| 【発明の名称】 |
ガスケットおよびそのガスケットを備えた内燃機関用スパークプラグ |
| 【発明者】 |
【氏名】寺村 英己
【氏名】松谷 渉
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ねじ付き部材のねじ部に対し外側から同心的に装着されるリング状形態をなし、該ねじ部が取付け部に形成されたねじ孔にねじ込まれるに伴い、該ねじ付き部材のねじ部基端側に該ねじ部の呼び径よりも大きい径で、つば状に張り出し形成された座部と、該ねじ孔の開口周縁部との間で圧縮変形されることにより、前記ねじ孔の開口周縁部と前記座部との間をシールするガスケットにおいて、少なくとも前記ねじ孔の開口周縁部と当接する表面部に、油性物質が塗布されていることを特徴とするガスケット。
【請求項２】 前記油性物質の塗布量は、２．２５μｇ／ｍｍ2 以上であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
【請求項３】 リング状の板部材に対し、周方向に稜線を生じさせる曲げ加工および絞り加工を、その半径方向の異なる位置に複数回施す形で形成されており、自身の中心軸線を含む平面による断面をとったときに、前記平面上にて前記中心軸線と平行で、かつ、当該断面により切り取られる部分が３ヶ所以上生ずる仮想的な平行基準線を引くことが可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスケット。
【請求項４】 前記油性物質は、少なくとも二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のガスケット。
【請求項５】 軸状の中心電極と、前記中心電極の径方向周囲を取り囲む絶縁碍子と、前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲むと共に、自身の外周面に形成されたねじ部と、ねじ部基端側に該ねじ部の呼び径よりも大きい径で、つば状に張り出し形成された座部とを有する主体金具と、前記主体金具に固着されており、前記中心電極と対向して火花放電ギャップを形成する接地電極と、前記ねじ部基端側の外側に同心的に装着される請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のガスケットと、を備えたことを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
【請求項６】 請求項５に記載の内燃機関用スパークプラグであって、前記主体金具の内周面のうち、前記ねじ部基端側よりも先端側に位置する部位には、前記絶縁碍子を係止するための絶縁碍子係止部が、環状に突出して形成されていると共に、前記絶縁碍子係止部と前記絶縁碍子との間で圧縮されることにより、該絶縁碍子係止部と前記絶縁碍子との間をシールするパッキンが介在されており、前記ガスケットに対する前記油性物質の塗布量が、４５．０μｇ／ｍｍ2 以下であることを特徴とする内燃機関用スパークプラグ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスケットおよびそのガスケットを備えた内燃機関用スパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用エンジンといった内燃機関の点火に使用される内燃機関用スパークプラグ（以下、単に「スパークプラグ」ともいう）、たとえば図９に示すスパークプラグ１０は、図中上下方向に延びる軸状の中心電極１２と、その中心電極１２の径方向周囲を取り囲む絶縁碍子２０と、その絶縁碍子２０の径方向周囲を取り囲む主体金具３０とを備えて構成されている。この主体金具３０には、外周面にエンジンのシリンダヘッドに取付けるためのねじ部３１が形成されると共に、そのねじ部３１の基端側にねじ部３１の呼び径よりも大きい径であって、つば状に張り出し形成された座部３５が形成されている。また、主体金具３０には、接地電極１６が固着されており、この接地電極１６は、中心電極１２の先端面１２ａと対向するように曲げ返されて、中心電極１２と接地電極１６との間に火花放電ギャップｇを形成している。
【０００３】このようなスパークプラグ１０は、図１１に示すように、主体金具３０の外周面に形成されたねじ部３１を、エンジンのシリンダヘッドＳＨに形成されたねじ孔Ｎに、矢印Ｆ１で示す方向に回転させてねじ込むことにより取付けられる。その際、一般に、スパークプラグ１０は、主体金具３０のねじ部３１の基端側に対し同心的に装着されたリング状のガスケット４０が装着された状態で、シリンダヘッドＳＨに取付けられることが多い。なお、上記ガスケット４０は、主体金具３０のねじ部３１がシリンダヘッドＳＨのねじ孔Ｎにねじ込まれるに伴い、ねじ孔Ｎの開口周縁部５０と主体金具３０の座部３５との間で圧縮変形し、ねじ孔Ｎの開口周縁部５０と主体金具３０の座部３５との間をシールする役割を果たす。それにより、燃焼室Ｋ内の燃焼ガスが漏洩することを防ぎ、またエンジンの運転時や路面状況の影響による振動などからシリンダヘッドＳＨへのスパークプラグ１０の取付けが緩慢になることを防ぐことができるのである。このようなガスケット４０にあっては、高温下にさらされる燃焼室Ｋ近傍に位置するために、従来より、ステンレス製または低炭素鋼製などの熱引きに優れる金属製板部材が好適な材料として実用に供されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、自動車用エンジンの高性能化に伴って、エンジンの燃焼室内には安定した高い気密性が要求されるようになってきている。さらに、近年ではエンジンの軽量化についても要求され、シリンダヘッドにおいては、鋼鉄製のものからアルミニウム合金製のものが普及しつつある。そのために、スパークプラグに装着されるガスケットについては、各種シリンダヘッドへ取付けられた場合にも、スパークプラグの座部とシリンダヘッドのねじ孔の開口周縁部との間を確実にシールして、安定した高い気密性を提供することが要求されてきている。
【０００５】ところで、主体金具のねじ部基端側に対し同心的に装着されたリング状のガスケットを装着するスパークプラグをシリンダヘッドのねじ孔にねじ込んで行くに際して、スパークプラグの締付け具合によっても異なるが、ガスケットがねじ孔の開口周縁部に当接して圧縮変形する中で、ガスケットの表面部とねじ孔の開口周縁部との間に摩擦が生じる。ここで、従来からのガスケットは、前述したようにステンレス製または低炭素鋼製などの金属製板部材により形成されていることから、そのガスケットの表面部には、金属表面特有の微細な凹凸が存在しているものである。そのために、特に軟質材料であるアルミニウム合金製のシリンダヘッドにあっては、ステンレス製または低炭素鋼製のガスケットがそのアルミニウム合金製のシリンダヘッドと比較して硬質材料であることから、ガスケット表面とねじ孔の開口周縁部との間で摩擦が生じると、ガスケットの表面部に存在する微細な凹凸により、ねじ孔の開口周縁部をたとえばひっかいたりして傷付けてしまうといったことが懸念される。そして、このような問題が発生してしまった場合には、ガスケットの表面部とねじ孔の開口周縁部との間の当接面（シール面）に微細な隙間が生じてしまうために、ガスケットに要求される非常に高い気密性が得られない可能性がある。
【０００６】そこで、本発明は、非常に高い気密性を提供することが可能なガスケットおよびそのガスケットが備えられた内燃機関用スパークプラグを実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項４に記載の発明では、ねじ付き部材のねじ部に対し外側から同心的に装着されるリング状形態をなし、該ねじ部が取付け部に形成されたねじ孔にねじ込まれるに伴い、該ねじ付き部材のねじ部基端側に該ねじ部の呼び径よりも大きい径で、つば状に張り出し形成された座部と、該ねじ孔の開口周縁部との間で圧縮変形されることにより、前記ねじ孔の開口周縁部と前記座部との間をシールするガスケットにおいて、少なくとも前記ねじ孔の開口周縁部と当接する表面部に、油性物質が塗布されているという技術的手段を用いる。
【０００８】ところで、ガスケットを構成する材質としては、前述したように、従来から低炭素鋼やステンレスなどが使用されている。この低炭素鋼やステンレスは硬質材料であることから、所定のガスケット形状に曲げ加工および絞り加工するに際して、絞り油などの油性物質を用いることにより成形され、その成形後に油性物質の付着した状態で得られた成形体を脱脂および洗浄することにより形成されることが多い。ここで、その脱脂および洗浄の程度によっては、油性物質が取付け部のねじ孔の開口周縁部と当接が予定される表面部を含むガスケットの表面部に、一部残留付着した状態で形成されることも考えられるが、その油性物質が残留付着する程度や領域はまちまちであって一定ではない。このことから、その残留付着する油性物質の潤滑作用によって、ガスケットの表面部と取付け部のねじ孔の開口周縁部との間で生じる摩擦を軽減できるものとは言い難い。
【０００９】そこで、本発明にあっては、ガスケットの表面部のうち、少なくとも取付け部のねじ孔の開口周縁部と当接される表面部に油性物質が塗布されていることから、ねじ付き部材を取付け部に形成されたねじ孔にねじ込んで行くに際して、そのねじ付き部材のねじ部に対して外側から同心的に装着されたリング状のガスケットがねじ孔の開口周縁部に当接して行く中で、ガスケットの表面部とねじ孔の開口周縁部との間で生じる摩擦を、油性物質の潤滑作用によって確実に軽減させることが可能となる。このことから、ガスケットの表面部に存在する微細な凹凸によって、取付け部のねじ孔の開口周縁部が傷付くといった程度を確実に軽減することができるのである。その結果、ガスケットの表面部と取付け部のねじ孔の開口周縁部との当接面（シール面）に微細な隙間が生じ難く、ねじ部基端側にそのねじ部の呼び径よりも大きい径で、つば状に張り出し形成された座部とねじ孔の開口周縁部との間を、ガスケットによって確実にシールすることができる。
【００１０】また、本発明にあっては、請求項２に記載のように、上記油性物質の塗布量が、２．２５μｇ／ｍｍ2 以上に設定されていることが望ましい。つまり、上記油性物質が２．２５μｇ／ｍｍ2 未満である場合には、ガスケットの表面部とねじ孔の開口周縁部との摩擦を軽減することができないおそれがあり、そのためにガスケットの表面部に存在する微細な凹凸によって、ねじ孔の開口周縁部を傷付けてしまう可能性が高くなってしまう。そこで、請求項２に記載する構成のように、ガスケットの表面部の単位表面積当たりにおける油性物質の塗布量を２．２５μｇ／ｍｍ2 以上に設定することにより、ガスケットの表面部とねじ孔の開口周縁部との間で生じる摩擦を、油性物質の潤滑作用によって、より確実に軽減させることが可能となる。
【００１１】そして、上記ガスケットは、具体的には、請求項３に記載するように、リング状の板部材に対し、周方向に稜線を生じさせる曲げ加工および絞り加工を、その半径方向の異なる位置に複数回施す形で形成されており、自身の中心軸線を含む平面による断面をとったときに、前記平面上にて前記中心軸線と平行で、かつ、当該断面により切り取られる部分が３ヶ所以上生ずる仮想的な平行基準線を引くことが可能であるように構成することができる。
【００１２】なお、本発明のリング状の板部材に前述のように複数回の曲げ加工および絞り加工を施して得られるガスケットにおいて、その断面が平行基準線を２以上の異なる位置にて切り取るということは、本発明の一例として後に詳述する図１０（Ｃ）のガスケット４０を例にとれば、図１０（Ｃ）に示すように、そのガスケット４０の断面が、平行基準線ＰＢに対する、ある切取り部分ｓ１から、方向転換部ｄ１を経て隣の切取り部分ｓ２に至る形状になっているということである。ガスケット４０を中心軸線Ｏの向きに圧縮変形させるとき、その変形は主に前記方向転換部における座屈変形によって担われる。そして、平行基準線ＰＢが断面により３ヶ所以上切り取られるということは、断面のこのような方向転換部が２ヶ所以上存在するということを意味する。
【００１３】さらに、上記油性物質としては、特に請求項４に記載のように、少なくとも二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）からなることが望ましい。
【００１４】二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）は、たとえば機械油などの他の油性物質よりも高温下における耐久性に優れており、かつ、潤滑性に優れていることから、ガスケットに塗布する油性物質として非常に好適である。
【００１５】そして、以上説明してきたガスケットは、たとえば請求項５に記載したように、軸状の中心電極と、前記中心電極の径方向周囲を取り囲む絶縁碍子と、前記絶縁碍子の径方向周囲を取り囲むと共に、自身の外周面に形成されたねじ部と、ねじ部基端側に該ねじ部の呼び径よりも大きい径で、つば状に張り出し形成された座部とを有する主体金具と、前記主体金具に固着されており、前記中心電極と対向して火花放電ギャップを形成する接地電極と、を備える内燃機関用スパークプラグの前記ねじ部基端側の外側に同心的に装着される形態で適用することができる。
【００１６】そのような形態でガスケットの装着された内燃機関用スパークプラグによれば、各種シリンダヘッドへ取付けられた場合にも、内燃機関用スパークプラグの座部とシリンダヘッドのねじ孔の開口周縁部との間を確実にシールして、安定した高い気密性を有する内燃機関用スパークプラグを実現できる。
【００１７】また、請求項６に記載するように、請求項５に記載した内燃機関用スパークプラグであって、前記主体金具の内周面のうち、前記ねじ部基端側よりも先端側に位置する部位には、前記絶縁体を係止するための絶縁碍子係止部が、環状に突出して形成されていると共に、前記絶縁体係止部と前記絶縁体との間で圧縮されることにより、該絶縁体係止部と前記絶縁体との間をシールするパッキンが介在された内燃機関用スパークプラグである場合には、前記ガスケットに対する前記油性物質の塗布量を、４５．０μｇ／ｍｍ2 以下に設定する必要がある。
【００１８】つまり、前記ガスケットに対する前記油性物質の塗布量が４５．０μｇ／ｍｍ2 を超える場合には、ガスケットの表面部に塗布された油性物質が主体金具のねじ部に浸み出し易くなる。それにより、前記ねじ部を取付け部（即ち、エンジンのシリンダヘッド）のねじ孔にねじ込む際の摩擦が小さくなり、ねじ部がねじ込まれ過ぎてしまうおそれを招いてしまう。その結果、主体金具がその中心軸方向に延び、主体金具の内部を気密化するために絶縁碍子と主体金具との間をシールするパッキン（図９中のパッキン１７参照）の密着度が低下し、主体金具内の気密性が損なわれてしまうことが懸念されるのである。また、ねじ部のねじ込み過ぎにより、主体金具やガスケットに損傷を与えてしまう可能性がある。したがって、上記構成の内燃機関用スパークプラグでは、ガスケットに対する上記油性物質の塗布量を、４５．０μｇ／ｍｍ2 以下に設定する必要がある。
【００１９】ここで、上記油性物質を塗布するガスケットの表面部の表面積について規定する。図１２は、ガスケットを燃焼室の方向から見た平面図である（本発明実施形態における図１０（Ａ）に対応）。図１２において、曲げ返し部４８の端部４９が描く外円と、曲げ返し部４３の内周縁４２が描く内円とに接する仮想円、つまりガスケットの幅を直径とする仮想円５１を想定し、その仮想円５１の半径をｒとし、仮想円５１の中心点５２と外円の中心点５３とを結んだ距離をＲとした場合において、２πｒ×２πＲにより求められる値をガスケットの表面部の表面積と規定する。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明のガスケットおよびそのガスケットを備えた内燃機関用スパークプラグの一実施形態について図を参照して説明する。図９は、内燃機関用スパークプラグを部分的な断面図を含んで示す部分断面図である。図１０（Ａ）は、図９に示す内燃機関用スパークプラグに備えられているガスケットを下面（燃焼室側）から見た平面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示すガスケットを中心軸線Ｏを含む平面により切断した場合の右端の断面図を含んで示す部分断面図であり、図１０（Ｃ）は、図１０（Ｂ）に示すガスケットの断面部分を拡大して示す部分断面拡大図と、その断面部分により切り取られた平行基準線の説明図である。なお、以下では、図９および図１０において図面下方を先端側とし、図面上方を後端側として説明する。また、本実施形態の内燃機関用スパークプラグは、ガスケットに油性物質が塗布されていることを除いて図９に示した内燃機関用スパークプラグ１０と同じ構造であるため、同じ構造の部分については同じ符号を用いるものとする。
【００２１】まず、図９を参照して内燃機関用スパークプラグの主要構成を説明する。内燃機関用スパークプラグ１０には、アルミナなどから形成された絶縁碍子２０が備えられている。絶縁碍子２０は、後端側に形成されたコルゲーション部２２と、先端側に形成された碍子脚長部２４とを有する。絶縁碍子２０の内部には、中心軸１８に沿って軸孔２６が貫通形成されている。軸孔２６の内部後端側には、端子１３が収容されており、その端子１３の後端は、コルゲーション部２２の後端から突出している。軸孔２６の内部であって端子１３の先端側には、ガラス抵抗１１を介して中心電極１２が収容されている。中心電極１２は、ニッケルを主体とする合金によって棒状に形成されており、中心電極１２の先端は、碍子脚長部２４の先端から突出している。
【００２２】絶縁碍子２０の先端側は、筒状に形成された主体金具３０の内部に収容されており、主体金具３０の先端部の外周面には、シリンダヘッドＳＨに形成されたねじ孔Ｎ（図１１）にねじ込むためのねじ部３１が形成されている。主体金具３０の先端には、接地電極１６が固着されており、この接地電極１６は、中心電極１２の先端面１２ａと対向するように曲げ返されて、中心電極１２と接地電極１６との間に火花放電ギャップｇを形成している。主体金具３０の内周面のうち、ねじ部３１の基端側よりも先端側に位置する部位には、碍子脚長部２４を係止するための絶縁碍子係止部３２が、環状に突出して形成されている。絶縁碍子係止部３２と碍子脚長部２４後端との間には、絶縁碍子係止部３２と碍子脚長部２４との間で圧縮されることにより、絶縁碍子係止部３２と碍子脚長部２４との間をシールするリング状のパッキン１７が介在されている。
【００２３】ねじ部３１の後端側の外周面には、座部３５が形成されている。座部３５は、ねじ部３１の呼び径よりも大きい径で、つば状に張り出し形成されている。ねじ部３１基端のねじ首３６には、リング状のガスケット４０が嵌め込まれており、ガスケット４０の上面は、座部３５の下面３５ａに接している。主体金具３０の後端側には、外周面が六角ナットの外周面形状に形成された六角部３３が形成されている。六角部３３は、ねじ部３１をシリンダヘッドＳＨのねじ孔Ｎ（図１１）にねじ込む際にプラグレンチなどの工具をあてがう部分である。六角部３３と座部３５との間には、外方へ湾曲した座屈部３４が形成されている。座屈部３４は、六角部３３の上部にあたるカシメ部分において、そのカシメ時にかかる応力を吸収する。なお、本実施形態では、ねじ部３１の呼び径は１４ｍｍであり、座部３５の下面３５ａからパッキン１７の上端までの距離ｔ１は、７．０ｍｍである。
【００２４】次に、ガスケット４０の構造について図１０を参照して説明する。ガスケット４０は、リング状のステンレス製の薄板に対し、周方向に稜線を生じさせる曲げ加工および絞り加工を、その半径方向に異なる位置に複数回施す形で形成されており（図１０（Ａ））、上面には、座部３５の下面３５ａ（図９）と接するリング状平面部４１が形成されている。また、ガスケット４０には、リング状平面部４１から内側下方に曲げられた部分であり、主体金具３０のねじ首３６と接する内周縁４２と、この内周縁４２から外側斜め上方に曲げ返された曲げ返し部４３（図１０（Ｃ））と、この曲げ返し部４３の端部４４とが形成されている。さらに、ガスケット４０には、リング状平面部４１から外側下方に折り曲げられた外周縁４５と、この外周縁４５から内側に斜め下方に直線状に延びた直線状部４６と、曲げ返し部４３と接触する接触部４７と、この接触部４７から外側斜め上方へ曲げ返された曲げ返し部４８と、この曲げ返し部４８の端部４９とから構成されている。曲げ返し部４８は、主体金具３０のねじ部３１をシリンダヘッドＳＨのねじ孔Ｎ（図１１）に締め付けた際にねじ孔Ｎの開口周縁部５０と密着する。
【００２５】また、図１０（Ｃ）に示すように、平面上にて中心軸線Ｏ（図１０（Ｂ））と平行な平行基準線ＰＢを引くと、その平行基準線ＰＢには、ガスケットの断面によって４ヶ所の切取り部分７０〜７３が生ずる。つまり、ガスケット４０は、自身の中心軸線Ｏを含む平面による断面をとったときに、その平面上にて中心軸線Ｏと平行で、かつ、上記断面により切り取られる部分が３ヶ所以上生ずる仮想的な平行基準線ＰＢを引くことが可能な構造である。なお、本実施形態では、図１０（Ｂ）に示すように、ガスケット４０の最大厚さｔ２（リング状平面部４１から曲げ返し部４８の最下端までの距離）は２．５０ｍｍであり、ガスケット４０の外径Ｒ１は１９．０ｍｍであり、内径Ｒ２は１３．８５ｍｍである（いずれも圧縮変形する前の値）。また、図１０（Ａ）に示すように、ガスケット４０を燃焼室Ｋ（図１１）の方向から見た場合の曲げ返し部４３の幅Ｌ１は、１．１２５ｍｍであり、曲げ返し部４８の幅Ｌ２は、１．４５ｍｍである（いずれも圧縮変形する前の値）。
【００２６】［実験１］まず、本発明者らは、内燃機関用スパークプラグをエンジンに取付ける際のガスケット４０の変形量がガスケット部分の気密性に影響を与えているのではないかと推定し、締付けトルクと、ガスケットの変形量との関係を調べるための実験を行った。まず、締付けトルクが締付け条件によってどう変化するかについて調べるために次の実験を行った。図４（Ａ）は、本実験、後述する実験３および実験４で用いた主な構成を示す説明図である。本実験では、アルミニウム合金製のシリンダヘッドの代わりにアルミニウム製のブッシュ６０を使用した。最初は、内燃機関用スパークプラグ１０のねじ部３１をブッシュ６０に形成されたねじ孔６１に手回しで締め付けて行き、ねじ部３１が回転しなくなった時点からトルクレンチを六角部３３にあてがい、その後はトルクレンチによって締付けを行った。そして、ねじ部３１の回転角をガスケット４０の変形量とみなして、締付けトルクとねじ部３１の回転角とを測定した（以下、測定１と称する）。また、上記のようなねじ込みによる締付け手法を用いないで内燃機関用スパークプラグ１０の中心軸方向だけの力でガスケット４０をつぶす試験を行った（以下、つぶし試験と称する）。
【００２７】そして、図１に示す結果が得られた。図１において、□で示す測定ポイントを実線で結んだグラフが、測定１の測定結果であり、破線で示すグラフが、つぶし試験の結果である。図１から、両グラフに差が生じるのは、つぶし試験では、軸力だけが作用し、測定１では、軸力以外の他の要因が影響するためであると推測した。そこで、本発明者らは、上記他の要因が何であるかを調べるため、ねじ部３１に潤滑剤としての二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を塗布し、締付けトルクとねじ部３１の回転角とを測定した（以下、測定２と称する）。そして、図１において○で示す測定ポイントを実線で結んだグラフを得た。このグラフと前述のつぶし試験のグラフとは、近似していることが分かる。
【００２８】つまり、ねじ部３１の摩擦が小さくなれば、小さなトルクでも大きな軸力が発生することが分かった。また、図１から、測定１における締付けトルクの約５５％がつぶし試験における締付けトルクになっていることから、締付けトルクの約半分がねじ部３１の摩擦力の影響によるものであることが分かった。なお、ねじ部３１の呼び径は、１４ｍｍであり、ねじのピッチが１．２５ｍｍであるため、ねじ部３１の変位量は、１．２５ｍｍ／３６０ｄｅｇ．である。
【００２９】［実験２］次に、本発明者らは、ガスケットの表面状態が締付けトルクおよび回転角に与える影響について実験を行った。本実験を行うにあたり使用するガスケット４０として、ステンレス製薄板部材を絞り油などの油性物質を用いて曲げ加工および絞り加工を行い、脱脂（洗浄）したものを４種類配し、ガスケット４０の表面部を超音波洗浄して略完全に脱脂したもの（以下、プラグＤと称する）、ガスケット４０の表面部を超音波洗浄せずに、成形時の油性物質が一部残留付着しているもの（以下、プラグＣと称する）、ガスケット４０の表面部全体に油性物質を塗布したもの（以下、プラグＢと称する）およびガスケット４０の表面部全体に二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を塗布したもの（以下、プラグＡと称する）をスパークプラグに装着し、計４種類のスパークプラグのそれぞれについて実験した。
【００３０】そして、図２に示す結果を得た。図２から、プラグＡ〜プラグＣは、ほぼ同じ特性を示しているのに対して、プラグＤは、それらと異なる特性を示していることが分かる。つまり、所定の角度回転させようとした場合、プラグＤは、ガスケット４０の表面が超音波洗浄によって油性物質が取り除かれているため、表面摩擦が大きいので、他のプラグＡ〜プラグＣよりも大きな締付けトルクを必要とすることが分かった。
【００３１】［実験３］次に、本発明者らは、締付けトルクと気密性との関係を調べるために、実験２で使用されたプラグＡ〜プラグＤを用いて実験を行った。本実験は、図４（Ａ）に示すように、スパークプラグ１０をアルミニウム製のブッシュ６０に締付け、常温下で火花放電ギャップｇ近傍に１５ｋｇ／ｃｍ2 の高圧エアを加えて行った。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるガスケット４０近傍の拡大図である。そして、ガスケット４０の曲げ返し部４８とブッシュ６０とが接触する接触部Ｐ１と、ガスケット４０の内周縁４２とねじ首３６とが接触する接触部Ｐ２と、ガスケット４０のリング状平面部４１と座部３５の下面３５ａとが接触する接触部Ｐ３とから漏洩する空気の１分間当たりの漏洩量を測定した。また、この測定は、締付けトルクを１．２５ｋｇｆ・ｍ〜３．５０ｋｇｆ・ｍ（約１２．２６Ｎ・ｍ〜約３４．３２Ｎ・ｍ）の範囲で何種類かに変えて行った。
【００３２】そして、図３に示す結果を得た。図３から、プラグＡ、プラグＢ、プラグＣ、プラグＤの順に漏洩量が少ないことが分かる。つまり、油性物質を塗布したプラグＡおよびプラグＢが、油性物質を塗布していないプラグＣおよびプラグＤよりも気密性に優れていることが分かる。特に、プラグＡは、ほとんど漏洩量が１０ｍｌ／ｍｉｎ以下であり、締付けトルクが１．５０ｋｇｆ・ｍ以上あれば、漏洩量を１０ｍｌ／ｍｉｎ以下にすることができる。これは、気密性にばらつきが存在するものの、１０ｍｌ／ｍｉｎ以下の漏洩量という非常に高い気密性の要求を総てクリアできることを示しており、高性能化されたエンジンにふさわしい。ところで、油性物質は、ガスケット４０の表面全体に塗布してもよいが、少なくともエンジン側の取付面と接する部分に塗布すれば、高い気密性を得ることができる。たとえば、図１０（Ｃ）において、曲げ返し部４３および曲げ返し部４８の表面のみに塗布すればよい。なお、曲げ返し部４３および曲げ返し部４８が、本発明の少なくともエンジン側の取付面と接する部分に対応する。
【００３３】［実験４］次に、本発明者らは、ガスケットの表面部への油性物質の最適な塗布量を求めるために実験２で使用したプラグＡを用いて実験を行った。本実験は、実験３で行った気密漏洩性試験と同じ手法により、締付けトルクを３．５０ｋｇｆ・ｍ（約３４．３２Ｎ・ｍ）に設定して行った（図４）。そして、図６に示す結果を得た。図６は、油性物質の塗布量と空気の漏洩量との関係を示すグラフである。図６から、漏洩量を１０ｍｌ／ｍｉｎ以下にするためには、油性物質の塗布量を２．２５μｇ／ｍｍ2 〜４５．０μｇ／ｍｍ2 の範囲に設定すればよいことが分かる。また、塗布量を４５．０μｇ／ｍｍ2 を超える量に設定した場合でも、ガスケット部分からの漏洩量を１０ｍｌ／ｍｉｎ以下にできるが、パッキン１７の部分の気密漏洩性が低下することが分かった。
【００３４】つまり、油性物質の塗布量が過剰であると、ガスケット４０の表面部から油性物質がねじ部３１に浸み出し、その結果、実験１で示したように、締付けトルクが過大となり、主体金具３０が中心軸方向に延びてしまう。そして、パッキン１７の部分の密着度が低下し、主体金具３０内の気密漏洩性が低下する。なお、塗布量の測定は、以下の■〜■の手順を有するｎ−ヘキサン抽出法を用いて行った。
■ガスケット（５０〜１００個）をｎ−ヘキサンに浸す。■その状態で超音波洗浄を行う。■ｎ−ヘキサンを濾過して、ガスケットの削りカスなどを排除する。■■〜■の手順を２〜３回繰り返す。■濾液からｎ−ヘキサンだけ蒸発させる。■蒸発せずに残った液分が油性物質量にあたるので、この液の重量を測定する。■■にてｎ−ヘキサンに浸したガスケットの数量で除算して１個あたりの重量に換算する。
【００３５】［検証］ところで、実験２の結果（図２）に示すように、締付け特性試験では各プラグ間であまり差が生じないのに比べ、実験３の結果（図３）に示すように、気密漏洩性試験では大きな差が出る。そこで、本発明者らは、その原因を調べるための検証を行った。本検証では、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて上記プラグＡ〜プラグＤのガスケットの表面部の状態を調べた。図７（Ａ）は、ガスケット４０の表面部の状態およびブッシュ６０の表面部の状態を模式的に示す説明図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示すガスケット４０の突起４０ａがブッシュ６０と凝着した状態を示す説明図である。図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、凝着摩耗部Ｈが形成される過程を示す説明図である。
【００３６】図１３〜図１８は、実験３で使用した４種類のプラグＡ〜プラグＤに取付けられたガスケット４０の表面部のＳＥＭ写真（図面代用写真）である。図１３（Ａ）は、プラグＤのガスケットの表面部（超音波洗浄後）を示すＳＥＭ写真であり（倍率２３倍）、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の中の□で囲んだ部分を拡大して示すＳＥＭ写真である（Ｃｏｍｐｏ 倍率１００倍）。図１４（Ａ）は、図１３（Ｂ）の中の□で囲んだ部分を拡大して示すＳＥＭ写真であり（Ｃｏｍｐｏ 倍率２７０倍）、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）をＴｏｐｏで示すＳＥＭ写真である。図１５（Ａ）は、プラグＣのガスケットの表面部（超音波洗浄前）を示すＳＥＭ写真であり（倍率２３倍）、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の中の□で囲んだ部分を拡大して示すＳＥＭ写真である（Ｃｏｍｐｏ倍率１００倍）。
【００３７】図１６（Ａ）は、図１５（Ｂ）の中の□で囲んだ部分を拡大して示すＳＥＭ写真であり（Ｃｏｍｐｏ 倍率２７０倍）、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）をＴｏｐｏで示すＳＥＭ写真である。図１７（Ａ）は、プラグＢのガスケットの表面部（油性物質塗布）を示すＳＥＭ写真であり（Ｃｏｍｐｏ 倍率２７０倍）、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）をＴｏｐｏで示すＳＥＭ写真である。図１８（Ａ）は、プラグＡのガスケットの表面部（二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）塗布）を示すＳＥＭ写真であり（Ｃｏｍｐｏ 倍率２７０倍）、図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）をＴｏｐｏで示すＳＥＭ写真である。
【００３８】なお、Ｃｏｍｐｏは、物質の相違を分かり易くするための撮影手法であり、Ｔｏｐｏは、凹凸を分かり易くするための撮影手法である。その結果、プラグＣおよびプラグＤのガスケットの表面部には、アルミニウムの微粒子が付着していることが分かった（図１３〜図１６）。これは、プラグをブッシュ６０に締め付ける際に、ガスケット４０の表面部によってブッシュ６０の表面から削り取られたアルミニウムであると推測される。また、プラグＣとプラグＤとでは、アルミニウムの付着量が異なっていた。
【００３９】そこで、ガスケットの表面部に付着したアルミニウムが気密漏洩性に影響を与え、その付着量によって影響の度合いが異なると推測した。つまり、プラグＤは、超音波洗浄しているため、ガスケット製造時に付着した油性物質が除去されており、ガスケットの表面部は、図７（Ａ）に示すように凹凸状になっている（図１３、図１４参照）。そして、図７（Ｂ）においてＪで示す部分のように、ブッシュ６０に締め付けた際の圧力でガスケット４０の突起部４０ａとブッシュ６０とが凝着を起こし、図８（Ａ）に示すように突起部４０ａによってブッシュ６０の表面部のアルミニウムが削られ、その削られたアルミニウムＧが突起部４０ａの先端に凝着する。
【００４０】これにより、ブッシュ６０の表面部には、アルミニウムが削り取られた凝着摩耗部Ｈが形成される。そして、図８（Ｂ）に示すように、突起部４０ａの先端に付着したアルミニウムＧが、凝着摩耗部Ｈをさらに掘り下げ、ひっかき摩耗部Ｗを形成する。そして、締付けトルクが増大するにつれて、ブッシュ６０の表面部とガスケット４０の表面部との摩擦が大きくなるので上記凝着が繰り返され易く、突起部４０ａの先端に凝着したアルミニウムＧが成長するため、上記ひっかき摩耗部Ｗが深くなるとともに、ひっかき摩耗部Ｗがガスケット４０の表面全体に形成されるようになるので気密漏洩性が悪化する。
【００４１】一方、プラグＣは、ガスケットの表面部に成形時の絞り油などの油性物質が残留付着しているため、その残留付着した油性物質が潤滑剤の働きをし、ガスケットの表面部とブッシュの表面部とが凝着し難くなっている。そのため、前述した凝着摩耗およびひっかき摩耗が起こり難い状態で締付けトルクが増大すると、ガスケットの表面部およびブッシュの表面部間の接触面圧が高くなり、ガスケット表面の凹凸がならされる（図１５、図１６参照）。その結果、プラグＤよりも気密漏洩性が高くなる。また、プラグＢの場合は、超音波洗浄後に油性物質を塗布しているため、余分な物質が除去された表面に油性物質を塗布できるので、プラグＣよりも油性物質の潤滑剤としての働きがより一層高められる。そのため、上記接触面圧がより一層高くなるため、ガスケット表面の凹凸がより一層平坦になるので（図１７参照）、気密漏洩性がより一層高くなる。
【００４２】そして、プラグＡのガスケットの表面部に塗布されている二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）は、固体潤滑剤の働きを持っている。固体潤滑剤は、力が加わっても粒子が潰れずに高い潤滑の役目を果たす。そのため、同じ大きさの締付けトルクでも、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）の方が、前述の油性物質よりも表面の平坦化に優れているため（図１８参照）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を表面に塗布したプラグＡはプラグＢよりも気密漏洩性を高めることができる。
【００４３】以上のように、本発明のガスケットを使用すれば、安定した高い気密性を有するガスケットおよびそのガスケットが備えられた内燃機関用スパークプラグを実現できる。
【００４４】また、上記ガスケットは、図５の工程図に示す工程を有する製造方法によって製造することができる。つまり、図５（Ａ）に示すように、ガスケット素材を超音波洗浄し（工程１０）、そのガスケット素材の表面部に油性物質を塗布し（工程１２）、そのガスケット素材を曲げ加工および絞り加工によって成形する。また、図５（Ｂ）に示すように、洗浄されたガスケット素材を成形してから（工程１４）、油性物質を塗布する（工程１６）方法でもよい。この方法の場合、ガスケット成形工程（工程１４）の際に絞り油がガスケットの表面部に残留付着するため、その付着した絞り油の量を計算に入れて次の油性物質を塗布することが望ましい。
【００４５】ところで、油性物質の塗布範囲は、ガスケット４０の表面部全体でもよいが、少なくともエンジンヘッドの取付面と接触する部分（図４（Ｂ）接触部Ｐ１）に油性物質が介在される形となるように塗布すれば、ガスケットとしての気密性を高めることができる。また、主体金具３０のねじ首３６と接触する部分（接触部Ｐ２）、あるいは、座部３５の下面３５ａと接触する部分（接触部Ｐ３）に油性物質が介在する形となるように塗布すれば、より一層気密性を高めることができる。さらに、上記実施形態では、ステンレス製のガスケットを例に挙げて説明したが、撥油性の低い材料、たとえば低炭素鋼で成形したガスケットに油性物質を塗布することもできる。また、鋼材により成形され、その表面部をＺｎメッキしたようなガスケットでは、Ｚｎメッキ自体が油性物質の代替となるため、気密性も高められる。
【００４６】また、上記実施形態では、主体金具３０のねじ部３１の呼び径が１４ｍｍであるものを例に挙げて説明したが、１０ｍｍ、１２ｍｍおよび１８ｍｍなど、他の呼び径のねじ部を有する内燃機関用スパークプラグにも本発明を適用できることは勿論である。さらに、上記実施形態では、本発明を構成する油性物質として、好ましくは二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）を例に挙げて説明したが、これらに匹敵する性質を有するものであれば、他の油性物質を用いることもできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４５４７
【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年４月２２日（１９９９．４．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９５７９５
【弁理士】
【氏名又は名称】田下 明人 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３０４１３４（Ｐ２０００−３０４１３４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１１４４７７ |
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