JP5134133B1 - スパークプラグの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】軸方向に延びる軸孔を有する絶縁体を有するスパークプラグの製造方法は、軸孔に配置される第1の電極と、絶縁体の外側に配置される第2の電極との間に電圧を印加することによって絶縁体の耐電圧性能を検査する工程を備える。検査工程において、印加される電圧の最大値をEとし、印加される電圧が前記最大値Eの20%の値に達してから最大値Eに達するまでの昇圧時間をTとした場合に、E/T≧1kV/nsの関係式を満たす。
【選択図】図5
Description
軸方向に延びる軸孔を有する絶縁体を有するスパークプラグの製造方法であって、
前記軸孔に配置される第1の電極と、前記絶縁体の外側に配置される第2の電極との間に電圧を印加することによって前記絶縁体の耐電圧性能を検査する工程を備え、
前記検査工程において、
前記印加される電圧の最大値をEとし、
前記印加される電圧が前記最大値Eの20%に達してから前記最大値Eに達するまでの昇圧時間をTとした場合に、
E/T≧1kV/nsの関係式を満たすことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
この方法によれば、電極間に高電圧を印加した場合であっても、絶縁体の表面に沿ってあるいは大気中において絶縁破壊が生じてしまうことを抑制することができるため、絶縁体の表面や大気を通って電極間に電流が流れてしまうことを抑制することができる。したがって、スパークプラグの製造工程において、高電圧域における絶縁体の耐電圧性能を検査することができる。
適用例1に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記昇圧時間Tは、40ns以下であることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
この方法によれば、電極間に高電圧を印加した場合であっても、絶縁体の表面や大気を通って電極間に電流が流れてしまうことをさらに抑制することができる。
適用例1または適用例2に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記印加される電圧が前記最大値Eの50%に達してから、前記最大値Eに達した後に前記最大値Eの50%に降下するまでの時間は、80ns以下であることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
この方法によれば、電極間に高電圧を印加した場合であっても、絶縁体の表面や大気を通って電極間に電流が流れてしまうことをさらに抑制することができる。
適用例1から適用例3のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記電圧を繰り返して印加する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。
この方法によれば、検査の信頼性を向上させることができる。
適用例1から適用例4のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記第1の電極に印加される電圧は、正極性であることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
この方法によれば、電極間に高電圧を印加した場合であっても、電極間にある大気を通って電流が流れてしまうことをさらに抑制することができる。
適用例1から適用例5のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記第1の電極の先端近傍の雰囲気を大気圧以上にした状態で行なわれることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
この方法によれば、第1の電極の先端近傍の雰囲気において絶縁破壊が生じてしまうことを抑制することができるので、第1の電極の先端近傍における大気を通って電極間に電流が流れてしまうことを抑制することができる。
適用例1から適用例6のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記絶縁体の後端近傍が絶縁性の保護部材で覆われた状態で行なわれることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
この方法によれば、絶縁体の後端近傍の表面を通って電極間に電流が流れてしまうことを抑制することができる。
適用例1から適用例7のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記絶縁体の後端近傍の雰囲気を大気圧以上にした状態で行なわれることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
この方法によれば、絶縁体の後端近傍の雰囲気において絶縁破壊が生じてしまうことを抑制することができるので、絶縁体の後端近傍における大気を通って電極間に電流が流れてしまうことを抑制することができる。
適用例1から適用例8のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記印加される電圧値が所定値を超えるか否かによって、前記絶縁体の耐電圧性能を検査する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。
印加される電圧値は、絶縁体の耐電圧性能と関連がある。具体的には、絶縁体の耐電圧性能が高いほど、印加される電圧の測定値は大きくなる。したがって、この方法によれば、絶縁体の耐電圧性能を検査することができる。
適用例1から適用例8のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記絶縁体を介して流れる電流の電流値が所定値を超えるか否かによって、前記絶縁体の耐電圧性能を検査する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。
絶縁体を介して流れる電流の電流値は、絶縁体の耐電圧性能と関連がある。具体的には、絶縁体の耐電圧性能が高いほど、測定される電流値は小さくなる。したがって、この方法によれば、絶縁体の耐電圧性能を検査することができる。
適用例1から適用例10のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記軸孔に前記第1の電極としての中心電極が挿入され、かつ、前記第2の電極としての筒状の主体金具の内部に前記絶縁体が挿入された状態で行なわれることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
この方法によれば、軸孔に中心電極が挿入される際、および主体金具の内部に絶縁体が挿入される際に絶縁体に生じうる亀裂や割れを考慮した検査結果を得ることができる。
適用例11に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記絶縁体を前記主体金具の内部に固定する工程の後であり、前記主体金具の先端部に設けられた接地電極を湾曲させることにより前記接地電極を前記中心電極に対向させる工程の前に行なわれることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
この方法によれば、絶縁体を主体金具の内部に固定する際に生じうる亀裂や割れを考慮した検査結果を得ることができるとともに、接地電極が中心電極から離れた状態で検査工程が行なわれるため、中心電極と接地電極との間の大気を通って電流が流れてしまうことを抑制することができる。
適用例1から適用例12のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、さらに、
前記検査工程において耐電圧性能が良好であると判定された前記絶縁体を用いてスパークプラグを完成させる工程を備えることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
この方法によれば、耐電圧性能が良好なスパークプラグを製造することができる。
A.第1実施形態:
A1.スパークプラグの全体構成:
A2.スパークプラグの製造方法:
B.第2実施形態:
C.第3実施形態:
D.実験例:
D1.印加電圧の立ち上がり時の傾きに関する実験例:
D2.昇圧時間Tに関する実験例:
D3.印加時間Tcに関する実験例:
D4.発火部の気圧に関する実験例:
E.変形例:
A1.スパークプラグの全体構成:
図1は、本発明の製造方法によって製造されるスパークプラグ100の一例を示す部分断面図である。以下では、図1においてスパークプラグ100の軸線方向ODを図面における上下方向とし、下側をスパークプラグの先端側、上側を後端側として説明する。なお、図1では、軸線O(以下では、中心軸Oともいう。)の右側にスパークプラグ100の外観を示し、軸線Oの左側にスパークプラグ100の断面を示している。
図2は、本発明の一実施形態におけるスパークプラグの製造工程を示す工程図である。ステップS100では、絶縁碍子10を主体金具50に固定する。具体的には、中心電極20や端子金具40が軸孔12に挿入された状態の絶縁碍子10を、主体金具50の内部に挿入する。そして、治具(図示せず)によって主体金具50の加締部53を加締めることにより、絶縁碍子10を主体金具50に固定する。
E/T≧1kV/ns …(1)
上記式(1)を満たすように、高電圧を急激に印加すれば、絶縁体の表面や大気を通って中心電極20と主体金具50との間に電流が流れてしまうことを抑制することができるため、スパークプラグの製造工程において、高電圧域における絶縁碍子10の耐電圧性能を検査することができる。この根拠については、後述する。
図6は、第2実施形態における耐電圧性能の検査の様子を示す説明図である。図3に示した第1実施形態との違いは、絶縁碍子10の後端近傍の保護部材450が省略されている代わりに、絶縁碍子10の後端近傍の雰囲気も大気圧以上に加圧されているという点だけであり、他の構成は第1実施形態と同じである。
図7は、第3実施形態における耐電圧性能の検査の様子を示す説明図である。図3に示した第1実施形態との違いは、電圧計420の代わりに、電流計430が設けられているという点だけであり、他の構成は第1実施形態と同じである。この電流計430は、端子金具40、中心電極20、絶縁碍子10を介して主体金具50に流れる電流(いわゆる漏れ電流)を測定する。電流計430によって測定される電流値は、絶縁碍子10の耐電圧性能と関連がある。具体的には、絶縁碍子10の耐電圧性能が高いほど、測定される電流値は小さくなり、絶縁碍子10の耐電圧性能が低いほど、測定される電流値は大きくなる。
D1.印加電圧の立ち上がり時の傾きに関する実験例:
中心電極20に印加する電圧を大きくしていくと、絶縁碍子10がひびや割れ等のない正常なものであったとしても、絶縁碍子10の表面に沿って、あるいは大気中において絶縁破壊が生じ、電流が流れて印加電圧が低下するといった現象が発生する。この低下する直前の電圧値を、以下ではピーク電圧と呼ぶ。したがって、ピーク電圧未満の電圧までしか、絶縁碍子10の耐電圧性能を検査することができないといった問題があった。
本願の発明者らは、さらに、昇圧時間Tを短くすると、ピーク電圧が大きな値となることを見い出した。そこで、本実験例では、昇圧時間Tとピーク電圧との関係を調べた。
本願の発明者らは、さらに、印加時間Tcを短くすると、ピーク電圧が大きな値となることを見い出した。そこで、本実験例では、印加時間Tcとピーク電圧との関係を調べた。
本実験例では、上記「D1.印加電圧の立ち上がり時の傾きに関する実験例」において、中心電極20の先端近傍の雰囲気を0.4MPaまで加圧した場合と、加圧しなかった場合とを比較した。
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態では、中心電極20および主体金具50を電極として用いて絶縁碍子10の耐電圧性能を検査していたが、この代わりに、検査用の電極を、絶縁碍子10の軸孔12内と、絶縁碍子10の外側とに配置して、絶縁碍子10の耐電圧性能を検査することとしてもよい。
上記第1実施形態では、絶縁碍子10の耐電圧性能を検査する際に、絶縁碍子10の後端近傍に保護部材450を装着していたが、保護部材450を省略して絶縁碍子10の耐電圧性能を検査してもよい。また、中心電極20の先端近傍を加圧せずに、絶縁碍子10の耐電圧性能を検査してもよい。また、中心電極20の先端に絶縁性の保護部材を被せて、絶縁碍子10の耐電圧性能を検査してもよい。
上記実施形態では、絶縁碍子10の耐電圧性能を検査する際に、接地電極30が主体金具50に接合されていたが、絶縁碍子10の耐電圧性能の検査後に接地電極30を主体金具50に接合することとしてもよい。
上記実施形態では、取付ネジ部52のネジ径がM14のスパークプラグについて説明したが、本発明は、M12やM10等の他の大きさのネジ径を有するスパークプラグに対しても適用することができる。
上記実施形態では、パルス電源300のスイッチング素子として、IGBTスイッチ324が用いられていたが、この代わりに、サイラトロンなどの真空管スイッチやサイリスタ等が用いられていてもよい。
4…シール体
5…ガスケット
6…リング部材
8…板パッキン
9…タルク
10…絶縁碍子
11…襞部
12…軸孔
13…脚長部
15…段部
17…先端側胴部
18…後端側胴部
19…鍔部
20…中心電極
21…電極母材
25…芯材
30…接地電極
33…先端部
40…端子金具
50…主体金具
51…工具係合部
52…取付ネジ部
53…加締部
54…鍔部
55…座面
56…段部
58…座屈部
59…ネジ首
90…電極チップ
95…電極チップ
100…スパークプラグ
200…エンジンヘッド
201…取付ネジ孔
205…開口周縁部
300…パルス電源
310…充電器ユニット
320…パルス発生ユニット
322…コンデンサ
326…昇圧トランス
328…磁気圧縮回路
410…容器
420…電圧計
430…電流計
450…保護部材
Claims (13)
- 軸方向に延びる軸孔を有する絶縁体を有するスパークプラグの製造方法であって、
前記軸孔に配置される第1の電極と、前記絶縁体の外側に配置される第2の電極との間に電圧を印加することによって前記絶縁体の耐電圧性能を検査する工程を備え、
前記検査工程において、
前記印加される電圧の最大値をEとし、
前記印加される電圧が前記最大値Eの20%の値に達してから前記最大値Eに達するまでの昇圧時間をTとした場合に、
E/T≧1kV/nsの関係式を満たすことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。 - 請求項1に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記昇圧時間Tは、40ns以下であることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記印加される電圧が前記最大値Eの50%の値に達してから、前記最大値Eに達した後に前記最大値Eの50%の値に降下するまでの時間は、80ns以下であることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記電圧を繰り返して印加する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。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記第1の電極に印加される電圧は、正極性であることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記第1の電極の先端近傍の雰囲気を大気圧以上にした状態で行なわれることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記絶縁体の後端近傍が絶縁性の保護部材で覆われた状態で行なわれることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記絶縁体の後端近傍の雰囲気を大気圧以上にした状態で行なわれることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記印加される電圧値が所定値を超えるか否かによって、前記絶縁体の耐電圧性能を検査する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。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記絶縁体を介して流れる電流の電流値が所定値を超えるか否かによって、前記絶縁体の耐電圧性能を検査する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。 - 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記軸孔に前記第1の電極としての中心電極が挿入され、かつ、前記第2の電極としての筒状の主体金具の内部に前記絶縁体が挿入された状態で行なわれることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。 - 請求項11に記載のスパークプラグの製造方法であって、
前記検査工程は、前記絶縁体を前記主体金具の内部に固定する工程の後であり、前記主体金具の先端部に設けられた接地電極を湾曲させることにより前記接地電極を前記中心電極に対向させる工程の前に行なわれることを特徴とする、スパークプラグの製造方法。 - 請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のスパークプラグの製造方法であって、さらに、
前記検査工程において耐電圧性能が良好であると判定された前記絶縁体を用いてスパークプラグを完成させる工程を備え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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