(57)【要約】【課題】気密性に優れた長寿命の点火プラグ及びその点火プラグの製造方法を提供する。【解決手段】軸方向に貫通する貫通孔２を備え、その一端に中心電極４を有する絶縁体６と、中心電極４が配置される端部側を先端側とし反対側を後端としたときに、その後端部に加締め蓋１１を設けて絶縁体６を保持する主体金具３と、絶縁体６の外周面と主体金具３の内周面とにより囲まれた円筒形状の空間８に緩衝材９が充填された緩衝材充填部と、を有する点火プラグ１であって、緩衝材充填部の後端に接する状態で加締め蓋１１により絶縁体６の外周に取着される環状の加圧環１０を備えるとともに、該加圧環１０は少なくともその一部が外部に露出していることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に貫通する貫通孔を備え、その一端に中心電極を有する絶縁体と、
前記中心電極が配置される端部側を先端側とし反対側を後端側としたときに、その後端部に加締め蓋を設けて前記絶縁体を保持する主体金具と、
前記絶縁体の外周面と前記主体金具の内周面とにより囲まれた円筒形状の空間に緩衝材が充填された緩衝材充填部と、を有する点火プラグであって、
前記緩衝材充填部の後端に接する状態で前記加締め蓋により前記絶縁体の外周に取着される環状の加圧環を備えるとともに、該加圧環は少なくともその一部が外部に露出していることを特徴とする点火プラグ。
【請求項２】
前記加圧環の、前記加締め蓋の最後端を含む前記軸方向に垂直な平面からの後ろ向き突出量が０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の点火プラグ。
【請求項３】
前記加圧環の外周に前記加締め蓋の内側に係合可能な凸部を突設したことを特徴とする請求項１又は２記載の点火プラグ。
【請求項４】
前記凸部の突出量が０.５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の点火プラグ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火プラグの製造方法であって、
前記絶縁体と前記主体金具との間の空間に前記緩衝材を充填する充填工程と、
前記加圧環を装着する加圧環装着工程と、
前記加圧環の後端に荷重を加え、その加圧環を介して前記緩衝材を加圧する加圧工程と、
前記加圧環に荷重を加えたまま前記主体金具の後端部を加締める加締め工程と、
を有することを特徴とする点火プラグの製造方法。
【請求項６】
前記加圧工程において、加える荷重が１２００ｋｇｆ以上であることを特徴とする請求項５記載の点火プラグの製造方法。
【請求項７】
前記加圧工程において、加える荷重は、前記加締め治具による加締め工程が終了した後に除去されるものであることを特徴とする請求項５又は６記載の点火プラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグ及びその点火プラグの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
点火プラグは、内燃機関やバーナー等の燃料に点火する用途等に使われている。
図８は、例えば、炭化水素系の原燃料を処理して水素ガスを主成分とするガスに改質する燃料電池改質器（特許文献１参照）において該改質器のガスバーナに適用可能な点火プラグ１００を示したものである。
【０００３】
前記点火プラグ１００は、軸方向に貫通する貫通孔１０１を備えた主体金具１０２と、主体金具１０２の貫通孔１０１に装着され一端に中心電極１０３を有する絶縁体１０４と、中心電極１０３が配置される端部側を先端側とし反対側を後端側としたときに、絶縁体１０４の外周面と主体金具１０２の後端内周面とにより囲まれた円筒形状の空間１０５に粉末状の緩衝材１０６とその上下にパッキン１０７，１０７を配置した気密保持用の緩衝材充填部と、主体金具１０２の後端に突設された短筒部１０８を内向きに加締めて形成した加締め蓋１０９と、を有する。この点火プラグ１００は、前記中心電極１０３と、燃料電池改質器（図示せず）側に設けられる接地電極との間で火花を発生させてガスバーナに点火する。
【０００４】
前記点火プラグ１００は、図９左半部、図９右半部、図１０左半部、図１０右半部に示した製造方法で製造される。
すなわち、図９左半部に示したように、主体金具１０２の貫通孔１０１に絶縁体１０４を装着した状態で、主体金具１０２の後端内周面と絶縁体１０４の外周面との間の空間１０５に下のパッキン１０７を装填し、さらにその空間１０５に例えばタルクやカオリン等のセラミックで形成された粉末状の緩衝材１０６を充填し、そして最後に空間１０５に上のパッキン１０７を装填する。
次に、図９右半部に示したように、絶縁体１０４の後端からパイプ状の加圧部材１１０を嵌めて該加圧部材１１０の先端で上のパッキン１０７を押して粉末１０６を加圧する。
次に、図１０左半部に示したように、絶縁体１０４から加圧部材１１０を抜いて加締め治具１１１に交換し、該加締め治具１１１を主体金具１０２の短筒部１０８の後端頂部に載せる。
次に、図１０右半部に示したように、加締め治具１１１に軸線方向の荷重を加え、主体金具１０２の短筒部１０８を加締めて内向き湾曲形状の加締め蓋１０９を形成する。この加締め蓋１０９により、主体金具１０２と絶縁体１０４の間の空間１０５に緩衝材１０６が加圧状態に封入され、その圧力で下のパッキン１０７が主体金具１０２と絶縁体１０４の双方に密着して前記空間１０５の気密を保つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４１９３１号公報
【特許文献２】特開平１１−２４２９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来より、長寿命の点火プラグ１００を得るために、主体金具１０２と絶縁体１０４の間の気密性を向上させる手段が有効であることが知られていた（特許文献２：段落［０００４］参照）。
かかる観点より、主体金具１０２と絶縁体１０４の間の気密性を向上させるべく点火プラグ１００の製造工程を見直したところ、図９右半部から図１０左半部に移行する過程で、すなわち、加圧部材１１０で緩衝材１０６を加圧する工程から加締め治具１１１で主体金具１０２の短筒部１０８を加締める工程に移行する過程で、加圧部材１１０を加締め治具１１１に交換するとき緩衝材１０６に加えられていた荷重が一旦除去され、その状態から加締め蓋１０９で緩衝材１０６を再加圧するものであったため、当初の加圧力の一部が無駄になっている可能性のあることが判明した。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的は、気密性に優れた長寿命の点火プラグ及びその点火プラグの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載したように、軸方向に貫通する貫通孔を備え、その一端に中心電極を有する絶縁体と、前記中心電極が配置される端部側を先端側とし反対側を後端としたときに、その後端部に加締め蓋を設けて前記絶縁体を保持する主体金具と、前記絶縁体の外周面と前記主体金具の内周面とにより囲まれた円筒形状の空間に緩衝材が充填された緩衝材充填部と、を有する点火プラグであって、前記緩衝材充填部の後端に接する状態で前記加締め蓋により前記絶縁体の外周に取着される環状の加圧環を備えるとともに、該加圧環は少なくともその一部が外部に露出している点火プラグを提供する。
【０００９】
また、請求項２に記載したように、前記加圧環の、前記加締め蓋の最後端を含む前記軸方向に垂直な平面からの後ろ向き突出量が０ｍｍ以上である請求項１記載の点火プラグを提供する。
【００１０】
また、請求項３に記載したように、前記加圧環の外周に前記加締め蓋の内側に係合可能な凸部を突設した請求項１又は２記載の点火プラグを提供する。
【００１１】
また、請求項４に記載したように、前記凸部の突出量が０.５ｍｍ以上である請求項３記載の点火プラグを提供する。
【００１２】
また、請求項５に記載したように、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火プラグの製造方法であって、
前記絶縁体と前記主体金具との間の空間に前記緩衝材を充填する充填工程と、
前記加圧環を装着する加圧環装着工程と、
前記加圧環の後端に荷重を加え、その加圧環を介して前記緩衝材を加圧する加圧工程と、
前記加圧環に荷重を加えたまま前記主体金具の後端部を加締める加締め工程と、
を有する点火プラグの製造方法を提供する。
【００１３】
また、請求項６に記載したように、前記加圧工程において、加える荷重が１２００ｋｇｆ以上である請求項５記載の点火プラグの製造方法を提供する。
【００１４】
また、請求項７に記載したように、前記加圧工程において、加える荷重は、前記加締め治具による加締め工程が終了した後に除去されるものである請求項５又は６記載の点火プラグの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の点火プラグは、絶縁体の外周に加圧環を備えており、その加圧環を介して前記緩衝材を加圧するものであるため、加圧環に荷重を加えつつ加締め治具により主体金具の短筒部を加締めることができる。したがって、緩衝材を加圧する荷重を途切れさせる必要がないから、前記緩衝材充填部に対し効率よく荷重を伝えることができ、それによって点火プラグの気密性が向上する。
【００１６】
また、請求項２のように、加圧環の加締め蓋からの後ろ向き突出量を０ｍｍ以上とすることにより、加圧環を加圧する部材が加締め治具に巻き込まれるのを防止することができる。
【００１７】
また、請求項３のように、加圧環の外周に加締め蓋の内側に係合可能な凸部を突設したことにより、凸部の剛性で加圧環の強度が高まるとともに加圧環の凸部が加締め蓋の内側に引っ掛かって抜けにくくなるから、主体金具と絶縁体の結合強度をより高くすることができる。
【００１８】
また、請求項４のように、前記凸部の径方向の突出量を０.５ｍｍ以上とすることにより、主体金具と絶縁体の結合強度を格段に大きくすることができる。
【００１９】
また、請求項５の製造方法によれば、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の点火プラグが容易に製造できる。
【００２０】
また、請求項６の製造方法のように、前記加圧工程において加える荷重を１２００ｋｇｆ以上とすることにより、点火プラグの気密性能を効果的に高めることができる。
【００２１】
また、請求項７の製造方法のように、前記加圧工程において加える荷重を前記加締め治具による加締め工程が終了した後に除去するようにすれば、緩衝材に加わる荷重が掛け始めから加締め完了まで途切れないから、緩衝材充填部に対し効率よく荷重を伝えることができ、それによってより高い気密性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】主体金具の一部を切り欠いて示す点火プラグの斜視図である。
【図２】上から、加締め治具、加圧部材、加圧環、点火プラグの順に並べて示す一部を断面にした斜視図である。
【図３】左半部と右半部に分けて製造方法を説明する縦断面図である。
【図４】左半部と右半部に分けて製造方法を説明する縦断面図である。
【図５】気密性評価試験の方法を説明する断面図である。
【図６】加締め蓋と加圧環の結合強度試験を説明する断面図である。
【図７】加締め蓋と加圧環の結合強度試験の結果を示すグラフである。
【図８】主体金具の一部を切り欠いて示す従来の点火プラグの斜視図である。
【図９】左半部と右半部に分けて従来の製造方法を説明する縦断面図である。
【図１０】左半部と右半部に分けて従来の製造方法を説明する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
点火プラグ１は、図１に示したように、軸方向に貫通する貫通孔２を備えた主体金具３と、該主体金具３の貫通孔２に装着され一端に中心電極４を他端にターミナル５を有する絶縁体６と、主体金具３と絶縁体６の間の空間８に装填されたパッキン７と同じく空間８に充填されたタルクやカオリン等のセラミック製の緩衝材９とからなる気密保持用の緩衝材充填部と、該緩衝材充填部の緩衝材９を加圧するリング形状の加圧環１０と、主体金具３に形成されて加圧環１０を絶縁体６に取着する加締め蓋１１と、を備えている。
なお、説明の便宜上、前記中心電極４が配置される方向を先端とし、ターミナル５が配置される方向を後端とする。
【００２４】
前記主体金具３は、軸方向に貫通する貫通孔２を軸中心に形成した例えばオーステナイト系ステンレス鋼の筒状体であり、シリンダヘッドや燃焼室等のプラグ取付孔（図示せず）に螺合するネジ軸部１２を軸方向の中間に有し、後端にプラグレンチが係合する工具係合部１３を有し、さらに該工具係合部１３の後端に、前記貫通孔２の開口の外側を囲う状態に突設した短筒部１４（図４左半部参照）を内向きに加締めてなる湾曲形状の加締め蓋１１（図４右半部参照）を有する。
【００２５】
主体金具３の貫通孔２は、前記工具係合部１３にほぼ対応する大径部２ａと、該大径部２ａの終わりから主体金具３の先端に達する小径部２ｂと、からなる段付き孔であって、加締める前の短筒部１４の内部を貫通孔２に含めると、図３に示したように後端から先端に向かって三段階に縮径する。
【００２６】
前記絶縁体６は、軸方向に延びる軸孔（図示せず）を軸中心に形成した例えばアルミナ製の筒状体であり、図３に示したように、軸方向略中央に輪状に膨出する鍔状係止部６ａと、その鍔状係止部６ａから後端側（図３において上方）に延びるターミナル側軸部６ｂと、同じく鍔状係止部６ａから先端側（図３において下方）に延びる電極側軸部６ｃと、を有し、前記主体金具３に対して、鍔状係止部６ａが貫通孔２の大径部２ａに嵌合し、電極側軸部６ｃが貫通孔２の小径部２ｂに嵌合し、ターミナル側軸部６ｂが貫通孔２の大径部２ａと短筒部１４の内部を通って外部に突出する。したがって、絶縁体６の鍔状係止部６ａから上の一部と、主体金具３の貫通孔２の大径部２ａと加締める前の短筒部１４の内面との間には空間８がある。
【００２７】
前記加圧環１０は、図１に示したように、前記空間８に充填された緩衝材９に接する状態、つまり緩衝材９を押さえる状態で絶縁体６に装着されている。この加圧環１０は、たとえば、図２に示したように、先端にフランジ状の凸部１０ａを突設したリング形状であり、その凸部１０ａの後面に主体金具３の加締め蓋１１が折り重なって抜けないようになっている。加圧環１０は、絶縁体６のターミナル側軸部６ｂに嵌めた状態で軸方向への摺動が可能な内径に設定され、さらに最大外径部である凸部１０ａの外径が前記加締め蓋１１の加締め前（短筒部１４）の内径（図３参照）とほぼ同じか又はそれより小さくなるように設定されている。
【００２８】
また、加圧環１０は、セラミック（例えばアルミナ）などの絶縁材で形成されている。したがって主体金具３と一体で導電性を有する加締め蓋１１が絶縁性の加圧環１０の厚み分だけ外側に位置するから、その分、ターミナル５と主体金具３の絶縁表面距離を長くすることができる。これまでの説明で明らかなように本発明の点火プラグは、絶縁体６の周囲を導電材で囲わないノンシールドタイプであるから、ターミナル５と主体金具３の絶縁表面距離を長くすることで、フラッシュオーバーの発生リスクを低下させることができる。
【００２９】
その他、図３において符合１５は、主体金具３の貫通孔２の大径部２ａと小径部２ｂの境界部分と、鍔状係止部６ａと電極側軸部６ｃの境界部分との対向部位に装填した公知の板パッキンである。
【００３０】
実施形態の点火プラグ１は以上のように構成されているため、例えば燃焼室等のプラグ取付孔に主体金具３のネジ軸部１２を螺合させ、前記中心電極４と燃焼室側に対向設置されている接地電極との間で火花を放電して燃料に点火する。
【００３１】
次に、上記点火プラグ１の製造方法について、図３，図４に基づき説明する。
まず、図３左半部に示したように、主体金具３の貫通孔２に絶縁体６を装着した状態で、主体金具３と絶縁体６の間の空間８にパッキン７を装填し、その後に例えばタルクやカオリン等の粉末である緩衝材９を充填し（装充填工程）、さらに絶縁体６のターミナル側軸部６ｂに加圧環１０を嵌めて図３において下方に摺動させ、該加圧環１０を空間８に充填した緩衝材９の上に載せる（加圧環装着工程）。
【００３２】
次に、図３右半部に示したように、絶縁体６の後端からパイプ状の加圧部材１１０を嵌めて該加圧部材１１０の先端を加圧環１０の後端に当てる。そして、加圧部材１１０に、リング形状で内側下面に型凹部１１１ａを設けた加締め治具１１１を嵌めてそのまま図３において下方に摺動させ、型凹部１１１ａを主体金具３の短筒部１４の後端頂部に被せておく。
【００３３】
次に、図４左半部に示したように加圧部材１１０に例えば１２００ｋｇｆ以上の荷重を軸線方向に加え、加圧環１０を介して緩衝材９を加圧する（加圧工程）。
【００３４】
次に、図４右半部に示したように、加圧部材１１０に荷重を加えたまま該加圧部材１１０の外周に嵌めた加締め治具１１１を図４において下向きに移動させ、そうして型凹部１１１ａに沿って主体金具３の短筒部１４を内向き湾曲形状に加締める（加締め工程）。
【００３５】
そして、加締め工程終了後に加圧部材１１０と加締め治具１１１を絶縁体６から外すと、図１に示した点火プラグ１ができる。こうして作られた点火プラグ１は、前記のように緩衝材９を加圧する荷重が途切れないから、緩衝材充填部を構成するパッキン７に対し効率よく荷重を伝えることができ、それによってパッキン７の面圧が高まるため、気密性が向上する。
【実施例１】
【００３６】
実施形態の主体金具３を耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼［ＳＵＳ３１０Ｓ］で製造し、その主体金具３と絶縁体６とアルミナ製の加圧環１０を組み合わせて上記の製造方法により点火プラグ１を製造した。その際、加圧工程で加圧部材１１０に加える荷重を１１００ｋｇｆとしたものを発明品１、同１２００ｋｇｆとしたものを発明品２、同１３００ｋｇｆとしたものを発明品３とした。
【００３７】
この発明品１〜３の気密性を評価するため、図５に示したように点火プラグ１の先端側に１.５ＭＰａの圧力を加えると共に主体金具３の座面１６の温度を上昇させつつ、後端側に被せた捕集チューブ１７で前記空間８から１分間に漏れ出す気体の量を測定した。
なお、比較のため、発明品１〜３と同じステンレス鋼で図８〜図１０に示した主体金具１０２を製造し、その主体金具１０２と絶縁体１０４を組み合わせて従来構造の点火プラグ１００を製造し、これを比較例１とした。また、その比較例１より線膨張率の低いフェライト系ステンレス鋼［ＳＵＳ４３０］で主体金具１０２を製造し、その主体金具１０２と絶縁体１０４を組み合わせて従来構造の点火プラグ１００を製造し、これを比較例２とした。そして比較例１，２の点火プラグ１００を使って、前記と同じ気密性評価試験を行った。その結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2011228005.tif 000003
【００３９】
この気密性評価試験の結果によれば、発明品１〜３は、同じステンレス鋼の主体金具１０２を備えている比較例１との対比により、いずれも優れた気密性を有することが確認できた。
また、発明品１〜３の結果を比較することにより、加圧工程で加圧部材１１０に加える荷重を大きくする程、気密性の向上に効果があることが確認でき、しかも１１００ｋｇｆの発明品１と１２００ｋｇｆの発明品２との間で気密性能の変化率が大きくなっていることが確認できた。したがって、加圧工程で加圧部材１１０に加える荷重は、１２００ｋｇｆ以上にするのがより好ましい。
【００４０】
ところで、表１の結果について、比較例１と比較例２を比べると、耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を用いた比較例１の方が気密性に劣ることが判る。これは、オーステナイト系ステンレス鋼の熱膨張の大きさが歪みを生み、それが気密性を低下させる原因になったものと推測される。したがって、従来技術のもとでは、オーステナイト系ステンレス鋼で主体金具３を製造して全体として耐熱性の向上を図っても、温度が上昇するにつれて気密性が低下して耐熱性向上による利益を打ち消すため、全体として得られる利益は少ない。
これに対し発明品１〜３の結果によれば、比較例１と同じステンレス鋼でありながら高温の環境下でも優れた気密性を発揮していることが確認できた。よって本発明によれば、気密性と耐熱性の両方に優れ、高温での使用にも十分に耐え得る点火プラグ１が提供できる。
【実施例２】
【００４１】
先端の凸部１０ａの径方向の突出量を０.２ｍｍと、０.５ｍｍと、０.７ｍｍと、１.０ｍｍに設定した４種類の加圧環１０をアルミナで製造し、これを使って実施形態の点火プラグ１を製造した。
この点火プラグ１について、主体金具３と絶縁体６の結合強度を比較するため、図６に示したように固定した点火プラグ１の中心電極４にプッシュバック荷重を印加し、加締め蓋１１が加圧環１０に押されて破断したときの荷重の大きさを記録した。その結果を図７のグラフに示す。
【００４２】
図７のグラフより明らかなように、いずれの場合も主体金具３と絶縁体６の結合強度は実用上十分なものであるが、凸部１０ａの径方向の突出量を０.５ｍｍ以上とした場合には、主体金具３と絶縁体６の結合強さが飛躍的に高まることが確認できた。
【００４３】
以上本発明を実施の形態について説明したが、もちろん本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、中心電極４に対応する接地電極を有しないタイプの点火プラグ１を例示したが、主体金具３の先端に接地電極を設けるタイプの点火プラグにも同様に適用できる。
また、実施形態では、加圧環１０の先端に凸部１０ａを設けたが、この凸部１０ａは加圧環１０の先端から後方にずらした位置に設けてもよい。また、凸部１０ａを設けない加圧環１０を使用することもできる。この場合、主体金具３と絶縁体６の結合強度はある程度低下するものの、気密性を向上させ得る利益は享受し得る。
また、実施形態では加圧環１０の全周を囲うように凸部１０ａを形成したが、例えば加圧環１０の外周に爪片状の凸部を点在させて歯車のようにしてもよい。
また、実施形態では加圧環１０の後端が加締め蓋１１の後端から突出している例を示したが、加圧環１０の後端と加締め蓋１１の後端を同一面に揃えるようにしてもよい。この場合、加圧環１０の加締め蓋１１からの後ろ向き突出量は０ｍｍになる。
【符号の説明】
【００４４】
１  …点火プラグ
２  …貫通孔
３  …主体金具
４  …中心電極
６  …絶縁体
７  …パッキン
８  …空間
９  …緩衝材
１０  …加圧環
１０ａ  …凸部
１１  …加締め蓋
１４  …短筒部
１１０  …加圧部材
１１１  …加締め治具
【図１】
2011228005.tif 000004
【図２】
2011228005.tif 000005
【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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