、絶縁碍子２０の外周Ｓｆ１と主体金具３０の内周Ｓｆ２とパッキン６０と加締部３８との間に形成された空間ＡＲ１に配置され、主体金具３０の内周Ｓｆ２に接している。

犠牲防食部７０は、主体金具３０よりも標準電極電位が低い部材により形成されている。これは、主体金具３０よりも標準電極電位が低い（すなわち、イオン化傾向の大きい）部材で形成することにより犠牲的に腐食して、主体金具３０が腐食することを抑制するためである。具体的には、本実施形態において、犠牲防食部７０は、主体金具３０の主成分である鉄（標準電極電位：−０．４２６Ｖ）よりも標準電極電位の低い亜鉛（標準電極電位：−０．７６２Ｖ）の無垢材により構成されている。

スパークプラグ１００がエンジンヘッド２００に取付けられると、温度環境が大きく変化し得る。すなわち、エンジンが運転されるとスパークプラグ１００は高温となり、エンジンが停止するとスパークプラグ１００は低温となる。そして、スパークプラグ１００の温度が低温（例えば、氷点下）となると、空間ＡＲ１において結露する可能性が高い。この場合、空間ＡＲ１において、主体金具３０の内周Ｓｆ２が腐食する（サビが発生する）おそれがある。腐食が発生すると、腐食した箇所において主体金具３０に割れが発生する可能性が高い。特に、主体金具３０において、熱加締め時の加熱により組成が変化すると共に残留応力が集中する箇所である変形部３５において腐食が発生すると、かかる部分において割れが発生する可能性が高い。しかしながら、本実施形態では、空間ＡＲ１に犠牲防食部７０を設けることにより、空間ＡＲ１における主体金具３０の腐食を抑制するようにしている。

なお、前述の第１碍子胴部２４及び第１段部２７は、請求項における支持部に相当する。また、第２段部３３は、請求項における段部に相当する。

Ｂ．実施例：
上記実施形態の構成を備えるサンプルを作成し、耐応力腐食割れ性試験に関する評価試験として、犠牲防食部の有無の影響及び配置位置の耐応力腐食割れ性への影響を評価する試験（第１の評価試験）と、犠牲防食部の詳細な配置位置の耐応力腐食割れ性への影響を評価する試験（第２の評価試験）と、犠牲防食部の形状（完全な環状であるか否か）の耐応力腐食割れ性への影響を評価する試験（第３の評価試験）と、変形部３５の大きさの耐応力腐食割れ性への影響を評価する試験（第４の評価試験）とを行った。

Ｂ１．第１の評価試験：
図４は、第１の評価試験に用いたスパークプラグのサンプルを示す説明図である。図４において、最も左のスパークプラグは、比較例としての従来のスパークプラグを示す。また、図４において、左から２番目のスパークプラグはサンプルＳ１を、左から３番目のスパークプラグはサンプルＳ２を、最も右のスパークプラグはサンプルＳ３を、それぞれ示す。

比較例のスパークプラグは、犠牲防食部７０（及び溝７１）が無い点において、図１に示す本実施例のスパークプラグ１００と異なり、他の構成はスパークプラグ１００と同じである。サンプルＳ１では、犠牲防食部７０は、変形部３５（変形部３５における最も先端側の位置）から軸線ＣＸに沿って先端側に５ｍｍの位置に配置されている。サンプルＳ２では、犠牲防食部７０は、変形部３５（変形部３５における最も後端側の位置）から軸線ＣＸに沿って後端側に５ｍｍの位置に配置されている。サンプルＳ３では、２つの犠牲防食部７０ａ，７０ｂが配置されている。具体的には、サンプルＳ３において、第１犠牲防食部７０ａは、変形部３５（変形部３５における最も先端側の位置）から軸線ＣＸに沿って先端側に５ｍｍの位置に配置されている。また、サンプルＳ３において、第２犠牲防食部７０ｂは、変形部３５（変形部３５における最も後端側の位置）から軸線ＣＸに沿って後端側に５ｍｍの位置に配置されている。なお、犠牲防食部７０，７０ａ，７０ｂの質量は、いずれのサンプル及び比較例においても１００ｍｇであった。

これら比較例のスパークプラグ、およびサンプルＳ１〜Ｓ３について、それぞれ２０本ずつ用意して、腐食液（硝酸カルシウム四水和物：６０％，硝酸アンモニウム溶液：３％）にそれぞれ投入し、２４時間後に取り出して、応力腐食割れ（クラック）の発生した本数をカウントして評価を行った。

図５は、第１の評価試験の試験結果を示す説明図である。図５では、サンプルＳ１〜Ｓ３及び比較例の各スパークプラグについて、クラックの発生したスパークプラグの合計本数と、クラックの発生率とを示している。

図５に示すように、犠牲防食部を備えていない比較例のスパークプラグでは、２０本中１８本のスパークプラグにおいてクラックが発生しており、発生率は９０％と非常に高い。これに対して、サンプルＳ１では、発生したクラックの本数は１本であり、発生率は５％と非常に低かった。また、サンプルＳ２では、発生したクラックの本数は４本であり、発生率は２０％と非常に低かった。そして、サンプルＳ３では、クラックは発生せず、したがって、発生率は０％であった。

これらの試験結果によると、少なくとも１つの犠牲防食部を空間ＡＲ１に設けることにより、犠牲防食部を設けない構成に比べて、主体金具３０におけるクラックの発生を抑制できる。加えて、犠牲防食部７０を、変形部３５よりも先端側に配置する構成では、後端側に配置する構成に比べてクラックの発生を抑制することができる。また、変形部３５を挟んで、先端側と後端側とのいずれにも犠牲防食部を設けることにより、いずれか一方にのみ犠牲防食部を設ける構成に比べて、クラックの発生をより抑制することができる。

Ｂ２．第２の評価試験：
図６は、第２の評価試験に用いたスパークプラグのサンプルを示す説明図である。図６において、最も左のスパークプラグは、サンプルＳ４を示す。また、左から２番目のスパークプラグはサンプルＳ５を、左から３番目のスパークプラグはサンプルＳ６を、左から４番目のスパークプラグはサンプルＳ７を、最も右のスパークプラグはサンプルＳ８を、それぞれ示す。

サンプルＳ４〜Ｓ８において、犠牲防食部７０は、いずれも変形部３５よりも先端側に（変形部３５における最も先端側の位置よりも先端側に）配置されている。これらサンプルＳ４〜Ｓ８及び前述のサンプルＳ１は、いずれも犠牲防食部７０の配置位置が異なり、他の構成は互いに同じである。具体的には、サンプルＳ４は、変形部３５における最も先端側の位置から軸線ＣＸに沿って先端側に１５ｍｍの位置に配置されている。また、サンプルＳ５は変形部３５における最も先端側の位置から軸線ＣＸに沿って先端側に１０ｍｍの位置に、サンプルＳ６は変形部３５における最も先端側の位置から軸線ＣＸに沿って先端側に７ｍｍの位置に、サンプルＳ７は変形部３５における最も先端側の位置から軸線ＣＸに沿って先端側に４ｍｍの位置に、サンプルＳ８は変形部３５における最も先端側の位置から軸線ＣＸに沿って先端側に３ｍｍの位置に、それぞれ配置されている。なお、犠牲防食部７０の質量は、いずれのサンプルにおいても１００ｍｇであった。

これらサンプルＳ４〜Ｓ８及びＳ１について、それぞれ２０本ずつ用意して、腐食液（硝酸カルシウム四水和物：６０％，硝酸アンモニウム溶液：３％）にそれぞれ投入し、２４時間後に取り出して、応力腐食割れ（クラック）の発生した本数をカウントして評価を行った。

図７は、第２の評価試験の試験結果を示す説明図である。図７では、サンプルＳ４〜Ｓ８，Ｓ１の各スパークプラグについて、変形部３５における最も先端側の位置から軸線ＣＸに沿った距離Ｈ（ｍｍ）と、クラックの発生したスパークプラグの合計本数と、発生率とを示している。

図７に示すように、変形部３５からの距離Ｈが最も長いサンプルＳ４では、クラック発生本数は６本であり発生率は３０％であった。サンプルＳ５（Ｈ：１０ｍｍ）ではクラック発生本数は５本であり発生率は２５％であった。サンプルＳ６（Ｈ：７ｍｍ）ではクラック発生本数は３本であり発生率は１５％であった。サンプルＳ１（Ｈ：５ｍｍ），サンプルＳ７（Ｈ：４ｍｍ），サンプルＳ８（Ｈ：３ｍｍ）では、いずれもクラック発生本数は１本であり発生率は５％であった。

これらの試験結果によると、距離Ｈが５ｍｍよりも長いサンプルＳ４〜Ｓ６では、距離Ｈが長いほど、クラック発生率が高くなる。また、距離Ｈが５ｍｍ以下のサンプルＳ１，Ｓ７，Ｓ８では、クラック発生率は５％と非常に低く、距離Ｈが５ｍｍよりも長いサンプルＳ４〜Ｓ６に比べてクラック発生率が非常に抑えられている。すなわち、犠牲防食部７０を、変形部３５における最も先端側の位置から軸線ＣＸに沿って先端側に５ｍｍ以内に配置することにより、５ｍｍ以上離れた位置に配置する構成に比べて、クラックの発生をより抑制することができる。これは、クラックが発生し易い変形部３５により近い位置に犠牲防食部７０を配置することにより、変形部３５における腐食をより抑制でき、応力腐食割れ（クラック）をより抑制できるからであると推測される。

Ｂ３．第３の評価試験：
第３の評価試験では、犠牲防食部７０の形状が環状でないサンプル（図１〜３に示す犠牲防食部７０の円周方向に沿った一部が欠けているサンプル）Ｓ９を作成し、このサンプルＳ９と、前述のサンプルＳ１（犠牲防食部７０の形状が環状であるサンプル）とを、用いて耐応力腐食割れ性を評価した。具体的には、サンプルＳ１，Ｓ９のそれぞれ２０本ずつ用意して、腐食液（硝酸カルシウム四水和物：６０％，硝酸アンモニウム溶液：３％）にそれぞれ投入し、２４時間後に取り出して、応力腐食割れ（クラック）の発生した本数をカウントして評価を行った。なお、サンプルＳ１とサンプルＳ９とは、犠牲防食部の形状を除く他の構成は、互いに同じであった。

図８は、第３の評価試験の試験結果を示す説明図である。図８では、サンプルＳ１，Ｓ９の各スパークプラグについて、クラックの発生したスパークプラグの合計本数と、クラックの発生率とを示している。

図８に示すように、犠牲防食部が環状でないサンプルＳ９では３本のスパークプラグにおいてクラックが発生しており、発生率は１５％であった。これに対して、犠牲防食部７０が環状であるサンプルＳ１では１本のスパークプラグにおいてのみクラックが発生しており、発生率は５％であった。これらの試験結果によると、犠牲防食部７０を環状に形成する構成では、環状でない形状に形成する構成に比べて、主体金具３０におけるクラックの発生を抑制できる。これは、変形部３５は、主体金具３０の円周方向に沿って環状に形成されているため、犠牲防食部７０を環状とすることにより、変形部３５のいずれの部分においても、近傍に犠牲防食部７０が配置されるので腐食が抑制されるからであると推測される。

Ｂ４．第４の評価試験：
第４の評価試験では、犠牲防食部７０を有し変形部３５の大きさが異なる複数のサンプルと、犠牲防食部７０を有さず変形部３５の大きさが異なる複数のサンプルとを作成し、各サンプルについての耐応力腐食割れ性を評価した。具体的には、まず、いずれも犠牲防食部７０を有するサンプルであって、変形部３５の最小断面積（軸線方向ＸＤと垂直な断面のうち、最も面積の小さい断面の面積）が１６．０ｍｍ^２のサンプルＳ１０と、変形部３５の最小断面積が１９．６ｍｍ^２のサンプルＳ１１と、変形部３５の最小断面積が２３．７ｍｍ^２のサンプルＳ１２と、変形部３５の最小断面積が２７．０ｍｍ^２のサンプルＳ１３と、変形部３５の最小断面積が３０．０ｍｍ^２のサンプルＳ１４と、変形部３５の最小断面積が３２．２ｍｍ^２のサンプルＳ１５と、変形部３５の最小断面積が３４．２ｍｍ^２のサンプルＳ１６と、変形部３５の最小断面積が３７．３ｍｍ^２のサンプルＳ１７と、変形部３５の最小断面積が４１．１ｍｍ^２のサンプルＳ１８とを、それぞれ２０本ずつ用意した。同様に、いずれも犠牲防食部７０を有しないサンプルであって、変形部３５の最小断面積がサンプルＳ１０と同じサンプルＳ２０と、変形部３５の最小断面積がサンプルＳ１１と同じサンプルＳ２１と、変形部３５の最小断面積がサンプルＳ１２と同じサンプルＳ２２と、変形部３５の最小断面積がサンプルＳ１３と同じサンプルＳ２３と、変形部３５の最小断面積がサンプルＳ１４と同じサンプルＳ２４と、変形部３５の最小断面積がサンプルＳ１５と同じサンプルＳ２５と、変形部３５の最小断面積がサンプルＳ１６と同じサンプルＳ２６と、変形部３５の最小断面積がサンプルＳ１７と同じサンプルＳ２７と、変形部３５の最小断面積がサンプルＳ１８と同じサンプルＳ２８とを、それぞれ２０本ずつ用意した。そして、各サンプルＳ１０〜Ｓ２８（各２０本）を腐食液（硝酸カルシウム四水和物：６０％，硝酸アンモニウム溶液：３％）に投入し、２４時間後に取り出して、応力腐食割れ（クラック）の発生した本数をカウントして評価を行った。

図９は、第４の評価試験において各サンプルの変形部の最小断面積を示す説明図である。図９では、変形部３５の斜視図を模式的に表わしている。図１，９に示すように、変形部３５は、略筒状の外観形状を有し、両端部において肉薄であり、中央部において肉厚となっている。したがって、変形部３５における、軸線方向ＸＤと垂直な断面のうち、面積が最小の断面は、両端における断面Ｓｆ３，Ｓｆ４のいずれかとなる。

図１０は、第４の評価試験の試験結果を示す説明図である。図１０では、サンプルＳ１０〜Ｓ２８の各スパークプラグについて、クラックの発生したスパークプラグの合計本数を示すと共に、各断面積ごとに効果率を示している。ここで、効果率とは、犠牲防食部７０を有しないサンプルにおいてクラックの発生しなかった本数（良品の本数）に対する、犠牲防食部７０を有するサンプルにおいてクラックの発生しなかった本数（良品の本数）の割合を示す。

図１０に示すように、犠牲防食部７０を有しないサンプル（サンプルＳ２０〜Ｓ２８）では、最小断面積が大きくなるにしたがってクラック発生本数が減る傾向がある。換言すると、変形部３５がより大きくサンプルでは、耐応力腐食割れ性がより高い（すなわち、クラックが発生し難い）傾向にある。これは、変形部３５がより大きいほど、すなわち、変形部３５の厚みがより大きくなるほど、腐食が起こっても割れにくくなることを意味している。一方、犠牲防食部７０を有するサンプル（サンプルＳ１０〜Ｓ１８）では、最小断面積の大小に関わらず、いずれのサンプルにおいても、クラックは発生していない。したがって、効果率は、変形部３５がより小さいほどより高くなる傾向になる。具体的には、例えば、最小断面積が１６．０ｍｍ^２及び１９．６ｍｍ^２のサンプルの効果率は２０．０であるのに対し、最小断面積が３７．３ｍｍ^２及び４１．１ｍｍ^２のサンプルの効果率は１．３である。換言すると、変形部３５がより小さいスパークプラグほど、犠牲防食部７０を備えることによるクラック発生の抑制効果がより顕著となる。

以上の試験結果が示すように、空間ＡＲ１に犠牲防食部７０，７０ａ，７０ｂを配置することにより、配置しない構成に比べてクラックの発生をより抑制できる。加えて、変形部３５を挟んで先端側及び後端側のいずれにも犠牲防食部を配置することにより、いずれか一方のみに配置する構成に比べてクラックの発生をより抑制できる。また、犠牲防食部を１つのみ配置する場合には、変形部３５よりも先端側であって、軸線ＣＸに沿った距離が５ｍｍ以内であることが好ましい。また、犠牲防食部を環状に構成することが、環状としない構成に比べてより好ましい。また、変形部３５の大きさがより小さい場合、具体的には、変形部３５の最小断面積が２７ｍｍ^２以下の場合に、犠牲防食部を設けることにより、効果（クラック発生の抑制）をより大きくすることができる。また、スパークプラグ１００では、製造時に熱加締め処理が行われるため、融点の比較的低い亜鉛メッキは行われ得ない。したがって、スパークプラグ１００は、亜鉛メッキが施されたスパークプラグに比べて腐食が発生し易い。しかしながら、犠牲防食部７０，７０ａ，７０ｂを設けることにより、このように腐食が発生し易いスパークプラグ１００においても、腐食の発生を抑制することができる。

Ｃ．変形例：
なお、上記各実施形態及び実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１：
実施形態及び実施例では、主体金具３０は、熱加締めにより絶縁碍子２０に組みつけられていたが、熱加締めに代えて、冷間加締めを採用することもできる。図１１は、変形例１におけるスパークプラグの構造を示す要部断面図である。図１１に示す変形例１のスパークプラグ１００ａは、変形部３５ａの形状において、図１に示すスパークプラグ１００と異なり、他の構成はスパークプラグ１００と同じである。

冷間加締めにより主体金具３０を絶縁碍子２０に組み付けた場合、図１１に示すように、変形部３５ａは、外周方向にのみ張り出し、内周方向には張り出していない。したがって、変形部３５ａは、図１，９に示す変形部３５とは異なり、中央部と両端部とで厚みがほぼ同じとなっている。このような構成を有する１００ａは、上述した実施形態及び各実施例のスパークプラグ１００と同様な効果を有する。

なお、変形例１のスパークプラグ１００ａでは、冷間加締めを採用するために、融点の比較的低い亜鉛を用いて主体金具３０をメッキすることが可能となる。すなわち、犠牲防食部７０を設けずに、変形部３５の応力腐食を抑制することを目的として亜鉛メッキを行う構成も想定し得る。しかしながら、かかる構成では、メッキ浴に非常に長期間を要するためスパークプラグの製造期間が非常に長いという欠点や、メッキされた場合の空間ＡＲ１における亜鉛の総重量は、例えば１０ｍｇよりも小さく腐食の抑制効果が低い。これに対し、変形例１のスパークプラグ１００ａでは、空間ＡＲ１に犠牲防食部７０を配置するので、メッキする構成に比べてスパークプラグ１００ａの製造期間を短くすることができる。また、犠牲防食部７０の総重量が１００ｍｇと大きいため、腐食の抑制効果が高い。すなわち、一般には、犠牲防食部に含まれる部材であって、主体金具よりも標準電極電位が低い部材の重量が１０ｍｇ以上である犠牲防食部を、本発明のスパークプラグに採用することができる。

Ｃ２．変形例２：
実施形態及び実施例では、犠牲防食部７０，７０ａ，７０ｂは、いずれも亜鉛の無垢材であったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、アルミニウムやマグネシウムなど、主体金具３０よりも標準電極電位の低い任意の金属の無垢材を採用することができる。また、例えば、任意の金属（例えば、主体金具３０と同じ低炭素鋼）に、主体金具３０よりも標準電極電位の低い任意の金属（例えば、亜鉛）をメッキした部材を、犠牲防食部として採用することができる。

また、犠牲防食部７０，７０ａ，７０ｂは、いずれの環状の外観形状を有していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上述したサンプルＳ９のように、円周上の一部が欠けた環状の外観形状を採用することができる。また、絶縁碍子２０の外周にスパイラル状に巻きついた外観形状を採用することもできる。これらの外観形状（環状，一部の欠けた環状，スパイラル状）は、いずれも、軸線方向ＸＤに見た場合に、環状の外観形状となる。すなわち、一般には、軸線方向ＸＤに見た場合に、空間ＡＲ１において絶縁碍子２０の外周に沿って環状に配置されている任意の犠牲防食部を、本発明のスパークプラグに採用することができる。また、軸線方向ＸＤに見た場合に、環状の外観形状となる構成に限らず、他の外観形状を採用することもできる。具体的には、犠牲防食部を、薄板状や薄い円筒状に構成し、空間ＡＲ１のいずれかの位置に配置することもできる。また、亜鉛の粉体を接着剤や油に混ぜたペーストを生成し、このペーストを絶縁碍子２０（第１碍子胴部２４）の外周Ｓｆ１や、主体金具３０（取付ネジ部３２）の内周Ｓｆ２に塗布する構成を採用することができる。かかる構成においては、絶縁碍子２０の外周Ｓｆ１又は主体金具３０の内周Ｓｆ２に塗布されたペーストに含まれる亜鉛が、本発明における犠牲防食部に相当する。

また、実施形態及び実施例では、溝７１は、絶縁碍子２０（第１碍子胴部２４）の外周Ｓｆ１に形成されていたが、これに代えて、主体金具３０（取付ネジ部３２）の内周Ｓｆ２に形成することもできる。また、絶縁碍子２０の外周Ｓｆ１と主体金具３０の内周Ｓｆ２のいずれにも溝を設ける構成も採用することができる。また、これとは逆に、絶縁碍子２０の外周Ｓｆ１と主体金具３０の内周Ｓｆ２のいずれにも溝を設けない構成とすることもできる。この構成では、絶縁碍子２０の外周Ｓｆ１と主体金具３０の内周Ｓｆ２との間の非常に狭い隙間に、犠牲防食部７０を配置する構成を採用することができる。

また、主体金具３０は、ニッケルメッキされた低炭素鋼により形成されていたが、ニッケルメッキがなされていない低炭素鋼により形成することもできる。

Ｃ３．変形例３：
実施形態及び実施例では、犠牲防食部７０，７０ａ，７０ｂは、いずれも、他の部材とは異なる独立した部材として構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、パッキン６０（パッキン６０において空間ＡＲ１に面する部分）を犠牲防食部として構成することもできる。具体的には、パッキン６０を、主体金具３０よりも標準電極電位の低い金属（例えば、亜鉛）の無垢材で形成することにより、犠牲防食部としても機能させる構成を採用することができる。このような構成により、犠牲防食部を他の部材とは異なる独立した部材として構成する場合に比べて、部品点数を減らすことができ、スパークプラグの製造コストを抑えることができる。なお、スパークプラグにおいて、空間ＡＲ１にパッキン６０に加えて他のシール部材が存在する構成においては、かかるシール部材を亜鉛等の無垢材に形成することもできる。すなわち、一般には、空間ＡＲ１において主体金具３０に接して配置され、主体金具３０よりも標準電極電位が低い部材を含む１つ以上の犠牲防食部を、本発明のスパークプラグに採用することができる。

１０…中心電極
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
２７…第１段部
３０…主体金具
３１…端面
３２…取付ネジ部
３３…第２段部
３４…胴部
３５，３５ａ…変形部
３６…工具係合部
３８…加締部
４０…接地電極
４１…貴金属チップ
５０…ガスケット
６０…パッキン
７０…犠牲防食部
７０ａ…第１犠牲防食部
７０ｂ…第２犠牲防食部
７１…溝
１００，１００ａ…スパークプラグ
２００…エンジンヘッド
２１０…取付ネジ孔
ＡＲ１…空間
ＣＸ…軸線
ＸＤ…軸線方向
Ｓ１〜Ｓ２８…サンプル
Ｓｆ１…外周
Ｓｆ２…内周
Ｓｆ３，Ｓｆ４…断面

Claims (11)

1. 軸線方向に延びる棒状の中心電極と、
   略筒状に形成され、前記軸線方向に延びる貫通孔を有し、前記中心電極を前記貫通孔の先端側に備えるとともに、先端側に行くにつれ径が縮小する支持部を有する絶縁碍子と、
   略筒状に形成され、前記絶縁碍子を内挿し、自身の内周に形成された段部に前記支持部が後端側から係止された状態で、前記絶縁碍子を保持する主体金具と、
   前記支持部と前記段部との間に密着して介在する環状のパッキンと、を備え、
   前記主体金具の後端部が加締められて、加締め部が形成されることで前記絶縁碍子と前記主体金具が組付けられたスパークプラグであって、
   前記パッキンと前記加締め部と前記絶縁碍子の外周と前記主体金具の内周との間に形成された空間において前記主体金具に接して配置され、前記主体金具よりも標準電極電位が低い部材を含む１つ以上の犠牲防食部を備える、スパークプラグ。
2. 請求項１に記載のスパークプラグにおいて、
   前記パッキンの前記空間に面する部分が犠牲防食部として構成されている、スパークプラグ。
3. 請求項１または請求項２に記載のスパークプラグにおいて、
   前記主体金具は、外周方向に張り出した変形部を有し、
   前記犠牲防食部のうち、少なくとも１つの犠牲防食部は、前記変形部よりも、前記軸線方向先端側に配置されている、スパークプラグ。
4. 請求項３に記載のスパークプラグにおいて、
   前記犠牲防食部を複数備え、少なくとも１つの犠牲防食部は、前記変形部よりも、前記軸線方向後端側に配置されている、スパークプラグ。
5. 請求項３または請求項４に記載のスパークプラグにおいて、
   前記犠牲防食部は、いずれも前記空間において前記変形部から前記軸線方向に沿った距離が５ｍｍ以下となる位置に配置されている、スパークプラグ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
   前記犠牲防食部のうち、少なくとも１つの犠牲防食部は、前記軸線方向に見た場合に、前記空間において前記絶縁碍子の外周に沿って環状に配置されている、スパークプラグ。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
   各犠牲防食部に含まれる前記主体金具よりも標準電極電位が低い部材の重量は、１０ｍｇ以上である、スパークプラグ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
   前記主体金具の主成分は鉄であり、
   前記主体金具よりも標準電極電位が低い部材の主成分は亜鉛である、スパークプラグ。
9. 請求項３に記載のスパークプラグにおいて、
   前記変形部は、前記主体金具が前記絶縁碍子の外周に熱加締め固定される際に変形して、前記主体金具の外周方向及び内周方向のいずれにも張り出している、スパークプラグ。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
    前記主体金具は、前記主体金具よりも標準電極電位が高い材料を主成分とする材料によりメッキされている、スパークプラグ。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のスパークプラグにおいて、
    前記主体金具は、外周方向に張り出した変形部を有し、
    前記変形部における前記軸線方向と垂直な断面のうち、最も面積の小さな断面の面積は、２７ｍｍ^２以下である、スパークプラグ。

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