JP2002329564A - スパークプラグの製造方法及び加締め用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加締め固定を繰り返しても、加締め固定後に
おける主体金具の各種寸法が寸法公差内から逸脱するこ
とを抑制するスパークプラグの製造方法及びそれに使用
される加締め用金型を提供する。 【解決手段】 主体金具１の加締め予定部２００を、該
主体金具１内に挿入された軸線方向に伸びる絶縁体２の
外周面に対して加締め固定する際、加締め用金型１１１
として、主体金具１の加締め予定部２００と接触・摺動
する面２００ａに、非晶質炭素相を主体としてなる硬質
炭素被膜が形成されたものを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパークプラグの
製造方法及びそれに使用される加締め用金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパークプラグの主体金具は一般に炭素
鋼等の鉄系材料で構成されている。そして、腐食防止の
ため主体金具の表面に亜鉛メッキ又はニッケルメッキ等
の金属メッキ層を施したり、さらにこれら金属メッキ層
が形成された後の表面にさらにクロメート被膜を施した
りする方法が行なわれている。これら表面処理のうちで
クロム成分として六価クロムが含有されるクロメート被
膜（以下、六価クロメート被膜ともいう）は、特に防食
性が良好でありスパークプラグに好適に使用されてい
る。しかしながら、六価クロメート被膜はそのクロム成
分として六価クロムを含有しているため、環境保護が高
まりつつある昨今ではしだいに敬遠される傾向にあり、
将来全廃しようとの検討も進められている。

【０００３】そこで、六価クロムをほとんど含有しない
クロメート被膜、つまりクロム成分の略全てが三価クロ
ムであるクロメート被膜（以下、三価クロメート被膜と
もいう）の開発が比較的早くから行なわれていた。この
ようなクロメート被膜は六価クロムの含有量が比較的低
い処理浴によって形成可能であり、また、全く六価クロ
ムが含有しない処理浴からも形成することができる。

【０００４】なお、上記のような三価クロメート被膜に
おいては、厚い膜厚のものを形成することが困難であっ
たため、六価クロメート被膜と比較して良好な耐食性を
得るのが困難であった。しかし、処理浴の開発によりク
ロメート被膜の膜厚を厚くすることが可能となり、良好
な耐食性を確保できることとなった。したがって、六価
クロメート被膜とともに、スパークプラグの主体金具に
おける腐食防止に好適に使用される傾向にある。

【０００５】一方、スパークプラグの主体金具をその内
部に挿入された先端側に中心電極を配置した絶縁体の外
側に取付ける方法として、筒状に形成された主体金具の
後端部周縁（加締め予定部）を絶縁体の外周面に向けて
屈曲させて加締め固定する方法が一般的に行われてい
る。

【０００６】しかしながら、主体金具として、その表面
に三価クロメート被膜が形成されているものを使用する
と、加締め固定後に主体金具の各種寸法が寸法公差内か
ら逸脱する場合が目立って多くなった。この各種寸法の
寸法公差内からの逸脱（以下、これを寸法ずれともい
う）は、六価クロメート被膜といった他の表面処理を主
体金具に行った場合でも確認される場合があるが、特に
三価クロメート被膜が形成されている場合において顕著
であった。これらの各種寸法ずれは十分な加締め固定を
阻害する。特に工具係合部の対辺や加締め高さ等の寸法
ずれが過大になると、主体金具の内周面と絶縁体との間
に充填される滑石の充填密度や、スパークプラグ自体の
気密性が低下したりするため好ましくない。そこで、こ
れを抑制するために、主体金具を絶縁体に加締め固定す
る際に用いられる加締め用金型として、加締め予定部の
圧縮スクロールを深くしたものも使用されている。加締
め予定部の圧縮スクロールを深くすることにより工具係
合部の対辺寸法の拡大は抑制されやすくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような加締め用金型にあっても、使用当初は効果がある
が主体金具の加締め固定を繰り返すことにより該効果が
薄れ、加締め固定後の主体金具の各種寸法ずれが目立つ
ようになる。このような寸法ずれは、主体金具に下地金
属メッキ層としての亜鉛メッキ層を形成し、その上に三
価クロメート被膜を形成した場合において特に顕著であ
ったが、他の表面処理を施した場合であっても発生する
傾向にあった。

【０００８】本発明の課題は、主体金具の絶縁体への加
締め固定を繰り返しても、加締め固定後における主体金
具の各種寸法が寸法公差内から逸脱することを抑制する
スパークプラグの製造方法及びそれに使用される加締め
用金型を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のスパークプラグの製造方法
は、機関取付けのための工具係合部を有する筒状の主体
金具の加締め予定部を、該主体金具内に挿入された軸線
方向に伸びる絶縁体の外周面に対して加締め固定するス
パークプラグの製造方法であって、前記加締め固定にお
ける加締め用金型として、前記主体金具の前記加締め予
定部と接触・摺動する面に、非晶質炭素相を主体として
なる硬質炭素被膜が形成されたものを使用することを特
徴とする。

【００１０】さらに、上記本発明のスパークプラグの製
造方法に使用される、本発明の加締め用金型は、機関取
付けのための工具係合部を有する筒状の主体金具の加締
め予定部を、該主体金具内に挿入された軸線方向に伸び
る絶縁体の外周面に対して加締め固定するために使用さ
れるスパークプラグの加締め用金型であって、前記主体
金具の前記加締め予定部と接触・摺動する面に、非晶質
炭素相を主体としてなる硬質炭素被膜が形成されている
ことを特徴とする。

【００１１】加締め固定後に主体金具の各種寸法ずれが
起こるのは、加締め固定時に望まざる応力が主体金具に
働いて主体金具の望まざる変形を誘発するためである。
この望まざる応力を低減させるためには、加締め用金型
の主体金具と接触・摺動する面と、主体金具との間の滑
り摺動性を向上させる事が有効である。そこで本発明者
らは鋭意検討の結果、加締め用金型として、主体金具の
加締め予定部と接触・摺動する面に、非晶質炭素相を主
体としてなる硬質炭素被膜が形成されたものを使用すれ
ば、加締め固定における滑り摺動が良好に行われ、加締
め固定後の各種寸法ずれを効果的に抑制することができ
ることを見い出し本発明の完成に至ったものである。

【００１２】本明細書において、「非晶質炭素相を主体
としてなる硬質炭素被膜」とは、膜の主体をなす炭素の
骨格構造が非晶質であり、そのビッカース硬さが１５０
０ｋｇ／ｍｍ^２以上のものをいう。なお、被膜の硬さ
は、例えば、ダイナミック超微小硬さ試験機によって測
定できる。このような硬質炭素被膜のうちで、非晶質中
の骨格構造を構成する結合に炭素のダイヤモンド結合を
多く含んでいるものは、ＤＬＣ（Diamonnd Like Carbo
n）被膜とも称され、ダイヤモンドに類似の硬度を有す
る。そのため、高硬度が要求される部材の表面に被膜さ
れて使用されることが多い。また、ＤＬＣ被膜に代表さ
れる硬質炭素被膜は、摩擦係数が特に小さいため、他部
材との間の滑り摺動性を向上させる効果がある。本発明
においては、このようなＤＬＣ被膜に代表される非晶質
炭素相を主体にしてなる硬質炭素被膜を加締め用金型に
形成することにより、主体金具の加締め予定部との間の
滑り摺動性を向上させようとしたものである。なお、本
明細書において「主体に」、あるいは「主に」とは、そ
の対象となる組織中において含有量（質量％）が最も多
いものをいう。

【００１３】また、本発明においては、主体金具として
少なくとも前記加締め予定部の外周面に、亜鉛メッキ又
はニッケルメッキ処理を施した後、該表面にさらにクロ
メート処理を施したもの、あるいは、Ｎｉメッキ処理の
みを施したものを使用できる。これらの表面処理は、ス
パークプラグの主体金具に一般的に行なわれている処理
である。本発明では、これらの一般的な表面処理を施し
た主体金具を加締め固定する際において、各種寸法の寸
法公差からのずれを抑制できるので、産業上大きな効果
を有する。

【００１４】なお、主体金具表面に形成されるクロメー
ト被膜は、六価クロメート被膜及び三価クロメート被膜
のどちらの場合であってもよい。すなわち、三価クロメ
ート被膜を形成した場合における主体金具の各種寸法ず
れが特に顕著であり、本発明により、該寸法ずれが効果
的に抑制されるものであるが、六価クロメート被膜を形
成した場合においても、本発明を適用することの効果
（すなわち、各種寸法ずれのより一層の抑制）が、十分
に得られるものである。さらに、本発明は、上記のよう
に主体金具にクロメート皮膜を形成した場合にとどまら
ず、Ｎｉメッキ処理のみをほどこした場合においても、
同様の効果が得られるものである。

【００１５】また、上記のように、主体金具の表面に金
属メッキ及び／又はクロメート被膜を形成した場合、従
来の加締め用金型を使用すると、該加締め用金型の使用
頻度（加締め固定の回数）が増すにつれて、加締め固定
後の主体金具の加締め部における、メッキ剥離あるいは
メッキ荒れ等のメッキの損傷が酷くなる傾向にあった。
しかしながら、本発明の加締め用金型を使用すると、該
加締め用金型の使用頻度が増しても（多数回加締め固定
を行っても）、従来の加締め用金型を使用した場合と比
較して、メッキ剥離あるいはメッキ荒れ等のメッキの損
傷が発生しにくいという効果がある。具体的には、本発
明の加締め用金型を使用した場合、従来金型と比較し
て、１０倍以上の回数を使用しても、主体金具の加締め
部においてメッキの損傷が発生しない。

【００１６】主体金具にクロメート被膜を形成する場
合、主体金具は、含有されるクロム成分の９５質量％以
上が三価クロム成分である膜厚０．２〜０．５μｍのク
ロメート被膜が、少なくとも前記加締め予定部の外周面
に形成されているものとしてもよい。含有されるクロム
成分の９５質量％以上が三価クロムである当該クロメー
ト被膜（広義の三価クロメート被膜とする）は、六価ク
ロムの含有量が５質量％未満と少ないため、該クロメー
ト被膜を使用することの環境対策上の効果は大きい。な
お、上記クロメート被膜は実質的に六価クロムを含有し
ないのが環境保護上さらに望ましい。このような、三価
クロメート被膜においては、前述のとおり加締め固定に
おける主体金具の各種寸法ずれが、特に顕著であるの
で、本発明の効果がより一層期待できる。

【００１７】また、スパークプラグの使用状況を考慮す
れば、主体金具に形成される三価クロメート被膜の膜厚
は０．２〜０．５μｍに設定するのがよい。膜厚を０．
２μｍ以上とすることにより、温度が上昇しやすく酸の
アタック等も受けやすいというスパークプラグ特有の使
用状況であっても、三価クロメート被膜の耐久性を十分
に確保することができる。一方、膜厚が０．５μｍを超
えると、加締め固定時に皮膜にクラックが生じたり、あ
るいは被膜の脱落等が発生し、却って耐久性が損なわれ
ることになる。三価クロメート被膜の膜厚は望ましくは
０．３〜０．５μｍに設定するのがよい。

【００１８】しかし、上記のような膜厚の三価クロメー
ト被膜においては、加締め固定時における各種寸法ずれ
が、特に発生する傾向にある。これは、三価クロメート
被膜の形成が湿式法で行なわれるため、被膜中の含水率
が相対的に高くなり、前述のような膜厚においては、ク
ロメート皮膜の特に表面部分に該水分が過剰に分布する
ためであると考えられる。つまり、この水分のために摺
動相手となる加締め用金型との間で望まざる吸着力が働
き、これらの間の滑り摺動性が損なわれ、寸法ずれが生
じると考えられる。

【００１９】本発明によれば、加締め用金型に前述の硬
質炭素被膜を形成することにより、主体金具上の三価ク
ロメート被膜と加締め用金型との水分による吸着を抑制
し、滑り摺動を良好に行うことができる。そして、ひい
ては加締め固定の際の各種寸法ずれを抑制することがで
きる。

【００２０】また、主体金具の表面に亜鉛メッキ層を形
成後、さらにその上から、該三価クロメート被膜を形成
した場合には、特に寸法ずれの発生が顕著であったが、
これは、加締め固定を繰り返すことにより、加締め用金
型に亜鉛及びクロム等の成分が付着して、加締め用金型
と主体金型との間の滑り摺動が阻害されるためであると
推測できる。実際、使用後の加締め用金型の表面を観察
すると、これらの成分が付着している様子が観察されて
いる。本発明は、このような状況でも効果を発揮する。
これは、硬質炭素被膜の形成により加締め用金型への亜
鉛及びクロム等の付着が抑制され、主体金型との間で良
好な滑り摺動が継続されるためであると考えられる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。図１は本発明により製造され
るスパークプラグ１００を示すものである。筒状の主体
金具１、先端部２１が突出するようにその主体金具１の
内側に嵌め込まれた絶縁体２、先端に形成された放電部
３１を突出させた状態で絶縁体２の内側に設けられた中
心電極３、及び主体金具１に一端が溶接等により結合さ
れるとともに、他端側が側方に曲げ返されて、その側面
が中心電極３の放電部３１と対向するように配置された
接地電極４等を備えている。また、接地電極４には上記
放電部３１に対向する放電部３２が形成されており、そ
れら放電部３１と放電部３２とに挟まれた隙間に火花放
電ギャップｇが形成されている。なお、主体金具１の表
面には、亜鉛メッキ層４１及びクロメート皮膜層４２が
形成されている。

【００２２】絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化
アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、そ
の内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込む
ための貫通孔６を有している。また主体金具１は、低炭
素鋼等の金属により円筒状に形成されており、スパーク
プラグのハウジングを構成するとともに、その外周面に
は、プラグ１００を図示しないエンジンブロックに取付
けるためのねじ部７が形成されている。貫通孔６の一方
の端部側に端子金具１３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６内において端子金具１３と中心電極３との間
に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端
部は、導電性ガラスシール層１６、１７を介して中心電
極３と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続されてい
る。なお、放電部３１に対向する放電部３２は省略する
構成としてもよい。この場合には、放電部３１と接地電
極４との間で火花放電ギャップｇが形成されることにな
る。

【００２３】以下、このようなスパークプラグ１００の
本発明の製造方法について述べる。まず、下地金属層と
しての亜鉛メッキ層４１を公知のメッキ処理により主体
金具１に形成する。下地金属層の種類としては他に、ニ
ッケルメッキ層等が好適に採用される。そして、このよ
うな下地金属層が形成されている主体金具１を三価クロ
ム塩と三価クロムに対する錯化剤とが配合されたクロメ
ート処理浴に浸漬することにより三価クロメート被膜４
２を形成させる。なお、処理能率向上のため、公知のバ
レル処理法（透液性の容器内に金属部材をバラ積み挿入
し、上記クロメート処理浴中にて容器を回転させながら
行う処理）等を採用することができる。

【００２４】錯化剤としては、各種キレート剤（ジカル
ボン酸、トリカルボン酸、オキシ酸、水酸基ジカルボン
酸あるいは水酸基トリカルボン酸：例えば、シュウ酸、
マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリ
ン酸、コルク酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン
酸、フタル酸、テレフタル酸、酒石酸、クエン酸、リン
ゴ酸、アスコルビン酸等）を用いることが有効である
が、他の錯化剤を用いても良い。このような処理浴を用
いることにより、比較的厚膜のクロメート被膜を形成す
ることができる。なお、このようなクロメート被膜の形
成方法については、ドイツ公開特許公報ＤＥ１９６３８
１７６Ａ１号に詳細が開示されている。

【００２５】また、上記のクロメート処理浴の温度は２
０〜８０℃に設定しておくのが良い。また、クロメート
処理浴への被処理物の浸漬時間は、２０〜８０秒とする
のが良い。浴温の温度が２０℃未満のときは、形成され
るクロメート被膜の膜厚が十分に得られず、一方浴室の
温度が８０℃以上のときは、浴からの水分蒸発が激しい
ため、浴条件の精度が困難となる。また、浸漬時間が２
０秒未満になると十分なクロメート被膜が形成できなく
なる場合がある。一方、浸漬時間が８０秒を超えると、
形成されたクロメート被膜が厚くなりすぎて、被膜にク
ラックを生じたり、被膜の脱落等が生じたりしやすくな
る。

【００２６】クロメート処理後の主体金具１は、水洗
後、温風等によって乾燥させる。

【００２７】次に、以上のような状態の主体金具１に対
して、貫通孔６に中心電極３及び導電性シール層１６、
１７、抵抗体１５並びに端子金具１３を予め組み付けた
絶縁体２を挿入開口部側から挿入し、絶縁体２の係合部
２ｈと主体金具１の係合部１ｃとを線パッキン（図示
略）を介して結合させた状態とする（なお、これらの部
材については図１を参照）。次に、主体金具１の挿入開
口部からその内側に線パッキン６２を配置し、タルク等
の充填層６１を形成してさらに線パッキン６０を配置す
る。その後、これらの線パッキン６０、６２及び充填層
６１を介して主体金具１の加締め予定部を絶縁体２に対
して加締めることにより主体金具１と絶縁体２とを組み
付ける。

【００２８】上記主体金具１と絶縁体２との加締め固定
は、具体的には図２のようにして行なわれる。まず、加
締めベース１１０のセット孔１１０ａに主体金具１の先
端部を挿入し、主体金具１に形成されたフランジ状のガ
スシール部１ｆをその開口周縁に支持させる。次いで、
主体金具１の軸線方向において、主体金具１に加締め金
型１１１を接触・保持させる。ここまでの状態を図２
（ａ）に示す。その状態で、加締め金型１１１に軸線方
向の力（図２（ａ）に示す矢印参照）を加えると、主体
金具１の加締め予定部２００の滑り摺動予定面２００ａ
と加締め用金型１１１との間に滑り摺動が生じ、その結
果、主体金具１の加締め予定部２００が絶縁体２のほう
に向かうように屈曲することにより主体金具１と絶縁体
２とが加締め固定されることになる（図２（ｂ））。そ
して、主体金具１内での絶縁体２の抜き止めがなされる
とともに、主体金具１の内周面と絶縁体２の外周面との
間がシールされる。このとき、座屈部１ｈは軸線方向の
圧縮により座屈されるとともに、工具係合部１ｅにはそ
の寸法を広げようとする応力が働く。

【００２９】本発明においては、上記加締め固定に使用
される加締め用金型１１１には、図４（ｃ）に示すよう
に、本発明の要件である非晶質炭素層を主体としてなる
硬質炭素被膜６０が形成されている。また、工具用合金
鋼等で構成されることの多い加締め用金型と硬質炭素被
膜との密着性を向上させるために、硬質炭素被膜６０と
加締め用金型１１１との間に中間層６１を形成すること
もできる（図４（ａ）（ｂ））。中間層６１は（ｂ）の
ように単層のみを形成してもよいし、（ａ）のように複
数層形成してもよい。なお、（ａ）に示すように、中間
層６１を２層にて形成するときは、クロム又はチタンを
主体とする下層中間層６１ｂの上に珪素又はゲルマニウ
ムを主体とする上層中間層６１ａを形成するのが密着性
を高めるためにより望ましい。このような多層の被膜構
造の形成は、例えば特開平６−６０４０４に記載された
方法により形成することができる。詳細は以下の通りで
ある。

【００３０】まず、加締め用金型１１１の表面を脱脂・
洗浄した後、下層中間層６１ｂ及び上層中間層６１ａを
公知の真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ
リング法等により順次形成する。次いで、これをプラズ
マ重合成膜装置の真空チャンバ内において、そのカソー
ド側にセットする。そして、真空チャンバ内を真空排気
し、ガス導入口から炭化水素ガス（例えば、メタン、エ
チレン、ベンゼン等；水素を混合してもよい。）を導入
し、その圧力を例えば０．１ｔｏｒｒ程度に調整する。
そして、真空チャンバ内のカソードとアノードとの間に
高周波電圧を印加し、プラズマを発生させる。これによ
り炭化水素が分解して水素を取り込みながら非晶質炭素
の形で堆積し、密着性の良好な硬質炭素被膜６０が形成
される。

【００３１】図３は本発明の加締め用金型１１１の一例
を示すものである。本発明の加締め用金型１１１は、軸
線Ｃの方向に貫通孔１１２を有するとともに、少なくと
も軸線方向片側の内周面にテーパー状内周面１１１ａ
と、主体金具１の前記加締め予定部２００を屈曲させる
ための加締めアール部Ｒが形成されている。なお、加締
めアール部Ｒはテーパー状内周面１１１ａとストレート
部１１１ｃとの間に形成されている。図３においては、
金型の寿命を延ばすために、軸線Ｃの方向両側にテーパ
ー状内周面１１１ａ及び加締めアール部Ｒを有するリン
グ状に形成されている。また、少なくとも加締めアール
部Ｒの加締め内周面１１１ｂには、スパークプラグの主
体金具１と滑り摺動性を向上させるための、非晶質炭素
相を主体としてなる硬質炭素被膜が形成されている。こ
の加締めアール部Ｒを形成する加締め内周面１１１ｂ
は、加締め用金型１１１の内側に向かって凸形状となっ
ている。そして、この加締め内周面１１１ｂと、テーパ
ー内周面１１１ａとの境界付近においては、外側に凸形
状となる形態でアールが付与されている。ここで、該加
締め用金型１１１の軸断面において、該中心軸線Ｃと直
交する直線Ｂと、形成されているテーパー状内周面１１
１ａとのなす角を、加締め用金型１１１の金型テーパー
角度Ａ（°）と定義する。そして、加締めアール部Ｒの
軸線Ｃの方向における長さを、加締めアール部深さＤ
（ｍｍ）と定義する。該加締めアール部Ｒの軸線Ｃの方
向における長さとは、該加締めアール部Ｒの加締め内周
面１１１ｂに沿う仮想円Ｏと、テーパー状内周面１１１
ａの延長線Ｇとの交点を点Ｅとして、点Ｅから加締め内
周面１１１ｂまでの軸線Ｃの方向における最長距離をい
うものとする。なお、ストレート部１１１ｃの内径は、
主体金具１の加締め予定部２００よりも後方側の絶縁体
２の外径よりも大きい値で形成され、絶縁体２の上記後
方側を挿通可能なものにしている。

【００３２】加締め用金型１１１は、製造されるスパー
クプラグ１００の種類に応じて好適なものを使用するの
がよい。つまり、各種得るべきスパークプラグ（詳細に
は主体金具）の寸法に応じた金型の金型テーパー角度Ａ
（°）及び金型加締めアール部Ｒの深さＤ（ｍｍ）の条
件がある。すなわち、以下の条件を満足するものを使用
するのがよい。 （１）主体金具１の工具係合部１ｅの対辺寸法Ｎ（ｍ
ｍ）（図６参照）を１４ｍｍ以下とする場合（以下この
場合を、Ｎ≦１４ｍｍ以下の場合ということもある）、 ６≦Ａ／Ｄ≦２２・・・条件１ （２）主体金具１の工具係合部１ｅの対辺寸法Ｎ（ｍ
ｍ）を１５．７〜１６ｍｍとするとともに、該主体金具
１のＪＩＳ−Ｂ８０３１に規格されるねじ径を１４ｍ
ｍ、１２ｍｍあるいは１０ｍｍのいずれかとする場合
（以下、この場合をＮ＝１６ｍｍの場合ということもあ
る）、 ５．５≦Ａ／Ｄ≦１９．５・・・条件２ （３）主体金具１の工具係合部１ｅの対辺寸法Ｎ（ｍ
ｍ）を１９．７〜２０ｍｍとするとともに、該主体金具
１のＪＩＳ−Ｂ８０３１に規格されるねじ径を１４ｍｍ
とする場合（以下、この場合をＮ＝２０ｍｍの場合とい
うこともある）、 ３≦Ａ／Ｄ≦９．５・・・条件３ となるものを使用する。このような加締め用金型１１１
を使用すれば、硬質炭素被膜６０の形成の効果とも相俟
って、主体金具１の加締め固定後における主体金具１の
各種寸法ずれを抑制できる。

【００３３】また、上記（１）の場合、上記条件１に加
えて、金型テーパー角度Ａ：１５〜３５°、かつ金型加
締めアール部深さＤ：１．６〜２．４ｍｍとしたとき、
特に主体金具１の各種寸法ずれを抑制することができ
る。また、上記（２）の場合は、上記条件２に加えて、
金型テーパー角度Ａ：１５〜３５°、かつ金型加締めア
ール部深さＤ：１．８〜２．６ｍｍとし、並びに（３）
の場合は条件３に加えて、金型テーパー角度Ａ：１０〜
２０°、かつ金型加締めアール部深さＤ：２．２〜３ｍ
ｍとしたとき、同様に主体金具１の各種寸法ずれを、さ
らに抑制することができる。

【００３４】上記加締めアール部深さＤ（ｍｍ）は、深
過ぎると加締め予定部２００が、絶縁体２の所望の位置
に十分に当接せず、主体金具１の各種寸法ずれを誘発し
気密性の低下を招く。また、浅過ぎると加締め固定後に
得られる加締め部２２０（図２ｂ参照）の形状が良好な
ものとならないため、同様に各種寸法ずれを誘発するた
め好ましくない。従って、得るべきスパークプラグ１０
０の形状によって、それぞれ上記のような範囲で加締め
アール部深さＤ（ｍｍ）を設定するのがよい。また、金
型テーパー角度Ａ（°）は、大きすぎると工具係合部１
ｅに加締め用金型１１１が早く当接し過ぎて、工具係合
部１ｅ等に余計な応力が働くため寸法ずれを誘発する要
因となる。一方、小さすぎると工具係合部１ｅに加締め
用金型１１１が当接するのが遅くなり、同様に寸法ずれ
を誘発する原因となる。従って、得るべきスパークプラ
グの寸法に応じて、上記範囲に金型テーパー角度Ａ
（°）を設定するのがよい。

【００３５】上記主体金具１の絶縁体２に対する加締め
固定は、熱加締め及び冷間加締めのいずれを行っても差
し支えない。

【００３６】また、本実施の形態においては、加締め用
金型１１１は、軸線Ｃの方向両側にテーパー状内周面１
１１ａ及び加締めアール部Ｒが形成されているものにつ
いて示したが、軸線Ｃの方向片側のみにテーパー状内周
面１１１ａ及び加締めアール部Ｒが形成されているもの
でもよい。この場合、主体金具１との間の滑り摺動性を
向上させる硬質炭素被膜６０が少なくとも加締めアール
部Ｒの加締め内周面１１１ｂに形成されているものを使
用する。

【００３７】さらに、上記実施の形態においては、絶縁
体２の外周面と主体金具１の内周面との間に滑石を充填
して加締め固定する場合について示しているが、本発明
はこれに限られるものではなく、滑石を主体金具１の内
周面と絶縁体２の外周面との間に充填せずに、主体金具
１を加締め固定するスパークプラグの製造方法において
も当然適用することが可能である。

【００３８】

【実験例】本発明の効果を調べるために、以下の実験を
行った。 （実験例１）金型にＤＬＣコーティングを施した場合
の、主体金具の加締め固定時における寸法ずれ低減効果
を調べるため、以下の実験を行った。まず、ＪＩＳ−Ｇ
３５３９に規定された冷間圧造用炭素鋼線ＳＷＣＨ８Ａ
を素材として用い、図１の主体金具１を冷間鍛造により
製造した。次いで、これに公知のアルカリシアン化物浴
を用いた電解亜鉛メッキ処理を施すことにより、膜厚約
５μｍの亜鉛メッキ層を形成した。

【００３９】主体金具１として、次の方法により三価ク
ロメート被膜及び六価クロメート被膜を形成したものを
それぞれ用意した。 （１）三価クロメート被膜 クロメート処理浴として、脱イオン水に対して１リット
ル当り、塩化クロム（III）（ＣｒＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏ）
を５０ｇ、硝酸コバルト（II）（Ｃｏ（ＮＯ_３）_２）を
３ｇ、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）を１００ｇ、マロ
ン酸３１．２ｇの割合で溶解することにより建浴し、ヒ
ーターにより液温６０℃に保持するとともに、浴のｐＨ
を苛性ソーダ水溶液の添加により２．０に調節したもの
を使用した。そして、亜鉛メッキ後の主体金具１を上記
クロメート処理液に６０秒浸漬し、次いで水洗後、７０
℃の温風により１８０秒仮乾燥して、三価クロム系クロ
メート皮膜を形成した。その後、該クロメート被膜を温
風により乾燥した。そして、Ｘ線光電子分光分析法（Ｘ
ＰＳ）により含有されるクロム成分の９５質量％が三価
クロムであることを確認した。また、三価クロメート被
膜の膜厚をＳＥＭによる断面からの実測により測定した
ところ、０．２〜５μｍの範囲内であることを確認し
た。

【００４０】（２）有色（黄色）クロメート被膜（六価
クロメート被膜） 黄色クロメート処理浴として、脱イオン水に対し、無水
クロム酸７ｇ／リットル、硫酸３ｇ／リットル、硝酸３
ｇ／リットルの割合で溶解したものを用意し、液温２０
℃に保持した。そして、これに主体金具１を約１５秒浸
漬して引き上げ、７０℃にて温風乾燥させたものを作製
した。また、三価クロメート被膜と同様に、その膜厚を
ＳＥＭによる断面からの実測により測定し、膜厚が０．
２〜５μｍの範囲内のものを実験に供した。

【００４１】なお、膜厚の測定においては、クロメート
皮膜の観察を容易にするために、被膜表面に、クロメー
ト被膜よりも導電率の高い成分の薄膜（例えば、Ａｕ薄
膜）をスパッタ法により形成する。ＳＥＭ像では、導電
率の高い下地層（例えば、亜鉛メッキ層）と、新たに形
成した導電率の高い薄膜層（Ａｕ被膜層）とに対し、導
電率の低いクロメート被膜層が暗く写るので、そのコン
トラストからクロメート被膜の像を容易に確認すること
ができる。例えば、ＳＥＭ像中に、該コントラストから
確認されるクロメート被膜層と、例えば亜鉛メッキ層及
びＡｕ皮膜層との各境界に対応する位置に白線を表示
し、その白線間距離から膜厚を同定する。

【００４２】三価クロメート被膜が形成された主体金具
に対して、絶縁体を組み付けたものを複数準備した上
で、表面にＤＬＣ被膜を形成した金型（以下、ＤＬＣ金
型という）あるいはＤＬＣ被膜を形成していない金型
（以下、通常金型という）を使用して、同一寸法の主体
金具に対して、同一の荷重を負荷することにより順次加
締め固定を行っていき、加締め固定回数と、加締め固定
後の主体金具の各種寸法との関係を測定した。なお、加
締め用金型へのＤＬＣ被膜の形成は前述したプラズマ重
合法により形成した。ただし、原料ガスはメタンを使用
し、ガス流量を３０ｃｍ^３／分、圧力０．１ｔｏｒｒ、
高周波電力１００Ｗとした。なお、得られたＤＬＣ被膜
のビッカース硬度を前述のダイナミック超微小硬さ試験
機によって測定し、１５００ｋｇ／ｍｍ^２以上であるこ
とを確認している。得られた結果を図５に示す。なお、
主体金具１の各種寸法は、図６に示す位置にて測定した
ものである。まず、工具係合部１ｅの対辺寸法（六角対
辺寸法ともいう）Ｎは、図６（ａ）のＡＡ断面図（ｂ）
において、工具係合部１ｅのそれぞれ対向する二つの平
行面の間の距離Ｎのことをいう。また座屈部径は、図６
の座屈部１ｈおいて、得られる外形線の径が最も大きく
なるようにＢＢ断面をとったとき、その断面外形線の直
径Ｍのことをいう。さらに、加締め蓋高さＦとは、屈曲
後形成された加締め予定部２００の軸線方向の長さ（す
なわち、加締め部２２０の軸線方向の長さ）のことをい
う。

【００４３】図５によれば、六角対辺寸法、座屈部径寸
法及び加締め蓋高さのいずれの寸法においても、通常金
型の場合は加締め固定回数が増す毎に（つまり使用され
る毎に）寸法が使用初期と比較して大きくなっている
が、ＤＬＣ金型を使用した場合にあっては、加締め固定
回数が増しても、各種寸法は使用初期と比較してほとん
ど変化せず、寸法の増加は通常金型の場合よりも小さい
範囲内で推移している。つまり、ＤＬＣ金型により主体
金具の各種寸法ずれが抑制されていることがわかる。

【００４４】さらに、以下の方法により、主体金具と加
締め用金型との間の滑り摺動性を調べた。、図７に示す
ように、主体金具１内部に絶縁体２を挿入し、それを第
一治具２０により保持した後、軸線方向から加締め用金
型１１１に第二治具２１を介してオートグラフにより荷
重Ｆを加え、その荷重Ｆと、そのときの加締め用金型１
１１の軸線方向における変位ｘとの関係を測定した。オ
ートグラフの設定条件としては以下の通りにした。 テストモード：単純圧縮 下降スピード：３０ｍｍ／ｍｉｎ 上昇スピード：１００ｍｍ／ｍｉｎ 使用ロードセル：５ｔｏｎ

【００４５】図８に得られたチャート結果を示す。図８
を見ると、荷重をかけ始めた段階では、ほとんど差がな
いが、１５００ｋｇｆ程度の荷重が印加されだすと、加
締め用金型１１１の変位ｘに差が生じ始めているのがわ
かる。すなわち、三価クロメート被膜を形成した場合よ
りも、六価クロメート被膜を形成した場合のほうが同じ
荷重でより多く変位し、さらに、通常金型を使用した場
合よりも、ＤＬＣ金型を使用した場合のほうが同一荷重
においてより大きな変位が起こっているのがわかる。つ
まり、三価クロメート被膜よりも六価クロメート被膜、
通常金型よりもＤＬＣ金型を使用したほうが加締め固定
時の滑り摺動性が良好となることを示している。

【００４６】また、主体金具にそれぞれ三価クロメート
被膜あるいは六価クロメート被膜を形成し、これらに対
して、通常金型あるいはＤＬＣ金型をそれぞれ使用して
加締め固定を行った場合において、加締め固定後のそれ
ぞれの主体金具１の工具係合部１ｅの六角対辺寸法Ｎ
（ｍｍ）（図６参照）を測定した。主体金具の得るべき
所望の六角対片寸法Ｎはいずれも同一（Ｎ＝１５．７〜
１６ｍｍ）とし、いずれの加締め固定も同一の荷重を負
荷することにより行った。結果を表１に示す。なお、六
角対辺寸法Ｎ（ｍｍ）は、加締め固定後のスパークプラ
グにおいて特定個数（通常金型：３個、ＤＬＣ金型：５
個）測定したときの平均寸法を示すものとする。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１に示すように、いずれの場合における
六角態変寸法Ｎ（ｍｍ）も、寸法公差内（１５．７〜１
６ｍｍ）に収まっているが、通常金型を使用した場合よ
りもＤＬＣ金型を使用したほうが六角対辺寸法Ｎがより
小さく抑制されている。つまり、ＤＬＣ金型を使用した
ほうが、六角対辺寸法の拡大を抑制することができ、ひ
いては、各種寸法ずれを抑制できることを示している。
また、主体金具に六価クロメート被膜を形成した場合、
六角対辺寸法Ｎの拡大を抑制することができ、さらに、
三価クロメート被膜を主体金具に形成した場合であって
も、六価クロメート被膜を形成した場合と同様に、六角
対辺寸法の拡大が抑制されている。

【００４９】（実験例２）次に、ＤＬＣ被膜が形成され
た加締め用金型１１１において、加締めアール部深さＤ
（ｍｍ）及び金型テーパー角度Ａ（°）をそれぞれ変化
させた場合の、主体金具の寸法ずれへの影響を調べた。
まず、Ｎ≦１４ｍｍ以下となるスパークプラグを得たい
場合について、表２に示すようなＤ（ｍｍ）及びＡ
（°）の組み合わせの加締め金型を用いて加締め固定を
それぞれ５０回行い、得られたそれぞれ２５個のスパー
クプラグ群における六角対辺寸法Ｎ（ｍｍ）の標準偏差
（３σ）を求めた。これらのうち、標準偏差（３σ）が
０．０５未満のものを◎、０．０５〜０．１のものを
○、０．１〜０．１５のものを△として評価した。評価
結果を合わせて表２に示す。さらに、Ｎ＝１６ｍｍある
いはＮ＝２０ｍｍの場合についても同様に、表３あるい
は表４のようにＤ（ｍｍ）及びＡ（°）を変化させて上
記実験を行った。得られた結果を同様に表３あるいは表
４に示す。

【００５０】

【表２】

【００５１】

【表３】

【００５２】

【表４】

【００５３】表２に示すように、Ｎ≦１４ｍｍの場合
（１）、６≦Ａ／Ｄ≦２２（条件１）の条件を満たす加
締め用金型を用いた場合は、より六角対辺寸法Ｎ（ｍ
ｍ）の寸法ずれを抑制できることがわかる。同様に表３
あるいは表４に示すようにＮ＝１６の場合（２）は、
５．５≦Ａ／Ｄ≦１９．５（条件２）、あるいはＮ＝２
０の場合（３）は、３≦Ａ／Ｄ≦９．５（条件３）の条
件を満たす加締め用金型を使用すれば、六角対辺寸法Ｎ
（ｍｍ）の寸法ずれを一層抑制することができる。さら
に（１）の場合１５°≦Ａ≦３５°かつ、１．６ｍｍ≦
Ｄ≦２．４ｍｍとし、（２）の場合、１５°≦Ａ≦３５
°かつ、１．８ｍｍ≦Ｄ≦２．６ｍｍとし、（３）の場
合、１０°≦Ａ≦２０°かつ、２．２ｍｍ≦Ｄ≦３ｍｍ
とするとき、さらに寸法ずれを軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるスパークプラグの正面部分断面
図。

【図２】加締め固定を詳細に説明する図。

【図３】加締め用金型の一例を示し、及び加締めアール
部深さＤ、金型テーパー角度Ａの定義を説明する図。

【図４】加締め用金型に形成される硬質炭素被膜の形態
をいくつか示す図。

【図５】実験例１における加締め回数と各種寸法の関係
を示した図。

【図６】主体金具の各種寸法の定義を説明する図。

【図７】加締め固定における荷重と変位との関係を測定
する方法を説明する図。

【図８】加締め固定における荷重と変位との関係を示す
図。

【符号の説明】

１００ スパークプラグ １ 主体金具 ２ 絶縁体 １１１ 加締め用金型 １１１ａ テーパー状内周面 １１１ｂ 加締め内周面 １１１ｃ ストレート部 Ｒ 加締めアール部 ６０ 硬質炭素被膜 １ｅ 工具係合部 ２００ 加締め予定部 ２００ａ 加締め予定部の外周面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植村 義人 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 杉本 誠 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 伊藤 博人 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G059 AA10 JJ09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関取付けのための工具係合部を有する
   筒状の主体金具の加締め予定部を、該主体金具内に挿入
   された軸線方向に伸びる絶縁体の外周面に対して加締め
   固定するスパークプラグの製造方法であって、 前記加締め固定における加締め用金型として、前記主体
   金具の前記加締め予定部と接触・摺動する面に、非晶質
   炭素相を主体としてなる硬質炭素被膜が形成されたもの
   を使用することを特徴とするスパークプラグの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記加締め用金型として、 軸線方向に貫通孔を有するとともに、少なくとも軸線方
   向片側の内周面にテーパー状の内周面（以下、テーパー
   状内周面ともいう）と、前記主体金具の前記加締め予定
   部を屈曲させるための加締めアール部が形成されてお
   り、 中心軸線を含む断面において、該中心軸線と直交する直
   線と、前記テーパー状内周面とのなす角を、金型テーパ
   ー角度Ａ（°）とし、 前記加締めアール部の軸線方向における長さを、加締め
   アール部深さＤ（ｍｍ）としたとき、以下の条件、すな
   わち；前記主体金具の工具係合部の対辺寸法を１４ｍｍ
   以下とする場合、 ６≦Ａ／Ｄ≦２２；前記主体金具の工具係合部の対辺寸
   法を１５．７〜１６ｍｍとするとともに、該主体金具の
   ＪＩＳ−Ｂ８０３１に規格されるねじ径を１４ｍｍ、１
   ２ｍｍあるいは１０ｍｍのいずれかとする場合、 ５．５≦Ａ／Ｄ≦１９．５；前記主体金具の工具係合部
   の対辺寸法を１９．７〜２０ｍｍとするとともに、該主
   体金具のＪＩＳ−Ｂ８０３１に規格されるねじ径を１４
   ｍｍとする場合、 ３≦Ａ／Ｄ≦９．５；となるものを使用する請求項１に
   記載のスパークプラグの製造方法。
3. 【請求項３】 前記主体金具は、少なくとも前記加締め
   予定部の外周面に、 亜鉛メッキ又はニッケルメッキ処理を施した後、該表面
   にさらにクロメート処理を施したもの、 あるいは、Ｎｉメッキ処理のみを施したものである請求
   項１又は２に記載のスパークプラグの製造方法。
4. 【請求項４】 前記主体金具は、含有されるクロム成分
   の９５質量％以上が三価クロム成分である膜厚０．２〜
   ０．５μｍのクロメート被膜が、少なくとも前記加締め
   予定部の外周面に形成されているものである請求項３に
   記載のスパークプラグの製造方法。
5. 【請求項５】 前記主体金具は、前記クロメート被膜に
   六価クロムが実質的に含有されていないものである請求
   項４に記載のスパークプラグの製造方法。
6. 【請求項６】 前記クロメート被膜は、前記主体金具を
   三価クロム塩と三価クロムに対する錯化剤とを配合した
   クロメート処理浴中に浸漬することにより形成される請
   求項４又は５に記載のスパークプラグの製造方法。
7. 【請求項７】 機関取付けのための工具係合部を有する
   筒状の主体金具の加締め予定部を、該主体金具内に挿入
   された軸線方向に伸びる絶縁体の外周面に対して加締め
   固定するために使用されるスパークプラグの加締め用金
   型であって、 前記主体金具の前記加締め予定部と接触・摺動する面
   に、非晶質炭素相を主体としてなる硬質炭素被膜が形成
   されていることを特徴とする加締め用金型。