(57)【要約】【課題】導体部材に小径部が埋設された段付き円柱状の金属部材の露呈している大径部の上面を半球状に精度良く成形する成形方法を提供すること。【解決手段】段付き円柱状の金属部材１０の小径部１２の全体が絶縁部材２０に埋設され、金属部材１０の大径部１１の全体が絶縁部材２０の上に露呈した状態が実現される。この状態にて、大径部１１の上方から大径部１１の上面に向けてレーザビームが照射される。このとき、レーザビームの中心軸が大径部１１の中心軸と一致するように、且つ、大径部１１の上面の全域にレーザビームが同時に当たるように、レーザビームが照射される。これにより、大径部１１の上部の全体がレーザビームによって溶かし込まれ、大径部１１の上面が、「平面」から「上方に突出する半球状」に精度良く成形され得る。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の大径部と、前記大径部の下面に同軸的に接続され前記大径部より外径が小さい円柱状の小径部と、からなる、金属によって構成された金属部材、の前記小径部の全体が絶縁部材に埋設され、前記大径部の全体が前記絶縁部材の上に露呈した状態を実現する第１工程と、
前記大径部の上方から前記大径部の上面に向けてレーザビームを照射することによって、前記大径部を溶かし込んで、前記大径部の上面を上方に向けて突出する曲面形状に成形する第２工程と、
を含む、成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載の成形方法において、
前記第２工程において、前記大径部の上面が半球状に成形された、成形方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の成形方法において、
前記第２工程において、前記レーザビームの中心軸が前記大径部の中心軸と一致するように、且つ、前記大径部の上面の全域に前記レーザビームが同時に当たるように、前記レーザビームが照射されて、前記大径部の上面が成形される、成形方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の成形方法において、
前記金属部材の前記大径部が、前記金属部材の前記小径部から延びた前記小径部と同径の円柱状部分と、前記円柱状部分の側面を覆うように設けられた円環状部分と、から構成され、
前記第２工程において、先ず、前記レーザビームの中心軸が前記大径部の中心軸と平行になり、且つ、前記レーザビームの中心軸が前記大径部の上面における前記円柱状部分と前記円環状部分との接触部に当たるように、前記大径部の上方から前記大径部の上面の一部に向けて前記レーザビームが照射されて、前記円柱状部分と前記円環状部分とが溶接・固定され、
その後、前記レーザビームの中心軸が前記大径部の中心軸と一致するように、且つ、前記大径部の上面の全域に前記レーザビームが同時に当たるように、前記レーザビームが照射されて、前記大径部の上面が成形される、成形方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の成形方法において、
前記大径部の直径が、４ｍｍ以下である、成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、点火プラグの電極について、種々の形態のものが知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１１−５０１３７７号公報
【特許文献２】特開平５−２３４６６２号公報
【発明の概要】
【０００４】
出願人は、点火プラグの電極として、「上面が半球状の大径部と、前記大径部の下面に同軸的に接続され前記大径部より外径が小さい円柱状の小径部と、からなる金属部材」と、「金属部材の小径部の全体を埋設し、金属部材の大径部の全体がその上に露呈する絶縁部材」と、を備えた点火プラグの電極を提案している（後述する図１を参照）。
【０００５】
出願人は、このような形態を有する点火プラグの電極について、金属部材の大径部の上面を上方に向けて突出する曲面形状に精度良く成形する手法を見出した。
【０００６】
本発明に係る成形方法は、「円柱状の大径部と、前記大径部の下面に同軸的に接続され前記大径部より外径が小さい円柱状の小径部と、からなる、金属によって構成された金属部材」の前記小径部の全体が絶縁部材に埋設され、前記大径部の全体が前記絶縁部材の上に露呈した状態を実現する第１工程と、前記大径部の上方から前記大径部の上面に向けてレーザビームを照射することによって、前記大径部を溶かし込んで、前記大径部の上面を上方に向けて突出する曲面形状に成形する第２工程と、を含む。ここにおいて、前記第２工程において、前記大径部の上面が半球状に成形されることが好ましい。
【０００７】
具体的には、前記第２工程において、前記レーザビームの中心軸が前記大径部の中心軸と一致するように、且つ、前記大径部の上面の全域に前記レーザビームが同時に当たるように、前記レーザビームが照射され得る。このためには、「スポット径が大径部の外径と同じ或いは同等の大きさに調整されたレーザビーム」が、「そのスポット径に対応する部分」が大径部の上面の全域に当たるように照射されてもよい。或いは、「スポット径が大径部の外径より小さく調整されたレーザビーム」が、そのスポット径に対応する位置よりレーザ照射装置側における「レーザビームが占める領域の外径が大径部の外径と同じ或いは同等となる部分」が大径部の上面の全域に当たるように照射されてもよい。
【０００８】
上記本発明に係る成形方法によれば、レーザビームの照射条件を適宜調整することによって、金属部材の大径部の上面を上方に向けて突出する曲面形状に精度良く成形できることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る成形方法によって成形された、点火プラグの電極の上面部、及び、側面図である。
【図２】図１に示した金属部材の成形前の状態の上面図、及び、側面図である。
【図３】図２の３−３線に対応する断面図である。
【図４】図２に示した成形前の金属部材の小径部の全体が絶縁部材に埋設されて、金属部材の大径部の全体が絶縁部材の上に露呈した状態を示す上面図、及び、側面図である。
【図５】図４の５−５線に対応する断面図である。
【図６】図５に示した状態にある金属部材の大径部の上面に対して、レーザビームの中心軸が大径部の中心軸と一致するように、且つ、大径部の上面の全域にレーザビームが同時に当たるように、レーザビームが照射された状態を示した図である。
【図７】本発明の実施形態の第１変形例に係る、図５に対応する図である。
【図８】図７に示した状態にある金属部材の大径部の上面に対して、レーザビームの中心軸が大径部の中心軸と平行になり、且つ、レーザビームの中心軸が大径部の上面における円柱状部分と円環状部分との接触部に当たるように、大径部の上面の一部に向けてレーザビームが照射された状態を示した図である。
【図９】図８に示したレーザビームの照射後の状態にある金属部材の大径部の上面に対して、レーザビームの中心軸が大径部の中心軸と一致するように、且つ、大径部の上面の全域にレーザビームが同時に当たるように、レーザビームが照射された状態を示した図である。
【図１０】本発明の実施形態の第２変形例に係る、図１に対応する図である。
【図１１】本発明の実施形態の第３変形例に係る、図１に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態（本実施形態）に係る成形方法、並びに、その成形方法によって形成された点火プラグの電極について説明する。
【００１１】
（本実施形態に係る成形方法によって形成された点火プラグの電極の構成）
図１は、本実施形態に係る成形方法によって成形された点火プラグの電極の一例を示す。この点火プラグの電極は、金属部材１０と、絶縁部材２０と、によって構成される。金属部材１０は、上面が半球状の大径部１１と、大径部１１の下面に同軸的に接続され大径部１１より外径が小さい円柱状の小径部１２と、によって構成される。絶縁部材２０は、円筒状を呈し、その内部空間に金属部材の小径部１２の全体が埋設（挿入）・固定されている。この結果、金属部材の大径部１１の全体のみが絶縁部材２０の上に露呈している。
【００１２】
（本実施形態に係る成形方法）
以下、図１に示した点火プラグの電極の本実施形態に係る成形方法について、図２〜図６を参照しながら説明する。
【００１３】
先ず、図２、及び図３に示すように、円柱状の大径部１１と、大径部１１の下面に同軸的に接続された円柱状の小径部１２と、からなる段付き円柱状の金属部材１０が準備される。即ち、大径部１１と小径部１２とによって、段付き円柱状の一つの金属塊が構成されている。大径部１１の外径Ｄ１、及び高さＨ１は、例えば、１〜４ｍｍ、及び０．５〜２ｍｍである。小径部１２の外径Ｄ２、及び高さＨ２は、例えば、０．５〜２ｍｍ、及び１０〜１００ｍｍである。
【００１４】
金属部材１０（大径部１１＋小径部１２）を構成する金属材料としては、例えば、イリジウムＩｒ、ニッケルＮｉ、白金Ｐｔ等が挙げられる。この段付き円柱状の金属塊（大径部１１＋小径部１２）は、例えば、金属のバルク体に対する機械加工、金属粉末を用いたプレス成形、或いは、金属粉末を含むスラリーを用いて段付き円柱状に成形された成形体を焼成する等の周知の手法の一つによって得られる。
【００１５】
次いで、図４、及び図５に示すように、上記の金属部材１０の小径部１２の全体が、円筒状の絶縁部材２０に同軸的に埋設（挿入）・固定される。これにより、円柱状の大径部１１の全体のみが絶縁部材２０の上に露呈した状態が得られる。絶縁部材２０を構成する絶縁材料としては、アルミナＡｌ２Ｏ３等が挙げられる。
【００１６】
円筒状の絶縁部材２０は、絶縁材料の粉末を含むスラリーを用いて円筒状に成形された成形体を焼成することによって得られる。金属部材１０がバルク体、或いは、プレス成形体である場合、焼成前の絶縁部材２０（円筒状の成形体）に金属部材１０の小径部１２を埋設（挿入）し、その後、その成形体を焼成してもよいし（焼嵌めで金属部材１０を固定）、焼成後の絶縁部材２０（円筒状の焼成体）に金属部材１０の小径部１２を埋設（挿入）してもよい（圧入で金属部材１０を固定）。また、金属部材１０が焼成体である場合、焼成前の絶縁部材２０（円筒状の成形体）の内部空間に焼成前の金属部材１０（段付き円柱状の成形体）の小径部１２が埋設された状態を実現し、この状態にある２つの成形体を共焼成してもよい（共焼成で金属部材１０を固定）。
【００１７】
続いて、図６に示すように、レーザビームを用いて大径部１１の上面が成形される。具体的には、レーザ照射装置が固定された状態で、レーザビームの中心軸が大径部１１の中心軸と一致するように、且つ、大径部１１の上面の全域にレーザビームが同時に当たるように、大径部１１の上方から大径部１１の上面に向けてレーザビームが照射される。
【００１８】
図６に示す例では、「スポット径が大径部の外径Ｄ１より小さい値（例えば、１００〜３００μｍ）に調整されたレーザビーム」が、そのスポット径に対応する位置よりレーザ照射装置側における「レーザビームが占める領域の外径が大径部の外径と同じ或いは同等となる部分」が大径部１１の上面の全域に当たるように照射されている。スポット径とは、レーザビームが最も集まる箇所（焦点）のビーム径である。
【００１９】
なお、「スポット径が大径部の外径Ｄ１と同じ或いは同等の大きさに調整されたレーザビーム」が、「そのスポット径に対応する部分」が大径部１１の上面の全域に当たるように照射されてもよい。
【００２０】
また、レーザビームの中心軸が大径部１１の中心軸と平行な状態を維持しながら、「スポット径が大径部の外径Ｄ１より小さい値に調整されたレーザビーム」が、「そのスポット径に対応する部分」が大径部１１の上面の一部に当たるように照射され、この状態で、レーザ照射装置を水平方向に移動させていくことによって、レーザビームが大径部１１の上面の全域に均一に照射されてもよい。ここで、「均一」とは、レーザビームが照射される延べ時間が大径部１１の上面に全域に亘って略一定であることを指す。
【００２１】
レーザ照射装置としては、ＩＰＧフォトニクス（株）製のマルチモードファイバレーザ５ｋＷが使用された。図６に示す例では、レーザビームのスポット径は２００μｍであり、デフォーカス（スポット径に対応する位置の大径部１１の上面からのずれ量）が８ｍｍであった。図６に示す例では、レーザビームの照射条件は、レーザ照射装置が固定された状態で、５００Ｗ（ワット）、５００ｍｓｅｃ（ミリ秒）であった。
【００２２】
上述したレーザビームの照射によって、大径部１１の上部の全体がレーザビームによって溶かし込まれる。この結果、図１に示すように、大径部１１の上面が、「平面」から「上方に突出する半球状」に精度良く成形され得る。
【００２３】
以上、本実施形態に係る成形方法によれば、段付き円柱状の金属部材１０の大径部１１の上面の全域にレーザビームが均一に（或いは、同時に）当たるように、大径部１１の上方から大径部１１の上面に向けてレーザビームが照射される。これにより、大径部１１の上部の全体がレーザビームによって溶かし込まれ、図１に示すように、大径部１１の上面が、「平面」から「上方に突出する半球状」に精度良く成形され得る。
【００２４】
（本実施形態の第１変形例に係る成形方法）
次に、本実施形態の第１変形例に係る成形方法について、図７〜図９を参照しながら説明する。上記本実施形態に対する第１変形例の相違点は、図７から理解できるように、金属部材１０の大径部１１が、小径部１２から上方に延びた「小径部１２と同径の円柱状部分１１ａ」と、円柱状部分１１ａの側面を覆うように設けられた円環状部分１１ｂと、からなる点である。即ち、第１変形例では、小径部１２と円柱状部分１１ａとによって、一つの円柱状の金属塊が構成されている。この金属塊（円柱状部分１１ａ＋小径部１２）と、円環状部分１１ｂとは、同じ金属材料で構成されている。
【００２５】
この第１変形例では、この円柱状の金属塊が円筒状の絶縁部材２０の内部空間に埋設（挿入）された後に、円環状部分１１ｂが取り付けられてもよいし、この円柱状の金属塊に円環状部分１１ｂが取り付けられた後に、この円柱状の金属塊が絶縁部材２０の内部空間に埋設（挿入）されてもよい。
【００２６】
この第１変形例では、図８に示すように、先ず、レーザビームの中心軸が大径部１１の中心軸と平行になり、且つ、レーザビームの中心軸が大径部１１の上面における円柱状部分１１ａと円環状部分１１ｂとの接触部に当たるように、大径部１１の上方から大径部１１の上面の一部に向けてレーザビームが照射される。レーザ照射装置を（上方からみて）円環状の前記接触部に沿って移動させていくことによって、レーザビームは、スポット径に対応する部分が円環状の前記接触部の複数個所に向けて間欠的に照射される。レーザ照射装置としては、ＩＰＧフォトニクス（株）製のシングルモードファイバレーザ２ｋＷが使用された。レーザビームのスポット径は２０μｍであり、レーザビームの照射条件は、１箇所につき、１２００Ｗ（ワット）、１Ｈｚ（ヘルツ）で１ｍｓｅｃ（ミリ秒）、オーバーラップ率が８０％であった。これにより、円柱状部分１１ａと円環状部分１１ｂとが溶接・固定される。
【００２７】
次に、上述した図６と同様の手法によって、図９に示すように、レーザ照射装置が固定された状態で、レーザビームの中心軸が大径部１１の中心軸と一致するように、且つ、大径部１１の上面の全域にレーザビームが同時に当たるように、大径部１１の上方から大径部１１の上面に向けてレーザビームが照射される。レーザビームの照射条件は、図６に示した場合と同じである。これにより、大径部１１の上部の全体がレーザビームによって溶かし込まれる。この結果、図１に示すように、大径部１１の上面が、「平面」から「上方に突出する半球状」に精度良く成形され得る。
【００２８】
上記本実施形態では、金属部材１０として、加工が比較的困難な「段付き円柱状の金属塊」を作成する必要がある。これに対し、この第１変形例では、金属部材１０として、加工が比較的容易な「円柱状の金属塊」（円柱状部分１１ａ＋小径部１２）と、加工が比較的容易な「円環状の円環状部分１１ｂ」とを作成すればよい。従って、この第１変形例では、上記本実施形態と比較して、金属部材１０の加工に要するコストを削減することができる。
【００２９】
以下、成形後の大径部１０の形状について付言する。図１に示す例では、大径部１１の最外部は絶縁部材２０の上面から鉛直上方に立ち上がっている（最外部の接線は、鉛直方向を向く）。即ち、露呈している大径部１１の表面全体が完全な半球状の全体を呈しており、大径部１１の最外部（側面）に円柱面は存在しない。円柱面が存在していないことは、露呈している大径部１１の表面全体に亘ってレーザビームによる溶け込みが生じていることを意味する。
【００３０】
これに対し、図１０に示すように、大径部の最外部（側面）に円柱面が存在している。円柱面が存在していることは、円柱面についてはレーザビームによる溶け込みが生じていないこと（即ち、成形前の形状が残存していること）を意味する。
【００３１】
また、図１１に示す例では、大径部１１の最外部は絶縁部材２０の上面から鋭角に立ち上がっている（最外部の接線は、中心軸方向に傾く）。即ち、露呈している大径部１１の表面全体が完全な半球状の一部を呈しており、大径部１１の最外部（側面）に円柱面は存在しない。この場合も、円柱面が存在していないことは、露呈している大径部１１の表面全体に亘ってレーザビームによる溶け込みが生じていることを意味する。
【００３２】
図１、図１０、及び図１１に示す成形後の大径部１１の形状の相違は、図６（又は図９）に示すようにレーザビームが照射される際の照射条件を変更すること、或いは、成形前の大径部１１の高さを変更すること、等によって生じ得る。
【符号の説明】
【００３３】
１０…金属部材、１０ａ、１０ｂ…円柱状部分、円環状部分、２０…絶縁部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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