JP2005135865A - スパークプラグの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 可視光線では識別不可能な場合の耐火花消耗部材の正確な位置を検出する。
【解決手段】 耐火花消耗部材５２の位置を特定する手段を備えた装置１は、中心電極５１にＸ線を照射する手段と、中心電極を透過したＸ線を受光する手段、透過撮像された画像を輝度解析する手段、とを備える。上記装置１を用いて耐火花消耗部材５２の位置が正確に検出されるため、耐火花消耗部材５２が接合された中心電極５１と、接地電極５３が固定された主体金具５６とを正確に組み付けることが可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関等に用いられる点火用スパークプラグの製造方法に関する。

内燃機関に用いられるスパークプラグは、配電器から送られる高電圧を中心電極と接地電極とによって形成される間隙に印加し、火花放電を発生させ、混合気に着火させるものである。この中心電極及び接地電極のそれぞれの火花放電部にはその耐久性を向上させるために、それぞれの電極母材とは異なる材質からなる耐火花消耗性に優れる部材（以下、耐火花消耗部材と称する。）を設けたものがある。その一例として貴金属を中心電極側面に環状に設けたものが利用されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記のものは実際に放電しない部分にも高価な貴金属を配することとなり、その製造コストは嵩んでしまう。この問題を解決するために、貴金属を環状ではなく、チップ状にして中心電極側面の放電をする部分のみに設けたものがある（例えば、特許文献２参照）。そして、このようなスパークプラグの中心電極と接地電極の組付けは正確な位置合わせが必要とされ、その方法として識別マークを用いた位置決め方法がある（前同特許文献２参照）。
特開平６−６８９５５号公報 特開平８−２８８０５０号公報

上記の方法では、識別マーク（貴金属チップ）の形状を中心電極へ照射した光の遮光量で接合位置を検知する方式や、反射光を受光する反射式という方式を用いて識別マークの接合位置を検知している。ところで、耐火花消耗部材である貴金属チップを中心電極側面へ接合する方法は一般的に溶接によって行われている。そのため、耐火花消耗部材を中心電極に溶接する際に耐火花消耗部材と中心電極母材とが隣り合う境界には溶接によってダレが発生することがあり、必ずしもその境界線は明確になっているとは限らない。このようなものに対して、耐火花消耗部材の接合位置の特定を可視光線による方法で行うと、ダレは中心電極母材と耐火花消耗部材との合金となっているため、この合金部までも耐火花消耗部材と識別しかねない。その結果として、接地電極を耐火花消耗部材が接合されている位置に対応するように正確に組み付けることが困難となってしまう。正確な位置に接合されていないスパークプラグは、耐火花消耗性の性能を十分発揮することができず、寿命を短くした製品となってしまうおそれがある。

また別の問題として次のようなことが挙げられる。
スパークプラグはその製造過程において中心電極を絶縁体に接合させる工程として加熱封着工程を経るものが多数を占める。この工程によって中心電極母材と、その側面に設けられた耐火花消耗部材が共に表層の酸化等によって外観上両者の識別が困難になる場合がある。耐火花消耗部材に耐酸化性の優れる貴金属チップを用いると、加熱封着工程後も貴金属チップは酸化せずに金属光沢を放つため、識別容易と思われる一方、中心電極母材の表層が酸化した部分の酸化層が剥がれ落ちると、その部分は耐火花消耗部材である貴金属チップ同様、金属光沢を放つため、やはり接合位置の特定が困難である。したがって上述した問題と同様に、位置決めが困難となり、寿命に問題を抱えたスパークプラグを製造するおそれがある。

そこで本発明は、可視光線によって中心電極へ溶接された耐火花消耗部材の位置の特定することが困難であったことを解消して、正確に位置決めすることを可能とし、放電部に正確に耐火花消耗部材が配置されたスパークプラグを製造することが可能なスパークプラグの製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段・及び効果

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
耐火花消耗部材を有する中心電極と、該中心電極の後端部を自身の軸孔内部に固定する絶縁体と、該絶縁体の周囲を取り囲むように配置される主体金具と、一端部が前記主体金具に固定され、他端部が前記中心電極に指向するようにして前記中心電極の耐火花消耗部材と火花放電ギャップを形成するスパークプラグの製造方法であって、
前記中心電極を前記絶縁体に固定する工程より後に、
Ｘ線撮像装置により前記中心電極を撮像する工程と、
撮像した画像の輝度解析によって前記耐火花消耗部材の位置を検出する工程と、
前記工程によって位置が特定された前記耐火花消耗部材に対応するように、前記接地電極を備えた主体金具と前記中心電極を備えた絶縁体とを組み合わせる工程と、
を備えることを特徴とするスパークプラグの製造方法である。

本発明は、Ｘ線撮像装置を用いることに最大の特徴がある。Ｘ線による透過撮像を行い、その撮像画像の輝度解析により耐火花消耗部材の設けられた部分の特定をし、中心電極の耐火花消耗部材が設けられた部分に対応するように接地電極の位置を決定して組み付けることができる。本発明によれば、可視光線では耐火花消耗部材の位置特定が困難であったものに対しても容易にその位置を特定することが可能である。特に本発明が有効となるのは、図９に示すような耐火花消耗部材が絶縁体先端面より後端側、即ち軸孔内部に位置しているスパークプラグを製造する場合である。

ところで、スパークプラグの製造工程において、中心電極を絶縁体に固定させる手段は粉末充填封着や加熱封着がある。本発明は請求項２に記載した加熱封着工程を経るスパークプラグの製造方法として特に有効である。現在はスパークプラグの製造過程に加熱封着工程を経るものが主流である。このため、耐火花消耗部材と中心電極母材との境界が加熱封着工程時に酸化層で覆われてしまうことがあり、可視光線では耐火花消耗部材の位置検出が困難、又は不可能であったようなスパークプラグに対しても容易に耐火花消耗部材の位置を検出することができる。

請求項３に記載したように、中心電極の側面に配した貴金属チップが一部でも絶縁体の軸孔内に位置している場合においては、軸線と垂直な方向からは絶縁体に阻まれ、軸孔内に位置する部分の貴金属チップを可視光線では撮像することができず、その位置の特定が困難である。しかし、本発明のＸ線撮像による透過撮像によれば、可視光線が絶縁体に阻まれるような位置であっても、撮像した画像の輝度解析により中心電極母材と貴金属チップの境界を容易に特定することができる。

請求項４に記載のとおり、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｗのいずれか１つを主成分として耐火花消耗部材を形成しているスパークプラグの場合にも、貴金属層の表面とその周りの電極母材が外観上識別不可能となっている場合があり、中心電極に貴金属層を設けることが一般的になっている現在においても本発明は優位性を有する。

耐火花消耗部材が例えば貴金属のみのＰｔ−Ｉｒからなる場合、貴金属層表面に酸化層を形成することは無く、中心電極母材と貴金属チップは外観により識別することが可能である。しかし、請求項３に記載したように、その貴金属チップの一部でも絶縁体の軸孔内部に配置される場合、可視光線による位置の特定は不可能であり、前述の通り本発明のＸ線撮像が有効な手段となる。貴金属チップのすべてが絶縁体の軸孔内部に配置されず、絶縁体の軸孔内部から貴金属チップの露出している部分があったとしても、その露出している部分から絶縁体の軸孔内部に配置されている貴金属チップと中心電極母材との境界を特定することは困難である。また、貴金属チップは中心電極へ溶接されており、貴金属チップの周囲には中心電極母材のダレが生じている。そのようなダレが生じるために、貴金属チップの絶縁体から露出している部分だけで、その境界を判断することは必ずしも容易なことではない。したがって、貴金属チップのすべてが絶縁体の軸孔内部に入り込んでいない場合に対しても本発明はその効果を奏するものである。

前述のように外観で識別することが困難になる可能性の特に高い材質としては、請求項５に記載の貴金属チップにＮｉ成分を含むものがある。貴金属チップにＮｉ成分を添加することは、貴金属成分が揮発消耗してしまうことを抑制する有効な手段である。Ｎｉ成分は耐酸化性に優れるため、スパークプラグの中心電極母材として、高Ｎｉ金属材（例えばインコネル：登録商標）が用いられている。しかし、耐酸化性に優れているものの、ガラスシール工程においては高温に晒されるために、少量ではあるが表面に酸化物を生じてしまう。したがって、中心電極母材と貴金属チップとの境界部分も、表層にＮｉ成分の酸化物層が形成され、外観は同色を成してしまう。この場合に従来の可視光線による識別は困難であり、本発明のＸ線撮像が有効なことは前述の通りである。また本発明によるスパークプラグの製造方法が特に有効であるのは、耐火花消耗部材に添加されるＮｉ成分は２０ｗｔ％以上である場合である。この場合は、上記の耐火花消耗部材と中心電極母材とが外観上同色を成すことが顕著となるためである。

本例は、図１に示すように、スパークプラグ５０の中心電極５１の放電部（耐火花消耗部材５２：以下、中心電極の放電部を耐火花消耗部材５２と称する。）と接地電極５３の放電部との位置合わせの際に、その中心電極５１の側面に配置された耐火花消耗部材５２の位置を特定する方法として、Ｘ線撮像による輝度解析を利用したスパークプラグの製造方法である。スパークプラグ５０は、図２に示すように、自身の側面に貴金属等を含んでなる耐火花消耗部材５２を持つ中心電極５１と、該耐火花消耗部材５２とによって火花放電経路を形成する放電部を持つ接地電極５３と、中心電極５１を保持する絶縁体５５と、接地電極５３が接合された主体金具５６とを有する。軸線Ｏ上の後端側に位置する電極端子６０に電源より供給された電力は、電極端子６０、ガラスシール６２、抵抗材６１、中心電極５１等を介してスパークプラグ５０の先端部で耐火花消耗部材５２と接地電極５３との間で火花放電をする。

スパークプラグ５０の製造方法に関して、耐火花消耗部材５２の位置を特定する手段を備えた装置１は図１に示すように、中心電極５１にＸ線を照射する手段（Ｘ線照射光源部３１）と、中心電極を透過したＸ線を受光する手段（Ｘ線受光部３２）、透過撮像された画像を輝度解析する手段（マイコン３０の一機能として備える）、とを備える。輝度解析により特定された耐火花消耗部材５２の位置情報からスパークプラグ５０の位置決めをする装置は同図１に示すように、接地電極５３が接合された主体金具５６を挟持するホルダ１１、中心電極５１が固定された絶縁体５５を爪１２で把持する絶縁体チャック装置１３、それらを制御するマイコン３０等を備えてなる。

以下、各部分の説明を補足する。スパークプラグ５０は、図２の一部断面図に示すように、絶縁体５５と主体金具５６とを有し、両者の間には絶縁体５５を加締めて保持するためにリング５７やパッキン５８、滑石５４が封入されている。中心電極５１は絶縁体５５に固定されており、図３に示すように、耐火花消耗部材５２が溶接されている。一方、中心電極５１の後端側は導電性のガラスシール６２によって抵抗材６１と、また抵抗材６１と電極端子５０とが機械的、電気的に接合されている。接地電極５３は前記主体金具５６に溶接されて固定されている。絶縁体５５には耐フラッシュオーバー性を向上させるために本例のようにコルゲーション６３を設けたものがある。絶縁体５５を保持する主体金具５６はエンジン（図示しない）へ固定するための締め付け部６４を持ち、この締め付け部６４を回動させることによってネジ部５９をエンジンに締め付け固定する。

製造途中におけるスパークプラグ５０は、図１に示すように、ホルダ１１によって主体金具５６のネジ部５９が保持され、位置合わせ装置１にセットされる。そして、電極チャック装置１４は、図４に示すように、一対の接地電極５３のそれぞれを４本の爪１５で把持し、Ｘ線が照射される状態ととなっている。

駆動手段３３は、絶縁体チャック装置１３とともに上下に移動し、上基台３５は昇降装置３６に駆動されて上下する。絶縁体チャック装置１３は、所定の位置まで上基台３５が下降された後、３本の爪１２によって絶縁体５５を把持する。駆動手段３３は、ステッピングモータ３７からベルト３８及びプーリ３９、４０を介して絶縁体チャック装置１３を稼働させる。ステッピングモータ３７は、一定角度αで回転角度を変化させる高速度の制御モータである。

検出手段は、図５に示すように、Ｘ線照射光源部３１から発せられたＸ線９１が中心電極５１、この中心電極５１に接合された耐火花消耗部材５２を透過し、その透過光９２をＸ線受光部３２で受光し、受光したＸ線透過光９２の画像の輝度解析から中心電極５１に配置された耐火花消耗部材５２の位置（回転角度）を特定する。

コントローラ４１はマイコン３０を用いた電子制御装置である。このコントローラ４１は撮像画像の輝度解析手段、取付け位置算出手段、ステッピングモータ３７の制御手段等の機能を備えるコントローラである。

上記の一連の装置を用いてスパークプラグ５０を製造する方法は、一例として次のようなアルゴリズムにより進行する。

それは即ち図６に示すフローチャートを用いて説明することができる。図６のＳ０の状態はそれ以前の工程において、電極端子６０、中心電極５１等の取り付けられた絶縁体５５が接地電極５３の接合された主体金具５６に遊嵌状に嵌められた状態（仮組み付け状態）のスパークプラグ５０である。次に電極位置決め装置１へ送られ、スパークプラグ５０は主体金具５６がホルダ１１にセットされた状態となる（Ｓ１）。

Ｓ２は接地電極の主体金具への接合位置を特定する工程である。この工程は図７に記載したサブルーチンによってなされる。Ｓ２０１で電極チャック装置１４は接地電極５３を把持し、Ｓ２０２で主体金具５６を回転させる。この回転量は、前述の一定角度αずつ回転され、その都度Ｓ２０３でＸ線によって透過撮像される。Ｓ２０４では合計の回転角度（マイコン３０内のカウンタによるカウント値Ｎを一定角度αに乗じた値：αＮ）が３６０°以上となったかどうかが比較される。αＮが３６０°より小さければＳ２０２からＳ２０４までが繰り返され、３６０°以上となったとき、即ち、主体金具５６を１回転させて全周の撮像が完了するとＳ２０５によって撮像画像の解析が行われ、Ｓ２０６で接地電極５３の接合位置を記憶（例えばθｎとする。：ただし、ｎは接地電極の本数による。即ち、２極のスパークプラグの場合はθ１、θ２が記憶される。）し、メインルーチンへ戻る。

接地電極５３の接合位置を特定した後、Ｓ３において絶縁体チャック装置１３が爪１２により絶縁体５５を把持する。そして、Ｓ４で下基台４２が降下するため、主体金具５６はホルダ１１に保持された状態で絶縁体５５から離される。この状態では主体金具が絶縁体から離されたことによってＸ線によって絶縁体５６（即ち、中心電極５１をも含んでいる。）が撮影可能な状態である。

Ｓ５は中心電極５１に接合された耐火花消耗部材５２の接合位置を検出する工程である。この工程は図８に記載したサブルーチンによってなされる。Ｓ３０１で絶縁体５５を把持している絶縁体チャック装置１３が主体金具５６の場合と同様に、絶縁体５５をαだけ回転させる。Ｓ３０２ではＸ線によって中心電極５１が透過撮像される。Ｓ３０３では合計の回転角度（マイコン３０内のカウンタによるカウント値Ｎを一定角度αに乗じた値：αＮ）が３６０°以上となったかどうかが比較される。αＮが３６０°より小さければＳ３０１からＳ３０３までが繰り返され、３６０°以上となったとき、即ち、絶縁体５５を１回転させて全周の撮像が完了するとＳ３０４によって撮像画像の解析が行われる。Ｘ線撮像による輝度解析を行えば、絶縁体５５の軸孔内に隠れてしまっている部分の耐火花消耗部材５２の境界部５２１を撮像すること、また中心電極５１を絶縁体５５に固定する工程としてのガラスシール工程の際に耐火花消耗部材５２、その周辺の中心電極母材５２２ともに表面酸化してしまって可視光線による識別、例えば色相による識別識別が困難な場合でも本発明では容易に識別可能である。この際、実際には例えば耐火花消耗部材５２が貴金属チップであると、この部分は輝度が高く中心電極母材部分ではそれに比較して低く撮像される。Ｓ３０５で接地電極５３の接合位置を記憶（例えばΘｎとする。：ただし、ｎは貴金属チップの数による。即ち、２極のスパークプラグの場合は接地電極側の説明と同様にΘ１、Θ２が記憶される。）し、メインルーチンへ戻る。

Ｓ６では接地電極５３の接合位置θｎと耐火花消耗部材５２の接合位置Θｎとが対応するように絶縁体チャック装置１３が回転し、位置合わせを行う。そして、Ｓ７によって主体金具５６を保持するホルダ１１と共に下基台４２は上昇し、再びスパークプラグは仮組み付け状態となる。この時点では上記工程を経てきているので、接地電極に貴金属チップが理想的に対向した位置で配置されている状態となっている。図６のフローチャートには記していないが、Ｓ６の工程においてθｎ＝Θｎとならず、任意の許容範囲を超えてしまうものについては、この段階で製品の良否判別をしても良い。

その後は一般的なスパークプラグの製造方法と同じように次工程に搬送され本組み付け工程となる。この工程以降は一般的な製造方法と同様の手法をとることができるため本明細書中では説明を割愛する。

本例の図６の工程では主体金具、絶縁体共に回転させ、それぞれ回転角度を検出して両者を対応させて位置合わせをしているが、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、接地電極の接合された位置が必ず一定となるように主体金具を把持するようなホルダを用い、絶縁体のみ回転させて位置合わせをしても良い。また、画像解析は１回撮像するごとに解析しても良いし、本例のようにまとめて撮像した後に解析しても良い。当然、耐火花消耗部材の接合位置を検出してから接地電極の主体金具への固定位置を検出しても良い。要は、Ｘ線によって透過撮像し、輝度解析によって可視光線では正確に位置を特定することが困難であったことを本発明では容易に解決できる点がポイントである。

上記のように本例の接地電極の位置決め手段持つ製造方法であれば、貴金属チップが酸化して電極母材との識別が外観では困難であったものや、貴金属チップが絶縁体内に位置し直接貴金属チップを目視できないようなものに対しても、Ｘ線撮像画像による輝度差により容易に識別可能となり、貴金属チップの位置を特定できるため、精度の高いスパークプラグを製造することができる。

また、従来は絶縁体によって可視光が遮断されてしまい貴金属チップの配置されている位置の軸方向の境界を特定することが不可能であったが、透過撮像であるためできるため特定可能となり、貴金属チップの軸方向のずれによる製品の良否判別をすることも可能である。

本例は接地電極が２本である場合の実施例であり、もちろん、３本以上の接地電極を持つスパークプラグの製造に適用しても良いし、接地電極が１本のスパークプラグの製造方法としても良い。さらに、その接地電極形状は、沿面放電タイプや、背後電極タイプ、変則複数タイプ等、どのような形状の接地電極を持つものに適用しても良い。

本発明のスパークプラグの製造工程における、電極位置決め装置の概略構成を示す図。 実施例のスパークプラグの一部断面図。 実施例の中心電極先端部の拡大図。 実施例の電極チャック装置が接地電極を把持する状態を示す図。 実施例の位置決め装置において、光源部から照射されたＸ線が中心電極を透過し、受光部へと受光される説明をする図。 本発明のスパークプラグの製造方法の１実施例の工程を表すフローチャート。 接地電極側の工程を表すサブルーチンフローチャート。 中心電極側の工程を表すサブルーチンフローチャート。 本願発明が特に有効となるスパークプラグの一例を示すスパークプラグ先端拡大図。

Claims (5)

1. 耐火花消耗部材を有する中心電極と、該中心電極の後端部を自身の軸孔内部に固定する絶縁体と、該絶縁体の周囲を取り囲むように配置される主体金具と、一端部が前記主体金具に固定され、他端部が前記中心電極に指向するようにして前記中心電極の耐火花消耗部材と火花放電ギャップを形成するスパークプラグの製造方法であって、
   前記中心電極を前記絶縁体に固定する工程より後に、
   Ｘ線撮像装置により前記中心電極を撮像する工程と、
   撮像した画像の輝度解析によって前記耐火花消耗部材の位置を検出する工程と、
   前記工程によって位置が特定された前記耐火花消耗部材に対応するように、前記接地電極を備えた主体金具と前記中心電極を備えた絶縁体とを組み合わせる工程と、
   を備えることを特徴とするスパークプラグの製造方法。
2. 前記中心電極を絶縁体に固定させる手段として加熱封着を行う事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。
3. 前記耐火花消耗部材は少なくとも自身の一部が前記絶縁体の軸孔内に配されていることを特徴とする請求項１又は２いずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
4. 前記耐火花消耗部材はＰｔ、Ｉｒ、Ｗのいずれか１つを主成分としてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
5. 前記耐火花消耗部材は卑金属成分としてＮｉ成分を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパークプラグの製造方法。
   

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