JP2008036751A - 金属製筒状部材の旋削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同心で、一端側に大径筒部を有し他端側に小径筒部を有する径違いの金属製筒状部材であって、前記大径筒部には前記小径筒部の肉厚に比較して薄肉をなす薄肉筒部が形成されるものにおいて、前記大径筒部の外周面を旋削して前記薄肉筒部を形成するにあたり、大径筒部に凹み等の発生がなく、加工精度の高い金属製筒状部材を得る。
【解決手段】大径筒部１０３の薄肉筒部の外周面を旋削するのに、大径筒部１０３の内周面ではなく、小径筒部１０５の外周１０５ａ面を加工機械のチャック１２０に固定して旋削することとした。チャック時に、大径筒部１０３には変形もなく、薄肉筒部の内周面に傷も付かないから、加工精度が高められる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車用エンジンのスパークプラグ用の主体金具（金具本体）のように、同心で、一端側に大径筒部を有し他端側に小径筒部を有する径違いの金属製筒状部材であって、大径筒部には小径筒部の肉厚に比較して薄肉をなす薄肉筒部が形成されるものにおいて、前記大径筒部の外周面を旋削して前記薄肉筒部を形成する方法に関する。

図４は、図６に示したスパークプラグ（点火プラグ）２００を構成する主体金具１０１ｂの旋削加工前の素材をなす金属製筒状部材１０１の断面図であり、図４中のダブルハッチング部はその旋削加工における切削代（加工取り代）を示している。このようなスパークプラグ２００の主体金具１０１ｂの製造においては、切削工程を減らして生産性ないし製造効率を高めるため、その加工前の素材には、すえ込みや押出し等の複数の成形（冷間鍛造）工程を経て製造された、図４に示したような金属製筒状部材１０１が使用される。同図に示した金属製筒状部材１０１は、その図示右側に、内径が後述する小径筒部１０５の内径よりも大径（例えば１２ｍｍ）をなす大径筒部１０３と、その大径筒部１０３の左方には、内径が大径筒部１０３の内径よりも小径をなすと共に外径が大径筒部１０３の内径と同程度の大きさをなす小径筒部１０５を同心で有している。ただし、この大径筒部１０３の軸線Ｇ方向の中間部位の外周面は多角形部（例えば六角形）１０８をなしている。

このような金属製筒状部材１０１は、自動旋盤などの加工機械にかけられ、大径筒部１０３などの所定の箇所（図４中のダブルハッチング部）を旋削加工等することでスパークプラグ２００に組み立てられる前の主体金具１０１ｂとして製造される。この金属製筒状部材１０１の大径筒部１０３は、その大径筒部１０３における左端の円形フランジ部１０７より右側における軸線Ｇ方向の中間部位に、所定の範囲で多角形部１０８を残す形で、図４に示した切削代部分が切削される。すなわち、大径筒部１０３は、その多角形部１０８を挟んだ先端部（図４の右端部）１０９と基端部１１０の両部位が、小径筒部１０５の肉厚に比較すると、肉厚がかなり薄肉（例えば、０．７ｍｍ〜０．８ｍｍ程度）となるようにその外周面が加工される。なお、大径筒部１０３における多角形部１０８は、加工後において、ねじ込み用の工具係止部をなすところである。これは加工後の主体金具１０１ｂは、他部品と共に組立てられてスパークプラグ２００をなし、エンジンにねじ込み方式により取り付けられるが、多角形部１０８は、その際の回螺工具（スパナ）の嵌合部（係止部）をなすところである。また、小径筒部１０５の外周面は、このねじ込みのためのネジが形成される。

ところで、このような小物（小径）の金属製筒状部材１０１の機械加工においては、従来、図５に示したように、その大径筒部１０３における内周面１０３ｂ（図４参照）をチャック１にて固定（保持）し、その状態の下で旋削されていた。そして、その固定においては、例えば、周方向に間隔を保持して配置された複数の爪（コマ）４０を、先端がテーパを有するロッド３０で押すことで、その楔作用によりその爪４０を、外周面側に押しやって、大径筒部１０３における内周面１０３ｂを押付けて固定するという構造のチャックが使用されていた（特許文献１）。

一方、大径筒部１０３を上記したように薄肉に加工する理由は、部品として完成した加工後の主体金具１０１ｂを用いてスパークプラグ２００として組立てる際には、その薄肉部（１０９，１１０）においてカシメを容易に行うためである。すなわち、図６に示したスパークプラグ２００は、完成後の主体金具１０１ｂの内側に絶縁体３０１を内挿した状態で、大径筒部１０３の先端部１０９の薄肉部を内側に折り曲げると同時に、軸線方向に圧縮することで、滑石（シール材）３０３を圧縮し、その先端部１０９と共に基端部１１０の薄肉部を座掘変形させて組立てていた。このように、スパークプラグ２００をなす主体金具１０１ｂにおける大径筒部１０３には肉厚が極めて薄い薄肉部からなる先端部１０９及び基端部１１０を備えている。他方、近年のスパークプラグ２００は内燃機関の小型化等により細径化しており、主体金具１０１ｂにおいても小型化、細径化している。よって、このような先端部１０９及び基端部１１０についても、近年では益々その薄肉化が要請されている。
特開２００２−１１５４３号公報

このような金属製筒状部材１０１を、その大径筒部１０３の内周面１０３ｂにおいて、上記したようなチャック１で固定して、その外周面を旋削加工する場合においては、加工後、金属製筒状部材１０１をチャック１から外すと、大径筒部１０３の薄肉部に変形が発生し、要求される寸法精度が得られないことがあるという問題があった。これは、大径筒部１０３における内周面１０３ｂを押し広げる形でチャック（固定）することに起因している。すなわち、大径筒部１０３は、チャックに伴う半径外方向への押圧力（押し広げ力）により、チャックの爪（又はコマ）４０が当たる部位が、局所的に、外方に押し広げられる形となるため、その内周面１０３ｂが軸線Ｇ方向から見て、いわば多角形のように弾性変形することに起因している。具体的には次のようである。

上記したチャック１による固定においては、その固定力によって、大径筒部１０３の内周面１０３ｂが本来の円（筒）に対して、その爪４０に対応する部位が外方に僅かではあるが膨出するように弾性変形する。このため、この変形状態で大径筒部１０３の外周面を加工すると、その加工後、金属製筒状部材１０１をチャックから外すまで（前）は、その加工した外周面は真円であるが、旋削後にこれをチャックから外すと、チャックに伴って発生していた変形（弾性変形）が復元するため、その外周面のうち爪４０に対応する部位が逆に凹む形となり、真円度が損なわれるとともに、部分的に薄肉となる。また、この固定においては、大径筒部１０３の内周面１０３ｂのうち、チャックの爪（又はコマ）４０が当たる部位には傷が付きがちとなる。このように凹みや傷があると、その後、スパークプラグとして組立てる際において、上記したように大径筒部１０３をかしめるときには、その凹みや傷に起因して、周方向に均一な変形が得られず、結果として、外観不良や精度不良を招くといった問題があった。そして、こうした問題は、基本的に同様の構造を有するエンジン用のガスセンサにおける主体金具をなす金属製筒状部材の加工においても存在する。

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、上記したような金属製筒状部材のように、同心で、一端側に大径筒部を有し他端側に小径筒部を有する径違いの金属製筒状部材であって、前記大径筒部には前記小径筒部の肉厚に比較して薄肉をなす薄肉筒部が形成されるものにおいて、前記大径筒部の外周面を旋削して前記薄肉筒部を形成するにあたり、大径筒部に前記したような凹み等の発生がなく、加工精度を高めることのできる旋削方法を提供することにある。

前記目的を達成するための請求項１に記載の本発明は、一端側に大径筒部を有し他端側に小径筒部を有する径違いの金属製筒状部材であって、前記大径筒部には前記小径筒部の肉厚に比較して薄肉をなす薄肉筒部が形成されるものにおいて、前記大径筒部の外周面を旋削して前記薄肉筒部を形成するにあたり、
前記小径筒部の外周面を加工機械のチャックによって固定して旋削することを特徴とする金属製筒状部材の旋削方法である。なお、前記金属製筒状部材としては、スパークプラグ用の主体金具或いはガスセンサ用の主体金具が例示される。

本発明は、前記したように、薄肉筒部へ金属製筒状部材の大径筒部を加工機械により旋削加工する際において、その内周面をチャックにより固定（保持）して旋削するものではなく、小径筒部の外周面をチャックにより固定することとしたため、その加工後において、大径筒部の外周面に凹みが発生したり、その内周面に傷が付いたりすることがない。これにより、例えば、金属製筒状部材がスパークプラグ用の主体金具として用いられる部品であり、それがスパークプラグの組立てにおいて、大径筒部を上記のように圧縮変形してカシメを行う場合であっても、その組立て後のスパークプラグに外観不良等の問題を起こすことを防止できる。本発明では上記した金属製筒状部材のうち、小物部品であり、その加工精度が高度に要求されるものの加工において、より顕著な効果が期待される。

本発明の実施の形態を図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。ただし、本形態において、工作物である金属製筒状部材１０１は、図４に示したものと同じものであるが、その形状、構造については図１に基づいてさらに詳述する。すなわち、この金属製筒状部材１０１は、図６のスパークプラグ２００を構成する主体金具１０１ｂを製造するための素材であって、図１の右側に、内径が大径（例えば１２ｍｍ）をなす大径筒部１０３と、その大径筒部１０３の左方には、内径が大径筒部１０３の内径よりも小径をなし外径が大径筒部１０３の内径と同程度の大きさを有する小径筒部１０５を同心で有している。そして、この大径筒部１０３の軸線Ｇ方向の中間部位の外周面１０８ａは多角形をなしている。このような金属製筒状部材１０１においては、図１のダブルハッチング部が旋削加工される部位である。金属製筒状部材１０１の大径筒部１０３は、その大径筒部１０３の左端の円形フランジ部１０７の右側において、軸線Ｇ方向の中間部位に所定の範囲で多角形部１０８を残す形で、図１に示した切削代のように、多角形部１０８を挟んだ先端部１０９と基端部１１０の両部位が、旋削により小径筒部１０５の肉厚に比較して薄肉部となるように設定されている。なお、大径筒部１０３における多角形部１０８は、上記もしたように、加工後（完成品）、スパークプラグ２００として組立てられた後のねじ込み用の工具係止部をなすところである。

一方、金属製筒状部材１０１の小径筒部１０５は直管状に形成されており、大径筒部１０３の薄肉部（１０９，１１０）の肉厚より、相対的に厚肉に設定されている。そして、小径筒部１０５の外径は大径筒部１０３の薄肉部における外径よりも小さく成形されている。なお、小径筒部１０５の外周面１０５ａには、大径筒部１０３の外周面の加工の後工程で、ネジが例えば転造で形成される。また、図１の金属製筒状部材１０１においてはその小径筒部１０５の内周面に、内向きに周フランジ状に突出する凸部１０６が素材において形成されている。このような金属製筒状部材（素材）１０１は、鉄鋼製或いはステンレス鋼製であり、冷間鍛造による多数の成形工程を経て、図１に示したように、主体金具の完成品に近い形に成形されており、大径筒部１０３の外周面には、ダブルハッチングで示したように、若干の加工取り代が付されている。

本形態では、このような金属製筒状部材１０１の大径筒部１０３の外周面は、加工機械（例えば、自動旋盤）により、次のようにして加工される。すなわち、図２に示したように、旋盤の回転主軸（スピンドル）１２１おけるチャック１２０の爪（例えば４つの爪）１３３にて、その小径筒部１０５の外周面１０５ａを固定（保持）し、その状態の下で主軸１２１を回転させ、例えば、ダブルハッチングの切削取り代に対応して形成された切れ刃を有する切削工具（バイト）１５０を大径筒部１０３の外周面に所定量押付けることで切削する、というものである。なお、図２では、スピンドル１２１内に配置された４つの爪１３３を引き込むことで、その外周面のテーパにより、締付けられるコレットチャック方式のチャックを例示している。

しかして、このようにして大径筒部１０３の外周面を加工する場合には、従来のようにその大径筒部１０３の内周面１０３ｂをチャックの爪にて固定して加工するというものでなく、小径筒部１０５の外周面１０５ａをチャック１２０にて固定して加工するものである。したがって、このチャック１２０による固定においては、厚肉の小径筒部１０５の外周面１０５ａが爪１３３で縮径状に押付けられるため、その固定によって大径筒部１０３に問題となる変形が発生することは殆どないし、傷が発生することはない。したがって、加工後、金属製筒状部材１０１をチャック１２０から外したとしても、大径筒部１０３は必要な精度の真円度（円筒）を保持できるし、その内周面１０３ｂに対する傷の発生もない。なお、小径筒部１０５には、チャック１２０の爪１３３による固定に基づく変形は生じるが、小径であるが故にその変形を小さいものとすることができるし、チャック１２０から取り外すことでその変形は復元する。また、その固定によって小径筒部１０５の外周面１０５ａの一部には傷が付くが、このような外周面１０５ａには後工程でネジが形成されるため、問題となることがない。なお、図３は大径筒部１０３の外周面を加工した後の金属製筒状部材１０１の半断面図である。

かくして、このような旋削工程を終えた後で、小径筒部１０５の外周面１０５ａにネジ加工等を施すと共に、小径筒部１０５の先端に点火端子を溶接する等して、主体金具１０１ｂ（スパークプラグとして組立てる前の部品）として完成させ、その後において、スパークプラグの組み立てに供される。そして、その組み立てにおいては図６に示したように、金属製筒状部材１０１の内側に、電極等を内挿した絶縁体３０１を挿入する等して、大径筒部１０３の先端部１０９の薄肉部を内側に折り曲げると同時に、軸線方向に圧縮するようにカシメを行うのであるが、この場合、先端部１０９及び基端部１１０の薄肉部には従来のような凹みや傷等がないことから、周方向に均一な変形が得られるので、スパークプラグにおいて外観不良や精度不良を招くことを防止できる。

上記形態では、金属製筒状部材１０１として、スパークプラグ用の主体金具１０１ｂにおいて具体化したが、本発明の加工対象とされる金属製筒状部材１０１はこれに限定されるものではない。すなわち、このほか、図７に示されるようなエンジン用のガスセンサ４００用の主体金具４０１であっても、それが、自身の一端側に大径筒部４０３を備えると共に、その大径筒部４０３よりも他端側に同心で小径筒部４０５を備えてなるものである限り、もちろん適用できる。このガスセンサ４００は、内燃機関などから排出される排気ガスなどの被測定ガス中の酸素濃度を検出するためのもので、内外面に、それぞれ内部電極（層）及び外部電極（層）を有する、先端（同図下端）が閉塞された中空軸状（筒状）の固体電解質からなる検出素子４２１と、この検出素子４２１を内側に保持して、排気ガス管に取付けられる主体金具４０１等からなっている。このガスセンサ４０１は、主体金具４０１を介して内燃機関の排気ガス管に取付けられ、検出素子４２１の内周面（内壁面）の内部電極（基準電極）を基準ガス（大気）に、外周面（外壁面）の外部電極（測定電極）を排気ガスに接触させ、検出素子４２１の内外面の酸素濃度差に対応して両電極間に起電力を生じさせ、この起電力に基づく信号を制御回路に出力し、排気ガス中の酸素濃度を検知して空燃比制御するのに使用される。なお、図７中、小径筒部４０５には保護カバー（キャップ）４２０が取り付けられており、大径筒部４０３には素子４２１の各電極に接続された端子金具４７１，４９１等を包囲するように保護筒４３１が取り付けられ、内部がカバーされている。

すなわち、本発明の加工対象である金属製筒状部材は、スパークプラグ用やガスセンサ用の主体金具に使用される金属製筒状部材のように、一端側に大径筒部を有し他端側に小径筒部を有する径違いの金属製筒状部材であって、前記大径筒部には前記小径筒部の肉厚に比較して薄肉をなす薄肉筒部が形成される金属部品において、前記大径筒部の外周面を旋削して前記薄肉筒部を形成する場合に広く適用できるのであって、その部品の用途は限定されるものではない。また、上記においては、加工機械のチャックの爪の数が４つであるものにおいて具体化したが、その数はもちろんのこと、チャックの方式に係わらず本発明を具体化できることはいうまでもない。さらに、上記においては、加工機械に自動旋盤を例として具体化したが、金属製筒状部材の外周面を旋削できるものであればよく、したがって、当然のことながら普通旋盤におけるチャックにて固定して旋削する場合にも適用できる。

本発明の実施の形態に用いた金属製筒状部材の半断面図。 図１の金属製筒状部材を旋削する状態の説明用断面図。 大径筒部の外周面を加工した後の金属製筒状部材の半断面図。 金属製筒状部材の断面図。 図４の金属製筒状部材を旋削する従来の説明用断面図。 スパークプラグの半断面図。 ガスセンサの断面図。

符号の説明

１０１、４０１ 金属製筒状部材
１０１ｂ スパークプラグの主体金具
１０３、４０３ 金属製筒状部材の大径筒部
１０３ｂ 大径筒部の内周面
１０５、４０５ 金属製筒状部材の小径筒部
１０５ａ 小径筒部の外周面
１０９、１１０ 薄肉筒部
１２０ 加工機械のチャック
２００ スパークプラグ
４００ ガスセンサ

Claims (3)

1. 一端側に大径筒部を有し他端側に小径筒部を有する径違いの金属製筒状部材であって、前記大径筒部には前記小径筒部の肉厚に比較して薄肉をなす薄肉筒部が形成されるものにおいて、前記大径筒部の外周面を旋削して前記薄肉筒部を形成するにあたり、
   前記小径筒部の外周面を加工機械のチャックによって固定して旋削することを特徴とする金属製筒状部材の旋削方法。
2. 前記金属製筒状部材がスパークプラグ用の主体金具であることを特徴とする、請求項１に記載の金属製筒状部材の旋削方法。
3. 前記金属製筒状部材がガスセンサ用の主体金具であることを特徴とする、請求項１に記載の金属製筒状部材の旋削方法。

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