JP2011086639A - スパークプラグ用絶縁体及びその製造方法、並びに、内燃機関用スパークプラグ - Google Patents
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Abstract
【課題】支持ピンの変形や折損をより確実に防止し、絶縁体を精度よく形成する。
【解決手段】スパークプラグは、軸線CL1方向に延びる軸孔4を有し、その軸孔4内の先端側で中心電極5を保持し、軸孔4内の後端側で端子電極6を保持する絶縁碍子2を有する。絶縁碍子2の製造工程は、原料粉末PMを圧縮し、軸孔4となるべき非貫通の穴部HLを有する成形体CP1を成形する加圧成形工程と、前記穴部HLに対して、成形体CP1の後端側から棒状の支持ピン61を挿入する支持ピン挿入工程と、前記支持ピン61が挿入された成形体CP1の外周面を研削し、絶縁体形状をなす絶縁体中間体IPを得る研削加工工程とを含む。加圧成形工程においては、軸線CL1に沿った成形体CP1の長さをLとしたとき、成形体CP1の後端から2L/3の範囲内に、研削加工工程における研削量が最大となる最大被研削部MGが存在するように、成形体CP1が形成される。
【選択図】 図8
【解決手段】スパークプラグは、軸線CL1方向に延びる軸孔4を有し、その軸孔4内の先端側で中心電極5を保持し、軸孔4内の後端側で端子電極6を保持する絶縁碍子2を有する。絶縁碍子2の製造工程は、原料粉末PMを圧縮し、軸孔4となるべき非貫通の穴部HLを有する成形体CP1を成形する加圧成形工程と、前記穴部HLに対して、成形体CP1の後端側から棒状の支持ピン61を挿入する支持ピン挿入工程と、前記支持ピン61が挿入された成形体CP1の外周面を研削し、絶縁体形状をなす絶縁体中間体IPを得る研削加工工程とを含む。加圧成形工程においては、軸線CL1に沿った成形体CP1の長さをLとしたとき、成形体CP1の後端から2L/3の範囲内に、研削加工工程における研削量が最大となる最大被研削部MGが存在するように、成形体CP1が形成される。
【選択図】 図8
Description
本発明は、内燃機関に使用されるスパークプラグ、並びに、スパークプラグに用いられるスパークプラグ用絶縁体及びその製造方法に関する。
内燃機関用スパークプラグは、内燃機関(エンジン)に取付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられるものである。一般的にスパークプラグは、軸孔を有する絶縁体と、当該軸孔の先端側に挿通される中心電極と、軸孔の後端側に挿通される端子電極(端子金具)と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、主体金具の先端部に設けられ、中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備える。
また、一般的にスパークプラグ用の絶縁体は、次のようにして製造される。すなわち、筒状の成形用ラバー型のキャビティ内にアルミナを主成分とする原料粉末を充填し、前記キャビティ内に棒状のプレスピンを挿入する。そして、前記成形用ラバー型の径方向から液圧を加えることで原料粉末を加圧・圧縮し、成形体を得る。次いで、前記プレスピンによって形成され、前記軸孔となるべき非貫通の穴部に対して後端側から支持ピンを挿通した上で、外周面に所定の絶縁体形状を有する研削用回転ローラを軸線と平行な中心軸を回転軸として回転させつつ、前記成形体に接触させる。これにより、成形体が研削され、絶縁体形状を有する絶縁体中間体が得られる。その後、絶縁体中間体を焼成することで絶縁体が得られる。ここで、成形体の研削加工においては、前記穴部を連通させ、前記軸孔を形成する必要がある。そのため、他の部位と比較して相対的に研削量の大きい成形体の先端部から研削が開始される。
ところが、成形体の先端部から研削が開始されることとなると、前記支持ピンの基端部に対して大きな応力が加わることとなってしまう。そのため、支持ピンの変形や折損を招いてしまったり、さらには、支持ピンの変形に伴って、形成された絶縁体中間体の肉厚が周方向に沿ってばらついてしまい、絶縁体の耐電圧性能や機械的強度が損なわれてしまったりするおそれがある。
そこで、支持ピンの変形や折損を防止すべく、支持ピンの外径を比較的大径化することにより支持ピンの剛性を高める手法が提案されている(例えば、特許文献1等参照)。
しかしながら、近年、スパークプラグの小型化(小径化)の要請があり、ひいては絶縁体の小径化が求められている。ここで、上記技術を用いた場合には、支持ピンの外径をある程度維持する必要があることから、絶縁体の小径化を図るにあたっては、絶縁体の肉厚を薄くせざるを得ず、絶縁体の機械的強度や耐電圧性能を十分に確保することができないおそれがある。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、支持ピンの変形や折損をより確実に防止することで、絶縁体を精度よく形成することができるとともに、スパークプラグの小型化の要請にも応えることができるスパークプラグ用絶縁体の製造方法、及び、当該製造方法によって製造されたスパークプラグ用絶縁体、並びに、スパークプラグ用絶縁体を備えてなる内燃機関用スパークプラグを提供することにある。
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
構成1.本構成のスパークプラグ用絶縁体(以下、単に「絶縁体」と称す)の製造方法は、軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側で中心電極を保持し、前記軸孔内の後端側で端子金具を保持するスパークプラグ用絶縁体の製造方法であって、
原料粉末を圧縮し、前記軸孔となるべき非貫通の穴部を有する成形体を成形する加圧成形工程と、
前記穴部に対して、前記成形体の後端側から棒状の支持ピンを挿入する支持ピン挿入工程と、
前記支持ピンが挿入された前記成形体の外周面を研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る研削加工工程とを含み、
前記加圧成形工程においては、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体の後端から2L/3の範囲内に、前記研削加工工程における研削量が最大となる部分が存在するように、前記成形体が形成されることを特徴とする。
原料粉末を圧縮し、前記軸孔となるべき非貫通の穴部を有する成形体を成形する加圧成形工程と、
前記穴部に対して、前記成形体の後端側から棒状の支持ピンを挿入する支持ピン挿入工程と、
前記支持ピンが挿入された前記成形体の外周面を研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る研削加工工程とを含み、
前記加圧成形工程においては、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体の後端から2L/3の範囲内に、前記研削加工工程における研削量が最大となる部分が存在するように、前記成形体が形成されることを特徴とする。
尚、「研削加工工程で研削量が最大となる部位」とあるのは、換言すれば、軸線と直交する平面上において、成形体のうち、その外径から研削加工後の絶縁体中間体の外径を減算した値(尚、当該値は、前記平面上に絶縁体中間体が存在しない場合には、成形体の外径を意味する)が最大となる部位をいう。
上記構成1によれば、加圧成形工程においては、研削加工工程で研削量が最大となる部位が成形体の後端から2L/3の範囲内に存在するようにして、前記成形体が形成される。従って、研削加工工程においては、成形体のうち、その後端から2L/3の範囲内に存在する部位から研削が開始されることとなる。そのため、支持ピンの基端部に対して大きな応力が加わってしまうことをより確実に抑制することができ、支持ピンの変形や折損をより確実に防止することができる。その結果、絶縁体を精度よく製造することができる。
また、上記同様、支持ピンの大径化を必要としないため、絶縁体の肉厚を十分に確保しつつ、スパークプラグの小型化を実現することができる。
構成2.本構成の絶縁体の製造方法は、軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側で中心電極を保持し、前記軸孔内の後端側で端子金具を保持するスパークプラグ用絶縁体の製造方法であって、
原料粉末を圧縮し、前記軸孔となるべき非貫通の穴部を有する成形体を成形する加圧成形工程と、
前記穴部に対して、前記成形体の後端側から棒状の支持ピンを挿入する支持ピン挿入工程と、
前記支持ピンが挿入された前記成形体の外周面を研削部材により研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る研削加工工程とを含み、
前記研削加工工程においては、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体のうち、その先端からL/3の範囲内に位置する部位から研削が開始され、その研削量が前記研削加工工程における総研削量の10%に達する前に、前記成形体の先端からL/3より後端側の部位が前記研削部材に接触するようにしたことを特徴とする。
原料粉末を圧縮し、前記軸孔となるべき非貫通の穴部を有する成形体を成形する加圧成形工程と、
前記穴部に対して、前記成形体の後端側から棒状の支持ピンを挿入する支持ピン挿入工程と、
前記支持ピンが挿入された前記成形体の外周面を研削部材により研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る研削加工工程とを含み、
前記研削加工工程においては、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体のうち、その先端からL/3の範囲内に位置する部位から研削が開始され、その研削量が前記研削加工工程における総研削量の10%に達する前に、前記成形体の先端からL/3より後端側の部位が前記研削部材に接触するようにしたことを特徴とする。
上記構成2によれば、成形体の研削加工において、まず成形体の先端側部分(成形体の先端からL/3の範囲内に位置する部位)から研削が開始されることとなるが、研削量が研削加工工程における総研削量の10%以下の段階で、成形体の後端側部分(成形体の先端からL/3より後端側の部位)が研削部材(例えば、研削用回転ローラ)に接することとなる。すなわち、研削加工工程の初期段階で、成形体の先端側部分と後端側部分とが研削部材に接触することとなり、支持ピンに対して大きな応力が加わり続けてしまうといった事態を防止できる。そのため、支持ピンの変形や折損をより確実に防止することができ、絶縁体を精度よく製造することができる。また、支持ピンの大径化が必要ないため、絶縁体の肉厚を十分に確保しつつ、スパークプラグの小型化を実現することができる。
さらに、成形体の後端側部分から研削が開始されることとした場合には、当該後端側部分を比較的厚肉に形成する必要があり、研削加工工程における総研削量の増大を招き得るが、本構成2によれば、前記後端側部位を比較的薄肉に形成できる。そのため、総研削量の抑制を図ることができ、製造コストの増大抑制を図ることができる。
構成3.本構成の絶縁体の製造方法は、軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側で中心電極を保持し、前記軸孔内の後端側で端子金具を保持するスパークプラグ用絶縁体の製造方法であって、
原料粉末を圧縮し、前記軸孔となるべき非貫通の穴部を有する成形体を成形する加圧成形工程と、
前記穴部に対して、前記成形体の後端側から棒状の支持ピンを挿入する支持ピン挿入工程と、
前記支持ピンが挿入された前記成形体の外周面を研削部材により研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る研削加工工程とを含み、
前記研削加工工程においては、
前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体のうち、その後端から2L/3の範囲内に位置する部位が最初に前記研削部材に接触するようにしたことを特徴とする。
原料粉末を圧縮し、前記軸孔となるべき非貫通の穴部を有する成形体を成形する加圧成形工程と、
前記穴部に対して、前記成形体の後端側から棒状の支持ピンを挿入する支持ピン挿入工程と、
前記支持ピンが挿入された前記成形体の外周面を研削部材により研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る研削加工工程とを含み、
前記研削加工工程においては、
前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体のうち、その後端から2L/3の範囲内に位置する部位が最初に前記研削部材に接触するようにしたことを特徴とする。
上記構成3によれば、成形体のうち、その後端から2L/3の範囲内に位置する部位から研削が開始される。従って、支持ピンの基端部に対して大きな応力が加わってしまうことを抑制でき、支持ピンの変形や折損をより確実に防止することができる。その結果、絶縁体を精度よく形成することができる。また、支持ピンの変形等の懸念がなく、支持ピンの大径化が必要ないため、軸孔の小径化を実現することができる。このため、スパークプラグの小型化の要請に応えるべく、絶縁体の外径を小さくした場合であっても、絶縁体の肉厚を十分に確保することができる。すなわち、本構成によれば、絶縁体に必要な機械的強度や耐電圧性能を十分に確保しつつ、スパークプラグの小型化を実現することができる。
構成4.本構成の絶縁体の製造方法は、上記構成1乃至3のいずれかにおいて、前記加圧成形工程においては、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体の後端から2L/3の範囲内における、前記研削加工工程における研削量が最大となる部分の軸線方向の幅が5mm以上となるように、前記成形体が形成されることを特徴とする。
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体の後端から2L/3の範囲内における、前記研削加工工程における研削量が最大となる部分の軸線方向の幅が5mm以上となるように、前記成形体が形成されることを特徴とする。
上記構成4によれば、成形体の後端側部分のうち、研削加工工程における研削量が最大となる部位の軸線方向に沿った幅が5mm以上と十分に大きなものとされる。従って、研削加工時において、前記部位に加わる圧力の分散を図ることができ、前記部位を起点として成形体に割れが生じてしまうことをより確実に防止できる。
構成5.本構成の絶縁体の製造方法は、上記構成4において、前記加圧成形工程においては、前記軸線方向の幅が20mm以下となるように、前記成形体が形成されることを特徴とする。
上記構成5によれば、成形体の後端側部分のうち、研削加工工程における研削量が最大となる部位の軸線方向の幅が20mm以下とされるため、研削量の著しい増大を防止することができる。その結果、製造コストの増大抑制を一層図ることができる。
構成6.本構成の絶縁体の製造方法は、上記構成1乃至5のいずれかにおいて、前記研削加工工程においては、
回転する研削用回転ローラに対し前記成形体を接触させるとともに、前記成形体に対し押え部材を接触させて前記研削用回転ローラから受ける摩擦力に抗して前記成形体を支えることで、前記成形体の外周面を研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る工程を有し、
前記押え部材は、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体の後端から2L/3の範囲内に位置し、かつ、
前記軸線に沿った前記押え部材の外周面の中央部分と、前記成形体の後端から2L/3の範囲内における前記研削加工工程における研削量が最大となる部分との間の前記軸線に沿った距離がL/5以下となるように配置されることを特徴とする。
回転する研削用回転ローラに対し前記成形体を接触させるとともに、前記成形体に対し押え部材を接触させて前記研削用回転ローラから受ける摩擦力に抗して前記成形体を支えることで、前記成形体の外周面を研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る工程を有し、
前記押え部材は、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体の後端から2L/3の範囲内に位置し、かつ、
前記軸線に沿った前記押え部材の外周面の中央部分と、前記成形体の後端から2L/3の範囲内における前記研削加工工程における研削量が最大となる部分との間の前記軸線に沿った距離がL/5以下となるように配置されることを特徴とする。
上記構成6によれば、回転する研削用回転ローラに成形体を接触させることにより、成形体の研削がなされるが、このとき、成形体は押え部材によって支持される。従って、成形体の研削加工を一層精度よく行うことができ、ひいては絶縁体を一層精度よく形成することができる。
また、押え部材は、成形体の後端から2L/3の範囲内に位置するため、成形体に押え部材が接触することに伴い、支持ピンに大きな応力が加わってしまうことを抑制できる。これにより、支持ピンの変形や折損をより一層防止することができる。
さらに、押え部材の中間部分と、成形体のうち、その後端から2L/3の範囲内に位置し、研削加工工程における研削量が最大となる部分との間の軸線に沿った距離がL/5以下とされている。すなわち、成形体の後端側部分のうち最初に研削加工される部位に極力接近するようにして、押え部材が配置されている。従って、研削加工時に、研削用回転ローラや押え部材から支持ピンに対して加えられる負荷を低減させることができ、支持ピンの変形等をより効果的に防止することができる。
また、上記技術思想を次の構成7に記す絶縁体や、構成8に記すスパークプラグに具現化することとしてもよい。
構成7.本構成のスパークプラグ用絶縁体は、上記構成1乃至6のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とする。
上記構成7のスパークプラグ用絶縁体は、上記構成1等に記載された製造方法によって製造されるため、肉厚にばらつきが生じてしまうこと等を防止でき、優れた機械的強度や耐電圧性能を発揮することができる。
構成8.本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成7に記載のスパークプラグ用絶縁体を備えることを特徴とする。
上記構成8のスパークプラグは、機械的強度や耐電圧性能に優れた絶縁体を有するため、耐久性の向上及び長寿命化を図ることができる。
構成9.本構成の内燃機関用スパークプラグは、上記構成8において、前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記軸孔の後端側に設けられた端子金具と、
前記スパークプラグ用絶縁体の外周に設けられ、内燃機関のヘッドの取付孔に螺合するためのねじ部を有する略円筒状の主体金具と、
ガラス粉末混合物によって形成されるとともに、前記軸孔内において少なくとも前記端子金具及び前記絶縁体間をシールするガラスシール層とを備え、
前記軸線方向に沿った前記スパークプラグ用絶縁体の長さが65mm以上とされ、前記ガラスシール層の最大外径が3.4mm以下とされ、前記ねじ部の外径がM12以下とされることを特徴とする。
前記軸孔の後端側に設けられた端子金具と、
前記スパークプラグ用絶縁体の外周に設けられ、内燃機関のヘッドの取付孔に螺合するためのねじ部を有する略円筒状の主体金具と、
ガラス粉末混合物によって形成されるとともに、前記軸孔内において少なくとも前記端子金具及び前記絶縁体間をシールするガラスシール層とを備え、
前記軸線方向に沿った前記スパークプラグ用絶縁体の長さが65mm以上とされ、前記ガラスシール層の最大外径が3.4mm以下とされ、前記ねじ部の外径がM12以下とされることを特徴とする。
近年、スパークプラグの小径化、長尺化の要請があり、ひいては絶縁体が比較的細長く形成され得る。ここで、このような絶縁体を製造するにあたっては、支持ピンを比較的細長くする必要があるが、支持ピンを細長くすると、支持ピンの強度が低下してしまうとともに、研削加工時においては、研削部材から支持ピンの基端部へと加わる応力が増大してしまう。すなわち、比較的細長い絶縁体を製造するに際しては、支持ピンの変形や折損がより懸念される。
ここで、上記構成9のスパークプラグは、絶縁体の長さが65mm以上であり、かつ、ガラスシール層の最大外径が3.4mm以下であり、さらに、ねじ部の外径がM12以下である。すなわち、本構成のスパークプラグは、比較的細長い絶縁体を有しており、研削加工時における支持ピンの変形等がより懸念されるものであるが、上記各構成を採用することによって、支持ピンの変形等をより確実に抑制することができる。換言すれば、上記各構成は、小径かつ長尺化されたスパークプラグを製造する際に、特に有意であるといえる。
〔第1実施形態〕
以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、内燃機関用スパークプラグ(以下、「スパークプラグ」と称す)1を示す一部破断正面図である。なお、図1では、スパークプラグ1の軸線CL1方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ1の先端側、上側を後端側として説明する。
以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、内燃機関用スパークプラグ(以下、「スパークプラグ」と称す)1を示す一部破断正面図である。なお、図1では、スパークプラグ1の軸線CL1方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ1の先端側、上側を後端側として説明する。
スパークプラグ1は、筒状をなすスパークプラグ用絶縁体としての絶縁碍子2、これを保持する筒状の主体金具3などから構成されるものである。
絶縁碍子2は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部10と、当該後端側胴部10よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部11と、当該大径部11よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部12と、当該中胴部12よりも先端側においてこれより細径に形成された脚長部13とを備えている。加えて、絶縁碍子2のうち、大径部11、中胴部12、及び、大部分の脚長部13は、主体金具3の内部に収容されている。また、脚長部13と中胴部12との連接部にはテーパ状の段部14が形成されており、当該段部14にて絶縁碍子2が主体金具3に係止されている。
さらに、絶縁碍子2には、軸線CL1に沿って軸孔4が貫通形成されており、当該軸孔4の先端側には中心電極5が挿入、固定されている。当該中心電極5は、銅又は銅合金からなる内層5Aと、ニッケル(Ni)を主成分とするNi合金からなる外層5Bとにより構成されている。また、中心電極5は、全体として棒状(円柱状)をなし、その先端面が平坦に形成されるとともに、絶縁碍子2の先端から突出している。さらに、中心電極5の先端部には、貴金属合金(例えば、イリジウム合金)により形成された円柱状の貴金属チップ31が接合されている。
また、軸孔4の後端側には、絶縁碍子2の後端から突出した状態で、端子金具としての端子電極6が挿入、固定されている。
さらに、軸孔4の中心電極5と端子電極6との間には、円柱状の抵抗体7が配設されている。当該抵抗体7の両端部は、導電性のガラスシール層8,9を介して、中心電極5と端子電極6とにそれぞれ電気的に接続されている。尚、前記ガラスシール層9が、本発明のガラスシール層に相当する。
加えて、前記主体金具3は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その外周面にはスパークプラグ1をエンジンヘッドに取付けるためのねじ部(雄ねじ部)15が形成されている。また、ねじ部15の後端側の外周面には座部16が形成され、ねじ部15後端のねじ首17にはリング状のガスケット18が嵌め込まれている。さらに、主体金具3の後端側には、スパークプラグ1をエンジンヘッドに取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部19が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子2を保持するための加締め部20が設けられている。
また、主体金具3の内周面には、絶縁碍子2を係止するためのテーパ状の段部21が設けられている。そして、絶縁碍子2は、主体金具3の後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部14が主体金具3の段部21に係止された状態で、主体金具3の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部20を形成することによって固定される。尚、絶縁碍子2及び主体金具3双方の段部14,21間には、円環状の板パッキン22が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子2の脚長部13と主体金具3の内周面との隙間に入り込む燃料空気が外部に漏れないようになっている。
さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具3の後端側においては、主体金具3と絶縁碍子2との間に環状のリング部材23,24が介在され、リング部材23,24間にはタルク(滑石)25の粉末が充填されている。すなわち、主体金具3は、板パッキン22、リング部材23,24及びタルク25を介して絶縁碍子2を保持している。
また、主体金具3の先端部26には、自身の略中間が曲げ返されて、その側面が中心電極5の先端部と対向する接地電極27が接合されている。加えて、接地電極27の先端部には、貴金属合金(例えば、白金合金)よりなる円柱状の貴金属チップ32が接合されている。そして、前記貴金属チップ31,32の間には、間隙としての火花放電間隙33が形成されており、当該火花放電間隙33において、前記軸線CL1にほぼ沿った方向で火花放電が行われる。
加えて、本実施形態においては、前記ねじ部15の外径がM12以下(例えば、M10以下)と比較的小径化されている。そのため、主体金具3に挿設される絶縁碍子2の外径についても比較的小さくされているが、絶縁碍子2の肉厚を十分に確保するという観点から、前記軸孔4の内径が比較的小さなものとされている。従って、前記軸孔4に配設されるガラスシール層9の最大外径が3.4mm以下となっている。また、絶縁碍子2は、長尺化されており、具体的には、軸線CL1方向に沿った絶縁碍子2の長さが65mm以上とされている。
次に、上記のように構成されてなるスパークプラグ1の製造方法について説明する。まず、主体金具3を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材(例えばS17CやS25Cといった鉄系素材やステンレス素材)を冷間鍛造加工により貫通孔を形成し、概形を製造する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。
続いて、主体金具中間体の先端面に、Ni合金等からなる接地電極27が抵抗溶接される。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位にねじ部15が転造によって形成される。これにより、接地電極27の溶接された主体金具3が得られる。また、接地電極27の溶接された主体金具3には、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理が施されることとしてもよい。
次に、絶縁碍子2を製造する。ここで、当該絶縁碍子2の製造方法について、図2のフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。まず、ステップS10の原料粉末調整工程において、アルミナ(酸化アルミニウム)粉末を主成分とし、焼結助剤を含有して構成される粉状体に対し、アクリル系バインダを含有した上で、水を溶媒として湿式混合することでスラリーを調整する。そして、調整されたスラリーを噴霧乾燥し、原料粉末を得る。
次いで、ステップS20の充填工程において、得られた原料粉末を図3に示すラバープレス成形機41に充填する。当該ラバープレス成形機41は、軸線CL2方向に沿って延びるキャビティ42を有する円筒状の内ゴム型43と、当該内ゴム型43の外周に設けられる円筒状の外ゴム型44と、当該外ゴム型44の外周に設けられる成形機本体45と、前記キャビティ42の下側開口部を塞ぐための底蓋46及び下ホルダー47とを備えて構成されている。また、前記成形機本体45には、液体流路45aが設けられており、当該液体流路45aを介して、液圧を外ゴム型44の外周面に対して径方向に付与することで、キャビティ42を径方向に縮小させることができるようになっている。
製造方法の説明に戻り、充填工程では、前記原料粉末PMが内ゴム型43のキャビティ42に充填される。次いで、図4に示すように、前記キャビティ42内にプレスピン51が配置される。ここで、前記プレスピン51の基端部側には上ホルダー52が一体化して設けられており、当該上ホルダー52がキャビティ42の上側開口部に嵌め込まれることで、キャビティ42を密封状態で塞ぐことができるようになっている。
次に、ステップS30の加圧成形工程において、前記液体流路45aを介して液圧を印加することで、内ゴム型43及び外ゴム型44の外周側から圧力を印加し、キャビティ42を縮小させる。これにより、原料粉末PMが圧縮・成形される。そして、所定時間経過後、液圧の付与を解除することで、内ゴム型43及び外ゴム型44が弾性復帰し、縮小していたキャビティ42が元のサイズに戻る。次いで、図5に示すように、プレスピン51をラバープレス成形機41から軸線CL2方向に引き上げることによって、プレスピン51とともに、原料粉末PMが圧縮されて形成された成形体CP1がキャビティ42から抜き取られる。その後、プレスピン51を成形体CP1に対して相対回転させることによって、プレスピン51が成形体CP1から抜き取られる。ここで、プレスピン51が抜き取られて形成される成形体CP1の穴部HLが、前記軸孔4を構成することとなる。
尚、前記加圧成形工程においては、図6に示すように、軸線CL1に沿った成形体CP1の長さをLとしたとき、前記成形体CP1の後端から2L/3の範囲内に、成形体CP1の外径から、後述する研削加工により得られる絶縁体中間体IPの外径を減算した値が最大となる部分(同図において、散点模様を付した部分)である最大被研削部MGが存在するように、前記成形体CP1が形成される。すなわち、前記成形体CP1の後端から2L/3の範囲内に、後述するステップS50の研削加工工程における研削量が最大となる最大被研削部MGが存在するように、成形体CPが1形成される。また、前記最大被研削部MGの軸線CL1に沿った長さは、5mm以上20mm以下とされている。
次いで、ステップS40の支持ピン挿入工程において、図7に示すように、得られた成形体CP1の穴部HLに支持ピン61が挿入される。そして、ステップS50の研削加工工程において、成形体CP1に研削加工が施される。詳述すると、図8に示すように、軸線CL1に平行な軸線CL3を中心軸として回転し、外周部分に絶縁碍子2の形状に対応する形状を有する研削用回転ローラ62と、断面円形状をなし、前記研削用回転ローラ62から受ける摩擦力に抗して前記成形体CP1を支える押え部材63との間に成形体CP1を挟み込むことで、成形体CP1に研削加工が施される。ここで、上述したように、成形体CP1は、その後端から2L/3の範囲内に、研削加工工程における研削量が最大となる最大被研削部MGを有する。そのため、研削開始時には、成形体CP1のうち最大被研削部MGが、研削用回転ローラ62に対して接触することとなる。尚、前記押え部材63は、成形体CP1の後端から2L/3の範囲内であって、かつ、押え部材63の外周部分の中央部分63Mと最大被研削部MGとの間の軸線CL1に沿った距離Sが前記成形体CP1の長さLの1/5以下となるような位置に配置されている。
そして、研削加工を施すことにより、図9に示すように、前記穴部HLが貫通されてなる軸孔4を有し、絶縁碍子2と同一形状をなす絶縁体中間体IPが形成される。その後、絶縁体中間体IPから前記支持ピン61が取外される。そして、ステップS60の焼成工程において、得られた絶縁体中間体IPが焼成炉へ投入・焼成されることで、絶縁碍子2が得られる。
また、前記主体金具3、絶縁碍子2とは別に、中心電極5を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金を配置したNi合金を鍛造加工して中心電極5を作製する。
そして、上記のようにして得られた絶縁碍子2及び中心電極5と、抵抗体7と、端子電極6とが、ガラスシール層8,9によって封着固定される。ガラスシール層8,9としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体7を挟むようにして絶縁碍子2の軸孔4内に注入された後、後方から前記端子電極6で押圧しつつ、焼成炉内にて加熱することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子2の後端側胴部10表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。
その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極5及び端子電極6を備える絶縁碍子2と、接地電極27を備える主体金具3とが組付けられる。より詳しくは、比較的薄肉に形成された主体金具3の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部20を形成することによって固定される。
そして最後に、接地電極27を屈曲させることで、中心電極5の先端部及び接地電極27の先端部間の前記火花放電間隙33を調整する加工が実施されることで、スパークプラグ1が得られる。
以上詳述したように、本実施形態によれば、加圧成形工程においては、研削加工工程で研削量が最大となる最大被研削部MGが成形体CP1の後端から2L/3の範囲内に存在するようにして、前記成形体CP1が形成される。すなわち、研削加工工程においては、成形体CP1のうち、その後端から2L/3の範囲内に存在する部位から研削が開始されることとなる。従って、支持ピン61の基端部に対して大きな応力が加わってしまうことをより確実に抑制することができ、支持ピン61の変形や折損をより確実に防止することができる。その結果、絶縁碍子2を精度よく製造することができる。
また、支持ピン61の変形等の懸念がなく、支持ピン61の大径化が必要ないため、軸孔4の小径化を実現することができる。このため、本実施形態のように、スパークプラグ1の小型化の要請に応えるべく、絶縁碍子2の外径等を小さくした場合であっても、絶縁碍子2の肉厚を十分に確保することができる。すなわち、本実施形態によれば、絶縁碍子2に必要な機械的強度や耐電圧性能を十分に確保しつつ、スパークプラグ1の小型化を実現することができる。
さらに、回転する研削用回転ローラ62に成形体CP1を接触させることにより、絶縁体中間体IPが形成されるが、このとき、成形体CP1は押え部材63によって支持される。従って、成形体CP1の研削加工を一層精度よく行うことができ、ひいては絶縁碍子2を一層精度よく形成することができる。
また、押え部材63は、成形体CP1の後端から2L/3の範囲内に位置するため、成形体CP1に押え部材63が接触することに伴い、支持ピン61に大きな応力が加わってしまうことを抑制できる。これにより、支持ピン61の変形や折損をより一層防止することができる。
さらに、押え部材63の中間部分63Mと、前記最大被研削部MGとの間の軸線CL1に沿った距離SがL/5以下とされている。すなわち、成形体CP1の後端側部分のうち最初に研削加工される部位(最大被研削部MG)に極力接近するようにして、押え部材63が配置されている。従って、研削加工時に、研削用回転ローラ62や押え部材63から支持ピン61に対して加えられる負荷を低減することができ、支持ピン61の変形等をより効果的に防止することができる。
併せて、前記最大被研削部MGの幅が5mm以上と十分に大きなものとされている。従って、研削加工時において、最大被研削部MGへと加わる圧力を分散させることができ、ひいては最大被研削部MGを起点として成形体CP1に割れが生じてしまうことをより確実に防止できる。また、最大被研削部MGの幅が20mm以下とされるため、研削量の著しい増大を防止することができ、製造コストの増大抑制を図ることができる。
〔第2実施形態〕
次いで、第2実施形態について図面を参照しつつ、特に第1実施形態との相違点を中心に説明する。
〔第2実施形態〕
次いで、第2実施形態について図面を参照しつつ、特に第1実施形態との相違点を中心に説明する。
本第2実施形態においては、絶縁碍子2の製造に際して、特に成形体CP2の形態が異なる。すなわち、上記第1実施形態において、成形体CP1は、その後端から2L/3の範囲内に、研削加工工程における研削量が最大となる最大被研削部MGを形成すべく、成形体CP1の中間部分が比較的大径に形成されている。これに対して、本第2実施形態では、キャビティ42の内部形状が変更されることによって、図10に示すように、成形体CP2の中間部分が比較的小径に形成されている。従って、図11に示すように、仮に、成形体CP2の軸線CL1と研削用回転ローラ62の軸線CL3とを平行にしつつ、成形体CP2を研削用回転ローラ62に接触させた場合には、成形体CP2のうちその先端からL/3の範囲内に位置する部位MG2(図中、散点模様を付した部位)が、研削用回転ローラ62に対して接触するようになっている。すなわち、成形体CP2は、そのままの状態で研削加工を行うと、前記部位MG2から研削が開始されてしまい、支持ピン61に対して大きな応力が加わり得る形状となっている。
そこで、本第2実施形態では、図12に示すように、ステップS30の加圧成形工程の後であって、ステップS40の支持ピン挿入工程の前に、ステップS35の先端除去工程が設けられている。そして、先端除去工程では、図13に示すように、前記成形体CP2の部位MG2が切断されることで、成形体CP2の穴部HLが貫通させられ、軸孔4が形成される。
以上詳述したように、本第2実施形態によれば、研削加工工程の前における先端除去工程において、成形体CP2の先端部が切断され、穴部HLが貫通させられる。従って、その後の研削加工工程において、成形体CP2の先端部から研削を開始する必要がなくなる。つまり、研削加工工程において、成形体CP2の先端部以外の部位から研削を開始することができる。このため、研削加工時に、支持ピン61の基端部に対して大きな応力が加わってしまうことを抑制でき、支持ピン61の変形や折損をより確実に防止することができる。その結果、絶縁碍子2を精度よく形成することができる。
〔第3実施形態〕
次いで、第3実施形態について図面を参照しつつ、特に第1実施形態との相違点を中心に説明する。
〔第3実施形態〕
次いで、第3実施形態について図面を参照しつつ、特に第1実施形態との相違点を中心に説明する。
本第3実施形態においては、図14に示すように、成形体CP3のうちその先端からL/3の範囲内に、研削加工工程における研削量が最大となる部位MG3(図中、散点模様を付した部位)が存在している。従って、研削加工工程においては、図15に示すように、成形体CP3のうち前記部位MG3から研削が開始されるが、その研削量が研削加工工程における総研削量の10%に達する前に、前記成形体CP3の後端から2L/3の範囲内に位置する部位SGが研削用回転ローラ62に接触するようになっている。すなわち、研削加工の初期段階で、成形体CP3のうち先端側部分と後端側部分とが研削用回転ローラ62に接触するようになっている。
以上、本第3実施形態によれば、成形体CP3の研削加工において、まず成形体CP3の先端側部分が研削用回転ローラ62に接することとなるが、研削量が研削加工工程における総研削量の10%以下の段階で、成形体CP3の後端側部分が研削用回転ローラ62に接することとなる。すなわち、研削加工工程の初期段階で、成形体CP3の先端側部分と後端側部分とが研削用回転ローラ62に接触することとなり、支持ピン61に対して大きな応力が加わり続けてしまうといった事態を防止できる。そのため、支持ピン61の変形や折損をより確実に防止することができ、絶縁碍子2を精度よく製造することができる。
さらに、成形体CP3の後端側部分から研削が開始されることとした場合には、当該後端側部分を比較的厚肉に形成する必要があり、研削加工工程における総研削量の増大を招き得るが、本第3実施形態によれば、前記後端側部位を比較的薄肉に形成できるため、総研削量の抑制を図ることができる。その結果、製造コストの増大抑制を図ることができる。
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
(a)上記実施形態では、ねじ部15の外径がM12以下とされているが、ねじ部15の外径は特に限定されるものではない。また、ガラスシール層9の最大外径が3.4mm以下とされているが、ガラスシール層9の最大外径、すなわち、軸孔4の内径についても特に限定されるものではない。さらに、軸線CL1方向に沿った絶縁碍子2の長さが65mm以上とされているが、これについても限定されるものではない。すなわち、本発明は、軸孔4の内径や全長等が種々異なる絶縁碍子2の製造に適用可能である。
(b)上記実施形態では、成形体CP1の研削加工時において、成形体CP1が押え部材63により支持されているが、押え部材63を設けることなく、研削加工を行うこととしてもよい。
(c)上記第2実施形態では、先端除去工程において、成形体CP2の先端部を切断して除去することとしているが、成形体CP2の先端部を軸方向の先端側から後端側に向けて研削することで、成形体CP2の先端部を除去することとしてもよい。
(d)上記実施形態では、中心電極5及び接地電極27に貴金属チップ31,32が設けられているが、貴金属チップ31,32の双方、或いは、いずれか一方を省略することとしてもよい。
(e)上記実施形態では、主体金具3の先端部26に、接地電極27が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部(又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部)を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である(例えば、特開2006−236906号公報等)。
(f)上記実施形態では、工具係合部19は断面六角形状とされているが、工具係合部19の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Bi−HEX(変形12角)形状〔ISO22977:2005(E)〕等とされていてもよい。
1…スパークプラグ(内燃機関用スパークプラグ)
2…絶縁碍子(スパークプラグ用絶縁体)
3…主体金具
4…軸孔
5…中心電極
6…端子電極(端子金具)
8…ガラスシール層
15…ねじ部
61…支持ピン
62…研削用回転ローラ(研削部材)
63…押え部材
CL1…軸線
CP1,CP2,CP3…成形体
HL…穴部
IP…絶縁体中間体
PM…原料粉末
2…絶縁碍子(スパークプラグ用絶縁体)
3…主体金具
4…軸孔
5…中心電極
6…端子電極(端子金具)
8…ガラスシール層
15…ねじ部
61…支持ピン
62…研削用回転ローラ(研削部材)
63…押え部材
CL1…軸線
CP1,CP2,CP3…成形体
HL…穴部
IP…絶縁体中間体
PM…原料粉末
Claims (9)
- 軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側で中心電極を保持し、前記軸孔内の後端側で端子金具を保持するスパークプラグ用絶縁体の製造方法であって、
原料粉末を圧縮し、前記軸孔となるべき非貫通の穴部を有する成形体を成形する加圧成形工程と、
前記穴部に対して、前記成形体の後端側から棒状の支持ピンを挿入する支持ピン挿入工程と、
前記支持ピンが挿入された前記成形体の外周面を研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る研削加工工程とを含み、
前記加圧成形工程においては、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体の後端から2L/3の範囲内に、前記研削加工工程における研削量が最大となる部分が存在するように、前記成形体が形成されることを特徴とするスパークプラグ用絶縁体の製造方法。 - 軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側で中心電極を保持し、前記軸孔内の後端側で端子金具を保持するスパークプラグ用絶縁体の製造方法であって、
原料粉末を圧縮し、前記軸孔となるべき非貫通の穴部を有する成形体を成形する加圧成形工程と、
前記穴部に対して、前記成形体の後端側から棒状の支持ピンを挿入する支持ピン挿入工程と、
前記支持ピンが挿入された前記成形体の外周面を研削部材により研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る研削加工工程とを含み、
前記研削加工工程においては、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体のうち、その先端からL/3の範囲内に位置する部位から研削が開始され、その研削量が前記研削加工工程における総研削量の10%に達する前に、前記成形体の先端からL/3より後端側の部位が前記研削部材に接触するようにしたことを特徴とするスパークプラグ用絶縁体の製造方法。 - 軸線方向に延びる軸孔を有し、その軸孔内の先端側で中心電極を保持し、前記軸孔内の後端側で端子金具を保持するスパークプラグ用絶縁体の製造方法であって、
原料粉末を圧縮し、前記軸孔となるべき非貫通の穴部を有する成形体を成形する加圧成形工程と、
前記穴部に対して、前記成形体の後端側から棒状の支持ピンを挿入する支持ピン挿入工程と、
前記支持ピンが挿入された前記成形体の外周面を研削部材により研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る研削加工工程とを含み、
前記研削加工工程においては、
前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体のうち、その後端から2L/3の範囲内に位置する部位が最初に前記研削部材に接触するようにしたことを特徴とするスパークプラグ用絶縁体の製造方法。 - 前記加圧成形工程においては、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体の後端から2L/3の範囲内における、前記研削加工工程における研削量が最大となる部分の軸線方向の幅が5mm以上となるように、前記成形体が形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスパークプラグ用絶縁体の製造方法。 - 前記加圧成形工程においては、前記軸線方向の幅が20mm以下となるように、前記成形体が形成されることを特徴とする請求項4に記載のスパークプラグ用絶縁体の製造方法。
- 前記研削加工工程においては、
回転する研削用回転ローラに対し前記成形体を接触させるとともに、前記成形体に対し押え部材を接触させて前記研削用回転ローラから受ける摩擦力に抗して前記成形体を支えることで、前記成形体の外周面を研削し、前記絶縁体形状をなす絶縁体中間体を得る工程を有し、
前記押え部材は、
前記軸線に沿った前記成形体の長さをLとしたとき、前記成形体の後端から2L/3の範囲内に位置し、かつ、
前記軸線に沿った前記押え部材の外周面の中央部分と、前記成形体の後端から2L/3の範囲内における前記研削加工工程における研削量が最大となる部分との間の前記軸線に沿った距離がL/5以下となるように配置されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスパークプラグ用絶縁体の製造方法。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の製造方法により製造されたスパークプラグ用絶縁体。
- 請求項7に記載のスパークプラグ用絶縁体を備えてなる内燃機関用スパークプラグ。
- 前記軸孔の先端側に設けられた中心電極と、
前記軸孔の後端側に設けられた端子金具と、
前記スパークプラグ用絶縁体の外周に設けられ、内燃機関のヘッドの取付孔に螺合するためのねじ部を有する略円筒状の主体金具と、
ガラス粉末混合物によって形成されるとともに、前記軸孔内において少なくとも前記端子金具及び前記絶縁体間をシールするガラスシール層とを備え、
前記軸線方向に沿った前記スパークプラグ用絶縁体の長さが65mm以上とされ、前記ガラスシール層の最大外径が3.4mm以下とされ、前記ねじ部の外径がM12以下とされることを特徴とする請求項8に記載の内燃機関用スパークプラグ。
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