JPWO2013179640A1 - ガスケット及びその製造方法並びに点火プラグ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

点火プラグを燃焼装置に取付けた際に、燃焼室に対する主体金具先端部(接地電極)の相対位置を精度よく合わせるとともに、良好な気密性を実現する。ガスケット18は、金属製で中実環状をなし、点火プラグ1の主体金具3の外周において、雄ねじ部15及び座部16間に設けられる。ガスケット18の製造工程は、平板状の金属材料MMに打ち抜き加工を施すことで、ガスケット18となる環状部材RCを得る打ち抜き工程と、環状部材RCに焼鈍を施し、環状部材RCの硬度を金属材料MMよりも低くすることで、ガスケット18を得る焼鈍工程とを含む。

Description

本発明は、点火プラグ用主体金具の外周に取付けられるガスケット及びその製造方法、並びに、ガスケットを有してなる点火プラグ及びその製造方法に関する。
点火プラグは、例えば、内燃機関(エンジン)等の燃焼装置に組付けられ、燃焼室内の混合気への着火のために用いられる。一般的に点火プラグは、軸孔を有する絶縁体と、軸孔の先端側に挿通される中心電極と、絶縁体の外周に設けられる主体金具と、基端部が主体金具の先端部に接合され、先端部が中心電極との間で火花放電間隙を形成する接地電極とを備えている。また、主体金具には、点火プラグを燃焼装置に取付けるための雄ねじ部が形成され、点火プラグ(主体金具)と燃焼装置との間における気密性を確保すべく、前記雄ねじ部のねじ首には、中実環状のガスケットが取付けられることがある(例えば、特許文献1等参照)。尚、一般に中実環状のガスケットは、平板状の金属材料に対して打ち抜き加工を施すことにより製造されるが、良好な気密性を実現するにあたっては、ガスケットの硬度を所定値以下とすることが好ましい。そのため、焼鈍等により、硬度を所定値以下に低下させた金属材料を用意した上で、この金属材料に対して打ち抜き加工を施すことによりガスケットが製造される。
ところで、点火プラグを燃焼装置に組付けた状態において、例えば、燃料噴射装置と火花放電間隙との間に接地電極が存在するような位置関係となってしまうと、噴射された燃料が接地電極の背面に当たってしまう。そのため、接地電極の存在によって火花放電間隙への混合気の供給が阻害されてしまったり、火花放電間隙を流れる気流に乱れが生じてしまったりして、着火性が低下してしまうおそれがある。そこで、主体金具先端部のうち接地電極の固定された部位に対する、雄ねじ部のねじ山の相対的な形成位置を、燃焼装置の取付孔に形成された雌ねじ部の切り始めの位置等に対応した位置とすることで、点火プラグを燃焼装置に組付けたときに、燃焼室に対して接地電極が一定の位置に配置されるようにすることが考えられる。
特開2008−135370号公報
ところで、上述のように、金属材料に対して打ち抜き加工を施すことでガスケットを製造する場合には、打ち抜き加工に伴いガスケットの一部に加工硬化が生じてしまい、ガスケットの硬度にバラツキが生じてしまうことがある。硬度にバラツキが生じてしまうと、雄ねじ部のねじ山を主体金具先端部(接地電極)に対して所定の相対位置に形成し、かつ、点火プラグを燃焼装置に対して所定の締付トルクにて取付けた場合でも、燃焼室に対して主体金具先端部(接地電極)を一定の位置に配置することができないおそれがある。また、打ち抜き加工に際し、ガスケットのうち燃焼装置に接触する側の面(先端面)の内周側や外周側が湾曲状に変形してしまうことで、燃焼装置に対するガスケットの接触面積が減少してしまい、気密性の低下を招いてしまうおそれがある。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、点火プラグを燃焼装置に取付けた際に、燃焼室に対する主体金具先端部(接地電極)の相対位置を精度よく合わせることができるとともに、良好な気密性を実現することができるガスケット及びその製造方法、並びに、ガスケットを有してなる点火プラグ及びその製造方法を提供することにある。
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
構成1.本構成のガスケットの製造方法は、自身の先端側外周に形成された雄ねじ部と、前記雄ねじ部の後端側に形成され、径方向外側に突出する座部とを有する筒状の点火プラグ用主体金具(以下、単に「主体金具」と称す)の外周において、前記雄ねじ部及び前記座部間に設けられる金属製で中実環状のガスケットの製造方法であって、
平板状の金属材料に打ち抜き加工を施すことで、前記ガスケットとなる環状部材を得る打ち抜き工程と、
前記環状部材に焼鈍を施し、前記環状部材の硬度を前記金属材料よりも低くすることで、前記ガスケットを得る焼鈍工程と
を含むことを特徴とする。
上記構成1によれば、打ち抜き加工により得られた環状部材に焼鈍を施すことで、ガスケットが製造される。すなわち、打ち抜き加工に伴い、環状部材に硬度のバラツキが生じ得るが、打ち抜き加工後において、硬度のバラツキが生じている可能性のある環状部材に焼鈍が施される。従って、焼鈍により、環状部材における加工歪みをより確実に除去することができ、環状部材ひいてはガスケットにおける硬度の均一化を図ることができる。その結果、点火プラグを燃焼装置に取付けた際に、燃焼室に対する点火プラグ用主体金具の先端部の相対位置を精度よく合わせることができ、ひいては燃焼室に対して接地電極をより確実に一定の位置に配置することができる。
さらに、焼鈍前における比較的高硬度の金属材料を打ち抜くため、環状部材の端面の内周側や外周側の変形を防止することができ、ひいてはガスケットのうち燃焼装置に接触する側の面(先端面)の内周側や外周側を平坦状とすることができる。従って、ガスケットの先端面を広範囲に亘って平坦状とすることができ、燃焼装置に対するガスケットの接触面積を十分に確保することができる。また、焼鈍により硬度を低下させ、硬度の均一化を図ることで、燃焼装置や座部に対するガスケットの密着性を高めることができる。その結果、優れた気密性を実現することができる。
以上のように、上記構成1によれば、打ち抜き加工後に焼鈍を施すことにより、位置合わせ精度及び気密性の双方を一挙に向上させることができる。
尚、ガスケットに硬度のバラツキが生じている場合には、燃焼装置に対する点火プラグの締付けトルクが小さい(例えば、15N・m以下)ほど、気密性の面で悪影響が生じてしまいやすいが、上記構成1により、ガスケットの硬度を均一化させることで、締付けトルクが小さい場合であっても、良好な気密性を実現することができる。換言すれば、上記構成1は、ねじ径がM10以下の点火プラグのような締付けトルクが小さい点火プラグに取付けられるガスケットを製造する際に、特に有意である。
構成2.本構成のガスケットの製造方法は、上記構成1において、前記焼鈍工程においては、前記ガスケットのうち前記座部側に配置される面の任意の箇所における硬度が、ビッカース硬度で150Hv以下となるように前記環状部材に焼鈍が施されることを特徴とする。
尚、「ガスケットの硬度」は、ガスケットのうち、焼鈍工程後の加工(例えば、ガスケットを主体金具に取付けるために、ガスケットに施される押圧変形加工)に伴い硬度変化が生じた部位以外の部位にて計測される硬度をいう(以下、同様)。また、「ガスケットのうち前記座部側に配置される面の任意の箇所における硬度」としたのは、ガスケットのうち座部側に配置される面は、上述した焼鈍工程後の加工による硬度変化が生じにくく、ガスケットの硬度を計測する上で好ましいためである。
上記構成2によれば、ガスケットの硬度が150Hv以下とされているため、燃焼装置や座部に対するガスケットの密着性を一層高めることができる。その結果、気密性の更なる向上を図ることができる。
構成3.本構成のガスケットの製造方法は、上記構成1又は2において、前記焼鈍工程においては、前記ガスケットのうち前記座部側に配置される面の任意の箇所における硬度が、ビッカース硬度で30Hv以上となるように前記環状部材に焼鈍が施されることを特徴とする。
上記構成3によれば、ガスケットの硬度が30Hv以上とされている。従って、燃焼装置の使用時などにおいてガスケットが高温となった際に、ガスケットの熱変形を効果的に抑制することができ、点火プラグの緩みをより確実に防止することができる。その結果、気密性を一層向上させることができるとともに、精度よく位置合わせされた状態〔燃焼室に対する接地電極(主体金具先端部)の相対位置関係〕を長期間に亘って維持することができる。
構成4.本構成のガスケットの製造方法は、上記構成1乃至3のいずれかにおいて、前記金属材料の硬度が、ビッカース硬度で70Hv以上であることを特徴とする。
上記構成4によれば、金属材料の硬度が70Hv以上とされているため、打ち抜き加工に伴う、環状部材の変形量を少なくすることができる。従って、ガスケットの先端面をより確実に広範囲に亘って平坦状とすることができ、上述の作用効果がより確実に発揮されることとなる。換言すれば、上記構成4により、ガスケットの先端面を広範囲に亘って平坦状とすることができる程度に、打ち抜き加工に伴う環状部材の変形を抑えることができる。
構成5.本構成のガスケットの製造方法は、上記構成1乃至4のいずれかにおいて、前記ガスケットは、銅を主成分とする金属により形成されることを特徴とする。
上記構成5によれば、燃焼装置や座部に対するガスケットの密着性をより一層向上させることができ、気密性をさらに高めることができる。
また、銅は熱伝導性に優れるため、ガスケットを介して主体金具の熱を燃焼装置側へと速やかに伝導することができ、主体金具やその他の点火プラグの構成部材(例えば、主体金具の内周に配置される絶縁碍子など)の耐熱性を向上させることができる。
構成6.本構成のガスケットの製造方法は、上記構成5において、前記焼鈍工程において、前記環状部材の焼鈍温度が150℃以上650℃以下とされることを特徴とする。
上記構成6によれば、焼鈍温度が150℃以上とされるため、環状部材における加工歪みを効果的に除去することができ、硬度が均一化されたガスケットをより確実に得ることができる。
また、焼鈍温度が650℃以下とされるため、ガスケットの硬度が過度に低下してしまうことをより確実に防止でき、優れた気密性を実現可能なガスケットを安定的に製造することができる。
構成7.本構成のガスケットの製造方法は、上記構成5又は6において、前記焼鈍工程において、前記環状部材の焼鈍温度が300℃以上650℃以下とされ、焼鈍時間が30分以上90分以下とされることを特徴とする。
上記構成7によれば、環状部材における加工歪みを一層効果的に除去することができ、ガスケットの硬度をより均一化させることができる。その結果、気密性の更なる向上を図ることができる。
構成8.本構成のガスケットの製造方法は、上記構成1乃至4のいずれかにおいて、前記ガスケットは、鉄を主成分とする金属により形成されることを特徴とする。
上記構成8によれば、燃焼装置や座部に対するガスケットの密着性をより一層向上させることができ、気密性をさらに高めることができる。
また、鉄は銅に比べ、硬度が高い特性がある。そのため、上記構成1等の作用効果がより顕著であり、優れた気密性を有するガスケットを得ることができる。
構成9.本構成のガスケットは、上記構成1乃至8のいずれかに記載のガスケットの製造方法により得られたことを特徴とする。
上記構成9によれば、基本的に上記構成1等と同様の作用効果が奏されることとなる。
構成10.本構成のガスケットは、上記構成9において、前記座部側に配置される面の面積が115mm2以下であることを特徴とする。
座部側に配置される面の面積が十分に大きい場合には、燃焼装置や座部に対するガスケットの接触面積も十分に大きい。従って、打ち抜き加工に伴い、ガスケットの硬度にバラツキが生じたり、ガスケットが湾曲状に変形したりしても、ある程度の気密性を確保することができる。一方で、座部側に配置される面の面積が小さい場合には、打ち抜き加工に伴う硬度のバラツキや変形による影響が大きく、気密性の低下がより生じやすい。
この点、上記構成10によれば、ガスケットのうち座部側に配置される面の面積が115mm2以下とされているため、打ち抜き加工に伴う気密性の低下がより懸念されるが、上記構成1等を採用することで、良好な気密性を実現することができる。換言すれば、上記構成1等は、座部側に配置される面の面積が115mm2以下とされたガスケットを製造する場合に、特に有意である。
構成11.本構成のガスケットは、上記構成9又は10において、前記座部側に配置される面の面積が83mm2以下であることを特徴とする。
上記構成11のように、ガスケットのうち座部側に配置される面の面積が83mm2以下とされる場合には、打ち抜き加工に伴う気密性の低下がより一層懸念されるが、上記構成1等を採用することで、良好な気密性を実現することができる。換言すれば、上記構成1等は、座部側に配置される面の面積が83mm2以下とされたガスケットを製造する場合に、特に有意である。
構成12.本構成の点火プラグは、上記構成9乃至11のいずれかに記載のガスケットを有することを特徴とする。
上記構成12によれば、燃焼室に対して主体金具先端部(接地電極)をより確実に一定の位置に配置することができるとともに、優れた気密性を実現することができる。
構成13.本構成の点火プラグの製造方法は、上記構成1乃至8のいずれかに記載のガスケットの製造方法を含むことを特徴とする。
上記構成13によれば、基本的には上記構成1等と同様の作用効果が奏される。
点火プラグの構成を示す一部破断正面図である。 金属材料に対する打ち抜き加工を示す模式図である。 環状部材を示す斜視図である。 ずれ角度の計測方法を説明するための点火プラグ先端部の拡大底面図である。 環状部材における湾曲状部分の形成領域を説明するための環状部材の部分拡大断面図である。 鉄ガスケットと、銅ガスケットとの比較結果を示すグラフである。
以下に、一実施形態について図面を参照して説明する。図1は、点火プラグ1を示す一部破断正面図である。尚、図1では、点火プラグ1の軸線CL1方向を図面における上下方向とし、下側を点火プラグ1の先端側、上側を後端側として説明する。
点火プラグ1は、筒状をなす絶縁碍子2、これを保持する筒状の点火プラグ用主体金具(以下、単に「主体金具」と称す)3などから構成されるものである。
絶縁碍子2は、周知のようにアルミナ等を焼成して形成されており、その外形部において、後端側に形成された後端側胴部10と、当該後端側胴部10よりも先端側において径方向外向きに突出形成された大径部11と、当該大径部11よりも先端側においてこれよりも細径に形成された中胴部12と、当該中胴部12よりも先端側においてこれよりも細径に形成された脚長部13とを備えている。絶縁碍子2のうち、大径部11、中胴部12、及び、大部分の脚長部13は、主体金具3の内部に収容されている。そして、中胴部12と脚長部13との連接部には、先端側に向けて先細る段部14が形成されており、当該段部14にて絶縁碍子2が主体金具3に係止されている。
さらに、絶縁碍子2には、軸線CL1に沿って延びる軸孔4が貫通形成されている。そして、当該軸孔4の先端側には中心電極5が挿設されている。中心電極5は、熱伝導性に優れる金属〔例えば、銅や銅合金、純ニッケル(Ni)など〕からなる内層5Aと、Niを主成分とするNi合金からなる外層5Bとを備えている。また、中心電極5は、全体として棒状(円柱状)をなし、その先端部が絶縁碍子2の先端から突出している。さらに、中心電極5の先端部には、貴金属合金(例えば、イリジウム合金や白金合金など)からなる円柱状のチップ31が設けられている。
また、軸孔4の後端側には、絶縁碍子2の後端から突出した状態で端子電極6が挿入、固定されている。
さらに、軸孔4の中心電極5と端子電極6との間には、円柱状の抵抗体7が配設されている。当該抵抗体7の両端部は、導電性のガラスシール層8,9を介して、中心電極5と端子電極6とにそれぞれ電気的に接続されている。
加えて、主体金具3は、低炭素鋼等の金属により筒状に形成されており、その先端側外周には点火プラグ1を燃焼装置(例えば、内燃機関や燃料電池改質器等)の取付孔に取付けるための雄ねじ部15が形成されている。また、雄ねじ部15の後端側には径方向外側に突出する鍔状の座部16が形成され、雄ねじ部15と座部16との間に位置する円筒状のねじ首17の外周にはリング状のガスケット18が嵌め込まれている。さらに、主体金具3の後端側には、点火プラグ1を燃焼装置に取付ける際にレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部19が設けられるとともに、後端部において絶縁碍子2を保持するための加締め部20が設けられている。尚、本実施形態においては、雄ねじ部15のねじ径が比較的小さなもの(例えば、M10以下)とされている。
また、主体金具3の内周面には、絶縁碍子2を係止するためのテーパ状の段部21が設けられている。そして、絶縁碍子2は、主体金具3に対してその後端側から先端側に向かって挿入され、自身の段部14が主体金具3の段部21に係止された状態で、主体金具3の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部20を形成することによって主体金具3に固定されている。尚、前記段部14,21の間には、円環状の板パッキン22が介在されている。これにより、燃焼室内の気密性を保持し、燃焼室内に晒される絶縁碍子2の脚長部13と主体金具3の内周面との隙間に入り込む燃料ガスが外部に漏れないようになっている。
さらに、加締めによる密閉をより完全なものとするため、主体金具3の後端側においては、主体金具3と絶縁碍子2との間に環状のリング部材23,24が介在され、リング部材23,24間にはタルク(滑石)25の粉末が充填されている。すなわち、主体金具3は、板パッキン22、リング部材23,24及びタルク25を介して絶縁碍子2を保持している。
また、主体金具3の先端部26には、棒状をなす接地電極27の基端部が接合されている。接地電極27は、自身の中間部が曲げ返されて、その先端部側面が中心電極5の先端部(チップ31)と対向している。また、接地電極27は、Ni合金〔例えば、インコネル600やインコネル601(いずれも登録商標)〕により形成された外層27Aと、前記Ni合金よりも良熱導電性金属である銅合金や純銅等により形成された内層27Bとから構成されている。さらに、中心電極5(チップ31)の先端面と接地電極27の先端部との間には、火花放電間隙33が形成されており、当該火花放電間隙33にて軸線CL1にほぼ沿った方向で火花放電が行われるようになっている。
次に、本発明の特徴部分であるガスケット18の構成について説明する。
ガスケット18は、熱伝導性に優れる銅を主成分とする金属により形成されており、中実環状をなしている。また、ガスケット18のうち雄ねじ部15側の面には、ガスケット18を押圧し、変形させることにより形成された環状の溝部18Aが設けられている。溝部18Aの形成に伴い、ガスケット18の内径が雄ねじ部15のねじ径よりも小さくされ、主体金具3からのガスケット18の脱落防止が図られている。尚、ガスケット18を、銅以外の金属(例えば、鉄やNi)を主成分とする金属により形成することとしてもよい。鉄を主成分とする金属によりガスケット18を形成する場合には、熱間における点火プラグ1の耐緩み性の向上や、製造コストの低減を図ることができる。
さらに、ガスケット18のうち座部16側に配置される面(すなわち、溝部18Aを形成するための押圧加工が施されない面)の任意の箇所における硬度が、ビッカース硬度で30Hv以上150Hv以下とされている。尚、ガスケット18の硬度とあるのは、後述する焼鈍工程後の加工(本実施形態では、押圧加工)に伴い硬度変化が生じた部位以外の部位の硬度をいう。
さらに、ガスケット18のうち座部16側に配置される面の面積は、115mm2以下とされている。尚、気密性の面を考慮すると、前記面積を所定値(例えば、35mm2)以上とすることが好ましい。
次に、上記のように構成されてなる点火プラグ1の製造方法について説明する。
まず、主体金具3を予め加工しておく。すなわち、円柱状の金属素材(例えば、鉄系素材やステンレス素材)に対して冷間鍛造加工等により概形を形成するとともに、貫通孔を形成する。その後、切削加工を施すことで外形を整え、主体金具中間体を得る。
続いて、主体金具中間体の先端面に、Ni合金等からなる直棒状の接地電極27が抵抗溶接される。当該溶接に際してはいわゆる「ダレ」が生じるので、その「ダレ」を除去した後、主体金具中間体の所定部位に雄ねじ部15が転造によって形成される。これにより、接地電極27の溶接された主体金具3が得られる。
尚、雄ねじ部15の転造にあたっては、接地電極27の接合位置に対する雄ねじ部15の切り始めの位置や切り終わりの相対位置が、燃焼装置の取付孔に形成された雌ねじ部の切り始めの位置等に対応して設定される。すなわち、燃焼装置の取付孔に点火プラグ1の雄ねじ部15を螺合した際に、燃焼装置に対して接地電極27が一定の相対位置に配置されるように雄ねじ部15が転造される。
次いで、接地電極27の溶接された主体金具3に、亜鉛メッキ或いはニッケルメッキが施される。尚、耐食性の向上を図るべく、その表面に、さらにクロメート処理を施すこととしてもよい。
一方、前記主体金具3とは別に、絶縁碍子2を成形加工しておく。すなわち、例えばアルミナを主体としバインダ等を含む原料粉末を用いて、成形用素地造粒物を調製するとともに、当該成形用素地造粒物を用いてラバープレス成形を行うことで、筒状の成形体が得られる。そして、得られた成形体に対し、研削加工が施され整形されるとともに、整形されたものが焼成炉で焼成されることにより、絶縁碍子2が得られる。
また、前記主体金具3、絶縁碍子2とは別に、中心電極5を製造しておく。すなわち、中央部に放熱性向上を図るための銅合金等を配置したNi合金を鍛造加工して中心電極5を作製する。次いで、中心電極5の先端部に対して貴金属合金からなるチップ31がレーザー溶接等により接合される。
次に、上記のようにして得られた絶縁碍子2及び中心電極5と、抵抗体7と、端子電極6とが、ガラスシール層8,9によって封着固定される。ガラスシール層8,9としては、一般的にホウ珪酸ガラスと金属粉末とが混合されて調製されており、当該調製されたものが抵抗体7を挟むようにして絶縁碍子2の軸孔4内に注入された後、後方から端子電極6で押圧しつつ、焼成炉内にて加熱することにより焼き固められる。尚、このとき、絶縁碍子2の後端側胴部10表面には釉薬層が同時に焼成されることとしてもよいし、事前に釉薬層が形成されることとしてもよい。
その後、上記のようにそれぞれ作製された中心電極5及び端子電極6を備える絶縁碍子2と、接地電極27を備える主体金具3とが固定される。より詳しくは、主体金具3に絶縁碍子2を挿通した上で、比較的薄肉に形成された主体金具3の後端側の開口部を径方向内側に加締めること、つまり上記加締め部20を形成することによって絶縁碍子2と主体金具3とが固定される。
また、主体金具3等とは別に、ガスケット18を製造しておく。まず、図2に示すように、打ち抜き工程において、銅を主成分とする金属により形成された平板状の金属材料MMに対して、所定のプレス加工機PDにより打抜き加工を施す。これにより、図3に示すように、前記ガスケット18となる環状部材RCが得られる。尚、本実施形態において、金属材料MMの硬度は、ビッカース硬度で70Hv以上とされている。また、打ち抜き加工に伴い、環状部材RCの端面のうち内周側や外周側に位置する部位は、湾曲状に変形している。
次いで、焼鈍工程において、前記環状部材RCに焼鈍を施し、環状部材RCの硬度を金属材料MMの硬度よりも低くすることで、ガスケット18が得られる。尚、焼鈍工程においては、ガスケット18のうち少なくとも座部16側に配置される面の任意の箇所の硬度が、ビッカース硬度で30Hv以上150Hv以下となるように、環状部材RCに対して焼鈍が施される。本実施形態においては、ガスケット18をより確実に上述の硬度とすべく、環状部材RCの焼鈍温度が150℃以上650℃以下(より好ましくは、300℃以上650℃以下)とされ、焼鈍時間が30分以上90分以下とされる。
次いで、ガスケット18に主体金具3を挿通し、ねじ首17の外周側にガスケット18を配置する。その上で、環状の突起を有する所定の治具(図示せず)により、軸線CL1方向に沿って所定の荷重(例えば、1.1トン〜1.8トン程度)にてガスケット18のうち前記雄ねじ部15側の面を押圧する。これにより、ガスケット18に溝部18Aが形成されるとともに、ガスケット18の内径が雄ねじ部15のねじ径よりも小さくされる。その結果、ねじ首17の外周にガスケット18が取付けられる。
そして最後に、接地電極27を中心電極5側に屈曲させるとともに、中心電極5(チップ31)と接地電極27との間に形成された火花放電間隙33の大きさを調整する。これにより、上述した点火プラグ1が得られる。
以上詳述したように、本実施形態によれば、打ち抜き加工により得られた環状部材RCに焼鈍を施すことで、ガスケット18が製造される。従って、環状部材RCにおける加工歪みをより確実に除去することができ、環状部材RCひいてはガスケット18における硬度の均一化を図ることができる。その結果、点火プラグ1を燃焼装置に取付けた際に、燃焼室に対する主体金具3の先端部の相対位置を精度よく合わせることができ、ひいては燃焼室に対して接地電極27をより確実に一定の位置に配置することができる。
さらに、焼鈍前における比較的高硬度の金属材料MMを打ち抜くため、環状部材RCの端面の内周側や外周側の変形を防止することができ、ひいてはガスケット18のうち燃焼装置に接触する側の面(先端面)の内周側や外周側を平坦状とすることができる。従って、ガスケット18の先端面を広範囲に亘って平坦状とすることができ、燃焼装置に対するガスケット18の接触面積を十分に確保することができる。また、焼鈍により硬度を低下させ、硬度の均一化を図ることで、燃焼装置や座部16に対するガスケット18の密着性を高めることができる。その結果、優れた気密性を実現することができる。
以上のように、本実施形態によれば、打ち抜き加工後に焼鈍を施すことにより、位置合わせ精度及び気密性の双方を一挙に向上させることができる。尚、本実施形態において、ガスケット18は、座部16側に配置される面の面積が115mm2以下(83mm2以下)とされており、気密性の低下が生じやすいが、打ち抜き加工後に焼鈍を施すことで、このようなガスケット18においても優れた気密性を実現することができる。
また、ガスケット18の硬度が150Hv以下とされているため、燃焼装置や座部16に対するガスケット18の密着性を一層高めることができる。その結果、気密性の更なる向上を図ることができる。
一方で、ガスケット18の硬度が30Hv以上とされているため、ガスケット18の熱変形を効果的に抑制することができ、点火プラグ1の緩みをより確実に防止することができる。その結果、気密性を一層向上させることができるとともに、精度よく位置合わせされた状態〔燃焼室に対する接地電極27(主体金具3先端部)の相対位置関係〕を長期間に亘って維持することができる。
加えて、金属材料MMの硬度が70Hv以上とされているため、打ち抜き加工に伴う、環状部材RCの変形量を少なくすることができる。従って、ガスケット18の先端面をより確実に広範囲に亘って平坦状とすることができる。
さらに、ガスケット18は、銅を主成分とする金属により形成されているため、燃焼装置や座部16に対するガスケット18の密着性をより一層向上させることができ、気密性をさらに高めることができる。また、ガスケット18を介して主体金具3の熱を燃焼装置側へと速やかに伝導することができ、主体金具3や絶縁碍子2等の耐熱性を向上させることができる。
併せて、焼鈍温度が150℃以上とされているため、環状部材RCにおける加工歪みを効果的に除去することができ、硬度が均一化されたガスケット18をより確実に得ることができる。また、焼鈍温度が650℃以下とされるため、ガスケット18の硬度が過度に低下してしまうことをより確実に防止でき、優れた気密性を実現可能なガスケット18を安定的に製造することができる。
次いで、上記実施形態によって奏される作用効果を確認すべく、金属材料に打ち抜くことにより得られた環状部材に焼鈍を施すことで硬度を所定値(本試験では、80Hv)としたガスケットを有する点火プラグのサンプル1(実施例に相当する)と、焼鈍により硬度が予め所定値(80Hv)とされた金属材料を打ち抜くことにより形成されたガスケットを有する点火プラグのサンプル2(比較例に相当する)とをそれぞれ10本ずつ作製し、各サンプルについて位置合わせ精度評価試験を行った。位置合わせ精度評価試験の概要は、次の通りである。すなわち、締付けトルクを25N・mとして、サンプルを燃焼装置を模した所定の鋼鉄製の試験台に組付けた。取付後、接地電極の配置位置を特定し、図4に示すように、軸線CL1を中心として、目標の取付位置TPに対する、実際に接地電極27が配置された位置の周方向に沿ったずれ角度α(°)を測定した。各サンプルにおいて前記ずれ角度αを測定した後、サンプル1におけるずれ角度αの平均値と、サンプル2におけるずれ角度αの平均値とをそれぞれ算出した。表1に、当該試験の試験結果を示す。
Figure 2013179640
表1に示すように、打ち抜き加工後に焼鈍を施すことで硬度を所定値としたガスケットを有するサンプル1は、硬度を所定値とした金属材料に打ち抜き加工を施すことで形成されたガスケットを有するサンプル2と比べて、接地電極の位置合わせの精度に優れることが確認された。これは、打ち抜き加工時に加工硬化が生じ、ガスケットの硬度にバラツキが生じるところ、打ち抜き加工後に焼鈍を施したことで、ガスケットの硬度が均一化したためであると考えられる。
次いで、上述のサンプル1、及び、サンプル2をそれぞれ20本ずつ作製し、各サンプルについて第1気密性評価試験を行った。第1気密性試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを燃焼装置を模したアルミ製のブッシュに対して、比較的小さな締付けトルク(10N・m)にて取付けた。その後、ISO11565に規定された振動試験に基づいて、50Hz〜500Hzのスイープ(1オクターブ/min)で、加速度を30Gとして、水平及び垂直方向に30分ずつ(計1時間)サンプルに対して振動を加えた。振動を加えた後、サンプルの先端部に対して1.5MPaの空気圧を加えて、ブッシュ及び座部とガスケットとの間からの空気の漏洩量を計測した。そして、漏洩量が20cc/min未満のサンプルを合格とし、サンプル1,2において、合格となった本数をそれぞれ特定した。表2に、当該試験の試験結果を示す。尚、ガスケットの硬度は、70Hv、90Hv、110Hv、又は、130Hvとし、サンプル1は、焼鈍条件を調節することで、ガスケットの硬度を変更し、サンプル2は、金属材料の硬度を変更することで、ガスケットの硬度を変更した。また、ガスケットは、座部側に配置される面の面積を111mm2とし、銅を主成分とする金属により形成した。
Figure 2013179640
表2に示すように、サンプル1は、優れた気密性を有することが明らかとなった。これは、次の(1)及び(2)に起因すると考えられる。
(1)焼鈍により、ガスケットの硬度が均一化し、燃焼装置や座部に対するガスケットの密着性が向上したこと。
(2)焼鈍前における比較的高硬度の金属材料に打ち抜き加工を施したことで、ガスケットの先端面(環状部材の端面)の内周側や外周側の変形を防止することができ、ガスケットの先端面のより広範囲が燃焼装置に対して接触したこと。
上記両試験の試験結果より、点火プラグを燃焼装置に組付けた際における主体金具先端部(接地電極)の位置合わせ精度の向上、及び、優れた気密性の双方を実現するという観点から、打ち抜き加工後に焼鈍を施すことによりガスケットを得ることが好ましいといえる。
次に、打ち抜き加工後における焼鈍の条件(焼鈍時間及び焼鈍温度)を調節することで、ガスケットのうち座部側に配置される面の任意の箇所における硬度を種々変更したガスケットを有してなる点火プラグのサンプルを作製し、各サンプルについて第2気密性試験を行った。第2気密性試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを燃焼装置を模したアルミ製のブッシュに対して、25N・mの締付けトルクにて取付けた後、サンプルの先端部に対して1.5MPaの空気圧を加えて、ガスケットとブッシュ及び座部との間からの空気の漏洩量を計測した。そして、漏洩量が10cc/min未満のサンプルを合格とし、各硬度において、合格となった本数をそれぞれ特定した。表3に、当該試験の試験結果を示す。尚、ガスケットは、銅を主成分とする金属(銅合金)、又は、鉄を主成分とする金属(軟鉄)により形成し、各サンプルともに、ガスケットのうち座部側に配置される面の面積を同一とした。
Figure 2013179640
表3に示すように、各サンプルともに優れた気密性を有していたが、ガスケットの硬度を150Hv以下としたサンプルは、気密性に極めて優れることが確認された。これは、燃焼装置や座部に対するガスケットの密着性がより高まったためであると考えられる。
上記試験の試験結果より、気密性の更なる向上を図るべく、焼鈍工程において、ガスケットのうち座部側に配置される面の任意の箇所における硬度が、ビッカース硬度で150Hv以下となるように焼鈍を施すことが好ましいといえる。
次いで、打ち抜き加工後における焼鈍の条件(焼鈍時間及び焼鈍温度)を調節することで、ガスケットのうち座部側に配置される面の任意の箇所における硬度を種々変更したガスケットを有してなる点火プラグのサンプルを20本ずつ作製し、各サンプルについて耐緩み性評価試験を行った。耐緩み性評価試験の概要は次の通りである。すなわち、各サンプルを所定の標準トルクTs(N・m)にて所定のアルミ製ブッシュに組付けた上で、200℃の雰囲気で、ISO11565に規定された振動試験に基づいて、50Hz〜500Hzのスイープ(1オクターブ/min)で、加速度を30Gとして、サンプルに対して水平及び垂直方向に8時間ずつ(計16時間)振動を加えることを2セット行った(すなわち、計32時間に亘って、サンプルに振動を加えた)。そして、振動を加えた後、サンプルをアルミ製ブッシュから取外す際の戻しトルクTe(N・m)を測定し、前記標準トルクTsに対する前記戻しトルクTeの割合(Te/Ts)を算出した。次いで、Te/Tsが30%以上となったサンプルを合格とし、各硬度において、合格となった本数を
それぞれ特定した。表4に、当該試験の試験結果を示す。尚、各サンプルともに、ガスケットを銅を主成分とする合金により形成し、座部側に配置される面の面積を111mm2とした。
Figure 2013179640
表4に示すように、ガスケットの硬度を30Hv以上としたサンプルは、耐緩み性に優れることが明らかとなった。これは、これは、高温下におけるガスケットの熱変形が抑制されたためであると考えられる。
上記試験の結果より、点火プラグの緩みを抑制することで、気密性の確保を図りつつ、使用に伴う点火プラグの主体金具先端部(接地電極)の位置ずれを長期間に亘って抑制するためには、焼鈍工程においては、ガスケットのうち座部側に配置される面の任意の箇所における硬度が、ビッカース硬度で30Hv以上となるように焼鈍を施すことが好ましいといえる。
次に、硬度が種々異なる金属材料に対して打ち抜き加工を行い、各硬度の金属材料ごとに100個ずつの環状部材を得た。そして、図5に示すように、環状部材の断面領域をその幅方向に沿って3分割し、打ち抜き加工に伴い形成された、環状部材の内周側及び外周側に位置する湾曲状部分WPが、3分割された領域のうちの中央の領域CAに至っているか否かを確認した。ここで、前記湾曲状部分WPが中央の領域CAに至っている場合には、焼鈍を施したとしても、ガスケットの先端面を十分に平坦状とすることができず、気密性の低下を招いてしまうおそれがある。一方で、前記湾曲状部分WPが中央の領域CAに至っていない場合には、焼鈍を施すことで、ガスケットの先端面を広範囲に亘って平坦状とすることができ、良好な気密性を確保することが可能となる。この点を踏まえて、前記湾曲状部分WPが中央の領域CAに至っていないサンプルを合格とし、各金属材料において、合格となった本数をそれぞれ特定した。表5に、当該試験の試験結果を示す。尚、金属材料は、銅を主成分とする金属により形成した。
Figure 2013179640
表5に示すように、金属材料の硬度を70Hv以上とした場合には、前記湾曲状部分が前記中央の領域に至ってしまうことが極めて生じにくくなることが分かった。
上記試験の結果より、ガスケットの先端面をより確実に、かつ、より広範囲に亘って平坦状とし、良好な気密性をより確実に実現するためには、金属材料の硬度を70Hv以上とすることが好ましいといえる。
次いで、前記サンプル1〔打ち抜き加工後に焼鈍を施すことにより硬度を所定値(本試験では、90Hv)としたガスケットを有するものであり、実施例に相当する〕、及び、サンプル2〔硬度が所定値(90Hv)の金属材料に打ち抜き加工を施すことにより得られたガスケットを有するものであり、比較例に相当する〕について、ガスケットのうち座部側に配置される面の面積(端面面積)を種々変更したものを作製し、各サンプルについて上述の第1気密性試験を行った。そして、端面面積を同一としたサンプル1,2について、それぞれの合格本数を比較し、合格本数の差を算出した。尚、合格本数の差は、従前の手法では不合格となるもののうち、本発明を採用することにより合格となるものの本数ということができる。従って、合格本数の差が大きいほど、本発明を採用する効果が高いといえる。表6に、当該試験の試験結果を示す。
Figure 2013179640
表6に示すように、端面面積を115mm2以下とした場合には、端面面積を115mm2超とした場合と比較して、合格本数の差が顕著に大きなものとなり、本発明を手法することによる効果が高いことが分かった。これは、端面面積が小さいほど、硬度のバラツキによる気密性への影響が大きく、かつ、ガスケットの先端面に対する、打ち抜き加工により湾曲状となる部分の面積割合が増大するため、従来手法では、気密性の低下が生じやすいところ、本発明を採用することで、気密性の低下を招く要因(硬度のバラツキ等)がより確実に防止されたことに起因すると考えられる。
また特に、端面面積を83mm2以下とした場合には、合格本数の差がより一層大きなものとなり、本発明を手法することによる効果が極めて高いことが確認された。
上記試験の結果より、打ち抜き加工後に焼鈍を施すことによりガスケットを得る手法は、ガスケットのうち座部側に配置される面の面積が115mm2以下とされ、気密性の低下が特に生じてしまいやすい点火プラグにおいて、特に有効であるといえる。
また、打ち抜き加工後に焼鈍を施すことによりガスケットを得る手法は、ガスケットのうち座部側に配置される面の面積が83mm2以下とされ、気密性の低下が著しく生じてしまいやすい点火プラグにおいて、極めて有効であるといえる。
次に、ガスケット18の構成材料として鉄を主成分とする金属により形成したガスケットを用いて、上述の第一気密性評価試験を行った。具体的には、金属材料を打ち抜くことにより得られた環状部材に焼鈍を施すことで硬度を所定値としたガスケットを有する点火プラグのサンプル3(実施例に相当する)と、焼鈍により硬度が予め所定値とされた金属材料を打ち抜くことにより形成されたガスケットを有する点火プラグのサンプル4(比較例に相当する)とをそれぞれ20本ずつ作成し、各サンプルについて上述の第1気密性評価試験を行った。
第1気密性試験の概要は次の通りである。すなわち、サンプルを燃焼装置を模したアルミ製のブッシュに対して、比較的小さな締付けトルク(10N・m)にて取付けた。その後、ISO11565に規定された振動試験に基づいて、50Hz〜500Hzのスイープ(1オクターブ/min)で、加速度を30Gとして、水平及び垂直方向に30分ずつ(計1時間)サンプルに対して振動を加えた。振動を加えた後、サンプルの先端部に対して1.5MPaの空気圧を加えて、ブッシュ及び座部とガスケットとの間からの空気の漏洩量を計測した。そして、漏洩量が20cc/min未満のサンプルを合格とし、サンプル3,4において、合格となった本数をそれぞれ特定した。表7に、当該試験の試験結果を示す。尚、ガスケットの硬度は、70Hv、90Hv、110Hv、又は、130Hvとし、サンプル3は、焼鈍条件を調節することで、ガスケットの硬度を変更し、サンプル4は、金属材料の硬度を変更することで、ガスケットの硬度を変更した。また、ガスケットは、座部側に配置される面の面積を111mm2とし、鉄を主成分とする金属により形成した。
Figure 2013179640
表7に示すように、サンプル3は、優れた気密性を有することが明らかとなった。これは、銅を主成分とする金属により形成したガスケットと同様に、次の(1)及び(2)に起因すると考えられる。
(1)焼鈍により、ガスケットの硬度が均一化し、燃焼装置や座部に対するガスケットの密着性が向上したこと。
(2)焼鈍前における比較的高硬度の金属材料に打ち抜き加工を施したことで、ガスケットの先端面(環状部材の端面)の内周側や外周側の変形を防止することができ、ガスケットの先端面のより広範囲が燃焼装置に対して接触したこと。
ここで、ガスケット18の構成材料として、鉄を主成分とする金属により形成したガスケットと、銅を主成分とする金属により形成したガスケットとの上記第1気密性評価試験の試験結果について検討する。表8および図6に、サンプル2の合格本数に対するサンプル1の合格本数の比と、サンプル4の合格本数に対するサンプル3の合格本数の比を示す。
Figure 2013179640
表8および図6に示すように、ガスケット18の構成材料として、銅を主成分とする金属により形成したガスケット(サンプル2の合格本数に対するサンプル1の合格本数の比)に比べ、鉄を主成分とする金属により形成したガスケット(サンプル4の合格本数に対するサンプル3の合格本数の比)のほうが、高い値を示している。この結果から、鉄を主成分とする金属をガスケット18の構成材料とした場合に、本願発明はより効果的であることがわかる。
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
(a)上記実施形態では、ガスケット18の構成材料として銅や鉄などを挙げているが、ガスケット18の構成材料はこれらに限定されるものではない。従って、例えば、アルミニウムや亜鉛、又は、これらのうち少なくとも一種を含む合金等によりガスケット18を形成してもよい。
(b)上記実施形態において、ガスケット18は、火花放電間隙33において火花放電を生じさせる点火プラグ1に用いられているが、ガスケット18を利用可能な点火プラグはこれに限定されるものではない。従って、例えば、自身の先端部に、中心電極の先端面と軸孔の内周面とにより形成された円柱状のキャビティ部(空間)を備え、当該キャビティ部でプラズマを生成し、キャビティ部の開口からプラズマを噴出する点火プラグ(いわゆる、プラズマジェット点火プラグ)に対して、ガスケット18を用いることとしてもよい。
(c)上記実施形態では、チップ31と接地電極27との間に火花放電間隙33が形成されているが、接地電極27の先端部にチップを接合し、両電極5,27に設けられた両チップ間に火花放電間隙を形成してもよい。また、中心電極5にチップ31を設けることなく、中心電極5の先端部と接地電極27又は接地電極27に接合されたチップとの間に火花放電間隙を形成してもよい。
(d)上記実施形態では、主体金具3の先端部26に、接地電極27が接合される場合について具体化しているが、主体金具の一部(又は、主体金具に予め溶接してある先端金具の一部)を削り出すようにして接地電極を形成する場合についても適用可能である(例えば、特開2006−236906号公報等)。
(e)上記実施形態では、工具係合部19は断面六角形状とされているが、工具係合部19の形状に関しては、このような形状に限定されるものではない。例えば、Bi−HEX(変形12角)形状〔ISO22977:2005(E)〕等とされていてもよい。
(f)上記実施形態において、雄ねじ部15のねじ径はM10以下とされているが、雄ねじ部15のねじ径は特に限定されるものではない。
1…点火プラグ
3…主体金具(点火プラグ用主体金具)
15…雄ねじ部
16…座部
18…ガスケット
MM…金属材料
RC…環状部材



構成1.本構成のガスケットの製造方法は、自身の先端側外周に形成された雄ねじ部と、前記雄ねじ部の後端側に形成され、径方向外側に突出する座部とを有する筒状の点火プラグ用主体金具(以下、単に「主体金具」と称す)の外周において、前記雄ねじ部及び前記座部間に設けられる、前記座部側に配置される面の面積が83mm 以下であり、金属製で中実環状のガスケットの製造方法であって、
平板状の金属材料に打ち抜き加工を施すことで、前記ガスケットとなる環状部材を得る打ち抜き工程と、
前記環状部材に焼鈍を施し、前記環状部材の硬度を前記金属材料よりも低くすることで、前記ガスケットを得る焼鈍工程と
を含むことを特徴とする。
尚、ガスケットに硬度のバラツキが生じている場合には、燃焼装置に対する点火プラグの締付けトルクが小さい(例えば、15N・m以下)ほど、気密性の面で悪影響が生じてしまいやすいが、上記構成1により、ガスケットの硬度を均一化させることで、締付けトルクが小さい場合であっても、良好な気密性を実現することができる。換言すれば、上記構成1は、ねじ径がM10以下の点火プラグのような締付けトルクが小さい点火プラグに取付けられるガスケットを製造する際に、特に有意である。
また、座部側に配置される面の面積が十分に大きい場合には、燃焼装置や座部に対するガスケットの接触面積も十分に大きい。従って、打ち抜き加工に伴い、ガスケットの硬度にバラツキが生じたり、ガスケットが湾曲状に変形したりしても、ある程度の気密性を確保することができる。一方で、座部側に配置される面の面積が小さい場合には、打ち抜き加工に伴う硬度のバラツキや変形による影響が大きく、気密性の低下がより生じやすい。
この点、ガスケットのうち座部側に配置される面の面積が83mm 2 以下とされる場合には、打ち抜き加工に伴う気密性の低下がより一層懸念されるが、上記構成1等を採用することで、良好な気密性を実現することができる。換言すれば、上記構成1等は、座部側に配置される面の面積が83mm 2 以下とされたガスケットを製造する場合に、特に有意である。
構成1.本構成の点火プラグは、上記構成9記載のガスケットを有することを特徴とする。
上記構成1によれば、燃焼室に対して主体金具先端部(接地電極)をより確実に一定の位置に配置することができるとともに、優れた気密性を実現することができる。
構成1.本構成の点火プラグの製造方法は、上記構成1乃至8のいずれかに記載のガスケットの製造方法を含むことを特徴とする。
上記構成1によれば、基本的には上記構成1等と同様の作用効果が奏される。

Claims (13)

  1. 自身の先端側外周に形成された雄ねじ部と、前記雄ねじ部の後端側に形成され、径方向外側に突出する座部とを有する筒状の点火プラグ用主体金具の外周において、前記雄ねじ部及び前記座部間に設けられる金属製で中実環状のガスケットの製造方法であって、
    平板状の金属材料に打ち抜き加工を施すことで、前記ガスケットとなる環状部材を得る打ち抜き工程と、
    前記環状部材に焼鈍を施し、前記環状部材の硬度を前記金属材料よりも低くすることで、前記ガスケットを得る焼鈍工程と
    を含むことを特徴とするガスケットの製造方法。
  2. 前記焼鈍工程においては、前記ガスケットのうち前記座部側に配置される面の任意の箇所における硬度が、ビッカース硬度で150Hv以下となるように前記環状部材に焼鈍が施されることを特徴とする請求項1に記載のガスケットの製造方法。
  3. 前記焼鈍工程においては、前記ガスケットのうち前記座部側に配置される面の任意の箇所における硬度が、ビッカース硬度で30Hv以上となるように前記環状部材に焼鈍が施されることを特徴とする請求項1又は2に記載のガスケットの製造方法。
  4. 前記金属材料の硬度が、ビッカース硬度で70Hv以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項にガスケットの製造方法。
  5. 前記ガスケットは、銅を主成分とする金属により形成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のガスケットの製造方法。
  6. 前記焼鈍工程において、前記環状部材の焼鈍温度が150℃以上650℃以下とされることを特徴とする請求項5に記載のガスケットの製造方法。
  7. 前記焼鈍工程において、前記環状部材の焼鈍温度が300℃以上650℃以下とされ、焼鈍時間が30分以上90分以下とされることを特徴とする請求項5又は6に記載のガスケットの製造方法。
  8. 前記ガスケットは、鉄を主成分とする金属により形成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のガスケットの製造方法。
  9. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のガスケットの製造方法により得られたガスケット。
  10. 前記座部側に配置される面の面積が115mm 2 以下であることを特徴とする請求項9に記載のガスケット。
  11. 前記座部側に配置される面の面積が83mm 2 以下であることを特徴とする請求項9又は10に記載のガスケット。
  12. 請求項9乃至11のいずれか1項に記載のガスケットを有することを特徴とする点火プラグ。
  13. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のガスケットの製造方法を含むことを特徴とする点火プラグの製造方法。
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