JP2004247282A - スパークプラグ用主体金具の製造方法及びスパークプラグの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、筒状部材の軸心を貫き基端側から先端側に向かって、大径孔８Ｌと、大径孔８Ｌより径小となる中径孔８Ｍと、中径孔８Ｍより径小となる小径孔８Ｓとが連なって形成され且つ筒状部材の径方向外向きに突出するフランジ形状の中間筒状部２１と、中間筒状部２１より先端側に位置する先端側筒状部２２と、中間筒状部２２より基端側に位置する基端側筒状部２３と、を有するスパークプラグ用主体金具を、治具を長持ちさせ且つ低コストで高精度に製造可能な製造方法を提供することにある。
【解決手段】 金属製のパイプ材Ｐを出発原料とし、第一工程にてそのパイプ材Ｐを所定の長さに加工した後、該パイプ材Ｐに塑性加工を施して成形するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スパークプラグ用主体金具の製造方法及びスパークプラグの製造方法に関する。

内燃機関の点火装置の点火実行手段であるスパークプラグは、筒状部材の軸心を貫き基端側から先端側に向かって、大径孔と、該大径孔より径小となる中径孔と、該中径孔より径小となる小径孔とが連なって形成され、かつ該筒状部材の径方向外向きに突出するフランジ状の中間筒状部と、前記中間筒状部より先端側に位置する先端側筒状部と、前記中間筒状部より基端側に位置する基端側筒状部を有する筒状のスパークプラグ用主体金具を備えていた。なお、先端側とはスパークプラグ用主体金具を組み付けたスパークプラグの火花放電部側のことである。

しかして上記主体金具は、所定の長さに切断した金属製の中実丸棒を出発原料とし、冷間鍛造による押出し成形や打抜き成形等を適宜組み合わせて製造するようにしていた（特許文献１参照）。
特開平７−１６６９３号公報 （第２頁）

近年では、自動車等に使用される内燃機関の高出力化に伴い、燃焼室内における吸気及び排気バルブの占有面積も拡大してきている。そのため、混合気に点火するためのスパークプラグはその小型化が必要とされている。また、燃焼室内の温度もますます上昇する傾向にあり、苛酷な使用状況下においてもスパークプラグの寿命を十分に確保するには、電極部分の放熱（熱引き）を十分に図ることが必要である。そのために、主体金具の先端側筒状部をさらに長くする（いわゆるロングリーチと呼ばれるもの）ことにより、スパークプラグの放熱性能を改善する試みがなされている。このような小型化及びロングリーチの要求では、主体金具の多段孔（大径孔、中径孔、小径孔）を細径かつ長くせざるを得ないが、特許文献１の様な製造方法では、孔明け加工に要する孔明けパンチに負担が掛かるなど、治具の寿命が短くなり、また、多段孔を真っ直ぐに加工することが難しい、といった問題に直面するおそれがある。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、治具の寿命が長くなり、高精度で低コストのスパークプラグ用主体金具の製造方法及びスパークプラグの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明は、筒状部材の軸心を貫き基端側から先端側に向かって、大径孔と、該大径孔より径小となる中径孔と、該中径孔より径小となる小径孔とが連なって形成され、かつ該筒状部材の径方向外向きに突出するフランジ状の中間筒状部と、前記中間筒状部より先端側に位置する先端側筒状部と、前記中間筒状部より基端側に位置する基端側筒状部と、を有するスパークプラグ用主体金具の製造方法であって、
金属製のパイプ材を出発原料とし、第一工程にてそのパイプ材を所定の長さに加工した後、該パイプ材に塑性加工を施して成形するようにしたスパークプラグの製造方法を提供する。

また、請求項２に記載したように、出発原料たる前記パイプ材の内径を、前記小径孔の径以上、前記大径孔の径以下とするようにしたスパークプラグ用主体金具を提供する。

また、請求項３に記載したように、出発原料たる前記パイプ材の外径を、前記先端側筒状部の径以上、前記中間筒状部の径以下とするようにしたスパークプラグ用主体金具を提供する。

また、請求項４に記載したように、第二工程にて、前記パイプ材の先端側を押出し成形することにより、前記パイプ材より径小な前記先端側筒状部を成形し、
第三工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材の軸孔を拡径して前記大径孔を成形し、
第四工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材より径小な前記基端側筒状部を成形するとともに、前記中間筒状部を成形し、
第五工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材の軸孔を拡径して前記中径孔を成形するとともに、前記小径孔を成形するようにした請求項１乃至３の何れか一つに記載のスパークプラグ用主体金具の製造方法を提供する。

また、請求項５に記載したように、第二工程にて、前記パイプ材の先端側を押出し成形することにより、前記パイプ材より径小な前記先端側筒状部を成形し、
第三工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材の軸孔を拡径して前記大径孔を成形し、
第四工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材の軸孔を拡径して前記中径孔を成形するとともに、前記小径孔を成形し、
第五工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材より径小な前記基端側筒状部を成形するとともに、前記中間筒状部を成形するようにした請求項１乃至３の何れか一つに記載のスパークプラグ用主体金具の製造方法を提供する。

また、請求項６に記載したように、最終形状の中間筒状部の端面から先端側筒状部の先端面までの長さＬが１９ｍｍを越えるスパークプラグ用主体金具を製造対象とする請求項１乃至５の何れか一つに記載のスパークプラグ用主体金具の製造方法を提供する。

また、請求項７に記載したように、最終形状が先端側筒状部の先端径Ｄが１０.５ｍｍ未満であるスパークプラグ用主体金具を製造対象とする請求項１乃至６の何れか一つに記載のスパークプラグ用主体金具の製造方法を提供する。

また、請求項８に記載したように、請求項１乃至７の何れか一つに記載された方法により製造したスパークプラグ用主体金具に中心電極および端子金具が組み付けられた絶縁体を基端側から組み付け、前記スパークプラグ用主体金具の先端に接地電極の一端を接合し、該接地電極の他端を前記中心電極に対向させるようにしたスパークプラグの製造方法を提供する。

請求項１に記載の製造方法によれば、出発原料としてパイプ材を使用するので、主体金具の多段孔を孔明けする必要がなくなり、従って孔明けパンチを傷めるおそれがない。さらに、多段孔を真っ直ぐ加工することが可能になり、小型かつロングリーチのスパークプラグ用主体金具が高精度且つ低コストで製造できる。

また、請求項２に記載したように、出発原料たる前記パイプ材の内径を、前記小径孔の径以上、前記大径孔の径以下とした場合には、大径孔、中径孔、小径孔を形成する加工量が少なくなり、加工治具の寿命が長くなり、また、低コスト且つ高精度に成形することができる。さらに、出発原料たるパイプ材の内径を、大径孔、中径孔、小径孔のいずれかの径と一致させることがより好ましい。これにより、一致させたそれぞれの部位を加工する必要がなくなるので、さらに治具の寿命が長くなり、低コスト且つ高精度に成形することができる。なお、パイプ材の内径を、大径孔、中径孔、小径孔のいずれかの径と一致させるとは、パイプ材の内径を、いずれかの径の基準寸法にすることが好ましいが、それぞれの径の寸法公差内にパイプ材の内径をあわせてよい。

また、請求項３に記載したように、出発原料たる前記パイプ材の外径を、前記先端側筒状部の径以上、前記中間筒状部の径以下とした場合には、先端側筒状部、中間筒状部、後端側筒状部を形成する加工量が少なくなり、加工治具の寿命が長くなり、また、低コスト且つ高精度に成形することができる。さらに、出発原料たるパイプ材の外径を、先端側筒状部、中間筒状部、後端側筒状部のいずれかの径と一致させることがより好ましい。これにより、一致させたそれぞれの部位を加工する必要がなくなるので、さらに治具の寿命が長くなり、低コスト且つ高精度に成形することができる。なお、パイプ材の外径を、先端側筒状部、中間筒状部、後端側筒状部のいずれかの径と一致させるとは、パイプ材の内径を、いずれかの径の基準寸法にすることが好ましいが、それぞれの径の寸法公差内にパイプ材の外径をあわせてよい。

また、請求項４又は５に記載の製造方法によれば、請求項１乃至３の製造方法が容易に実施可能である。

また、請求項６に記載のような製造方法によれば、最終形状の中間筒状部の端面から先端側筒状部の先端面までの長さＬが１９ｍｍを越えるようなスパークプラグ用主体金具（一般的にロングリーチと呼ばれる。）でも、容易に多段孔を真っ直ぐに加工することができ、治具の寿命等も延長することができる。

また、請求項７に記載のような製造方法によれば、最終形状が先端側筒状部の先端径Ｄが１０.５ｍｍ未満であるスパークプラグ用主体金具（一般的に小型と呼ばれる。）でも、容易に多段孔を真っ直ぐに加工することができ、治具の寿命等も延長することができる。なお、先端側筒状部の先端径Ｄとは、主体金具の先端角部に形成された面取り部を除いた先端の外径をいう。従って、本発明は、主体金具の外側面に取り付けネジが形成されていない、いわゆるネジなしプラグについても適用できる。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図１Ａ（ａ）〜（ｄ）及び図１Ｂ（ａ）〜（ｄ）は主体金具用中間体の製造工程を示す断面図、図２（ａ）はパイプ材を半断面にした斜視図、図２（ｂ）は主体金具用中間体を半断面にした斜視図、図３はスパークプラグを半断面にした正面図である。

［スパークプラグの構造］
図３に示すように、スパークプラグ１は、金属製で筒状の主体金具２と、その主体金具２の軸心を貫く軸孔内に設けた筒状の絶縁体３と、その絶縁体３の先端側の軸孔３Ｈ内に設けた中心電極４と、主体金具２の先端面に一端が固着され他端側が中心電極４の先端部と対向するように配置された接地電極５とを有している。

主体金具２は、ほぼ筒形であり、外向きに突出する中間筒状部２１と、中間筒状部２１より先端側に位置し中間筒状部２１より細径である先端側筒状部２２と、中間筒状部２１より後端側に位置する基端側筒状部２３とを有する。なお、先端側筒状部２２の外周にはスパークプラグ１をシリンダヘッド等にねじ止めするための雄ねじ６が形成され、また、先端側筒状部２２の先端外周縁には面取り部６ｘが形成されている。そして、基端側筒状部２３は、スパークプラグ１をシリンダヘッド等に取り付ける際にスパナ等の工具を係合させる径方向断面が六角形状の工具係合部２３１と、工具係合部２３１の基端側に絶縁体３を主体金具２に加締め固定するための加締め部２３２と、工具係合部２３１の先端側に位置する溝部２３３とを備える。また、主体金具２の多段孔８は、基端から先端側に向かって大径孔８Ｌと、大径孔８Ｌより径小となる中径孔８Ｍと、中径孔８Ｍより径小となる小径孔８Ｓが連なって形成されている。なお、図３において符号４０は先端側筒状部２２の基端部側に嵌め込んだ公知のガスケットである。また、本発明の主体金具２は、中間筒状部２１の端面から先端側筒状部２２の先端面までの長さＬが２５ｍｍ、先端側筒状部２２の先端径Ｄが１０.１ｍｍとなっている。

一方、絶縁体３は、アルミナセラミックからなり、上述したように、その中心軸に沿って軸孔３Ｈが設けられている。この軸孔３Ｈのうち、先端側には中心電極４が、基端側には高電圧を中心電極４に導く端子金具７が固定されている。この軸孔３Ｈにおいて、中心電極４と端子金具７との間には、抵抗体９が配置されている。この抵抗体９の両端部は、導電性のガラスシール層１０，１０によって、それぞれ中心電極４及び端子金具７に電気的に接続すると共に、この導電性ガラスシール層１０によって中心電極４、抵抗体９及び端子金具７は、絶縁体３の軸孔３Ｈと気密封止されている。また、絶縁体３は、主体金具２に組み付けた際に大径孔８Ｌと係合するように径方向に突出させた突出部３１と、突出部３１より基端側に位置し、主体金具２の大径孔８Ｌより細径な基端部３２と、突出部３１より先端側に位置し、主体金具２に組み付けた際に、中径孔８Ｍに係合する中間胴部３３と、中間胴部３３より先端側に位置し、組み付けた際に小径孔８Ｓとの間に間隙を形成する脚部３４とからなる。

［主体金具の製造方法］
主体金具２の製造方法を図１Ａ（ａ）〜図１Ａ（ｄ）に基づき説明する。先ず出発原料として図２（ａ）に示したパイプ材Ｐを用意する。このパイプ材Ｐは冷間鍛造に適した低炭素鋼（Ｓ１０Ｃ、Ｓ１７Ｃ、Ｓ２５Ｃ、Ｓ４５Ｃ）やＳＶＳ４３０で出来ており、軸心を貫く軸孔８０の内径を前記多段孔８の小径孔８Ｓの内径に一致させ且つ外径を前記中間筒状部２１の外径に一致させた形状であり、長尺物を所定の長さに切断してなる。なお、パイプ材Ｐの外径や内径は当初より前記条件に合致するものを使用するのが最も効率的であるが、外径や内径を前処理で調整して使用するようにしてもよい。

次に上記パイプ材Ｐを冷間鍛造機にセットし、図１Ａ（ａ）のように、パイプ材Ｐの軸孔８０にフィットする太さのピン１１をその軸孔８０に通し、ダイ１２にパイプ材Ｐを入れ、冷間鍛造による押出し成形で先端側筒状部２２を成形する。このときピン１１の先端はキックアウトスリーブ１３（ダイ１２と一体でもよい。）に入って支持されている。また、先端側筒状部２２より上の部分はパイプ材Ｐの当初の径、つまり中間筒状部２１と同径のまま維持されている。

次に図１Ａ（ｂ）のように軸孔８０にピン付きパンチ１４を通し、冷間鍛造による押出し成形により軸孔８０の上部を拡張させて多段孔８の大径孔８Ｌを成形する。このときピン付きパンチ１４の先端はキックアウトスリーブ１５（ダイ１６と一体でもよい。）に入って支持されている。なお、この段階でも先端側筒状部２２より上の部分は中間筒状部２１と同径のまま維持される。

次に図１Ａ（ｃ）のように、軸孔８０の上部にマンドレル１７を通し、冷間鍛造による押出し成形で基端側筒状部２３を成形する。実施形態の基端側筒状部２３は図２（ｂ）に示したように六角ボルト形態であるが、そのような六角ボルト形態に限定する必要はなく、BI-HEXなどそれ以外の形態であってももちろんよい。

なお、ここまでの工程で先端側筒状部２２と基端側筒状部２３が出来上がったのであるが、この両者が出来上がったことでその間に挟まれている中間筒状部２１も当然に出来上がっている。

次に図１Ａ（ｄ）のように、軸孔８０にピン付きパンチ１８を通し、冷間鍛造による押出し成形にて多段孔８の中径孔８Ｍを成形する。このときピン付きパンチ１８の先端はキックアウトスリーブ１９（ダイ２０と一体でもよい。）に入って支持されている。ここまでの工程で大径孔８Ｌと中径孔８Ｍが出来上がったのであるが、この両者が出来上がったことで小径孔８Ｓも当然に出来上がっている。

なお、図１Ａ（ａ）〜（ｄ）による製造方法において、図１Ａ（ｃ）と図１Ａ（ｄ）の工程は入れ替え可能である。そのような製造方法を図１Ｂ（ａ）〜（ｄ）に示したが、この図１Ｂ（ａ）〜（ｄ）に基づく説明については図１Ａ（ａ）〜（ｄ）の（ｃ）と（ｄ）の説明を入れ替えればよいため省略する。

上記図１Ａ（ａ）〜（ｄ）又は図１Ｂ（ａ）〜（ｄ）の冷間鍛造工程を経て図２（ｂ）に示したような主体金具用中間体２００が出来上がる。そして、この主体金具用中間体２００の先端側筒状部２２に雄ねじ６と面取り部６ｘを形成し、また、基端側筒状部２３の基端を丸い冠状に切削して加締め部２３２を形成すると共に先端側も切削して溝部２３３を形成し、工具係合部２３１も必要な切削を施して仕上げれば主体金具２が完成する。なお、先端側筒状部２２に雄ねじ６を刻設し、或いは基端側筒状部２３の基端に加締め部２３２を形成し及び基端側筒状部２３の先端に溝部２３３を形成するための加工手段は特に限定を要しない。

そして、以上のような冷間鍛造加工及び切削加工により製造された主体金具２の内部に図３に示したように、中心電極４を内包した絶縁体３を多段孔８に嵌め込んで、加締め部２３２を内側に加締める。すると、絶縁体３の突出部３１がリング１００及びセラミック充填粉末１０１を介して主体金具２の加締め部２３２により係止されると共に、中径孔８Ｍと小径孔８Ｓとの間に形成された境界部と絶縁体３の中間胴部３３と脚部３４との間に形成された段部とが係合する。これにより、主体金具２内に絶縁体３等が組み付けられることによってスパークプラグ１が製造される。

以上、本発明を実施の形態について説明したが、もちろん本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば図４に示したように、多段孔８の小径孔８Ｓの下半部を中径孔８Ｍ程度の広さに拡張するようにしてもよい。そのための加工は、図１Ａ（ａ）〜（ｄ）又は図１Ｂ（ａ）〜（ｄ）の工程の途中又はその後に軸孔８０の下からパンチを入れて冷間鍛造により押出し成形する工程を付加すればよい。また、本発明の実施の形態は冷間鍛造による加工を行ったが、これに限るものではなく、公知のプレス機による加工で行うようにしてもよい。

また、本発明の製造方法によって製造可能な主体金具２のサイズは多種多様であるが、本発明の製造方法は、本実施形態のように最終形状が、中間筒状部２１の端面から先端側筒状部２２の先端面までの長さＬ（図３参照）が１９ｍｍを越える主体金具２又は先端側筒状部２２の先端径Ｄ（図３参照）が１０.５ｍｍ未満である主体金具２を製造対象とする場合に最も有用性を発揮する。この形状の主体金具２に対応するスパークプラグ１は、小型又はロングリーチタイプに分類されるが、前記形状の主体金具２は、金属製の中実丸棒を出発原料とする従来製法では多段孔８の芯出しが難しい又は治具の寿命が短い等、安定した品質での量産が難しいからである。

（ａ）〜（ｄ）は主体金具用中間体の製造工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は主体金具用中間体の製造工程を示す断面図である。 （ａ）はパイプ材を半断面にした斜視図、（ｂ）は主体金具用中間体を半断面にした斜視図である。 スパークプラグを半断面にした正面図である。 他の形態を示すもので、主体金具用中間体を半断面にした斜視図である。

符号の説明

１ …スパークプラグ
２ …主体金具
２１ …中間筒状部
２２ …先端側筒状部
２３ …基端側筒状部
２００…主体金具用中間体
２３１…工具係合部
２３２…加締め部
２３３…溝部
３ …絶縁体
３１ …突出部
３２ …基端部
３３ …中間胴部
３４ …脚部
３Ｈ …軸孔
４ …中心電極
６ …雄ねじ
８ …多段孔
８Ｌ …大径孔
８Ｍ …中径孔
８Ｓ …小径孔
９ …抵抗体
１０ …ガラスシール層
１１ …ピン
１７ …マンドレル
Ｐ …パイプ材

Claims (8)

1. 筒状部材の軸心を貫き基端側から先端側に向かって、大径孔と、該大径孔より径小となる中径孔と、該中径孔より径小となる小径孔とが連なって形成され、かつ該筒状部材の径方向外向きに突出するフランジ形状の中間筒状部と、前記中間筒状部より先端側に位置する先端側筒状部と、前記中間筒状部より基端側に位置する基端側筒状部と、を有するスパークプラグ用主体金具の製造方法であって、
   金属製のパイプ材を出発原料とし、第一工程にてそのパイプ材を所定の長さに加工した後、該パイプ材に塑性加工を施して成形するようにしたことを特徴とするスパークプラグ用主体金具の製造方法。
2. 前記出発原料たる前記パイプ材の内径を、前記小径孔の径以上前記大径孔の径以下とすることを特徴とする請求項１記載のスパークプラグ用主体金具の製造方法。
3. 前記出発原料たるパイプ材の外径を、前記先端側筒状部の径以上、前記中間筒状部の径以下とす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用主体金具の製造方法。
4. 前記塑性加工は第二工程にて、前記パイプ材の先端側を押出し成形することにより、前記パイプ材より径小な前記先端側筒状部を成形し、
   第三工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材の軸孔を拡径して前記大径孔を成形し、
   第四工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材より径小な前記基端側筒状部を成形するとともに、前記中間筒状部を成形し、
   第五工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材の軸孔を拡径して前記中径孔を成形するとともに、前記小径孔を成形することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のスパークプラグ用主体金具の製造方法。
5. 前記塑性加工は第二工程にて、前記パイプ材の先端側を押出し成形することにより、前記パイプ材より径小な前記先端側筒状部を成形し、
   第三工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材の軸孔を拡径して前記大径孔を成形し、
   第四工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材の軸孔を拡径して前記中径孔を成形するとともに、前記小径孔を成形し、
   第五工程にて、基端側を押出し成形することにより、前記パイプ材より径小な前記基端側筒状部を成形するとともに、前記中間筒状部を成形することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のスパークプラグ用主体金具の製造方法。
6. 最終形状の中間筒状部の端面から先端側筒状部の先端面までの長さＬが１９ｍｍを越えるスパークプラグ用主体金具を製造対象とする請求項１乃至５の何れか一つに記載のスパークプラグ用主体金具の製造方法。
7. 最終形状が先端側筒状部の先端径Ｄが１０.５ｍｍ未満であるスパークプラグ用主体金具を製造対象とする請求項１乃至６の何れか一つに記載のスパークプラグ用主体金具の製造方法。
8. 請求項１乃至７の何れか一つに記載された方法により製造したスパークプラグ用主体金具に中心電極および端子金具が組み付けられた絶縁体を基端側から組み付け、前記スパークプラグ用主体金具の先端に接地電極の一端を接合し、該接地電極の他端を前記中心電極に対向させるようにしたことを特徴とするスパークプラグの製造方法。

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