JP5357822B2 - Spark plug and method of manufacturing the spark plug - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、点火プラグ及びその点火プラグの製造方法に関する。 The present invention relates to a spark plug and a method for manufacturing the spark plug.
点火プラグは、内燃機関やバーナー等の燃料に点火する用途等に使われている。
図8は、例えば、炭化水素系の原燃料を処理して水素ガスを主成分とするガスに改質する燃料電池改質器(特許文献1参照)において該改質器のガスバーナに適用可能な点火プラグ100を示したものである。
Spark plugs are used to ignite fuel such as internal combustion engines and burners.
FIG. 8 is applicable to, for example, a gas burner of a fuel cell reformer (see Patent Document 1) for reforming a hydrocarbon-based raw fuel into a gas mainly composed of hydrogen gas. A
前記点火プラグ100は、軸方向に貫通する貫通孔101を備えた主体金具102と、主体金具102の貫通孔101に装着され一端に中心電極103を有する絶縁体104と、中心電極103が配置される端部側を先端側とし反対側を後端側としたときに、絶縁体104の外周面と主体金具102の後端内周面とにより囲まれた円筒形状の空間105に粉末状の緩衝材106とその上下にパッキン107,107を配置した気密保持用の緩衝材充填部と、主体金具102の後端に突設された短筒部108を内向きに加締めて形成した加締め蓋109と、を有する。この点火プラグ100は、前記中心電極103と、燃料電池改質器(図示せず)側に設けられる接地電極との間で火花を発生させてガスバーナに点火する。
The
前記点火プラグ100は、図9左半部、図9右半部、図10左半部、図10右半部に示した製造方法で製造される。
すなわち、図9左半部に示したように、主体金具102の貫通孔101に絶縁体104を装着した状態で、主体金具102の後端内周面と絶縁体104の外周面との間の空間105に下のパッキン107を装填し、さらにその空間105に例えばタルクやカオリン等のセラミックで形成された粉末状の緩衝材106を充填し、そして最後に空間105に上のパッキン107を装填する。
次に、図9右半部に示したように、絶縁体104の後端からパイプ状の加圧部材110を嵌めて該加圧部材110の先端で上のパッキン107を押して粉末106を加圧する。
次に、図10左半部に示したように、絶縁体104から加圧部材110を抜いて加締め治具111に交換し、該加締め治具111を主体金具102の短筒部108の後端頂部に載せる。
次に、図10右半部に示したように、加締め治具111に軸線方向の荷重を加え、主体金具102の短筒部108を加締めて内向き湾曲形状の加締め蓋109を形成する。この加締め蓋109により、主体金具102と絶縁体104の間の空間105に緩衝材106が加圧状態に封入され、その圧力で下のパッキン107が主体金具102と絶縁体104の双方に密着して前記空間105の気密を保つ。
The
That is, as shown in the left half of FIG. 9, between the inner peripheral surface of the rear end of the
Next, as shown in the right half of FIG. 9, a pipe-shaped pressurizing
Next, as shown in the left half of FIG. 10, the
Next, as shown in the right half of FIG. 10, an axial load is applied to the
従来より、長寿命の点火プラグ100を得るために、主体金具102と絶縁体104の間の気密性を向上させる手段が有効であることが知られていた(特許文献2:段落[0004]参照)。
かかる観点より、主体金具102と絶縁体104の間の気密性を向上させるべく点火プラグ100の製造工程を見直したところ、図9右半部から図10左半部に移行する過程で、すなわち、加圧部材110で緩衝材106を加圧する工程から加締め治具111で主体金具102の短筒部108を加締める工程に移行する過程で、加圧部材110を加締め治具111に交換するとき緩衝材106に加えられていた荷重が一旦除去され、その状態から加締め蓋109で緩衝材106を再加圧するものであったため、当初の加圧力の一部が無駄になっている可能性のあることが判明した。
Conventionally, in order to obtain a long-
From this point of view, when the manufacturing process of the
本発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的は、気密性に優れた長寿命の点火プラグ及びその点火プラグの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a long-life spark plug excellent in airtightness and a method of manufacturing the spark plug.
請求項1に記載したように、軸方向に貫通する貫通孔を備え、その一端に中心電極を有する絶縁体と、前記中心電極が配置される端部側を先端側とし反対側を後端としたときに、その後端部に加締め蓋を設けて前記絶縁体を保持する主体金具と、前記絶縁体の外周面と前記主体金具の内周面とにより囲まれた円筒形状の空間に緩衝材が充填された緩衝材充填部と、を有する点火プラグであって、前記緩衝材充填部の後端に接する状態で前記加締め蓋により前記絶縁体の外周に取着される環状の加圧環を備えるとともに、該加圧環は少なくともその一部が外部に露出し且つ前記加締め蓋の最後端を含む前記軸方向に垂直な平面からの後ろ向き突出量が0mm以上である点火プラグを提供する。 According to a first aspect of the present invention, an insulator having a through-hole penetrating in the axial direction and having a center electrode at one end thereof, an end side where the center electrode is disposed as a front end side, and an opposite side as a rear end A cushioning material in a cylindrical space surrounded by a metal shell that holds the insulator by providing a caulking lid at a rear end thereof, and an outer peripheral surface of the insulator and an inner peripheral surface of the metal shell A spark plug having a buffer material filling portion filled with an annular pressure ring attached to an outer periphery of the insulator by the crimping lid in a state of being in contact with a rear end of the buffer material filling portion. together provided, the pressurized radial crushing provides a spark plug backward projecting amount Ru der than 0mm from a plane perpendicular to the axial direction including the at least partially exposed to the outside and the rearmost end of the crimp cap.
また、請求項2に記載したように、前記加圧環の外周に前記加締め蓋の内側に係合可能な凸部を突設した請求項1記載の点火プラグを提供する。
Further, as described in
また、請求項3に記載したように、前記凸部の突出量が0.5mm以上である請求項2記載の点火プラグを提供する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the spark plug according to the second aspect , wherein the protruding amount of the convex portion is 0.5 mm or more.
また、請求項4に記載したように、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の点火プラグの製造方法であって、
前記絶縁体と前記主体金具との間の空間に前記緩衝材を充填する充填工程と、
前記加圧環を装着する加圧環装着工程と、
前記加圧環の後端に荷重を加え、その加圧環を介して前記緩衝材を加圧する加圧工程と、
前記加圧環に荷重を加えたまま前記主体金具の後端部を加締める加締め工程と、
を有する点火プラグの製造方法を提供する。
Further, as described in
A filling step of filling the buffer material into the space between the insulator and the metal shell;
A pressure ring mounting step for mounting the pressure ring;
A pressurizing step of applying a load to a rear end of the pressurizing ring and pressurizing the buffer material through the pressurizing ring;
A caulking step of caulking the rear end of the metal shell while applying a load to the pressure ring;
The manufacturing method of the spark plug which has this is provided.
また、請求項5に記載したように、前記加圧工程において、加える荷重が1200kgf以上である請求項4記載の点火プラグの製造方法を提供する。
Further, as described in
また、請求項6に記載したように、前記加圧工程において、加える荷重は、前記加締め治具による加締め工程が終了した後に除去されるものである請求項4又は5記載の点火プラグの製造方法を提供する。
Further, as described in
本発明の点火プラグは、絶縁体の外周に加圧環を備えており、その加圧環を介して前記緩衝材を加圧するものであるため、加圧環に荷重を加えつつ加締め治具により主体金具の短筒部を加締めることができる。したがって、緩衝材を加圧する荷重を途切れさせる必要がないから、前記緩衝材充填部に対し効率よく荷重を伝えることができ、それによって点火プラグの気密性が向上する。 The spark plug of the present invention has a pressure ring on the outer periphery of the insulator, and pressurizes the buffer material through the pressure ring, so that the metal fitting is applied by a crimping jig while applying a load to the pressure ring. The short tube portion can be crimped. Therefore, since it is not necessary to interrupt the load which pressurizes the buffer material, the load can be efficiently transmitted to the buffer material filling portion, thereby improving the airtightness of the spark plug.
また、加圧環の加締め蓋からの後ろ向き突出量を0mm以上とすることにより、加圧環を加圧する部材が加締め治具に巻き込まれるのを防止することができる。 Further , by setting the amount of backward protrusion of the pressurizing ring from the caulking lid to 0 mm or more, it is possible to prevent the member that pressurizes the pressurizing ring from being caught in the caulking jig.
また、請求項2のように、加圧環の外周に加締め蓋の内側に係合可能な凸部を突設したことにより、凸部の剛性で加圧環の強度が高まるとともに加圧環の凸部が加締め蓋の内側に引っ掛かって抜けにくくなるから、主体金具と絶縁体の結合強度をより高くすることができる。
Further, as described in
また、請求項3のように、前記凸部の径方向の突出量を0.5mm以上とすることにより、主体金具と絶縁体の結合強度を格段に大きくすることができる。
In addition, as described in
また、請求項4の製造方法によれば、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の点火プラグが容易に製造できる。
Moreover, according to the manufacturing method of
また、請求項5の製造方法のように、前記加圧工程において加える荷重を1200kgf以上とすることにより、点火プラグの気密性能を効果的に高めることができる。
Moreover, the airtight performance of a spark plug can be effectively improved by making the load added in the said pressurization process into 1200 kgf or more like the manufacturing method of
また、請求項6の製造方法のように、前記加圧工程において加える荷重を前記加締め治具による加締め工程が終了した後に除去するようにすれば、緩衝材に加わる荷重が掛け始めから加締め完了まで途切れないから、緩衝材充填部に対し効率よく荷重を伝えることができ、それによってより高い気密性能を得ることができる。
If the load applied in the pressurizing step is removed after the caulking step by the caulking jig is completed as in the manufacturing method of
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
点火プラグ1は、図1に示したように、軸方向に貫通する貫通孔2を備えた主体金具3と、該主体金具3の貫通孔2に装着され一端に中心電極4を他端にターミナル5を有する絶縁体6と、主体金具3と絶縁体6の間の空間8に装填されたパッキン7と同じく空間8に充填されたタルクやカオリン等のセラミック製の緩衝材9とからなる気密保持用の緩衝材充填部と、該緩衝材充填部の緩衝材9を加圧するリング形状の加圧環10と、主体金具3に形成されて加圧環10を絶縁体6に取着する加締め蓋11と、を備えている。
なお、説明の便宜上、前記中心電極4が配置される方向を先端とし、ターミナル5が配置される方向を後端とする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
For convenience of explanation, the direction in which the
前記主体金具3は、軸方向に貫通する貫通孔2を軸中心に形成した例えばオーステナイト系ステンレス鋼の筒状体であり、シリンダヘッドや燃焼室等のプラグ取付孔(図示せず)に螺合するネジ軸部12を軸方向の中間に有し、後端にプラグレンチが係合する工具係合部13を有し、さらに該工具係合部13の後端に、前記貫通孔2の開口の外側を囲う状態に突設した短筒部14(図4左半部参照)を内向きに加締めてなる湾曲形状の加締め蓋11(図4右半部参照)を有する。
The
主体金具3の貫通孔2は、前記工具係合部13にほぼ対応する大径部2aと、該大径部2aの終わりから主体金具3の先端に達する小径部2bと、からなる段付き孔であって、加締める前の短筒部14の内部を貫通孔2に含めると、図3に示したように後端から先端に向かって三段階に縮径する。
The through
前記絶縁体6は、軸方向に延びる軸孔(図示せず)を軸中心に形成した例えばアルミナ製の筒状体であり、図3に示したように、軸方向略中央に輪状に膨出する鍔状係止部6aと、その鍔状係止部6aから後端側(図3において上方)に延びるターミナル側軸部6bと、同じく鍔状係止部6aから先端側(図3において下方)に延びる電極側軸部6cと、を有し、前記主体金具3に対して、鍔状係止部6aが貫通孔2の大径部2aに嵌合し、電極側軸部6cが貫通孔2の小径部2bに嵌合し、ターミナル側軸部6bが貫通孔2の大径部2aと短筒部14の内部を通って外部に突出する。したがって、絶縁体6の鍔状係止部6aから上の一部と、主体金具3の貫通孔2の大径部2aと加締める前の短筒部14の内面との間には空間8がある。
The
前記加圧環10は、図1に示したように、前記空間8に充填された緩衝材9に接する状態、つまり緩衝材9を押さえる状態で絶縁体6に装着されている。この加圧環10は、たとえば、図2に示したように、先端にフランジ状の凸部10aを突設したリング形状であり、その凸部10aの後面に主体金具3の加締め蓋11が折り重なって抜けないようになっている。加圧環10は、絶縁体6のターミナル側軸部6bに嵌めた状態で軸方向への摺動が可能な内径に設定され、さらに最大外径部である凸部10aの外径が前記加締め蓋11の加締め前(短筒部14)の内径(図3参照)とほぼ同じか又はそれより小さくなるように設定されている。
As shown in FIG. 1, the
また、加圧環10は、セラミック(例えばアルミナ)などの絶縁材で形成されている。したがって主体金具3と一体で導電性を有する加締め蓋11が絶縁性の加圧環10の厚み分だけ外側に位置するから、その分、ターミナル5と主体金具3の絶縁表面距離を長くすることができる。これまでの説明で明らかなように本発明の点火プラグは、絶縁体6の周囲を導電材で囲わないノンシールドタイプであるから、ターミナル5と主体金具3の絶縁表面距離を長くすることで、フラッシュオーバーの発生リスクを低下させることができる。
The
その他、図3において符合15は、主体金具3の貫通孔2の大径部2aと小径部2bの境界部分と、鍔状係止部6aと電極側軸部6cの境界部分との対向部位に装填した公知の板パッキンである。
In addition, in FIG. 3,
実施形態の点火プラグ1は以上のように構成されているため、例えば燃焼室等のプラグ取付孔に主体金具3のネジ軸部12を螺合させ、前記中心電極4と燃焼室側に対向設置されている接地電極との間で火花を放電して燃料に点火する。
Since the
次に、上記点火プラグ1の製造方法について、図3,図4に基づき説明する。
まず、図3左半部に示したように、主体金具3の貫通孔2に絶縁体6を装着した状態で、主体金具3と絶縁体6の間の空間8にパッキン7を装填し、その後に例えばタルクやカオリン等の粉末である緩衝材9を充填し(装充填工程)、さらに絶縁体6のターミナル側軸部6bに加圧環10を嵌めて図3において下方に摺動させ、該加圧環10を空間8に充填した緩衝材9の上に載せる(加圧環装着工程)。
Next, a method for manufacturing the
First, as shown in the left half of FIG. 3, with the
次に、図3右半部に示したように、絶縁体6の後端からパイプ状の加圧部材110を嵌めて該加圧部材110の先端を加圧環10の後端に当てる。そして、加圧部材110に、リング形状で内側下面に型凹部111aを設けた加締め治具111を嵌めてそのまま図3において下方に摺動させ、型凹部111aを主体金具3の短筒部14の後端頂部に被せておく。
Next, as shown in the right half of FIG. 3, a pipe-shaped pressurizing
次に、図4左半部に示したように加圧部材110に例えば1200kgf以上の荷重を軸線方向に加え、加圧環10を介して緩衝材9を加圧する(加圧工程)。
Next, as shown in the left half of FIG. 4, for example, a load of 1200 kgf or more is applied to the
次に、図4右半部に示したように、加圧部材110に荷重を加えたまま該加圧部材110の外周に嵌めた加締め治具111を図4において下向きに移動させ、そうして型凹部111aに沿って主体金具3の短筒部14を内向き湾曲形状に加締める(加締め工程)。
Next, as shown in the right half of FIG. 4, the
そして、加締め工程終了後に加圧部材110と加締め治具111を絶縁体6から外すと、図1に示した点火プラグ1ができる。こうして作られた点火プラグ1は、前記のように緩衝材9を加圧する荷重が途切れないから、緩衝材充填部を構成するパッキン7に対し効率よく荷重を伝えることができ、それによってパッキン7の面圧が高まるため、気密性が向上する。
And if the
実施形態の主体金具3を耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼[SUS310S]で製造し、その主体金具3と絶縁体6とアルミナ製の加圧環10を組み合わせて上記の製造方法により点火プラグ1を製造した。その際、加圧工程で加圧部材110に加える荷重を1100kgfとしたものを発明品1、同1200kgfとしたものを発明品2、同1300kgfとしたものを発明品3とした。
The
この発明品1〜3の気密性を評価するため、図5に示したように点火プラグ1の先端側に1.5MPaの圧力を加えると共に主体金具3の座面16の温度を上昇させつつ、後端側に被せた捕集チューブ17で前記空間8から1分間に漏れ出す気体の量を測定した。
なお、比較のため、発明品1〜3と同じステンレス鋼で図8〜図10に示した主体金具102を製造し、その主体金具102と絶縁体104を組み合わせて従来構造の点火プラグ100を製造し、これを比較例1とした。また、その比較例1より線膨張率の低いフェライト系ステンレス鋼[SUS430]で主体金具102を製造し、その主体金具102と絶縁体104を組み合わせて従来構造の点火プラグ100を製造し、これを比較例2とした。そして比較例1,2の点火プラグ100を使って、前記と同じ気密性評価試験を行った。その結果を表1に示す。
In order to evaluate the airtightness of the
For comparison, the
この気密性評価試験の結果によれば、発明品1〜3は、同じステンレス鋼の主体金具102を備えている比較例1との対比により、いずれも優れた気密性を有することが確認できた。
また、発明品1〜3の結果を比較することにより、加圧工程で加圧部材110に加える荷重を大きくする程、気密性の向上に効果があることが確認でき、しかも1100kgfの発明品1と1200kgfの発明品2との間で気密性能の変化率が大きくなっていることが確認できた。したがって、加圧工程で加圧部材110に加える荷重は、1200kgf以上にするのがより好ましい。
According to the results of this airtightness evaluation test, the
In addition, by comparing the results of
ところで、表1の結果について、比較例1と比較例2を比べると、耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を用いた比較例1の方が気密性に劣ることが判る。これは、オーステナイト系ステンレス鋼の熱膨張の大きさが歪みを生み、それが気密性を低下させる原因になったものと推測される。したがって、従来技術のもとでは、オーステナイト系ステンレス鋼で主体金具3を製造して全体として耐熱性の向上を図っても、温度が上昇するにつれて気密性が低下して耐熱性向上による利益を打ち消すため、全体として得られる利益は少ない。
これに対し発明品1〜3の結果によれば、比較例1と同じステンレス鋼でありながら高温の環境下でも優れた気密性を発揮していることが確認できた。よって本発明によれば、気密性と耐熱性の両方に優れ、高温での使用にも十分に耐え得る点火プラグ1が提供できる。
By the way, when the comparative example 1 and the comparative example 2 are compared about the result of Table 1, it turns out that the direction of the comparative example 1 using the austenitic stainless steel excellent in heat resistance is inferior in airtightness. This is presumed that the magnitude of the thermal expansion of the austenitic stainless steel causes distortion, which causes the airtightness to decrease. Therefore, under the prior art, even if the
On the other hand, according to the results of
先端の凸部10aの径方向の突出量を0.2mmと、0.5mmと、0.7mmと、1.0mmに設定した4種類の加圧環10をアルミナで製造し、これを使って実施形態の点火プラグ1を製造した。
この点火プラグ1について、主体金具3と絶縁体6の結合強度を比較するため、図6に示したように固定した点火プラグ1の中心電極4にプッシュバック荷重を印加し、加締め蓋11が加圧環10に押されて破断したときの荷重の大きさを記録した。その結果を図7のグラフに示す。
Four types of
In order to compare the bonding strength between the
図7のグラフより明らかなように、いずれの場合も主体金具3と絶縁体6の結合強度は実用上十分なものであるが、凸部10aの径方向の突出量を0.5mm以上とした場合には、主体金具3と絶縁体6の結合強さが飛躍的に高まることが確認できた。
As is apparent from the graph of FIG. 7, the bonding strength between the
以上本発明を実施の形態について説明したが、もちろん本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、中心電極4に対応する接地電極を有しないタイプの点火プラグ1を例示したが、主体金具3の先端に接地電極を設けるタイプの点火プラグにも同様に適用できる。
また、実施形態では、加圧環10の先端に凸部10aを設けたが、この凸部10aは加圧環10の先端から後方にずらした位置に設けてもよい。また、凸部10aを設けない加圧環10を使用することもできる。この場合、主体金具3と絶縁体6の結合強度はある程度低下するものの、気密性を向上させ得る利益は享受し得る。
また、実施形態では加圧環10の全周を囲うように凸部10aを形成したが、例えば加圧環10の外周に爪片状の凸部を点在させて歯車のようにしてもよい。
また、実施形態では加圧環10の後端が加締め蓋11の後端から突出している例を示したが、加圧環10の後端と加締め蓋11の後端を同一面に揃えるようにしてもよい。この場合、加圧環10の加締め蓋11からの後ろ向き突出量は0mmになる。
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is of course not limited to the above embodiments. For example, in the embodiment, the type of
In the embodiment, the
Moreover, although the
In the embodiment, the rear end of the pressurizing
1 …点火プラグ
2 …貫通孔
3 …主体金具
4 …中心電極
6 …絶縁体
7 …パッキン
8 …空間
9 …緩衝材
10 …加圧環
10a …凸部
11 …加締め蓋
14 …短筒部
110 …加圧部材
111 …加締め治具
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記中心電極が配置される端部側を先端側とし反対側を後端側としたときに、その後端部に加締め蓋を設けて前記絶縁体を保持する主体金具と、
前記絶縁体の外周面と前記主体金具の内周面とにより囲まれた円筒形状の空間に緩衝材が充填された緩衝材充填部と、を有する点火プラグであって、
前記緩衝材充填部の後端に接する状態で前記加締め蓋により前記絶縁体の外周に取着される環状の加圧環を備えるとともに、該加圧環は少なくともその一部が外部に露出し且つ前記加締め蓋の最後端を含む前記軸方向に垂直な平面からの後ろ向き突出量が0mm以上であることを特徴とする点火プラグ。 An insulator having a through-hole penetrating in the axial direction and having a central electrode at one end thereof;
When the end side on which the center electrode is disposed is the front end side and the opposite side is the rear end side, a metal shell that holds the insulator by providing a caulking lid at the rear end portion;
A spark plug having a buffer material filled with a buffer material in a cylindrical space surrounded by an outer peripheral surface of the insulator and an inner peripheral surface of the metal shell,
The pressure ring includes an annular pressure ring attached to the outer periphery of the insulator by the caulking lid in a state of being in contact with a rear end of the buffer material filling portion, and at least a part of the pressure ring is exposed to the outside, and A spark plug characterized in that a rearward protruding amount from a plane perpendicular to the axial direction including the rear end of the crimping lid is 0 mm or more .
前記絶縁体と前記主体金具との間の空間に前記緩衝材を充填する充填工程と、
前記加圧環を装着する加圧環装着工程と、
前記加圧環の後端に荷重を加え、その加圧環を介して前記緩衝材を加圧する加圧工程と、
前記加圧環に荷重を加えたまま前記主体金具の後端部を加締める加締め工程と、
を有することを特徴とする点火プラグの製造方法。 A spark plug manufacturing method according to any one of claims 1 to 3 ,
A filling step of filling the buffer material into the space between the insulator and the metal shell;
A pressure ring mounting step for mounting the pressure ring;
A pressurizing step of applying a load to a rear end of the pressurizing ring and pressurizing the buffer material through the pressurizing ring;
A caulking step of caulking the rear end of the metal shell while applying a load to the pressure ring;
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