JP5530940B2 - 点火プラグ及びその点火プラグの製造方法 - Google Patents
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Description
ところがプレチャンバープラグは、中心電極103と接地電極108が着火室105の内部にあるため、ギャップGの修正(ギャップの調整を含む。)が構造的に行い難い問題がある。そのため、従来型のプレチャンバープラグは、製造工程における主体金具101と絶縁体102と中心電極103の組付け精度によってギャップGを規定範囲に収めるようにしていた。
しかしながら、本発明者が試験的に従来型プレチャンバープラグ(極数=4)を25個製造し、合計100箇所のギャップGを計測したところ、ギャップGの規定範囲として0.27mm〜0.33mmを目標としたにも拘わらず、実際には図9のグラフに実線で示したように0.14mm〜0.46mmの範囲に大きく分散していた。
軸方向に延びる軸孔を有し前記主体金具の貫通孔に装着される絶縁体と、
該絶縁体の軸孔に装着される中心電極とを有し、
前記中心電極が配置される方向を先端としたときに、
前記主体金具の先端開口部を覆うことにより該主体金具の先端部に着火室を形成するキャップ部材と、
棒状に形成されており、その一端側を前記主体金具に固着すると共に他端側を前記中心電極の側周面に直接又は間接に対向させて前記着火室の弦方向に延びる片持ち梁形態となし、さらに前記主体金具の内部であって前記先端開口部から外部に突出しない位置に設けられた接地電極と、を備えてなる点火プラグを提供する。
なお、本発明において、接地電極が中心電極の側周面に間接に対向するとは、接地電極を絶縁体の側周面に対向させて中心電極の側周面に対しては間接に対向することをいい、そうした場合は、絶縁体の表面を経由する沿面放電形態で中心電極に火花放電が伝播する。
軸方向に延びる軸孔を有し、前記主体金具の貫通孔に装着される絶縁体と、
該絶縁体の軸孔に装着される中心電極とを有し、
前記中心電極が配置される方向を先端としたときに、
前記主体金具の先端開口部を覆うことにより該主体金具の先端部に着火室を形成するキャップ部材と、
棒状に形成されており、その一端側を前記主体金具に固着すると共に他端側を前記中心電極の側周面に直接又は間接に対向させて前記着火室の弦方向に延びる片持ち梁形態となし、さらに前記主体金具の内部であって該主体金具の先端面との前記軸方向における最短距離が、該先端面から3mm以上の位置に接合されている接地電極と、を備えてなる点火プラグを提供する。
また、調整治具を主体金具の貫通孔内に差し込んで前記軸線、すなわち中心電極回りに回転させて接地電極を押圧するようにしたため、接地電極が主体金具の開口部付近にあっても、或はその逆に奥の深い位置にあっても殆ど作業性が変わらない。
さらにまた、接地電極が複数本あっても一回の操作で同時にギャップ調整ができるため、接地電極の極数の違いによっても殆ど作業性が変わらない。
よって請求項12の点火プラグの製造方法は、接地電極の位置や本数による影響を殆ど受けずに火花放電用のギャップの調整が正確且つ効率的に行えるため、点火プラグの生産性を向上させ得る。
以下に本発明の実施形態1を図1〜図13を参照しつつ説明する。
実施形態1の点火プラグは、図1に示したように、主体金具1と、該主体金具1に装着される絶縁体2と、該絶縁体2に装着される中心電極3と、その中心電極3が配置される方向を先端としたときに主体金具1の先端部に形成される着火室4と、該着火室4内に配設されて中心電極3の側周面に直接又は間接に対向する接地電極6と、を備えている。
なお、実施形態の接地電極6は、図4に示したように4極が等間隔に設けられており、それぞれの先端が他の接地電極6に接触しない長さになっている。
点火プラグの製造工程は、前記キャップ部材11以外の部品を主体金具1に組み付ける組付け工程と、その組付け工程の後、中心電極3の側周面と接地電極6とのギャップGを規定範囲に調整するギャップ調整工程と、そのギャップ調整工程の後、主体金具1の先端開口部10にキャップ部材11を取り付けて主体金具1の先端部に着火室4を形成する着火室形成工程と、からなる。
具体的には、図24に示したように棒状の工具100を主体金具1の先端開口部10から差し込んで接地電極6の固定端近くに荷重を加え、自由端側を大きく変位させてギャップGの広狭を調整するか、或は接地電極6の自由端側に荷重を加えてギャップGの広狭を微調整する。
かかるギャップ調整工程を25個の点火プラグ(極数=4)について行い、合計100箇所についてのギャップGを前記図9のグラフに想像線で表示した。これにより実施形態の点火プラグは、ギャップGが規定範囲内収められていて、安定性・信頼性に優れたものであることが判る。
本発明の点火プラグは、前記のように主体金具1の先端開口部10から工具100を差し込んでギャップGを調整し得るため、接地電極6が主体金具1の先端面と同じ位置、つまり主体金具1の先端面と接地電極6との軸方向における最短距離L=0mmの位置にあるときはもちろん、着火室4の中のどの位置にあってもよい。そこで接地電極6の着火室4内における軸方向の位置とギャップ調整の作業時間との関係を明らかにすべく、前記L=3mmの場合(プラグE)とL=0mmの場合(プラグG)を比較した。点火プラグの個数は各30個であり、極数は4である。その結果を表3に示す。
例えば、実施形態1では、4極の接地電極6を着火室4に等間隔に配設したが、接地電極6の極数は1つからスペースが許す限りいくつでもよい。点火プラグの耐久性は、図8のグラフに示したように多極化する程向上する。一方、図24に示したような棒状の工具100を用いる場合には、接地電極6の極数が多い点火プラグほどギャップGの調整に時間が掛かること明らかであるから、実施形態1の発明は接地電極6の極数が多い多極点火プラグに対してより大きな利益をもたらすことができる。
前記実施形態1のギャップ調整工程において、図24に示したように、棒状の工具100を主体金具1の先端開口部10から差し込んで接地電極6に荷重を加えた場合、棒状の工具100を斜めに差し入れて梃子の要領で接地電極6を押すことになるため、工具100の傾きに沿って接地電極6が中心電極3の側周面に対して符合θのように傾く可能性があり、1つの接地電極6の先端側(図24において上側角部)と後端側(同下側角部)でギャップに違いが生じるおそれがある。かかる点に鑑み、より高精度なギャップ調整が可能なギャップ調整工程を実施形態2として以下に説明する。
実施形態2のギャップ調整工程は、中心電極3の側周面と接地電極6の端部の間のギャップ(隙間)G1〜G4を図16〜図18(a)に示したような調整治具20を使って規定範囲に調整するものである。
前記調整治具20は、図16に示したように、例えば多角形状にしてトルクレンチ等の工具に係合し得るようにした基板21と、該基板21の中心に回転可能に挿通した角柱形状の工具係合部22と、基板21と工具係合部22に形成した押圧部材23と、から構成される。
そして、調整治具20の前記押圧部材23は、前記工具係合部22に連結された拡張側押圧部材23aと、該拡張側押圧部材23aの周囲を囲むようにして前記基板21に突設された縮小側押圧部材23bと、で構成される。
拡張側押圧部材23aは、中心電極3と接地電極6の例えばギャップG4が図18(b)に示したように規定範囲より小さい場合に、接地電極6を反中心電極3側に押し広げるためのものである。
この拡張側押圧部材23aは、例えばフッ素樹脂製であり、中心に前記中心電極3を通す挿通孔24を有し、側周面に接地電極6の中心電極3側の面に対向するカム状押圧部25が形成されている。該カム状押圧部25は、1つの接地電極6に対して1つずつ形成されており、したがって実施形態ではカム状押圧部25が極数に合わせて4つある。それぞれのカム状押圧部25は、アール状に面取りされた山形状になっており、拡張側押圧部材23aを中心電極3を軸にして回転させると、規定範囲より小さいギャップG4しかない接地電極6が、図18(a)の二点鎖線から同図実線のようにカム状押圧部25のカム曲面に沿って自由端が反中心電極3側に撓んで塑性変形する。よって、中心電極3と接地電極6のギャップG4が規定範囲にまで広がる。
縮小側押圧部材23bは、中心電極3と接地電極6の例えばギャップG1〜G3が図18(b)に示したように規定範囲より大きい場合に、接地電極6を中心電極3側に押圧して縮小させるためのものである。
この縮小側押圧部材23bは、例えば銅合金製であり、1つの接地電極6に対して1つずつ設けられており、したがって実施形態では前記拡張側押圧部材23aを中心として90度間隔で4つ形成されている。そして、それぞれの拡張側押圧部材23bは、主体金具1の貫通孔7の内周に沿わせるべく弧状にした第1の面26aと、調整開始前の始点位置(図18(a)二点鎖線参照)で接地電極6の反中心電極3側の面にほぼ沿う形状の第2の面26bと、調整終了後の終点位置(図18(a)実線参照)で隣の接地電極6の中心電極3側の面にほぼ沿う形状の第3の面26cと、を有する略三角柱形状であり、前記第2の面26bと第3の面26cの角部がアール状に面取りされた接触部27になっている。よって、縮小側押圧部材23bを中心電極3を軸にして回転させると、接触部27が接地電極6の自由端を中心電極3側に押圧して撓ませるため、ギャップG1〜G3が規定範囲にまで縮小する。
また、拡張側押圧部材23aと縮小側押圧部材23bは、ともに基板21の平面に対して垂直な柱状に形成されていて接地電極6と接する接触面が主体金具1の中心線と平行に、すなわち接地電極6の対向する面と平行に形成されている。
ギャップ調整作業は、上記した調整治具20を使って次のようにして行うことができる。
(i)調整治具20の押圧部材23を図16矢示のように主体金具1の先端側から貫通孔7内に差込む。このとき図17のように拡張側押圧部材23aの挿通孔24に中心電極3を通すと共に縮小側押圧部材23bを図18(a)二点鎖線の始点位置、すなわち縮小側押圧部材23bの第2の面26bが接地電極6の反中心電極3側の面に沿う位置にセットする。
(ii)次に、図17矢示と図18(a)矢示のように調整治具20を主体金具1の軸方向の中心軸線と同一の軸線回り、つまり中心電極3を中心として該中心電極回りに回転トルクを作用させ、そうして図18(a)実線の終点位置まで回転させる。このときの回転は、調整治具20の基板21と工具係合部22に例えば公知のトルクレンチを接続して回転トルクを例えば10Nmのように規定して行う。なお、基板21と工具係合部22の回転は、同時でも良いし、先後を設けてもよい。
(iii) そうすると、前記のように規定範囲に満たないギャップG4の接地電極6に対しては拡張側押圧部材23aが作用し、また、規定範囲を越えるギャップG1〜G3の接地電極6に対しては縮小側押圧部材23bがそれぞれ作用して、全てのギャップG1〜G4が最小限の操作で規定範囲に調整される。なお、ギャップG1〜G4が規定範囲内にある接地電極6に対しては、拡張側押圧部材23aも縮小側押圧部材23bもほぼ空回りするため変化はない。
(iv)その後、調整治具20を主体金具1の貫通孔7から引き抜けば、隙間ゲージ等で実測しなくともギャップ調整が完了する。
すなわち、点火プラグは、接地電極6の材質をPt-20Ir(硬度300MHV)とし、また、接地電極6の形状を図3(a)において幅1mm、紙面の奥行き方向の高さ2mmとし、また、接地電極6の貫通孔7に対する取付位置を先端開口部10から0mm(プラグ仕様1)と3mm(プラグ仕様2)とした。また、ギャップ調整は、調整治具20を10Nmの回転トルクで規定する方法を採用し、狙いギャップを0.3±0.03mmとした。
なお、比較のため、図24により説明した棒状の工具100でギャップ調整を行う場合についても作業時間を検証した。
軸方向に貫通する貫通孔を備えた主体金具と、
軸方向に延びる軸孔を有し、前記主体金具の前記貫通孔に装着される絶縁体と、
該絶縁体の前記軸孔に装着される中心電極と、
一端部が前記主体金具に接合され、他端部が、前記中心電極の側周面に直接又は間接にギャップを介して対向する棒状の接地電極と、を備えた点火プラグの製造方法であって、
前記主体金具の軸方向の中心線と同一の軸線回りに回転可能で且つ前記主体金具の前記貫通孔内に少なくともその先端が差込み可能な調整治具を使用し、
前記点火プラグの軸方向において、前記調整治具を前記主体金具の貫通孔内に差込み、前記調整治具を前記軸線回りに回転させることにより、前記接地電極を押圧して、前記ギャップを調整するギャップ調整工程を有することを特徴とする点火プラグの製造方法。
また、調整治具を主体金具の貫通孔内に差し込んで前記軸線、すなわち中心電極回りに回転させて接地電極を押圧するようにしたため、接地電極が主体金具の開口部付近にあっても、逆に奥の深い位置にあっても殆ど作業性が変わらない。
さらにまた、接地電極が複数本あっても一回の操作で同時にギャップ調整ができるため、接地電極の極数の違いによっても殆ど作業性が変わらない。
よって技術思想1の点火プラグの製造方法は、接地電極の位置や本数による影響を殆ど受けずに火花放電用のギャップの調整が正確且つ効率的に行えるため、点火プラグの生産性を向上させ得る。
前記調整治具は、
前記接地電極の中心電極側の側面に接して前記ギャップを拡張するように該接地電極を押圧する拡張側押圧部材と、
前記中心電極の反対側の前記接地電極の側面に接して前記ギャップを縮小するように該接地電極を押圧する縮小側押圧部材と、を有し、
前記拡張側押圧部材及び前記縮小側押圧部材の少なくともその先端は前記主体金具の前記貫通孔に差込まれ、
前記ギャップ調整工程は、前記拡張側押圧部材と前記縮小側押圧部材とにより、前記ギャップを調整することを特徴とする技術思想1記載の点火プラグの製造方法。
前記ギャップ調整工程は、前記調整治具の回転トルクを規定することにより前記ギャップを調整することを特徴とする技術思想1又は2記載の点火プラグの製造方法。
前記調整治具は、該調整治具と前記接地電極とが接する接触面が前記主体金具の前記中心線と平行に形成されていることを特徴とする技術思想1〜3のいずれか1つに記載の点火プラグの製造方法。
前記主体金具の前記貫通孔に前記調整治具を差し込む方向を前記調整治具の先端側とし、一方、前記主体金具について前記調整治具が差し込まれた側を先端側としたとき、前記調整治具の先端の軸方向の位置が前記接地電極の後端の軸方向の位置と同一、又はそれより前記貫通孔の後端側に配置されていることを特徴とする技術思想1〜4のいずれか1つに記載の点火プラグの製造方法。
2 …絶縁体
3 …中心電極
4 …着火室
5 …軸孔
6 …接地電極
7 …貫通孔
8 …ネジ軸部
11…キャップ部材
12…孔
20…調整治具
23a…拡張側押圧部材
23b…縮小側押圧部材
G,G1〜G4 …ギャップ
L …主体金具の先端面と接地電極6との軸方向における最短距離
M …ネジ軸部の軸方向先端の始端から接地電極までの距離
Vc…着火室の容積
Ve…接地電極の着火室内に突出する部分の容積
Vh…着火室の接地電極の後端面から先の部分の容積
Se…着火室を径方向に横切る断面の接地電極の断面積
Sc…着火室を径方向に横切る断面の中心電極の断面積
Sp…径方向に横切る断面の着火室の断面積
Claims (16)
- 軸方向に貫通する貫通孔を備えた主体金具と、
軸方向に延びる軸孔を有し、前記主体金具の貫通孔に装着される絶縁体と、
該絶縁体の軸孔に装着される中心電極とを有し、
前記中心電極が配置される方向を先端としたときに、
前記主体金具の先端開口部を覆うことにより該主体金具の先端部に着火室を形成するキャップ部材と、
棒状に形成されており、その一端側を前記主体金具に固着すると共に他端側を前記中心電極の側周面に直接又は間接に対向させて前記着火室の弦方向に延びる片持ち梁形態となし、さらに前記主体金具の内部であって前記先端開口部から外部に突出しない位置に設けられた接地電極と、
を備えてなることを特徴とする点火プラグ。 - 前記接地電極は、前記主体金具の先端面と前記接地電極との前記軸方向における最短距離が、該先端面から3mm以上の位置に接合されていることを特徴とする請求項1記載の点火プラグ。
- 軸方向に貫通する貫通孔を備えた主体金具と、
軸方向に延びる軸孔を有し、前記主体金具の貫通孔に装着される絶縁体と、
該絶縁体の軸孔に装着される中心電極とを有し、
前記中心電極が配置される方向を先端としたときに、
前記主体金具の先端開口部を覆うことにより該主体金具の先端部に着火室を形成するキャップ部材と、
棒状に形成されており、その一端側を前記主体金具に固着すると共に他端側を前記中心電極の側周面に直接又は間接に対向させて前記着火室の弦方向に延びる片持ち梁形態となし、さらに前記主体金具の内部であって該主体金具の先端面との前記軸方向における最短距離が、該先端面から3mm以上の位置に接合されている接地電極と、を備えてなることを特徴とする点火プラグ。 - 前記接地電極は、前記着火室における径方向の荷重を前記他端側に加えた場合の断面二次モーメントIが、2mm4 以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の点火プラグ。
- 前記接地電極の材料硬度は、120MHV以上500MHV以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の点火プラグ。
- 前記接地電極は、角材形状にした貴金属であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の点火プラグ。
- 前記接地電極は、角材形状にしたNi合金からなり、前記中心電極の側周面に対向する前記接地電極の位置に貴金属チップを備えることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の点火プラグ。
- 前記主体金具は先端にネジ軸部を有し、
前記接地電極は、前記軸方向先端の前記ネジ軸部の前記軸方向先端の始端からの距離が3mm以上の位置に接合されていることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の点火プラグ。 - 前記着火室の容積Vcに対する前記接地電極の着火室内に突出する部分の容積Veの割合が10%以下であることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の点火プラグ。
- 前記着火室において、前記接地電極を径方向に横切る断面の断面積Spに対し、前記断面における前記接地電極の面積Seと前記中心電極の面積Scとの合計電極面積Secの割合が50%以下であり、かつ、前記着火室の容積Vcに対する該着火室の前記接地電極の後端面から先の部分の容積Vhの割合が50%以上であることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の点火プラグ。
- 請求項1〜10の何れか1項に記載の点火プラグの製造方法であって、
前記主体金具に前記キャップ部材以外の部品を組み付ける組付け工程と、
前記組付け工程の後、前記中心電極の側周面と直接又は間接に対向するように設けられた前記接地電極との間のギャップを調整するギャップ調整工程と、
前記ギャップ調整工程の後、前記主体金具の先端開口部に前記キャップ部材を取り付けて該主体金具の先端部に前記着火室を形成する着火室形成工程と、を有することを特徴とする点火プラグの製造方法。 - 前記ギャップ調整工程は、
前記主体金具の軸方向の中心線と同一の軸線回りに回転可能で且つ前記主体金具の前記貫通孔内に少なくともその先端が差込み可能な調整治具を使用し、
前記点火プラグの軸方向において、前記調整治具を前記主体金具の貫通孔内に差込み、前記調整治具を前記軸線回りに回転させることにより、前記接地電極を押圧して、前記ギャップを調整するものであることを特徴とする請求項11記載の点火プラグの製造方法。 - 前記調整治具は、
前記接地電極の中心電極側の側面に接して前記ギャップを拡張するように該接地電極を押圧する拡張側押圧部材と、
前記中心電極の反対側の前記接地電極の側面に接して前記ギャップを縮小するように該接地電極を押圧する縮小側押圧部材と、を有し、
前記拡張側押圧部材及び前記縮小側押圧部材の少なくともその先端は前記主体金具の前記貫通孔に差込まれ、
前記ギャップ調整工程は、前記拡張側押圧部材と前記縮小側押圧部材とにより、前記ギャップを調整することを特徴とする請求項12記載の点火プラグの製造方法。 - 前記ギャップ調整工程は、前記調整治具の回転トルクを規定することにより前記ギャップを調整することを特徴とする請求項12又は13記載の点火プラグの製造方法。
- 前記調整治具は、該調整治具と前記接地電極とが接する接触面が前記主体金具の前記中心線と平行に形成されていることを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の点火プラグの製造方法。
- 前記主体金具の前記貫通孔に前記調整治具を差し込む方向を前記調整治具の先端側とし、一方、前記主体金具について前記調整治具が差し込まれた側を先端側としたとき、前記調整治具の先端の軸方向の位置が前記接地電極の後端の軸方向の位置と同一、又はそれより前記貫通孔の後端側に配置されていることを特徴とする請求項12〜15のいずれか1項に記載の点火プラグの製造方法。
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