JP2020202111A - 筒状金具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】筒状金具を成形する鍛造工程において工具係合部の近傍にクラックが発生する。【解決手段】工具係合部と、工具係合部よりも小径で工具係合部よりも先端側の小径部と、を有する筒状金具の製造方法は、円柱状のキャビティを有する金型のキャビティ内に素材を配置する配置工程と、キャビティ内に後端側から棒状のパンチを挿入して素材を加圧する鍛造工程と、を備える。金型は、キャビティのうちの工具係合部に対応する第１空間が形成された部分であり、第１後端向き面を軸線方向の先端側に有する第１部分と、キャビティのうちの小径部に対応する第２空間が形成された部分であり、第２後端向き面を軸線方向の先端側に有する第２部分と、を含む。鍛造工程では、第２空間に素材が充填された後に、第１空間の第１後端向き面に沿う領域に素材が充填される。【選択図】 図５

Description

本発明は、点火プラグやセンサなどに用いられる筒状金具の製造方法に関する。

点火プラグやセンサは、内燃機関等に取り付けるための筒状金具を備えている。筒状金具には、取付工具を係合させるための部位として、例えば、先端側および後端側の部分よりも外径が大きな六角柱形状を有する工具係合部が形成されている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−５９０７９号

このような筒状金具を鍛造（例えば、冷間鍛造）によって形成する際に、工具係合部は、筒状金具となる素材を径方向の外側へ張り出させることによって形成される。このような製造方法においては、工具係合部の近傍に剪断応力が作用してクラックが発生する場合があった。

本発明の主な利点は、筒状金具を成形する鍛造工程において工具係合部の近傍にクラックが発生することを抑制することである。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］軸線方向に貫通する貫通孔を有する筒状金具であって、前記筒状金具の最大外径部をなし取付工具を係合させるための工具係合部と、前記工具係合部よりも小径で前記工具係合部よりも先端側の小径部と、を有する筒状金具の製造方法であって、
前記軸線方向に延びる円柱状のキャビティを有する金型の前記キャビティ内に、前記筒状金具となる素材を配置する配置工程と、
前記キャビティ内に前記軸線方向の後端側から棒状のパンチを挿入して前記素材を前記軸線方向の後端側から加圧することによって、前記貫通孔の少なくとも一部と前記工具係合部の少なくとも一部と前記小径部の少なくとも一部とを成形する鍛造工程と、
を備え、
前記金型は、
前記キャビティのうちの前記工具係合部に対応する第１空間が形成された部分であり、前記軸線方向の後端側を向いた第１後端向き面を前記軸線方向の先端側に有する第１部分と、
前記キャビティのうちの前記小径部に対応する第２空間が形成された部分であり、前記軸線方向の後端側を向いた第２後端向き面を前記軸線方向の先端側に有する第２部分と、
を含み、
前記鍛造工程では、前記第２空間に前記素材が充填された後に、前記第１空間の前記第１後端向き面に沿う領域に前記素材が充填されることを特徴とする製造方法。

上記構成によれば、工具係合部よりも先端側の小径部に対応する第２空間に素材が充填された後に、工具係合部に対応する第１空間の第１後端向き面に沿う領域に素材が充填される。この結果、第１空間に素材が充填された後に第２空間に素材が充填される場合と比較して、第１空間に素材が充填された後に、第１後端向き面の径方向内側において素材が先端側に移動することを抑制できる。この結果、鍛造工程において第１後端向き面の近傍の素材に作用する剪断応力を低減できる。したがって、筒状金具を成形する鍛造工程において第１後端向き面の近傍の素材にクラックが発生することを抑制でき、ひいては、筒状金具の工具係合部の近傍にクラックが発生することを抑制することができる。

［適用例２］適用例１に記載の製造方法であって、
前記筒状金具は、さらに、前記小径部よりも小径で前記小径部よりも前記軸線方向の先端側の先端筒部を有し、
前記金型は、さらに、前記キャビティのうちの前記先端筒部に対応する第３空間が形成された部分であり、前記キャビティの前記軸線方向の先端側を閉塞する第３後端向き面を前記軸線方向の先端側に有する第３部分を含み、
前記鍛造工程では、前記第２空間と前記第３空間とに前記素材が充填された後に、前記第１空間の前記第１後端向き面に沿う領域に前記素材が充填されることを特徴とする製造方法。

上記構成によれば、第２空間に加えて、小径部よりも先端側の先端筒部に対応する第３空間に素材が充填された後に、工具係合部に対応する第１空間の第１後端向き面に沿う領域に素材が充填される。この結果、第１空間に素材が充填された後に、第１後端向き面の径方向内側において素材が先端側に移動することをさらに抑制できる。この結果、鍛造工程において第１後端向き面の近傍の素材に作用する剪断応力をさらに低減できる。したがって、筒状金具を成形する鍛造工程において第１後端向き面の近傍の素材にクラックが発生することをさらに抑制でき、ひいては、筒状金具の工具係合部の近傍にクラックが発生することをさらに抑制することができる。

［適用例３］適用例１または２に記載の製造方法であって、
前記鍛造工程では、前記素材が前記第２後端向き面に接触した後に、前記素材が前記第１後端向き面に接触することを特徴とする、製造方法。

上記構成によれば、素材が第１後端向き面に接触して第１後端向き面の近傍で素材に比較的大きな剪断応力が作用し始めるより前に、素材が第２後端向き面に接触する。この結果、第１後端向き面の近傍で素材に剪断応力が作用し始めた後に、第１後端向き面の径方向内側において素材が先端側に移動することを抑制できる。したがって、鍛造工程において第１後端向き面の近傍の素材に作用する剪断応力をさらに低減できる。したがって、筒状金具を成形する鍛造工程において第１後端向き面の近傍の素材にクラックが発生することをさらに抑制でき、ひいては、筒状金具の工具係合部の近傍にクラックが発生することをさらに抑制することができる。

［適用例４］適用例１〜３のいずれかに記載の製造方法であって、
前記鍛造工程では、前記第１空間の前記第１後端向き面に沿う領域に前記素材が充填された後に、前記パンチをさらに前記軸線方向の先端側に移動させることによって、前記第１空間の一部である前記パンチと前記金型との間の空間において、前記素材を前記軸線方向の後端側に塑性変形させる後方押し出し成形を行うことを特徴とする、製造方法。

第１空間の一部であるパンチと金型との間の空間において後方押し出し成形が行われると、第１後端向き面の近傍にクラックが発生している場合には、該クラックが工具係合部の外面の目立つ位置に移動し得る。上記構成によれば、第１後端向き面の近傍にクラックが発生することを抑制できるので、後方押し出し成形が行われる場合に、クラックによる外観不良が発生することを抑制できる。

［適用例５］適用例１〜４のいずれかに記載の製造方法であって、
前記筒状金具は、点火プラグの絶縁体の外周に配置される主体金具であることを特徴とする、製造方法。

上記構成によれば、点火プラグの主体金具の工具係合部の近傍にクラックが発生することを抑制することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、筒状金具の製造方法、その製造方法に従って製造された筒状金具、点火プラグの製造方法、その製造方法に従って製造された点火プラグ、等の態様で実現することができる。

本実施形態の点火プラグ１００の断面図である。 主体金具５０の製造工程を示すフローチャートである。 主体金具５０の鍛造工程の説明図である。 主体金具５０の成形に用いられる成形型２００を示す図である。 第２鍛造工程の説明図である。 比較形態の鍛造工程の説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．スパークプラグの構成：
以下、本発明の実施の態様を実施形態に基づいて説明する。図１は本実施形態の点火プラグ１００の断面図である。図１の一点破線は、点火プラグ１００の軸線ＡＸを示している。軸線ＡＸと平行な方向（図１の上下方向）を軸線方向とも呼ぶ。軸線ＡＸを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼ぶ。図１における下側を、点火プラグ１００の先端側と呼び、図１における上側を点火プラグ１００の後端側と呼ぶ。点火プラグ１００は、絶縁体１０と、中心電極２０と、接地電極３０と、端子金具４０と、主体金具５０と、を備える。

絶縁体（絶縁碍子）１０はアルミナ等を焼成して形成されている。絶縁体１０は、軸線方向に沿って延び、絶縁体１０を貫通する貫通孔１２（軸孔）を有する略円筒形状の部材である。絶縁体１０は、後端側胴部１８と、先端側胴部１７と、段部１５と、脚長部１３と、を備えている。後端側胴部１８は、絶縁体１０において最大の外形を有する後端側の部分である。先端側胴部１７は、後端側胴部１８より先端側に位置し、後端側胴部１８の外径より小さな外径を有している。脚長部１３は、先端側胴部１７より先端側に位置し、先端側胴部１７の外径よりも小さな外径を有している。脚長部１３は、点火プラグ１００が内燃機関（図示せず）に取り付けられた際には、その燃焼室に曝される。段部１５は、脚長部１３と先端側胴部１７との間に形成されている。

主体金具５０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼材）で形成され、内燃機関のエンジンヘッド（図示省略）に点火プラグ１００を固定するための円筒状の金具である。主体金具５０は、軸線ＡＸに沿って貫通する貫通孔５９が形成されている。主体金具５０は、絶縁体１０の外周に配置される。すなわち、主体金具５０の貫通孔５９内に、絶縁体１０が挿入・保持されている。絶縁体１０の先端は、主体金具５０の先端より先端側に突出している。絶縁体１０の後端は、主体金具５０の後端より後端側に突出している。

主体金具５０は、取付工具（例えば、スパークプラグレンチ）が係合する六角柱形状の工具係合部５１と、工具係合部５１よりも先端側に位置する中胴部５４と、中胴部５４よりも先端側に位置し、内燃機関に取り付けるための取付ネジ部５２と、を備えている。工具係合部５１は、主体金具５０において最大の外形を有する部分である。中胴部５４は、工具係合部５１よりも小さな外形を有し、取付ネジ部５２よりも大きな外形を有する円筒状の部分である。取付ネジ部５２は、円筒状の部分であり、その外周面には、点火プラグ１００を内燃機関に取り付けるための雄ネジ５２ｎが形成されている。取付ネジ部５２の呼び径は、例えば、Ｍ８〜Ｍ１６とされている。

中胴部５４と取付ネジ部５２との間には、先端側を向いた座面５４ｓが形成されている。座面５４ｓは、点火プラグ１００が内燃機関に取り付けられた際に、直接またはガスケットなどの他部材を介して内燃機関と接触する。これによって、点火プラグ１００が内燃機関に取り付けられた際に、点火プラグ１００と内燃機関との隙間が封止される。

主体金具５０は、さらに、工具係合部５１の後端側は、薄肉の加締部５３が形成されている。製造時において、加締部５３が絶縁体１０の外周面に固定された状態で先端側に押圧されることにより、絶縁体１０が主体金具５０内で先端側に向け押圧される。この結果、金属製の環状の板パッキン８を介して、主体金具５０の取付ネジ部５２の内周に形成された段部５６（金具側段部）によって、絶縁体１０の段部１５（絶縁碍子側段部）が押圧される。この結果、内燃機関の燃焼室内のガスが、主体金具５０と絶縁体１０との隙間から外部に漏れることが、板パッキン８によって防止される。

中心電極２０は、軸線方向に延びる棒状の中心電極本体２１と、中心電極本体２１の先端に接合された円柱状の中心電極チップ２９と、を備えている。中心電極本体２１は、絶縁体１０の貫通孔１２の内部の先端側の部分に配置されている。中心電極本体２１は、例えば、ニッケルまたはニッケルを主成分とする合金、本実施形態では、インコネル６００（「ＩＮＣＯＮＥＬ」は、登録商標））で形成されている。なお、中心電極本体２１は、内部に銅などのニッケル合金よりも熱伝導率が高い金属で形成された芯材を含んでもよい。

中心電極本体２１は、軸線方向の所定の位置に設けられた鍔部２４（フランジ部とも呼ぶ。）、鍔部２４よりも後端側の部分である頭部２３（電極頭部）と、鍔部２４よりも先端側の部分である脚部２５（電極脚部）と、を備えている。鍔部２４は、絶縁体１０の段部１６に支持されている。脚部２５の先端部分、すなわち、中心電極本体２１の先端は、絶縁体１０の先端より先端側に突出している。

中心電極チップ２９は、中心電極本体２１の先端（脚部２５の先端）に、例えば、レーザ溶接を用いて、接合されている。中心電極チップ２９は、高融点の貴金属を主成分とする材料で形成されている。中心電極チップ２９の材料には、例えば、Ｐｔ（白金）やイリジウム（Ｉｒ）、あるいは、Ｐｔ、Ｉｒを主成分とする合金が用いられる。

接地電極３０は、主体金具５０の先端に接合された接地電極本体３１と、円柱状の接地電極チップ３９と、を備えている。

接地電極本体３１は、断面が四角形の湾曲した棒状体である。接地電極本体３１の後端は、主体金具５０の先端面に接合されている。これによって、主体金具５０と接地電極本体３１とは、電気的に接続される。接地電極本体３１の先端は、自由端である。

接地電極本体３１は、耐腐食性の高い金属、例えば、ニッケル合金、本実施形態では、インコネル６０１を用いて形成されている。なお、接地電極本体３１は、内部に銅などのニッケル合金よりも熱伝導率が高い金属で形成された芯材を含んでもよい。

接地電極チップ３９の先端面は、接地電極本体３１の湾曲された先端部分の中心電極２０を向いた面に、例えば、抵抗溶接によって接合されている。接地電極チップ３９は、例えば、ＰｔやＩｒ、あるいは、Ｐｔ、Ｉｒを主成分とする合金を用いて形成されている。

接地電極チップ３９の後端面と、中心電極チップ２９の先端面とは、火花放電が発生する間隙（ギャップとも呼ぶ）を形成している。ギャップの近傍を点火プラグ１００の発火部とも呼ぶ。

端子金具４０は、軸線方向に延びる棒状の部材である。端子金具４０は、導電性の金属材料（例えば、低炭素鋼）で形成され、端子金具４０の表面には、防食のための金属層（例えば、Ｎｉ層）がめっきなどによって形成されている。端子金具４０は、軸線方向の所定位置に形成された鍔部４２（端子顎部）と、鍔部４２より後端側に位置するキャップ装着部４１と、鍔部４２より先端側の脚部４３（端子脚部）と、を備えている。端子金具４０のキャップ装着部４１は、絶縁体１０より後端側に露出している。端子金具４０の脚部４３は、絶縁体１０の貫通孔１２に挿入されている。キャップ装着部４１には、高圧ケーブル（図示外）が接続されたプラグキャップが装着され、火花放電を発生するための高電圧が印加される。

絶縁体１０の貫通孔１２内において、端子金具４０の先端（脚部４３の先端）と中心電極２０の後端（頭部２３の後端）との間には、火花発生時の電波ノイズを低減するための抵抗体７０が配置されている。抵抗体７０は、例えば、主成分であるガラス粒子と、ガラス以外のセラミック粒子と、導電性材料と、を含む組成物で形成されている。貫通孔１２内において、抵抗体７０と中心電極２０との隙間は、導電性シール６０によって埋められている。抵抗体７０と端子金具４０との隙間は、導電性シール８０によって埋められている。導電性シール６０、８０は、例えば、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系等のガラス粒子と金属粒子（Ｃｕ、Ｆｅなど）とを含む組成物で形成されている。

Ａ−２．主体金具５０の製造方法
次に、点火プラグ１００の主体金具５０の製造方法について説明する。本実施形態では、主体金具５０は、鍛造を含む工程によって製造される。図２は、主体金具５０の製造工程を示すフローチャートである。

Ｓ１０では、先ず、主体金具５０の素材５０Ａが準備される。図３は、主体金具５０の鍛造工程の説明図である。図３（Ａ）に示す素材５０Ａは、円柱状の金属材（本実施形態では低炭素鋼材）であり、例えば、棒材を切断することによって得られる。

Ｓ２０では、鍛造工程のための成形型が準備される。図４は、主体金具５０の成形に用いられる成形型２００を示す図である。本実施形態では、６回の鍛造工程、すなわち、第１〜第６鍛造工程が実施される。図４の成形型２００は、後述する第２鍛造工程で用いられる。図４には、軸線ＡＸを含む面で、成形型２００を切断した断面図が示されている。図４の成形型２００は、金型本体２３０と、パンチ２１０と、パンチホルダ２２０と、スリーブ２５０と、ピアサー２４０と、を備えている。

金型本体２３０は、軸線ＡＸに沿って延びる円筒形状を有する。金型本体２３０は、軸線ＡＸに沿って貫通する軸孔２３０ｈを有する。詳細は後述するが、軸孔２３０ｈを形成する内周面は、鍛造によって成形すべき形状を有している。ピアサー２４０は、軸線ＡＸに沿って延びる円柱形状を有する。スリーブ２５０は、軸線ＡＸに沿って貫通する軸孔２５０ｈを有する略円筒形状を有する。

金型本体２３０とピアサー２４０とスリーブ２５０とは、鍛造装置（図示省略）のボルスタ（固定台）に固定される。ボルスタに固定された状態では、図４に示すように、ピアサー２４０は、スリーブ２５０の軸孔２５０ｈに先端側（図４の下側）から挿入されている。この状態では、スリーブ２５０の後端側の部分と、スリーブ２５０の軸孔２５０ｈに挿入されたピアサー２４０の後端側の部分とは、金型本体２３０の軸孔２３０ｈに先端側から挿入されている。この結果、この状態において、金型本体２３０の軸孔２３０ｈの先端側は、ピアサー２４０とスリーブ２５０とによって閉塞されている。この状態において、金型本体２３０内部には、金型本体２３０とピアサー２４０とスリーブ２５０とによって区画されるキャビティＣＶが形成される。

パンチ２１０は、軸線ＡＸに沿って延びる円柱形状を有する。パンチホルダ２２０は、軸線ＡＸに沿って延びる貫通孔２２０ｈを有する部材である。パンチ２１０とパンチホルダ２２０とは、鍛造装置のスライダに取り付けられている。スライダは、所定の動力（例えば、油圧やモータ）を用いてボルスタに対して軸線ＡＸに沿って往復動可能に構成されている。このために、スライダに取り付けられたパンチ２１０とパンチホルダ２２０とは、ボルスタに固定された金型本体２３０、ピアサー２４０、スリーブ２５０に対して、軸線ＡＸに沿って往復動可能である。パンチ２１０は、スライダに固定され、パンチホルダ２２０は、パンチ２１０に対して軸線ＡＸに沿って往復動可能にスライダに取り付けられている。パンチ２１０とパンチホルダ２２０との間には、図示しないバネが挟まれている。このために、パンチ２１０とパンチホルダ２２０とは連動して軸線ＡＸに往復動する。

なお、図４には、第２鍛造工程用の成形型２００を代表して図示したが、第１、第３〜第６鍛造工程の成形型も準備される。これらの成形型の基本構造は、第２鍛造工程用の成形型２００と同様であるが、金型本体の内周面やパンチの先端の形状などは、当該工程で成形すべき形状に応じて異なっている。

Ｓ３０、Ｓ４０が成形型の型数分だけ繰り返されて、素材５０Ａの成形が行われる。すなわち、本実施形態では、６回の鍛造が行われる。

Ｓ３０では、金型本体のキャビティ内（例えば、図４のキャビティＣＶ）に素材が配置される。Ｓ４０では、鍛造が行われる。具体的には、鍛造装置のスライダがボルスタに対して軸線ＡＸに沿って先端側に移動する。これによって、図４の例では、矢印ＡＲ１、ＡＲ２で示すように、キャビティＣＶ内に軸線方向の後端側からパンチ２１０が挿入される。この結果、素材５０Ｂが軸線方向の後端側から加圧されて、素材５０Ｂの成形が行われる。なお、本実施形態の鍛造は、冷間鍛造である。

図３（Ｂ）の素材５０Ｂは、図３（Ａ）の素材５０Ａを第１鍛造工程によって成形して得られる。図３（Ｂ）の左側は外観図であり、右側は軸線ＡＸを含む断面図である。素材５０Ｂは、後端側の後端部５１Ｂと、先端側の先端部５２Ｂと、後端部５１Ｂと先端部５２Ｂとの間の縮外径部５３Ｂと、を備える。後端部５１Ｂは、先端部５２Ｂよりも外径が大きい。縮外径部５３Ｂは、後端側から先端側に向かって外径が縮径している。

後端部５１Ｂの後端には、後端側が開口し、先端側が閉塞した後端孔ＵＨＢが形成されている。先端部５２Ｂの先端には、先端側が開口し、後端側が閉塞した先端孔ＢＨＢが形成されている。

図３（Ｃ）の素材５０Ｃは、図３（Ｂ）の素材５０Ｂを第２鍛造工程によって成形して得られる。図３（Ｃ）の左側は外観図であり、右側は軸線ＡＸを含む断面図である。素材５０Ｃは、後端側の後端部５１Ｃと、後端部５１Ｃよりも先端側の中間部５４Ｃと、中間部５４Ｃよりも先端側の先端部５２Ｃと、中間部５４Ｃと先端部５２Ｃとの間の縮外径部５３Ｃと、後端部５１Ｃと中間部５４Ｃとの間の縮外径部５５Ｃと、を備える。後端部５１Ｃは、中間部５４Ｃよりも外径が大きく、中間部５４Ｃは、先端部５２Ｃよりも外径が大きい。縮外径部５３Ｃ、５５Ｃは、後端側から先端側に向かって外径が縮径している。

後端部５１Ｃの後端には、後端側が開口し、先端側が閉塞した後端孔ＵＨＣが形成されている。先端部５２Ｃの先端には、先端側が開口し、後端側が閉塞した先端孔ＢＨＣが形成されている。

図３（Ｄ）の素材５０Ｄは、図３（Ｃ）の素材５０Ｃを第３〜第６鍛造工程によって成形して得られる。図３（Ｄ）の左側は外観図であり、右側は軸線ＡＸを含む断面図である。素材５０Ｄは、後端側の後端部５１Ｄと、後端部５１Ｄよりも先端側の中間部５４Ｄと、中間部５４Ｄよりも先端側の先端部５２Ｄと、中間部５４Ｄと先端部５２Ｄとの間の縮外径部５３Ｄと、後端部５１Ｄと中間部５４Ｄとの間の縮外径部５５Ｄと、を備える。後端部５１Ｄは、中間部５４Ｄよりも外径が大きく、中間部５４Ｄは、先端部５２Ｄよりも外径が大きい。縮外径部５３Ｄ、５５Ｄは、後端側から先端側に向かって外径が縮径している。

素材５０Ｄの後端（後端部５１Ｄの後端）から先端部５２Ｄの軸線方向の中央近傍までには、後端側が開口し、先端側が閉塞した後端孔ＵＨＤが形成されている。先端部５２Ｄの先端には、先端側が開口し、後端側が閉塞した先端孔ＢＨＤが形成されている。

図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、６回の鍛造工程のそれぞれが行われる度に、順次に素材の軸線方向の長さが長くなるとともに、後端孔および先端孔の深さが深くなる。また、６回の鍛造工程を経て、工具係合部５１に対応する六角柱状の後端部５１Ｄ（図３（Ｄ））が成形される。

型数分の鍛造工程が繰り返された後の図２のＳ５０では、素材５０Ｄに対して所定の後処理が実行されて主体金具５０が完成される。例えば、切削加工によって、全体の形状が整えられる。例えば、後端部５１Ｄは、工具係合部５１と加締部５３とに加工される。また、先端部５２Ｄの外周面には、雄ネジ５２ｎが形成される。また、後端孔ＵＨＤと先端孔ＢＨＤとは連通されて、１つの貫通孔５９とされる。さらに、所定のめっき処理が実行されて表面にめっき（例えば、Ｃｒめっき）が形成される。

完成された主体金具５０を用いて、図１の点火プラグ１００が製造される。例えば、別の工程によって、絶縁体１０と、中心電極２０と、部材７０、６０、８０と、端子金具４０と、で構成される組立体が準備される。そして、組立体の絶縁体１０の外周に主体金具５０が組み付けられ、主体金具５０の先端面に、接地電極３０が接合される。次に、接地電極３０が屈曲されることで火花ギャップが形成されて、点火プラグ１００が完成される。

Ａ−３．第２鍛造工程
次に、上述した第２鍛造工程の詳細を説明する。図５は、第２鍛造工程の説明図である。図５（Ａ）〜図５（Ｆ）には、成形型２００におけるキャビティＣＶの近傍の断面図が示されている。ただし、図５（Ａ）〜図５（Ｆ）のいずれの図も、軸線ＡＸの右側の断面のみを示している。図５（Ａ）の状態では、パンチ２１０およびパンチホルダ２２０は、金型本体２３０から後端側に離れた位置にあるために図示されていない。

成形型２００（金型本体２３０とピアサー２４０とスリーブ２５０）は、第１部分２３１と、第１部分２３１よりも先端側の第２部分２３２と、第２部分２３２よりも先端側の第３部分２３３と、を備えている。

第１部分２３１は、キャビティＣＶのうち、素材５０Ｃ（図３（Ｃ））の後端部５１Ｃおよび縮外径部５５Ｃに対応する第１空間ＳＰ１が形成された部分である。後端部５１Ｃおよび縮外径部５５Ｃは、主体金具５０の工具係合部５１に対応する部分であるので、第１空間ＳＰ１は、工具係合部５１に対応する空間である、と言うことができる。第１部分２３１は、軸線ＡＸと平行な第１内周面２３１ｗと、第１内周面２３１ｗよりも先端側に位置する第１縮内径面２３１ｓと、を有している。第１縮内径面２３１ｓでは、後端側から先端側に向かって内径が縮径している。第１縮内径面２３１ｓは、後端側を向くように、軸線ＡＸに対して傾斜している。

第２部分２３２は、キャビティＣＶのうち、素材５０Ｃ（図３（Ｃ））の中間部５４Ｃおよび縮外径部５３Ｃに対応する第２空間ＳＰ２が形成された部分である。中間部５４Ｃおよび縮外径部５３Ｃは、主体金具５０の中胴部５４に対応する部分であるので、第２空間ＳＰ２は、中胴部５４に対応する空間である、と言うことができる。第２部分２３２は、軸線ＡＸと平行な第２内周面２３２ｗと、第２内周面２３２ｗよりも先端側に位置する第２縮内径面２３２ｓと、を有している。第２縮内径面２３２ｓでは、後端側から先端側に向かって内径が縮径している。第２縮内径面２３２ｓは、後端側を向くように、軸線ＡＸに対して傾斜している。

第３部分２３３は、キャビティＣＶのうち、素材５０Ｃ（図３（Ｃ））の先端部５２Ｃに対応する第３空間ＳＰ３が形成された部分である。先端部５２Ｃは、主体金具５０の取付ネジ部５２に対応する部分であるので、第３空間ＳＰ３は、取付ネジ部５２に対応する空間である、と言うことができる。第３部分２３３は、軸線ＡＸと平行な第３内周面２３３ｗと、第３部分２３３よりも先端側に位置する後端向き面２３３ｓと、を有している。後端向き面２３３ｓは、後端側を向いた面であり、スリーブ２５０の先端面である。

図５（Ａ）に示すように、第１空間ＳＰ１の先端側は、第２空間ＳＰ２の後端側に連通しており、第２空間ＳＰ２の先端側は、第３空間ＳＰ３の後端側に連通している。第３空間ＳＰ３の先端側は閉塞している。

図５（Ｂ）には、キャビティＣＶに素材５０Ｂが配置された状態が示されている。この状態では、パンチ２１０による素材５０Ｂへの加圧は、行われていない。この状態では、第１空間ＳＰ１（図５（Ａ））のうち、第１内周面２３１ｗに沿う領域および第１縮内径面２３１ｓに沿う領域には、素材５０Ｂは充填されていない。すなわち、第１内周面２３１ｗおよび第１縮内径面２３１ｓと、素材５０Ｂと、の間には、隙間が生じている。また、第２空間ＳＰ２（図５（Ａ））のうち、第１縮内径面２３１ｓに沿う領域には、素材５０Ｂは充填されていない。すなわち、第２縮内径面２３２ｓと、素材５０Ｂと、の間には、隙間が生じている。第３空間ＳＰ３（図５（Ａ））のうち、後端向き面２３３ｓに沿う領域には、素材５０Ｂは充填されていない。すなわち、後端向き面２３３ｓと、素材５０Ｂと、の間には、隙間が生じている。

ここで、パンチ２１０が軸線方向の先端側に押し込まれて素材５０Ｂへの加圧が行われていくと、素材５０Ｂが変形されて鍛造による成形が行われる。具体的には、第１空間ＳＰ１および第２空間ＳＰ２において、径方向の外側への張り出し成形が行われる。また、第１空間ＳＰ１および第３空間ＳＰ３において、後端孔ＵＨＢと先端孔ＢＨＢの軸線方向への拡大が行われる。

図５（Ｃ）には、図５（Ｂ）の状態よりもパンチ２１０およびパンチホルダ２２０が先端側に押し込まれた状態が示されている。この状態でも、第１空間ＳＰ１（図５（Ａ））のうち、第１縮内径面２３１ｓに沿う領域には、素材５０Ｂは充填されていない。すなわち、第１縮内径面２３１ｓと、素材５０Ｂと、の間には、隙間が生じている。この状態では、第２空間ＳＰ２（図５（Ａ））のうち、第２縮内径面２３２ｓに沿う領域には、半分ほど素材５０Ｂが充填されている。すなわち、第２縮内径面２３２ｓのうち、およそ半分は素材５０Ｂと接触している。この状態では、第３空間ＳＰ３（図５（Ａ））のうち、後端向き面２３３ｓに沿う領域には、ほぼ完全に素材５０Ｂが充填されている。すなわち、後端向き面２３３ｓの全体が素材５０Ｂと接触している。

図５（Ｄ）には、図５（Ｃ）の状態よりもパンチ２１０およびパンチホルダ２２０が先端側に押し込まれた状態が示されている。この状態でも、第１空間ＳＰ１（図５（Ａ））のうち、第１縮内径面２３１ｓに沿う領域には、素材５０Ｂは充填されていない。すなわち、第１縮内径面２３１ｓと、素材５０Ｂと、の間には、隙間が生じている。この状態では、第２空間ＳＰ２（図５（Ａ））のうち、第２縮内径面２３２ｓに沿う領域には、ほぼ完全に素材５０Ｂが充填されている。すなわち、第２縮内径面２３２ｓの全体が素材５０Ｂと接触している。また、第３空間ＳＰ３（図５（Ａ））のうち、後端向き面２３３ｓに沿う領域には、ほぼ完全に素材５０Ｂが充填されている。

図５（Ｅ）には、図５（Ｄ）の状態よりもパンチ２１０が先端側に押し込まれた状態が示されている。パンチホルダ２２０は、素材５０Ｂからの圧力を受けているために、図５（Ｄ）の状態とほぼ同じ位置にある。この状態では、第１空間ＳＰ１（図５（Ａ））のうち、第１縮内径面２３１ｓに沿う領域には、ほぼ完全に素材５０Ｂが充填されている。すなわち、第１縮内径面２３１ｓの全体が素材５０Ｂと接触している。また、第２空間ＳＰ２（図５（Ａ））のうち、第２縮内径面２３２ｓに沿う領域には、ほぼ完全に素材５０Ｂが充填されている。また、第３空間ＳＰ３（図５（Ａ））のうち、後端向き面２３３ｓに沿う領域には、ほぼ完全に素材５０Ｂが充填されている。

図５（Ｆ）には、図５（Ｅ）の状態よりもパンチ２１０が先端側に押し込まれた状態が示されている。この状態では、パンチ２１０と金型本体２３０との間の空間において、素材５０Ｂが後端側に押し出されている。このために、パンチホルダ２２０は、素材５０Ｂからの圧力を受けて、図５（Ｅ）の状態よりも後端側に位置している。このように、第１空間ＳＰ１の一部であるパンチ２１０と金型本体２３０との間の空間において、素材５０Ｂをパンチ２１０の移動方向とは反対側（すなわち、軸線ＡＸの後端側）に塑性変形させる成形を後方押し出し成形と呼ぶ。図５（Ｅ）の状態から図５（Ｆ）の状態との間には、後方押し出し成形が行われている。

以上説明した本実施形態によれば、主体金具５０の製造方法は、金型本体２３０のキャビティＣＶ内に、素材５０Ｂを配置する配置工程（図２のＳ３０）と、キャビティ内に前軸線方向の後端側からパンチ２１０を挿入して素材５０Ａを軸線方向の後端側から加圧することによって、貫通孔５９の少なくとも一部と工具係合部５１の少なくとも一部と中胴部５４の少なくとも一部とを成形する鍛造工程（図２のＳ４０）と、を備える。第２鍛造工程（図５）では、第２空間ＳＰ２に素材５０Ｂが充填された後に、第１空間ＳＰ１の第１縮内径面２３１ｓに沿う領域に素材５０Ｂが充填される（図５（Ｃ）〜図５（Ｅ））。この結果、第１空間に素材が充填された後に第２空間に素材が充填される場合（後述の比較形態）と比較して、第１空間ＳＰ１に素材が充填された後に、第１縮内径面２３１ｓの径方向内側（例えば、図５（Ｅ）の位置Ｐ１）において素材５０Ｂが先端側に移動することを抑制できる。この結果、第２鍛造工程において第１縮内径面２３１ｓの近傍の素材に作用する剪断応力を低減できる。したがって、第２鍛造工程において第１縮内径面２３１ｓの近傍の素材にクラックが発生することを抑制でき、ひいては、主体金具５０の工具係合部５１の近傍にクラックが発生することを抑制することができる。

理解の容易のために、比較形態の鍛造工程について説明する。図６は、比較形態の鍛造工程の説明図である。比較形態の鍛造工程では、図４の成形型２００の金型本体２３０とスリーブ２５０とに代えて、金型本体３３０とスリーブ３５０が用いられる。

図６（Ａ）〜図６（Ｆ）には、比較形態の成形型におけるキャビティＣＶｂの近傍の断面図が示されている。ただし、図６（Ａ）〜図６（Ｆ）のいずれの図も、軸線ＡＸの右側の断面のみを示している。図６（Ａ）に示すように、比較形態の金型本体３３０は、実施形態の金型本体２３０と同様に、第１部分３３１と、第２部分３３２と、第３部分３３３と、を備えている。比較形態の第１部分３３１および第２部分３３２と、ピアサー２４０と、の距離は、実施形態の第１部分２３１および第２部分２３２と、ピアサー２４０と、の距離よりも短い。このために、比較形態の第１縮内径面３３１ｓ、第２縮内径面３３２ｓは、実施形態の第１縮内径面２３１ｓ、第２縮内径面２３２ｓよりもピアサー２４０に近い。また、比較形態の後端向き面３３３ｓとピアサー２４０の後端との距離は、実施形態の後端向き面２３３ｓとピアサー２４０の後端との距離よりも長い。

換言すれば、比較形態の成形型は、実施形態の成形型２００において、ピアサー２４０の後端を後端側に移動させたものに等しい。実施形態のキャビティＣＶと、比較形態のキャビティＣＶｂと、のいずれにおいても、内部に配置された素材５０Ｂは、ピアサー２４０の後端によって先端側から支持される。したがって、比較形態のキャビティＣＶｂ内に配置された素材５０Ｂの位置は、実施形態のキャビティＣＶ内に配置された素材５０Ｂの位置よりも後端側である。このために、図６（Ｂ）に示すように、キャビティＣＶｂ内に素材５０Ｂが配置された状態で、第２空間ＳＰ２ｂにおける第２縮内径面３３２ｓに沿う隙間と、第３空間ＳＰ３ｂにおける後端向き面３３３ｓに沿う隙間は、実施形態（図５（Ｂ））よりも大きくなっている。

図６（Ｃ）〜図６（Ｆ）には、図６（Ｂ）の状態から段階的にパンチ２１０が軸線方向の先端側に押し込まれていく様子が図示されている。例えば、図６（Ｄ）の状態では、第２空間ＳＰ２ｂにおいて第２縮内径面３３２ｓに沿う領域に、素材５０Ｂが充填されていないにも拘わらずに、第１空間ＳＰ１ｂにおいて第１縮内径面３３１ｓに沿う領域には、既に素材５０Ｂが充填されている。このように、第２空間ＳＰ２ｂにおける第２縮内径面３３２ｓに沿う隙間が大きいために、第１空間ＳＰ１ｂにおける第１縮内径面３３１ｓに沿う領域に素材５０Ｂが先んじて充填される。この場合には、第１空間ＳＰ１ｂに素材５０Ｂが充填された後に第２空間ＳＰ２ｂに素材５０Ｂが充填されるため、第１空間ＳＰ１ｂの充填後に第１縮内径面３３１ｓの近傍の位置Ｐ１ｂにおいて素材５０Ｂが先端側に向かって移動する移動量が大きくなる。したがって、位置Ｐ１ｂにおける剪断応力が実施形態と比較して大きくなる。この結果、位置Ｐ１ｂにクラックが発生しやすくなる。位置Ｐ１ｂにクラックが発生した後に、図６（Ｆ）に示すように後方押し出し成形が行われると、位置Ｐ１ｂに発生したクラックは、位置Ｐ２ｂに移動する。位置Ｐ２ｂは、完成後の主体金具５０の工具係合部５１の外周面に相当する位置であるので、位置Ｐ２ｂのクラックは目立ちやすく、外観不良の原因となる。

本実施形態によれば、第１空間ＳＰ１に素材５０Ｂが充填された後に、第１縮内径面２３１ｓの径方向内側において素材５０Ｂが先端側に移動することを抑制できる。これにより、図５（Ｂ）の位置Ｐ１における剪断応力を抑制できるので、位置Ｐ１にクラックが発生することを抑制できる。この結果、例えば、クラックによる外観不良を抑制することができる。

さらに、本実施形態の第２鍛造工程では、第２空間ＳＰ２に加えて第３空間ＳＰ３に素材５０Ｂが充填された後に、第１空間ＳＰ１の第１縮内径面２３１ｓに沿う領域に素材５０Ｂが充填される（図５（Ｂ）〜図５（Ｅ））。この結果、第１空間ＳＰ１に素材５０Ｂが充填された後に、第１縮内径面２３１ｓの径方向内側（例えば、位置Ｐ１）において素材５０Ｂが先端側に移動することをさらに抑制できる。この結果、第２鍛造工程において第１縮内径面２３１ｓの近傍に作用する剪断応力をさらに低減できる。したがって、第２鍛造工程において第１縮内径面２３１ｓの近傍の素材５０Ｂにクラックが発生することをさらに抑制できる。ひいては、主体金具５０の工具係合部５１の近傍にクラックが発生することをさらに抑制することができる。

例えば、図６の比較形態では、図６（Ｄ）に示すように、第３空間ＳＰ３の後端向き面３３３ｓに沿う領域に素材５０Ｂが充填されていないにも拘わらずに、第１縮内径面３３１ｓに沿う領域に素材５０Ｂが充填されている。このように、第３空間ＳＰ３ｂにおける後端向き面３３３ｓに沿う隙間が大きいので、第１空間ＳＰ１ｂにおける第１縮内径面３３１ｓに沿う領域に素材５０が先んじて充填される。この場合には、第１空間ＳＰ１ｂに素材５０Ｂが充填された後に第３空間ＳＰ３ｂに素材５０Ｂが充填されるため、第１空間ＳＰ１ｂの充填後に第１縮内径面３３１ｓの近傍の位置Ｐ１ｂにおいて素材５０Ｂが先端側に向かって移動する移動量がさらに大きくなる。この結果、比較形態では、位置Ｐ１ｂにおいて剪断応力がより過大になり、位置Ｐ１ｂにクラックが発生しやすい。本実施形態によれば、このような不都合を抑制することができる。

さらに、第２鍛造工程では、図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）に示すように、素材５０Ｂが第２縮内径面２３２ｓに接触した後に、素材５０Ｂが第１縮内径面２３１ｓに接触する。素材５０Ｂが第１縮内径面２３１ｓに接触すると、第１縮内径面２３１ｓの近傍（例えば、位置Ｐ１）にて、比較的大きな剪断応力が発生し始める。本実施形態によれば、第１縮内径面２３１ｓの近傍で素材５０Ｂに比較的大きな剪断応力が作用し始めた後に、第１縮内径面２３１ｓの径方向内側において素材が先端側に移動することを抑制できる。したがって、第２鍛造工程において第１縮内径面２３１ｓの近傍の素材５０Ｂに作用する剪断応力をさらに低減できる。したがって、第２鍛造工程において第１縮内径面２３１ｓの近傍の素材５０Ｂにクラックが発生することをさらに抑制でき、ひいては、工具係合部５１の近傍にクラックが発生することをさらに抑制することができる。

さらに、本実施形態の第２鍛造工程では、図５（Ｆ）に示すように、第１空間ＳＰ１の第１縮内径面２３１ｓに沿う領域に素材５０Ｂが充填された後に、パンチ２１０をさらに軸線方向の先端側に移動させることによって、パンチ２１０と金型本体２３０との間の空間において、後方押し出し成形が行われる。図５（Ｅ）の位置Ｐ１に仮にクラックが発生すると、該クラックは、後方押し出し成形によって、図５（Ｆ）の位置Ｐ２に移動する。位置Ｐ２は、工具係合部５１の外周面に相当する位置であり、クラックが目立ちやすい。本実施形態によれば、目立ちやすいクラックの発生を抑制できるので、主体金具５０の外観不良を低減できる。

以上の説明から解るように、本実施形態の第１縮内径面２３１ｓは、第１後端向き面の例であり、第２縮内径面２３２ｓは、第２後端向き面の例であり、後端向き面３３３ｓは、第３後端向き面の例である。また、本実施形態の主体金具５０の中胴部５４は、小径部の例であり、取付ネジ部５２は、先端筒部の例である。

Ｂ．変形例
（１）上記実施形態では、点火プラグ１００の主体金具５０の製造（成形）に本発明の製造方法が適用されている。これに代えて、例えば、主体金具５０とは異なる筒状の金具の製造に本発明の製造方法が適用されても良い。例えば、内燃機関の燃焼室内の圧力を測定するための圧力センサの筒状の金具であって、内燃機関に該圧力センサを取り付けるための工具係合部を備える金具の製造に本発明の製造方法が適用されても良い。

（２）上記実施形態の主体金具５０および成形型２００の形状は、一例であり、これに限られない。例えば、金型本体２３０の第１縮内径面２３１ｓや第２縮内径面２３２ｓは、例えば、軸線ＡＸと垂直で後端側を向いた面であっても良い。

また、金型本体２３０には、後端部５１Ｃと中径部５４Ｃと先端部５２Ｃとを有する素材５０Ｃ（図３（Ｃ））を成形するために、第１空間ＳＰ１〜第３空間ＳＰ３を有するキャビティＣＶが形成されている。これに代えて、例えば、後端部と先端部とを有し、中径部を有しない形状に素材を成形するために、金型本体には、後端部に対応する第１空間と、先端部に対応する第２空間とだけが形成されていても良い。

（３）また、上記実施形態の鍛造工程は、一例であり、様々な変形が可能である。例えば、鍛造工程の型数および工程数は、６に限らず、６とは異なる任意の数、例えば、１、３、５、８等が採用され得る。また、第２鍛造工程において、後方押し出し成形は行われなくても良く、径方向外側への押し出し成形だけが行われても良い。また、主体金具５０に用いられる材料には、低炭素鋼に限らず、ＳＵＳなどの他の材料が採用されても良い。

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

８…板パッキン、１０…絶縁体、１２…貫通孔、１３…脚長部、１５…段部、１６…段部、１７…先端側胴部、１８…後端側胴部、２０…中心電極、２１…中心電極本体、２３…頭部、２４…鍔部、２５…脚部、２９…中心電極チップ、３０…接地電極、３１…接地電極本体、３９…接地電極チップ、４０…端子金具、４１…キャップ装着部、４２…鍔部、４３…脚部、５０…主体金具、５０Ａ〜５０Ｄ…素材、５１…工具係合部、５１Ｂ〜５１Ｄ…後端部、５２Ｂ〜５２Ｄ…先端部、５２ｎ…雄ネジ、５３…加締部、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ…縮外径部、５４…中胴部、５４Ｃ、５４Ｄ…中径部、５４ｓ…座面、５５Ｃ、５５Ｄ…縮外径部、５６…段部、５９…貫通孔、６０…導電性シール、７０…抵抗体、７０…部材、８０…導電性シール、１００…点火プラグ、２００…成形型、２１０…パンチ、２２０…パンチホルダ、２３０…金型本体、２３０ｈ…軸孔、２３１…第１部分、２３１ｓ…第１縮内径面、２３１ｗ…第１内周面、２３２…第２部分、２３２ｓ…第２縮内径面、２３２ｗ…第２内周面、２３３…第３部分、２３３ｓ…後端向き面、２３３ｗ…第３内周面、２４０…ピアサー、２５０…スリーブ、２５０ｈ…軸孔

Claims (5)

1. 軸線方向に貫通する貫通孔を有する筒状金具であって、前記筒状金具の最大外径部をなし取付工具を係合させるための工具係合部と、前記工具係合部よりも小径で前記工具係合部よりも先端側の小径部と、を有する筒状金具の製造方法であって、
   前記軸線方向に延びる円柱状のキャビティを有する金型の前記キャビティ内に、前記筒状金具となる素材を配置する配置工程と、
   前記キャビティ内に前記軸線方向の後端側から棒状のパンチを挿入して前記素材を前記軸線方向の後端側から加圧することによって、前記貫通孔の少なくとも一部と前記工具係合部の少なくとも一部と前記小径部の少なくとも一部とを成形する鍛造工程と、
   を備え、
   前記金型は、
   前記キャビティのうちの前記工具係合部に対応する第１空間が形成された部分であり、前記軸線方向の後端側を向いた第１後端向き面を前記軸線方向の先端側に有する第１部分と、
   前記キャビティのうちの前記小径部に対応する第２空間が形成された部分であり、前記軸線方向の後端側を向いた第２後端向き面を前記軸線方向の先端側に有する第２部分と、
   を含み、
   前記鍛造工程では、前記第２空間に前記素材が充填された後に、前記第１空間の前記第１後端向き面に沿う領域に前記素材が充填されることを特徴とする製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法であって、
   前記筒状金具は、さらに、前記小径部よりも小径で前記小径部よりも前記軸線方向の先端側の先端筒部を有し、
   前記金型は、さらに、前記キャビティのうちの前記先端筒部に対応する第３空間が形成された部分であり、前記キャビティの前記軸線方向の先端側を閉塞する第３後端向き面を前記軸線方向の先端側に有する第３部分を含み、
   前記鍛造工程では、前記第２空間と前記第３空間とに前記素材が充填された後に、前記第１空間の前記第１後端向き面に沿う領域に前記素材が充填されることを特徴とする製造方法。
3. 請求項１または２に記載の製造方法であって、
   前記鍛造工程では、前記素材が前記第２後端向き面に接触した後に、前記素材が前記第１後端向き面に接触することを特徴とする、製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法であって、
   前記鍛造工程では、前記第１空間の前記第１後端向き面に沿う領域に前記素材が充填された後に、前記パンチをさらに前記軸線方向の先端側に移動させることによって、前記第１空間の一部である前記パンチと前記金型との間の空間において、前記素材を前記軸線方向の後端側に塑性変形させる後方押し出し成形を行うことを特徴とする、製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法であって、
   前記筒状金具は、点火プラグの絶縁体の外周に配置される主体金具であることを特徴とする、製造方法。

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