JP4716296B2 - スパークプラグの製造方法およびスパークプラグ - Google Patents

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およびスパークプラグに関する。

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。

着火性を向上させたスパークプラグとしては、中心電極母材の先端に貴金属チップを溶接するとともに、この貴金属チップの直上に対向するように接地電極側にも環状の対向面を形成する筒状の貴金属チップを溶接して突起部を設け、これらの貴金属チップの部分で放電を生じさせるよう構成されたスパークプラグが知られており、また、主体金具に溶接された接地電極の先端部にプレス成形によって突起部を形成したスパークプラグも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−２８６４６９号公報

上記のように、接地電極に貴金属チップを溶接して突出部を設けたスパークプラグでは、着火性を向上させることはできるが、高価な貴金属チップを使用するため、製造コストが増大するという課題がある。

また、主体金具に溶接された接地電極の先端部にプレス成形によって突起部を形成したスパークプラグでは、突起部周辺の接地電極の肉厚を減少させるため、接地電極の先端側とプレスされない基端側との間に肉厚変化部が必然的に形成される。このため、製造工程において接地電極を略Ｌ字状に屈曲させる際、あるいは、完成品の使用時に外力が加わった際等に肉厚変化部において接地電極が折れる接地電極折れが発生するおそれがあり、耐久性を確保することが困難となる場合があるという課題がある。

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、良好な着火性と、耐久性を併せ持つスパークプラグ及びかかるスパークプラグを従来に比べて低コストで製造することのできる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、前記主体金具内に保持された筒状の絶縁碍子と、前記絶縁碍子内に保持され軸方向に延在する中心電極と、前記主体金具に固着される基端部と、前記中心電極の先端部と間隔を設けて対向する突起部が設けられた先端部とを有し、前記突起部が設けられた部位以外の厚みが略均一な接地電極とを有するスパークプラグの製造方法であって、前記接地電極を構成するための接地電極用素材全体に対してプレス加工することによって前記突起部を形成するプレス成形工程と、前記プレス成形工程の後、前記突起部が形成された接地電極用素材の基端部を前記主体金具に溶接する溶接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、接地電極に、中心電極と対向する突起部がプレス成形によって形成されているので、貴金属チップを設けた場合と同様に着火性が向上し、かつ、貴金属チップをレーザ溶接等によって固着した場合に比べて低コストで製造することができる。また、接地電極用素材に突起部を形成するプレス工程を行った後、この接地電極用素材を主体金具に溶接するので、接地電極用素材全体をプレスして肉厚変化部が形成されないようにすることができ、肉厚変化部で接地電極折れが発生することがなく、耐久性を確保することができる。

上記の本発明のスパークプラグの製造方法では、プレス成形工程において、例えば、線材として供給される接地電極用素材を、所定長さに切断するようにすることができる。これによって、より効率的にスパークプラグを製造することができ、製造コストの低減を図ることができる。

また、上記の本発明のスパークプラグの製造方法では、プレス成形工程を行うためのプレス金型に把持された状態の接地電極用素材を、溶接工程にて主体金具に溶接することができる。これによって、より効率的にスパークプラグを製造することができ、製造コストの低減を図ることができる。

上記の本発明のスパークプラグの製造方法では、プレス成形工程の後に、突起部が形成された接地電極用素材の先端部形状を加工する先端部成形工程を有することができる。このように、プレス成形加工後に接地電極用素材の先端部を成形するので、接地電極の先端部形状を所望の形状にすることができる。

上記の本発明のスパークプラグの製造方法では、プレス成形工程の後に、突起部が形成された接地電極用素材を焼鈍し、その後、焼鈍された接地電極用素材を主体金具に溶接することができる。プレス成形加工によって接地電極用素材に加工硬化が起きて接地電極用素材の硬度が高まると、その後の接地電極用素材を曲げる等の加工が困難になる場合がある。これに対して、本発明のスパークプラグの製造方法では、プレス成形加工後に接地電極用素材を焼鈍するので、その後の接地電極用素材を曲げる等の加工を容易に実現できるようになる。また、主体金具に溶接する前に接地電極用素材を焼鈍するので、接地電極用素材のみを焼鈍することができる。これによって、より効率的にスパークプラグを製造することができ、製造コストの低減を図ることができる。

本発明によれば、良好な着火性と、耐久性を併せ持つスパークプラグを、従来に比べて低コストで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Ｏ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が保持されている。

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、その表層部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。

上記中心電極母材３０は、Ｎｉ基合金から柱状に構成されている。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、その外形は直径０．６ｍｍの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及び電波雑音軽減用の抵抗体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略Ｌ字状に屈曲された接地電極４が配置されている。この接地電極４には、図２にも示すように、貴金属チップ３２と対向するように、貴金属チップ３２側に突出する柱状の突起部４１が形成されている。この突起部４１の外形は、直径１．０ｍｍ、高さ０．３ｍｍの円柱状に形成されている。これらの接地電極４及び柱状の突起部４１は、例えば、Ｎｉ基合金から構成することができる。この柱状の突起部４１は、後述するように、プレス成形によって形成されている。

上記のように、本実施形態のスパークプラグ１００では、貴金属チップ３２と対向するように、プレス成形によって形成された柱状の突起部４１が接地電極４に設けられているので、この突起部が、接地電極４に貴金属チップを設けた場合と同様に作用し、着火性を向上させることができる。また、例えば、接地電極４に貴金属チップをレーザ溶接したスパークプラグ等と比べた場合、高価な貴金属チップをレーザ溶接する工程を省略することができるので、その製造コストを大幅に低減することができる。

なお、図１，２では、中心電極３に貴金属チップ３２を設けた場合を示しているが、中心電極３に貴金属チップ３２を設けない構造とすれば、さらに、製造コストを低減することができる。この場合、中心電極３を直径２．５ｍｍとし、突起部４１を直径２．９ｍｍの円柱状に構成することができる。

また、例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、接地電極４の柱状の突起部４１の上に、例えば、Ｐｔ合金からなる貴金属チップ４２を設けた構成とすることもできる。この場合、例えば、柱状の突起部４１を設けずに平坦な接地電極４上に直接貴金属チップを設けた場合に比べて、必要とされる貴金属チップの体積（量）を少なくすることができるので、その製造コストの低減を図ることができる。なお、接地電極４の突起部４１と貴金属チップ４２とは、レーザ溶接にて接合される。具体的には、突起部４１上に貴金属チップ４２を載置した後、突起部４１および貴金属チップ４２の境界にレーザを照射することにより、突起部４１および貴金属チップ４２の構成材料が溶け込みあった溶融部４３が形成されることで、突起部４１と貴金属チップ４２とが接合される。ここで、貴金属チップ４２の外径をＤ１、高さをＨ１、溶融部４３からの突出高さをＰ、突起部４１の外径をＤ２、高さをＨ２としたとき、貴金属チップ４２の外径Ｄ１を突起部の外径Ｄ２より小さくすることで（Ｄ１＜Ｄ２）、突起部４１への貴金属チップ４２の溶接強度を向上させつつ、着火性を向上させることができる。さらに、貴金属チップ４２の高さＨ１および溶融部４３からの突出高さＰのいずれもが突起部４１の高さＨ２よりも大きくすることで（Ｈ１＞Ｈ２、Ｐ＞Ｈ２）、十分な幅の溶融部４３を形成しつつ、十分な溶融部４３からの突出高さＰを確保できる。この場合、貴金属チップ４２の外径Ｄ１を０．７ｍｍ、高さＨ１を０．６ｍｍ、溶融部からの突出高さＰを０．４ｍｍ、突起部の外径Ｄ２を１．２ｍｍ、高さＨ２を０．３ｍｍに構成することができる。

このように、接地電極４側にも貴金属チップを設ける場合、例えば、図４に示すように、接地電極４の柱状の突起部４１の上に、自身の底部に凹部を有する貴金属チップ４２０を、凹部を柱状の突起部４１に嵌合させるように設けた構成とすることもできる。また、この場合、図５に示すように、中央部に円孔を有する環状の貴金属チップ４６１を使用し、この貴金属チップ４６１の円孔を柱状の突起部４１に嵌合させるように設けた構成とすることもできる。

次に、本実施形態にかかる上記構成のスパークプラグ１００の製造方法について図６を参照して説明する。図６（ａ）に示すように、接地電極４を形成するための接地電極用素材４０に対して、プレス金型２００を用いたプレス成形を施し、まず、接地電極用素材４０の所定位置に所定形状の突起部４１を形成する。この時、接地電極用素材４０全体をプレスするようにし、接地電極用素材４０に、突起部４１以外に肉厚が異なる部位が形成されないようにする。

次に、突起部４１を形成した接地電極用素材４０を所定長さに切断した後、図６（ｂ）に示すように、所定長さに切断した接地電極用素材４０を、プレス金型２００から搬送して溶接用治具２１０に固定し、主体金具１の先端側に、接地電極用素材４０の基端側を溶接する。

上記のようにして、突起部４１を形成した接地電極用素材４０を主体金具１の先端側に溶接により固着した後、接地電極用素材４０を略Ｌ字状に屈曲させて、図１に示したような接地電極４を形成する。

上記のように、本実施形態では、プレス成形によって、接地電極用素材４０に突起部４１を形成した後、この接地電極用素材４０と主体金具１とを溶接しているので、接地電極用素材４０全体をプレスすることができ、接地電極用素材４０に、突起部４１以外に肉厚が異なる部位（肉厚変化部）が形成されないようにすることができる。これによって、肉厚変化部における接地電極折れの発生を防止することができる。

これに対して、例えば、接地電極用素材４０と主体金具１とを溶接した後にプレス成形によって突起部４１を形成しようとすると、接地電極用素材４０の主体金具１との溶接部近傍は、プレスすることができない。このため、接地電極用素材４０の基端側のプレスされない部分と先端側のプレスされた部分の間に、接地電極用素材４０の肉厚が変化する肉厚変化部が形成される。そして、接地電極用素材４０に、その肉厚が変化する肉厚変化部が形成されると、例えば、製造工程において接地電極素材４０を略Ｌ字状に屈曲させる際、あるいは、完成後の使用時に外力が加わった際等に肉厚変化部において折れる接地電極折れが発生する可能性が高くなる。本実施形態では、このような肉厚変化部における接地電極折れの発生を防止することができる。

また、上記実施形態では、プレス成形によって、接地電極４に、柱状の突起部４１等を形成しているので、例えば、レーザ溶接等によって貴金属チップを溶接した場合に比べて、短時間で大量に製造することが可能となり、かつ、高価な貴金属チップが不要となるため、大幅な製造のコスト削減を行うことができる。

なお、上記実施形態において、プレス成形によって接地電極用素材に加工硬化が起きて接地電極用素材の硬度が高まると、その後に接地電極用素材を上記のように略Ｌ字状に屈曲させる加工が困難になる場合がある。このため、接地電極用素材４０に対するプレス成形の後に、この接地電極用素材４０を焼鈍すれば、その後の接地電極用素材４０を上記のように略Ｌ字状に屈曲させる加工を容易に実現できるようになる。また、主体金具に溶接する前に接地電極用素材を焼鈍すれば、接地電極用素材のみを焼鈍することができる。これによって、より効率的にスパークプラグを製造することができ、製造コストの低減を図ることができる。

次に、図７を参照して他の実施形態にかかるスパークプラグの製造方法について説明する。この実施形態では、図７（ａ）に示すように、コイル状とされた線材供給源４００からプレス金型２２０に供給された接地電極用素材４０に、プレス成形して突起部４１を形成すると同時に、切断工具２３０によって、接地電極用素材４０を所定長さに切断する。

次に、図７（ｂ）に示すように、突起部４１を形成され、所定長さに切断された接地電極用素材４０を、プレス金型２２０によって把持した状態で、このプレス金型２２０を溶接用治具として使用して、主体金具１の先端側に溶接により固着する。この後、接地電極用素材４０を略Ｌ字状に屈曲させて、図１に示したような接地電極４を形成する。このようにすれば、プレス工程と溶接工程との間の搬送工程等が必要なく、さらに効率的にスパークプラグを製造することができる。

上記した柱状の突起部４１の形状は特に限定されるものではないが、その軸方向と直交する方向に沿った断面積を、０．１ｍｍ^２〜６．６ｍｍ^２の範囲とすることが好ましい。これによって、着火性と耐久性の双方を両立させることが可能となる。

図８〜１３は、上記の柱状の突起部４１の例を示すものである。図８に示す柱状の突起部４１０は、円柱状とされており、接地電極４の先端部に形成されている。さらに、図８の場合、接地電極４の先端部の形状が、両側の角部を落とした形状とされている。なお、接地電極４の先端部の形状が図８のような先端部における幅方向の両側の角部を落とした形状となるように接地電極用素材４０に対して加工を行う場合、プレス成形によって接地電極用素材４０に突起部４１を形成した後に行うと良い。これによって、接地電極４の先端部の形状を所望の形状にすることができる。

図９に示す柱状の突起部４１１は、四角柱状とされており、接地電極４の先端部に形成されている。図１０に示す柱状の突起部４１２は、三角柱状とされており、接地電極４の先端部に形成されている。

図１１に示す柱状の突起部４１５は、星型の柱状とされており、接地電極４の先端部から僅かに基端側に形成されている。図１２に示す柱状の突起部４１６は、楕円柱状とされており、接地電極４の先端部から僅かに基端側に形成されている。図１３に示す柱状の突起部４１７は、円柱状でかつ中央部に円形の窪みを有する形状とされており、接地電極４の先端部から僅かに基端側に形成されている。

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。

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要部構成を拡大して示す図。 本発明の他の実施形態に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。 本発明の他の実施形態に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。 本発明の他の実施形態に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。 本発明の実施形態に係るスパークプラグの製造方法を説明するための図。 本発明の他の実施形態に係るスパークプラグの製造方法を説明するための図。 本発明の実施形態に係るスパークプラグの柱状の突起部の例を拡大して示す図。 本発明の実施形態に係るスパークプラグの柱状の突起部の例を拡大して示す図。 本発明の実施形態に係るスパークプラグの柱状の突起部の例を拡大して示す図。 本発明の実施形態に係るスパークプラグの柱状の突起部の例を拡大して示す図。 本発明の実施形態に係るスパークプラグの柱状の突起部の例を拡大して示す図。 本発明の実施形態に係るスパークプラグの柱状の突起部の例を拡大して示す図。

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、４１……柱状の
突起部、１００……スパークプラグ。

Claims (8)

1. 筒状の主体金具と、
   前記主体金具内に保持された筒状の絶縁碍子と、
   前記絶縁碍子内に保持され軸方向に延在する中心電極と、
   前記主体金具に固着される基端部と、前記中心電極の先端部と間隔を設けて対向する突起部が設けられた先端部とを有し、前記突起部が設けられた部位以外の厚みが略均一な接地電極と
   を有するスパークプラグの製造方法であって、
   前記接地電極を構成するための接地電極用素材全体に対してプレス加工することによって前記突起部を形成するプレス成形工程と、
   前記プレス成形工程の後、前記突起部が形成された接地電極用素材の基端部を前記主体金具に溶接する溶接工程と
   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であって、
   前記プレス成形工程において前記接地電極用素材を所定長さに切断す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１又は２記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記プレス成形工程を行うためのプレス金型に把持された状態の前記接地電極用素材を、前記溶接工程にて前記主体金具に溶接す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のいずれか１項記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記プレス成形工程の後、前記突起部が形成された接地電極用素材の先端部形状を加工する先端部成形工程を有する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のいずれか１項記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記プレス成形工程の後、前記突起部が形成された接地電極用素材を焼鈍する焼鈍工程を有し、
   前記焼鈍工程の後、焼鈍された接地電極用素材を前記溶接工程にて前記主体金具に溶接す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のいずれか１項記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記突起部に貴金属チップを接合する貴金属チップ接合工程を含むことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
7. 請求項６記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記貴金属チップの外径をＤ１，高さをＨ１とし、前記突起部の外径をＤ２、前記突起部の高さをＨ２としたとき、Ｄ１＜Ｄ２，Ｈ１＞Ｈ２を満たすことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
8. 請求項７記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記貴金属チップは、レーザ溶接により形成された溶融部を介して、前記突起部と接合され、
   前記貴金属チップの前記溶融部からの突出高さをＰとしたとき、Ｐ＞Ｈ２であ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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