JP6670339B2 - 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、特に転造によっておねじを形成するスパークプラグの製造方法に関するものである。

スパークプラグの中心電極を絶縁保持する主体金具は、鍔部が設けられた筒部におねじが形成されている。スパークプラグは、エンジンのねじ穴に筒部のおねじが係合してエンジンに取り付けられる。鍔部はエンジンに対するねじ込み量を規制する。スパークプラグは、筒部に接合された接地電極と中心電極との間の火花ギャップに火炎核を作る。火炎核を成長させるため、スパークプラグは、着火の前段階である圧縮行程において生じる燃焼室内の気流に対し、接地電極が阻害しないように、エンジンに取り付けられるのが好ましい。

ところで、主体金具をエンジンにねじ込んでいくと、鍔部によって規制されるまで、ねじのつる巻き線に沿って筒部は軸の周りを回転しながら軸方向に進む。筒部の周方向における接地電極の位置は、おねじの軸方向の移動を鍔部が規制したところで決まる。従って、筒部の周方向における接地電極の位置は、おねじのつる巻き線と接地電極との周方向の距離、及び、鍔部からおねじのねじ山までの軸方向の距離に依存する。

特許文献１には、接地電極が接合されたワークの筒部にダイスを用いておねじを転造する技術において、ダイスの端面とワークの鍔部との間に位置決め部材を介在させた後、ダイスの回転角度を固定した状態でダイスの端面に位置決め部材を接触させ、ダイスとワークとの軸方向の相対位置を設定した後、転造を行う技術が開示されている。

特開２０１０−１２９５２０号公報

しかし、特許文献１に開示される技術では、位置決め部材と鍔部との間に切り粉等の異物をかみ込んでしまうと、異物の大きさの分だけねじ山が軸方向にずれるので、主体金具の鍔部からねじ山までの軸方向の距離のばらつきが大きくなる。

本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、主体金具の鍔部からねじ山までの軸方向の距離のばらつきを低減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本発明は、先端側から後端側へ延びる円筒状の筒部と、筒部の後端側から径方向の外側へ鍔状に張り出す鍔部と、を備える主体金具と、筒部の先端に接続される接地電極と、主体金具の内部に絶縁保持され接地電極と火花ギャップを介して対向する中心電極と、を備えるスパークプラグの製造方法である。移動工程において、筒部と鍔部とを備えるワークの周方向の基準位置とダイスの基準位置との関係を維持した状態で、ダイスのねじ部が筒部に押し当てられるまでダイスを移動させる。移動工程では、ねじ部に連絡するダイスの端面を、ワークの鍔部の先端側のワーク基準面に接触させながらダイスを移動させる。転造工程において、筒部にねじ部を押し当てたダイスによって筒部におねじを転造する。ダイスの端面は、ねじ部に隣接する第１部と、第１部に隣接する第２部と、を少なくとも備え、筒部の軸線に垂直な基準平面と第１部とのなす角θ１は、基準平面と第２部とのなす角θ２より大きく、角θ２は、基準平面とワーク基準面とのなす角θ３以下である。

請求項１記載のスパークプラグの製造方法によれば、移動工程により、ダイスの端面をワーク基準面に接触させながら、ダイスのねじ部がワークの筒部に押し当てられるまでダイスを移動させる。ダイスの端面は、ねじ部に隣接する第１部と基準平面とのなす角θ１が、第１部に隣接する第２部と基準平面とのなす角θ２より大きく、角θ２が基準平面とワーク基準面とのなす角θ３以下である。これにより、ダイスの端面やワーク基準面に異物が付着していても、移動工程において第１部とワーク基準面との干渉を防ぎながら、第２部によって異物を押し退け、ダイスの端面をワーク基準面に密着させ易くできる。よって、鍔部からねじ山までの軸方向の距離のばらつきを低減できる。

請求項２記載のスパークプラグの製造方法によれば、移動工程では、第１角にダイスの第１部を接触させた後、ワーク基準面にダイスの第２部を接触させる。ワークは、鍔部の側面とワーク基準面とが交わる第１角に丸みが付けられているので、請求項１の効果に加え、移動工程においてワークの第１角がダイスの第１部を傷つけ難くできる。

請求項３記載のスパークプラグの製造方法によれば、角θ２は角θ３と等しいので、ワーク基準面と第２部との接触面積を増やすことができる。よって、請求項１又は２の効果に加え、転造工程におけるワークの姿勢を安定にできる。

請求項４記載のスパークプラグの製造方法によれば、第１部と第２部とが交わる第２角に丸みが付けられているので、請求項１から３のいずれかの効果に加え、移動工程においてダイスの第２角がワーク基準面を傷つけ難くできる。

スパークプラグの片側断面図である。 ダイスの間に移動させたワークの側面図である。 （ａ）は移動工程の初期段階におけるワーク及びダイスの断面図であり、（ｂ）は移動工程の中期段階におけるワーク及びダイスの断面図であり、（ｃ）は移動工程の終期段階におけるワーク及びダイスの断面図である。

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を境にしたスパークプラグ１０の片側断面図である。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、絶縁体１１、中心電極１３、主体金具１５及び接地電極２２を備えている。絶縁体１１は、高温下の絶縁性や機械的特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１１は、軸線Ｏに沿って軸孔１２が貫通する。

中心電極１３は、軸孔１２に挿入され軸線Ｏに沿って絶縁体１１に保持される棒状の電極である。中心電極１３は、絶縁体１１の先端から突出するように軸孔１２に配置されている。中心電極１３は、熱伝導性に優れる芯材が電極母材に埋設されている。電極母材は、Ｎｉを主体とする合金またはＮｉからなる金属材料で形成されており、芯材は銅または銅を主成分とする合金で形成されている。

端子金具１４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、先端側が絶縁体１１内に配置される。端子金具１４は、軸孔１２内で中心電極１３と電気的に接続されている。絶縁体１１の外周の先端側に、端子金具１４と軸線Ｏ方向に間隔をあけて主体金具１５が固定されている。

主体金具１５は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成された略円筒状の部材である。主体金具１５は、円筒状に形成される筒部１６と、筒部１６の軸方向に直交する軸直角方向へ鍔状に張り出す鍔部１８と、鍔部１８を挟んで筒部１６の軸方向の反対側に連接される後端部１９とを備えている。後端部１９は、鍔部１８よりも肉厚が薄い薄肉部２０と、薄肉部２０から径方向の外側に突出する工具係合部２１と、を備えている。

筒部１６は、絶縁体１１の先端側の部分を取り囲む部位であり、外周におねじ１７が形成されている。おねじ１７は、エンジン２４のねじ穴２５に係合して主体金具１５をエンジン２４に固定する。鍔部１８は、エンジン２４に対するおねじ１７のねじ込み量を規制すると共に、おねじ１７とねじ穴２５との隙間を塞ぐための部位である。本実施の形態では、鍔部１８と筒部１６との間にガスケット２３が装着されている。鍔部１８とエンジン２４との間に挟まれたガスケット２３は、おねじ１７とねじ穴２５との隙間を封止する。

薄肉部２０は、主体金具１５を絶縁体１１に組み付けるときに、塑性変形させて加締め固定するための部位である。工具係合部２１は、エンジン２４のねじ穴２５におねじ１７をねじ込むときに、レンチ等の工具を係合させる部位である。

接地電極２２は、主体金具１５の筒部１６に接合される棒状の金属製（例えばニッケル基合金製）の部材である。接地電極２２と中心電極１３との間に火花ギャップが形成される。本実施の形態では、接地電極２２は屈曲している。

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、ワーク３０（図２参照）を加工して主体金具１５を得る。ワーク３０は、冷間鍛造や切削等により形成された筒部１６に接地電極２２（屈曲する前の直線状の棒材）が接合されている。ダイス４１（図２参照）によってワーク３０の筒部１６におねじ１７が転造された後、メッキ等が施されて主体金具１５が得られる。

これとは別に、中心電極１３を絶縁体１１の軸孔１２に挿入し、中心電極１３の先端が軸孔１２から外部に露出するように配置する。次いで、絶縁体１１の軸孔１２に端子金具１４を挿入し、端子金具１４と中心電極１３との導通を確保する。次に、主体金具１５に絶縁体１１を挿入し、主体金具１５の後端を屈曲して主体金具１５を絶縁体１１に組み付ける。接地電極２２を曲げ、ガスケット２３を装着してスパークプラグ１０を得る。

得られたスパークプラグ１０の主体金具１５をエンジン２４のねじ穴２５にねじ込んでいくと、筒部１６に配置されたガスケット２３がエンジン２４に密着するまで、ねじのつる巻き線に沿って主体金具１５は軸線Ｏを中心に回転しながら軸方向に進む。エンジン２４に取り付けられた主体金具１５の周方向における接地電極２２の位置は、おねじ１７の軸方向の移動を鍔部１８及びガスケット２３が規制したところで決まる。

エンジン２４に取り付けられたスパークプラグ１０は、端子金具１４に高電圧が印加されると、接地電極２２と中心電極１３との間で火花放電が起こり、火炎核を作る。火炎核を成長させ混合気に着火し易くするためには、着火の前段階である圧縮行程において生じる気流に対し、接地電極２２が阻害しないようにするのが好ましい。

ガスケット２３の厚さのばらつきが十分に小さければ、エンジン２４にスパークプラグ１０が取り付けられた状態における中心電極１３（軸線Ｏ）に対する接地電極２２の周方向の位置は、鍔部１８の先端側のワーク基準面３１（図２参照）に対するおねじ１７のつる巻き線の軸方向および周方向の位置に依存する。筒部１６の軸方向におけるつる巻き線の位置が変動すれば、中心電極１３に対する接地電極２２の周方向の位置が変動する。例えば、おねじ１７のピッチが１．００ｍｍの場合、おねじ１７のつる巻き線が軸方向に約２８μｍずれると、おねじ１７の締め付けトルクが一定のときに、接地電極２２の位置は軸線Ｏの回りに１０°ずれる。

そこで、エンジン２４に取り付けられたスパークプラグ１０の中心電極１３に対する接地電極２２の位置（軸線Ｏの回りの角度）の精度を高めて、混合気への着火の安定性を高めるためには、おねじ１７のつる巻き線の周方向における位置を定めた上で、その軸方向における位置精度を高める必要がある。

図２及び図３を参照して、ダイス４１を用いてワーク３０におねじ１７を転造する方法について説明する。図２はダイス４１の間に移動させたワーク３０の側面図である。本実施形態ではダイス４１は丸ダイスであり、３つのダイス４１が配置されている。図２では、全部で３つあるダイス４１のうち２つのダイス４１のワーク３０に面した部分（ダイス４１の一部）が模式的に図示されている。

図２に示すようにワーク３０は、軸線Ｏに沿って先端側から後端側へ向けて筒部１６、鍔部１８及び後端部１９が連接されている。ワーク３０の薄肉部２０及び接地電極２２は、曲げ加工前のまっすぐな状態である。筒部１６の先端に接地電極２２が接合されている。接地電極２２は、筒部１６に付されたポンチマーク等の合わせマーク（図示せず）を通る、軸線Ｏと平行な直線上に配置されている。

ワーク３０は、鍔部１８の先端側を向くワーク基準面３１と鍔部１８の側面３２とが交わる第１角３３に丸みが付けられている。本実施形態では、側面３２の一部に先細りとなるテーパが付けられている（側面３２の一部が円錐状に形成されている）が、必ずしもこれに限られるものではない。鍔部１８の側面３２の全体を円柱側面にすることは当然可能である。なお、ワーク基準面３１と筒部１６とを接続する接続部３４の外径は、筒部１６の外径よりも小さい。ガスケット２３（図１参照）はワーク基準面３１に配置される。

ワークホルダ４０はワーク３０を保持する部材であり、先端側にコレットチャックやマンドレル型ストッパ等を備えている。ワークホルダ４０は、自身の先端側から軸線Ｏに沿ってワーク３０の後端側からワーク３０の先端側へ向けて挿入される。ワークホルダ４０は、保持したワーク３０の軸線Ｏを中心とする回転、及び、ワーク３０の軸線Ｏの後端側（図２上側）への移動を許容する。ワークホルダ４０は、アクチュエータ（図示せず）により、パーツフィーダ等のワーク供給装置（図示せず）とダイス４１との間を往復する。

ワークホルダ４０は、ばね（図示せず）が配置されている。ばねは、ワークホルダ４０がワーク３０を保持した状態でワーク３０に軸線Ｏの後端側への力が加えられると、自身の弾性力によってワーク３０に軸線Ｏの先端側（図２下側）への力を加え、ワーク３０の軸線方向の位置を復元する。

ダイス４１は、ダイス４１の中心軸（図示せず）及びねじ部４２が、ワークホルダ４０に保持されたワーク３０の軸線Ｏに沿って配置されている。ダイス４１の端面４３は、ワーク３０の軸線方向の後端側を向いている。ダイス４１は、アクチュエータ（図示せず）によって、ワーク３０の軸線Ｏに垂直な方向へ往復移動し、さらにダイス４１の中心軸を中心に回転する。制御装置（図示せず）は、ダイス４１上の任意の基準点の回転角度を記憶し、アクチュエータを作動させて、ダイス４１上の任意の基準点が所定の回転角度に位置する状態（以下「ダイスの基準位置」と称す）に設定できる。

ダイス４１の端面４３は、ねじ部４２に隣接する第１部４４と、第１部４４に隣接する第２部４５と、を備えている。第１部４４及び第２部４５は円環状の面である。第１部４４と第２部４５とが交わる第２角４６には丸みが付けられている。軸線Ｏに垂直な基準平面４７と第１部４４とのなす角θ１（鋭角側）は、基準平面４７と第２部４５とのなす角θ２（鋭角側）よりも大きい。また、角θ２は、基準平面４７とワーク基準面３１とのなす角θ３（鋭角側）以下である。本実施形態ではθ２＝θ３である。

なお、軸線Ｏに垂直な方向における第１部４４の径方向の長さ（ねじ部４２から第２角４６までの距離）は、軸線Ｏに垂直な方向におけるワーク基準面３１の径方向の長さよりも短い。第２部４５の径方向の長さ（沿面距離）は、ワーク基準面３１の径方向の長さ（沿面距離）よりも短い。軸線Ｏに垂直な方向における第１部４４から第２部４５までの径方向の長さは、軸線Ｏに垂直な方向におけるワーク基準面３１の径方向の長さ以上である。転造のためにワーク３０にダイス４１が近づく移動工程において、ワーク基準面３１と第２部４５とを重ね合わせるためである。

図３（ａ）は、転造のためワーク３０にダイス４１が近づく移動工程の初期段階におけるワーク３０及びダイス４１の断面図であり、図３（ｂ）は移動工程の中期段階におけるワーク３０及びダイス４１の断面図であり、図３（ｃ）は移動工程の終期段階におけるワーク３０及びダイス４１の断面図である。図３（ｂ）及び図３（ｃ）ではノズル４８の図示が省略されている。

ワーク３０は、パーツフィーダ等のワーク供給装置（図示せず）により、接地電極２２の筒部１６に対する周方向の位置を揃えた状態（以下「ワークの周方向の基準位置」と称す）に整列される。ワークホルダ４０はワーク３０を保持し、ダイス４１に対するワーク３０の周方向の基準位置を維持して、図３（ａ）に示すように、筒部１６をダイス４１間に挿入する。

このときのワークホルダ４０は、ワーク基準面３１が、ダイス４１の第２部４５よりも軸線方向の先端側（図３（ａ）下側）に位置するようにワーク３０を保持する。即ちワーク３０の第１角３３は、ダイス４１の第２角４６よりも軸線方向の先端側に位置する。このときのダイス４１は、制御装置（図示せず）により、ダイス４１上の任意の基準点が所定の回転角度に位置する状態（ダイス４１の基準位置）に設定される。

移動工程においては、ワーク３０の周方向の基準位置とダイス４１の基準位置との関係を維持した状態で（ダイス４１を回転させないで）、ワーク３０の軸線Ｏと垂直な方向に３つのダイス４１が移動し、ダイス４１がワーク３０に近づく。各ダイス４１の端面４３へ向けてそれぞれ配置されたノズル４８は、転造油を吐出する。ノズル４８が吐出した転造油は、ダイス４１の第１部４４及び第２部４５を流れた後、ねじ部４２に流下する。

図３（ｂ）に示すようにワーク３０に近づいたダイス４１は、初めに第１部４４がワーク３０の第１角３３に当たる。第１角３３は丸みが付けられているので、第１角３３がダイス４１の第１部４４を傷つけ難くできる。

ワーク３０及びダイス４１はθ２≦θ３（図２参照）かつθ２＜θ１の関係にあるので、ワーク基準面３１に第１部４４が干渉することなく、ダイス４１は、ワーク３０の第１角３３を第１部４４が擦りながらワーク３０に近づく。ダイス４１の第１部４４に第１角３３が押されたワーク３０は、軸線Ｏの後端側（図３（ｂ）上側）へ移動する。ワークホルダ４０は、ばね（図示せず）の復元力により、ワーク３０に先端側（図３（ｂ）下側）への力を加え、ワーク３０の第１角３３をダイス４１の第１部４４に密着させる。

図３（ｃ）に示すように、ダイス４１の第２角４６がワーク３０の第１角３３を超えてワーク３０に近づくと、ダイス４１の第２部４５がワーク基準面３１の先端側（図３（ｃ）下側）へ入り込む。第１部４４と第２部４５とが交わる第２角４６に丸みが付けられているので、ダイス４１の第２角４６がワーク基準面３１を傷つけ難くできる。

ワーク３０及びダイス４１はθ２≦θ３（図２参照）の関係にあるので、切り粉等の異物が第２部４５やワーク基準面３１に付着していても、第２部４５によって異物を押し退け易くできる。第２部４５から第１部４４を流れる転造油は、第２部４５とワーク基準面３１との間の異物を濡らして異物を押し退け易くし、さらに第２部４５が押し退けた異物を洗い流し、ワーク３０への異物の再付着を防ぐ。

ダイス４１は、第２部４５がワーク基準面３１の先端側（図３（ｃ）下側）へ入り込みながら、ねじ部４２が筒部１６に接触する（かみ込む）まで移動する。ワークホルダ４０は、ばね（図示せず）の復元力により、ワーク３０に先端側（図３（ｃ）下側）への力を加えるので、第２部４５やワーク基準面３１に異物が付着していても、異物を押し退けて、第２部４５とワーク基準面３１との間に異物をかみ込み難くできる。ばねがワーク３０に加える軸線方向の力は、ばねの弾性力により調整できる。

転造工程では、ダイス４１のねじ部４２を筒部１６に押し当てた状態で、所定のおねじ１７が形成されるように予め設定された回転角度だけダイス４１を回転させる。ダイス４１は回転を停止した後、ワーク３０から遠ざかるように軸線Ｏに垂直な方向へ移動する。これにより、ワーク３０に所定のおねじ１７が形成される。

以上のように、ダイス４１の第２部４５やワーク基準面３１に異物が付着していても、ダイス４１がワーク３０に近づくときに、ダイス４１の第２部４５が異物を押し退けるので、第２部４５をワーク基準面３１に密着させ易くできる。その結果、第２部４５とワーク基準面３１との間の異物のかみ込みによる、筒部１６に押し当てられたねじ部４２の後端からワーク基準面３１までの距離のばらつきを生じ難くできる。よって、ワーク基準面３１からおねじ１７のねじ山までの軸方向の距離のばらつきを低減できる。

ダイス４１がワーク３０に近づくときにダイス４１の第２部４５が異物を押し退け、そのままダイス４１のねじ部４２をワーク３０に食い付かせるので、一連の複数の工程に要する時間が長くならないようにできる。よって、おねじ１７の加工速度を速めることができる。また、３つの丸ダイス（ダイス４１）によりおねじ１７を転造するので、２つの丸ダイスを用いておねじを転造する場合に比べて、転造時に筒部１６に生じる変形を抑制し易くできる。

なお、ワーク３０及びダイス４１はθ２＝θ３（図２参照）の関係にあるので、ワーク基準面３１と第２部４５との接触面積を増やし、転造工程におけるワーク３０の姿勢を安定にできる。その結果、おねじ１７のねじ山の形状のばらつきを生じ難くできる。

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。

実施形態では、ワークホルダ４０が、ダイス４１の回転に連れて回転するワーク３０の回転を許容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。ワークホルダ４０が保持するワーク３０を回転させる機構を設け、ダイス４１の回転と同期して、ダイス４１の回転方向と反対方向にワーク３０を回転しておねじ１７を転造することは当然可能である。

実施形態では、ダイス４１として、３つの丸ダイスを用い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。ダイス４１の数は適宜設定できる。

１０ スパークプラグ
１３ 中心電極
１５ 主体金具
１６ 筒部
１７ おねじ
１８ 鍔部
２２ 接地電極
３０ ワーク
３１ ワーク基準面
３２ 鍔部の側面
３３ 第１角
４１ ダイス
４２ ねじ部
４３ 端面
４４ 第１部
４５ 第２部
４６ 第２角
４７ 基準平面
Ｏ 軸線
θ１，θ２，θ３ 角

Claims (4)

1. 先端側から後端側へ延びる円筒状の筒部と、前記筒部の後端側から径方向の外側へ鍔状に張り出す鍔部と、を備える主体金具と、
   前記筒部の先端に接続される接地電極と、
   前記主体金具の内部に絶縁保持され前記接地電極と火花ギャップを介して対向する中心電極と、を備えるスパークプラグの製造方法であって、
   前記筒部と前記鍔部とを備えるワークの周方向の基準位置とダイスの基準位置との関係を維持した状態で、前記ダイスのねじ部が前記筒部に押し当てられるまで前記ダイスを移動させる移動工程であって、前記ねじ部に連絡する前記ダイスの端面を、前記ワークの前記鍔部の先端側のワーク基準面に接触させながら前記ダイスを移動させる移動工程と、
   前記筒部に前記ねじ部を押し当てた前記ダイスによって前記筒部におねじを転造する転造工程と、を備え、
   前記ダイスの前記端面は、前記ねじ部に隣接する第１部と、前記第１部に隣接する第２部と、を少なくとも備え、
   前記筒部の軸線に垂直な基準平面と前記第１部とのなす角θ１は、前記基準平面と前記第２部とのなす角θ２より大きく、前記角θ２は、前記基準平面と前記ワーク基準面とのなす角θ３以下であるスパークプラグの製造方法。
2. 前記ワークは、前記鍔部の側面と前記ワーク基準面とが交わる第１角に丸みが付けられており、
   前記移動工程では、前記第１角に前記ダイスの前記第１部を接触させた後、前記ワーク基準面に前記ダイスの前記第２部を接触させる請求項１記載のスパークプラグの製造方法。
3. 前記角θ２は前記角θ３と等しい請求項１又は２に記載のスパークプラグの製造方法。
4. 前記第１部と前記第２部とが交わる第２角に丸みが付けられている請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法。

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