JP6262796B2 - スパークプラグの製造方法及びスパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に用いられるスパークプラグの製造方法及びスパークプラグに関する。

従来から、自動車用エンジンなどの内燃機関に取り付けられ、内燃機関の点火に利用されるスパークプラグが知られている。このようなスパークプラグとしては、例えば、軸線方向に延び軸孔を有する筒状体であり、後端側から先端側に向かって外径が小さくなる縮径外面を外周面に有する絶縁体と、軸線方向に延び、絶縁体が挿入される貫通孔を有する筒状体であり、外周に取り付け用ねじ部を有し、後端側から先端側に向かって内径が小さくなる縮径内面を内周面に有する主体金具と、先端部が絶縁体から突出するように当該絶縁体に保持された中心電極と、主体金具の先端部に配設され自身の先端部が中心電極の先端と対向する接地電極とを具備した構成のものが知られている。

上記構成のスパークプラグでは、絶縁体の縮径外面と主体金具の縮径内面との間に板パッキンを配設し、板パッキンによって絶縁体と主体金具との間の気密性を確保するものがある。すなわち、このようなスパークプラグでは、主体金具の後端部をかしめて絶縁体と主体金具を固定する際に、かしめ荷重によって板パッキンを潰して絶縁体と主体金具との間の気密性を確保するようになっている。

上記のように板パッキンを用いて絶縁体と主体金具との間の気密性を確保しようとすると、かしめ荷重をかけて板パッキンを変形させた際に、板パッキンが絶縁体を押圧するように変形し絶縁体が割れる、所謂絞り割れが発生することがある。

このため、板パッキンを用いずに、スパークプラグを製造する方法が提案されている。この方法では、主体金具の縮径内面の角度を、絶縁体の縮径外面の角度より少なくし、かしめ荷重をかけることによって主体金具の縮径内面を変形させ、板パッキンを用いずに、気密性を確保する（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、この方法では、主体金具内に絶縁体を挿入した際に、主体金具の縮径内面の内周側端部を絶縁体の縮径外面に当接させ、この後かしめ荷重をかけて主体金具の縮径内面を変形させてこれらの間を気密封止する。

特公昭４８−２６６８７号公報

しかしながら、上記の方法では、かしめ荷重をかけて主体金具の縮径内面を変形させた際に、主体金具の縮径内面の内周側端部が絶縁体側に突出するように変形する。このため、かしめ荷重をかけた際に、絶縁体側に突出するように変形した部位が絶縁体を押圧し、絶縁体に割れが生じる可能性がある。また、スパークプラグを内燃機関に取り付けて使用している時に、絶縁体側に突出するように変形した部位が熱膨張等により絶縁体を押圧し、絶縁体に割れが生じる可能性がある。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものである。本発明は、製造途中や内燃機関に取り付けて使用している際に、絶縁体に割れが生じることを防止することのできるスパークプラグの製造方法及びスパークプラグ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の一態様は、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状体であり、後端側から先端側に向かって外径が小さくなる縮径外面を外周面に有する絶縁体と、 前記軸線方向に延び、前記絶縁体が挿入される貫通孔を有する筒状の主体金具と、先端部が前記絶縁体から突出するように当該絶縁体の先端側に保持された中心電極と、を具備したスパークプラグの製造方法において、前記主体金具の内周面のうち前記絶縁体が挿入されたときに前記縮径外面と前記軸線方向において対向する対向面に、当該対向面から突出する環状の凸部を形成する工程と、前記主体金具の後端側から前記絶縁体を挿入し、前記縮径外面を前記凸部と当接させる工程と、前記絶縁体と前記主体金具とを前記軸線方向に押圧して前記凸部を変形させる工程と、を有し、前記凸部を変形させる工程では、前記凸部の外周側と内周側との両方において、前記縮径外面と前記対向面との間に間隙を形成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、絶縁体に形成された縮径外面（パッキン面）と、この縮径外面と軸線方向において対向する主体金具の対向面（棚部）との間で気密封止する構造のスパークプラグを製造する際に、対向面に、当該対向面から突出する環状の凸部を形成する。次に、主体金具の後端側から絶縁体を挿入し、縮径外面を凸部と当接させる。そして、絶縁体と主体金具とを軸線方向に押圧することにより、凸部を変形させる。なお、この凸部を変形させる工程は、主体金具の後端部を径方向内側にかしめて絶縁体と主体金具とを固定する工程と同時に行ってもよい。

このように、対向面から突出する凸部を形成し、この凸部を押圧して変形させることによって、板パッキンを用いることなく気密性を確保することができる。すなわち、本発明によれば、凸部を形成せずに直接対向面と縮径外面とをその対向面全面で当接させて押圧状態とした場合に比べて、押圧状態に当接された部分の面圧を高くすることができ、板パッキンを用いることなく高い気密性を得ることができる。

また、対向面に形成された凸部は、押圧された際にその位置で変形し、別部材である板パッキンのように押圧力によってずれることがない。したがって、押圧された際に、対向面の、縮径外面との対向する部位から、外周側又は内周側にはみ出すように変形して絶縁体を破損させることを防止することができる。また、絶縁体と主体金具とを軸方向に押圧してかしめ荷重を掛けた際に、絶縁体の縮径外面の角部が主体金具と接触しないので、角部に応力が掛からず割れが発生することを防止することができる。さらに、変形した部位が、外周側又は内周側にはみ出すことが無いので、スパークプラグを内燃機関に取り付けて使用している際に熱が加わり熱膨張が生じた場合も、はみ出した部分が絶縁体を押圧して絶縁体に割れが生じることを防止することができる。

凸部を形成する工程では、凸部の頂点が、対向面のうち縮径外面と対向する部位の中央より外周側に位置するように環状の凸部を形成することが好ましい。これによって、凸部が内周側にはみ出すように変形することを、より確実に防止することができる。絶縁体の縮径外面より内周側（先端側）は、脚長部とされており、燃焼ガスに晒されることで高温となるため、熱膨張がより多く発生する部位である。このため、内周側に変形した部位がはみ出していると、熱膨張等によって絶縁体の脚長部外面を押圧して破損させる可能性が高くなる。したがって、凸部が内周側にはみ出すように変形することを防止することによって、絶縁体が破損することをより確実に防止することができる。

また、本発明のスパークプラグは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状体であり、後端側から先端側に向かって外径が小さくなる縮径外面を外周面に有する絶縁体と、前記軸線方向に延び、前記絶縁体が挿入される貫通孔を有する筒状の主体金具と、先端部が前記絶縁体から突出するように当該絶縁体の先端側に保持された中心電極と、具備するスパークプラグであって、前記主体金具は、内周面に前記縮径外面と前記軸線方向において対向する対向面と、前記対向面に設けられた環状に連続する少なくとも１つの接触部とを有し、前記縮径外面と前記接触部とが直接接触し、前記接触部より内周側及び外周側の両方において、前記縮径外面と前記対向面との間に間隙が形成されていることを特徴とする。

上記構成の本発明のスパークプラグでは、絶縁体の縮径外面と、主体金具の対向面とが接触部にて直接接触し、接触部より内周側及び外周側の両方において、縮径外面と対向面との間に間隙が形成されている。このように、縮径外面と対向面とがその対向面全面で接触するのではなく、接触部より内周側及び外周側の両方において、縮径外面と対向面との間に間隙が形成されている構成とする。これによって、縮径外面と対向面とがその対向面全面で接触した構成とした場合に比べて、接触部の面圧を高くすることができ、板パッキンを用いることなく高い気密性を得ることができる。

上記間隙は、接触部より内周側及び外周側の両方に形成されているので、接触部が絶縁体の側面を押圧して絶縁体を破損させることを防止することができる。

またこの場合、接触部より内周側の間隙が、接触部より外周側の間隙より広い構成とすることがより好ましい。絶縁体の縮径外面より内周側（先端側）は、脚長部とされており、燃焼ガスに晒されることで高温となるため、熱膨張がより多く発生する部位である。このため、内周側の脚長部に対して接触部から押圧力が加わり難い構成とすることによって、絶縁体が破損する可能性をより低減することができる。

上記の接触部は、予め主体金具の対向面に環状に連続する凸部を形成し、絶縁体と主体金具とを軸方向に押圧してかしめ荷重を掛け、主体金具の後端部を径方向内側にかしめて絶縁体と主体金具とを固定する際の押圧力で凸部を変形させる方法等によって形成することができる。

上記の接触部を複数有し、これらの接触部は、対向面のうち径方向内側に設けられた第１接触部と、第１接触部よりも径方向外側に設けられた第２接触部とを少なくとも有する構成とすることができる。このように、接触部が複数あることで、気密性がさらに向上する。また、接触部は２つに限らず３つ以上としてもよい。

本発明によれば、製造途中や内燃機関に取り付けて使用している際に、絶縁体に割れが生じることを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るスパークプラグの全体概略構成を示す図。 実施形態のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。 実施形態スパークプラグの製造途中における要部構成を拡大して示す図。 実施形態のスパークプラグの要部構成を拡大して製造工程を示す図。 実施形態のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。 凸部の変形例に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。 凸部の他の変形例に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。 凸部のさらに他の変形例に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るスパークプラグ１００の全体概略構成を示す図であり、図２はスパークプラグ１００の要部構成を拡大して示す図である。以下、スパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。

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、軸線Ｏ方向に延びる円筒状の主体金具５０を具備している。この主体金具５０の内側には、アルミナ等のセラミック焼結体により構成され先端部１１が主体金具５０の端面から突出する形で配置された円筒状の絶縁碍子（絶縁体）１０が支持されている。

絶縁碍子１０は、アルミナ等を焼成して形成され、軸線Ｏ方向に軸孔１２を有する筒状の絶縁部材である。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されており、これより後端側には、鍔部１９より外径の小さい後端側胴部１８が形成されている。また、鍔部１９より先端側には、鍔部１９より外径の小さい先端側胴部１７が形成され、先端側胴部１７のさらに先端側には、先端側胴部１７より外径の小さい脚長部１３が形成されている。先端側胴部１７と脚長部１３との間には、段部１５が形成されており、この段部１５は、後端側から先端側に向けて縮径された縮径外面１４を有している。脚長部１３は先端側ほど縮径されている。

この絶縁碍子１０の軸孔１２内には、先端部２２が絶縁碍子１０の端面から突出するように中心電極２０が配置されている。中心電極２０は、インコネル６００（商標名）、インコネル６０１（商標名）等のニッケル系合金等からなる電極母材の中心部に、放熱促進のための銅、あるいは銅合金などで構成された芯材２３が埋設された棒状の電極である。

中心電極２０は、絶縁碍子１０の脚長部１３が形成された部分の軸孔１２内に保持されている。また中心電極２０は、軸孔１２の内部に設けられたシール体４および抵抗体３を経由して、後端側胴部１８が形成された部分の軸孔１２内に保持される接続端子４０に電気的に接続されている。接続端子４０の後端部４１は絶縁碍子１０の後端より露出され、この後端部４１に、プラグキャップ（図示せず。）を介して高圧ケーブル（図示せず。）が接続され、高電圧が印加されるようになっている。

主体金具５０は、絶縁碍子１０の鍔部１９近傍の後端側胴部１８から、鍔部１９、先端側胴部１７および脚長部１３を取り囲むようにして絶縁碍子１０を保持している。主体金具５０は低炭素鋼材で形成され、六角レンチ等の工具を係合するための工具係合部５１と、内燃機関上部に設けられたエンジンヘッドに螺合するためのねじ部５２とを備えている。工具係合部５１の後端側には、内周側に折り曲げて絶縁碍子１０と主体金具５０とを固定するためのかしめ部５３が形成されている。ねじ部５２の後端側には、鍔状に形成された座部５４が形成されている。また、座部５４と工具係合部５１との間には、圧縮変形部５５が形成されている。

ねじ部５２の内周側には、絶縁碍子１０の段部１５の先端側に位置するように、内周側に向けて突出する棚部５６が形成されており、この棚部５６の後端側の面の一部が、絶縁碍子１０の縮径外面１４と軸線Ｏ方向において対向する対向面５７とされている。図２に示すように、この対向面５７には、対向面５７から突出して絶縁碍子１０の縮径外面１４と直接接触する環状に連続する少なくとも１つの接触部５８が形成されている。本実施形態では、この接触部５８の外周側には、対向面５７と縮径外面１４との間に外周側間隙８０が形成されており、接触部５８の内周側には、対向面５７と縮径外面１４との間に内周側間隙８１が形成されている。なお、これらの外周側間隙８０と内周側間隙８１は、少なくとも一方形成されていればよい。

このように、対向面５７と縮径外面１４とがその対向面全面で接触するのではなく、一部の接触部５８においてのみ縮径外面１４と接触することによって、接触した部分の面圧を高くすることができ、板パッキンを用いることなく、必要な気密性を確保することができる。また、本実施形態では、接触部５８の外周側と内周側の双方に、外周側間隙８０、内周側間隙８１が形成されているので、熱膨張等が生じた場合に接触部５８が絶縁碍子１０の側面を押圧して破損させることを防止することができる。

さらに、本実施形態では、外周側間隙８０よりも内周側間隙８１の方が広くなっている。ここで、絶縁碍子１０の縮径外面１４より内周側（先端側）は、脚長部１３とされており、燃焼ガスに晒されることで高温となるため、熱膨張がより多く発生する部位である。このため、内周側の脚長部１３に対して押圧力が加わり難い構成とすることによって、絶縁碍子１０が破損する可能性をより低減することができる。

図１に示すように、主体金具５０の工具係合部５１と絶縁碍子１０の後端側胴部１８との間には、環状のリング部材６，７が配設されており、更に両リング部材６，７の間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。スパークプラグ１００の製造時には、かしめ荷重を掛けて工具係合部５１の後端側のかしめ部５３をかしめることにより、リング部材６，７およびタルク９を介して絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。これにより、圧縮変形部５５が変形し、主体金具５０の内周に形成された棚部５６に、絶縁碍子１０の先端側胴部１７と脚長部１３との間の段部１５が支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体にされる。座部５４とねじ部５２との間には、燃焼室のガス抜けを防止するガスケット５が嵌挿されている。

主体金具５０の先端部には、接地電極３０が溶接により固着されている。接地電極３０は、前述したインコネル６００（商標名）、インコネル６０１（商標名）等によって構成されている。この接地電極３０は、自身の長手方向と直交する横断面が略長方形であり、屈曲された角棒状の外形を呈している。そして、角棒状の基端側の基部３２が、主体金具５０の軸線方向先端側の先端面に溶接されている。一方、この接地電極３０の基部３２とは反対側の先端部３１は、中心電極２０の先端部２２に対向するよう屈曲されている。そして、中心電極２０の先端部２２と、接地電極３０の先端部３１との対向部分との間に火花放電ギャップが形成されている。

次に、図４を参照してスパークプラグ１００の製造方法について説明する。

まず、中心電極２０及び接続端子等を配設した絶縁碍子１０を製造するとともに、金属材料に冷間鍛造等を施し、図４（ａ）に示すように、棚部５６が通常よりも後端側に延在する主体金具５０を製造する。

次に、切削等によって棚部５６の後端側を加工し、図４（ｂ）に示すように、棚部５６の後端側に対向面５７を含む縮径内周面と、対向面５７から突出する凸部５９を形成する。凸部５９は、後に押圧されて変形し接触部５８となる。また、この凸部５９は、図５に示すように、対向面５７の全周に亘って環状に形成する。

次に、主体金具５０の後端側から絶縁碍子１０を挿入し、図４（ｃ）に示すように、凸部５９と絶縁碍子１０の縮径外面１４とを当接させる。この場合、図３に示すように、凸部５９は、主体金具５０の後端側から絶縁碍子１０を挿入した際に、絶縁碍子１０の縮径外面１４と対向する対向面５７の部位（図３中点線と点線との間）に、凸部５９の頂点６０（縮径外面１４との当接位置）が位置するよう配設されている。

また、本実施形態では、縮径外面１４と対向面５７とが対向する領域（図３中点線と点線との間）において、凸部５９の頂点６０と縮径外面１４とが当接する当接位置が、当該領域の中央より外周側となるよう設定されている。すなわち、当該領域の外周側端部から当接位置までの距離Ｄ１と、当該領域の内周側端部から当接位置までの距離Ｄ２との関係が、Ｄ２＞Ｄ１の関係となるように設定されている。

これによって、凸部５９を押圧して変形した際に、凸部５９が内周側にはみ出して変形することをより確実に防止することができ、はみ出した部位が絶縁碍子１０を押圧して絶縁碍子１０が破損することをより確実に防止することができる。なお、前述したとおり、絶縁碍子１０の縮径外面１４より内周側（先端側）は、脚長部１３とされており、燃焼ガスに晒されることで高温となるため、熱膨張がより多く発生する部位である。このため、内周側の脚長部１３に対して押圧力が加わり難い構成とすることによって、絶縁碍子１０が破損する可能性をより低減することができる。

次に、主体金具５０と絶縁碍子１０との間に、図１に示したリング部材７、タルク（滑石）９、リング部材６を配置し、かしめ荷重を掛けてかしめ部５３を内側に折りたたむように、主体金具５０と絶縁碍子１０とを軸線方向に押圧してかしめるとともに、図４（ｄ）に示すように、凸部５９を変形させて接触部５８を形成する。この時、圧縮変形部５５が変形して絶縁碍子１０が主体金具５０内で軸方向先端側に移動する。

以上のようにして、板パッキンを用いることなく、スパークプラグ１００を製造する。この場合、対向面５７から突出する凸部５９を形成し、この凸部５９を押圧して変形させることによって、板パッキンを用いることなく気密性を確保することができる。すなわち、凸部５９を形成せずに、直接対向面５７と縮径外面１４とを対向面全面で当接させた場合に比べて、当接部分の面圧を高くすることができ、板パッキンを用いることなく高い気密性を得ることができる。

また、対向面５７に形成された凸部５９は、押圧された際にその位置で変形し、別部材である板パッキンのように押圧力によってずれることがないので、押圧された際に、対向面５７の、縮径外面１４との対向する部位から、外周側又は内周側にはみ出すように変形して絶縁碍子１０を破損させることを防止することができる。また、絶縁碍子１０と主体金具５０とを軸方向に押圧してかしめ荷重を掛けた際に、絶縁碍子１０の縮径外面１４の角部が主体金具５０と接触しないので、角部に応力が掛からず絶縁碍子１０に割れが発生することを防止することができる。さらに、凸部５９が外周側又は内周側にはみ出すように変形することが無いので、スパークプラグ１００を内燃機関に取り付けて使用している際に熱が加わり熱膨張が生じた場合も、はみ出した部分が絶縁碍子１０を押圧して絶縁碍子１０に割れが生じることを防止することができる。

さらに、本実施形態において、環状の凸部５９を形成する工程では、凸部５９の頂点６０が、対向面５７のうち縮径外面１４と対向する部位の中央より外周側に位置するように環状の凸部５９を形成している。これによって、凸部５９が内周側にはみ出すように変形することを、より確実に防止することができる。絶縁碍子１０の縮径外面１４より内周側（先端側）は、脚長部１３とされており、燃焼ガスに晒されることで高温となるため、熱膨張がより多く発生する部位である。このため、内周側に変形した部位がはみ出していると、はみ出した部分が熱膨張等によって絶縁碍子１０の脚長部１３の外面を押圧して破損させる可能性が高くなる。したがって、凸部５９が内周側にはみ出すように変形することを防止することによって、絶縁碍子１０の破損をより確実に防止することができる。

なお、主体金具５０の対向面５７に形成する凸部５９は、断面形状が図３に示した三角形状のものに限らず、任意の形状のものを用いることができる。例えば、図６に示すように、断面形状が台形状の凸部５９としてもよく、図７に示すように、断面形状が円弧状の凸部５９としてもよい。また、主体金具５０の対向面５７に形成する凸部５９は、１つに限らず複数設けてもよい。例えば図８に示す例では、対向面５７の径方向内側に設けられた第１凸部５９ａと、この第１凸部５９ａよりも径方向外側に設けられた第２凸部５９ｂの２つが形成されている。この場合、完成品のスパークプラグでは、第１凸部５９ａに対応した第１接触部５８ａと、第２凸部５９ｂに対応した第２接触部５８ｂを有する構造となる。かかる構造とすることにより、気密性をさらに向上させることができる。なお、凸部５９及び接触部５８の数は、３つ以上としてもよい。

また、本実施形態では、かしめ工程においてかしめ荷重をかけた際に凸部５９を変形させたが、これに限られず、かしめ工程前に絶縁碍子１０を挿入した段階で予備荷重をかけた場合に凸部５９を変形させることとしても良い。

以上、本発明を実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。

１０……絶縁碍子、１４……縮径外面、２０……中心電極、３０……接地電極、５０……主体金具、５７……対向面、５８……接触部、５９……凸部、１００……スパークプラグ。

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状体であり、後端側から先端側に向かって外径が小さくなる縮径外面を外周面に有する絶縁体と、
   前記軸線方向に延び、前記絶縁体が挿入される貫通孔を有する筒状の主体金具と、
   先端部が前記絶縁体から突出するように当該絶縁体の先端側に保持された中心電極と、
   を具備したスパークプラグの製造方法において、
   前記主体金具の内周面のうち前記絶縁体が挿入されたときに前記縮径外面と前記軸線方向において対向する対向面に、当該対向面から突出する環状の凸部を形成する工程と、
   前記主体金具の後端側から前記絶縁体を挿入し、前記縮径外面を前記凸部と当接させる工程と、
   前記絶縁体と前記主体金具とを前記軸線方向に押圧して前記凸部を変形させる工程と、を有し、前記凸部を変形させる工程では、前記凸部の外周側と内周側との両方において、前記縮径外面と前記対向面との間に間隙を形成する
   ことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
2. 前記凸部を形成する工程では、前記凸部の頂点が、前記対向面のうち前記縮径外面と対向する部位の中央より外周側に位置するように前記環状の凸部を形成する
   ことを特徴とする請求項１記載のスパークプラグの製造方法。
3. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状体であり、後端側から先端側に向かって外径が小さくなる縮径外面を外周面に有する絶縁体と、
   前記軸線方向に延び、前記絶縁体が挿入される貫通孔を有する筒状の主体金具と、
   先端部が前記絶縁体から突出するように当該絶縁体の先端側に保持された中心電極と、
   具備するスパークプラグであって、
   前記主体金具は、内周面に前記縮径外面と前記軸線方向において対向する対向面と、前記対向面に設けられた環状に連続する少なくとも１つの接触部とを有し、前記縮径外面と前記接触部とが直接接触し、前記接触部より内周側及び外周側の両方において、前記縮径外面と前記対向面との間に間隙が形成されている
   ことを特徴とするスパークプラグ。
4. 前記接触部より内周側の前記間隙が、前記接触部より外周側の間隙より広い
   ことを特徴とする請求項３記載のスパークプラグ。
5. 前記接触部は、環状に連続する凸部である
   ことを特徴とする請求項３又は４記載のスパークプラグ。
6. 前記接触部を複数有し、前記接触部は、前記対向面のうち径方向内側に設けられた第１接触部と、前記第１接触部よりも径方向外側に設けられた第２接触部とを少なくとも有する
   ことを特徴とする請求項３乃至５いずれか１項記載のスパークプラグ。

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