JP5032355B2

JP5032355B2 - スパークプラグの製造方法及びスパークプラグ

Info

Publication number: JP5032355B2
Application number: JP2008024709A
Authority: JP
Inventors: 健二布目; 美邦佐藤; 勝稔中山
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: JP2009187721A

Description

本発明は、内燃機関に組み付けられて混合気への点火を行うためのスパークプラグの製造方法及びスパークプラグに関するものである。

従来、内燃機関には点火のためのスパークプラグが用いられている。このスパークプラグでは、一般的には、中心電極が挿設された絶縁碍子を保持する主体金具の燃焼室側の先端面に接地電極の一端部が接合され、その他端部側が中心電極の先端部に向けて屈曲されている。その接地電極の他端部には、針状の電極チップが溶接されている。この電極チップと中心電極の先端部との間には火花放電間隙が形成されている。これにより、火花放電は火花放電間隙で積極的に行われるので着火性が向上する。さらに、火炎核の成長過程の初期段階において、火炎核が接地電極に接触して熱が奪われること等が抑制される。

この種のスパークプラグの製造方法として、例えば、棒状の接地電極に接地電極側チップ（電極チップ）を溶接し、曲げ加工を行ってから主体金具に接合するスパークプラグの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、接地電極の電極チップと中心電極との間に軸ずれを生じないので、正確な火花放電ギャップを形成することができる。
特開２００３−２２９２３１号公報

ところが、近年はエンジン周りの設計を自由化するためにプラグの細径化が要求されている。プラグを細径化すると、接地電極の曲げ部とチップ溶接部との距離が近くなるため、チップ溶接部にかかる曲げの応力が必然的に大きくなる。従って、自動車に取り付けられて高温下で振動すると、そのチップ溶接部が割れて電極チップが脱落するおそれがあった。このおそれを解決するために、例えば、曲げの度合いをきつくすることによって、曲げ部とチップ溶接部との距離を離す方法が考えられる。しかし、曲げ部にかかる応力はさらに大きくなるので、曲げ部が破損するおそれがあった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、接地電極と電極チップとの溶接部分にかかる曲げの応力を軽減できるスパークプラグの製造方法及びスパークプラグを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のスパークプラグの製造方法は、中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、当該軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子の径方向周囲を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、一端部が前記主体金具の先端面に接合され、他端部を前記中心電極の先端部に向けて屈曲させた接地電極と、当該接地電極の前記他端部に接合され、前記中心電極の前記先端部との間で火花放電間隙を形成する突起状の第１電極チップとを備えるスパークプラグの製造方法において、前記主体金具の前記先端面に、前記接地電極の前記一端部を接合する金具接合工程と、前記中心電極を保持する前記絶縁碍子を、前記主体金具に保持させる絶縁碍子保持工程と、前記接地電極の屈曲を行う電極屈曲工程と、当該電極屈曲工程後に、前記接地電極の前記他端部に前記第１電極チップを接合するチップ接合工程と、前記接地電極をさらに屈曲させ、前記第１電極チップの位置を前記中心電極の前記先端部に合わせる電極再屈曲工程とを有する。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグの製造方法は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記電極屈曲工程後で、前記チップ接合工程前に、前記接地電極の前記他端部において、前記中心電極の前記先端部の位置に対応する位置に、前記第１電極チップを配置するチップ配置工程を有する。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグの製造方法は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記電極屈曲工程後で、前記チップ接合工程前に、前記接地電極の前記他端部において、前記中心電極の前記先端部の位置に対応する位置に、位置決め部を形成する位置決め部形成工程を有し、前記チップ接合工程において、前記接地電極の前記他端部に形成された前記位置決め部に、前記第１電極チップを接合することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のスパークプラグの製造方法は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記電極屈曲工程では、前記接地電極の前記他端部を、前記中心電極の前記先端部の側面、又は前記中心電極の前記先端部に接合された突起状の第２電極チップの側面に向けて屈曲させることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のスパークプラグは、請求項１から４の何れかに記載のスパークプラグの製造方法によって製造されたことを特徴とする。

請求項１に係る発明のスパークプラグの製造方法では、電極屈曲工程で接地電極を屈曲した後で、チップ接合工程で接地電極の他端部に第１電極チップを接合する。これにより、第１電極チップと接地電極との接合部分に屈曲による応力がかからないので、第１電極チップが脱落するのを防止できる。また、電極屈曲工程の前に金具接合工程を行う。金具接合工程では、主体金具の先端面に接地電極の一端部を接合する。これにより、接地電極の一端部が固定されるので、電極屈曲工程において接地電極の他端部を屈曲させ易くすることができる。また、金具接合工程後に絶縁碍子保持工程を行い、その後、電極屈曲工程を行う。絶縁碍子保持工程では、中心電極を保持する絶縁碍子を主体金具に保持させる。これにより、電極屈曲工程において、接地電極の他端部を、主体金具に絶縁碍子を介して保持される中心電極の先端部に向けて屈曲させることができる。また、チップ接合工程後に電極再屈曲工程を行う。電極再屈曲工程では、接地電極が電極屈曲工程によって既に屈曲しているので、第１電極チップを中心電極の先端部に合わせ易くなる。さらに、接地電極は既に屈曲した部分を中心に曲がるので、第１電極チップが接合された接地電極の他端部は屈曲され難い。従って、接地電極を曲げる前に第１電極チップを接合する方法と比較して、接地電極の他端部と第１電極チップとの接合部にかかる曲げの応力を軽減することができる。

また、請求項２に係る発明のスパークプラグの製造方法では、請求項１に記載の発明の効果に加え、電極屈曲工程後にチップ配置工程を行い、その後、チップ接合工程を行う。チップ配置工程では、接地電極の他端部で、中心電極の先端部の位置に対応する位置に第１電極チップを配置する。これにより、チップ溶接工程において、中心電極の先端部の位置に対応する位置に第１電極チップを溶接できるので、火花放電間隙において、中心電極の軸と第１電極チップの軸とのズレを少なくできる。

また、請求項３に係る発明のスパークプラグの製造方法では、請求項１に記載の発明の効果に加え、電極屈曲工程後に位置決め部形成工程を行い、その後、チップ接合工程を行う。位置決め部形成工程では、接地電極の他端部で、中心電極の先端部の位置に対応する位置に位置決め部を形成する。そして、チップ接合工程において、接地電極の他端部に形成された位置決め部に第１電極チップを接合することによって、中心電極の先端部の位置に対応する位置に電極チップを位置させることができる。これにより、火花放電間隙において、中心電極の軸と第１電極チップの軸とのズレを少なくできる。

また、請求項４に係る発明のスパークプラグの製造方法では、請求項１に記載の発明の効果に加え、第１電極チップの突出方向の先端部から中心電極の側面、又は第２電極チップの側面に向けて放電させる所謂「横放電タイプ」のスパークプラグを提供できる。

また、請求項５に係る発明のスパークプラグは、請求項１から４の何れかに記載のスパークプラグの製造方法によって製造されているので、第１電極チップと接地電極との接合部分に屈曲による応力がかからないスパークプラグを提供できる。

以下、本発明を具体化したスパークプラグの製造方法及びスパークプラグの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１，図２を参照して、一例としてのスパークプラグ１００の構造について説明する。図１は、スパークプラグ１００の部分断面図である。図２は、図１に示す中心電極２０の先端部２２付近の拡大図である。なお、図１，図２において、スパークプラグ１００の軸線Ｏ方向を図面における上下方向とし、下側をスパークプラグ１００の先端側、上側を後端側として説明する。

図１に示すように、スパークプラグ１００は、概略、自身の軸孔１２内の先端側に中心電極２０を保持し、後端側に端子金具４０を保持した絶縁碍子１０を、その絶縁碍子１０の径方向周囲を主体金具５０で取り囲んで保持した構造を有する。主体金具５０の先端面５７には接地電極３０が接合され、その他端部（先端部３１）側は中心電極２０と対向するように屈曲されている。

まず、絶縁碍子１０について説明する。図１に示すように、絶縁碍子１０は周知のようにアルミナ等を焼成して形成され、軸中心に軸線Ｏ方向へ延びる軸孔１２が形成された筒形状を有する。軸線Ｏ方向の略中央には外径が最も大きな鍔部１９が形成されている。それより後端側（図１の上側）には後端側胴部１８が形成されている。鍔部１９より先端側（図１の下側）には後端側胴部１８よりも外径の小さな先端側胴部１７が形成されている。さらにその先端側胴部１７よりも先端側には、先端側胴部１７よりも外径の小さな脚長部１３が形成されている。脚長部１３は先端側ほど縮径され、スパークプラグ１００が内燃機関のエンジンヘッド（図示外）に取り付けられた際にはその燃焼室内に曝される。そして、脚長部１３と先端側胴部１７との間には段部１５が形成されている。

次に、中心電極２０について説明する。図１，図２に示すように、中心電極２０は、インコネル（商標名）６００又は６０１等のニッケル、又はニッケルを主成分とする合金から形成された母材の内部に、その母材よりも熱伝導性に優れる銅又は銅を主成分とする合金からなる芯材２５を埋設した構造を有する棒状の電極である。中心電極２０は、絶縁碍子１０の軸孔１２内の先端側に保持され、その先端部２２は、絶縁碍子１０の先端よりも先端側に突出されている。中心電極２０の先端部２２は、先端側に向かって径小となるように形成され、その先端面には耐火花消耗性を向上するための貴金属からなる電極チップ９０が接合されている。

また、絶縁碍子１０の先端付近の軸孔１２の内周面と、その内周面に対向する中心電極２０の外周面との間には若干の間隙が設けられている（図２参照）。燻り時に、この間隙にてコロナ放電を発生させることによって、絶縁碍子１０の先端付近に付着したカーボンが焼き切られ、絶縁抵抗が回復するようになっている。さらに、中心電極２０は、絶縁碍子１０の軸孔１２内を後端側に向けて延設され、シール体４及びセラミック製の抵抗体３を経由して、後方（図１の上方）の端子金具４０に電気的に接続されている。端子金具４０には、高圧ケーブル（図示外）がプラグキャップ（図示外）を介して接続され、高電圧が印加されるようになっている。

次に、主体金具５０について説明する。図１に示す主体金具５０は、内燃機関のエンジンヘッド（図示外）にスパークプラグ１００を固定するための円筒状の金具であり、低炭素鋼材によって形成されている。この主体金具５０は、絶縁碍子１０を、その後端側胴部１８の一部から脚長部１３にかけての部位を取り囲むようにして内挿保持している。さらに主体金具５０は、スパークプラグレンチ（図示外）が嵌合する工具係合部５１と、エンジンヘッドの取付孔（図示外）に螺合するねじ山が形成された取付ねじ部５２とを備えている。

また、工具係合部５１と取付ねじ部５２との間には、鍔状のシール部５４が形成されている。さらに、取付ねじ部５２とシール部５４との間のねじ首５９には、板体を折り曲げて形成した環状のガスケット５が嵌挿されている。ガスケット５は、スパークプラグ１００をエンジンヘッドの取付孔（図示外）に取り付けた際に、シール部５４の座面５５と取付孔の開口周縁との間で押し潰されて変形する。これにより、座面５５と取付孔の開口周縁との間が封止されるので、取付孔を介したエンジン内の気密漏れが防止される。

また、工具係合部５１よりも後端側には、薄肉の加締部５３が設けられている。シール部５４と工具係合部５１との間には、加締部５３と同様に薄肉の座屈部５８が設けられている。さらに、工具係合部５１から加締部５３にかけての内周面と、絶縁碍子１０の後端側胴部１８の外周面との間には、円環状のリング部材６，７が介在されている。両リング部材６，７間にはタルク（滑石）９の粉末が充填されている。

このような主体金具５０において、加締部５３を内側に折り曲げるようにして加締めることにより、リング部材６，７及びタルク９を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向けて押圧される。これにより、主体金具５０の内周で取付ねじ部５２の位置に形成された段部５６に、環状の板パッキン８を介して、絶縁碍子１０の段部１５が支持されて、主体金具５０と絶縁碍子１０とが一体となる。また、主体金具５０と絶縁碍子１０との間の気密性は板パッキン８によって保持されるので、燃焼ガスの流出が防止される。さらに、座屈部５８は、加締めの際に、圧縮力の付加に伴って外向きに撓み変形するように構成されている。また、タルク９の軸線Ｏ方向の圧縮長を長くして主体金具５０内の気密性を高めている。

次に、接地電極３０について説明する。図２に示す接地電極３０は、耐腐食性の高い金属で形成されている。一例として、インコネル（商標名）６００又は６０１などのニッケル系合金が用いられている。接地電極３０は、自身の長手方向と直交する横断面が略長方形であって、略Ｌ字に屈曲された角棒状に形成されている。接地電極３０は、後述する電極チップ９５が接合される先端部３１と、主体金具５０の先端面５７に抵抗溶接される基端部３２と、それら先端部３１と基端部３２との間で略Ｌ字に屈曲する屈曲部３５とを備えている。

そして、先端部３１の内面３３には、針状に突出すると共に、中心電極２０の先端部２２に接合された電極チップ９０に対向して、火花放電間隙Ｇを形成する電極チップ９５が抵抗溶接されている。電極チップ９５は、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ等の耐火花消耗性の高い貴金属によって形成されている。その形状は、断面積（電極チップ９５の軸線方向と直交する断面の断面積）が０．１２〜１．１３ｍｍ^２、高さ（内面３３からの突出高さ）が０．５ｍｍ以上の柱状に形成されている。そして、中心電極２０から電極チップ９０を突出させ、接地電極３０から電極チップ９５を突出させたことにより、火花放電間隙Ｇで火花放電が積極的に行われる。そして、火花放電間隙Ｇで火炎核が形成されるので、その火炎核の成長過程の初期段階で、火炎核が接地電極３０に接触して熱が奪われることが抑制される。なお、図２に示す電極チップ９５が本発明の「第１電極チップ」に相当する。

また、上記構造からなるスパークプラグ１００は、主体金具５０の取付ねじ部５２に形成されたねじ山の呼び径がＭ１２以下である小径のスパークプラグとして作製されるものである。こうしたスパークプラグ１００では、径方向における中心電極２０と接地電極３０との距離がより小さくなっている。そのため、接地電極３０の軸線Ｏ方向に沿って延びる部位を確保しつつ、できるだけ先端側で屈曲させているため、屈曲部３５における曲率半径は一般的に使用されているねじ山の呼び径がＭ１４であるスパークプラグよりも小さくなっている。

次に、上記構成を特徴とするスパークプラグ１００の製造工程について説明する。図３は、金具接合工程から予備曲げ工程までを示す図である。図４は、チップ接合工程から本曲げ工程までを示す図である。図５は、予備曲げ工程にて、接地電極３０が予備曲げされる様子を示す図である。図６は、チップ接合工程の内容を示す図である。図７は、レーザー溶接工程の内容を示す図である。図８は、電極チップ９５の抵抗溶接を示す図である。図９は、本曲げ工程にて、接地電極３０が本曲げされる様子を示す図である。

まず、スパークプラグ１００の製造工程は、スパークプラグ１００の構成部品をそれぞれ作製して準備する「準備工程」と、その準備工程で作製された各構成部品を互いに組み付ける「組み付け工程」とに分けられる。以下、各工程について順に説明する。なお、準備工程は従来の方法と同じであるので概略的に説明する。

準備工程について説明する。準備工程では、絶縁碍子１０、中心電極２０及び接地電極３０をそれぞれ作製する。絶縁碍子１０の主原料にはアルミナを使用する。そして所定の形状になるように切削等を行い、高温で焼成することによって、絶縁碍子１０を作製する。中心電極２０及び接地電極３０は、上述したニッケル系合金によって棒状に作製する。なお、中心電極２０の母材の内部には、その母材よりも熱伝導性に優れる銅又は銅を主成分とする合金からなる芯材２５が挿入される。

次いで、作製された絶縁碍子１０の内部に、中心電極２０、シール体４、抵抗体３、予め塑性加工等によって作製された端子金具４０等を順に挿入し、そして、ガラスシールと呼ばれる加熱圧縮工程によってこれらが一体的に形成される。一方、主体金具５０には鋼鉄材料を使用する。そして、所定の形状になるように塑性加工、切削及びネジ山形成工程等を行うことによって主体金具５０を作製する。この主体金具５０には、上述の工具係合部５１、シール部５４等が各々形成される。

次に、組み付け工程について説明する。図３，図４に示すように、組み付け工程は５つの工程からなり、主体金具５０の先端面５７に接地電極３０を溶接する金具溶接工程と、主体金具５０内に絶縁碍子１０を内挿保持させる絶縁碍子保持工程と、接地電極３０の予備曲げを行う予備曲げ工程と、予備曲げされた接地電極３０の先端部３１に電極チップ９５を溶接するチップ接合工程と、電極チップ９５が溶接された接地電極３０の本曲げを行う本曲げ工程とで構成されている。以下、各工程について順に説明する。

まず、金具接合工程について説明する。図３に示すように、金具接合工程では、絶縁碍子１０を組み付ける前の主体金具５０の先端面５７に、接地電極３０の基端部３２を抵抗溶接により接合する。なお、接地電極３０は曲げ加工が施される前の棒状の状態である。即ち、接地電極３０は、主体金具５０の軸線方向に対して平行に延設された状態となる。この後に、めっき工程を行う。めっき工程では、接地電極３０が接合された状態で主体金具５０がめっきされる。めっきの際には、接地電極３０をマスキング等するか、マスキングなしで主体金具５０をめっきをした後に、接地電極３０に付着しためっきを剥離する。これにより、接地電極３０の電極チップ９５が溶接される位置にめっきが付着して、電極チップ９５の溶接強度が低下するのを防止できる。こうして、金具組立体２００が形成される。

次に、絶縁碍子保持工程について説明する。図３に示すように、絶縁碍子保持工程では、まず、金具組立体２００の内側に、ガラスシールによって中心電極２０が一体となった絶縁碍子１０を差し込む。次いで、加締部５３（図１参照）を内側に折り曲げるようにして加締める。すると、リング部材６，７及びタルク９（図１参照）を介し、絶縁碍子１０が主体金具５０内で先端側に向けて押圧される。これにより、主体金具５０の内周で取付ねじ部５２（図１参照）の位置に形成された段部５６（図１参照）に、環状の板パッキン８（図１参照）を介して、絶縁碍子１０の段部１５が支持される。そして、中心電極２０の先端が主体金具５０の先端側から突出した状態で、絶縁碍子１０が主体金具５０に一体的に保持される。

次に、予備曲げ工程について説明する。図５に示すように、予備曲げ工程では、予備曲げスペーサ６０と曲げパンチ７０とを有する予備曲げ機構が用いられる。棒状の接地電極３０は、この予備曲げ機構によって所定の予備曲げ形状に加工される。予備曲げスペーサ６０は、接地電極３０の内面に向かって鋭角に延びる側面視三角形状に形成されている。予備曲げスペーサ６０の下端側の外面には、中心電極２０と対向する平坦面である基準面６１が形成され、先端側の外面には、接地電極３０に押しつけられると共に、接地電極３０の予備曲げ形状に対応した曲面を有する曲げ型面６２が形成されている。さらに、予備曲げスペーサ６０の先端部には、基準面６１よりも下向きに突出する突出部６３が形成され、曲げ型面６２の先端部分がその突出部６３の下縁まで延長された形状となっている。なお、曲げ型面６２の後方側には、後方に向かうほど中心電極２０の先端面から遠ざかる斜面６４が形成されている。

他方、曲げパンチ７０には、接地電極３０の外面に当接され、接地電極３０の予備曲げ形状に対応する曲げ型面７１が形成されている。この曲げ型面７１は、予備曲げスペーサ６０の斜面６４に対応する斜面７２と、予備曲げスペーサ６０の曲げ型面６２の先端側に対応すると共に、接地電極３０の曲げをガイドするために斜面７２よりも急勾配とされた斜面７３とからなる。

このような予備曲げ機構に金具組立体２００が設置されると、予備曲げスペーサ６０と曲げパンチ７０との間に、棒状の接地電極３０が配置される。ここで、金具組立体２００の先端側からは中心電極２０の先端部２２（図２参照）が既に突出している。つまり、接地電極３０の先端部３１を屈曲させる方向が明確となっている。このような状態で、曲げパンチ７０を予備曲げスペーサ６０に向けて接近させる。すると、接地電極３０は、予備曲げスペーサ６０と曲げパンチ７０の斜面７２，７３との間に挟み付られて押圧される。これにより、接地電極３０の先端部３１は斜め上方を向くと共に、予備曲げスペーサ６０に押し当てられた部分が、曲げ型面６２の形状に屈曲する。こうして、接地電極３０に予備曲げ部３４が形成される。

なお、接地電極３０に形成された予備曲げ部３４は、後の本曲げ工程で形成される屈曲部３５となる部分である。つまり、接地電極３０の屈曲部３５となる部分に、予備曲げ工程にて先に曲げ癖を付けるのである。従って、本曲げ工程では、曲げ癖の付いた予備曲げ部３４を中心に曲がるので、後に電極チップ９５が溶接される先端部３１が曲がることがない。なお、予備曲げ部３４の曲げ度合いは、接地電極３０に曲げ癖が付く程度で足りるため、後述する本曲げ工程における曲げ度合いより小さくてよい。

次に、チップ接合工程について説明する。図４に示すように、チップ接合工程では、予備曲げされた接地電極３０の先端部３１に電極チップ９５を接合する。図６，図７に示すように、チップ接合工程は、３つの工程からなり、接地電極３０の先端部３１の所定位置に、電極チップ９５を配置する「チップ配置工程」と、先端部３１に配置された電極チップ９５を抵抗溶接する「抵抗溶接工程」と、抵抗溶接された電極チップ９５の溶接部分をレーザー溶接する「レーザー溶接工程」とから構成されている。

まず、チップ配置工程について説明する。図６に示すように、電極チップ９５の下面には、下方に突出する突起部９８が設けられている。他方、接地電極３０の先端部３１の内面３３の所定部分には、電極チップ９５の突起部９８が嵌るための位置決め孔３８が予め設けられている。この位置決め孔３８の位置は、接地電極３０が本曲げされた際に、中心電極２０の先端に溶接された電極チップ９０と対向する位置となる。

そして、電極チップ９５は、一対のアーム状のチップガイド８１，８２によって運搬される。チップガイド８１，８２は金属製であり、接地電極３０の内面３３に接触する各下面には、絶縁膜８５，８６（図６、図８参照）が各々設けられている。これら絶縁膜８５，８６によって、抵抗溶接時に、チップガイド８１，８２の各下面と、接地電極３０の内面３３との間に電流が流れて接合されてしまうのを防止できる。さらに、チップガイド８１，８２の各先端部には、円柱状の電極チップ９５の外周面に対応して湾曲する把持溝１８１，１８２（図６，図８参照）が各々設けられている。電極チップ９５は、把持溝１８１，１８２に両側から挟まれた状態で運搬される。ここで、接地電極３０は本曲げされる前であるので、先端部３１と中心電極２０の電極チップ９０との間隔は十分広い。これにより、チップガイド８１，８２による電極チップ９５の運搬がスムーズに行われる。そして、接地電極３０の先端部３１の内面３３に設けられた位置決め孔３８に、電極チップ９５の突起部９８が差し込まれて、チップ配置工程が完了する。

次に、抵抗溶接工程について説明する。図６に示すように、チップガイド８１，８２は抵抗溶接用の電極を兼ねている。従って、図８に示すように、電極チップ９５を把持しつつ、接地電極３０の先端部３１の内面３３に押しつけた状態で、チップガイド８１，８２に抵抗溶接用の電流が流される。すると、電極チップ９５の下面と接地電極３０の内面３３との接触部分が溶融するので、電極チップ９５が接地電極３０の先端部３１の内面３３の所定位置に仮溶接される。

なお、抵抗溶接工程は仮止めが目的であるので、チップガイド８１，８２に流す電流は通常よりも弱くてよい。よって、抵抗溶接用の電極を兼ねたチップガイド８１，８２をコンパクトに設計できる。また、電極チップ９５も後述する複合チップのニッケル土台であれば、溶接される面はニッケル系合金であるので、弱い抵抗溶接でも十分な溶接強度を得ることができる。なお、本実施形態では、チップガイド８１，８２を抵抗溶接用の電極として用いたが、例えば、別途薄いリング状の抵抗溶接用電極を用いてもよい。この場合、チップガイド８１，８２で電極チップ９５を配置した後で、チップガイド８１，８２を接地電極３０から離し、リング状の抵抗溶接用電極で電極チップ９５を押さえつけながら抵抗溶接を行えばよい。

次に、レーザー溶接工程について説明する。図７に示すように、接地電極３０の先端部３１の内面３３に電極チップ９５が仮溶接されているので、その溶接部分を目がけて斜め上方からレーザー溶接を行う（図７の二点鎖線Ｒ参照）。なお、レーザーＲは、主体金具５０、絶縁碍子１０、中心電極２０にレーザーＲが当たらないように発射されるため、電極チップ９５の外周を一周しない。つまり、電極チップ９５の外周の片側のみがレーザー溶接される。ここで、電極チップ９５の溶接強度が問題となる。

しかしながら、接地電極３０は予備曲げ工程で既に曲がっているので、この後の本曲げ工程において、電極チップ９５が溶接された先端部３１が曲がることはない。従って、レーザー溶接後に電極チップ９５にかかる曲げの応力は極めて小さいので、レーザー溶接を一周させなくても溶接強度を十分に保てるのである。こうして、図４に示すように、接地電極３０の先端部３１の内面３３に対する電極チップ９５の溶接が完了し、チップ溶接工程が終了する。

次に、本曲げ工程について説明する。本曲げ工程では、本曲げ装置（図示外）が用いられる。既に予備曲げされた接地電極３０は、リニアコンベア（図示外）によって本曲げ装置に運ばれる。本曲げ装置には、図９に示すように、装置内に位置決めされた接地電極３０に対して、図示外の駆動機構によって接離する本曲げパンチ８０が設けられている。そして、先端が斜め上方を向く形で予備曲げされた接地電極３０に対して、本曲げパンチ８０が押し当てられる。こうして、接地電極３０の先端部３１の内面３３が、中心電極２０の先端面とほぼ平行となるように本曲げされ、屈曲部３５が形成される。本曲げ加工は、ＣＣＤカメラ９２でモニタリングしながら段階的に行う。これにより、火花放電間隙Ｇを所定間隔の大きさに形成することができる。なお、本曲げ工程では、ＣＣＤカメラ９２で火花放電間隙Ｇをモニタリングしているが、複数のＣＣＤカメラを用いて、様々な角度からモニタリングしてもよい。例えば、ＣＣＤカメラ９２は、軸線Ｏを挟んで、接地電極３０の内面３３を向く方向から撮影するように設置されているが、これに加え、接地電極３０の側面を向く方向（図９の紙面手前側）から径方向に沿って撮影するＣＣＤカメラを設置してもよい。このように複数のＣＣＤカメラでモニタリングする場合、１つのＣＣＤカメラでモニタリングする場合に比べて、火花放電間隙Ｇをより精度良く調節できる。

ここで、接地電極３０は、予備曲げ工程で形成された予備曲げ部３４を中心に屈曲する。つまり、接地電極３０に付けられた曲げ癖を中心に屈曲するので、電極チップ９５が溶接された先端部３１側が屈曲しない。従って、電極チップ９５と接地電極３０の内面３３との溶接部分には曲げの応力がほとんどかからないので、電極チップ９５の溶接強度が低下するのを防止できる。また、本曲げをする前に、既に予備曲げされているので、接地電極３０を所定の形状に容易に曲げることができる。

さらに、接地電極３０は予備曲げ部３４を中心に屈曲するため、本曲げ後の先端部３１の位置が予想し易い。従って、中心電極２０の電極チップ９０に対して、電極チップ９５の位置を正確かつ容易に合わせることができる。こうして、スパークプラグ１００の一連の製造工程が終了する。そして、この製造工程で作製されたスパークプラグ１００では、電極チップ９５の溶接部分にかかる曲げの応力が軽減されているので、自動車に取り付けられて高温下で振動しても、その溶接部が割れて電極チップ９５が脱落するのを防止できる。

以上説明したように、本実施形態のスパークプラグ１００の製造方法では、接地電極３０の先端部３１に電極チップ９５を溶接するチップ溶接工程の前に、接地電極３０を予備曲げする予備曲げ工程を行う。その後、チップ溶接工程にて電極チップ９５を溶接し、本曲げ工程において、曲げ癖の付いた接地電極３０を本曲げする。本曲げ工程では、接地電極３０は曲げ癖の付いた部分を中心に曲がるので、電極チップ９５が溶接された先端部３１が曲がらない。従って、接地電極３０と電極チップ９５との溶接部分にかかる曲げの応力を軽減することができる。そして、接地電極３０と電極チップ９５との溶接強度が保持されるので、高温や振動に十分に耐えることのできるスパークプラグ１００を提供することができる。

なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、上記実施形態のチップ溶接工程における溶接は、電極チップ９５を抵抗溶接で仮溶接する抵抗溶接工程と、レーザー溶接で補強するレーザー溶接工程との２段階で行われるが、図１０に示すように、複合チップ１９５を用いることによってレーザー溶接工程を省略できる。図１０は、チップ溶接工程にて、複合チップ１９５が接地電極３０に溶接される様子を示す図である。

この複合チップ１９５は、円柱状の貴金属チップ１９６と、その貴金属チップ１９６の下面に溶接部１９９，１９９で溶接されたニッケル土台１９７とからなる複合体である。ニッケル土台１９７はニッケルを主成分とする薄い板状に形成されている。その下面には下方に突出する突起部１９８が設けられている。

まず、チップ配置工程では、複合チップ１９５が、一対のチップガイド８１，８２に把持されて接地電極３０の先端部３１の内面３３に運搬される。そして、内面３３に設けられた位置決め孔３８に対して、複合チップ１９５の突起部１９８が差し込まれて配置される。次いで、抵抗溶接工程では、チップガイド８１，８２による抵抗溶接がなされる。この場合、複合チップ１９５のニッケル土台１９７と、ニッケル系合金の接地電極３０の内面３３との接触部分が溶融するので溶融部分が厚くなる。これにより、電極チップ９５を単体で溶接する場合に比べて、溶接強度をより高くすることができる。なお、複合チップ１９５を用いる場合は、ニッケル土台１９７を接地電極３０と同じ成分にするのが好ましい。

また、上記実施形態では、接地電極３０の曲げを２段階で行い、１回目で軽く曲げ、２回目の曲げで大きく曲げているが、その反対に、１回目で大きく曲げ、２回目で軽く曲げてもよい。この場合、２回目の曲げでは、中心電極２０の電極チップ９０に対して、電極チップ９５の位置を微調整することができる。その場合でも、電極チップ９５の溶接は、１回目の曲げの後で行うので、電極チップ９５と接地電極３０との溶接部分にかかる曲げの応力は極めて小さい。

また、接地電極３０の曲げを１回で行い、その後に電極チップ９５を溶接してもよい。例えば、図１１に示すように、絶縁碍子保持工程後に、接地電極３０の予備曲げを行うことなく、本曲げ工程を行ってもよい。図１１は、接地電極３０を一回で曲げる場合の製造工程を示す図である。

この本曲げ工程では、接地電極３０の先端部３１の内面３３が、中心電極２０の先端部２２（図２参照）に溶接された電極チップ９０に対向するように屈曲させる。次いで、その接地電極３０の先端部３１の内面３３において、中心電極２０の電極チップ９０に対向する位置に、位置決め孔３８を形成する「位置決め孔形成工程」を行う。

この位置決め孔形成工程では、上記したＣＣＤカメラ等を用いて、接地電極３０の内面３３上における中心電極２０の先端部２２（図２参照）に対向する位置をコンピュータ（ＰＣ）で自動的に割り出す。そして、その割り出された位置に、パンチや、ドリル等を用いて位置決め孔３８を形成する。つまり、位置決め部形成工程では、接地電極３０は完全に曲げられた後であるので、中心電極２０の電極チップ９０に対向する位置が明確である。その後、チップ接合工程において、接地電極３０に形成された位置決め孔３８に、電極チップ９５の突起部９８を差し込むようにして配置する。これにより、電極チップ９０に対向する電極チップ９５の位置精度が向上する。このような方法でも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、上記実施形態では、位置決め部形成工程において、電極チップ９５を接地電極３０に配置するために、中心電極２０の先端部２２（図２参照）に対向する位置をコンピュータで割り出し、その割り出し位置に位置決め孔３８を形成したが、割り出し位置に電極チップ９５を直接配置して抵抗溶接を行ってもよい。

また、上記実施形態では、金具接合工程後に、絶縁碍子保持工程、予備曲げ工程、チップ接合工程の順に進行するが、金具接合工程後に、予備曲げ工程、チップ接合工程、絶縁碍子保持工程の順に進行させてもよい。つまり、接地電極３０を主体金具５０の先端面５７に溶接した後で、接地電極３０の予備曲げを行い、電極チップ９５を溶接した後で、中心電極２０が一体となった絶縁碍子１０を主体金具５０に組み付けてもよい。

さらに、上記実施形態では、軸線方向に沿って放電させる所謂「縦放電タイプ」のスパークプラグ１００の製造方法について説明したが、例えば、火花放電間隙が軸線方向に直交する方向に沿って形成された所謂「横放電タイプ」のスパークプラグの製造方法にも適用可能である。図１２に示すスパークプラグ３００は、横放電タイプである。このスパークプラグ３００では、主体金具１５０の先端側から絶縁碍子１１０と一体となった中心電極１２０の先端部が突出している。その中心電極１２０の先端部には、突起状の電極チップ１９０（本発明の「第２電極チップ」に相当）が溶接されている。そして、主体金具１５０の先端面に接合された接地電極１３０はＬ字状に屈曲され、その先端部は、電極チップ１９０の側面に向けられている。さらに、接地電極１３０の先端部には電極チップ２９５が溶接されており、火花放電間隙Ｇが横方向（スパークプラグ３００の軸線方向に直交する方向）に形成される。

このような横放電タイプでは、電極チップ２９５を横向きに配置するため、縦放電タイプに比べて、接地電極１３０において屈曲部１３４を形成するために使用できるスペースが限られる。よって、横放電タイプの接地電極の屈曲部における曲率半径は、縦放電タイプに比較して小さくなる。さらに、ねじ山の呼び径がＭ１２以下の小径のスパークプラグに関しては、上述したように、一般的なスパークプラグ（Ｍ１４）に比べて、屈曲部における曲率半径がさらに小さくなる。つまり、Ｍ１２以下の横放電タイプのスパークプラグ３００を製造する場合、接地電極１３０の屈曲部１３４にかかる応力が大きくなる。そこで、上記実施形態の製造方法のように、接地電極１３０を先に屈曲させ、その後で、電極チップ２９５を接地電極１３０に溶接する。これにより、横放電タイプのスパークプラグ３００においても接地電極１３０の屈曲部１３４にかかる応力を軽減できる。

なお、スパークプラグ３００の中心電極１２０の先端部には電極チップ１９０が溶接されているが、中心電極の先端部に電極チップが溶接されていないタイプでも本発明は適用可能である。また、上記実施形態のスパークプラグ１００のような所謂「縦放電タイプ」（火花放電間隙が軸線方向に沿って形成されるタイプ）でも同様である。

スパークプラグ１００の部分断面図である。図１に示す中心電極２０の先端部２２付近の拡大断面図である。金具接合工程から予備曲げ工程までを示す図である。チップ接合工程から本曲げ工程までを示す図である。予備曲げ工程にて、接地電極３０が予備曲げされる様子を示す図である。チップ接合工程の内容を示す図である。レーザー溶接工程の内容を示す図である。電極チップ９５の抵抗溶接を示す図である。本曲げ工程にて、接地電極３０が本曲げされる様子を示す図である。チップ溶接工程にて、複合チップ１９５が接地電極３０に溶接される様子を示す図である。接地電極３０を一回で曲げる場合の製造工程を示す図である。変形例であるスパークプラグ３００の先端側の部分拡大図である。

１０絶縁碍子
２０中心電極
２２先端部
３０接地電極
３１先端部
３３内面
３４予備曲げ部
３５屈曲部
３８位置決め孔
５０主体金具
５７先端面
９５電極チップ
９８突起部
１００スパークプラグ
３００スパークプラグ

Claims

中心電極と、軸線方向に沿って延びる軸孔を有し、当該軸孔の内部で前記中心電極を保持する絶縁碍子と、当該絶縁碍子の径方向周囲を周方向に取り囲んで保持する主体金具と、一端部が前記主体金具の先端面に接合され、他端部を前記中心電極の先端部に向けて屈曲させた接地電極と、当該接地電極の前記他端部に接合され、前記中心電極の前記先端部との間で火花放電間隙を形成する突起状の第１電極チップとを備えるスパークプラグの製造方法において、
前記主体金具の前記先端面に、前記接地電極の前記一端部を接合する金具接合工程と、
前記中心電極を保持する前記絶縁碍子を、前記主体金具に保持させる絶縁碍子保持工程と、
前記接地電極の屈曲を行う電極屈曲工程と、
当該電極屈曲工程後に、前記接地電極の前記他端部に前記第１電極チップを接合するチップ接合工程と、
前記接地電極をさらに屈曲させ、前記第１電極チップの位置を前記中心電極の前記先端部に合わせる電極再屈曲工程と
を有することを特徴とするスパークプラグの製造方法。
前記電極屈曲工程後で、前記チップ接合工程前に、
前記接地電極の前記他端部において、前記中心電極の前記先端部の位置に対応する位置に、前記第１電極チップを配置するチップ配置工程を有することを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグの製造方法。
前記電極屈曲工程後で、前記チップ接合工程前に、
前記接地電極の前記他端部において、前記中心電極の前記先端部の位置に対応する位置に、位置決め部を形成する位置決め部形成工程を有し、
前記チップ接合工程において、前記接地電極の前記他端部に形成された前記位置決め部に、前記第１電極チップを接合することを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグの製造方法。
前記電極屈曲工程では、
前記接地電極の前記他端部を、前記中心電極の前記先端部の側面、又は前記中心電極の前記先端部に接合された突起状の第２電極チップの側面に向けて屈曲させることを特徴とする請求項１に記載のスパークプラグの製造方法。
請求項１から４の何れかに記載のスパークプラグの製造方法によって製造されたことを特徴とするスパークプラグ。