JP6557187B2 - スパークプラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はスパークプラグの製造方法に関し、特に主体金具を加締めて絶縁体に固定するスパークプラグの製造方法に関するものである。

スパークプラグは、絶縁体を固定する主体金具の外周面に形成されたねじ部が、内燃機関のねじ穴に結合する。主体金具は径方向内側に棚部が突出し、棚部およびねじ部よりも後端側に、径方向外側へ突出する座部が設けられる。絶縁体は径方向外側に大径部が突出する。大径部と棚部との間にパッキンが配置される。主体金具に絶縁体を固定するには、主体金具に絶縁体を挿入し、座部の先端側の面を治具に当接した状態で、大径部と棚部との間でパッキンを主体金具の軸方向に押圧しながら、主体金具を絶縁体に加締める（特許文献１）。

特許第３５０２９３６号公報

しかしながら上述した従来の技術では、パッキンを介して棚部が主体金具の軸方向へ押されるので、軸方向にねじ部が塑性変形し、ねじ部のピッチが大きくなるおそれがある。ピッチが大きくなると、ねじ部を内燃機関のねじ穴に結合させ難くなる。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ねじ部の軸方向の塑性変形を防ぎながら主体金具を加締めて絶縁体に固定できるスパークプラグの製造方法を提供することを目的としている。

この目的を達成するために請求項１記載のスパークプラグの製造方法によれば、スパークプラグは、筒状の絶縁体の径方向外側に大径部が突出する。筒状の主体金具の径方向外側へ座部が突出し、座部よりも先端側において径方向内側に棚部が突出する。座部よりも先端側の外周面にねじ部が形成され、大径部と棚部との間にパッキンが配置される。

係合工程は、受け部と受け部に対する主体金具の軸方向の距離が拘束された係合部とを有する治具に対し、主体金具を係合する工程である。係合工程では、係合部に主体金具のねじ部を係合しつつ座部の先端側の面を受け部に当接する。係合工程では、ねじ部のうち、少なくとも棚部の後端側の面の径方向外側に位置するねじ部を係合部に係合する。加締め工程では、主体金具に絶縁体を挿入し、大径部の先端側の面と棚部の後端側の面との間でパッキンを主体金具の軸方向に押圧しつつ主体金具を絶縁体に加締める。

請求項２記載のスパークプラグの製造方法によれば、請求項１において、係合工程では、ねじ部のうち、少なくとも棚部の後端側の面の径方向外側から主体金具の先端までの間に位置するねじ部を係合部に係合する。

請求項３記載のスパークプラグの製造方法によれば、請求項１又は２において、係合工程では、ねじ部の全部を係合部に係合する。

治具の係合部に主体金具のねじ部を係合させ、ねじ部を軸方向に拘束した状態で、大径部の先端側の面と棚部の後端側の面との間でパッキンを主体金具の軸方向に押圧しつつ主体金具を絶縁体に加締めることができる。よって、ねじ部の軸方向の塑性変形を防ぎながら主体金具を加締めて絶縁体に固定できる効果がある。

本発明の一実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 第１実施の形態における製造工程のうち係合工程を説明する治具、主体金具および絶縁体の断面図である。 第２実施の形態における製造工程のうち係合工程を説明する治具、主体金具および絶縁体の断面図である。 第３実施の形態における製造工程のうち係合工程を説明する治具、主体金具および絶縁体の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるスパークプラグ１０の軸線Ｏを含む片側断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という。図１に示すようにスパークプラグ１０は、主体金具２０、絶縁体４０及びパッキン５０を備えている。

主体金具２０は、内燃機関のねじ穴（図示せず）に固定される略円筒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。主体金具２０は、後端側から先端側へ軸線Ｏに沿って加締め部２１、工具係合部２２、湾曲部２３、座部２４、胴部２６の順に連接されている。座部２４よりも先端側の胴部２６は、外周面にねじ部２９が形成されている。

加締め部２１及び湾曲部２３は、絶縁体４０を加締めるための部位である。工具係合部２２は、ねじ部２９を内燃機関のねじ穴に結合するときにレンチ等の工具を係合させる部位である。

座部２４は、胴部２６の後端側に位置し、径方向外側に環状に突出する部位である。座部２４の外径は胴部２６の外径より大きい。座部２４の先端面２５に環状のガスケット５４が配置される。ガスケット５４は、内燃機関のねじ穴にねじ部２９が嵌められたときに、先端面２５と内燃機関（エンジンヘッド）とに挟まれて主体金具２０と内燃機関との隙間を封止する。棚部２７は、胴部２６の径方向内側へ張り出す部位であり、棚部２７の後端面２８は先端側へ向かって縮径する。

接地電極３０は、主体金具２０の先端（胴部２６の端面）に接合される金属製（例えばニッケル基合金製）の電極母材３１と、電極母材３１の先端に固定されるチップ３２とを備えている。電極母材３１は、軸線Ｏと交わるように軸線Ｏへ向かって屈曲する棒状の部材である。チップ３２は、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属またはこれらを主成分とする合金によって形成される部材であり、軸線Ｏと交わる位置に配置されている。

絶縁体４０は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された略円筒状の部材であり、軸線Ｏに沿って貫通する軸孔４１が形成される。絶縁体４０は、後端側から先端側へ軸線Ｏに沿って後部４２、突出部４３、大径部４４、小径部４６の順に連接されている。

絶縁体４０は主体金具２０に挿入され、外周に主体金具２０が固定される。絶縁体４０は、後部４２の後端および小径部４６の先端が、主体金具２０からそれぞれ露出する。突出部４３は、後部４２の先端側から径方向外側に突出する部位であり、主体金具２０の湾曲部２３の径方向内側に配置される。

大径部４４及び小径部４６は、それぞれ胴部２６の径方向内側に配置される。小径部４６の外径は大径部４４の外径より小さい。大径部４４と小径部４６との境界に存在する大径部４４の先端面４５は、先端側へ向かって縮径する。

パッキン５０は、主体金具２０を構成する金属材料よりも軟質の軟鋼板等の金属材料で形成される円環状の板材である。パッキン５０は、主体金具２０の棚部２７の後端面２８と、絶縁体４０の大径部４４の先端面４５との間に配置される。絶縁体４０の後部４２の外周と主体金具２０の工具係合部２２の内周との間に、リング部材５１，５２及びリング部材５１，５２に挟まれたタルク等の充填材５３が配置される。

主体金具２０の加締め部２１が絶縁体４０に向けて径方向内側に加締められると、リング部材５１，５２及び充填材５３を介して、絶縁体４０が主体金具２０の棚部２７の後端面２８へ向けて押圧される。その結果、棚部２７の後端面２８と大径部４４の先端面４５とに挟まれてパッキン５０が塑性変形する。パッキン５０は後端面２８と先端面４５との隙間を気密に閉塞する。

中心電極６０は、有底筒状に形成された電極母材の内部に、電極母材よりも熱伝導性に優れる芯材６１を埋設した棒状の電極である。芯材６１は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。中心電極６０は、絶縁体４０の軸孔４１に係止される頭部６２と、軸線Ｏに沿って先端側へ延びる軸部６３とを備えている。

軸部６３は先端が軸孔４１から露出し、チップ６４が接合されている。チップ６４は、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム等の貴金属またはこれらを主成分とする合金によって形成される柱状の部材であり、火花ギャップを介して接地電極３０のチップ３２と対向する。

端子金具７０は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具７０の先端側は絶縁体４０の軸孔４１内に配置される。端子金具７０と中心電極６０との間に、導電性を有するガラスシール７１が配置される。ガラスシール７１により中心電極６０と端子金具７０とは電気的に接続される。

スパークプラグ１０は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、軸部６３にチップ６４が予め接合された中心電極６０を絶縁体４０の軸孔４１に挿入する。中心電極６０は、チップ６４及び軸部６３の先端が軸孔４１から外部に露出するように配置される。絶縁体４０の軸孔４１に端子金具７０を挿入し、端子金具７０と中心電極６０との電気的な接続を確保する。次に、予め電極母材３１が接合された主体金具２０を絶縁体４０の外周に組み付ける。電極母材３１にチップ３２を接合した後、チップ３２が中心電極６０と軸方向に対向するように電極母材３１を屈曲して、スパークプラグ１０を得る。

このスパークプラグ１０の製造方法のうち、電極母材３１が接合された主体金具２０を絶縁体４０に組み付ける方法について図２を参照して説明する。図２は第１実施の形態における製造方法のうち係合工程を説明する治具８０、主体金具２０及び絶縁体４０の軸線Ｏを含む断面図である。図２では、主体金具２０及び絶縁体４０の軸方向の図示の一部が省略されている（図３及び図４において同じ）。

図２に示すように治具８０は、主体金具２０を絶縁体４０に組み付けるときに使われる器具である。治具８０は、主体金具２０を構成する金属材料よりも機械的強度が大きい金属材料で穴の開いたブロック状に形成されている。治具８０は、平面状に形成される受け部８１と、受け部８１に対して垂直に設けられた下穴に溝状に形成された係合部８２と、受け部８１と係合部８２との間および係合部８２よりも先端側（図２下側）に形成される穴部８３とを備えている。

穴部８３は、主体金具２０の胴部２６が挿入される部位である。穴部８３は、係合部８２を山払いして形成されており、円筒状の内面の内径が、胴部２６の外径よりもわずかに大きい。係合部８２は、穴部８３に胴部２６が挿入された状態で、胴部２６の外周面のねじ部２９と係合する部位であり、穴部８３から径方向内側へ突出している。受け部８１は、ねじ部２９が係合部８２に係合した状態で、主体金具２０の座部２４の先端面２５が押し付けられる部位である。

治具８０は受け部８１及び係合部８２が一体に形成されているので、係合部８２は、受け部８１に対する軸線Ｏ方向の距離が拘束される。係合部８２は、受け部８１に主体金具２０の座部２４の先端面２５が押し付けられた状態で、主体金具２０の棚部２７の後端面２８の径方向外側に位置する。本実施の形態では、係合部８２は、ねじ部２９に係合するめねじである。係合部８２は、ピッチが、ねじ部２９のピッチと同じ螺旋状であり、つる巻き線に沿って軸線Ｏの回りに１周形成されている。

治具８０の使用方法を説明する。主体金具２０は、絶縁体４０の組み付けより先に、胴部２６にねじ部２９が形成される。係合工程においては、治具８０の穴部８３に主体金具２０の胴部２６を挿入しながら、軸線Ｏの回りに主体金具２０を回転してねじ部２９を係合部８２に係合する。

主体金具２０の座部２４の先端面２５を治具８０の受け部８１に当接させた後、主体金具２０の棚部２７の後端面２８の上にパッキン５０を配置する。主体金具２０の加締め部２１側から絶縁体４０を軸線Ｏに沿って挿入する。リング部材５１，５２及び充填材５３を加締め部２１及び工具係合部２２と絶縁体４０との間に挿入した後、加締め工程においては、加締め部２１の加締め形状に対応する凹部を備える押え具（図示せず）により加締め部２１を軸方向へ押圧し、加締め部２１を径方向内側へ屈曲させる。

これにより主体金具２０と絶縁体４０とが固定される。湾曲部２３は、主体金具２０に加えられた荷重により座屈し、曲げ変形する。その結果、リング部材５１，５２及び充填材５３を介して、加締め部２１により絶縁体４０の突出部４３が軸線Ｏ方向の先端側へ押し付けられる。この絶縁体４０の軸線Ｏ方向の荷重により、絶縁体４０の大径部４４の先端面４５は、パッキン５０を介して主体金具２０の棚部２７を軸線Ｏ方向に押圧する。

主体金具２０に作用する軸線Ｏ方向の荷重に抗して、治具８０の受け部８１は主体金具２０の座部２４を支持し、治具８０の係合部８２はねじ部２９を介して主体金具２０の胴部２６を支持する。絶縁体４０の大径部４４の先端面４５と主体金具２０の棚部２７の後端面２８とに挟まれたパッキン５０は塑性変形して、大径部４４の先端面４５及び棚部２７の後端面２８にパッキン５０が密着する。

係合部８２は、受け部８１に主体金具２０の座部２４の先端面２５が押し付けられた状態で、主体金具２０の棚部２７の後端面２８の径方向外側に位置する。係合部８２は、受け部８１に対する軸線Ｏ方向の距離が拘束されているので、治具８０は、絶縁体４０による軸線Ｏ方向の荷重に抗して、胴部２６のうち座部２４の先端面２５から棚部２７の後端面２８までを軸線Ｏ方向に拘束する。なお、胴部２６のうち棚部２７の後端面２８から先端側は、絶縁体４０による軸線Ｏ方向の荷重を受ける面がないので、軸線Ｏ方向の荷重が作用しない。

その結果、胴部２６の軸線Ｏ方向の塑性変形を防ぐことができ、ねじ部２９のピッチが大きくならないようにできる。ねじ部２９のピッチが大きくなると、ねじ部２９を内燃機関のねじ穴（図示せず）に結合させ難くなるところ、本実施の形態によれば、これを防止できる。従って、ねじ部２９の軸線Ｏ方向の塑性変形を防ぎながら主体金具２０を加締めて絶縁体４０に固定できる。

係合部８２が形成されていない従来の治具を用いる場合には、主体金具２０を絶縁体４０に加締めるときに、主体金具２０のねじ部２９の塑性変形を考慮して軸線Ｏ方向の荷重を設定する必要がある。これに対し本実施の形態によれば、治具９０の係合部８２に主体金具２０のねじ部２９を係合させることにより、主体金具２０を絶縁体４０に加締めるときのねじ部２９の変形を考慮しなくて済むので、軸線Ｏ方向の荷重を任意の大きさに設定できる。その結果、大径部４４の先端面４５及び棚部２７の後端面２８に押圧されるパッキン５０の変形量を任意に設定できる。

係合部８２は、主体金具２０のねじ部２９の一部に係合するように治具８０に設けられているので、治具８０の穴部８３に主体金具２０の胴部２６を挿入して係合部８２にねじ部２９を係合するときに必要な、軸線Ｏの回りに主体金具２０を回転させる長さを短くできる。短時間で主体金具２０を治具８０に取り付けられるので、係合工程における作業性を向上できる。

特に、係合部８２はつる巻き線に沿って軸線Ｏの回りに１周形成されているだけなので、主体金具２０を治具８０に取り付ける時間を短縮できる。さらに、係合部８２の周方向に亘って荷重を分散させることができる。その結果、係合工程における作業性を向上できると共に、係合部８２が軸線Ｏの回りに１周未満の長さである場合に比べて、係合部８２から反力を受けるねじ部２９に圧痕を生じ難くできる。

ここで、ねじ部２９に係合部８２を係合させて軸線Ｏ方向の荷重を受ける代わりに、軸線Ｏ方向において、胴部２６の先端の面に治具８０の一部を当接させて荷重を受けるようにすることが考えられる。その場合には、治具が、棚部２７の後端面２８と胴部２６の先端の面とを軸線Ｏ方向に圧縮する荷重を与えるので、ねじ部２９のピッチが小さくなるおそれがある。本実施の形態によればこれを防ぐことができ、ねじ部２９の軸線Ｏ方向の塑性変形を防止できる。

次に図３を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、受け部８１に主体金具２０の座部２４の先端面２５が押し付けられた状態で、主体金具２０の棚部２７の後端面２８の径方向外側に係合部８２が位置する治具８０を用いる場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、治具９０の係合部９１が、受け部８１に主体金具２０の座部２４の先端面２５が押し付けられた状態で、ねじ部２９のうち棚部２７の後端面２８の径方向外側から主体金具２０の先端までを係合する場合について説明する。

第２実施の形態において、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図３は第２実施の形態におけるスパークプラグ１０の製造方法のうち、係合工程を説明する治具９０、主体金具２０及び絶縁体４０の軸線Ｏを含む断面図である。

図３に示すように治具９０は、受け部８１と、受け部８１に対して垂直に設けられた下穴に溝状に形成された係合部９１と、受け部８１と係合部９１との間に形成される穴部９２とを備えている。穴部９２は、主体金具２０の胴部２６が挿入される部位である。穴部９２は、係合部９１を山払いして形成されており、円筒状の内面の内径が、胴部２６の外径よりもわずかに大きい。

係合部９１は、穴部９２に胴部２６が挿入された状態で、胴部２６の外周面のねじ部２９と係合するめねじある。係合部９１は、受け部８１に主体金具２０の座部２４の先端面２５が押し付けられた状態で、主体金具２０の棚部２７の後端面２８の径方向外側から主体金具２０の先端を超えて存在する。

係合部９１は、ねじ部２９のうち、主体金具２０の棚部２７の後端面２８の径方向外側から主体金具２０の先端までを係合できるので、係合部９１は胴部２６に作用する圧縮荷重を主に支える。第２実施の形態は、第１実施の形態に比べて、係合部９１が受けるねじ部２９の面積を拡大できるので、ねじ部２９が受ける係合部９１の反力を分散できる。よって、係合部９１によるねじ部２９の圧痕をさらに生じ難くできる。

次に図４を参照して第３実施の形態について説明する。第２実施の形態では、受け部８１に主体金具２０の座部２４の先端面２５が押し付けられた状態で、係合部９１が、主体金具２０の棚部２７の後端面２８の径方向外側から主体金具２０の先端を超えて存在する治具９０を用いる場合について説明した、これに対し第３実施の形態では、ねじ部２９の全部を係合部１０１が係合する治具１００を用いる場合について説明する。

第３実施の形態において、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図４は第３実施の形態におけるスパークプラグ１０の製造方法のうち、係合工程を説明する治具１００、主体金具２０及び絶縁体４０の軸線Ｏを含む断面図である。

図４に示すように治具１００は、受け部８１と、受け部８１に対して垂直に設けられた下穴に溝状に形成された係合部１０１と、受け部８１と係合部１０１との間に形成される穴部１０２（不完全ねじ）とを備えている。係合部１０１は、胴部２６の外周面のねじ部２９と係合するめねじである。係合部１０１は、受け部８１に主体金具２０の座部２４の先端面２５が押し付けられた状態で、ねじ部２９の全部を係合する。

係合部１０１はねじ部２９の全部を係合するので、第１実施の形態および第２実施の形態に比べて、係合部１０１に接触するねじ部２９の面積を拡大できる。第１実施の形態および第２実施の形態に比べて、ねじ部２９が受ける係合部１０１の反力を分散できるので、係合部１０１によるねじ部２９の圧痕をさらに生じ難くできる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

上記第１実施の形態では、係合部８２が、軸線Ｏの回りに１周形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。係合部８２の周方向の長さは、軸線Ｏ方向の荷重の大きさや係合部８２にねじ部２９を取り付けるときの作業性などを考慮して適宜設定できる。

上記第２実施の形態では、係合部９１が、ねじ部２９のうち、主体金具２０の棚部２７の後端面２８の径方向外側から主体金具２０の先端までを係合する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。ねじ部２９のうち、主体金具２０の棚部２７の後端面２８の径方向外側から座部２４までを係合するように係合部の位置を設定することは当然可能である。この場合、係合部は胴部２６に作用する引張荷重を主に支える。この場合も、第１実施の形態に比べて、係合部が受けるねじ部２９の面積を拡大できる。

上記第１実施の形態および第２実施の形態では、治具８０，９０に形成された穴部８３，９２が円筒状の内面をもつ場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。穴部８３，９２は主体金具２０の胴部２６が挿入される部位なので、穴部を、胴部２６の外径よりも大きい円錐状の内面をもつようにすることは当然可能である。

上記各実施の形態では、係合部８２，９１，１０１が軸線Ｏ方向に連続するめねじの場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。係合部は、ねじ部２９のうち、少なくとも棚部２７の後端面２８の径方向外側に位置するねじ部２９を部分的に係合できれば良いので、その部分だけを残して、軸線Ｏ方向に係合部（めねじ）を複数に分断することは当然可能である。その場合の係合部の周方向の長さは、適宜設定できる。

上記各実施の形態では、係合部８２，９１，１０１が周方向に連続するめねじの場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。軸線Ｏ方向に延びる１乃至複数本の溝によって、周方向に係合部（めねじ）を複数に分断することは当然可能である。

上記各実施の形態では、中心電極６０の先端が絶縁体４０の軸孔４１から先端側に突出するスパークプラグ１０について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。中心電極６０の先端が絶縁体４０の軸孔４１の中に収められたスパークプラグを製造する場合にも、上記各実施の形態を適用することは当然可能である。

上記各実施の形態では、絶縁体４０の先端が主体金具２０の先端よりも突出するスパークプラグ１０について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。絶縁体４０の先端が主体金具２０に収められた（主体金具２０の先端が絶縁体４０の先端よりも突出する）スパークプラグを製造する場合にも、上記各実施の形態を適用することは当然可能である。

上記各実施の形態ではスパークプラグ１０の接地電極３０及び中心電極６０がチップ３２，６４を備える場合について説明したが、チップ３２，６４は必ずしも必要ではない。チップ３２，６４を省略することは当然可能である。

１０ スパークプラグ
２０ 主体金具
２４ 座部
２５ 先端面（面）
２７ 棚部
２８ 後端面（面）
２９ ねじ部
４０ 絶縁体
４４ 大径部
４５ 先端面（面）
５０ パッキン
８０，９０，１００ 治具
８１ 受け部
８２，９１，１０１ 係合部

Claims (3)

1. 径方向外側に突出する大径部を備える筒状の絶縁体と、
   径方向外側へ突出する座部と、前記座部よりも先端側において径方向内側に突出する棚部と、前記座部よりも先端側の外周面に形成されるねじ部とを備える筒状の主体金具と、
   前記大径部と前記棚部との間に配置されるパッキンとを備えるスパークプラグの製造方法であって、
   受け部と前記受け部に対する前記主体金具の軸方向の距離が拘束された係合部とを有する治具に対し前記主体金具を係合する工程であって、前記係合部に前記ねじ部を係合しつつ前記座部の先端側の面を前記受け部に当接する係合工程と、
   前記主体金具に前記絶縁体を挿入し、前記大径部の先端側の面と前記棚部の後端側の面との間で前記パッキンを前記主体金具の軸方向に押圧しつつ前記主体金具を前記絶縁体に加締める加締め工程とを備え、
   前記係合工程では、前記ねじ部のうち、少なくとも前記棚部の後端側の面の径方向外側に位置するねじ部を前記係合部に係合することを特徴とするスパークプラグの製造方法。
2. 前記係合工程では、前記ねじ部のうち、少なくとも前記棚部の後端側の面の径方向外側から前記主体金具の先端までの間に位置するねじ部を前記係合部に係合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. 前記係合工程では、前記ねじ部の全部を前記係合部に係合することを特徴とする請求項１又は２に記載のスパークプラグの製造方法。

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