JP6282619B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

この発明は、スパークプラグに関する。この発明は、特に、主体金具を細径化及び薄肉化した場合においても、気密性を確保するのに十分な力で主体金具を絶縁体に加締め固定することができる強度を有する主体金具を備えたスパークプラグに関する。

自動車エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグは、一般的に、棒状の中心電極と、この中心電極の外周に設けられる略筒状の絶縁体と、この絶縁体の外周に設けられる略筒状の主体金具と、主体金具の先端に取り付けられ、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る。

近年、エンジンレイアウトの自由度を向上させるべく、スパークプラグの小型化及び細径化が求められている。スパークプラグの小型化及び細径化を実現するには、例えば、主体金具の細径化及び薄肉化が考えられる。

主体金具は、中心電極が組みつけられた絶縁体を筒状の主体金具に挿入した状態で、中心電極が配置されている側とは反対側の主体金具の後端開口部を加締めて端部を径方向内側に屈曲させた加締め部を形成することにより、絶縁体に固定される。主体金具を細径化及び薄肉化すると、主体金具のなかでも比較的薄肉に形成される加締め部の強度が低下するので、十分な気密性を確保すべく十分な締め付け力で主体金具の後端開口部を絶縁体に対して加締めることができないという課題がある。

このような課題に対して、例えば、特許文献１には次のような記載がある。「本発明の主旨は、このように縮小された加締め部軸断面積を有する主体金具を、該断面積に応じて炭素含有量を増大させた鋼材にて構成することにより、増加した締め付け応力を十分に支えることができる強度を、加締め部に付与することにある。その結果、主体金具が細径化されているにもかかわらず、絶縁体に十分な締め付け力にて固定することができ、ひいては気密性や耐振動性を向上させることができる。」（特許文献１の０００９欄）

特開２００３−２５７５８４号公報

近年、スパークプラグの小径化及び細径化の要請が益々高まっている。したがって、主体金具の強度をより向上させることが求められる。主体金具の強度を向上させるために、特許文献１に開示されているように、主体金具を形成する鋼材の炭素量を増加させることが考えられる。しかしながら、鋼材の炭素量を増加させるほど強度が向上する一方で、鋼材が変形し難くなり、加工性が低下してしまう。したがって、炭素量を増加させずに加工性を維持したままで主体金具の強度を向上させることが望まれる。

この発明は、主体金具を細径化及び薄肉化した場合においても、気密性を確保するのに十分な力で主体金具を絶縁体に加締め固定することができる強度を有する主体金具を備えたスパークプラグを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段は、
［１］ 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔内の先端側に設けられた中心電極と、前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具とを有し、
前記主体金具は、鍔状の工具係合部より前記軸線方向後端側に配置され、前記軸線方向後端側に向かって縮径した形状を有する加締め部を有するスパークプラグであって、
前記加締め部は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づいて測定した結晶の粒度番号がＮｏ．１１以上である炭素鋼により形成されてなることを特徴とするスパークプラグである。

前記［１］の好ましい態様は、以下の通りである。
［２］ 前記炭素鋼は、前記軸線に平行な線分上にある複数の結晶の長さの平均である平均線分長が０．０１ｍｍ以下である。
［３］ 前記［１］又は［２］に記載のスパークプラグにおいて、前記炭素鋼は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づいて測定した捕捉結晶粒数が２００個以上である。
［４］ 前記［１］〜［３］のいずれか一つに記載のスパークプラグにおいて、前記炭素鋼は、Ｆｅを主成分として含有し、Ｃを０．０３質量％以上０．３質量％以下、Ｍｎを０．３質量％以上０．９質量％以下、Ｓｉを０．１質量％以上０．８質量％以下、及びＳを０．００１質量％以上０．１質量％以下含有する

この発明における主体金具の加締め部は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づいて測定した結晶の粒度番号がＮｏ．１１以上である炭素鋼により形成されている。この発明における主体金具の加締め部は、従来から使用されている主体金具より結晶粒度が小さい炭素鋼により形成されているので、従来よりも加締め部の強度が向上している。したがって、例えば、スパークプラグを小型化するために、主体金具を細径化及び薄肉化した場合においても、気密性を確保するのに十分な力で主体金具を絶縁体に加締め固定することができる強度を有する主体金具を備えたスパークプラグを提供することができる。

図１は、この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグの一部断面全体説明図である。 図２は、図１に示す主体金具における工具係合部及び加締め部を拡大して示す要部断面説明図である。 図３は、加締め部を形成する炭素鋼における平均線分長の測定方法を説明するための説明図である。 図４は、加締め部を形成する炭素鋼における捕捉結晶粒数の測定方法を説明するための説明図である。 図５は、主体金具中間体の開口部の寸法を示す説明図である。 図６は、加締め部後端の変位と荷重との関係を示すグラフである。

この発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグを図１に示す。図１はこの発明に係るスパークプラグの一実施例であるスパークプラグ１の一部断面全体説明図である。なお、図１では紙面下方すなわち後述する接地電極が配置されている側を軸線Ｏの先端方向、紙面上方を軸線Ｏの後端方向として説明する。

このスパークプラグ１は、図１に示されるように、軸線Ｏ方向に沿って延びる軸孔２を有する略円筒形状の絶縁体３と、前記軸孔２内の先端側に設けられた略棒状の中心電極４と、前記軸孔２内の後端側に設けられた端子金具５と、前記軸孔２内の前記中心電極４と前記端子金具５との間に配置された接続部６と、前記絶縁体３の外周に設けられた略円筒形状の主体金具７と、前記主体金具７の先端に固定された基端部及び前記中心電極４に間隙ＧＡを介して対向するように配置された先端部を有する接地電極８とを備える。

絶縁体３は、軸線Ｏ方向に延びる軸孔２を有し、略円筒形状を有している。絶縁体３は、後端側胴部１１と、大径部１２と、先端側胴部１３、脚長部１４とを備えている。後端側胴部１１は、端子金具５を収容し、端子金具５と主体金具７とを絶縁する。大径部１２は、該後端側胴部１１より先端側に配置され、径方向外側に鍔状に張り出している。先端側胴部１３は、該大径部１２より先端側に配置され、大径部１２より小さい外径を有し、接続部６を収容する。脚長部１４は、該先端側胴部１３より先端側に配置され、先端側胴部１３より小さい外径及び内径を有し、中心電極４を収容する。絶縁体３は、絶縁体３における先端方向の端部が主体金具７の先端面から突出した状態で、主体金具７に固定されている。絶縁体３は、機械的強度、熱的強度、電気絶縁性を有する材料で形成される。

接続部６は、軸孔２内の中心電極４と端子金具５との間に配置され、中心電極４及び端子金具５を軸孔２内に固定すると共にこれらを電気的に接続する。接続部６は、ガラス粉末、非金属導電性粉末及び金属粉末等を含有する組成物を焼結して形成される。

端子金具５は、中心電極４と接地電極８との間で火花放電を行うための電圧を外部から中心電極４に印加するための端子である。端子金具５は、絶縁体３の後端側からその一部が露出した状態で軸孔２内に挿入されて接続部６により固定されている。端子金具５は、低炭素鋼等の金属材料により形成される。

中心電極４は、接続部６に接する電極後端部１６と、前記電極後端部１６から先端側に延びる棒状部１７とを有する。中心電極４は、その先端が絶縁体３の先端から突出した状態で絶縁体３の軸孔２内に固定され、主体金具７に対して絶縁保持されている。中心電極４における電極後端部１６と棒状部１７とは、Ｎｉ合金等の中心電極４に使用される公知の材料で形成されることができる。中心電極４は、Ｎｉ合金等により形成される外層と、Ｎｉ合金よりも熱伝導率の高い材料により形成され、該外層の内部の軸心部に同心に埋め込まれるように形成されてなる芯部とにより形成されてもよい。芯部を形成する材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、純Ｎｉ等を挙げることができる。

前記接地電極８は、例えば、略角柱形状に形成されてなり、基端部が主体金具７の先端部に接合され、途中で略Ｌ字状に屈曲され、先端部が中心電極４の先端との間に間隙ＧＡを介して対向するように形成されている。この実施形態における間隙ＧＡは、中心電極４の先端と接地電極８の側面との最短距離である。この間隙ＧＡは、通常、０．３〜１．５ｍｍに設定される。接地電極８は、Ｎｉ合金等の接地電極８に使用される公知の材料で形成されることができる。また、中心電極４と同様にＮｉ合金等により形成される外層と、Ｎｉ合金よりも熱伝導率の高い材料により形成され、該外層の内部の軸心部に同心に埋め込まれるように形成されてなる芯部とにより形成されてもよい。

主体金具７は、略円筒形状を有しており、自身の先端から絶縁体３の先端部が突出した状態で、絶縁体３の脚長部１４から後端側胴部１１の一部にわたる部位を包囲して絶縁体３を保持している。主体金具７は、ネジ部２４とガスシール部２５と圧縮変形部２６と工具係合部２７と加締め部２８とを有する。ネジ部２４は、主体金具７における先端方向の外周面に形成されている。このネジ部２４を利用して図示しない内燃機関のシリンダヘッドにスパークプラグ１が装着される。ガスシール部２５は、ネジ部２４より後端側に配置され、フランジ形状を有する。圧縮変形部２６は、ガスシール部２５より後端側に配置され、ガスシール部２５より薄肉であり、径方向外向きに屈曲した形状を有する。工具係合部２７は、圧縮変形部２６より後端側に配置され、径方向外側に鍔状に張り出し、軸線Ｏに直交する断面形状が六角形等の多角形状を有する。工具係合部２７は、内燃機関に取り付けるためのスパナやレンチ等の工具が嵌合する。加締め部２８は、工具係合部２７より軸線Ｏ方向後端側に配置され、工具係合部２７より薄肉に形成されている。加締め部２８は、加締めにより軸線Ｏ方向後端側に向かって縮径した形状を有する。加締め部２８及び工具係合部２７の内周面と絶縁体３の後端側胴部１８の外周面との間に形成される環状の空間には、円環状のリング部材２９，３０及び滑石３１が配置されている。スパークプラグ１の製造時には、主体金具７の後端開口部を内側に折り曲げるようにして先端側に押圧する加締めを行うことにより、主体金具７の後端部が絶縁体３の外周面に当接するように屈曲した加締め部２８が形成されると共に圧縮変形部２６が圧縮変形する。これらの変形により、リング部材２９，３０及び滑石３１を介し、絶縁体３が主体金具７内で先端側に向かって押圧される。この押圧により、滑石３１が軸線Ｏ方向に圧縮されて、主体金具７内の気密性が高められる。

主体金具７の内周においては、ネジ部２４の位置に形成された金具内突起部３２に、環状の板パッキン３３を介して、絶縁体３の脚長部１４の基端に位置する段部１５が押圧されている。この板パッキン３３は、主体金具７と絶縁体３との間の気密性を保持する部材であり、燃焼ガスの流出が防止される。

主体金具７は、炭素鋼により形成される。主体金具７における加締め部２８は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づいて測定した結晶の粒度番号がＮｏ．１１以上である炭素鋼により形成される。粒度番号が大きいほど結晶粒度が小さくなり、加締め部２８の強度が向上するので好ましいが、通常、加締め部２８における炭素鋼の粒度番号はＮｏ．１８以下である。主体金具７のうち少なくとも加締め部２８が、このように結晶粒度の小さい炭素鋼により形成されているので、加締め部２８の強度が向上し、スパークプラグを小型化するために、主体金具を細径化及び薄肉化した場合においても、気密性を確保するのに十分な力で主体金具を絶縁体に加締め固定することができる。

加締め部２８を形成する炭素鋼の結晶の粒度番号は、具体的には、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づいて次のようにして求めることができる。まず、主体金具７を軸線Ｏに平行な面で切断し、切断面を露出させる。次いで、前記切断面において、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に記載されている適宜の方法により結晶粒界を現出させる。次いで、前記切断面において、工具係合部２７の軸線Ｏ方向後端から後端側に２ｍｍ以上離れた位置において顕微鏡観察し、１ｍｍ^２あたりの結晶粒数を求める。少なくとも５箇所において結晶粒数を求め、得られた値の算術平均を平均結晶粒数ｍとし、以下の式（１）により粒度番号Ｇを求める。
ｍ＝８×２^Ｇ・・・・・（１）

工具係合部２７は、軸線Ｏに平行な外周面を有する六角筒状部と、この六角筒状部の軸線Ｏ方向先端側及び後端側それぞれに配置された縮径部とを有する。粒度番号を求めるときに顕微鏡観察する領域を定める基準となる「工具係合部２７の後端」は、六角筒状部の後端側に配置された縮径部の後端である。図２に示すように、主体金具７の断面において、工具係合部２７の外周面は、六角柱状部の外周面を表す第１線分４１と、六角柱状部の後端に配置された縮径部の外周面を表す第２線分４２と、六角柱状部の先端に配置された縮径部の外周面を表す第３線分４３とによって示される。主体金具７の断面において、工具係合部２７より後端側の外周面は、第２線分４２の後端から後端側に向かって軸線Ｏに略平行に延在し、途中で径方向内側に屈曲し、後端が絶縁体３に接触する曲面を表す曲線４４によって示される。主体金具の断面において、「工具係合部２７の後端」は、一定の角度で縮径する第２線分４２から軸線Ｏの後端側に向かって縮径する角度が小さくなる変位点Ｂである。六角筒状部の後端側に配置された縮径部の外周面が曲面を形成する場合には、「工具係合部２７の後端」は、主体金具の断面において、この曲面を表す曲線上の点の接線の傾きが急激に変化する変位点Ｂである。粒度番号Ｇを求めるために顕微鏡観察する位置は、この変位点Ｂを通ると共に軸線Ｏに直交する仮想直線Ｔより軸線Ｏ方向後端側に２ｍｍ以上離れた位置である。

加締め部２８を形成する炭素鋼は、軸線Ｏに平行な線分上にある複数の結晶の長さの平均である平均線分長が０．０１ｍｍ以下であるのが好ましい。平均線分長が小さいほど結晶粒度が小さくなり、加締め部２８の強度が向上するので好ましいが、通常、加締め部２８における炭素鋼の平均線分長は０．００５ｍｍ以上である。このように軸線Ｏ方向の結晶の平均線分長が０．０１ｍｍ以下であると、加締め部２８の強度がより一層向上し、主体金具を細径化及び薄肉化した場合においても、気密性を確保するのに十分な力で主体金具を絶縁体に加締め固定することができる。

加締め部２８を形成する炭素鋼の平均線分長は、具体的には、次のようにして求めることができる。粒度番号を求めたときと同様に、工具係合部２７の軸線Ｏ方向後端から後端側に２ｍｍ以上離れた位置において顕微鏡観察し、画像を得る。図３に示すように、画像上の任意の領域に軸線Ｏに平行な線分Ｌを１本描き、この線分Ｌ上にある結晶の長さを測定する。すなわち、線分Ｌと画像上に現れている結晶粒界との交点間の距離を測定する。図３では、点ａ_１と点ａ_２との距離Ａ_１２、点ａ_２と点ａ_３との距離Ａ_２３、点ａ_３と点ａ_４との距離Ａ_３４をそれぞれ測定する。得られた値の算術平均を平均線分長として求める。顕微鏡の倍率は、線分Ｌ上にある結晶粒数が２００個程度になるように適宜調整し、例えば１００倍とする。

加締め部２８を形成する炭素鋼は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づいて測定した捕捉結晶粒数Ｎが２００個以上であるのが好ましい。捕捉結晶粒数Ｎが大きいほど加締め部２８の強度が向上するので好ましいが、通常、加締め部２８における炭素鋼の捕捉結晶粒数Ｎは５００個以下である。このように所定の領域における結晶粒数が多い炭素鋼により形成されていると、加締め部２８の強度がより一層向上し、主体金具を細径化及び薄肉化した場合においても、気密性を確保するのに十分な力で主体金具を絶縁体に加締め固定することができる。

加締め部２８を形成する炭素鋼の捕捉結晶粒数Ｎは、具体的には、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づいて次のようにして求めることができる。粒度番号を求めたときと同様に、工具係合部２７の軸線Ｏ方向後端から後端側に２ｍｍ以上離れた位置において顕微鏡観察し、画像を得る。図４に示すように、画像上に縦線Ｌ_１と横線Ｌ_２と円Ｃとこの円Ｃの中心を通る２本の対角線Ｌ_３及びＬ_４とを試験線として描く。顕微鏡の倍率は、例えば１００倍とする。このとき、縦線Ｌ_１及び横線Ｌ_２の長さは、それぞれ２７６．１６０μｍ、対角線Ｌ_３及びＬ_４の長さは、それぞれ４１４．２３９μｍ、円周の長さは６９０．４２１μｍであり、総線長は２０７１．２１９μｍである。
捕捉結晶粒数Ｎは、試験線が結晶粒を通過する場合にはＮ＝１とし、試験線が結晶粒内で終了する場合及び試験線が結晶粒界に接している場合にはＮ＝０．５として、試験線上にある結晶粒の数をカウントする。

主体金具７は、加締めにより大きな応力がかかる部位である加締め部２８が粒度番号Ｎｏ．１１以上であり、好ましくは平均線分長が０．０１ｍｍ以下及び／又は捕捉結晶粒数が２００個以上である炭素鋼により形成されていればよいが、好ましくは圧縮変形部２６が、より好ましくは主体金具７全体が粒度番号Ｎｏ．１１以上であり、平均線分長が０．０１ｍｍ以下及び／又は捕捉結晶粒数が２００個以上であるのがより好ましい。

加締め部２８を形成する炭素鋼の結晶の粒度番号、平均線分長、及び捕捉結晶粒数は、主体金具７を製造する際に、圧延工程における冷却条件を適宜変更することにより調整することができる。例えば、圧延工程において約１０００℃に加熱した線材を風冷により短時間で６００℃まで急冷することにより、粒度番号がＮｏ．１１以上である微細な結晶粒を有する炭素鋼とすることができる。

主体金具７を形成する炭素鋼は、Ｆｅ（鉄）を主成分として含有し、通常、Ｃ（炭素）、Ｍｎ（マンガン）、Ｓｉ（シリコン）、Ｓ（硫黄）を含有する。主体金具７を形成する炭素鋼は、Ｆｅを９７質量％以上９９．５６９質量％以下、Ｃを０．０３質量％以上０．３質量％以下、Ｍｎを０．３質量％以上０．９質量％以下、Ｓｉを０．１質量％以上０．８質量％以下、及びＳを０．００１質量％以上０．１質量％以下含有するのが好ましい。主体金具７がこのような組成を有する炭素鋼により形成されていると、前述した微細な結晶粒を有する炭素鋼を形成し易く、加締め部２８の強度を向上させることができる。

主体金具７を形成する炭素鋼は、Ｆｅ、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｓ以外の元素を不可避不純物として合計１．０質量％以下含有していてもよい。不可避不純物としては、例えば、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｉ等を挙げることができる。

炭素鋼における各成分の含有率は、例えば、電子線マイクロアナライザー（ＦＥ−ＥＰＭＡ）に付属された波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）で点分析を行うことにより求めることができる。具体的には、粒度番号を求めたときと同様に、工具係合部２７の軸線Ｏ方向後端から後端側に２ｍｍ以上離れた位置において点分析を行う。少なくとも５箇所において点分析を行い、得られた値の算術平均を各成分の含有率とすることができる。

スパークプラグ１は、例えば次のようにして製造される。

主体金具７を製造するために、所定の組成を有する線材を準備する。準備した線材を約１０００℃に加熱して圧延し、比較的強い風を送ることにより短時間で６００℃まで急冷する圧延工程を行う。圧延工程において、圧延した線材を急冷することにより、粒度番号がＮｏ．１１以上である微細な結晶粒を有する炭素鋼を形成することができる。次いで、鍛造機を用いて圧延工程を経た素材を複数回に分けてプレスし、主体金具７の元となる形状に成形した鍛造体を作製する。次いで、鍛造加工により作製した鍛造体の外周及び内周を旋盤で切削することにより、所望の形状を有する主体金具中間体を得る。

一方、主体金具７とは別に、中心電極４及び接地電極８を、Ｎｉ合金等の電極材料を所望の形状及び寸法に加工して作製する。電極材料の調整及び加工を連続して行ってもよい。

また、主体金具７とは別に、絶縁体３を作製する。まず、アルミナを主成分とし、バインダ等を含む原料粉末を用いて成形用素地造粒物を調製し、成形用素地造粒物をラバープレス成形することにより、筒状の成形体を得る。得られた成形体を研削加工等により所望の形状に整形する。整形された整形体を炉で焼成することにより、絶縁体３を得る。

次いで、主体金具中間体の端面に接地電極８の一端部を電気抵抗溶接等によって接合する。次いで、絶縁体３の軸孔２内に中心電極４を公知の手法により組付け、接続部６を形成する組成物を軸孔２内に予備圧縮しつつ充填する。次いで、軸孔２内の端部から端子金具５を圧入しつつ組成物を圧縮加熱する。こうして前記組成物が焼結して接続部６が形成され、絶縁体３に中心電極４と端子金具５とが固定される。

次いで、接地電極８が接合された主体金具７に、この中心電極４等が固定された絶縁体３を後端開口部から挿入し、金具内突起部３２に板パッキン３３を介して絶縁体３の段部１５を当接させる。次いで、絶縁体３の大径部１２上にリング部材２９を配置し、絶縁体３と主体金具７との間に滑石３１を充填する。滑石３１上にリング部材３０を配置し、工具係合部２７より薄肉に形成された主体金具７の後端開口部を加締めることにより、軸線Ｏ方向後端側に向かって縮径した形状を有する加締め部２８が形成される。これにより、絶縁体３と主体金具７とが固定される。

最後に、接地電極８の先端部を中心電極４側に折り曲げて、接地電極８の一端が中心電極４の先端部と対向するようにして、スパークプラグ１が製造される。

本発明に係るスパークプラグ１は、自動車用の内燃機関例えばガソリンエンジン等の点火栓として使用され、内燃機関の燃焼室を区画形成するヘッド（図示せず）に設けられたネジ穴に前記ネジ部２４が螺合されて、所定の位置に固定される。この発明に係るスパークプラグ１は、如何なる内燃機関にも使用することができる。この発明に係るスパークプラグ１における主体金具７は、従来に比べて主体金具を細径化及び薄肉化した場合においても、気密性を確保するのに十分な力で主体金具を絶縁体に加締め固定することができる強度を有するので、小型のスパークプラグを搭載する設計となっている内燃機関に特に好適である。

この発明に係るスパークプラグ１は、前述した実施例に限定されることはなく、本発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。

１．加締め部強度試験
（主体金具試験体の作製）
＜実施例１＞
以下の組成を有する線材を約１０００℃に加熱して圧延し、比較的強い風を送ることにより短時間で６００℃まで急冷する圧延工程を行った。次いで、鍛造機を用いて圧延工程を経た素材を複数回に分けてプレスし、主体金具の元となる形状に成形した鍛造体を作製した。次いで、作製した鍛造体の外周及び内周を旋盤で切削することにより、所望の形状を有する主体金具中間体１０７を作製した。
線材の組成
Ｆｅ：９９．３０７質量％ Ｃ：０．１６質量％ Ｍｎ：０．３８質量％
Ｓｉ：０．１４質量％ Ｓ：０．０１２質量％ Ｐ：０．００１質量％

図５に示すように、主体金具中間体１０７は、工具係合部１２７の後端Ｂ_１における外径Ｒ_１が１４．８±０．１ｍｍ、後端部における外径Ｒ_２が１４．５±０．１ｍｍ、主体金具中間体の内径Ｒ_３が１３．０５±０．０５ｍｍである。

主体金具中間体１０７の工具係合部１２７より後端側に配置される開口部１２８を加締め加工し、後端側に向かって縮径した形状を有する加締め部を形成し、主体金具試験体とした。
なお、主体金具試験体の組成は、ＦＥ−ＥＰＭＡで測定したところ、線材の組成とほぼ同一であった。

＜比較例１＞
圧延工程において、線材を約１０００℃に加熱して圧延した後に、実施例１に比べて弱い風を送ることにより６００℃まで徐冷したこと以外は、実施例１と同様にして主体金具試験体を作製した。

（粒度番号等の測定）
主体金具試験体の加締め部における粒度番号は、次のようにして求めた。主体金具試験体を軸線Ｏ_１に平行な面で切断し、切断面を露出させた。前記切断面に対して、ナイタールにより切断面を腐食させて結晶粒界を現出させた。前記切断面において、工具係合部１２７の後端Ｂ_１より軸線Ｏ_１方向後端側に２ｍｍ以上離れた５箇所の位置を顕微鏡観察し（１００倍）、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づいて、１ｍｍ^２当たりの平均結晶粒数ｍを求め、ｍ＝８×２^Ｇから粒度番号を求めた。

主体金具試験体の加締め部における平均線分長は、次のようにして求めた。前記切断面において、工具係合部１２７の後端Ｂ_１より軸線Ｏ_１方向後端側に２ｍｍ以上離れた位置を顕微鏡観察し、図３に示すように、軸線Ｏ_１に平行な線分を描き、線分上にある複数の結晶の長さを測定し、得られた値の算術平均を平均線分長として求めた。任意の１０箇所において同様にして平均線分長を求め、最小値と最大値とを表１に示した。このとき、顕微鏡の倍率は、実施例及び比較例ともに１００倍として、線分を２０個程度の結晶粒が通過するようにした。

主体金具試験体の加締め部における捕捉結晶粒数は、次のようにして求めた。前記切断面において、工具係合部１２７の後端Ｂより軸線Ｏ_１方向後端側に２ｍｍ以上離れた位置を顕微鏡観察し（１００倍）、図４に示すように、画像上に縦線Ｌ_１と横線Ｌ_２と円Ｃとこの円Ｃの中心を通る対角線Ｌ_３及びＬ_４とを試験線として描いた。縦線Ｌ_１及び横線Ｌ_２の長さは、それぞれ２７６．１６０μｍ、対角線Ｌ_３及びＬ_４の長さは、それぞれ４１４．２３９μｍ、円周の長さは６９０．４２１μｍであり、総試験線長は２０７１．２１９μｍであった。この試験線上にある結晶粒の数をカウントし、捕捉結晶粒数として求めた。
なお、粒度番号、平均線分長、及び捕捉結晶粒数は、顕微鏡観察により得られた画像上においてイノテック株式会社製Quick Grainを用いて計測した。

（強度試験方法）
主体金具試験体の先端開口部から治具を挿入し、治具の端部を加締め部の内周面に接触させ、主体金具試験体を固定した状態で治具を１０ｍｍ／分の速度で加締め部に向かって移動させ、治具にかけた荷重をオートグラフにより測定した。また、荷重をかける前の加締め部後端の位置を０として、加締め部後端が後端側へ変位したときを正として、所定の荷重をかけたときの加締め部後端の位置を測定した。加締め部後端の変位と荷重との関係を示すグラフを図６に示す。

図６において、測定した荷重の最高値が高いほど加締め部の強度が大きいことを示す。
図６に示すように、実施例１の主体金具試験体の荷重の最高値は、比較例１の主体金具試験体の荷重の最高値より大きく、比較例１に比べて実施例１の主体金具試験体における加締め部２８は、強度が大きいことが分かる。

２．加締め部衝撃試験
（スパークプラグ試験体の作製）
（実施例２）
実施例１で作製した主体金具中間体１０７の円筒内に中心電極等が組み付けられた絶縁体を挿入し、主体金具中間体１０７の開口部１２８を加締めてスパークプラグ試験体を作製した。
通常、スパークプラグを製造する場合、図１に示す圧縮変形部２６が径方向外向きに湾曲するまで加締めを行うことにより、絶縁体３と主体金具７とを強固に固定する。一方、この加締め部衝撃試験では、加速試験とするために、圧縮変形部２６が湾曲するまで荷重をかけず、主体金具試験体の軸線Ｏ_１方向後端部が絶縁体３の外周面に接触するまで荷重をかけて加締めを行った。

（比較例２）
比較例１で作製した主体金具中間体を用いたこと以外は実施例２と同様にしてスパークプラグ試験体を作製した。

（加締め部衝撃試験方法）
スパークプラグ試験体を衝撃試験装置に取り付け、接地電極が固定されている側を下にして、スパークプラグ試験体を試験台に落下させることによりスパークプラグ試験体に衝撃を付与した。このとき、試験台とスパークプラグ試験体先端との距離を１５ｍｍ、加速度２０Ｇ、周波数２０Ｈｚとした。衝撃試験を継続して行い、１時間毎にスパークプラグ試験体の状態を確認した。結果を表２に示す。

表２に示す加締め部衝撃試験の評価基準は以下の通りである。
◎：異常なし
○：加締め部の軸線Ｏ_１方向の変化量が０．０１ｍｍ以下
△：加締め部の軸線Ｏ_１方向の変化量が０．０１ｍｍを超え、かつ主体金具と絶縁体との間に緩みなし
×：主体金具と絶縁体との間に緩みが発生

実施例２のスパークプラグ試験体は、試験時間１２時間で緩みが発生した。

表２に示すように、実施例２のスパークプラグ試験体は、比較例２のスパークプラグ試験体に比べて緩みが発生するまでの時間が長かった。よって、粒度番号が大きく、結晶粒度の小さい実施例１の主体金具試験体を備えた実施例２のスパークプラグ試験体は、粒度番号が相対的に小さく、結晶粒度が大きい比較例１の主体金具試験体を備えた比較例２のスパークプラグ試験体に比べて加締め部の強度が大きいので、衝撃に強く、耐久性を有することが分かる。

１ スパークプラグ
２ 軸孔
３ 絶縁体
４ 中心電極
５ 端子金具
６ 接続部
７ 主体金具
８ 接地電極
１１ 後端側胴部
１２ 大径部
１３ 先端側胴部
１４ 脚長部
１５ 絶縁体段部
１６ 電極後端部
１７ 棒状部
２４ ネジ部
２５ ガスシール部
２６ 圧縮変形部
２７ 工具係合部
２８ 加締め部
２９、３０ リング部材
３１ 滑石
３２ 金具内突起部
４１ 第１線分
４２ 第２線分
４３ 第３線分
４４ 曲線
１０７ 主体金具中間体
１２７ 工具係合部
１２８ 開口部
ＧＡ 間隙

Claims (4)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記軸孔内の先端側に設けられた中心電極と、前記絶縁体の外周に設けられた筒状の主体金具とを有し、
   前記主体金具は、鍔状の工具係合部より前記軸線方向後端側に配置され、前記軸線方向後端側に向かって縮径した形状を有する加締め部を有するスパークプラグであって、
   前記加締め部は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づいて測定した結晶の粒度番号がＮｏ．１１以上である炭素鋼により形成されてなることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記炭素鋼は、前記軸線に平行な線分上にある複数の結晶の長さの平均である平均線分長が０．０１ｍｍ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. 前記炭素鋼は、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に基づいて測定した捕捉結晶粒数が２００個以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグ。
4. 前記炭素鋼は、Ｆｅを主成分として含有し、Ｃを０．０３質量％以上０．３質量％以下、Ｍｎを０．３質量％以上０．９質量％以下、Ｓｉを０．１質量％以上０．８質量％以下、及びＳを０．００１質量％以上０．１質量％以下含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパークプラグ。

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