JP2007103216A - スパークプラグの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切粉の巻き付きによる生産性の低下を抑制することができるとともに、ツールマークの発生を防止することができ、高品質な製品を生産性良く製造することのできるスパークプラグの製造方法を提供する。
【解決手段】中心電極を構成する円柱状の中心電極素材３００をチャックに固定して回転させるとともに、当該中心電極素材３００の先端側角部に、第１のバイト５０を当接させて当該先端側角部を削り落とす第１の切削工程と、第１の切削工程の後、中心電極素材３００を回転させつつ当該中心電極素材の先端側周縁部に、第２のバイト５１を当接させて、小径部３３とテーパー部３４とを形成する第２の切削工程とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグの製造方法に関する。

従来から、中心電極と、この中心電極の先端部に対して放電ギャップを隔てて設けられた接地電極との間に火花放電を生じさせ、内燃機関の燃焼室に供給される混合気への着火源として使用されるスパークプラグが知られている。

地球環境保護が叫ばれる近年では、省エネルギーや二酸化炭素の排出規制、未燃ガス（炭化水素化合物）の排出抑制が、一層強く求められている。こうした要請に応じるために、内燃機関においては、リーンバーンエンジン、直噴ガソリンエンジンあるいは低排ガスエンジン等の開発が積極的に行われている。さらに、リーンバーンエンジンでは、排気ガスの一部を燃焼室内に再循環することにより、吸入工程時に発生するエンジンの負の仕事を減らすとともに、よりクリーンな排気ガスに浄化する、エキゾーストガスリサーキュレーション（ＥＧＲ）システムが積極的に導入されている。

こうした状況では、スパークプラグは、希薄である上に不活性ガスである排気ガスが多量に存在する混合気に点火しなければならず、より着火性の高いスパークプラグが要求されている。

着火性の高いスパークプラグとしては、中心電極の先端部を小径化するとともに、この小径化した中心電極の先端部に貴金属チップを配置したスパークプラグが知られている。このようなスパークプラグの製造方法としては、中心電極素材の先端部に切削加工により小径部、及びこの小径部と後端側の大径部との間に位置するテーパー部を形成し、小径部の先端にレーザ溶接により貴金属チップを接合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１０６７１６号公報

上記のように切削加工により中心電極素材の先端に小径部及びテーパー部を形成する従来技術においては、長い切粉が生じ、これが中心電極素材に巻き付いてしまうことがあった。このように中心電極素材に切粉が巻き付くと、例えば加工後に中心電極素材を排出する時に切粉によって中心電極素材の流動性が悪くなり、製造装置が停止してしまったり、加工寸法の測定の際に誤測定が生じることがあり、生産性が悪化するという問題があった。また、切粉の長さを短くして巻き付きを防止するため、切削加工における送り量を増大させると、中心電極素材にツールマーク（切削跡）が残ってしまい品質が維持できなくなってしまうおそれがあった。このため送り量を増大させることは困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、切粉の巻き付きによる生産性の低下を抑制することができるとともに、ツールマークの発生を防止することができ、高品質な製品を生産性良く製造することのできる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。

本発明のスパークプラグの製造方法は、筒状の主体金具と、この主体金具内に支持された筒状の絶縁碍子と、この絶縁碍子内に支持され軸方向に延在する中心電極と、この中心電極と間隔を設け火花放電間隙を形成する接地電極とを有し、前記中心電極の先端部に形成された小径部と、この小径部の後端側に形成され先端側から後端側に向けて徐々に大径となるテーパー部とが形成されたスパークプラグの製造方法において、前記中心電極を構成する円柱状の中心電極素材を、軸を中心に回転させるとともに、当該中心電極素材の先端側角部に、第１のバイトを当接させて当該先端側角部を削り落とし、中間テーパー部を形成する第１の切削工程と、前記第１の切削工程の後、前記中心電極素材を、軸を中心に回転させるとともに当該中心電極素材の前記中間テーパー部に、第２のバイトを当接させて、前記小径部と前記テーパー部とを形成する第２の切削工程と、を有することを特徴とする。

本発明のスパークプラグの製造方法では、まず第１の切削工程において、第１のバイトにより、中心電極素材の先端側角部を削り落として中間テーパー部を形成する。この第１の切削工程では、最終的にスパークプラグの完成時における中心電極の表面として露出する面までの切削を行わないようにしており、第１の切削工程終了時に表面にツールマークが生じていても問題とならない。このため第１のバイトの単位時間当たりの送り量を第２のバイトよりも多くすることができ、切粉の長さを短くすることができるので、切粉が中心電極素材に巻き付くことを防止することができる。また、第２の切削工程では、第２のバイトにより、小径部とテーパー部とを形成する。この第２の切削工程では、送り量を少なくすることによってツールマークの発生を防止することができる。また、一度に全体を切削する場合に比べて第２の切削工程における切削量は少なくなるため、切粉の長さを短くすることができ、これにより、切粉が中心電極素材に巻き付く確率を従来に比べて大幅に低減することができる。

本発明のスパークプラグの製造方法において、前記第１のバイトと、前記第２のバイトを、前記中心電極素材を支持して回転させるチャックの回転軸に対する配置を周方向に異なる位置として当該回転軸の周囲に設けることが好ましい。これによって、第１の切削工程を行った後、直ちに第２の切削工程を実施することができる。

また、本発明のスパークプラグの製造方法において、前記第１の切削工程では、前記第１のバイトを前記中心電極素材の径方向に沿って送り、前記第２の切削工程では、前記第２のバイトを前記中心電極素材の軸方向に沿って送ることが好ましい。これによって、より加工精度を必要とする第２の切削工程において、精度良く加工を行うことができる。

また、本発明のスパークプラグの製造方法において、前記第１の切削工程における前記第１のバイトの送り量を、前記第２の切削工程における前記第２のバイトの送り量より大きくすることが好ましい。これにより、切削工程終了時におけるツールマークの発生を抑制できるとともに、工程に要する時間の短縮を図ることができる。

また、本発明のスパークプラグの製造方法において、前記第２のバイトを、切粉がバイトの下側に排出されるように（例えば、ブレーカ溝が下向きになるように）配置することが好ましい。これによって、第２の切削工程において発生する切粉が、重力によって下方に落ちる確率が高くなり、中心電極素材に巻き付く確率を減少させることができる。

また、本発明のスパークプラグの製造方法において、前記第１のバイトの刃先と前記第２のバイトの刃先が直線状であり、前記中心電極素材の軸に対して前記第１のバイトの刃先がなす角度と、前記中心電極素材の軸に対して前記第２のバイトの刃先がなす角度が、異なるように配置することが好ましい。これらの角度が等しいと、第１の切削工程で切削された部位に第２のバイトを当てて切削を開始する時に、第２のバイトの刃先が切削部位に線接触するように当たる。一方、第１の切削工程で切削された中心電極素材の切削部位には加工硬化が生じているため、ここに上記のように第２のバイトが線接触すると大きな力が加わり、中心電極素材及び第２のバイトに対して好ましくない。このため、上記角度を異ならせることにより、第２のバイトが、切削部位に対して切削開始時に点接触するようにし、過大な力が加わることを防止することができる。

本発明によれば、切粉の巻き付きによる生産性の低下を抑制することができるとともに、ツールマークの発生を防止することができ、高品質な製品を生産性良く製造することのできるスパークプラグの製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るスパークプラグ１００の全体構成を示す軸線を含む断面における断面図である。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、低炭素鋼等の金属により構成された筒状の主体金具１を具備している。この主体金具１の内側には、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先端部が主体金具１の端面から突出する形で配置された絶縁碍子２が支持されている。

また、この絶縁碍子２の内部には、先端部が絶縁碍子２の端面から突出するように中心電極３が配置されている。この中心電極３は、その母体をなす中心電極母材３０と、当該中心電極母材３０の先端に溶接された貴金属チップ３２とを有している。中心電極母材３０の先端部は、貴金属チップ３２と略同径の小径部３３とされており、この小径部３３の後端側には、後端側に向けて徐々に径大となるテーパー部３４が形成されている。

上記中心電極母材３０は、Ｎｉ基合金から円柱状に構成されている。具体的な材質としては、インコネル６００（商品名）、インコネル６０１（商品名）を例示できる。この中心電極３の電極母材３０中には、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる熱伝導促進部３１が埋設されている。

貴金属チップ３２は、例えば、Ｉｒを主成分とし、また、Ｉｒの酸化揮発を抑制したり加工性を改善したりするための副成分として、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＲｅから選ばれる１種又は２種以上を合計で３〜５０質量％含有するＩｒ合金等によって構成することができ、その外形は円柱状に形成されている。

中心電極３は、絶縁碍子２の軸線Ｏ方向に形成された貫通孔６の先端側（図中下側）に配置されている。また、貫通孔６の後端側には端子金具２３が配置され、導電性ガラスシール層２４，２６及び電波吸収用の抵抗体２５を介して中心電極３に電気的に接続されている。また、主体金具１の外周面には、スパークプラグ１００を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成されている。

主体金具１の先端部には、一端が当該主体金具１の端面に接合され、他端が中心電極３の貴金属チップ３２の先端を向くように接地電極４が配置されている。この接地電極４と貴金属チップ３２との間には、所定間隔の放電ギャップが形成されている。

次に、図２，３を参照して、上記スパークプラグ１００の製造方法、特に中心電極３の製造方法について説明する。図２（Ａ）は、中心電極３を製造するための切削装置を上方向から見たときの構成を示すものであり、図２（Ｂ）は、この切削装置を水平方向正面から見たときの構成を示すものである。また、図３（Ａ）〜（Ｃ）は、中心電極素材３００の切削工程を示すものである。

図３（Ａ）に示すように、中心電極３を構成する加工前の中心電極素材３００は、略円柱状に形成されている。この中心電極素材３００は、図２に示すように、その先端側が突出するように後端側を切削装置のチャック４０に保持されており、このチャック４０は、図示しない駆動機構により、中心電極素材３００をその軸を中心として回転可能に構成されている。中心電極素材３００の回転軸の周囲には、第１のバイト５０と第２のバイト５１の２つのバイトが設けられている。なお、本明細書中において、「バイト」とは、図２、３に示す刃先６０、６１を含む切削治具を意味する。

第１のバイト５０は、第１工程用のものであり、ブレーカ溝７０が上向きに配置されている。この第１のバイト５０は、図中鎖線の矢印（１）で示すとおり、中心電極素材３００に対して、径方向に移動して近接し、径方向から中心電極素材３００の先端側角部に刃先６０が当接され、そのまま径方向に送られ、切削が終了すると径方向に離間するよう移動して逃げるようになっている。

一方、第２のバイト５１は、第２工程用のものであり、ブレーカ溝７１が下向きに配置されている。この第２のバイト５１は、図中鎖線の矢印（２）で示すとおり、中心電極素材３００に対して、径方向に移動して近接した後、軸方向から刃先６１が当接され軸方向に送られ、切削が終了すると径方向に離間するよう移動して逃げるようになっている。

なお、第１のバイト５０と、第２のバイト５１の刃先は、例えば1〜５００μｍ程度の範囲、ホーニング処理等により面取り処理することが好ましい。このようにすると刃先が欠けることを抑制することができる。また、第２のバイト５１は、その刃先の端部を切削に用いるのに対して、第１のバイト５０は、刃先のどの部分でも使用することができる。また、第１のバイト５０による切削工程は、第２のバイト５１による切削工程よりも精度を要しない。このため、第２のバイト５１として使用したバイトを、切削する刃先の位置を変えて第１のバイト５０として再利用することができる。

上記構成の切削装置を用いて、本実施形態では、まず、中心電極素材３００を回転させつつ第１のバイト５０を径方向に移動させ、第１のバイト５０を中心電極素材３００の先端角部に当接させる。そして、第１のバイト５０を所定の送り量（例えば、１回転あたり１００μｍ）で径方向に送ることによって中心電極素材３００の先端角部を削り落とし、図３（Ａ）の状態から（Ｂ）の状態とする。すなわち、中心電極素材３００の先端角部の肩を落とし、テーパー（中間テーパー部（角度ａ））を形成する。なお、図３（Ｂ）に点線で示されているのは、次の第２の切削工程で切削した後の形状である。

次に、第１のバイト５０を後退させ、第２のバイト５１を軸方向から中心電極素材３００の先端の上記工程によって形成したテーパー部（中間テーパー部）に当接させ、軸方向に所定の送り量（例えば、１回転あたり３０μｍ）で送ることによって中心電極素材３００の先端角部を切削し、図３（Ｂ）の状態から（Ｃ）の状態とする。すなわち、中心電極素材３００の先端に小径部３３を形成するとともに、小径部３３の後端側にテーパー部３４（角度ｂ）を形成する。なお、小径部の径は、例えば０．４ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。

以上のように本実施形態では、まず第１の切削工程において、第１のバイト５０により、図３（Ａ）に示す状態から図３（Ｂ）に示す状態まで切削する。この第１の切削工程では、最終的にスパークプラグの完成時における中心電極の表面として露出する面までの切削を行わないので、第１の切削工程終了時に表面にツールマークが生じていても問題とならない。このため送り量を多くすることができ（例えば、１回転あたり１００μｍ）、切粉の長さを短くすることができるので、切粉が中心電極素材３００に巻き付くことを防止することができる。また、送り量を多くして切削を行えるので、加工に要する時間の短縮化を図ることができる。

また、第２の切削工程では、第２のバイト５１により、図３（Ｂ）に示す状態から図３（Ｃ）に示す状態まで切削する。この第２の切削工程では、最終的にスパークプラグの完成時における中心電極の表面として露出する面までの切削を行うので、ツールマーク防止のため送り量を多くすることができない（例えば、１回転あたり３０μｍ）。しかしながら、図３（Ａ）の状態から図３（Ｃ）に示す状態まで一度に切削する場合に比べて切削量は少なくなる。このため、切粉の長さを短くすることができる。これにより、切粉が中心電極素材３００に巻き付く確率を従来に比べて大幅に低減することができる。

また、本実施形態では、第２のバイト５１がブレーカ溝７１が下向きになるように配置され、所謂逆バイトとされている。このため、発生した切粉は重力により下に落下する確率が多くなる。これにより、さらに切粉が中心電極素材３００に巻き付く確率を従来に比べて大幅に低減することができる。

さらに、本実施形態では、第２の切削工程における第２のバイトが軸方向から中心電極素材３００に当接されるようになっている。これによって、電極素材３００が横方向に逃げることを防止することができ、精度良く第２の切削工程における切削加工を行うことができる。

以上のように、本実施形態によれば、切粉の巻き付きによる生産性の低下を抑制することができるとともに、ツールマークの発生を防止することができ、高品質な製品を生産性良く製造することができる。

なお、本実施形態では、第１のバイト５０の刃先６０（直線状）と中心電極素材３００の軸（回転軸）とがなす角度（図３に示す角度ａ）と、第２のバイト５１の刃先６１（直線状）と中心電極素材３００の軸（回転軸）とがなす角度（図３に示す角度ｂ）が異なるように配置され、これらの刃先６０、６１が中心電極素材３００に対して異なった角度で当接されるように設定されている。すなわち、第１のバイト５０によって切削されて形成されたテーパー角と、第２のバイト５１によって切削されて形成されたテーパー角が異なるように設定されている。これは以下のような理由による。

すなわち、これらの角度が等しいと、第１の切削工程で形成されたテーパー部に対して、第２の切削工程における第２のバイト５１の刃先６１がその切削開始時に線接触するように当てられる。一方、第１の切削工程で切削された中心電極素材３００のテーパー部には加工硬化が生じているため、ここに上記のように第２のバイト５１が線接触すると大きな力が加わり、中心電極素材３００及び第２のバイトに対して好ましくない。このため、上記角度を異ならせることにより、第２のバイト５１の刃先６１が、テーパー部に対して切削開始時に点接触するようにし、過大な力が加わることを防止している。但し、例えば中心電極素材３００の材質等により、加工硬化が問題とならない範囲であれば、第１のバイト５０の刃先６０と中心電極素材３００の軸とがなす角度（図３に示す角度ａ）と、第２のバイト５１の刃先６１と中心電極素材３００の軸とがなす角度（図３に示す角度ｂ）を同一角度に設定してもよい。

上記のようにして中心電極素材３００に小径部３３及びテーパー部３４を形成した後、小径部３３の先端部に貴金属チップ３２を溶接して中心電極３を製造する。この貴金属チップ３２の溶接工程では、側方からレーザビームを照射して、レーザ溶接することが好ましい。これによって、融点の異なる材料からなる貴金属チップ３２と中心電極母材（ニッケル基合金からなる）３０とを強固に接合することができる。そして、上記のようにして製造した中心電極３を絶縁碍子２内に組み込み、この絶縁碍子２を主体金具１内に組み込んで、図１に示される構成のスパークプラグ１００を製造する。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、前記実施形態では、第１の切削工程と第２の切削工程を、２つのバイトを有する同一の切削装置によって行った場合について説明したが、第１の切削工程と第２の切削工程を、別の切削装置によって行うようにしても良い。

本発明の実施形態に係るスパークプラグの全体構成を示す断面図。 図１のスパークプラグの製造方法に用いる切削装置の構成を示す図。 図１のスパークプラグの製造方法を説明するための図。

符号の説明

１……主体金具、２……絶縁碍子、３……中心電極、４……接地電極、３２……貴金属チップ、３３……小径部、３４……テーパー部、４０……チャック、５０……第１のバイト、５１……第２のバイト、１００……スパークプラグ、３００……中心電極素材。

Claims (6)

1. 筒状の主体金具と、この主体金具内に支持された筒状の絶縁碍子と、この絶縁碍子内に支持され軸方向に延在する中心電極と、この中心電極と間隔を設け火花放電間隙を形成する接地電極とを有し、前記中心電極の先端部に形成された小径部と、この小径部の後端側に形成され先端側から後端側に向けて徐々に大径となるテーパー部とが形成されたスパークプラグの製造方法において、
   前記中心電極を構成する円柱状の中心電極素材を、軸を中心に回転させるとともに、当該中心電極素材の先端側角部に、第１のバイトを当接させて当該先端側角部を削り落とし、中間テーパー部を形成する第１の切削工程と、
   前記第１の切削工程の後、前記中心電極素材を、軸を中心に回転させるとともに当該中心電極素材の前記中間テーパー部に、第２のバイトを当接させて、前記小径部と前記テーパー部とを形成する第２の切削工程と、
   を有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１記載のスパークプラグの製造方法において、
   前記第１のバイトと、前記第２のバイトが、前記中心電極素材を支持して回転させるチャックの回転軸に対する配置を周方向に異なる位置として当該回転軸の周囲に設けられていることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
3. 請求項２記載のスパークプラグの製造方法において、
   前記第１の切削工程では、前記第１のバイトを前記中心電極素材の径方向に沿って送り、前記第２の切削工程では、前記第２のバイトを前記中心電極素材の軸方向に沿って送ることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
4. 請求項１〜３いずれか１項記載のスパークプラグの製造方法において、
   前記第１の切削工程における前記第１のバイトの送り量が、前記第２の切削工程における前記第２のバイトの送り量より大きいことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
5. 請求項１〜４いずれか１項記載のスパークプラグの製造方法において、
   前記第２のバイトが、切粉がバイトの下側に排出されるように配置されていることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
6. 請求項１〜５いずれか１項記載のスパークプラグの製造方法において、
   前記第１のバイトの刃先と前記第２のバイトの刃先が直線状であり、
   前記中心電極素材の軸に対して前記第１のバイトの刃先がなす角度と、前記中心電極素材の軸に対して前記第２のバイトの刃先がなす角度が、異なることを特徴とするスパークプラグの製造方法。

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