JP6641246B2 - 点火プラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は点火プラグの製造方法に関し、特に溶接割れや溶込不良を生じ難くできる点火プラグの製造方法に関するものである。

軸孔が形成された絶縁体を保持する筒状の主体金具の一端部に、貫通孔が形成された板状の部材を配置した点火プラグが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１に開示される技術では、板状の部材の貫通孔に治具を嵌合し、該部材の表面を治具で押し付けた状態で該部材を主体金具にレーザ溶接する。

特開２００９−２３８７４６号公報

しかしながら上述した従来の技術では、板状の部材の表面および貫通孔の内面に治具が接触するので、治具の熱伝導によって溶接金属の冷却速度が過大になり、溶接割れや溶込不良が生じるおそれがある。

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、溶接割れや溶込不良を生じ難くできる点火プラグの製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

この目的を達成するために請求項１記載の点火プラグの製造方法によれば、軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、絶縁体を内側に保持する筒状の主体金具と、主体金具の一端部に配置されると共に軸線方向に貫通する貫通孔が中央に形成される板状の部材とを備える点火プラグが製造される。組付工程により絶縁体が主体金具の内側に組み付けられ、配置工程により、絶縁体を組み付けた主体金具の一端部に板状の部材が配置される。板状の部材に治具を当接して板状の部材を主体金具に押し付けた状態で、溶接工程により、板状の部材が主体金具にレーザ溶接される。

治具は、環状の端面が、貫通孔の周囲の板状の部材に当接する。溶接工程は、治具の端面を板状の部材に当接して板状の部材の貫通孔を覆った状態で溶接を行うので、スパッタが貫通孔に進入することを防止できる。また、貫通孔の内面に治具が接触しない分だけ板状の部材と治具との接触面積を小さくできる。溶接金属の熱量が移動する断面積を小さくできるので、溶接金属の冷却速度が過大になることを防止できる。その結果、溶接割れや溶込不良を生じ難くできる効果がある。
治具は、軸線方向において端面から所定の距離だけ離れた位置に環状の端面よりも外形が大きい張出部を備える。溶接工程において、張出部は板状の部材と所定の間隔をあけて対向するので、板状の部材と張出部との間にスパッタを進入させ難くできる。よって、板状の部材にスパッタを付着し難くできる効果がある。

請求項２記載の点火プラグの製造方法によれば、治具は、環状の端面を備える筒部と、軸線に沿って筒部の端面の反対側に連接される基部とを備える。端面の面積は、基部の軸線と直交する断面の面積に比べて小さいので、筒部の熱流束と基部の熱流束とに差を生じさせて、溶接金属の冷却速度を抑制できる。その結果、請求項１の効果に加え、筒部および基部によって溶接割れや溶込不良を生じ難くできる効果がある。

本発明の一実施の形態における点火プラグの断面図である。 点火プラグの一端部を拡大した断面図である。 （ａ）は治具の側面図であり、（ｂ）は治具の底面図である。 （ａ）は組付工程の模式図であり、（ｂ）は配置工程の模式図であり、（ｃ）は溶接工程の模式図である。 （ａ）は変形例における治具の側面図であり、（ｂ）は治具の底面図であり、（ｃ）は図５（ｂ）のＶｃ−Ｖｃ線における治具の断面図である。

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は軸線Ｏを含む面で切断した本発明の一実施の形態における点火プラグ１０の断面図である。図１では、紙面下側を点火プラグ１０の後端側、紙面上側を点火プラグ１０の先端側という。図１に示すように点火プラグ１０は、絶縁体２０、絶縁体２０を保持する主体金具３０、及び、主体金具３０の先端に配置された接地電極４０（板状の部材）を備えている。

絶縁体２０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る。絶縁体２０は軸線Ｏ方向に貫通する軸孔２１を備え、軸線Ｏ方向の中央に外形の最も大きい鍔部２２が形成されている。絶縁体２０は、鍔部２２より後端側に後胴部２３が形成され、鍔部２２より先端側に先胴部２４及び脚長部２５が形成されている。脚長部２５は、先胴部２４の外径よりも外径の小さい部位であり、先胴部２４と脚長部２５との間に先端側へ向かって縮径する段部２６が形成されている。

主体金具３０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、絶縁体２０の外周に取り付けられている。主体金具３０は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おり、工具係合部３１と、工具係合部３１よりも先端側に形成されるねじ部３４とを備えている。ねじ部３４は、軸線Ｏ方向の中央に径方向の内側へ張り出す環状の棚部３５が形成されている。棚部３５は先端側へ向かって縮径している。工具係合部３１は、点火プラグ１０を内燃機関に取り付けるときにレンチ等の工具を係合させる部位である。

主体金具３０は、工具係合部３１よりも後端側に加締め部３２が設けられている。工具係合部３１及び加締め部３２と後胴部２３との間にリング部材６１，６２が介在し、リング部材６１，６２の間にタルク等の粉末が充填された粉末層６３が形成される。加締め部３２が加締められると、リング部材６１，６２及び粉末層６３を介して絶縁体２０が軸線Ｏ方向に押圧される。その結果、主体金具３０の棚部３５と絶縁体２０の段部２６との間に配置されたパッキン６４（図２参照）が、棚部３５及び段部２６に密着する。

主体金具３０は、工具係合部３１とねじ部３４との間に座部３３が形成される。座部３３とねじ部３４との間に環状のガスケット６５が嵌め込まれる。ガスケット６５は、内燃機関（図示せず）のねじ穴にねじ部３４が嵌められたときに、座部３３と内燃機関とに挟まれて主体金具３０と内燃機関との隙間を封止する。

主体金具３０は、先端の開口部３６に略円形状の接地電極４０（板状の部材）が配置されている。絶縁体２０は、軸孔２１の先端側に中心電極５０が挿入され、軸孔２１の後端側に端子金具６０の先端が挿入される。端子金具６０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６０は、導電性を有する導電性シール６６によって中心電極５０と接続される。

図２は点火プラグ１０の一端部を拡大した断面図である。図２に示すように接地電極４０は、主体金具３０の先端の開口部３６に接合されることで、絶縁体２０の脚長部２５よりも軸線Ｏ方向の先端側に配置される。接地電極４０は、主体金具３０に外周が接合される金属製（例えばニッケル基合金製）の電極母材４１と、電極母材４１に接合されるチップ４２とを備えている。チップ４２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円環状の部材であり、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔４３が中心に形成されている。電極母材４１は、内周面にチップ４２が接合される円環状の板材である。

中心電極５０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５１を埋設した棒状の電極である。芯材５１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５０は、軸線Ｏに沿って軸孔２１内を先端側へ延びる軸部５２と、軸部５２の後端側に設けられた頭部５３とを備えている。頭部５３は、絶縁体２０（先胴部２４）の軸孔２１に形成された受け部２７に係止されている。

軸部５２は先端が軸孔２１内に配置され、先端にチップ５４が接合される。チップ５４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る。中心電極５０は、接地電極４０のチップ４２と距離をあけて、絶縁体２０の軸孔２１内に先端（チップ５４）が配置される。その結果、接地電極４０と中心電極５０との間に、接地電極４０の貫通孔４３と連通するキャビティ３７が形成される。

次に図３及び図４を参照して点火プラグ１０の製造方法を説明する。図３（ａ）は溶接工程で用いる治具７０の側面図であり、図３（ｂ）は治具７０の底面図である。図４（ａ）は組付工程の模式図であり、図４（ｂ）は配置工程の模式図であり、図４（ｃ）は溶接工程の模式図である。図４（ｃ）の矢印はレーザ光を示している。なお図４（ａ）から図４（ｃ）では、簡略にするため、主体金具３０のねじの図示、接地電極４０のチップ４２の図示、中心電極５０の芯材５１やチップ５４の図示が省略されている。

図４（ａ）に示すように、予め中心電極５０が組み付けられた絶縁体２０を準備し、組付工程により主体金具３０の内側に絶縁体２０を組み付ける。次いで、配置工程により主体金具３０の一端部に接地電極４０を配置する（図４（ｂ）参照）。次に、図４（ｃ）に示すように溶接工程において接地電極４０に治具７０を当接する。

図３に戻って治具７０について説明する。治具７０は、治具７０を昇降させるワークハンド等のチャック（図示せず）に掴まれる掴み部７１と、掴み部７１の軸線Ｏ方向に連接される円錐状の基部７２と、基部７２の軸線Ｏ方向に連接される円柱状の張出部７３と、張出部７３の軸線Ｏ方向の端面に連接される筒部７４とを備えている。治具７０は金属や合成樹脂等によって形成される。

筒部７４は、貫通孔４３の周囲の接地電極４０に当接する環状の端面７５が形成されている。端面７５は、貫通孔４３の内径より大きい内径に形成されている。溶接を行うときに、治具７０の端面７５を接地電極４０に当接して接地電極４０を主体金具３０に押し付け、貫通孔４３を覆うためである。

張出部７３は、軸線Ｏ方向において端面７５から所定の距離だけ離れた位置に設けられる部位であり、端面７５よりも外形が大きく設定される。本実施の形態では、張出部７３は、外形が、主体金具３０の外形と同じ大きさかそれ以上の大きさに設定されている。

環状の端面７５を有する筒部７４は、軸線Ｏ方向の長さ（張出部７３から端面７５までの距離）が０．１ｍｍ〜０．９ｍｍ程度に設定される。端面７５は、軸線Ｏと直交する径方向の長さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度に設定される。治具７０は、掴み部７１、基部７２及び張出部７３が中実状に形成されている。従って、筒部７４の軸線Ｏと直交する断面の面積（端面７５の面積）は、基部７２及び張出部７３の軸線Ｏに直交する断面の面積に比べて小さい。

ここで、筒部７４の軸線Ｏ方向の長さが０．１ｍｍより短くなると、接地電極４０から張出部７３へ熱伝達による熱の移動が無視できなくなり、溶接金属の冷却速度を抑制できなくなるおそれがある。一方、軸線Ｏ方向の長さが０．９ｍｍより長くなると、接地電極４０と張出部７３との隙間にスパッタが進入し易くなるおそれがある。

端面７５の径方向の長さが０．１ｍｍより短くなると、強度が低下し端面７５が損傷し易くなるおそれがある。一方、径方向の長さが０．５ｍｍより長くなると、端面７５の面積が大きくなるので、溶接金属の冷却速度を抑制できなくなるおそれがある。

図４（ｃ）に戻って溶接工程について説明する。図４（ｃ）に示すように、溶接工程において、治具７０の端面７５を貫通孔４３の周囲の接地電極４０に当接し、治具７０によって接地電極４０を主体金具３０に押し付けた状態で接地電極４０の全周を主体金具３０にレーザ溶接する。レーザ光は、主体金具３０の外周から接地電極４０へ向かって照射される（図４（ｃ）矢印の方向）。

溶接時に、接地電極４０は治具７０によって主体金具３０に押し付けられるので、溶接の衝撃や熱影響によって接地電極４０が主体金具３０から浮き上がらないようにできる。よって、接地電極４０が浮き上がった状態で主体金具３０に溶接されてしまうことを防止できる。

治具７０の端面７５が接地電極４０に当接して貫通孔４３を覆った状態で溶接が行われるので、貫通孔４３やキャビティ３７内にスパッタが進入することを防止できる。よって、スパッタによる中心電極５０と接地電極４０との短絡や耐電圧の低下等を防止できる。

なお、治具７０が貫通孔４３を覆った状態というのは、治具７０は軸線Ｏ方向の両端が開放されているのではなく、治具７０の軸線Ｏ方向の一方（端面７５の反対）が閉じていることを示す。治具７０は軸線Ｏ方向の一方が閉じているので、治具７０の端面７５を接地電極４０に押し付けると、貫通孔４３を治具７０で覆うことができる。

接地電極４０は治具７０の端面７５が当接しているだけなので、接地電極４０と治具７０との接触面積を小さくできる。端面７５によって溶接金属の熱量が移動する断面積を小さくできるので、溶接金属の冷却速度が過大になることを防止できる。その結果、溶接割れや溶込不良を生じ難くできる。

治具７０は、筒部７４の軸線Ｏと直交する断面の面積（端面７５の面積）が、基部７２の軸線Ｏと直交する断面の面積に比べて小さいので、筒部７４の熱流束と基部７２の熱流束とに差を生じさせることができる。その結果、溶接金属の熱移動を確保しながら冷却速度が過大になることを防止できるので、筒部７４及び基部７２の断面積の相違によって溶接割れや溶込不良を生じ難くできる。

溶接工程において、張出部７３は接地電極４０と狭い間隔をあけて対向するので、接地電極４０と張出部７３との隙間にスパッタを進入させ難くできる。よって、接地電極４０にスパッタを付着し難くできる。

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。例えば、絶縁体２０、主体金具３０及び接地電極１１０の形状や寸法などは一例であり適宜設定できる。

上記実施の形態では、主体金具３０の先端に溶接された接地電極４０（板状の部材）と中心電極５０との間で放電が生じる点火プラグ１０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。主体金具３０の先端に溶接された板状の部材（上記実施の形態では接地電極４０に該当する）とは別に、主体金具３０の内周に接地電極を配置し、その接地電極と中心電極５０との間で放電を生じる点火プラグに本実施の形態を適用することは当然可能である。

上記実施の形態では、接地電極４０及び中心電極５０がそれぞれチップ４２，５４を備え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。チップ４２，５４を省略することは当然可能である。

上記実施の形態では、治具７０が張出部７３を備え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。実施の形態で説明した接地電極４０は、貫通孔４３以外の穴が形成されていないので、張出部７３を省略することが可能である。張出部７３を省略した変形例における治具８０について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は変形例における治具８０の側面図であり、図５（ｂ）は治具８０の底面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＶｃ−Ｖｃ線における治具８０の断面図である。

治具８０は、チャック（図示せず）に掴まれる掴み部８１と、掴み部８１の軸線Ｏ方向に連接される円柱状の基部８２と、基部８２の軸線Ｏ方向の端面に連接される筒部８３とを備えている。筒部８３は、貫通孔４３（図２参照）の周囲の接地電極４０に当接する環状の端面８４が形成されている。端面８４は、貫通孔４３の内径より大きい内径に形成されている。

治具８０の端面８４が接地電極４０（図２参照）に当接して貫通孔４３を覆った状態で溶接が行われるので、貫通孔４３やキャビティ３７内にスパッタが進入することを防止できる。また、治具８０は、筒部８３の軸線Ｏと直交する断面の面積（端面８４の面積）が、基部８２の軸線Ｏと直交する断面の面積に比べて小さい。断面積の違いによって筒部８３の熱流束と基部８２の熱流束とに差を生じさせることができるので、溶接金属の冷却速度を抑制し、溶接割れや溶込不良を生じ難くできる。

上記実施の形態では、板状の部材（接地電極４０を含む）は貫通孔４３が軸線Ｏ上（板状の部材の中心）に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。貫通孔４３は軸線Ｏ上になくても、板状の部材の中央に形成されていれば、その位置を適宜設定できる。

上記実施の形態では、貫通孔４３が板状の部材（接地電極４０を含む）に１つ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く、板状の部材に貫通孔４３を複数形成することは当然可能である。

１０ 点火プラグ
２０ 絶縁体
２１ 軸孔
３０ 主体金具
４０ 接地電極（板状の部材）
４３ 貫通孔
７０，８０ 治具
７２，８２ 基部
７３ 張出部
７４，８３ 筒部
７５，８４ 端面
Ｏ 軸線

Claims (2)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する絶縁体と、前記絶縁体を内側に保持する筒状の主体金具と、前記主体金具の一端部に配置されると共に前記軸線方向に貫通する貫通孔が中央に形成される板状の部材とを備える点火プラグの製造方法であって、
   前記絶縁体を前記主体金具の内側に組み付ける組付工程と、
   前記絶縁体を組み付けた前記主体金具の一端部に前記板状の部材を配置する配置工程と、
   前記板状の部材に治具を当接して前記板状の部材を前記主体金具に押し付けた状態で前記板状の部材を前記主体金具にレーザ溶接する溶接工程とを備え、
   前記治具は、前記貫通孔の周囲の前記板状の部材に当接する環状の端面と、
   前記軸線方向において前記端面から所定の距離だけ離れた位置に前記環状の端面よりも外形が大きい張出部と、を備え、
   前記溶接工程において、前記板状の部材と前記張出部とを所定の間隔をあけて対向させ、前記治具の前記端面を前記板状の部材に当接して前記板状の部材の前記貫通孔を覆った状態で溶接を行うことを特徴とする点火プラグの製造方法。
2. 前記治具は、前記環状の端面を備える筒部と、軸線に沿って前記筒部の前記端面の反対側に連接される基部とを備え、
   前記端面の面積は、前記基部の前記軸線と直交する断面の面積に比べて小さいことを特徴とする請求項１記載の点火プラグの製造方法。

Images