JP6812329B2 - 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、特にテーパ部によって気密を確保するスパークプラグの製造方法に関するものである。

自身の外周面におねじ及びテーパ部が形成された主体金具に接地電極が接続されたスパークプラグは、主体金具に絶縁保持された中心電極と接地電極との間に火花ギャップが形成される。この種のスパークプラグは、エンジンに形成されたプラグホールのねじ穴に主体金具のおねじが締め付けられたときに、テーパ部のうち接触部がプラグホールの内面に接触して、軸まわり及び軸方向における接地電極の位置が決まる。

特許文献１には、冷間鍛造によって、主体金具のおねじからテーパ部に亘って加工されたスパークプラグが開示されている。特許文献１に開示される技術では、冷間鍛造により加工硬化した接触部は変形し難いので、適正な締め付けトルクによって、混合気の流れを阻害しない軸まわりの位置に接地電極を位置決めし易くできる。

特開２００１−１２１２４０号公報

しかしながら上記従来の技術では、冷間鍛造によって主体金具のおねじからテーパ部に亘って加工硬化が生じるので、おねじの締め付けトルクによって、おねじと接触部との間の部分に亀裂が生じ破断に至る可能性がある。

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、接触部の硬度は高くしつつ、おねじと接触部との間の部分に亀裂を生じ難く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のスパークプラグの製造方法は、自身の外周面の一部に形成されたおねじと、おねじよりも径方向の外側に張り出しおねじよりも自身の後端側に設けられるテーパ部と、を備える筒状の主体金具を製造する金具製造工程において、主体金具の接触部とおねじとの間の少なくとも一部のビッカース硬度を接触部のビッカース硬度よりも低くする軟化工程を備えている。テーパ部は、エンジンに形成されたプラグホールのねじ穴におねじが締め付けられたときに、プラグホールの内面に接触する接触部を有する。主体金具は、接触部のビッカース硬度が、接触部とおねじとの間の部分の少なくとも一部のビッカース硬度よりも高い。

請求項１記載のスパークプラグの製造方法によれば、軟化工程により、主体金具の接触部とおねじとの間の少なくとも一部のビッカース硬度が接触部のビッカース硬度よりも低くされる。よって、接触部とおねじとの間の部分の少なくとも一部を変形し易くできる。その結果、接触部の硬度は高くしつつ、おねじと接触部との間の部分に亀裂を生じ難くできる。

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。 エンジンに取り付けられたスパークプラグの一部の片側断面図である。 主体金具の片側断面図である。

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２及び図３においても同じ）。スパークプラグ１０は、絶縁体１１及び主体金具２０を備えている。

絶縁体１１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部材であり、軸線Ｏに沿って貫通する軸孔１２が形成されている。軸孔１２の先端側に中心電極１３が配置される。

中心電極１３は、軸線Ｏに沿って延びる棒状の部材であり、銅または銅を主成分とする芯材がニッケル又はニッケル基合金からなる母材で覆われている。中心電極１３は絶縁体１１に保持され、先端が軸孔１２から露出する。

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、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１４は、先端側が軸孔１２に挿入された状態で、絶縁体１１の後端に固定されている。端子金具１４は、軸孔１２の内部で、中心電極１３と電気的に接続されている。

絶縁体１１の後端から軸線Ｏ方向に所定の距離だけ離れた絶縁体１１の外周の先端側に、端子金具１４と絶縁距離を確保して、主体金具２０が固定されている。主体金具２０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２０は、軸線Ｏに沿って先端側から後端側へ順に、先端部２１、円筒部２３、テーパ部２４、座部２７が連接されている。先端部２１の外周面におねじ２２が形成されている。円筒部２３の外径はおねじ２２の谷の径よりも小さく、座部２７の外径はおねじ２２の外径よりも大きい。テーパ部２４は、座部２７と円筒部２３とを連絡する円錐状の部分であり、後端側へ向かうにつれて外径が拡大する。

本実施の形態では、テーパ部２４は円筒部２３に連接された第１部２５と、第１部２５の後端側に連接され座部２７に隣接する第２部２６と、を備えている。第１部２５の外周面の軸線Ｏに対するテーパ角度は第２部２６の外周面の軸線Ｏに対するテーパ角度よりも大きい。

主体金具２０は、座部２７の後端側に、軸線Ｏに沿って先端側から順に、屈曲部２８、工具係合部２９、後端部３０が連接されている。後端部３０は、組み付け時に内側へ屈曲することにより、主体金具２０に組み付けられた絶縁体１１の後端側への移動を規制する部位である。工具係合部２９は、エンジン４０（後述する）のプラグホール４１にスパークプラグ１０を取り付けるときに、レンチ等の工具を係合させる部位である。屈曲部２８は、主体金具２０を絶縁体１１に組み付けるときに、塑性変形（屈曲）させて加締め固定するための部位である。

接地電極３１は、主体金具２０に接合される金属製（例えばニッケル基合金製）の部材である。本実施の形態では、接地電極３１は棒状に形成されており、先端側が屈曲し中心電極１３と対向する。接地電極３１は、中心電極１３との間に火花ギャップを形成する。

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、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。軸孔１２に端子金具１４を挿入しつつ、端子金具１４と中心電極１３とを電気的に接続した後、予め接地電極３１が接合された主体金具２０に絶縁体１１を挿入する。主体金具２０のテーパ部２４を治具（図示せず）に押し付けながら屈曲部２８及び後端部３０を塑性変形して、主体金具２０を絶縁体１１の外周に組み付ける。次いで、中心電極１３と対向するように接地電極３１を屈曲して、スパークプラグ１０を得る。

図２はエンジン４０に取り付けられたスパークプラグ１０の一部（テーパ部２４付近）の片側断面図である。図２に示すようにエンジン４０には、燃焼室（図示せず）に連通するプラグホール４１が形成されている。プラグホール４１の内面４２は、エンジン４０の燃焼室へ向かって縮径する円錐面である。プラグホール４１の内面４２のうち内径が最も小さい部分に、めねじ４４が形成されたねじ穴４３が連接されている。

本実施の形態では、スパークプラグ１０の主体金具２０に形成されたおねじ２２がねじ穴４３に締め付けられたときに、テーパ部２４のうちの第２部２６（接触部）がプラグホール４１の内面４２に接触し、内面４２及びねじ穴４３と第１部２５との間には空間が形成される。プラグホール４１の内面４２に第２部２６が接触することにより、軸線Ｏ方向および軸線Ｏ回りにおける接地電極３１の位置が決まる。

主体金具２０は、第２部２６のビッカース硬度が、第１部２５及び円筒部２３のビッカース硬度よりも高くなるように製造されている。これにより、第１部２５及び円筒部２３に比べて第２部２６を変形し難くできるので、適正な締め付けトルクによって、プラグホール４１の内面４２に接触した第２部２６の変形量をばらつき難くできる。よって、エンジン４０内の混合気の流れを阻害しない軸線Ｏ回りの位置に、接地電極３１を位置決めし易くできる。

さらに、第２部２６に比べて第１部２５及び円筒部２３を変形し易くできるので、おねじ２２の締め付けトルクによって、第１部２５及び円筒部２３に亀裂を生じ難くすることができる。その結果、第１部２５や円筒部２３（特に肉厚が薄い円筒部２３）が破断しないようにできる。なお、ビッカース硬度はＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に基づいて測定される値である。

スパークプラグ１０は、テーパ部２４のうち第２部２６がプラグホール４１の内面４２に接触する。その結果、テーパ部２４の全体がプラグホール４１の内面４２に接触する場合に比べて、おねじ２２に同じ軸力が作用する場合に、プラグホール４１の内面４２に第２部２６が与える荷重を大きくできる。その結果、テーパ部２４による気密性を向上できる。

必ずしも、第２部２６の全体がプラグホール４１の内面４２に接触する必要はなく、第２部２６のうち座部２７と第２部２６との境界近傍や第１部２５と第２部２６との境界近傍（いずれも第２部２６の一部）が、プラグホール４１の内面４２に接触するように第２部２６の外形を設定することは当然可能である。プラグホール４１の内面４２に第２部２６の一部（接触部）が接触する場合も、第２部２６の全周が、プラグホール４１の内面４２に連続して接触すれば気密性を確保できる。さらに、第２部２６とおねじ２２との間に、第２部２６よりもビッカース硬度の低い第１部２５及び円筒部２３が存在するので、おねじ２２の締め付けトルクによって、第１部２５及び円筒部２３に亀裂を生じ難くすることができる。

なお、スパークプラグ１０の製造工程において、主体金具２０を絶縁体１１の外周に組み付けるときは、第２部２６を治具（図示せず）に押し付けながら屈曲部２８及び後端部３０を塑性変形させ、加締め固定する。第２部２６の硬度が高いので、主体金具２０を絶縁体１１の外周に組み付けるときの第２部２６の陥没（変形）を防ぐことができる。

次に図３を参照して主体金具２０の製造方法について説明する。図３は、絶縁体１１に組み付けられる前、且つ、接地電極３１が接合される前の主体金具２０の片側断面図である。図３ではおねじ２２の山の図示が省略されている。

図３に示すように主体金具２０は、軸線Ｏに沿って先端側から後端側へ順に、第１穴３２、第２穴３３、第３穴３４及び第４穴３５が連接されている。第１穴３２及び第２穴３３は先端部２１の内側に位置し、第２穴３３の内径は、第１穴３２の内径よりも小さい。第３穴３４及び第４穴３５は先端部２１の後端側から後端部３０までの内側に位置し、第４穴３５の内径は、第３穴３４の内径よりも大きい。

主体金具２０は中間加工品（図示せず）の加工により製造される。中間加工品は、低炭素鋼やステンレス鋼等の金属材料に冷間鍛造加工等を施すことによって形成される略円柱状の部材である。主体金具２０を製造する金具製造工程では、まず、冷間鍛造加工により中間加工品（図示せず）の外周に工具係合部２９を形成する。次いで、旋盤等による切削加工により、中間加工品（図示せず）の外周に先端部２１、円筒部２３、テーパ部２４、座部２７及び屈曲部２８を形成する。次いで、直径の異なるドリル（図示せず）によって、第１穴３２、第２穴３３、第３穴３４及び第４穴３５を形成する。これらの部分が切削加工によって形成されるので、外形や穴の形状や寸法などの精度を高くできる。

次に硬化工程において、軸線Ｏ回りに回転する中間加工品の第２部２６に硬いローラ（図示せず）を押し当てるローラ・バニシング加工により、第２部２６の表面層を塑性変形する。これにより、第２部２６の表面粗さを小さくすると同時に第２部２６の表面を加工硬化させ、第２部２６のビッカース硬度を円筒部２３及び第１部２５のビッカース硬度よりも高くする。次いで、先端部２１にねじを転造しておねじ２２を加工硬化させる。

この方法によれば、ローラ・バニシング加工により第２部２６を硬化させるので、第２部２６の表面粗さを小さくできると共に第２部２６の寸法精度を高くできる。第２部２６の表面粗さを小さくすることにより気密性を向上できる。また、ローラ・バニシング加工によれば第２部２６だけを短時間で硬化させることができる。

なお、硬化工程において第２部２６を硬化させる手段は、ローラ・バニシング加工に限られない。第２部２６を硬化させる他の手段としては、例えばレーザ焼入れ等の焼入れ、放電硬化、ショットピーニング等が挙げられる。

上記実施の形態では、主体金具２０の第２部２６を円筒部２３に比べて硬化させる場合について説明したが、これに限られるものではない。以下、図３を参照して、第２部２６を円筒部２３に比べて硬化させる（第２部２６に比べて円筒部２３を軟化させる）主体金具２０の他の製造方法について説明する。

主体金具２０を製造する金具製造工程では、プレスによる押し出し加工、打ち抜き等の冷間鍛造により主体金具２０の外形や穴を成形する。冷間鍛造加工により主体金具２０の第２部２６は加工硬化する。

次に軟化工程において、切削により第１部２５及び円筒部２３の表面層を除去する。これにより、第２部２６のビッカース硬度が、第１部２５及び円筒部２３のビッカース硬度よりも高くなるようにする。また、切削により第１部２５と第２部２６との境界が形成されるので、鍛造により第１部２５及び第２部２６の全体を成形する場合に比べて、第１部２５と第２部２６との境界の寸法精度を向上できる。

第２部２６のビッカース硬度を、第１部２５及び円筒部２３のビッカース硬度よりも高くすることにより、第１部２５及び円筒部２３に比べて第２部２６を変形し難くできる。その結果、適正な締め付けトルクによって、プラグホール４１の内面４２に接触した第２部２６の変形量をばらつき難くできる。さらに、第２部２６に比べて第１部２５及び円筒部２３を変形し易くできるので、おねじ２２の締め付けトルクによって、第１部２５及び円筒部２３に亀裂を生じ難くすることができる。

なお、軟化工程において第１部２５及び円筒部２３を軟化させる手段は、切削加工に限られない。第１部２５及び円筒部２３を軟化させる他の手段としては、例えば焼鈍などが挙げられる。

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。

実施の形態では、第２部２６のビッカース硬度が、円筒部２３及び第１部２５のビッカース硬度よりも高い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。例えば、円筒部２３及び第１部２５のいずれか一方のビッカース硬度よりも第２部２６のビッカース硬度が高ければ、適正な締め付けトルクによって、プラグホール４１の内面４２に接触した第２部２６の変形量をばらつき難くできる。さらに、第２部２６に比べて第１部２５及び円筒部２３のいずれかを変形し易くできるので、おねじ２２の締め付けトルクによって、おねじ２２と第２部２６（接触部）との間に亀裂を生じ難くできる。

実施の形態では、主体金具２０のテーパ部２４が、テーパ角度の異なる第１部２５及び第２部２６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。テーパ角度の異なる第１部２５及び第２部２６を設けないで、テーパ部２４として、円筒部２３とから座部２７までを円錐面で繋ぐことは当然可能である。この場合、テーパ部２４のうちプラグホール４１の内面４２に接触する部分（テーパ部２４の少なくとも一部）が接触部である。

実施の形態では、外周面が円錐面のテーパ部２４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。外周面が球帯状のテーパ部２４を設けることは当然可能である。この場合も、テーパ部２４のうちプラグホール４１の内面４２に接触する部分（テーパ部２４の少なくとも一部）が接触部である。

実施の形態では、主体金具２０の円筒部２３の外径がおねじ２２の谷の径よりも小さい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。主体金具２０の円筒部２３の外径とおねじ２２の谷の径とを同一の寸法にすることは当然可能である。また、主体金具２０の屈曲部２８の外径が座部２７の外径よりも小さい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。主体金具２０の屈曲部２８の外径と座部２７の外径とを同一の寸法にすることは当然可能である。これらは、冷間鍛造加工によって主体金具２０を成形する場合に有利である。

実施の形態では説明を省略したが、主体金具２０に亜鉛めっきやニッケルめっき等のめっき層を形成することは当然可能である。さらに、めっき層の表面にクロメート処理を施すことは当然可能である。

実施の形態では、主体金具２０に接合された接地電極３１を屈曲させる場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではない。屈曲した接地電極３１を用いる代わりに、直線状の接地電極を用いることは当然可能である。この場合には、主体金具２０の先端側を軸線Ｏ方向に延ばし、直線状の接地電極を主体金具２０に接合して、接地電極を中心電極１３と対向させる。

１０ スパークプラグ
１３ 中心電極
２０ 主体金具
２２ おねじ
２４ テーパ部
２６ 第２部（接触部）
３１ 接地電極
４０ エンジン
４１ プラグホール
４２ 内面
４３ ねじ穴

Claims (1)

1. 自身の外周面の一部に形成されたおねじと、前記おねじよりも径方向の外側に張り出し前記おねじよりも自身の後端側に設けられるテーパ部と、を備える筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端側の中心に絶縁保持される中心電極と、
   前記主体金具に接続され前記中心電極との間に火花ギャップを形成する接地電極と、を備え、
   前記テーパ部は、エンジンに形成されたプラグホールのねじ穴に前記おねじが締め付けられたときに、前記プラグホールの内面に接触する接触部を有するスパークプラグの製造方法であって、
   前記主体金具を製造する金具製造工程において、
   前記主体金具の前記接触部と前記おねじとの間の少なくとも一部を加工し、前記接触部と前記おねじとの間の少なくとも一部のビッカース硬度を前記接触部のビッカース硬度よりも低くすることで、前記接触部のビッカース硬度を前記接触部と前記おねじとの間の少なくとも一部のビッカース硬度よりも高くする軟化工程を備え、
   前記軟化工程は、前記接触部と前記おねじとの間の少なくとも一部を焼鈍する工程を含むスパークプラグの製造方法。

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