JP4167816B2

JP4167816B2 - スパークプラグの製造方法

Info

Publication number: JP4167816B2
Application number: JP2001131792A
Authority: JP
Inventors: 弘哲那須; 渉松谷; 義人植村; 誠杉本; 博人伊藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: DE60225085T2; US6688932B2; CN1384569A; EP1253689B1; EP1253689A3; US20020193033A1; KR20020083448A; KR100558498B1; JP2002329564A; CN100380756C; BR0201268A; EP1253689A2; DE60225085D1

Description

【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、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、前記軸線に関するラジアル方向において該テーパー状の内周面よりも内側に位置するとともに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とが形成されており、前記主体金具の前記加締め予定部と接触・摺動する該加締めアール部の内周面に、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なる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、
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、前記軸線に関するラジアル方向において該テーパー状の内周面よりも内側に位置するとともに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とが形成されており、前記主体金具の前記加締め予定部と接触・摺動する該加締めアール部の内周面に、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な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１５００ｋｇ／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 Carbon）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４２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ＤＥ１９６３８１７６Ａ１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２０〜８０℃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２０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１１１ａ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１１１ａ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（ｍｍ）（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（ｍｍ）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１４ｍｍ、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（ｍｍ）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：２．２〜３ｍｍ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１００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１ｅ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１１１ａ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−Ｇ３５３９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（ＸＰＳ）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３ｇ／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１１１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（１５．７〜１６ｍｍ）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（ｍｍ）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＝２０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

Claims

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、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、前記軸線に関するラジアル方向において該テーパー状の内周面よりも内側に位置するとともに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とが金型端面側からこの順序で形成されており、前記主体金具の前記加締め予定部と接触・摺動する該加締めアール部の内周面に、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、かつ、
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、１２ｍｍ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１４ｍｍとする場合、
３≦Ａ／Ｄ≦９．５；
となるものを使用するとともに、
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、該表面にさらに三価クロメート処理を施したものとされることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
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１に記載のスパークプラグの製造方法。
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１又は請求項２に記載のスパークプラグの製造方法。
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１ないし請求項３に記載のスパークプラグの製造方法。