JP4155141B2 - スパークプラグの製造方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等に搭載された内燃機関に組み付けられるスパークプラグの製造方法および装置に関する。

従来のスパークプラグは、ハウジングの内部に柱状の中心電極が絶縁保持され、接地電極の一端がハウジングに接合され、接地電極の中間部を曲げることにより、接地電極の他端（自由端）側が中心電極の先端面に対向して配置されている。そして、接地電極を曲げる前の時点で中心電極の先端面位置等を計測し、その計測結果に基づいて接地電極の曲げ量を決定することにより、火花ギャップを規格内に収めるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６４１４９号公報

しかしながら、上記文献１に記載の方法によれば、接地電極の他端側の中心電極軸線に直交する方向の位置は成り行きとなる。そのため、接地電極に貴金属チップが接合されたスパークプラグでは、中心電極と貴金属チップとの同軸度の精度が低くなってしまい、それがスパークプラグの着火性能低下要因の１つとなっていた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、接地電極に貴金属チップが接合されたスパークプラグにおいて、中心電極と貴金属チップとの同軸度の精度を高めることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ハウジング（１０）の内部に柱状の中心電極（１２）が絶縁保持され、接地電極（１３）の一端がハウジング（１０）に接合され、接地電極（１３）の他端側の一方の面に柱状の貴金属チップ（１４）が接合され、接地電極（１３）の他端側が中心電極（１２）の軸線（Ｚ１）に対して略直交する角度まで接地電極（１３）の中間部が曲げられて、貴金属チップ（１４）が中心電極（１２）の先端面（１２ａ）に対して中心電極軸線（Ｚ１）方向に所定の火花ギャップ（Ｇ）を有して対向配置されるスパークプラグの製造方法であって、接地電極（１３）の他端側の中心電極軸線（Ｚ１）方向の位置を調整して所定の火花ギャップ（Ｇ）を形成する曲げ工程と、曲げ工程後における中心電極（１２）と貴金属チップ（１４）との同軸度を計測する同軸度検査工程と、貴金属チップ（１４）の中心電極軸線（Ｚ１）に直交する方向（Ｘ）の位置を同軸度検査工程の検査結果に基づいて修正する位置修正工程とを含み、曲げ工程では、接地電極（１３）の他端側の他方の面（１３ｃ）に当接する押圧部（４１ａ）および接地電極（１３）の他端側先端面（１３ｄ）に当接する肩部（４１ｂ）を有する曲げパンチ（４１）を用い、接地電極（１３）の他端側先端面（１３ｄ）に肩部（４１ｂ）を対向させた状態で中心電極軸線（Ｚ１）の一方の向きに曲げパンチ（４１）を移動させて、押圧部（４１ａ）により接地電極（１３）の他端側の他方の面（１３ｃ）を押して所定の火花ギャップ（Ｇ）を形成し、この後、中心電極軸線（Ｚ１）に直交する方向（Ｘ）のうち肩部（４１ｂ）と接地電極（１３）の他端側先端面（１３ｄ）とが離れる向きに、曲げパンチ（４１）およびワーク（１）の少なくとも一方を移動させ、次に、曲げパンチ（４１）を中心電極軸線（Ｚ１）の他方の向きに移動させ、位置修正工程では、中心電極軸線（Ｚ１）に直交する方向（Ｘ）に曲げパンチ（４１）およびワーク（１）の少なくとも一方を移動させて、肩部（４１ｂ）により接地電極（１３）の他端側先端面（１３ｄ）を押すことを特徴とする。

これによると、所定の火花ギャップを形成した後に中心電極と貴金属チップとの同軸度を計測し、その結果に基づいて貴金属チップの中心電極軸線に直交する方向の位置を修正するため、中心電極と貴金属チップとの同軸度の精度を高めることができる。また、曲げ工程では、曲げパンチを移動させて所定の火花ギャップを形成する際の、接地電極の他端側先端面が肩部側に向かう動きは、肩部によって規制される。したがって、接地電極の他端側先端面および接地電極における貴金属チップが接合された部位の中心電極軸線に直交する方向の位置が肩部によって規制されるため、中心電極と貴金属チップとの同軸度の精度を高めることができる。また、曲げ工程では、火花ギャップ（Ｇ）を形成した後、接地電極の他端側先端面が肩部から離れた状態で曲げパンチを中心電極軸線の他方の向きに移動させるため、曲げパンチの移動に伴って接地電極の他端側先端面が引きずられることはなく、火花ギャップの寸法が変わるという問題を回避することができる。また、位置修正工程では、肩部にて接地電極の他端側先端面を押すことにより、接地電極の他端側の中心電極軸線に直交する方向の位置を修正することができる。

請求項２に記載の発明では、中心電極軸線（Ｚ１）に直交する２方向（Ｘ、Ｙ）から撮影した画像に基づいて、中心電極（１２）と貴金属チップ（１４）との同軸度を計測することを特徴とする。

これによると、２方向から撮影した画像に基づいて同軸度を計測するため、同軸度を正確に計測することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は，本発明のスパークプラグの製造方法に用いる製造装置、より詳細には接地電極１３の本曲げを行う装置の一実施形態を示す模式的な全体構成図である。図２は図１のカメラ５０の配置を示す模式的な平面図、図３は接地電極の仮曲げ後の状態を示す図１のＡ部の拡大図、図４は接地電極１３の本曲げ工程を示す図１のＡ部の拡大図である。

図３および図４に示すように、スパークプラグ１は、導電性の鉄鋼材料よりなる略円筒形状のハウジング１０を有しており、ハウジング１０には、絶縁性に富むセラミックからなる略円筒形状の碍子１１が挿入固定されている。碍子１１の軸孔には、導電性の金属材料よりなる略円柱形状の中心電極１２が挿入固定されている。ハウジング１０にはＮｉ基合金よりなる板状の接地電極１３が接合され、接地電極１３には耐火花消耗性に優れた例えばＩｒ（イリジウム）合金よりなる円柱状の貴金属チップ１４が接合されている。

接地電極１３は、仮曲げ前の時点では図３に破線で示すように直線状であり、仮曲げにより図３に実線で示すように略Ｌ字形状に加工され、さらに、本曲げにより図４に示すようにさらに曲げられて火花ギャップＧが所定寸法に加工される。換言すると、接地電極１３は、中心電極１２の軸線Ｚ１に対して略平行に延びる脚部１３ａと、中心電極軸線Ｚ１に対して略直交方向に延びる対向部１３ｂを有し、貴金属チップ１４が中心電極１２の先端面１２ａに対向して配置されるとともに、貴金属チップ１４と中心電極１２との間に中心電極軸線Ｚ１方向に所定の火花ギャップＧが形成される。

図１に示すように、この装置は、火花ギャップＧ部分を上方にしてワーク（スパークプラグ１）を固定保持するホルダ２０と、このホルダ２０を中心電極軸線Ｚ１に直交する第１直交方向Ｘ（図２、図４参照）に移動させるホルダ駆動手段３０と、接地電極１３を押圧して両電極１２、１３の間隔を圧縮する接地電極押圧手段４０と、この接地電極押圧手段４０の側部に配設された２台のカメラ５０と、カメラ５０から出力される映像信号を処理する画像処理手段６０と、画像処理手段６０からの信号に基づいてホルダ駆動装置３０および接地電極押圧手段４０を制御する制御手段７０とからなる。

接地電極押圧手段４０は、接地電極１３を押圧する曲げパンチ４１、この曲げパンチ４１を中心電極軸線Ｚ１方向に移動（昇降）させるための曲げパンチ駆動手段４２等を備えている。なお、曲げパンチ駆動手段４２およびホルダ駆動手段３０は例えばサーボモータを用いることができる。曲げパンチ駆動手段４２は本発明の第１駆動手段に相当し、ホルダ駆動手段３０は本発明の第２駆動手段に相当する。

図３および図４に示すように、曲げパンチ４１は、接地電極１３の対向部１３ｂにおける貴金属チップ１４が接合されていない面１３ｃ（以下、反チップ接合面という）に当接する押圧部４１ａ、および接地電極１３の先端面１３ｄに当接する肩部４１ｂが形成されている。押圧部４１ａは中心電極軸線Ｚ１に直交する面であり、肩部４１ｂは中心電極軸線Ｚ１と平行な方向に延びる面である。なお、反チップ接合面１３ｃは、本発明の接地電極の他端側の他方の面に相当する。

図２に示すように、２台のカメラ５０は、接地電極１３を仮曲げした後の両電極１２、１３付近を、直交する２方向から撮影するようになっている。一方のカメラ５０の撮影方向は前述した第１直交方向Ｘと一致している。また、他方のカメラ５０の撮影方向は、中心電極軸線Ｚ１および第１直交方向Ｘにともに直交する第２直交方向Ｙである。

画像処理手段６０は、汎用の画像処理プロセッサを内蔵する画像処理装置からなり、カメラ５０から出力される映像信号を所定のアルゴリズムに従って処理し、当該映像信号に映し出される中心電極１２や接地電極１３等の位置を座標にて認識することができるようになっている。

制御手段７０は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等で構成されており、画像処理手段６０から得られる情報に基づいてホルダ駆動装置３０および曲げパンチ駆動手段４２を制御して、ホルダ２０や曲げパンチ４１の動作を制御するようになっている。

以下、上記装置による本曲げ加工について説明する。

まず、図示しない仮曲げ用の装置により予め接地電極１３を仮曲げし、仮曲げした後の両電極１２、１３付近を図２に示すようにカメラ５０で撮影する。このとき、ワークは、接地電極１３における対向部１３ｂの長手方向が第１直交方向Ｘと一致するように位置決めされる。そして、中心電極軸線Ｚ１と貴金属チップ１４の軸線とが第２直交方向Ｙにずれている場合、図示しない装置により、そのずれ量が減少するように対向部１３ｂの第２直交方向Ｙ位置を修正する。なお、この時点での火花ギャップＧの寸法は、本曲げ後の火花ギャップＧの目標値よりもわずかに大きくなっている。

対向部１３ｂの第２直交方向Ｙの位置修正が完了したワークは、人手もしくはハンドリング装置により、火花ギャップＧの部分を上方に向けてホルダ２０に固定保持されて、以下述べる本曲げ加工が行われる。このとき、ワークは、接地電極１３における対向部１３ｂの長手方向が第１直交方向Ｘと一致するように位置決めされてホルダ２０に保持される。

まず、ホルダ２０に固定保持されたワークにおける両電極１２、１３付近を図２に示すようにカメラ５０で撮影し、中心電極１２の先端面１２ａの位置等を計測する。即ち、カメラ５０により撮影された画像は映像信号として画像処理手段６０へ出力され、画像処理手段６０に取り込まれた映像信号に基づいて中心電極１２の先端位置や、接地電極１３の先端面１３ｄから貴金属チップ１４の軸線Ｚ２（以下、チップ軸線という）までの距離等が計測される。

次に、ワークの火花ギャップＧが目標値となるのに必要な曲げパンチ４１の中心電極１２側への移動距離と、曲げパンチ４１を中心電極１２側へ移動させる際の、ホルダ２０の第１直交方向Ｘ位置とを、画像処理手段６０によって算出する。

次に、算出された第１直交方向Ｘ位置にホルダ２０を移動させた後、算出された移動距離の分、曲げパンチ４１を中心電極１２側へ下降させることによって、曲げパンチ４１による接地電極１３の曲げ加工を行う（曲げ工程）。それにより、計測された中心電極１２の先端位置と接地電極１３との距離即ち火花ギャップＧが目標値となるまで圧縮される。

具体的には、制御手段７０によって曲げパンチ駆動手段４２の作動が制御されて曲げパンチ４１が下降し、曲げパンチ４１の下降により、曲げパンチ４１の押圧部４１ａが接地電極１３の反チップ接合面１３ｃに接触し、接地電極１３を中心電極１２側へ近づける。

ちなみに、曲げパンチ４１による接地電極１３の曲げ加工を行う際、接地電極１３が曲げられるのに伴って接地電極１３の先端面１３ｄが曲げパンチ４１の肩部４１ｂ側に向かって動くが、その移動範囲は曲げパンチ４１の肩部４１ｂによって規制される。

そこで、接地電極１３の曲げ加工後における、中心電極軸線Ｚ１とチップ軸線Ｚ２との第１直交方向Ｘのずれ量Ｓ（図４参照、以下第１直交方向ずれ量という）が許容範囲内に入るように、接地電極１３の曲げ加工を行う際のホルダ２０の第１直交方向Ｘ位置を決定する。より詳細には、接地電極１３の先端面１３ｄからチップ軸線Ｚ２までの距離に応じて、チップ軸線Ｚ２から曲げパンチ４１の肩部４１ｂまでの第１直交方向Ｘの目標距離を求め、その目標距離になるようにホルダ２０の第１直交方向Ｘ位置を決定する。

次に、算出された移動距離の分曲げパンチ４１が中心電極１２側へ下降すると、接地電極１３の先端面１３ｄが曲げパンチ４１の肩部４１ｂから離れる向きに、ホルダ２０を移動させる。その後、曲げパンチ４１を反中心電極１２側へ移動（上昇）させて、曲げパンチ４１を原位置に戻す。

ちなみに、曲げパンチ４１を原位置に戻す際に、接地電極１３の先端面１３ｄが曲げパンチ４１の肩部４１ｂに当接したままであると、曲げパンチ４１の移動に伴って接地電極１３の先端面１３ｄが引きずられて、火花ギャップＧの寸法が変わってしまう恐れがある。本実施形態では、接地電極１３の先端面１３ｄを曲げパンチ４１の肩部４１ｂから離した後に曲げパンチ４１を原位置に戻すため、曲げパンチ４１の移動に伴って接地電極１３の先端面１３ｄが引きずられることはなく、火花ギャップＧの寸法が変わるという問題を回避することができる。

次に、上記した接地電極１３の曲げ加工が完了したワークにおける両電極１２、１３付近を図２に示すようにカメラ５０で撮影し、第１直交方向ずれ量Ｓを計測する（同軸度検査工程）とともに、火花ギャップＧの寸法を計測する。

そして、火花ギャップＧの計測値が目標値よりも大きければ、曲げパンチ４１による接地電極１３の押圧を再度行う。

また、第１直交方向ずれ量Ｓが許容範囲を超え、かつチップ軸線Ｚ２が中心電極軸線Ｚ１よりも曲げパンチ４１の肩部４１ｂ側にずれている場合には、以下の位置修正工程を実行する。すなわち、接地電極１３の先端面１３ｄに曲げパンチ４１の肩部４１ｂが対向する位置まで曲げパンチ４１を移動（下降）させた後、接地電極１３の先端面１３ｄが曲げパンチ４１の肩部４１ｂに押し付けられる向きにホルダ２０を移動させて、中心電極１２に対する貴金属チップ１４の第１直交方向Ｘの相対的な位置を修正することにより、第１直交方向ずれ量Ｓを減少させる。

本実施形態では、曲げパンチ４１による接地電極１３の曲げ加工を行う際、貴金属チップ１４から曲げパンチ４１の肩部４１ｂまでの第１直交方向Ｘの目標距離を求め、その目標距離になるようにホルダ２０の第１直交方向Ｘ位置を決定しているため、接地電極１３の曲げ加工が完了した時点での中心電極１２と貴金属チップ１４との同軸度の精度を高めることができる。

また、ワーク毎の接地電極１３の先端面１３ｄからチップ軸線Ｚ２までの距離に応じてホルダ２０の第１直交方向Ｘ位置を決定しているため、接地電極１３の曲げ加工が完了した時点での中心電極１２と貴金属チップ１４との同軸度の精度を一層高めることができる。

また、接地電極１３の曲げ加工が完了した時点での第１直交方向ずれ量Ｓが許容範囲を超えている場合には、接地電極１３の先端面１３ｄが曲げパンチ４１の肩部４１ｂに押し付けられる向きにホルダ２０を移動させて、中心電極１２に対する貴金属チップ１４の第１直交方向Ｘの相対的な位置を修正するため、中心電極１２と貴金属チップ１４との同軸度の精度を確実に高めることができる。

また、接地電極１３の先端面１３ｄを曲げパンチ４１の肩部４１ｂから離した後に曲げパンチ４１を原位置に戻すため、曲げパンチ４１の移動に伴って接地電極１３の先端面１３ｄが引きずられることはなく、火花ギャップＧの寸法が変わるという問題を回避することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態において、ホルダ２０を第１直交方向Ｘに移動させる代わりに、曲げパンチ４１を第１直交方向Ｘに移動させるようにしてもよい。この場合、曲げパンチ４１を第１直交方向Ｘに移動させる駆動手段は本発明の第２駆動手段に相当する。

本発明の一実施形態に係る装置の模式的な全体構成図である。 図１のカメラ５０の配置を示す模式的な平面図である。 接地電極の仮曲げ後の状態を示す図１のＡ部の拡大図である。 接地電極１３の本曲げ工程を示す図１のＡ部の拡大図である。

符号の説明

１０…ハウジング、１２…中心電極、１２ａ…中心電極の先端面、１３…接地電極、 １３ｃ…反チップ接合面（接地電極の他端側の他方の面）、１３ｄ…接地電極の先端 面、１４…貴金属チップ、４１…曲げパンチ、４１ａ…押圧部、４１ｂ…肩部、Ｇ…火 花ギャップ、Ｚ１…中心電極軸線。

Claims (2)

1. ハウジング（１０）の内部に柱状の中心電極（１２）が絶縁保持され、接地電極（１３）の一端が前記ハウジング（１０）に接合され、前記接地電極（１３）の他端側の一方の面に柱状の貴金属チップ（１４）が接合され、前記接地電極（１３）の他端側が前記中心電極（１２）の軸線（Ｚ１）に対して略直交する角度まで前記接地電極（１３）の中間部が曲げられて、前記貴金属チップ（１４）が前記中心電極（１２）の先端面（１２ａ）に対して前記中心電極軸線（Ｚ１）方向に所定の火花ギャップ（Ｇ）を有して対向配置されるスパークプラグの製造方法であって、
   前記接地電極（１３）の他端側の前記中心電極軸線（Ｚ１）方向の位置を調整して前記所定の火花ギャップ（Ｇ）を形成する曲げ工程と、
   前記曲げ工程後における前記中心電極（１２）と前記貴金属チップ（１４）との同軸度を計測する同軸度検査工程と、
   前記貴金属チップ（１４）の前記中心電極軸線（Ｚ１）に直交する方向（Ｘ）の位置を前記同軸度検査工程の検査結果に基づいて修正する位置修正工程とを含み、
   前記曲げ工程では、前記接地電極（１３）の他端側の他方の面（１３ｃ）に当接する押圧部（４１ａ）および前記接地電極（１３）の他端側先端面（１３ｄ）に当接する肩部（４１ｂ）を有する曲げパンチ（４１）を用い、前記接地電極（１３）の他端側先端面（１３ｄ）に前記肩部（４１ｂ）を対向させた状態で前記中心電極軸線（Ｚ１）の一方の向きに前記曲げパンチ（４１）を移動させて、前記押圧部（４１ａ）により前記接地電極（１３）の他端側の他方の面（１３ｃ）を押して前記所定の火花ギャップ（Ｇ）を形成し、この後、前記中心電極軸線（Ｚ１）に直交する方向（Ｘ）のうち前記肩部（４１ｂ）と前記接地電極（１３）の他端側先端面（１３ｄ）とが離れる向きに、前記曲げパンチ（４１）およびワーク（１）の少なくとも一方を移動させ、次に、前記曲げパンチ（４１）を前記中心電極軸線（Ｚ１）の他方の向きに移動させ、
   前記位置修正工程では、前記中心電極軸線（Ｚ１）に直交する方向（Ｘ）に前記曲げパンチ（４１）およびワーク（１）の少なくとも一方を移動させて、前記肩部（４１ｂ）により前記接地電極（１３）の他端側先端面（１３ｄ）を押すことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
2. 前記同軸度検査工程では、前記中心電極軸線（Ｚ１）に直交する２方向（Ｘ、Ｙ）から撮影した画像に基づいて、前記中心電極（１２）と前記貴金属チップ（１４）との同軸度を計測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。

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