JP2007059078A

JP2007059078A - Spark plug and its manufacturing method

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Publication number: JP2007059078A
Application number: JP2005239885A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Hotta; 信行堀田; Eiji Kodera; 英司小寺; Kazue Obayashi; 和重大林
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2007-03-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spark plug enabled to be further downsized and capable of securing vibration resistance and sufficient reliability of a linking part. <P>SOLUTION: A main body fitting 1 is formed in a nearly cylindrical shape, with a screw part 7 formed at an outer periphery face of its tip side, as well as a tool-engagement part 8 at an outer periphery part at an end side further toward the rear of the screw part 7. An insertion-coupling part 9 is provided further toward the rear of the tool-engagement part 8, into which 9, an insulator 2 structured in nearly a cylindrical shape with a center electrode 3 fitted inside is pressed for retention. The main body fitting 1 has a Vickers hardness within the range of 180 to 500. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a spark plug used for an internal combustion engine such as an automobile engine and a method for manufacturing the same.

従来から、スパークプラグとして、中心電極と、この中心電極を保持する絶縁碍子と、先端部に接地電極を備え機関取り付けのための工具係合部を有する主体金具とを備え、主体金具内に絶縁碍子が支持固定された構造のものが知られている。このようなスパークプラグでは、筒状に形成された主体金具内に絶縁碍子を挿入し、主体金具の一方の端部を加締めることによって主体金具内に絶縁碍子に支持固定する構造とすることが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。 Conventionally, as a spark plug, a center electrode, an insulator holding the center electrode, and a metal shell having a ground electrode at the tip and a tool engaging portion for engine mounting are insulated in the metal shell. A structure in which an insulator is supported and fixed is known. Such a spark plug has a structure in which an insulator is inserted into a cylindrical metal shell, and one end of the metal shell is crimped to support and fix the insulator in the metal shell. It is general (see, for example, Patent Document 1).

上記構造のスパークプラグでは、主体金具の加締め部を加締めて係合させるために、絶縁碍子にフランジ状の大径部を形成する必要がある。このためスパークプラグの最大径を細くすることができない。そこで、絶縁碍子を主体金具に、溶接結合、接着結合、焼き嵌め等によって支持固定するようにしたスパークプラグも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−１６４１４７号公報特開２００２−１５８０７８号公報 In the spark plug having the above-described structure, it is necessary to form a flange-shaped large-diameter portion on the insulator in order to crimp and engage the crimped portion of the metal shell. For this reason, the maximum diameter of the spark plug cannot be reduced. Therefore, a spark plug in which an insulator is supported and fixed to a metal shell by welding bonding, adhesive bonding, shrink fitting, or the like has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
JP 2002-164147 A JP 2002-158078 A

上記の従来技術において、主体金具と絶縁碍子とを加締めによって固定したスパークプラグでは、十分な固着強度を確保することができ、信頼性も高いが、小型化することが困難である。また、溶接結合、接着結合、焼き嵌め等によって主体金具と絶縁碍子とを固定したスパークプラグでは、小型化することは可能であるが、結合部分の十分な信頼性を確保することが困難であるため未だ実用化されるには至っていない。 In the above prior art, the spark plug in which the metal shell and the insulator are fixed by caulking can secure a sufficient fixing strength and has high reliability, but it is difficult to reduce the size. In addition, it is possible to reduce the size of the spark plug in which the metal shell and the insulator are fixed by welding connection, adhesive bonding, shrink fitting, or the like, but it is difficult to ensure sufficient reliability of the connection portion. Therefore, it has not yet been put to practical use.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、従来に比べて小型化を図ることができるとともに、結合部分の十分な信頼性を確保することのできるスパークプラグを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. An object of the present invention is to provide a spark plug that can be reduced in size as compared with the prior art and that can secure sufficient reliability of a coupling portion.

本発明のスパークプラグは、軸線方向に延在する中心電極と、該中心電極を保持する円筒状の絶縁碍子と、先端部に接地電極を備え機関取り付けのための工具係合部を有する円筒状の主体金具と、を備えたスパークプラグであって、前記主体金具の嵌合部にて、圧入によって前記絶縁碍子が保持され、前記主体金具の少なくとも前記嵌合部のビッカース硬度が１８０〜５００の範囲内であることを特徴とする。 The spark plug of the present invention is a cylindrical shape having a center electrode extending in the axial direction, a cylindrical insulator holding the center electrode, a ground electrode at the tip, and a tool engaging portion for mounting the engine. A metal plug, wherein the insulator is held by press fitting at a fitting portion of the metal shell, and at least the fitting portion of the metal shell has a Vickers hardness of 180 to 500. It is within the range.

本発明のスパークプラグにおいては、主体金具の嵌合部にて、圧入によって絶縁碍子が保持されている。これによって、従来のように主体金具の加締め部を係合させるための大径の部位を絶縁碍子に設ける必要がなく、スパークプラグの最大径を細くすることができる。また、主体金具の少なくとも前記嵌合部のビッカース硬度が１８０〜５００の範囲内となっている。これによって十分な抜け荷重と気密性とを確保することができる。 In the spark plug of the present invention, the insulator is held by press fitting at the fitting portion of the metal shell. Thereby, it is not necessary to provide the insulator with a large-diameter portion for engaging the caulking portion of the metal shell as in the prior art, and the maximum diameter of the spark plug can be reduced. Moreover, the Vickers hardness of at least the fitting portion of the metal shell is in the range of 180 to 500. As a result, it is possible to ensure a sufficient unloading load and airtightness.

前記主体金具の前記嵌合部の最小肉厚は、０．２５ｍｍ以上とすることが好ましい。これより肉厚が薄いと、製造性が悪くなる。また、前記主体金具の前記嵌合部との嵌合部分の前記絶縁碍子の肉厚は、１ｍｍ以上とすることが好ましい。これは、脆性材料である絶縁碍子は、嵌合によって締め付ける力が作用し、破壊する恐れがあるためである。このような破壊が生じることを肉厚を１ｍｍ以上とすることによって防止できる。 The minimum thickness of the fitting portion of the metal shell is preferably 0.25 mm or more. If the wall thickness is thinner than this, the productivity becomes worse. Moreover, it is preferable that the thickness of the said insulator of the fitting part with the said fitting part of the said main metal fitting shall be 1 mm or more. This is because the insulator, which is a brittle material, may be broken due to the force of tightening by fitting. Such destruction can be prevented by setting the thickness to 1 mm or more.

また、前記絶縁碍子を前記主体金具の前記嵌合部から引き抜いた後の前記絶縁碍子の外形をｄ１、前記嵌合部の内径をｄ２とした時、ｄ１−ｄ２の値（抜き後の嵌合代）を、６μｍ〜２００μｍの範囲内とすることが好ましい。一般に絶縁碍子はアルミナからなりその熱膨張は６〜８×１０^−６／℃である。主体金具は、Ｆｅを主成分とする合金からなりその熱膨張は１０〜１７×１０^−６／℃である。嵌合径は、３．５〜１５ｍｍであり、嵌合部分の温度は最大で２５０℃程度である。これらから、一般に組み合わされる中で必要な嵌合代が最小となるのは、アルミナ８×１０^−６／℃、主体金具１０×１０^−６／℃、嵌合径３．５ｍｍの場合であり、最高温度２５０℃として、必要な嵌合代は２μｍである。また、最大となるのは、アルミナ６×１０^−６／℃、主体金具１７×１０^−６／℃、嵌合径１５ｍｍの場合であり、最高温度２５０℃として、必要な嵌合代は４１μｍである。これは必要最小限の値で、安全率を３とすれば、最小の嵌合代は６μｍ、最大の嵌合代は１２３μｍとなる。嵌合代が１２３μｍ以上あっても安全率が増すので問題がないが、例えば、２００μｍより大きい場合絶縁碍子に負担がかかる。このため、ｄ１−ｄ２の値（抜き後の嵌合代）は、６μｍ〜２００μｍの範囲内とすることが好ましい。 In addition, when the outer shape of the insulator after the insulator is pulled out from the fitting portion of the metal shell is d1, and the inner diameter of the fitting portion is d2, the value of d1-d2 (fitting after removal) Is preferably in the range of 6 μm to 200 μm. Generally the insulator its thermal expansion consists alumina is 6~8 × ^{10 -6} / ℃. The metallic shell is made of an alloy containing Fe as a main component, and its thermal expansion is 10 to 17 × 10 ⁻⁶ / ° C. A fitting diameter is 3.5-15 mm, and the temperature of a fitting part is about 250 degreeC at the maximum. From these, it is generally the case that the necessary fitting allowance is minimized among the combinations when alumina is 8 × 10 ⁻⁶ / ° C., the metal shell is 10 × 10 ⁻⁶ / ° C., and the fitting diameter is 3.5 mm. At a maximum temperature of 250 ° C., the necessary fitting allowance is 2 μm. Moreover, the maximum is the case of alumina 6 × 10 ⁻⁶ / ° C., metal shell 17 × 10 ⁻⁶ / ° C., and fitting diameter 15 mm. The maximum temperature is 250 ° C., and the necessary fitting allowance is 41 μm. is there. This is the minimum necessary value. If the safety factor is 3, the minimum fitting allowance is 6 μm and the maximum fitting allowance is 123 μm. Even if the fitting allowance is 123 μm or more, there is no problem because the safety factor is increased. For this reason, it is preferable that the value of d1-d2 (fitting allowance after removal) be in the range of 6 μm to 200 μm.

また、本発明のスパークプラグの製造方法は、上記のスパークプラグの製造方法において、前記絶縁碍子を前記主体金具の前記嵌合部に圧入する前の前記絶縁碍子の外形をＤ１、前記嵌合部の内径をＤ２とした時、Ｄ１−Ｄ２の値が、６μｍ〜３００μｍの範囲内であることを特徴とする。必要な最低嵌合代は、上記したように６μｍである。また、初期の嵌合代が３００μｍを超えると、圧入荷重が高くなり、絶縁碍子が割れる可能性がある。このため、Ｄ１−Ｄ２の値（初期の嵌合代）は、６μｍ〜３００μｍの範囲内とすることが好ましい。 The spark plug manufacturing method of the present invention is the above spark plug manufacturing method, wherein the outer shape of the insulator before press-fitting the insulator into the fitting portion of the metal shell is D1, the fitting portion. When the inner diameter is D2, the value of D1-D2 is in the range of 6 μm to 300 μm. The necessary minimum fitting allowance is 6 μm as described above. Further, if the initial fitting allowance exceeds 300 μm, the press-fit load becomes high and the insulator may be broken. For this reason, it is preferable that the value of D1-D2 (initial fitting allowance) be in the range of 6 μm to 300 μm.

本発明のスパークプラグによれば、従来に比べて小型化を図ることができるとともに、結合部分の十分な信頼性を確保することのできるスパークプラグを提供することができる。 According to the spark plug of the present invention, it is possible to provide a spark plug that can be reduced in size as compared with the prior art and that can secure sufficient reliability of the coupling portion.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１に絶縁碍子を主体金具へ組み付ける前の状態を示し、図２に組み付け後の本発明の実施形態に係るスパークプラグを示す。スパークプラグ１００は、略円筒状の主体金具１と、先端部が突出するようにその主体金具１内に嵌め込まれる略円筒状の絶縁碍子２を備えている。絶縁碍子２内の中心部分にはその軸方向に沿って中心電極３が配置されており、中心電極３の先端部は絶縁碍子２から突出した状態となっている。そして、この中心電極３の先端部と対向するように、接地電極１０が配置される。この接地電極１０は、一端が主体金具１に結合され、接地電極と中心電極３の間には所定間隔の火花放電ギャップが形成される。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a state before the insulator is assembled to the metal shell, and FIG. 2 shows the spark plug according to the embodiment of the present invention after the assembly. The spark plug 100 includes a substantially cylindrical metal shell 1 and a substantially cylindrical insulator 2 that is fitted into the metal shell 1 so that the tip portion protrudes. A central electrode 3 is disposed along the axial direction of the central portion in the insulator 2, and a tip portion of the central electrode 3 protrudes from the insulator 2. And the ground electrode 10 is arrange | positioned so that the front-end | tip part of this center electrode 3 may be opposed. One end of the ground electrode 10 is coupled to the metal shell 1, and a spark discharge gap having a predetermined interval is formed between the ground electrode and the center electrode 3.

絶縁碍子２は、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略円筒状に構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を嵌め込むための貫通孔を有している。そして、貫通孔の一方の端部側に端子金具４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、該貫通孔内において端子金具４と中心電極３との間に抵抗体１１が配置されている。この抵抗体１１の両端部は、導電性ガラスシール層を介して中心電極３と端子金具４とにそれぞれ電気的に接続されている。 The insulator 2 is formed in a substantially cylindrical shape by a ceramic sintered body such as alumina or aluminum nitride, and has a through-hole for fitting the center electrode 3 along its own axial direction. The terminal fitting 4 is inserted and fixed on one end side of the through hole, and the center electrode 3 is inserted and fixed on the other end side. A resistor 11 is disposed between the terminal fitting 4 and the center electrode 3 in the through hole. Both ends of the resistor 11 are electrically connected to the center electrode 3 and the terminal fitting 4 through the conductive glass seal layer.

主体金具１は、ビッカース硬度（ＪＩＳＺ２２４４（１９８８）に規定の方法により荷重１０Ｎにて測定した値）が１８０〜５００の範囲内の金属、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０、Ｓ４５Ｃ、Ｓ３５Ｃ、ＳＮＣＭ４３９等の金属により円筒状に形成されている。この主体金具１は、スパークプラグ１００のハウジングを構成するとともに、その先端側の外周面には、スパークプラグ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。このねじ部７より後端側の外周部には、主体金具１をエンジンブロックに取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させるための工具係合部８が設けられている。そして、この工具係合部８よりさらに後端側には、嵌合部９が設けられている。なお、このビッカース硬度は、スパークプラグ１００の完成時としての値であり、主体金具１の作製過程での加工硬化や成形後に、焼入れ、焼鈍し等の処理を行って調整してもよい。硬度の測定は、スパークプラグ１００を分解して行えばよい。 The metal shell 1 is a metal having a Vickers hardness (measured at a load of 10 N by a method defined in JIS Z2244 (1988) at a load of 10 N), for example, a metal such as SUS430, SUS630, S45C, S35C, SNCM439, etc. Is formed in a cylindrical shape. The metal shell 1 constitutes a housing of the spark plug 100, and a threaded portion 7 for attaching the spark plug 100 to an engine block (not shown) is formed on the outer peripheral surface on the front end side. A tool engaging portion 8 for engaging a tool such as a spanner or a wrench when the metal shell 1 is attached to the engine block is provided on the outer peripheral portion on the rear end side of the screw portion 7. A fitting portion 9 is provided further on the rear end side than the tool engaging portion 8. The Vickers hardness is a value when the spark plug 100 is completed, and may be adjusted by performing a process such as quenching or annealing after work hardening or molding in the manufacturing process of the metal shell 1. The hardness may be measured by disassembling the spark plug 100.

嵌合部９は、絶縁碍子２を嵌合保持するためのものであり、本実施形態においてこの嵌合部９は、絶縁碍子２を圧入することによって、径方向に嵌合保持するようになっている。このように、嵌合部９を工具係合部８よりも後端側に設けることにより、工具係合部８に工具を係合させてスパークプラグ１００をエンジンブロックに締め付けた際などに、嵌合部９にねじれトルクや軸力が加わることを防止でき、嵌合部９における結合部分（嵌合保持）の信頼性を向上させることができる。すなわち、スパークプラグ１００のエンジンブロックへの取り付け、取り外しを繰り返して何度も行ったとしても、嵌合部９にねじれトルクや軸力が加わらないので、絶縁碍子２との結合状態に緩み等が生じることがない。また、主体金具１の後端側で絶縁碍子２を支持することにより、絶縁碍子２が振動した際の振動周波数を高めることができ、耐振動性を向上させることができる。 The fitting portion 9 is for fitting and holding the insulator 2. In this embodiment, the fitting portion 9 is fitted and held in the radial direction by press-fitting the insulator 2. ing. In this manner, by providing the fitting portion 9 on the rear end side with respect to the tool engaging portion 8, the fitting is performed when the tool is engaged with the tool engaging portion 8 and the spark plug 100 is fastened to the engine block. It is possible to prevent torsion torque and axial force from being applied to the joint portion 9 and to improve the reliability of the joint portion (fitting holding) in the fitting portion 9. In other words, even if the spark plug 100 is repeatedly attached to and detached from the engine block many times, no torsion torque or axial force is applied to the fitting portion 9, so that the coupling state with the insulator 2 is loosened. It does not occur. Moreover, by supporting the insulator 2 on the rear end side of the metal shell 1, the vibration frequency when the insulator 2 vibrates can be increased, and the vibration resistance can be improved.

また、上記のような嵌合部９を、例えばねじ部７の部分に設けたとすると、絶縁碍子２の圧入によってねじ部７が膨らみ、ねじ精度が低下する可能性があるが、本実施形態のように、工具係合部８よりも後端側に設けることにより、このような不具合が生じることを防止することができる。更に、一般に後端側に設けることで絶縁碍子２の大径部２３側で嵌合することができる。大径部は肉厚であるために絶縁碍子２の破壊荷重が小／中径部と比べて高く、そのため嵌合力を強めに設計しても、絶縁碍子２への負担が軽減できる。また、エンジンでの使用を考えた場合、比較的低温部となるため都合がよい。 Further, if the fitting portion 9 as described above is provided, for example, in the portion of the screw portion 7, the screw portion 7 may swell due to the press-fitting of the insulator 2, and the screw accuracy may be reduced. Thus, it can prevent that such a malfunction arises by providing in the back end side rather than the tool engaging part 8. FIG. Furthermore, generally it can be fitted on the large-diameter portion 23 side of the insulator 2 by being provided on the rear end side. Since the large diameter portion is thick, the breaking load of the insulator 2 is higher than that of the small / medium diameter portion. Therefore, even if the fitting force is designed to be strong, the burden on the insulator 2 can be reduced. Also, considering use in an engine, it is convenient because it is a relatively low temperature part.

一方、絶縁碍子２は、先端側から順に小径部２１、中径部２２、大径部２３とされており、大径部２３の中径部２２側端部は、所定角度のテーパーが形成され、主体金具１の嵌合部９に圧入するための圧入導入部２４とされている。この圧入導入部２４のテーパー角度は、１〜５度程度とすることが好ましく、２〜４度程度とすることがさらに好ましい。これは、以下のような理由による。 On the other hand, the insulator 2 has a small-diameter portion 21, a medium-diameter portion 22, and a large-diameter portion 23 in order from the tip side, and a taper of a predetermined angle is formed at the end portion of the large-diameter portion 23 on the medium-diameter portion 22 side. A press-fit introduction part 24 for press-fitting into the fitting part 9 of the metal shell 1 is used. The taper angle of the press-fit introduction portion 24 is preferably about 1 to 5 degrees, and more preferably about 2 to 4 degrees. This is due to the following reasons.

すなわち、図３に示すように、例えば絶縁碍子２の大径部２３の直径を９．９ｍｍ、大径部２３の先端部の直径を９．７ｍｍとして、径差を２００μｍとした場合、テーパー角度によって、テーパー長（圧入導入部長さ）が変化する。図４に、縦軸をテーパー長、横軸をテーパー角度としてこれらの関係を示す。同図の下側に記載された曲線に示されるように、テーパー角度が１度未満となると、テーパー長が急激に長くなる。このため、テーパー角度は１度以上とすることが好ましく、２度以上とするさらに好ましい。 That is, as shown in FIG. 3, for example, when the diameter of the large-diameter portion 23 of the insulator 2 is 9.9 mm, the diameter of the tip of the large-diameter portion 23 is 9.7 mm, and the diameter difference is 200 μm, the taper angle Changes the taper length (press-fit introduction portion length). FIG. 4 shows the relationship between the taper length on the vertical axis and the taper angle on the horizontal axis. As shown by the curve described on the lower side of the figure, when the taper angle is less than 1 degree, the taper length is abruptly increased. For this reason, the taper angle is preferably 1 degree or more, and more preferably 2 degrees or more.

また、図４の縦軸を抜き後の嵌合代として、抜き後の嵌合代とテーパー角度の関係を図中上側の曲線が示している。この抜き後の嵌合代とは、一旦圧入した後引き抜いた時の絶縁碍子２の外形（ｄ１）と圧入部９の内径（ｄ２）との径差（ｄ２−ｄ１）のことを示しており、十分な嵌合強度（一定以上の抜け荷重）を得るためにはある程度大きい必要がある。この抜き後の嵌合代を確保するためには、テーパー角度を５度以下とすることが好ましく、４度以下とすることが更に好ましい。以上から、テーパー角度は、１〜５度程度とすることが好ましく、２〜４度程度とすることがさらに好ましい。 Further, with the vertical axis in FIG. 4 as the fitting allowance after removal, the upper curve in the drawing shows the relationship between the fit allowance after removal and the taper angle. The fitting allowance after removal indicates the difference in diameter (d2−d1) between the outer shape (d1) of the insulator 2 and the inner diameter (d2) of the press-fitted portion 9 when it is once pressed and then withdrawn. In order to obtain a sufficient fitting strength (a predetermined load or more), it is necessary to have a certain level of strength. In order to secure the fitting allowance after the removal, the taper angle is preferably 5 degrees or less, and more preferably 4 degrees or less. From the above, the taper angle is preferably about 1 to 5 degrees, and more preferably about 2 to 4 degrees.

上記のように、本実施形態では、嵌合部９に、絶縁碍子２を圧入して嵌合保持する構成となっているので、従来のように主体金具の加締め部を係合させるための大径の部位を絶縁碍子２に設ける必要がなく、スパークプラグ１００の最大径を細くすることができる。これによって、エンジンブロックに設けるスパークプラグ１００取り付け用の孔の径を小さくすることができ、エンジン設計における自由度を高めることができる。 As described above, in the present embodiment, the insulator 2 is press-fitted into the fitting portion 9 to be fitted and held, so that the caulking portion of the metal shell is engaged as in the conventional case. It is not necessary to provide a large-diameter portion in the insulator 2, and the maximum diameter of the spark plug 100 can be reduced. Thereby, the diameter of the hole for attaching the spark plug 100 provided in the engine block can be reduced, and the degree of freedom in engine design can be increased.

また、本実施形態では、嵌合部９を含め主体金具１全体が、前記したとおり、ビッカース硬度が１８０〜５００の範囲内の金属によって構成されており、これによって、十分な抜け荷重と気密性とを確保することができるようになっている。すなわち、ビッカース硬度の異なる金属によって、主体金具１を構成し、絶縁碍子２を圧入し、また、この絶縁碍子２を引き抜いて、抜け荷重、気密性、最大嵌合代（抜き後の嵌合代）を測定したところ、表１に示すように、ビッカース硬度が１８０未満（ビッカース硬度１５５）の場合、抜け荷重及び気密性が著しく低くなり、十分な抜け荷重及びスパークプラグに必要とされる気密性を確保することができなかった。一方、ビッカース硬度が５００以上（ビッカース硬度５２８）の場合、絶縁碍子２の圧入によって主体金具１に金具割れが生じてしまい、スパークプラグの製造が困難となった。そして、ビッカース硬度が１８０〜５００の範囲内の金属によって主体金具１を構成した場合、十分な抜け荷重と気密性とを確保することができた。なお、少なくとも嵌合部９が、ビッカース硬度が１８０〜５００の範囲内とされていれば、主体金具１の他の部位については、ビッカース硬度が異なっていても良い。また、本実施形態に係るスパークプラグ１００では、嵌合部９において気密性を確保するようになっているので、従来のように気密性を確保するためのシールとなるタルク粉末等の充填の必要がなく、このため構造を簡易化することができる。

Moreover, in this embodiment, the metal shell 1 as a whole including the fitting portion 9 is made of a metal having a Vickers hardness of 180 to 500 as described above. And can be secured. That is, the metal shell 1 is made of metal having different Vickers hardness, the insulator 2 is press-fitted, and the insulator 2 is pulled out to remove the load, airtightness, maximum fitting allowance (fitting allowance after removal) As shown in Table 1, when the Vickers hardness is less than 180 (Vickers hardness 155), the unloading load and the airtightness are remarkably reduced, and the sufficient unloading load and the airtightness required for the spark plug are obtained. Could not be secured. On the other hand, when the Vickers hardness is 500 or more (Vickers hardness 528), the metal shell 1 is cracked due to the press-fitting of the insulator 2, making it difficult to manufacture the spark plug. When the metal shell 1 is made of a metal having a Vickers hardness of 180 to 500, it is possible to ensure a sufficient pulling load and airtightness. In addition, as long as the fitting part 9 is made into the range of the Vickers hardness of 180-500, Vickers hardness may differ about the other site | parts of the metal shell 1. FIG. Further, in the spark plug 100 according to the present embodiment, since the airtightness is ensured in the fitting portion 9, it is necessary to fill talc powder or the like that becomes a seal for ensuring airtightness as in the past. Therefore, the structure can be simplified.

なお、上記の測定は、タイプ１、タイプ２、タイプ３の３つのタイプの主体金具１について行った。タイプ１は、嵌合部内径（略絶縁碍子の外径に略等しい）が１０ｍｍで、嵌合部９の内側の絶縁碍子２との当接部９１の長さを１ｍｍとしたタイプ（図５に示す（ａ）のタイプ）、タイプ２は、嵌合部内径が１０ｍｍで、嵌合部９の内側の絶縁碍子２との当接部９１の長さを６ｍｍとしたタイプ（図５に示す（ｂ）のタイプ）、タイプ３は嵌合部内径が８ｍｍで、嵌合部９の内側の絶縁碍子２との当接部９１の長さを３ｍｍとしたタイプ（図５に示す（ｃ）のタイプ）のものである。また、ＳＮＣＭ４３９については、焼入れ焼き戻し材で焼き戻し温度を振って硬度を調節した。 In addition, said measurement was performed about three types of metal shells 1 of type 1, type 2, and type 3. Type 1 has a fitting portion inner diameter (substantially equal to the outer diameter of the insulator) of 10 mm and a length of the contact portion 91 with the insulator 2 inside the fitting portion 9 being 1 mm (FIG. 5). (Type (a) shown in FIG. 5), type 2 has a fitting portion inner diameter of 10 mm, and the length of the contact portion 91 with the insulator 2 inside the fitting portion 9 is 6 mm (shown in FIG. 5). (B) type), type 3 is a type in which the inner diameter of the fitting portion is 8 mm and the length of the abutting portion 91 with the insulator 2 inside the fitting portion 9 is 3 mm ((c) shown in FIG. 5). Type). For SNCM439, the hardness was adjusted by varying the tempering temperature with a quenching and tempering material.

上記表１に示すように、嵌合部のビッカース硬度が１８０未満であると抜け荷重も小さく気密性も悪い。一方、ビッカース硬度が５００を超えると主体金具の割れが生じてしまう。したがって本発明では嵌合部のビッカース硬度を１８０以上５００以下としているのである。 As shown in Table 1, if the Vickers hardness of the fitting portion is less than 180, the unloading load is small and the airtightness is poor. On the other hand, if the Vickers hardness exceeds 500, the metal shell will be cracked. Therefore, in the present invention, the Vickers hardness of the fitting portion is set to 180 or more and 500 or less.

また表１に示すように、嵌合部のビッカース硬度が１８０以上５００以下であれば嵌合部の長さが長くなっても、また、嵌合部内径が８ｍｍとなっても抜け荷重が不十分となって気密性が悪化することなく良好なスパークプラグを提供できる。なお、嵌合部の軸方向長さは下限を１ｍｍ、上限を嵌合部内径と同程度（すなわちタイプ１では１０ｍｍ）とすることが望ましい。 As shown in Table 1, if the fitting part has a Vickers hardness of 180 or more and 500 or less, even if the fitting part becomes long or the fitting part has an inner diameter of 8 mm, the unloading load is not lost. A satisfactory spark plug can be provided without being deteriorated and hermeticity being deteriorated. In addition, as for the axial direction length of a fitting part, it is desirable to make a minimum into 1 mm and an upper limit to be comparable as a fitting part internal diameter (namely, 10 mm in Type 1).

ところで、主体金具１の嵌合部９の最小肉厚（図１に示すＴ１）は、０．２５ｍｍ以上とすることが好ましい。これより肉厚が薄いと、製造性が悪くなる。また、主体金具１の嵌合部９内に圧入されて嵌合される絶縁碍子２の嵌合部分の肉厚（図１に示すＴ２）は、１ｍｍ以上とすることが好ましい。これは、脆性材料である絶縁碍子２は、嵌合によって締め付ける力が作用し、破壊する恐れがあるためである。このような破壊が生じることを肉厚を１ｍｍ以上とすることによって防止できる。 By the way, it is preferable that the minimum thickness (T1 shown in FIG. 1) of the fitting portion 9 of the metal shell 1 is 0.25 mm or more. If the wall thickness is thinner than this, the productivity becomes worse. Moreover, it is preferable that the thickness (T2 shown in FIG. 1) of the fitting portion of the insulator 2 that is press-fitted into the fitting portion 9 of the metal shell 1 is 1 mm or more. This is because the insulator 2 that is a brittle material is subject to a force of tightening by fitting and may be broken. Such destruction can be prevented by setting the thickness to 1 mm or more.

また、絶縁碍子２を主体金具１の嵌合部９から引き抜いた後の絶縁碍子２の外形をｄ１、嵌合部９の内径をｄ２とした時、ｄ１−ｄ２の値（抜き後の嵌合代）を、６μｍ〜２００μｍの範囲内とすることが好ましい。これは、以下のような理由による。 Further, when the outer shape of the insulator 2 after the insulator 2 is pulled out from the fitting portion 9 of the metal shell 1 is d1, and the inner diameter of the fitting portion 9 is d2, the value of d1-d2 (fitting after removal) Is preferably in the range of 6 μm to 200 μm. This is due to the following reasons.

一般に絶縁碍子２はアルミナからなりその熱膨張は６〜８×１０^−６／℃である。主体金具１は、Ｆｅを主成分とする合金からなりその熱膨張は１０〜１７×１０^−６／℃である。嵌合径は、３．５〜１５ｍｍであり、嵌合部分の温度は最大で２５０℃程度である。これらから、一般に組み合わされる中で必要な嵌合代が最小となるのは、アルミナ８×１０^−６／℃、主体金具１０×１０^−６／℃、嵌合径３．５ｍｍの場合であり、最高温度２５０℃として、必要な嵌合代は２μｍである。また、最大となるのは、アルミナ６×１０^−６／℃、主体金具１７×１０^−６／℃、嵌合径１５ｍｍの場合であり、最高温度２５０℃として、必要な嵌合代は４１μｍである。これは必要最小限の値で、安全率を３とすれば、最小の嵌合代は６μｍ、最大の嵌合代は１２３μｍとなる。嵌合代が１２３μｍ以上あっても安全率が増すので問題がないが、例えば、２００μｍより大きい場合絶縁碍子２に負担がかかる。このため、ｄ１−ｄ２の値（抜き後の嵌合代）は、６μｍ〜２００μｍの範囲内とすることが好ましい。 In general, the insulator 2 is made of alumina, and its thermal expansion is 6 to 8 × 10 ⁻⁶ / ° C. The metal shell 1 is made of an alloy containing Fe as a main component, and its thermal expansion is 10 to 17 × 10 ⁻⁶ / ° C. A fitting diameter is 3.5-15 mm, and the temperature of a fitting part is about 250 degreeC at the maximum. From these, it is generally the case that the necessary fitting allowance is minimized among the combinations when alumina is 8 × 10 ⁻⁶ / ° C., the metal shell is 10 × 10 ⁻⁶ / ° C., and the fitting diameter is 3.5 mm. At a maximum temperature of 250 ° C., the necessary fitting allowance is 2 μm. Moreover, the maximum is the case of alumina 6 × 10 ⁻⁶ / ° C., metal shell 17 × 10 ⁻⁶ / ° C., and fitting diameter 15 mm. The maximum temperature is 250 ° C., and the necessary fitting allowance is 41 μm. is there. This is the minimum necessary value. If the safety factor is 3, the minimum fitting allowance is 6 μm and the maximum fitting allowance is 123 μm. Even if the fitting allowance is 123 μm or more, there is no problem because the safety factor is increased. For this reason, it is preferable that the value of d1-d2 (fitting allowance after removal) be in the range of 6 μm to 200 μm.

また、スパークプラグ１００を製造するに際しては、絶縁碍子２を主体金具１の嵌合部９に圧入する前の絶縁碍子２の外形をＤ１、嵌合部９の内径をＤ２とした時、Ｄ１−Ｄ２の値（初期の嵌合代）を、６μｍ〜３００μｍの範囲内とすることが好ましい。すなわち、必要な最低嵌合代は、上記したように６μｍである。また、初期の嵌合代が３００μｍを超えると、圧入荷重が高くなり、絶縁碍子２が割れる可能性があるためである。 When the spark plug 100 is manufactured, when the outer shape of the insulator 2 before press-fitting the insulator 2 into the fitting portion 9 of the metal shell 1 is D1, and the inner diameter of the fitting portion 9 is D2, D1- The value of D2 (initial fitting allowance) is preferably in the range of 6 μm to 300 μm. That is, the minimum fitting allowance is 6 μm as described above. Further, if the initial fitting allowance exceeds 300 μm, the press-fitting load becomes high and the insulator 2 may break.

また、本実施形態のスパークプラグでは、嵌合部分の信頼性を高める、すなわち抜け荷重を高くする必要があるが、この抜け荷重を高くすればするほど、圧入荷重も高くなってしまう。このようなときには、圧入時に潤滑材を使用することで嵌合部の信頼性を高く保ったまま、圧入荷重を少なくすることができる。この場合、圧入後に熱処理を行うことで抜け荷重が増大する。これは、熱処理によって潤滑材が分解され潤滑効果がなくなるためと、点接触から面接触へと変化したための２つの効果による。ここで、点接触から面接触へと変化とは、嵌合部の接触状態が熱処理前では点接触の状態にあるが、点接触部には局所的に高面圧が掛かっており、この状態に熱を与えることで主体金具材が軟化、そして塑性変形することで接触状態が点から面接触へと変化し、嵌合部の真の接触面積が増大することを指す。このような潤滑材としては、例えばパスキンＭ３０（商品名）、セロゾール（商品名）等を使用することができる。 Moreover, in the spark plug of this embodiment, it is necessary to increase the reliability of the fitting portion, that is, to increase the unloading load. However, the higher the unloading load, the higher the press-fit load. In such a case, the press-fitting load can be reduced while keeping the reliability of the fitting portion high by using a lubricant during press-fitting. In this case, the removal load increases by performing heat treatment after press-fitting. This is due to two effects that the lubricant is decomposed by the heat treatment and the lubrication effect is lost, and that the point contact is changed to the surface contact. Here, the change from point contact to surface contact means that the contact state of the fitting part is in a point contact state before the heat treatment, but the point contact part is locally subjected to a high surface pressure. When the heat is applied to the metal shell, the metal shell material is softened, and plastic deformation causes the contact state to change from a point to a surface contact, thereby increasing the true contact area of the fitting portion. As such a lubricant, for example, Paskin M30 (trade name), cellosol (trade name) or the like can be used.

熱処理は、例えば温度３００℃で１５分程度行うことが好ましい。このような圧入後の熱処理を行わなかった場合、圧入荷重と抜け荷重は略同一となる。ところが、上記のような熱処理を行うことにより、例えば嵌合部直径（絶縁碍子の外径）が１０ｍｍのスパークプラグの場合に実際に測定したデータの一例を挙げれば、圧入荷重が１５０Ｋｇに対して、室温での抜け荷重が６１０Ｋｇ、２００℃での抜け荷重が５２０Ｋｇとなった。また、例えば嵌合部直径（絶縁碍子の外径）が８ｍｍのスパークプラグの場合に実際に測定したデータの一例を挙げれば、圧入荷重が１５７Ｋｇに対して、室温での抜け荷重が３５７Ｋｇ、２００℃での抜け荷重が２７６Ｋｇとなった。この圧入の際は、主体金具の座面を支持して絶縁碍子の圧入を行っている。主体金具には公知の方法によって、先端に接地電極１０が接合されているので（図１参照。）、この接地電極１０を変形させてしまうことなく圧入を行うためには座面を支持して圧入することが好ましい。 The heat treatment is preferably performed at a temperature of 300 ° C. for about 15 minutes, for example. When such heat treatment after press-fitting is not performed, the press-fitting load and the removal load are substantially the same. However, by performing the heat treatment as described above, for example, in the case of a spark plug having a fitting portion diameter (outer diameter of the insulator) of 10 mm, an example of data actually measured is as follows. The unloading load at room temperature was 610 kg, and the unloading load at 200 ° C. was 520 kg. For example, in the case of a spark plug having a fitting portion diameter (outer diameter of the insulator) of 8 mm, an example of data actually measured is 157 kg of press-fit load and 357 kg of unloading load at room temperature. The unloading load at ℃ was 276 kg. At the time of this press-fitting, the insulator is press-fitted while supporting the seating surface of the metal shell. Since a ground electrode 10 is joined to the tip of the metal shell by a known method (see FIG. 1), in order to press fit without deforming the ground electrode 10, a seating surface is supported. It is preferable to press-fit.

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、本実施形態に記載したＬ字形状の接地電極１０の他、複数の接地電極を組み合わせたもの、さらには一般に沿面放電タイプと呼ばれるもののひとつである主体金具の先端部が火花放電電極を兼ねるタイプであってもよい。 In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. For example, in addition to the L-shaped ground electrode 10 described in this embodiment, a combination of a plurality of ground electrodes, and further, the tip of a metal shell, which is one of the so-called creeping discharge types, also serves as a spark discharge electrode. It may be a type.

本発明の実施形態に係るスパークプラグの圧入前の状態を示す図。The figure which shows the state before the press injection of the spark plug which concerns on embodiment of this invention. 図１のスパークプラグの圧入後の状態を示す図。The figure which shows the state after the press injection of the spark plug of FIG. 導入部のテーパー角度とテーパー長の関係を説明するための図。The figure for demonstrating the relationship between the taper angle of an introducing | transducing part, and taper length. テーパー角度とテーパー長及び抜き後の嵌合代との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a taper angle, taper length, and the fitting margin after extraction. スパークプラグの嵌合部のタイプの相違を説明するための図。The figure for demonstrating the difference in the type of the fitting part of a spark plug.

Explanation of symbols

１……主体金具、２……絶縁碍子、３……中心電極、７……ねじ部、８……工具係合部、９……嵌合部、１００……スパークプラグ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal fitting, 2 ... Insulator, 3 ... Center electrode, 7 ... Screw part, 8 ... Tool engaging part, 9 ... Fitting part, 100 ... Spark plug.

Claims

A center electrode extending in the axial direction, a cylindrical insulator holding the center electrode, and a cylindrical metal shell having a ground electrode at the tip and a tool engaging portion for mounting the engine. Spark plug,
The spark plug is characterized in that the insulator is held by press-fitting at a fitting portion of the metal shell, and at least the fitting portion of the metal shell has a Vickers hardness in a range of 180 to 500.

The spark plug according to claim 1, wherein
The spark plug according to claim 1, wherein a minimum thickness of the fitting portion of the metal shell is 0.25 mm or more.

The spark plug according to claim 1 or 2,
The spark plug according to claim 1, wherein a thickness of the insulator in a fitting portion of the metal shell with the fitting portion is 1 mm or more.

In the spark plug according to any one of claims 1 to 3,
The value of d1-d2 is in the range of 6 μm to 200 μm, where d1 is the outer shape of the insulator after the insulator is pulled out from the fitting portion of the metal shell, and d2 is the inner diameter of the fitting portion. Spark plug characterized by being.

In the manufacturing method of the spark plug of any one of Claims 1-4,
The value of D1-D2 is in the range of 6 μm to 300 μm, where D1 is the outer shape of the insulator before press-fitting the insulator into the fitting portion of the metal shell, and D2 is the inner diameter of the fitting portion. A method for manufacturing a spark plug, wherein