JP4267855B2

JP4267855B2 - スパークプラグの製造方法及びスパークプラグ

Info

Publication number: JP4267855B2
Application number: JP2002051257A
Authority: JP
Inventors: 彰鈴木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: EP1341281A2; US20030168954A1; EP1341281A3; JP2003257582A; US6909226B2; EP1341281B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の点火に使用されるスパークプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スパークプラグは、筒状の主体金具を備え、その主体金具の内側に軸線方向に絶縁体が挿入されるとともに、その絶縁体の一端側に火花放電ギャップが形成される。そして、該火花放電ギャップが燃焼室内に位置するよう、主体金具に形成された取付ねじ部により内燃機関に取り付けて使用される。燃焼室内は燃焼ガスにより高温・高圧となるから、この燃焼ガスの漏洩を防止するために、絶縁体の外面と主体金具の内面との間を何らかの方法でシールすることが不可欠である。従来、このシールを滑石等のシール材粉末層にて行なうようにしたスパークプラグが知られている。具体的には、主体金具の後端部内周面と絶縁体の内周面との間に周方向の隙間を形成し、その隙間にシール材粉末を充填する。そして、このシール材粉末層を圧縮しながら主体金具の後端部を絶縁体に向けて加締め止めすることにより、主体金具と絶縁体への組み付けとシール材粉末層によるシールとを同時に行なう。なお、このシール層は、絶縁体に対し衝撃力が付加されたとき圧縮変形してこれを緩和する、緩衝層としての役割も果たす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車等に使用される内燃機関の高出力化に伴い、燃焼室内における吸気及び排気バルブの占有面積も拡大してきている。そのため、混合気に点火するためのスパークプラグはその小型化が必要とされている。主体金具に関しては、取付ねじ部以外の部分、具体的には、取付ねじ部よりも上方に突出するレンチ係合のための六角部（工具係合部）の寸法についても、寸法縮小の要求が高まりつつある。これは、個別の点火コイルをスパークプラグの上部に直接取り付けるダイレクトイグニッション方式の採用により、シリンダヘッドの上方空間に余裕がなくなっていることや、あるいは前記したバルブ占有面積の拡大によりプラグホールが小径化している等の事情による。そして、こうした要因により、六角部の対辺寸法は、従来１６ｍｍ以上確保できていたのが、１４ｍｍあるいはそれ以下の寸法への縮小を余儀なくされている。
【０００４】
上記の六角部は、主体金具の加締め部の前方側に隣接して形成される。また、加締め時に圧縮されるシール材粉末層も、主体金具の軸線方向において、六角部と重なる区間に形成される。六角部の対辺寸法が縮小されれば、シール材粉末が充填される絶縁体と主体金具との隙間は細くなる。もちろん、六角部の肉厚を小さくするか、絶縁体を縮径して隙間寸法を確保することも考えられる。しかし、前者においては六角部の肉厚が過度に小さくなるため、加締め時に六角部が挫屈変形して外方に膨らんでしまう不具合を生ずる。また、後者においては、絶縁体が細くなりすぎて強度が不足し、耐衝撃性が不足することにつながる。従って、対辺寸法の小さい六角部を採用する場合は、シール材粉末を充填する隙間を縮小せざるを得ない。
【０００５】
絶縁体と主体金具とのシール性確保のためには、シール材粉末層を一定以上の密度となるよう十分に圧縮しなければならない。この場合、加締め前の状態で上記隙間に、シール材粉末をパンチ等で押し込みながら予備圧縮しつつ充填する必要がある。しかし、対辺寸法の小さい六角部を採用する場合は、上記のように絶縁体と主体金具との隙間が細くなるので、シール材粉末の均一な充填が困難となる。具体的には、細く深い隙間に必要な量のシール材粉末を一度に充填してパンチ等で圧縮すると、絶縁体外周面あるいは主体金具内周面との間の摩擦の影響により、パンチに近い隙間上部に充填された粉末が偏って圧縮され、隙間下部に充填された粉末に加圧力が十分に伝わらなくなる。その結果、隙間上部の粉末と隙間下部の粉末との間に充填の粗密が生ずる。一度このような粗密が生じてしまうと、引き続き加締めによる圧縮を行っても、隙間上部の粉末がさらに圧縮されるのみで、不均一な充填状態は解消されず、気密性や耐衝撃性が悪化する不具合をもたらす。
【０００６】
本発明の課題は、工具係合部の寸法が１４ｍｍ以下に縮小した場合でも、絶縁体と主体金具との間に均一で高密度のシール材粉末層を形成でき、ひいては気密性や耐衝撃性を十分に確保できるスパークプラグの製造方法とスパークプラグとを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明のスパークプラグの製造方法は、
筒状の主体金具と、その主体金具の内側に軸線方向に挿入される軸状の絶縁体とを備え、その絶縁体の軸線方向の一端側に火花放電ギャップを有するスパークプラグの製造方法であって、絶縁体の中心軸線方向において火花放電ギャップの位置する側を前方側と定義し、
主体金具として、後端部に加締め予定部が形成され、また、その加締め予定部の前方側に隣接する外周面領域に、対辺寸法が１４ｍｍ以下の工具係合部が形成されたものを用意し、
絶縁体を主体金具の内部に軸線方向に挿入し、主体金具の後端部内周面と絶縁体の外周面との間に形成された周方向の隙間にシール材粉末を充填するとともに、その充填を行なう際に、シール材粉末を複数の小充填単位に分割し、小充填単位は、隙間に充填する前に、予備成型により複数のリング状の予備成形体とされ、隙間内に該予備成形体を軸線方向に１個挿入した後、該予備成形体をその隙間内にて予備圧縮する工程を繰り返すことにより、隙間内に予備圧縮シール材粉末層を形成するシール材粉末充填工程と、
その後、加締め予定部を、絶縁体の外周面に向け、屈曲して加締め固定するとともに、予備圧縮シール材粉末層を、軸線方向の高さをＬ、中心軸線に関する半径方向厚さをＭとして、
０．５≦Ｍ≦１．３
０．５≦Ｌ≦２×（Ｍ×４．５）
を充足する圧縮シール材粉末層となす加締め工程と、
を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のスパークプラグの製造方法は、上記のごとく対辺寸法が１４ｍｍ以下の工具係合部（例えば六角部）が形成された主体金具を有し、該主体金具が絶縁体に加締め固定され、かつ主体金具と絶縁体との間の隙間を圧縮シール材粉末層でシールした構造のスパークプラグを適用対象とする。このようなスパークプラグにおいては、工具係合部の対辺寸法が小さいため、シール材粉末が充填される上記隙間は細くかつ狭いものとなる。既に説明した通り、従来は、この隙間へのシール材粉末の充填及び予備圧縮を一括して行っていたので、隙間下部の粉末の充填密度が上がらず、気密性や耐衝撃性が十分に確保できない不具合を生じていた。
【０００９】
そこで、本発明の方法においては、シール材粉末を複数の小充填単位に分割する。そして、隙間に１つの小充填単位を充填した後、該小充填単位をその隙間内にて予備圧縮し、その後、次の小充填単位を充填して予備圧縮する、という具合に、隙間への粉末の充填と予備圧縮とを交互に行なうようにする。すなわち、シール材粉末を小充填単位に分割して、予備圧縮を段階的に行なうことにより、粉末の１回あたりの充填深さが減少する。これにより、主体金具内面や絶縁体外面との摩擦の影響が軽減され、投入された粉末の下部にもパンチからの圧縮力が十分伝わるようになり、個々の小充填単位毎をそれぞれ均一な密度で予備圧縮できる。その結果、それら各小充填単位の予備圧縮体が累積して得られる予備圧縮シール材粉末層も、全体として均一な密度を有するものとなる。すなわち、工具係合部の対辺寸法が小さいにもかかわらず、加締め後において十分なシール性と耐衝撃性とを十分確保することができるようになる。
【００１０】
なお、上記方法において小充填単位は、非成型粉末の状態で、主体金具内面と絶縁体外面との隙間にすることができる。他方、粉末の流動性がそれほど高くない場合には、隙間に直接粉末を充填すると、粉詰まり等を起す可能性が生ずる。この場合、小充填単位を、隙間に充填する前に、予備成型により複数のリング状の予備成形体とし、隙間内に該予備成形体を軸線方向に１個挿入した後、該予備成形体を隙間内にて予備圧縮する工程を繰り返すことにより予備圧縮シール材粉末層を形成することもできる。小充填単位を予備成型してから隙間へ充填することにより、粉詰まり等が生ずる不具合を極めて効果的に防止することができる。
【００１１】
予備成形体は金型プレスにより製造できる。スパークプラグ内の前記隙間が細く深くなれば、ここに充填する予備成形体も薄肉で高さの大きいものとしなければならない。従って、このような予備成形体を金型プレスで製造しようとするとき、金型のキャビティに粉末を充填する際に、スパークプラグ内の隙間に粉末を直接充填して圧縮する場合と全く同様の問題を生ずる。上記本発明の第二の方法によれば、全てのシール材粉末を一括してプレスするのではなく、小充填単位に分割して高さの小さい予備成形体を複数個製造するから、各予備成形体はいずれも密度の均一なものとして得ることができる。また、隙間内に配置された予備成形体は、該隙間内にて圧縮される。従って、それら各小充填単位の予備成形体が累積して得られる予備圧縮シール材粉末層も、全体として均一な密度を有するものとすることができる。なお、予備成形体は、少なくとも隙間への充填に必要なハンドリングに耐える程度の強度を有していればよい。
【００１２】
そして、本発明の第一及び第二の方法のいずれにおいても、０．５≦Ｍ≦１．３（単位：ｍｍ）及び０．５≦Ｌ≦２×（Ｍ×４．５）（単位：ｍｍ）を充足するように、圧縮シール材粉末層の寸法範囲を規定する。Ｍが０．５ｍｍ未満になると、隙間への粉末の充填自体が困難となり、シール材粉末を上記のように小充填単位に分割しても、均一な密度の圧縮シール材粉末層を得ることができなくなる。また、Ｍが１．５ｍｍを超えると、対辺寸法が１４ｍｍ以下とされた工具係合部の肉厚が過度に小さくなるか、又は絶縁体の外径が小さくなりすぎるかのいずれかを余儀なくされる。前者においては加締め時に挫屈変形して外方に膨らんでしまう不具合を生じやすくなり、後者においては絶縁体の強度が不足して耐衝撃性等を十分に確保できなくなる。
【００１３】
また、Ｌが０．５ｍｍ未満になると圧縮シール材粉末層による耐衝撃性の確保が困難となる。他方、Ｌが２×（Ｍ×４．５）を超えると、シール材粉末を上記のように小充填単位に分割しても、均一な密度の圧縮シール材粉末層を得ることができなくなり、結果として気密性を確保することができなくなる。なお、シール材粉末を小充填単位に分割して予備圧縮することによる充填密度均一化、ひいては気密性や耐衝撃性向上の効果が特に顕著となるのは、Ｌが（Ｍ×４．５）以上となる場合である。
【００１４】
次にシール材粉末は、滑石を主体とするものを用いることができる。滑石は安価であり、また、潤滑材としての用途が広いことからも推察される通り、金属との摩擦係数も比較的小さい。従って、圧縮性や主体金具内周面に対する滑り性が良好であり、さらに絶縁性と耐熱性も良好であるから、スパークプラグ用のシール材として好適に使用することができる。なお、滑石粒子は単体ではやや流動性が悪く、かさ密度も高いので、特に厳しい環境下にも耐えうる高密度な圧縮シール材粉末層が必要な場合、必ずしも粉末の圧縮性が十分でない側面も有している。
【００１５】
そこで、滑石粉末を単体で用いるのではなく、ＭｇＣＯ_３を含有する鉱物粉末を配合しておくと、シール材粉末の圧縮性が高められ、より高密度な充填状態を得やすくなる。その結果、密度が高く均一で、シール性と耐衝撃性により優れたシール層を実現できるようになる。ＭｇＣＯ_３を主体とする鉱物粒子としては、マグネサイト（ＭｇＣＯ_３）あるいはドロマイト（（Ｍｇ，Ｃａ）ＣＯ_３）などを使用できる。この場合、具体的なシール材粉末組成として、７５〜９９．７質量％の滑石を含有し、ＭｇＣＯ_３を含有する鉱物粒子、例えばマグネサイト及びドロマイトの少なくともいずれかを合計にて０．３〜２５質量％の範囲にて含有するものを採用できる。マグネサイト及びドロマイトの合計含有量が０．３質量％未満では、圧縮性改善の効果が十分期待できず、２５質量％を超えると圧縮性が逆に低下し、シール性が却って損なわれることにつながる。
【００１６】
マグネサイト及び／又はドロマイトを配合した滑石粉末（以下、配合滑石粉末という）をシール材粉末として使用する場合、圧縮シール材粉末層の密度は２〜２．９ｇ／ｃｍ^３とすることが望ましい。これにより、圧縮シール材粉末層の相対密度を７０％以上に確保できる。上記のような配合滑石粉末を用いて本発明の製造方法を適用することにより、圧縮シール材粉末層の相対密度を７０％以上にも高めることができ、極めて良好なシール性を実現することができる。なお、圧縮シール材粉末層の密度は以下のようにして測定することができる。まず、スパークプラグから圧縮シール材粉末層を取り出して、その粉末の総重量を測定する。また、Ｘ線による透過写真を撮影して絶縁体外面形状と主体金具内面形状とを求め、圧縮シール材粉末層の体積を推定する。その推定された体積にて、前記粉末の総重量を除することにより、圧縮シール材粉末層の密度を算出する。
【００１７】
また、本発明のスパークプラグは、
筒状の主体金具と、その主体金具の内側に軸線方向に挿入される軸状の絶縁体とを備え、その絶縁体の軸線方向の一端側に火花放電ギャップを有し、
絶縁体の中心軸線方向において火花放電ギャップの位置する側を前方側と定義し、
主体金具は、後端部に加締め部が絶縁体の外周面に向けて屈曲する形態に形成され、また、その加締め部の前方側に隣接する外周面領域に、対辺寸法が１４ｍｍ以下の工具係合部が形成されてなり、
絶縁体は主体金具の内部に軸線方向に挿入され、主体金具の後端部内周面と絶縁体の外周面との間に形成された周方向の隙間に圧縮シール材粉末層が形成されてなり、
圧縮シール材粉末層は、７５〜９９．７質量％の滑石を含有し、マグネサイト及びドロマイトの少なくともいずれかを合計にて０．３〜２５質量％の範囲にて含有するシール材粉末（前述の調整滑石粉末）からなり、軸線方向の高さをＬ（ｍｍ）、中心軸線に関する半径方向厚さをＭ（ｍｍ）として、
０．５≦Ｍ≦１．３
０．５≦Ｌ≦２×（Ｍ×４．５）
を充足し、かつ、密度が２〜２．９ｇ／ｃｍ^３となるように形成されたことを特徴とする。
【００１８】
上記本発明のスパークプラグは、シール材粉末としてマグネサイトないしドロマイトを配合した滑石粉末をシール材粉末層として用いることにより、前記本発明の製造方法により製造可能なものである。そして、主体金具の工具係合部の対辺寸法が１４ｍｍ以下の細径であるが、調整滑石粉末を用いることにより、圧縮シール材粉末層を、０．５≦Ｍ≦１．３、０．５≦Ｌ≦２×（Ｍ×４．５）（いずれも単位：ｍｍ）を充足し、かつ、密度が２〜２．９ｇ／ｃｍ^３となるように実現できる。その結果、極めて良好なシール性を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例に係るスパークプラグ１００を示すものである。該スパークプラグ１００は、筒状の主体金具１と、その主体金具１の内側に軸線方向に挿入される軸状の絶縁体２とを備え、その絶縁体２の軸線Ｏ方向の一端側に火花放電ギャップｇを有する。以下、絶縁体２の中心軸線Ｏ方向において火花放電ギャップｇの位置する側を前方側と定義する。絶縁体２は、先端部２１が突出するように主体金具１の内側に嵌め込まれている。絶縁体２の内側には、先端に溶接された貴金属チップ３１を突出させた状態で中心電極３が配置されている。また、主体金具１の前端面には、接地電極４の一端が溶接等により結合されるとともに、他端側が側方に曲げ返されて、その側面が中心電極３の貴金属チップ３１と対向するように配置されている。また、接地電極４には上記貴金属チップ３１に対向する位置に貴金属チップ３２が溶接されており、それら貴金属チップ３１，３２の間に火花放電ギャップｇが形成されている。
【００２０】
主体金具１は、炭素鋼等のＦｅ系金属により筒状に形成されており、スパークプラグ１００のハウジングを構成する。また、その後端部には、絶縁体２に対する加締め部１ｄが、絶縁体２の外周面に向け屈曲する形態に形成されている。さらに、主体金具１の外周面には、加締め部１ｄの前方側に隣接する位置に、対辺寸法が１４ｍｍ以下の工具係合部１ｅが形成されている。
【００２１】
工具係合部１ｅは、図２に示すように、軸線Ｏと平行な工具係合面１ｐが、互いに平行なものを１対として、周方向に複数組形成されたものである。正六角形状の断面に形成する場合にはこのような工具係合面１ｐを３組有することになる。また、２組の正六角形を軸線Ｏの周りに３０゜ずらせて重ね合わせることにより、平行な工具係合面１ｐの対を１２組形成してもよい。そして、正六角形状の断面外形線の対辺間距離にて工具係合部１ｅの対辺寸法を表すと、いずれの場合においても工具係合部１ｅの上記対辺寸法は１４ｍｍ以下である。
【００２２】
図１に戻り、主体金具１の外周面には、工具係合部１ｅの前方側に隣接してフランジ状のガスシール部１ｆが形成され、そのさらに前方側に、スパークラグ１００を図示しないエンジンブロックに取り付けるためのねじ部７が形成されている。そして、工具係合部１ｅとガスシール部１ｆとの間には、肉厚がそれらのいずれよりも小さい薄肉部１ｈが形成されてなる。
【００２３】
絶縁体２は、例えばアルミナあるいは窒化アルミニウム等のセラミック焼結体により構成され、その内部には軸線Ｏ方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔６を有している。貫通孔６の一方の端部側に端子金具１３が挿入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔６内において端子金具１３と中心電極３との間に抵抗体１５が配置されている。この抵抗体１５の両端部は、導電性ガラスシール層１６，１７を介して中心電極３と端子金具１３とにそれぞれ電気的に接続されている。また、絶縁体２の軸線Ｏ方向において、主体金具１内に位置する部分の外周面には、周方向のフランジ状の突出部２ｅが形成されている。この突出部２ｅよりも前方側において、絶縁体２には階段状の絶縁体側係合部２ｈが形成され、ねじ部７の位置において主体金具１の内周面には凸状の金具側係合部１ｃが周方向に形成されている。金具側係合部１ｃと絶縁体側係合部２ｈとが係合することにより、絶縁体２の主体金具１に対する前方側への抜け止めがなされる。
【００２４】
次に、図２に示すように、主体金具１の後端部内周面と絶縁体２の内周面との間には周方向の隙間２０が形成されている。この隙間２０は、軸線Ｏ方向の一方の端部が加締め部１ｄにより、他方の端部が絶縁体２の突出部２ｅによりそれぞれ塞がれた円管状の空間とされている。そして、該隙間２０の内部に圧縮シール材粉末層６１が充填形成されている。圧縮シール材粉末層６１は、７５〜９９．７質量％の滑石を含有し、マグネサイト及びドロマイトの少なくともいずれかを合計にて０．３〜２５質量％の範囲にて含有する調整滑石粉末からなる。そして、軸線Ｏ方向の高さをＬｍｍ、中心軸線Ｏに関する半径方向厚さをＭｍｍとして、
０．５≦Ｍ≦１．３
０．５≦Ｌ≦２×（Ｍ×４．５）
を充足し、かつ、密度が２〜２．９ｇ／ｃｍ^３となるように形成されたものである。これらの数値範囲の意味については、「課題を解決するための手段及び作用・効果」の欄において詳細に説明したので、ここでは繰り返さない。
【００２５】
なお、最終的に得られる圧縮シール材粉末層６１は、幅Ｍを、主体金具１の中心軸線Ｏを円柱軸とする円柱座標系において、その半径方向に測定した圧縮シール材粉末層６１（あるいは隙間２０）の寸法の最大値として定義する。また、圧縮シール材粉末層６１の高さＬは、前記中心軸線Ｏ方向に測定した寸法とする。なお、該軸線Ｏ方向の中央部において隙間２０の幅がほぼ一定となり、かつ端部区間において隙間２０の幅が末端に向かうほど縮小しているとき、圧縮シール材粉末層６１の幅Ｍは、その一定となる区間（以下、定幅区間という）での隙間２０の半径方向寸法として定義する。また、圧縮シール材粉末層６１の高さＬは、隙間２０の端部において、定幅区間の１／２に幅が減少する位置（すなわち、１／２Ｍとなる位置）を、圧縮シール材粉末層６１の末端位置とする形で定めるものとする。
【００２６】
図２に示す実施形態では、隙間２０内において圧縮シール材粉末層６１の軸線Ｏ方向両端と接する形でリング状のパッキン６０，６２が配置されている。これらパッキン６０，６２の一方は突出部２ｅの後方側周縁と係合し、他方は加締め部６０の内周面後端と接している。いずれも圧縮シール材粉末層６１による主体金具１と絶縁体２とのシール効果を補強する役割を果たす。なお、図３に示すように、これらのパッキン６０，６２を省略し、隙間２０の全体を圧縮シール材粉末層６１で充填してもよい。この場合は、主体金具１と絶縁体２とのシールは圧縮シール材粉末層６１が単独で担うことになる。他方、図４に示すように、突出部２ｅと係合するパッキン６２のみ省略する態様も可能である。
【００２７】
以下、上記スパークプラグ１００の製造方法の実施形態について説明する。まず、主体金具１を用意する。この状態では加締め部１ｄは当然未加締め状態であり、図５の工程▲１▼に示すように、屈曲形態ではなく直円筒状形態をなす加締め予定部１ｄ’とされている。そして、中心電極３及び導電性シール層１６，１７、抵抗体１５並びに端子金具１３を予め組み付けた絶縁体２を、この加締め予定部１ｄ’の後端開口部から主体金具１内に軸線Ｏ方向に挿入する。また、絶縁体側係合部２ｈと主体金具側係合部１ｃとを線パッキン（図示略）を介して結合させた状態とする（なお、これらの部材については図１を参照）。これにより、図５の工程▲１▼に示すように、前記した隙間２０は、後端が開放された形で形成される。
【００２８】
次に、フランジ状の突出部２ｅの後方に、主体金具１の挿入開口部からその内側に線パッキン６２を配置する。そして工程▲２▼に示すように、該隙間２０にシール材粉末１６０を充填する。充填を行なう際に、シール材粉末１６０を複数の、本実施形態では２つの等量の小充填単位１６１に分割して用意しておく。そして、工程▲２▼において隙間２０に充填されるシール材粉末１６０は、最終的な圧縮シール材粉末層６１（図１）の形成に必要な量の全体ではなく、小充填単位１６１をなす一部分のみである。
【００２９】
そして、工程▲３▼に示すように、該充填された小充填単位１６１を、その隙間２０内にてリング状のパンチ１６３を用いて予備圧縮し、予備圧縮シール材粉末層１６２ａとする。予備圧縮が終了すれば、工程▲４▼に示すように、次の小充填単位１６１を、既に形成されている予備圧縮シール材粉末層１６２ａの上に充填する。そして、工程▲５▼に示すように、これをパンチ１６３により予備圧縮し、予備圧縮シール材粉末層１６２ｂとする。つまり、小充填単位１６１の充填とパンチ１６３による予備圧縮とを交互に繰り返して、最終的な予備圧縮シール材粉末層１６２ａ，１６２ｂを得るのである。
【００３０】
すでに詳しく説明した通り、本発明の適用対象となるスパークプラグ１００は、主体金具１の工具係合部１ｅの対辺寸法が１４ｍｍ以下と小さく、シール材粉末を充填する隙間２０の深さは幅に対して相対的に大きくならざるを得ず、シール材粉末を一度に充填しようとすると、一回の充填深さが深くなりすぎて、粉末の充填密度が不均一にならざるを得ない。つまり、主体金具１と絶縁体２との間の摩擦により隙間下部への充填がスムーズに行われないために、隙間２０の開口側の粉末の密度が偏って高くなり、密度の均一な予備圧縮シール材粉末層が得られない。
【００３１】
しかし、上記のように粉末を小充填単位に分割して予備圧縮を逐次的に行なえば、一回あたりの充填深さは明らかに小さくなり、それぞれの小充填単位は均一に予備圧縮できる。したがって、それら小充填単位の集合体として形成される最終的な予備圧縮シール材粉末層１６２ａ，１６２ｂも、深さ方向の全体にわたって均一な充填密度が得られることとなる。なお、各予備圧縮シール材粉末層１６２ａ，１６２ｂは、隙間２０の幅をＭとしたとき、それぞれ４．５Ｍ以下の高さを有するように形成することが、充填密度の均一化を確実に行なう観点において望ましい。なお、シール材粉末は、隙間２０の幅や深さに応じ、一回あたりの充填深さをさらに縮小するために、３以上の小充填単位に分割することも可能である。
【００３２】
予備圧縮シール材粉末層１６２ａ，１６２ｂの形成が終了すれば、工程▲６▼に示すようにパッキン６０を配置する。その後、加締め工程に移る。この加締め工程は冷間加締めにて行なうことも可能であるし、熱加締めを行なうこともできる。例えば冷間加締め加工は、具体的には図６のようにして行なうことができる。まず、工程▲７▼に示すように、加締めベース１１０のセット孔１１０ａに主体金具１の先端部を挿入し、主体金具１に形成されたフランジ状のガスシール部１ｆをその開口周縁に支持させる。次いで、主体金具１対し上方から加締め金型１１１を装着する。加締め予定部１ｄ’に当接する加締め金型１１１の部分には、加工後の加締め部１ｄ（図１）に対応した凹状形態の加締め作用面１１１ｐが形成されている。この状態で、加締め金型１１１に対し、加締めベース１１０に接近させる向きの軸線方向圧縮力を加える。すると、工程▲８▼に示すように、加締め予定部１ｄ’は、加締め作用面１１１ｐに沿って半径方向内向きに屈曲しながら圧縮されて加締め部１ｄとなり、主体金具１と絶縁体２とが加締め固定される。また、ガスシール部１ｆと工具係合部１ｅとの間には薄肉部１ｈが形成されている。この薄肉部１ｈは、圧縮力の付加に伴い外向きに撓み変形し、充填層６１の圧縮ストロークを稼いでシール性を高める働きをなす。
【００３３】
このようにして、加締め予定部１ｄは絶縁体２の外周面に向け屈曲して加締められ、主体金具１と絶縁体２とが組み付けられる。予備圧縮シール材粉末層１６２ａ，１６２ｂは、この加締めに伴いパッキン６０，６２の間にてさらに圧縮され、圧縮シール材粉末層６１となる。予備圧縮シール材粉末層１６２ａ，１６２ｂは前述の通り、深さ方向の充填密度が均一化されているので、加締め後の圧縮シール材粉末層６１も、２〜２．９ｇ／ｃｍ^３の高密度レベルにて均一化したものが得られ、気密性と耐衝撃性が大幅に向上する。
【００３４】
なお、上記実施形態において小充填単位の予備圧縮は隙間２０内にて行なうようにしていたが、粉末を充填する代わりに、予備成型したリング状の予備成形体を１６４ａ（１６４ｂ）を隙間２０内に充填することもできる。具体的には、図７に示すように、シール材粉末１６０を予備成型して、小充填単位となる複数のリング状の予備成形体１６４ａ（１６４ｂ）を作製する。すなわち、ダイ２００の内側に筒状のパンチ２０１を挿入し、その内側にコア２０３を配置して、円管状のキャビティを形成する。そして、このキャビティに小充填単位１６１を充填し、別のパンチ２０１を挿入してこれを一軸プレスすると、リング状（円管状）の予備成形体１６４ａ（１６４ｂ）が得られる。
【００３５】
そして、図８の工程▲１▼に示すように、隙間２０内に予備成形体１６４ａ（１６４ｂ）を軸線Ｏ方向に１個挿入し、該隙間２０内にてその予備成形体１６４ａ（１６４ｂ）を、図５に示すのと同様のパンチ１６３を用いて予備圧縮する工程を繰り返すことにより、工程▲２▼に示すように、それら予備成形体１６４ａ，１６４ｂに基づく予備圧縮シール材粉末層１６４ａ’，１６４ｂ’を形成することができる。以降の工程は、図６と全く同様である。なお、予備成形体１６４ａ（１６４ｂ）を製造する際の圧縮力は、隙間２０への充填を行うためのハンドリングが可能になる程度の成形体強度が確保できれば十分である。そして、隙間２０内にて予備成形体１６４ａ（１６４ｂ）を予備圧縮する際の圧力は、予備成形体１６４ａ（１６４ｂ）を製造する際の圧縮力よりも高く設定することができる。
【００３６】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、以下の試験を行なった。
図１及び図２に示すスパークプラグの試作品を以下のように作製した。すなわち、主体金具１を、冷間鍛造用の炭素鋼にて、ねじ部７の呼びがＭ１２、六角断面状の工具係合部１ｅの対辺寸法が１４ｍｍとなるように作製した。また、絶縁体２は、突出部１ｅの突出高さを９．４〜１２ｍｍ、突出部１ｅの軸線Ｏ方向後方に続く本体部２ｍの外径を９ｍｍの種々の値に設定した。これにより、隙間２０の幅Ｍが０．２〜１．５ｍｍ、加締め後の高さＬが０〜１２．５ｍｍとなるように調整される。
【００３７】
そして、シール材粉末として、滑石粉末が８５質量％、ドロマイト粉末が１質量％、マグネサイト粉末が１０質量％、水分４質量％となるように配合したものを用意した。そして、これを互いに当量の２つの小充填単位に分割し、図５にて説明した方法により隙間２０に充填し、さらに図６に示す加締め工程を実施して、スパークプラグ試験品を得た。なお、シール材粉末の予備圧縮圧力は１０００ｋｇであり、加締め加圧力は４０００ｋｇとした。また、比較のため、シール材粉末を小充填単位に分割せず、一括充填する方法により作製した試験品も用意した。
【００３８】
上記のスパークプラグ試験品を用い、以下の試験を行なった。
（１）耐衝撃試験：各スパークプラグ１００の取付ねじ部７を試験品固定台のねじ孔にねじ込み、図１の絶縁体２の本体部２ｍが上向きに突出するように固定する。そして、その本体部２ｍのさらに上方において、絶縁体２の中心軸線Ｏ上に位置する軸支点に対し、アームを旋回可能に取り付ける。なお、アームの長さは３３０ｍｍであり、絶縁体２の本体部２ｍに降り下ろしたときのアームの先端位置が、絶縁体２の後端面からの鉛直方向距離にして１０ｍｍとなるように、軸支点の位置が定められている。そして、アームの中心軸線からの旋回角度が所定値となるようにアームの先端を持ち上げて、後方側本体部２ｍに向けて自由落下により降り下ろす操作を、角度間隔２゜にて徐々に大きくしながら繰り返し、絶縁体２に折損が生ずる耐衝撃角度値θを求める。角度θが大きいほど、耐衝撃性が良好であることを意味する。
【００３９】
図９は、小充填単位にシール材を分割する本発明の方法にて製造した各試験品の、Ｍを０．９ｍｍに固定し、Ｌを種々の値に設定した場合の、Ｌと耐衝撃角度値θとの関係を示すものである。これを見ると、Ｌが０．５ｍｍ以上で耐衝撃角度値θが高くなり、十分な耐衝撃性が得られていることがわかる。
【００４０】
また、表１は、Ｌを４ｍｍに固定し、Ｍを種々の値に設定して同様の測定を行ったときの結果を示すものであり、耐衝撃角度値θが３０゜以上のものを良好（○）、３０゜未満のものを不良（×）として判定している。すなわち、Ｍが０．５〜１．３ｍｍの範囲内において、十分な耐衝撃性が得られていることがわかる。
【００４１】
【表１】

【００４２】
（２）加熱気密試験：各スパークプラグを２００℃に加熱し、その状態でＩＳＯ１５５６５に記載の振動条件（振動周波数：５０〜５００Ｈｚ、スイープ率：１オクターブ／分、加速度：３０ＧＮ、振動方向：スパークプラグの軸線Ｏ方向と直交する向き）にて１６時間連続して振動を加えることにより、前処理をする。その前処理後のスパークプラグを、ねじ部７において火花放電ギャップｇがチャンバ内に露出するように加圧チャンバに取り付け、チャンバ内を２ＭＰａの圧縮空気にて加圧する。その状態で、スパークプラグのガスシール部が接しているチャンバ面をヒータにて昇温しながら加熱し、加締め部１ｄからの空気漏洩量を測定する。そして、その空気漏洩量が１０ｃｃ／分となるときのガスシール部の温度を気密限界温度として測定する。
【００４３】
図１０は、Ｍを０．９ｍｍに固定し、Ｌを種々の値に設定した場合の、Ｌと測定された気密限界温度との関係を示すグラフである。本発明の実施例品については、Ｌが２×Ｍ×４．５（ｍｍ）以下において気密限界温度が高く、良好な結果が得られていることがわかる。また、粉末を小充填単位に分割しない比較例のスパークプラグは、ＬがＭ×４．５（ｍｍ）より大きくなるとき気密限界温度が低下し、実施例品との間に明らかな差が生じていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態たるスパークプラグを示す縦半断面図。
【図２】図１の要部拡大図。
【図３】図１のスパークプラグの第一変形例を示す要部拡大図。
【図４】図１のスパークプラグの第二変形例を示す要部拡大図。
【図５】本発明のスパークプラグの製造方法の第一に係る実施形態を例示する工程説明図。
【図６】図５に続く工程説明図。
【図７】本発明のスパークプラグの製造方法の第二に係る実施形態を例示する工程説明図。
【図８】図７に続く工程説明図。
【図９】実施例にて行った実験結果を示す第一のグラフ。
【図１０】実施例にて行った実験結果を示す第二のグラフ。
【符号の説明】
１主体金具
１ｄ’ 加締め予定部
１ｄ加締め部
１ｅ工具係合部
２絶縁体
ｇ火花放電ギャップ
２０隙間
６１圧縮シール材粉末層
１００スパークプラグ
１６０シール材粉末
１６１小充填単位
１６２ａ，１６２ｂ予備圧縮シール材粉末層
１６４ａ，１６４ｂ予備成形体（予備圧縮シール材粉末層）

Claims

筒状の主体金具（１）と、その主体金具（１）の内側に軸線方向に挿入される軸状の絶縁体（２）とを備え、その絶縁体（２）の軸線（Ｏ）方向の一端側に火花放電ギャップ（ｇ）を有するスパークプラグ（１００）の製造方法であって、前記絶縁体（２）の中心軸線（Ｏ）方向において前記火花放電ギャップ（ｇ）の位置する側を前方側と定義し、
前記主体金具（１）として、後端部に加締め予定部（１ｄ’）が形成され、また、その加締め予定部（１ｄ’）の前方側に隣接する外周面領域に、対辺寸法が１４ｍｍ以下の工具係合部（１ｅ）が形成されたものを用意し、
前記絶縁体（２）を前記主体金具（１）の内部に軸線（Ｏ）方向に挿入し、前記主体金具（１）の後端部内周面と前記絶縁体（２）の外周面との間に形成された周方向の隙間（２０）にシール材粉末（１６０）を充填するとともに、その充填を行なう際に、前記シール材粉末（１６０）を複数の小充填単位（１６１，１６４ａ，１６４ｂ）に分割し、前記小充填単位は、前記隙間（２０）に充填する前に、予備成型により複数のリング状の予備成形体（１６４ａ，１６４ｂ）とされ、前記隙間（２０）内に該予備成形体（１６４ａ，１６４ｂ）を軸線（Ｏ）方向に１個挿入した後、該予備成形体を前記隙間（２０）内にて予備圧縮する工程を繰り返すことにより、前記隙間（２０）内に予備圧縮シール材粉末層（１６４ａ’，１６４ｂ’）を形成するシール材粉末充填工程と、
その後、前記加締め予定部（１ｄ’）を、前記絶縁体（２）の外周面に向け、屈曲して加締め固定するとともに、前記予備圧縮シール材粉末層（１６２ａ，１６２ｂ，１６４ａ’，１６４ｂ’）を、前記軸線（Ｏ）方向の高さをＬ（ｍｍ）、前記中心軸線（Ｏ）に関する半径方向厚さをＭ（ｍｍ）として、
０．５≦Ｍ≦１．３
０．５≦Ｌ≦２×（Ｍ×４．５）
を充足する圧縮シール材粉末層（６１）となす加締め工程と、
を有することを特徴とするスパークプラグの製造方法。
前記隙間２０内にて挿入された前記予備成形体（１６４ａ，１６４ｂ）を圧縮する際の圧力は、予備成型によりリング状の予備成形体を製造する際の圧縮力よりも高く設定した請求項１に記載のスパークプラグの製造方法。
前記シール材粉末は、７５〜９９．７質量％の滑石を含有し、マグネサイト及びドロマイトの少なくともいずれかを合計にて０．３〜２５質量％の範囲にて含有するものが使用され、
前記シール材粉末層（６１）の密度を２〜２．９ｇ／ｃｍ^３とする請求項１又は２に記載のスパークプラグの製造方法。
筒状の主体金具（１）と、その主体金具（１）の内側に軸線方向に挿入される軸状の絶縁体（２）とを備え、その絶縁体（２）の軸線（Ｏ）方向の一端側に火花放電ギャップ（ｇ）を有し、
前記絶縁体（２）の中心軸線（Ｏ）方向において前記火花放電ギャップ（ｇ）の位置する側を前方側と定義し、
前記主体金具（１）は、後端部に加締め部（１ｄ）が前記絶縁体（２）の外周面に向けて屈曲する形態に形成され、また、その加締め部（１ｄ）の前方側に隣接する外周面領域に、対辺寸法が１４ｍｍ以下の工具係合部（１ｅ）が形成されてなり、
前記絶縁体（２）は前記主体金具（１）の内部に軸線（Ｏ）方向に挿入され、前記主体金具（１）の後端部内周面と前記絶縁体（２）の外周面との間に形成された周方向の隙間（２０）に圧縮シール材粉末層（６１）が形成されてなり、
その圧縮シール材粉末層（６１）は、７５〜９９．７質量％の滑石を含有し、マグネサイト及びドロマイトの少なくともいずれかを合計にて０．３〜２５質量％の範囲にて含有するシール材粉末を、複数の小充填単位（１６１，１６４ａ，１６４ｂ）に分割して予備成型により複数のリング状の予備成形体（１６４ａ，１６４ｂ）に圧縮形成し、そのリング状の予備成形体の前記間隙（２０）内への挿入と、その予備成形体の形成圧力よりも強い力の予備圧縮とを繰り返して形成されてなり、
前記圧縮シール材粉末層は、前記軸線（Ｏ）方向の高さをＬ（ｍｍ）、前記中心軸線（Ｏ）に関する半径方向厚さをＭ（ｍｍ）として、
０．５≦Ｍ≦１．３
０．５≦Ｌ≦２×（Ｍ×４．５）
を充足し、かつ、密度が２〜２．９ｇ／ｃｍ^３となるように形成されたことを特徴とするスパークプラグ。