JP2004087471A - スパークプラグの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のスパークプラグワークのギャップ間隔を到達目標ギャップ間隔gtよりも広い所定の目標間隔まで減少させ、接地電極の幅方向に調整量uにて調整曲げ加工を行い、さらに、ギャップ間隔g1を測定して、到達目標ギャップ間隔gtとのギャップ変位g1−gtが正である場合に到達目標ギャップgtになるように押圧を加える。
【選択図】 図15
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパークプラグの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平3−64882号公報
【特許文献2】
特開平11−121143号公報
【特許文献3】
特開2000−164320号公報
【特許文献4】
特開2000−164322号公報
【0003】
内燃機関に使用されるスパークプラグにおいては、接地電極及び中心電極の位置決め精度が重要である。例えば、火花放電ギャップを挟んで対向する接地電極の中心軸線と、中心電極の中心軸線とが、接地電極の曲げ加工の不具合や、電極に固着された貴金属の位置ずれ等により偏心することがある。このような位置ずれが生ずると、例えば電極の偏った消耗による寿命低下や、発火ミスといったトラブルにつながる。また、ギャップ間隔が規定の値よりも大きすぎる場合は放電電圧が過度に上昇して点火不能となり、逆に小さすぎる場合には、火花放電ギャップの短絡等を生じやすくなる。
【0004】
火花放電ギャップの偏心や間隔を調整する方法として、押圧パンチを備えた曲げ装置により、接地電極に調整曲げ加工を施す方法が知られている。例えば特許文献1にはには、CCDカメラ等によりギャップ間隔をモニタしながら、ギャップ間隔が目標値に達するまで押圧パンチにより接地電極への押圧を繰り返す方法が開示されている。この場合、ギャップ間隔の目標値は、押圧解除時に接地電極に生ずるスプリングバック(弾性復帰)を考慮に入れ、理想のギャップ間隔よりも一定量だけ小さく設定するようにしている。
【0005】
また、特許文献2には、火花放電ギャップの検査後に接地電極側に配設された貴金属チップの中心軸線と中心電極の中心軸線との偏心量を算出し、接地電極の幅方向位置の調整を行なう方法が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
接地電極と中心電極との偏心を接地電極の幅方向に調整するための調整曲げ加工は、電極の偏心量δを画像処理等により測定し、該偏心量δが解消される向きに調整量μの加工を行う。しかし、この調整曲げ加工を行うことによって、ギャップ間隔が拡大または縮小してしまうことがあり、多くの場合、ギャップ間隔は縮小してしまう傾向にある。例えば、ギャップ間隔の仕様値に一定の幅(公差)が許容されている場合であっても、上記仕様値も公差範囲内に設定された到達目標ギャップ間隔にまで一旦接地電極を中心電極の先端面に近づく向きに押圧した後、接地電極の幅方向に調整曲げ加工を行なったのでは、調整曲げ加工によるギャップ間隔の縮小代が大きいと、最終的なギャップ間隔g1がギャップ公差範囲の下限値よりも小さく外れてしまう場合が生じてしまう。ギャップ公差範囲の上限値よりも大きいのであれば、接地電極の背面側、即ち火花放電ギャップの反対面側を押さえることによってギャップ間隔を公差範囲内に適正化することが可能である。しかし、公差範囲の下限値よりも小さくなると、接地電極の火花放電ギャップ側に矯正治具を挿入して接地電極を起こすか、若しくは接地電極の幅方向面を矯正治具で強く挟んで接地電極を起こす必要がある。いずれにしても、ギャップ公差範囲の下限値よりも小さくなった場合に矯正するためには、接地電極を傷つけてしまうことになり、耐久性等に影響を及ぼしかねない。
【0007】
一方、前述した調整量μを偏心量δと等しく定めたのでは、加工工具32による付勢を解除すると接地電極54がスプリングバックを起こし、偏心量δを解消することができない。そこで、このスプリングバックを見込んで偏心量δよりも大きな調整量μを与える必要が生ずる。換言すれば、調整量μからスプリングバック量SBを減じた値が、調整曲げ加工の結果として接地電極54に残留する変位量λとなって表れる。この変位量λが偏心量δと等しくなるように調整量μを設定するとき、偏心量δを解消することができる。以上を式にまとめると、以下のようになる。
μ=λ+SB ‥‥▲1▼
λ=δ ‥‥▲2▼
▲1▼及び▲2▼より、
μ=δ+SB ‥‥▲3▼
【0008】
金属は塑性変形量が大きくなると加工硬化を起こすため、調整量μが大きくなるほど、加工荷重付加時に生じている弾性変形量も高くなる。従って、接地電極54のスプリングバック量SBは、調整量μの値に応じて異なる値となる。これをSB(μ)と表すと、▲3▼式は以下の通りとなる。
μ=δ+SB(μ) ‥‥▲4▼
もし、SB(μ)を合理的に予測することができれば、加工の際に与えるべき調整量μは、その予測されたSB(μ)と、実測により求めた偏心量δとによって見出すことができる。しかし、偏心量解消のために接地電極に加える曲げ加工は、通常、単純な一軸引張り変形等では近似できないので、各種調整量μにおけるSB(μ)の値を、材料の応力歪曲線等から予測することが一般には困難である。
【0009】
本発明の課題は、解消すべき接地電極の偏心の調整を行なった後においても、ギャップ間隔が公差範囲の下限値を下回ることのないスパークプラグの製造方法を提供することにある。また、接地電極の偏心量がスパークプラグワークによって異なり、その調整のための曲げ加工時に見込まれるスプリングバック量に差が生じる場合においても、該位置ずれの解消を的確に行うことができるスパークプラグの製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本第1発明のスパークプラグの製造方法は、
絶縁体中に配置された中心電極と、その絶縁体の外側に配置された主体金具と、一端がその主体金具の先端側端面に結合される一方、他端側が側方に曲げ返されて側面が中心電極の先端面と対向することにより、該中心電極先端面との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えたスパークプラグの製造方法であって、
火花放電ギャップのギャップ間隔を調整するために、スパークプラグワークの接地電極に対し、中心電極の先端面に近づく向きに押圧を加えることにより、該スパークプラグワークのギャップ間隔g1を、到達目標ギャップ間隔の許容範囲上限値gmaxよりも広い仮ギャップ間隔まで減少させる仮押圧工程と、
該仮押圧工程終了後に、接地電極に対し、該接地電極の幅方向における目標位置からの偏心量δを解消するための調整曲げ加工を行なう調整曲げ加工工程と、該調整曲げ加工工程終了後にギャップ間隔g1を測定するギャップ間隔測定するギャップ間隔測定工程と、
測定されたギャップ間隔g1が前記許容範囲上限値gmaxよりも大きい場合に、接地電極に対して中心電極の先端面に近づく向きに調整押圧を加える調整押圧工程とを含むことを特徴とする。
【0011】
スパークプラグのギャップ調整工程において、到達目標ギャップ間隔gtを一点に定め、ギャップ間隔g1をこれに完全一致させることは通常困難であるから、最終的に得るべきギャップ間隔としての到達目標ギャップ間隔には、代表値gt(以下、これを用いて到達目標ギャップ間隔gtとも記載する)に一定の公差を付与することにより許容範囲を設定し、該許容範囲内の任意のギャップ間隔に到達すれば、到達目標ギャップ間隔gtが実質的に得られたものとみなす。他方、測定されたギャップ間隔が許容範囲の上限値gmaxよりも大きければ、さらに調整押圧を行なうことにより、上記許容範囲内のギャップ間隔が得られるようにする。具体的にはギャップ間隔g1を測定し、到達目標ギャップ間隔gtと測定されたギャップ間隔g1との比較演算を行なえば、その演算結果に基づいて、現在のギャップ間隔g1が許容範囲の上限値gmaxよりも大きいかどうかを判定することができる。上記の比較演算は、(代表値としての)到達目標ギャップ間隔gtと許容範囲の上限値gmaxとが判明していれば、数学的には常に一義的に行なうことができる。例えば、到達目標ギャップ間隔gtが許容範囲の上限値gmaxと一致するように定められていれば、測定されたギャップ間隔g1と到達目標ギャップ間隔gtとの差分g1−gtが正であるとき、調整押圧が必要となる。
【0012】
上記本第1発明の方法によると、仮押圧工程により、該スパークプラグワークのギャップ間隔g1を、到達目標ギャップ間隔の許容範囲上限値gmaxよりも広い仮ギャップ間隔まで減少させる。そして、その後、ギャップ間隔を許容範囲内のものとするための調整押圧を直ちに行なうのではなく、先に接地電極の幅方向の変位量を解消するための調整曲げ加工を行なう。そして、その調整曲げ加工が終わった後ギャップ間隔を測定し、その測定されたギャップ間隔g1が許容範囲の上限値gmaxよりも大きければ調整押圧を行う(換言すれば、調整曲げ加工後の時点で既にギャップ間隔が許容範囲に入っていれば、調整押圧は行なわない)。つまり、許容範囲のギャップ間隔を得るための調整押圧の後に、上記の調整曲げ加工など、ギャップ間隔を減少側に変化させる可能性のある加工工程が行なわれない。その結果、ギャップ間隔が到達目標ギャップ間隔の許容範囲(例えば公差範囲)の下限値を下回る懸念を生ずることなく、火花放電ギャップの調整を容易に行うことができる。
【0013】
また、本第2発明のスパークプラグの製造方法は、中心電極と、基端側が主体金具の端面に接合されるとともに先端側が中心電極と対向するように配置され、中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えたスパークプラグを製造するために、
複数のスパークプラグワークの接地電極に対し、所定の方向に種々の調整量μにて調整曲げ加工を行い、接地電極に生ずる加工方向への変位量λを実測することにより、調整量μを変位量λの関数μ=F(λ)(以下、調整量関数という)として求め、該調整量関数μ=F(λ)に基づいて、調整すべきスパークプラグワークの接地電極の、目標位置からの偏心量δを解消するために必要な調整量μを見出すことを特徴とする。
【0014】
上記本第2発明の方法によると、スプリングバック量をはじめから組み込んだ形で、調整量μを、変位量λのみの調整量関数μ=F(λ)として実験的に決定しておくと、該調整量関数μ=F(λ)に基づいて、測定された偏心量δに対応する調整量μを容易に見出すことができる。例えば、解消すべき接地電極の偏心量がスパークプラグワークによって異なり、その調整のための曲げ加工時に見込まれるスプリングバック量に差が生じる場合においても、調整量関数μ=F(λ)のλに、測定された偏心量δを代入するだけで、スプリングバック量を考慮した調整量μを簡単に決定できる。そして、該調整量による曲げ加工を接地電極に施すことにより、上記位置ずれの解消を的確に行うことができる。なお、本第2発明は本第1発明と組み合わせることも可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図1は、本発明のスパークプラグの製造方法を実施するための装置の、撮影系の一例を示す模式図である。スパークプラグワーク(以下、単にワークともいう)50は、中心電極53と、基端側が主体金具51の端面51aに接合されるとともに先端側が中心電極53と対向するように配置され、中心電極53との間に火花放電ギャップgを形成する接地電極54とを備えたものである。具体的には、ワーク50は、接地電極54の先端側が中心電極53側に曲げ返されるとともに、該接地電極54の先端部側周面が中心電極53の先端面に対向して火花放電ギャップgが形成されたものである。本実施形態においては、中心電極53の先端部が、Ni合金からなる電極本体の先端に溶接された貴金属チップ53a(以下、先端部53aと呼ぶこともある)とされている。
【0016】
撮影系22は、切換可能な第一の照明19及び第二の照明24を有する。第一の照明19は、第二の照明24よりも接地電極54の撮影対象部位(後述する先端面54a)の輪郭が明瞭化するようにワーク50を照らすものである。また、第二の照明24は、第一の照明19にて照射したときよりも、中心電極53の撮影対象部位(後述の先端部53aである)の輪郭が明瞭化するようにワーク50を照らすものである。ワーク50は、上記第一の照明19により照射されながら第一のカメラ3により第一の撮影がなされ、第一の画像が取得される。また、第二の照明24により照射されながら第一のカメラ3により第二の撮影がなされ、第二の画像が取得される。なお、第一の撮影と第二の撮影とは、順序が逆転してもかまわない。また、第二のカメラ4は、後述する通り、ワーク50の軸線決定のための第三の画像を撮影するためのものである。
【0017】
第一の撮影工程により得られた第一の画像と、第二の撮影工程により得られた第二の画像とに基づいて、接地電極と中心電極との位置情報が解析・取得される。この位置情報の解析・取得は、解析装置あるいは制御装置として機能する図2のコンピュータ10が行う。
【0018】
図1に戻り、本実施形態においては、接地電極54の偏心量として、ワーク50の接地電極54と中心電極53との偏心量が測定される。カメラ3から見て中心電極53が前方側、接地電極54の基端部が後方側となるように、当該中心電極53と接地電極54の基端部とが互いに重なって見える方向を正面方向として、カメラ3は、ワーク50の火花放電ギャップg及びその周辺部分を、上記正面方向から撮影する。図3に示すように、該アングルでは、中心電極53の火花放電ギャップgに臨む部位の画像が、接地電極54の画像の前方に重なって現れる。
【0019】
図1に戻り、第一の照明19は、接地電極54の先端面54aを正面方向から照らすものである。本実施形態において第一の照明19は、面発光型LEDあるいは多数のLEDを平面的に配列したLED照明とされ、画像ビームBの通る位置に貫通部(あるいは透光部)が設けられている。該第一の照明19を用いて撮影された第一の画像においては、接地電極54の平坦な先端面54aにより光がカメラ3側に一様に反射され、他のスパークプラグ部分よりも明るく浮き立って撮影される。つまり、接地電極54の先端面54aの輪郭線を明瞭に識別することができる。
【0020】
次に、第二の照明24は、図5に示すように、接地電極54の、中心電極53の背後にある側面部位54bを照射するものであり、本実施形態においては、接地電極54と中心電極53との隙間に、斜め前方側から光を照射する光ファイバー照明が用いられている。該第二の照明24を用いて撮影された第二の画像は、中心電極53の先端部53aがシルエットとなり、その輪郭線が明るい背景とのコントラストにより明瞭化する。
【0021】
図1に戻り、カメラ4は、ワーク50の軸線Oを決定するために、上記第一の画像及び第二の画像のいずれよりも視野が大きい第三の画像を撮影するためのものである。図3に示すように、第一のカメラ3は、火花放電ギャップgの近傍が拡大されるように撮影視野VA2が定められている。また、第二のカメラ4は、端面51aを含む主体金具51の画像が取得できるように撮影視野VA1が定められている。
【0022】
図1に示すように、第一のカメラ3と第二のカメラ4とは、レンズユニット2に取り付けられている。該レンズユニット2内には、ワーク50に対する共通の対物光学系15が設けられ、その対物光学系15に導かれた画像ビームBが、ビームスプリッタ16(ハーフプリズム(ハーフミラーでもよい)により構成されている)により2つの画像ビームB1,B2に分離される。第一の画像ビームB1は、ミラー16aにて方向転換された後、第一の結像光学系17にて第一の倍率にて拡大され、第一のカメラ3により撮影される(第一の画像又は第二の画像)。他方、第二の画像ビームB2は、第二の結像光学系18により第一の倍率よりも小さい第二の倍率にて像拡大された後、第二のカメラ4にて撮影される(第三の画像)。対物光学系15が第一のカメラ3と第二のカメラ4との間で共用化されるため、両カメラ3,4は、倍率が異なるのみで、ワーク50への撮影アングルは同一となる。
【0023】
また、カメラ3,4による撮影方向においてワーク50の背後には、背景ユニット20が配置されている。図4に示すように、該背景ユニット20は、接地電極54の背景を形成する暗色部20bと、中心電極53及びその背後の接地電極部分の背景を形成するとともに、前記暗色部20bよりも外観明度の高い明色部20aとを有する。暗色部20bは、つや消しの黒色板等として構成され、正面からの第一の照明19(図1)により接地電極54の撮影を行う際に、その背景部分の明度を小さくして、明るく撮影される接地電極54とのコントラストを強め、先端面54aの輪郭線をより明瞭化させる役割を果たす。また、明色部20aは、つや消しの白色板等により構成され、第二の照明24(図5)によりシルエット化される中心電極53の先端部53aの背景明度を大きくして、暗く撮影される中心電極53とのコントラストを強め、その輪郭線をより明瞭化させる役割を果たす。なお、本実施形態では、暗色部20bと明色部20aとの境界は、接地電極54の先端面54aの、火花放電ギャップgに面する外形線に対して位置合わせされている。
【0024】
図2は、本発明のスパークプラグの製造装置の、調整曲げ加工を行う加工装置の主制御部の第一の例を示すブロック図である。該製造装置1は、前記した解析装置と加工装置全体の制御部として機能するコンピュータ10を有する。コンピュータ10は、CPU102、該CPU102のワークエリアを与え、かつ、制御処理及び解析処理にて使用する種々のデータのメモリ198〜227として機能するRAM104、コンピュータの基本システムプログラムを格納したROM103、及び入出力インターフェース101などを有する。製造装置1の制御機能を実現する制御ソフトウェア230は、ハードディスクドライブ等で構成された記憶装置105にインストールされている。また、該記憶装置105には、画像上における接地電極あるいは中心電極の輪郭線抽出・確定処理などの画像処理を行う画像処理ソフトウェア231、その抽出された輪郭線のデータに基づき、接地電極と中心電極との偏心量を解析する偏心解析ソフトウェア232もインストールされている。また、後述する調整量μと変位量λとの実績値データ233が記憶されている。さらに、入出力インターフェース101には、キーボードやマウスなどで構成された入力部106(種々の設定入力に使用される)と、モニタ107とが接続されている。
【0025】
また、コンピュータ10の入出力インターフェース101には、前記した第一のカメラ3及び第二のカメラ4(いずれもデジタルカメラにて構成されている)、第一の照明19及び第二の照明24(点灯制御ユニットの図示は省略している)が接続されている。また、ホルダに対するワークの着脱を行うワークロード/アンロード機構14、固定金具駆動機構13、チャック駆動機構12、加工装置5及び加工検知部11も入出力インターフェース101に接続されている。
【0026】
図6に示すように、ホルダ31は、ワーク50を火花放電ギャップg側が上となるように挿通するためのワーク装着孔31aを有し、その開口周縁部にて、主体金具51の六角部57を支持する。ワーク50の主体金具51には、取付ねじ部56の基端側にフランジ状の突出部55が設けられている。固定金具30,30は、合わせ面30s,30sにおいて型合わせされる2部材からなり、固定金具駆動機構13により軸線Oに向けて水平に接近・離間し、かつ型合わせ状態にて、突出部55の上面に向け軸線O方向に接近・離間するように駆動される。なお、合わせ面30s,30sには、取付ねじ部56との干渉を避けるための半円状の切欠30aが形成されている。また、金具30,30の下面には、切欠30a,30aに沿うガイド30b,30bが突出形成されている。固定金具30,30は、接地電極54に曲げ加工を施す際の、ワーク固定用に用いられるものであり、切欠30aの下面周縁にて突出部55の上面に当接し、ホルダ31に向けてこれを軸線O方向に押し付けることにより、ワーク50をホルダ31の上面に密着させる。また、ガイド30b,30bの内周面にて突出部55の外周面と当接し、軸線Oに関する半径方向へのワーク50の移動やがたつきを規制する。
【0027】
次に、図17は、仮押圧装置60の一例を示す。本装置は、特許文献3等により既に公知の手法であるため詳細は省略し、概要のみ説明する。仮押圧装置60は、ワーク50の中心電極53の先端面と対向するように仮押圧スペーサ42を配置し、その仮押圧スペーサ42に対し接地電極54の先端側を、曲げパンチ43を用いて中心電極53とは反対側から押しつけることにより仮押圧工程を行うものである。仮押圧装置60には、図示しない仮押圧スペーサ位置決め機構部と曲げ機構部が設けられている。仮押圧スペーサ位置決め機構部は、仮押圧スペーサ42を中心電極53の先端面との間に所定の隙間dを生じるように位置決めする。また、曲げ機構部は、その状態で接地電極54を仮押圧スペーサ42に向けて押しつけるように曲げパンチ43を駆動するためのものである。仮押圧スペーサ42の形状を適宜に選択して仮押圧加工を施すことにより、接地電極54と中心電極53の先端面との間のギャップ間隔g1を到達目標ギャップ間隔gtの上限値よりも大きい仮ギャップ間隔まで減少させることができる。
【0028】
そして、図7に示すように、加工装置5は、接地電極54への調整曲げ加工を実施するためのものであり、加工工具32を有する。加工工具32は、下面側に接地電極54を受け入れる加工溝32gが形成され、その加工溝32gの幅方向の両内側面が、それぞれ接地電極54の幅方向における第一方向及び第二方向への曲げ作用面32a1,32a2とされている。加工工具32は、例えばこれと一体に設けられた雌ねじ部33に螺合するねじ軸34を、加工駆動モータ8により正逆いずれかの向きに駆動され、曲げ作用面32a1,32a2にて接地電極54と当接することにより、これに曲げ加工力を加える。
【0029】
加工駆動モータ8の回転角度位置は、パルスジェネレータ(PG)6により検出される。図2に示すように、加工駆動モータ8のサーボ駆動ユニット9がコンピュータ10の入出力インターフェース101に接続されており、PG6からの角度位置は、サーボ駆動ユニット9とともに、入出力インターフェース101を介してコンピュータ10にも入力される。
【0030】
また、図2において加工検知部11は、加工工具32と接地電極54との接触を検知するものである。例えば、図7に示すように、金属製のホルダ31と加工工具32との間に検知電源電圧Vccを印加しておき、加工検知部11は、接地電極54及び主体金具51を介した加工工具32とホルダ31との間の短絡電流を検出するものとして構成することができる。
【0031】
図2に戻り、コンピュータ10からサーボ駆動ユニット9には、接地電極54への曲げ調整方向に応じた正方向又は逆方向への駆動指令が出される。そして、加工駆動モータ8の回転が開始すると、PG6からのパルスがコンピュータ10に入力される。接地電極54は最初は加工工具32と非当接状態にあり、加工検知部11は接触非検知の信号をコンピュータ10に入力している。そして、所定量加工駆動モータ8が回転すると、接地電極54と加工工具32とが接触状態となり、加工検知部11による接触検知信号がコンピュータ10に入力される。接地電極54へは、加工工具32と接触後に、後述の偏心量測定結果から算出された調整量μに相当する加工変位を付与する必要がある。そこでコンピュータ10は、上記接触検知信号を受信したタイミングにて、調整量μに対応する角度量だけ加工駆動モータ8を回転駆動する指令をサーボ駆動ユニット9に与える。そして、該角度量の回転が完了すれば、加工駆動モータ8を逆転駆動して工具32による加工付勢状態を解除し、曲げ加工を終了する。なお、コンピュータ10からサーボ駆動ユニット9へ加工終了を指令する制御形態としては種々の形態がありえる。例えば、加工終了角度位置(あるいはパルス数)をサーボ駆動ユニット9に指令しておき、サーボ駆動ユニット9が、PG6からのパルスカウントと加工終了の角度位置の認識とを自発的に行うように構成することができる。他方、PG6からのパルスカウントをコンピュータ10側にて行い、加工終了の角度位置が到来した時点で、コンピュータ10からサーボ駆動ユニット9に対し、加工駆動モータ8の停止及び逆転指令を出すように構成することもできる。
【0032】
調整曲げ加工工程が終了すれば、火花放電ギャップgを再度測定し、到達目標ギャップ間隔gtに達していない場合には図18に示す調整押圧装置70による調整押圧工程を実施してギャップ間隔を最終的な値とする。調整押圧装置70は、ワーク50の接地電極54の先端側を、調整押圧パンチ90を用いて中心電極53とは反対側から押しつけることにより調整押圧工程を実施するものである。そして、カメラ92によりギャップ間隔g2を測定する。なお、図18の調整押圧装置においては、中心電極53の先端面と接地電極54の先端部との間に、ギャップ間隔を規定するナイフ状のスペーサを挟み込んで、接地電極54への曲げ加工を行うようにしてもよい。しかしながら、仮押圧工程と同様、中心電極53とスペーサとの接触による傷発生等の不具合を防止する観点からは、スペーサを用いずに曲げ加工を行うことが望ましいといえる。
【0033】
図19は、本発明のスパークプラグの製造装置の、調整曲げ加工を行う加工装置の主制御部の第二の例を示すブロック図である。第一の例と共通する部分は説明を省略する。この製造装置1’では、偏心量δを許容偏心量δtに達するまで矯正するために、一定の調整量μによって、調整曲げ加工が繰り返される。従って、種々のデータメモリとして機能するRAM104内には、調整量μメモリ223、初期近似用関数F’(λ)メモリ225、(μ、λ)実績値メモリ226、調整量関数F(λ)メモリ227が形成されず、調整量μ’メモリ228及び許容偏心量δtメモリ229をもっている。調整量μ’メモリ228に記憶される調整量μ’は一定値である。また、記憶装置105においては、調整量μと変位量λとの実績値データ233は記憶されていない。なお、本明細書では、許容偏心量δtを、±0.1mm等一定の幅を持った所定値として定義する。従って、該範囲内の任意の偏心量に到達すれば、許容偏心量δtの状態になったものとみなす。
【0034】
そして、加工装置5では、コンピュータ10からサーボ駆動ユニット9に、接地電極54への曲げ調整方向に応じた正方向又は逆方向への駆動指令が出される。加工検知部11が、加工工具32と接地電極54との接触を検知した後、一定の調整量μに応じたPG6からのパルスカウントを検知した時点で、サーボ駆動ユニット9による加工駆動モータ8の回転を止める。そして、加工駆動モータ8を逆転駆動して工具32による加工付勢状態を解除する。
【0035】
以下、上記装置を用いた本発明のスパークプラグの製造方法の実施形態について、詳細に説明する。まず、前述した図17の仮押圧装置14により、ワーク50の中心電極W1の先端面と対向するように仮押圧スペーサ42を配置し、その仮押圧スペーサ42に対し接地電極W2の先端側を、曲げパンチ43を用いて中心電極W1とは反対側から押しつけることにより仮押圧加工を行う。
【0036】
そして、図1の第一のカメラ3と第二のカメラ4との光軸周りのカメラ角度位置を調整して、2つのカメラの視野上での基準方向を合わせ込む操作を行う。ワークの代わりに、図8に示すような棒状の治具27(基準被写体)を、ホルダ31を固定する図示しないベースに垂直に取り付け、各カメラ3,4の焦点を該治具27に合わせる。そして、カメラ3,4のファインダ(撮影視野VA2,VA1)に形成された基準線Bが、治具27の垂直な外形線(基準方向A0(図11)を表す)Aと平行になるように、各カメラ3,4を光軸周りに回転させて調整を行う。
【0037】
次に、図6に示すホルダ31をベースに装着し、周知のロボットアーム機構等で構成されたワークロード/アンロード機構14(図2)を用いて、ワーク50をホルダ31に装着する。以下の処理の流れを図10に示している。また、図11及び図12は、主要工程を抜き出して示す工程説明図である。図10のS1及びS2において、ホルダ31に装着されたワーク50は、図1に示すように、接地電極54の先端面54aがカメラ3,4の方向、すなわち正面方向を向くように整列させられる。具体的には、図12の(S1)及び(S2)に示すように、1対のチャック35,35をワーク50の上方から接地電極54に向けて下降させ、該接地電極54を幅方向両側からチャック把持する。このチャック35,35の把持面が前記正面方向に一致するように定めてあり、ワーク50は、接地電極54のチャック把持に伴い回転して正面方向に整列する。
【0038】
図10に戻り、ワーク50の整列が終了したら、S3において図1の第一の照明19を点灯させる。S4において、コンピュータ10(図2)により、第二のカメラ4により第三の画像の取り込みを行い、メモリ200に記憶する。そして、S5(図11及び図12も参照)において、その第三の画像を用いてワーク50の軸線Oの基準方向A0からの傾き角度θ1を測定し、メモリ205に記憶する。S6では、第一のカメラ3に切り替え、第一の照明19の点灯を継続したまま、第一の画像の取り込みを行い、メモリ198に記憶する。S7(図11及び図12も参照)においては、その第一の画像に基づいて、接地電極54の先端面54aの、火花放電ギャップgに面するエッジの幅方向中心位置、すなわち接地電極中心位置E1(Xm,Ym)を求め、メモリ213に記憶する(本実施形態では、画像視野上にて、基準方向A0にY軸を定め、これと直交する向きにX軸を定める)。
【0039】
次に、S8に進み、照明を第二の照明24(図1)に切り替える。S9では、第一のカメラ3により第二の画像の取り込みを行い、メモリ199に記憶する。S10(図11及び図12も参照)において、その第二の画像に基づいて、中心電極53の先端面エッジの中心位置、すなわち中心電極中心位置E2(Xm,Ym)を求め、メモリ221に記憶する。そして、S11において、接地電極中心位置E1、中心電極中心位置E2及び軸線の傾き角度θ1とを用いて両電極の偏心量δを算出し、メモリ222に記憶する。すなわち、接地電極中心位置E1を通り、角度θ1だけ傾斜した接地電極中心線L2を基準として、中心電極中心点E2のX座標がL2よりも右側にあるか左側にあるかを判定し、偏心量δの符号を決定する。この符号は、接地電極54の曲げ加工の向きを規定するものである。そして、接地電極中心線L2と中心電極中心位置E2との距離を偏心量δとして算出する。
【0040】
接地電極中心位置E1及び中心電極中心位置E2は、異なる2つの画像、つまり、第一の画像及び第二の画像により決定されるものであるが、同じ第一のカメラ3により撮影されるものであり、視野は完全に共通している(第二の視野VA2)。従って、接地電極中心位置E1及び中心電極中心位置E2は、第二の視野VA2上に定められた共通のX−Y座標系上での絶対座標にて、相互の位置関係を把握でき、偏心量δの算出も問題なく行うことができる。しかし、第一の画像及び第二の画像に、共通の被写体からなるマーカ画像を組み入れておき、そのマーカ画像上の基準位置に対する相対座標表示より、接地電極中心位置E1及び中心電極中心位置E2の相互の位置関係把握を行うことができる。
【0041】
以下、調整曲げ加工工程について説明する。
この調整曲げ加工は、図7の加工装置5を用いて行われる。接地電極54に対し、上記偏心量δが解消される向きに調整量μの加工を行う。具体的には、上述した主制御部の第一の例を用いて行う。複数のワークの接地電極に対し、種々の調整量μにて調整曲げ加工を行い、接地電極に生ずる変位量λを実測することにより、調整量μを変位量λの関数μ=F(λ)(調整量関数)として求めておく。すなわち、スプリングバック量をはじめから組み込んだ形で、調整量μを変位量λのみの調整量関数μ=F(λ)として実験的に決定しておくことで、該調整量関数μ=F(λ)に基づいて、測定された偏心量δに対応する調整量μを見出すことができる。つまり、調整量関数μ=F(λ)のλに、偏心量δを代入するだけで、調整量μを簡単に決定できる。
【0042】
スパークプラグの実生産時においては、種々の偏心量δを生じているワークに対し、対応する調整量μにより調整曲げ加工がその都度行われる。そして、その調整曲げ加工後に、再び偏心量を測定してその値をδ’とすれば、実際に接地電極に加えられた変位量λは、調整曲げ加工前に測定した偏心量δを用いて、
λ=δ−δ’ ‥‥▲5▼
により求めることができる(ここでは、偏心量を表すパラメータは、正負の符号を含むものとし、その符号によって偏心の向きも同時に表すものとする)。
【0043】
従って、上記のようなλの測定により、調整量μ及び変位量λのデータ(μ,λ)の組は、スパークプラグの生産時に新たに収集されるデータ(μ,λ)により更新することができるようになる。その更新された(μ,λ)のデータ組に基づいて調整量関数μ=F(λ)を更新しつつ用いれば、関数μ=F(λ)によるμの決定精度をより高めることができる。
【0044】
この場合、現在の製造に係るワークへの調整量μを定める調整量関数μ=F(λ)を、当該ワークに先立つ全てのデータ組に基づいて求めることができる。ただし、ロットの相違や操業条件の不可抗力的な推移により、μ=F(λ)の傾向が経時的に変化しうると考えられる場合は、直近の所定数個(Nとする)のワークの(μ,λ)を用いて調整量μを決定するほうが望ましい。
【0045】
調整量関数μ=F(λ)は、調整量μ及び変位量λのデータ(μ,λ)の組に最小二乗回帰を行うことにより、λの一次関数として求めることができる。この方法は、製造上採用可能性のある調整量μの範囲内において、λがμにほぼ比例して増加する傾向にあると考えられる場合に、非常に有効な手法である。ただし、曲げ前の接地電極54の加工状態や材料組成により、該傾向は一定の範囲内でばらつくことが見込まれる。従って、最小二乗回帰による近似は、(μ,λ)のデータ点数をある程度増やして(例えば5個以上)行うことが望ましい。
【0046】
スパークプラグの生産実績が進み、集められた(μ,λ)のデータ点数が増加すれば、上記のような最小二乗近似の精度は必然的に高められる。しかし、生産開始直後は、十分な数の(μ,λ)のデータを集めることはできない。従って、スパークプラグの生産に先立って、試験等により、所定数のワークについて予めデータ(μ,λ)の組を収集しておくことが必要である。しかし、試験等により収集できる(μ,λ)のデータ数は限られている。
【0047】
そこで、次のような方法が採用可能である。最小二乗近似を行う上で十分なデータ数nに達するまでは、試験等によりn個のワークのデータ(μ,λ)の組を予め求めておき、そのデータ組を用いて初期近似用関数μ=F’(λ)を求める。例えば、図14に示すように、初期近似用関数μ=F’(λ)は、n個のワークのデータ(μ,λ)の組を用いて一義的に決定される、λのn次関数として求めることができる。そして、スパークプラグの生産開始後、n番目までのワークについては、該n次関数を用いて調整量μを求める。このようにすると、データ数の少ない生産初期段階においても、調整量μの決定精度を比較的高く維持することができる。
【0048】
他方、n+1番目以降のワークについては、該ワークに先立つ全ての、もしくは直近の所定数個のワークの(μ,λ)のデータ組に対し、最小二乗回帰を行うことにより得られる、λの一次関数として調整量関数μ=F(λ)を求め、当該調整量関数を用いて調整量μを求めるようにする。データ点数が十分に増加すれば、最小二乗回帰によるμの決定精度を向上させることができ、しかも多項式近似よりも演算がはるかに簡単である。
【0049】
例えば試験によりn個の(μ,λ)のデータ組を求める場合、μを少しずつ変えてλの測定を行い、その結果に対して前述の多項式近似を行うことができる。但し、ワークが異なれば、同じμに対してもλがばらつくことがあり、得るべき初期近似用関数μ=F’(λ)としては、そのλのばらつきの平均的な傾向を反映したものであることが望ましい。そこで、試験用のワークを必要数用意し、予め定められた複数の調整量μを、それぞれ複数のワークに与えたときの各変位量λを求め、例えば調整量μ毎のλの平均値を用いて多項式近似を行う方法が有効である。
【0050】
また、複数の調整量μのそれぞれにおいて、複数ワークの変位量λを測定する場合は、μ毎にλの値を平均化せず、図15に示すように、それら(μ,λ)の組に対して最小二乗回帰を行い、初期近似用関数μ=F’(λ)を一次関数として求めることもできる。μの値毎に複数個の変位量λを測定するから、ばらつきの影響が軽減され、データ点数が少ない生産開始直後の段階においても、最小二乗回帰による簡便な方法により、μを比較的高精度に決定することができる。この場合、最小二乗回帰により、変位量λの調整量μへの回帰直線λ=f(μ)を求め、初期近似用関数μ=F’(λ)をλ=f(μ)の逆関数として求めることが、関数決定のための試験では、与える調整量を真値と仮定し、変位率を確率変数と考えて近似しているため高精度になるので望ましい。
【0051】
いずれにしても、初期近似用関数μ=F’(λ)を用いる方法は、データ点数が少ない生産開始直後において、調整量μの決定をなるべく正確に行うための便法である。従って、データ数が十分に集まった後は、それらデータを用いて最小二乗回帰により調整量関数μ=F(λ)を決定する処理に移行することが望ましい。ただし、μに対するλのばらつきが十分小さい場合は、初期近似用関数μ=F’(λ)を恒常的に使用することも可能である。
【0052】
図13は、上記調整量μの決定に係る、コンピュータ10による制御の流れの一例を示すものである(制御ソフトウェア230の実行によりなされる)。まず、P1においては、生産に先立って、n個の試験用のワークを用いて、初期近似用関数μ=F’(λ)を求める(メモリ225に記憶される)。P2では、ワーク番号kを1とし、P3において、既に説明した方法により偏心量δの測定を行う。P4ではワーク番号kがn個を超えたかどうかを判定し、超えていない場合はP5に進んで、初期近似用関数μ=F’(λ)を用いて調整量μを算出する(メモリ223に記憶される)。
【0053】
そして、P9に進み、算出された調整量μにより接地電極54に対して調整加工を行う。P10では、加工後のワークに対して偏心量の再測定を行い、その値をδ’とする。また、P11では、変位量λをδ−δ’により求め、(μ,λ)の値をメモリ226に記憶する(P12)。P13で、終了の割り込みが入っていなければP14に進み、ワーク番号kをインクリメントして次のワークに交換し、P3以降の処理を繰り返す。
【0054】
そして、P4でワーク番号kがn個を超えた場合は、P6に進み、現在のkに至る直近のt個の(μ,λ)の値を読み出す。そして、P7において、そのt個の(μ,λ)の値に対して最小二乗回帰直線μ=aλ+bを求め、これを調整量関数として設定して、メモリ227に記憶する。P8では、該μ=aλ+bのλに偏心量δを代入し、調整量μを算出する(メモリ223に記憶する)。
【0055】
なお、調整加工の後に行う偏心量の再測定工程は、一種の検査工程として用いることもできる。すなわち、その偏心量の再測定結果を検査結果として、ワークの選別を行うことが可能である。そして、再測定された偏心量が規定範囲外となっているものは、不良品として製品ロットから除外する。除外された不良品は、例えば調整曲げ加工を追加して、偏心量δが規定範囲内に収まるようにし、良品化することも可能である。
【0056】
また、上述した主制御部の第二の例を用いてもよい。図20は、上記調整曲げ加工に係る、コンピュータ10による制御の流れの一例を示すものである(制御ソフトウェア230’の実行によりなされる)。まず、L1において、既に説明した方法により偏心量δの測定を行う。そして、L2に進み、メモリ228に記憶されている予め定められた一定の調整量μ’により接地電極54に対して調整加工を行う。次にL3に進み、一旦、加工駆動モータ8を逆転駆動して工具32による加工付勢状態を解除する。L4では、ワークの偏心量の再測定を行い、その値をδ’とし、L5において、許容偏心量δtの範囲代表値(例えば中央値:本実施形態では該中央値はゼロである)と比較する。再測定値δ’が許容偏心量δtよりも大きい場合にはL2以降の処理を繰り返す(つまり、調整曲げ加工が、偏心量δが許容偏心量δtに達するまで繰り返される)。また、再測定値δ’が許容偏心量δtとなった場合には調整加工を終了する。
【0057】
調整曲げ加工工程の終了後、ギャップ間隔g1を再度測定し、到達目標ギャップgt(本実施形態では、許容範囲の上限値gmaxに定められている)に達していない場合、つまり、ギャップ変位g1−gtが正の場合は、図18に示す調整押圧工程を実施してギャップ間隔の量を最終的な値とする。図21にその制御の流れの一例を示す。まず、M1において、ギャップ間隔g1を測定する(ギャップ間隔測定工程)。ギャップ間隔の測定方法は、特許文献2等により公知の手法であるため、詳細は省略する。そして、M2に進み、メモリに記憶されている目標ギャップ間隔gtとのギャップ変位(g1−gt)を測定する。次にM3に進み、ギャップ変位(g1−gt)が0よりも大きいか否かを判断する。場合は、前工程の調整曲げ加工では目標ギャップ間隔gtに到達せず、ギャップ間隔の縮小が不十分であることを意味するので、M4に進み、調整押圧を行うことによってギャップ間隔の縮小を行った後、M5において、調整押圧を解除し、M1以降の処理を繰り返す(つまりギャップ間隔測定工程及び調整押圧工程が、到達目標ギャップ間隔に達するまで繰り返される)。なお、この調整押圧時に、特許文献4によって公知となっているスプリングバック量を考慮した押圧量にて押圧してもよい。また、ギャップ変位(g1−gt)が0以下である場合には、前工程の調整曲げ加工によって、許容範囲内の値にまでギャップ間隔が縮小したことを示すことになるため、ここで終了する。
【0058】
上記の実施形態では、スパークプラグワークのギャップ間隔を到達目標ギャップ間隔gtよりも広い所定の目標間隔まで減少させる仮押圧工程調整において、仮押圧スペーサ42の形状を適宜に選択して仮押圧加工を施すことにより、到達目標ギャップ間隔gtよりも広い所定の目標間隔まで減少させたが、画像処理によって到達目標ギャップ間隔gtになるように調整しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスパークプラグの製造方法を実施するための、装置撮影系の構成例を示す模式図。
【図2】本発明のスパークプラグの製造方法を実施するため、調整曲げ加工を行う加工装置の主制御部の第一の例を示すブロック図。
【図3】第一のカメラと第二のカメラとの視野の関係を模式的に示す図。
【図4】背景ユニットの説明図。
【図5】第二の照明の説明図。
【図6】ワークを保持するホルダ及び固定金具の説明図。
【図7】加工装置の模式図。
【図8】基準被写体となる治具の例を示す正面図。
【図9】図8の治具の使用方法の説明図。
【図10】図2の装置を用いたスパークプラグの製造方法の概略的な工程の流れを示すフローチャート。
【図11】図10の製造方法の要旨を示す説明図。
【図12】図10の製造方法の主要な工程を抜き出して説明する図。
【図13】調整曲げ加工工程の処理の流れの第一の例を示すフローチャート。
【図14】初期近似用関数μ=F’(λ)の決定方法の一例を概念的に示す図。
【図15】初期近似用関数μ=F’(λ)の決定方法の別例を概念的に示す図。
【図16】火花放電ギャップの調整に本発明を適用する例を示す概念図。
【図17】仮押圧装置の例を示す概念図。
【図18】調整押圧装置の例を示す概念図。
【図19】本発明のスパークプラグの製造方法を実施するため、調整曲げ加工を行う加工装置の主制御部の第二の例を示すブロック図。
【図20】調整曲げ加工工程の処理の流れの第二の例を示すフローチャート。
【図21】調整曲げ加工工程の終了後に火花放電ギャップgを再測定する例を示すフローチャート。
【符号の説明】
E1 接地電極中心位置
E2 中心電極中心位置
50 スパークプラグワーク
53 中心電極
g 火花放電ギャップ
54 接地電極
Claims (12)
- 絶縁体中に配置された中心電極と、その絶縁体の外側に配置された主体金具と、一端がその主体金具の先端側端面に結合される一方、他端側が側方に曲げ返されて側面が前記中心電極の先端面と対向することにより、該中心電極先端面との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えたスパークプラグの製造方法であって、
前記火花放電ギャップのギャップ間隔を調整するために、スパークプラグワークの接地電極に対し、前記中心電極の先端面に近づく向きに押圧を加えることにより、該スパークプラグワークのギャップ間隔g1を、到達目標ギャップ間隔の許容範囲上限値gmaxよりも広い仮ギャップ間隔まで減少させる仮押圧工程と、該仮押圧工程終了後に、前記接地電極に対し、該接地電極の幅方向における目標位置からの偏心量δを解消するための調整曲げ加工を行なう調整曲げ加工工程と、
該調整曲げ加工工程終了後に前記ギャップ間隔g1を測定するギャップ間隔測定するギャップ間隔測定工程と、
測定されたギャップ間隔g1が前記許容範囲上限値gmaxよりも大きい場合に、前記接地電極に対して前記中心電極の先端面に近づく向きに調整押圧を加える調整押圧工程とを含むことを特徴とするスパークプラグの製造方法。 - 前記調整曲げ加工は、複数のスパークプラグワークの接地電極に対し、該接地電極の幅方向の調整量μにて行い、前記接地電極に生ずる加工方向への変位量λを実測することにより、前記調整量μを前記変位量λの関数μ=F(λ)(以下、調整量関数という)として求め、該調整量関数μ=F(λ)に基づいて、調整すべきスパークプラグワークの接地電極の、目標位置からの偏心量δを解消するために必要な調整量μを見出す請求項1記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記調整量μ及び前記変位量λのデータ(μ,λ)の組を、スパークプラグの生産時に新たに収集されるデータ(μ,λ)により更新し、その更新された(μ,λ)のデータ組に基づいて前記調整量関数μ=F(λ)を更新しつつ用いる請求項2記載のスパークプラグの製造方法。
- 現在の製造に係るスパークプラグワークへの前記調整量μを定める調整量関数μ=F(λ)を、当該スパークプラグワークに先立つ全ての、もしくは直近の所定数個のスパークプラグワークの前記(μ,λ)のデータ組に基づいて求める請求項3記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記調整量関数μ=F(λ)を、前記調整量μ及び前記変位量λのデータ(μ,λ)の組に最小二乗回帰を行うことにより、λの一次関数として求める請求項1ないし4のいずれか1項に記載のスパークプラグの製造方法。
- スパークプラグの生産に先立って、所定数n個のスパークプラグワークについて予め得られている前記調整量μ及び前記変位量λのデータ(μ,λ)の組を用いて、初期近似用関数μ=F’(λ)をλのn次関数として求め、スパークプラグの生産開始後、n番目までのスパークプラグワークについては、該初期近似用関数μ=F’(λ)を用いて前記調整量μを求める一方、n+1番目以降のスパークプラグワークについては、該スパークプラグワークに先立つ全ての、もしくは直近の所定数個のスパークプラグワークの前記(μ,λ)のデータ組に対し、最小二乗回帰を行うことにより得られる、λの一次関数として前記調整量関数μ=F(λ)を求め、当該調整量関数を用いて前記調整量μを求める請求項5記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記初期近似用関数μ=F’(λ)を、n個の(μ,λ)のデータ組を用いてλのn次関数として求める請求項6記載のスパークプラグの製造方法。
- 関数決定試験用のスパークプラグワークを必要数用意し、予め定められた複数の調整量μを、それぞれ複数のスパークプラグワークに与えたときの各変位量λを求め、それら(μ,λ)の組に対して前記最小二乗回帰を行うことにより、前記初期近似用関数μ=F’(λ)をλの1次関数として求める請求項6記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記最小二乗回帰により、前記変位量λの前記調整量μへの回帰直線λ=f(μ)を求め、前記初期近似用関数μ=F’(λ)を前記λ=f(μ)の逆関数として求める請求項8記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記ギャップ間隔測定工程及び前記調整押圧工程は、前記到達目標ギャップ間隔に達するまで繰り返される請求項1ないし9のいずれか1項に記載のスパークプラグの製造方法。
- 前記調整曲げ加工は、前記偏心量δが許容偏心量δtに達するまで繰り返される請求項1ないし10のいずれか1項に記載のスパークプラグの製造方法。
- 中心電極と、基端側が主体金具の端面に接合されるとともに先端側が前記中心電極と対向するように配置され、前記中心電極との間に火花放電ギャップを形成する接地電極とを備えたスパークプラグを製造するために、複数のスパークプラグワークの接地電極に対し、該接地電極の幅方向の調整量μにて前記調整曲げ加工を行い、前記接地電極に生ずる加工方向への変位量λを実測することにより、前記調整量μを前記変位量λの関数μ=F(λ)(以下、調整量関数という)として求め、該調整量関数μ=F(λ)に基づいて、調整すべきスパークプラグワークの接地電極の、目標位置からの偏心量δを解消するために必要な調整量μを見出すことを特徴とするスパークプラグの製造方法。
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