JP4705147B2 - スパークプラグ及びスパークプラグ組付け体 - Google Patents

Description

この発明は、スパークプラグ及びスパークプラグ組付け体に関する。

近年、内燃機関の高性能化あるはリーンバーン化により、混合気への点火の確実性がますます重視されている。この場合、燃焼室内におけるスパークプラグの取付位置が点火性を左右する重要な因子となる。例えば、燃焼室内に吸入された混合気によって生じるスワールの方向に対し、火花放電ギャップが接地電極の陰になるかあるいは接地電極が火炎成長を妨げる方向に存在する場合に、スパークプラグの着火性を低下させる原因となることが指摘されている。そこで、従来まちまちだった燃焼室内の接地電極方向を、着火性を考慮した最適位置に調整することが提案されている。

例えば特開昭６１−１４３０２４号公報には、シリンダカバーとスパークプラグとに合マークを形成し、スパークプラグを、該合マークが一致する角度位相までレンチ等の締め付け工具で締め付けることにより位置決めする技術が開示されている。また、特公平７−１９５３７号公報には、レンチを係合させる六角部に、レンチ内面の凹部と係合する凸部を設けることにより、レンチを六角部に対して一定の角度位相でのみ係合できるようにしておき、レンチ側に設けられた接地電極位置識別部（公報ではレンチの把手）の角度位置により接地電極方向を確認しながら位置合わせする方法が開示されている。さらに、特開平１１―１９０２６９号公報には、レンチに吸着したスパークプラグの接地電極を、シリンダヘッドに装着する前に直接カメラで撮影し、画像上の接地電極位置からレンチに対する接地電極の相対角度位相を認識して、接地電極の位置決めを行ないつつスパークプラグを組み付ける方法が開示されている。

しかし、上記の公報に開示された方法には、それぞれ以下のような欠点がある。
（１）特開昭６１−１４３０２４号公報
シリンダカバーとスパークプラグとに形成された合マークは、組付け時にレンチに遮られて視認できなくなる。従って、レンチを断続的に取り外してマーク位置を確認しながら少しずつ締め付けを行なわなければならないので、非常に能率が悪い。
（２）特公平７−１９５３７号公報
レンチとスパークプラグの双方に、特定の角度以外はレンチ係合が不可能となるような大きな凹凸を加工形成しなければならず、製造コストの高騰を招きやすい。
（３）特開平１１―１９０２６９号公報
スパークプラグの組付け時には画像情報により接地電極の位置を把握できるが、レンチを一旦取り外してしまうと、取付後のスパークプラグの外観のみでは接地電極の取付位置を確認することが全くできない。従って、接地電極の位置決めミスが発生していても、後からそれを識別する手段がない。

本発明の課題は、スパークプラグをシリンダヘッドに組み付ける際の接地電極の角度位置調整を、スパークプラグ側あるいは締め付け工具側に面倒な加工を施すことなく簡単に行なうことができ、かつ、スパークプラグの組付け後においても接地電極の方向を容易に識別できるスパークプラグ及びスパークプラグ組付け体を提供することにある。

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、本発明のスパークプラグは、筒状の主体金具（１）の、軸線（Ｏ）方向における一方の端面に接地電極（４）が取り付けられ、軸線（Ｏ）方向において、主体金具（１）の接地電極（４）の取り付けられている側を前方側として、取付ねじ部（７）と該取付ねじ部（７）よりも後方側において多角形状の外形線を有する工具係合部（５）とが該主体金具（１）の外周面に形成され、
主体金具（１）の内側に絶縁体（２）がはめ込まれ、その絶縁体（２）のさらに内側に、接地電極（４）との間に火花放電ギャップ（ｇ）を形成する中心電極（３）が配置されるとともに、
絶縁体（２）の後端部に、中心電極（３）の後端側に導通するとともに、該中心電極（３）への高圧印加端子をなす端子金具（１８）が設けられ、
軸線（Ｏ）周りにおける接地電極（４）の前記主体金具（１）への取り付け位置を識別するための電極位置識別マーカ（１９）が、工具係合部（５）に対し、軸線（Ｏ）方向の両端が開放した筒状に形成される締め付け工具（５１）を装着した状態において軸線（Ｏ）方向後方側から視認可能な位置に形成されるスパークプラグであり、電極位置識別マーカ（１９）は、締め付け工具（５１）内を通る軸線（Ｏ）と一致させる撮影用光軸を有する撮影装置によって、スパークプラグを軸線（Ｏ）方向における後方側から撮影したとき、その画像上にてその幾何学的重心位置が、軸線（Ｏ）の位置から一定長さ離れて位置するように形成されていることを特徴とする。

上記本発明のスパークプラグによると、締め付け工具を装着した状態において軸線方向後方側から視認可能な位置に電極位置識別マーカを形成している。このようなスパークプラグを軸線方向後方側から撮影し、得られるスパークプラグ画像に表れる電極位置識別マーカの画像情報から電極角度位置情報を生成することで、接地電極を、シリンダヘッド側の基準角度位置に対して位置決めしつつスパークプラグを組み付ける作業を、正確かつ能率的に行なうことができる。

電極位置識別マーカ（１９）には、接地電極（４）の主体金具（１）への接合基端位置を指示するための方向指示頂点（２０）を、軸線（Ｏ）から一定長さ離れて形成することができる。このような電極位置識別マーカ（１９）は、方向指示頂点２０を先端に有する矢印状の外形を有するものとして形成できる。主体金具（１）に対し接地電極（４）が複数個設けられる場合は、電極位置識別マーカ（１９）に方向指示頂点（２０）を、接地電極（４）の個数に対応して複数形成することができる。

電極位置識別マーカ（１９）は端子金具（１８）の後端面に形成できる。端子金具の後端面は、スパークプラグの軸線を法線とする一定面積以上の平坦領域の確保が容易であり、ここに電極位置識別マーカを形成しておけば、画像撮影時の焦点合わせが容易であり、マーカの画像を高精度に撮影できる。そして、該画像を用いることにより、接地電極の基準角度位置に対しての位置決め精度を向上させることができる。また、端子金具の後端面は、スパークプラグの組付け後においても目視による確認が特に容易であり、ひいては電極位置識別マーカによる接地電極の取り付け角度確認をより簡単に行なうことができる。

また、電極位置識別マーカ（１９）は、 スパークプラグを軸線（Ｏ）方向における後方側から撮影したとき、その画像上にてその幾何学的重心位置が、軸線（Ｏ）の位置から一定長さ離れて位置するように形成することができる。このような電極位置識別マーカ（１９）は、端子金具（１８）の基端側に一体化されたフランジ状のベースに形成することができる。

次に、接地電極（４）は主体金具（１）に対し、工具係合部（５）の外形線の頂点に対応する位置に取り付けることができる。

上記本発明のスパークプラグ（１００）の主体金具（１）の外周面に形成された取付ねじ部（７）を、主体金具（１）の軸線（Ｏ）周りにおいてシリンダヘッド（ＳＨＤ）側に定められた基準角度位置（ＴＡ）に対し接地電極（４）が一定の角度関係を満たすように定められた締め付け終了角度位相にて、シリンダヘッド（ＳＨＤ）側のねじ孔（ＴＨ）にねじ込むことにより、スパークプラグ（１００）をシリンダヘッド（ＳＨＤ）に取り付けたスパークプラグ組付け体を構成できる。この場合、基準角度位置（ＴＡ）を示すシリンダヘッド側マーカ（３０）を、シリンダヘッド（ＳＨＤ）の軸線（Ｏ）方向後方側から視認可能な位置に形成することができる。

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、スパークプラグの組付け装置５０を示すものである。該組付け装置５０の適用対象となるスパークプラグ１００は、以下のような構造を有する。すなわち、炭素鋼等の鉄系金属よりなる筒状の主体金具１の、軸線Ｏ方向における一方の端面に接地電極４が取り付けられている。主体金具１の外周面には、取付ねじ部７と、該取付ねじ部７よりも後方側に、多角形状（例えば正六角形状）の外形線を有する工具係合部５とが形成されており、ここにレンチ等の締め付け工具５１が係合する。該締め付け工具５１により、主体金具１の外周面に形成された取付ねじ部７を、シリンダヘッドＳＨＤ側のねじ孔ＴＨにねじ込むことにより、スパークプラグ１００がシリンダヘッドＳＨＤに取り付けられる。

主体金具１の内側にはアルミナ等のセラミックよりなる絶縁体２がはめ込まれ、その絶縁体２のさらに内側に、接地電極４との間に火花放電ギャップｇを形成する中心電極３が配置されている。また、絶縁体２の後端部には、中心電極３の後端側に導通するとともに、該中心電極３への高圧印加端子をなす端子金具１８が設けられている。そして、図３に示すように、該端子金具１８の後端面に、軸線Ｏ周りにおける接地電極４の主体金具１への取り付け位置を識別するための電極位置識別マーカ１９が、刻印あるいは印刷等により形成されている。端子金具１８の後端面は、軸線Ｏと略直交する平坦面状に形成されている。

電極位置識別マーカ１９は、後述する画像撮影時に背景となる金属地肌との間になるべく大きなコントラストが生ずるように形成することが望ましい。例えば刻印の場合は刻印深さにより、印刷の場合は、印刷層の明度あるいは色調の選択により、上記コントラストを調整することができる。金属地肌は多くの場合、灰色ないし黒っぽい画像背景を形成することから、電極位置識別マーカ１９を印刷形成する場合、その印刷層を、該金属地肌よりも明度の高い印刷層（例えば白系の色調を有する印刷層）とすることが、マーカ識別の確実性を高める上で望ましい。

図３の電極位置識別マーカ１９には、接地電極４の配置位置、例えば主体金具１への接合基端位置を指示するための方向指示頂点２０が、軸線Ｏから一定長さ離れて形成されている。本実施形態において、電極位置識別マーカ１９は、その方向指示頂点２０を先端に有する矢印状の外形を有してなる。図３においては、接地電極４が１つのみ主体金具１の端面に溶接接合され、その先端側が側方に曲げ返されて中心電極３の先端面と対向することにより、火花放電ギャップｇを形成している。従って、電極位置識別マーカ１９には方向指示頂点２０が、接地電極４の個数に対応した１つのみ形成されている。なお、図６に示すように、主体金具１に対し接地電極４が複数個設けられることがある。この場合、電極位置識別マーカ１９にも、各接地電極４の位置を示す方向指示頂点２０が複数形成される。

なお、電極位置識別マーカ１９は、方向指示頂点２０を必ずしも有しているものでなくともよい。また、電極位置識別マーカ１９の形成位置も端子金具１８の後端面に限定されない。例えば図４は、端子金具１８の基端側に一体化されたフランジ状のベース１８ａに、円状の電極位置識別マーカ１９を形成した例であり、図５は、端子金具１８の外側に螺合するキャップ２１の端面に方形の電極位置識別マーカ１９を形成した例である。いずれも、軸線Ｏ方向における後方側から撮影したとき、その画像上にて電極位置識別マーカ１９は、その幾何学的重心位置が、軸線Ｏの位置から一定長さ離れて位置しており、軸線Ｏを中心とする角度位置が識別可能である。

図１に戻り、組付け装置５０は、主体金具１に装着された締め付け工具５１を回転駆動するモータ（回転駆動部）６１と、取付ねじ部７をねじ孔ＴＨに螺合させた状態で、スパークプラグ画像２００を軸線Ｏ方向後方側から撮影する、撮影装置としてのデジタルカメラ６３と、締め付け工具５１による取付ねじ部７の締め付けトルクを検出するトルクセンサ６０とを有する。回転駆動部は、本実施形態においてはモータ６１であり、本実施形態では開ループ制御されるステッピングモータを用いる。ただし、エンコーダ出力により閉ループ制御されるＤＣあるいはＡＣサーボモータを用いてもよい。

モータ６１は、図２に示す駆動制御部４０により、以下のように駆動制御される。すなわち、デジタルカメラ６３によるスパークプラグ画像２００（図７参照）上に表れる電極位置識別マーカ１９の画像情報に基づき、接地電極４の角度位置を反映した電極角度位置情報を演算・生成し、その電極角度位置情報を基準角度位置ＴＡに対応した基準角度位置情報と比較して、該比較結果に基づきモータ（回転駆動部）６１を、接地電極４と基準角度位置ＴＡとが一定の角度関係を満たす締め付け終了角度位相にて回転終了するように駆動制御する。

電極位置識別マーカ１９の画像から電極角度位置情報を得るには、例えば前述の方向指示頂点２０やマーカ画像エリアの幾何学的重心位置を、電極位置識別マーカ１９の代表点として確定し、スパークプラグ１００の中心軸線Ｏの周りにおける該代表点の角度位置を、直接幾何学的に決定する方法がある。例えば、図１３に示すように、中心軸線Ｏと後述のシリンダヘッド側マーカ３０の方向指示頂点２０とを結んで基準線ＳＬを生成し、同じく中心軸線Ｏと電極位置識別マーカ１９の方向指示頂点３１とを結んで角度決定線ＲＬを生成する。そして、該角度決定線ＲＬと基準線ＳＬとのなす角度を、電極角度位置情報として用いることができる。

しかし、この方法は、マーカの外形線確定や幾何学的な演算に要するステップ数が多いため、必ずしも効率的とはいえない難点がある。そこで、駆動制御部４０を以下のような機能を有するものとして構成しておくと、便利である。すなわち、図７に示すように、電極位置識別マーカ１９を有するスパークプラグ標準品を、接地電極４と基準角度位置ＴＡとが一定の角度関係を満たす状態で、すなわち、電極位置識別マーカ１９が基準角度位置ＴＡに位置合わせされた状態で撮影したマスター画像２０１を予め用意しておく。そして、該マスター画像２０１をスパークプラグ画像２００とを比較する画像比較手段（ＣＰＵ７３）を設けておき、それらマスター画像２０１とスパークプラグ画像２００との比較に基づいて締め付け終了角度位相を見出すようにする。この方法によると、マスター画像２０１とスパークプラグ画像２００との対応画素間の差分演算を主体とした、簡便なパターンマッチングの手法により、電極角度位置情報を効率的に生成できるので、煩瑣で面倒なマーカ外形線確定処理や幾何学的演算を行なう必要がなくなる。

以下、図２の駆動制御部４０の電気的構成について説明する。駆動制御部４０は、デジタルカメラ６３による画像処理を司る画像処理部７０と、その画像処理部からの電極角度位置情報を受けてモータ６１を駆動するモータ駆動処理部８０とを有する。画像処理部７０は、ＣＰＵ７３、ＲＯＭ７５（画像処理プログラムを格納している）及びＲＡＭ７４（ＣＰＵ７３のワークエリアとなる）、及び出入力インターフェース７１をバス接続したマイコンを主体とするものであり、マスター画像記憶部７２に前述のマスタ画像のデータが格納されている。そして、ＣＰＵ７３は、ＲＯＭ７５内の画像処理プログラムの実行により、画像比較手段及び角度差分演算手段の機能を実現する。なお、スパークプラグの品種、組付け先となるエンジンの種別及び接地電極の向き（これらをプラグ組付け仕様情報という）によって、マスター画像は全て異なるものとなるので、これらのマスター画像のデータベースを設けておき、組付け仕様に応じて適切なマスター画像を選択して用いるようにすれば便利である。

また、モータ駆動処理部８０は、ＣＰＵ８３、ＲＯＭ８５（駆動制御ログラムを格納している）及びＲＡＭ８４（ＣＰＵ８３のワークエリアとなる）、及び出入力インターフェース８１をバス接続したマイコンを主体とするものである。前述のトルクセンサ６０の出力電圧はＡ／Ｄ変換器８６にてデジタル化され、出入力インターフェース８１の所定のポートに入力される。また、出入力インターフェース８１の別のポートからは、ロジックシーケンサ等の制御ＩＣを含んで構成されたモータドライバ回路８７に向け、モータ制御信号が出力される。モータドライバ回路８７は、該モータ制御信号を受けてモータ６１を所期の回転パターンにて駆動する。

画像処理部７０は、スパークプラグ画像２００と、マスター画像２０１とを比較して、スパークプラグ１００の角度位相を把握し、例えば後述の角度差分φを演算して、出入力インターフェース７１，８１を介し、その情報をモータ駆動処理部８０に送信する。モータ駆動処理部８０はこれを受けて、スパークプラグ１００が終了角度位相となるまで回転駆動する。なお、終了角度位相に到達したか否かの判断は、画像処理部７０とモータ駆動処理部８０とのいずれで行なってもよい。

図１に戻り、締め付け工具５１は、軸線Ｏ方向の両端が開放した筒状に形成され、その先端側の開口部（本実施形態では、正六角形状の内面形態を有する）内に、主体金具１の外周面に形成された工具係合部５を係合させるようになっている。締め付け工具５１を両端開放した筒状とすることで、その貫通形態の内孔を利用することにより、該締め付け工具５１内のスパークプラグ１００をデジタルカメラ（撮影装置）６３により容易に撮影でき、ひいては電極位置識別マーカ１９の画像を確実に取得できる。なお、締め付け工具５１には、スパークプラグ組付け作業の利便性を考慮して、スパークプラグ１００の主体金具１を、締め付け工具５１に仮保持させるためのマグネットチャック５２が設けられている。

デジタルカメラ（撮影装置）６３の撮影光学系６５の光軸は、回転駆動される締め付け工具５１の貫通内孔に合わせこまれている。従って、内部のスパークプラグ１００の撮影を確実に行なうには、この撮影用光軸上に障害物が極力存在しないことが望ましい。本実施形態では、モータ（回転駆動部）６１の（出力軸の）回転軸線Ｏ’が、締め付け工具５１の回転軸線（主体金具１（取付ねじ部７）の軸線Ｏと概略一致する）から一定距離偏心して配置され、該モータ（回転駆動部）６１の回転出力が回転伝達機構５６を介して締め付け工具５１に伝達されるようにしている。これにより、撮影の障害になりやすいモータ（回転駆動部）６１が撮影用光軸から側方に排除され、スパークプラグ１００の画像をより確実に撮影できるようにしている。本実施形態において回転伝達機構５６は、締め付け工具５１及びモータ６１の出力軸６１ａとそれぞれ一体回転するタイミングプーリ５７，５７と、これらに懸け回されたタイミングベルト５８により構成されている。ただし、これ以外にも、ギア式伝達機構や、スプロケットとチェーンとの組合せにより回転伝達機構を構成することも可能である。

また、組付け装置５０は、デジタルカメラ（撮影装置）６３とモータ（回転駆動部）６１とが一体的に組みつけられるフレーム６２を有し、締め付け工具５６は軸受け部５４を介して該フレーム６２に対し遊転可能に結合されている。デジタルカメラ（撮影装置）６３とモータ（回転駆動部）６１とがフレーム６２を介してコンパクトに一体化され、組付け作業の操作性が向上している。フレーム６２は軸線方向Ｏに延伸する本体プレート６２ｍを有する。この本体プレート６２ｍの一方の板面には、デジタルカメラ（撮影装置）６３と締め付け工具５１とが、該デジタルカメラ（撮影装置）６３の撮影光学系６５の光軸Ｏ”と締め付け工具５１の回転軸線Ｏとが同軸的かつ軸線Ｏ方向に離間した位置関係にて取り付けられている。また、他方の板面にモータ（回転駆動部）６１が取り付けられている。このように本体プレート６２ｍの２つの板面に、デジタルカメラ（撮影装置）６３とモータ（回転駆動部）６１とを振り分けて配置することにより、撮影光学系６５の光軸Ｏ”からモータ６１の回転軸線Ｏ’を大きく偏心させることができ、モータ６１が撮影の妨げとなることが効果的に回避されている。なお、トルクセンサ６０は、モータ６１の出力軸６１ａ上に直結された形で、本体プレート６２ｍに対し、モータ６１と同じ側に組み付けられている。

また、組付け装置５０には、締め付け工具５１の内側を照明する照明装置６４が設けられている。これにより、締め付け工具５１の内のスパークプラグ１００の画像をより明瞭に撮影することができる。本実施形態では、照明装置６４の光源が撮影光学系６５に一体化されており、該撮影光学系６５の内部に照明光を漏出させるようにしている。

以下、組付け装置５０の動作制御例について、図８のフローチャートに従い説明する。まず、図１に示すように、スパークプラグ１００を、マグネットチャック５２を用いて締め付け工具５１に取り付け、取付ねじ部７をシリンダヘッドのねじ孔ＴＨに軽くねじ込む。その状態で、図８のＳ１にて、モータ６１を初期角度増分Δθだけ回転させ、スパークプラグ１００のねじ込み駆動を開始する。Ｓ２では、この間の締め付けトルクτをトルクセンサ６０の出力によりモニタする。そして、Ｓ３にて、このトルクτが規定トルク範囲の最低値τminに到達すれば、スパークプラグ１００の回転を停止し、Ｓ４にて、図７のマスター画像２０１を読み出す。このマスター画像は、取付対象となるスパークプラグと同一品種の標準品を、接地電極４が基準角度位置にて位置合わせされるようにねじ孔ＴＨに締め込み、取付対照スパークプラグと同一視野及び同一照明条件にて撮影されたものである。

そして、Ｓ５に進み、図７に示すようなスパークプラグ画像２００を撮影する。ＣＰＵ７３はここで以下のごとき画像比較手段として機能する。すなわち、スパークプラグ画像２００上における電極位置識別マーカ１９の角度位置情報を制御対象角度位置情報とし、マスター画像２０１上の電極位置識別マーカ１９の位置情報を目標角度位置情報として、それら制御対象角度位置情報と目標角度位置情報とに基づいて、接地電極４と基準角度位置ＴＨとの角度差分φを演算する（角度差分演算手段）。そして、該角度差分φが予め定められた値以下に縮小したとき、締め付け終了角度位相に到達したと判断する。スパークプラグ画像２００は、接地電極の角度位置の目標角度位置からのずれが大きくなるほど、マスター画像２０１との電極位置識別マーカ１９の画像ずれが大きくなる。従って、その電極位置識別マーカ１９の画像不一致の度合いを、接地電極位置と目標角度位置との角度差分φを反映したパラメータとして有効に活用でき、接地電極４の角度位置制御を的確に行なうことができる。

具体的には、角度差分演算を次のようにして正確かつ簡便に行なうことができる。すなわち、スパークプラグ画像２００上の電極位置識別マーカ１９と、マスター画像２０１上の電極位置識別マーカ１９とを、平行移動と回転移動との組合せにより重ね合わせたとき、その重ね合わせに必要な回転移動の総回転角度に基づいて角度差分を演算する。同じ条件にて撮影されたスパークプラグ画像２００の電極位置識別マーカ１９と、マスター画像２０１の電極位置識別マーカ１９とは、画像視野上での配置が異なるのみで幾何学的には略合同な図形とみなしえる。従って、どちらかの画像に適当な平行移動と回転移動とを組合せて施せば、両マーカの画像を互いに重ね合わせることができる。そして、両画像の重ね合わせに要した回転移動角度は、接地電極位置と目標角度位置との角度差分φを正確かつ直接的に反映したパラメータとして使用できる。

図８においては、Ｓ６にて、マスター画像２０１上の電極位置識別マーカ１９の一方を他方に対して種々の向きに平行移動しながら、画像視野上での対応する画素同士の設定値の差分を求め、その合計値を演算する（画像が一致すれば、この値はゼロに近づく）。そして、その差分合計値が最小となる位置で平行移動を中止し、次いでマスター画像２０１上の電極位置識別マーカ１９の一方を他方に対して、予め定められた基準点（例えば幾何学的重心点）の周りにて回転移動しながら、同様の画素差分合計値を演算する。そして、Ｓ７では、該差分合計値が最小化されるときの回転角度を、角度差分φとして求める。なお、前者の平行移動で、２つのマーカの画像は必ずしも回転中心が上記の基準点に重なるとは限らない。この場合、画素差分合計値が最小化したときの回転角度が、真の角度差分φを表しているとは限らない場合がある。そこで、画素差分合計値が最小化する平行移動と回転移動とを複数回繰り返して行なうことにより、累積回転角度を真の角度差分φに漸近させることができる。

このようにして求めた角度差分φは、Ｓ８において規定角度範囲内か否かが判定される。範囲内であればＳ１３に進み、組付正常（つまり、終了角度位相到達）と判定・出力して処理を終わる。他方、Ｓ８にて範囲外であれば、Ｓ９に進んで、予め定められた微小角度だけスパークプラグを回転し、Ｓ１０で再びトルクτの値を読み込む。そして、Ｓ１１において該トルクτが規定範囲の最大値τmax未満であればＳ５に戻り、以下の処理を繰り返す。他方、最大値τmaxを超える場合は、Ｓ１２に進み、組付け異常と判定・出力して処理を終わる（モータ６１を逆回転させてスパークプラグ１００を取り外す処理を行なってもよい）。

なお、上記の処理では、スパークプラグ１００を規定トルクの下限値τmin以上となるまで締め込んでから、角度差分φが規定値以下となるように締め付け工具の回転駆動制御を行なったが、規定トルクの下限値τminに到達した時点での角度差分φが極端に大きい場合は、その時点で正常組付け不能と判断して処理を中止してもよい。また、スパークプラグ１００の締め付け回転方向において、角度差分φが規定値以下となる下限角度位置にスパークプラグの角度位相を合わせ、そこからスパークプラグを少しずつ締めこんで、規定トルクの範囲内に到達した時点で終了角度位相到達と判断する方法も可能である。

さらに、上記の処理においては、マスター画像２０１とスパークプラグ画像２００とを一致させるための画像回転角度を角度差分φとして演算する処理を行なったが、両画像の不一致度を画素差分の合計パラメータとして求め、これを角度差分φの代わりに用いても、接地電極４の角度位置制御を行なうことができる。図９は、そのようなマスター画像２０１とスパークプラグ画像２００との不一致度を演算するハードウェアの一例を示すものである。マスター画像２０１とスパークプラグ画像２００とは、それぞれマスター画像メモリ１５３とプラグ画像メモリ１５４に格納されている。また、クロック回路１５１からのクロックパルスＣＫを受けてカウンタにより画素アドレスを生成するアドレス生成回路１５２が設けられており、その画素アドレスがマスター画像２０１とスパークプラグ画像２００とに同期入力される。これにより、マスター画像２０１とスパークプラグ画像２００との対応する画素のデータが、Ｄ型フリップフロップ回路１５５及び１５６を介して順次出力される。各画像の画素データはＡＮＤゲート１５７に入力され、２つの画素値が一致した場合にのみ一致度カウンタ１５８にカウントアップ信号を出力する。一致度カウンタ１５８のカウント値はスリーステートバッファ１５９を介して出力されるが、全画素をスキャンし終わるまでは、該スリーステートバッファ１５９のインヒビット入力を能動化することでカウント値出力が抑制される。他方、入力されたクロックパルスの総数は一致度出力制御カウンタ１６０にて加算され、その加算値が一画面分の画素数に到達すれば、一致度カウンタ１５８が一致度出力制御信号を出力し、スリーステートバッファ１５９のインヒビット入力を非能動化して、一致度カウンタ１５８のカウント値を出力させる。一致度カウント値に基づいて終了角度位相に到達したか否かを判断する。本実施形態では、一致度カウント値の出力が小さいほどマスター画像２０１とスパークプラグ画像２００との一致度が高く、従ってこの値が所定値以下となったとき、終了角度位相到達と判断するようにしている。

また、以上の実施形態では、シリンダヘッドＳＨＤ側に特に目標角度位置を示すマーカ等は形成していなかった。つまり、スパークプラグ１００の取付対象となるシリンダヘッドＳＨＤに対し、デジタルカメラ（撮影装置）６３による撮影アングルが常に一定となるように組付け装置５０を使用すれば、接地電極４が目標角度位置に位置決めされていることが確実なマスター画像２０１を用いることで、そのマスター画像２０１とスパークプラグ画像２００との一致／不一致により、特にシリンダヘッドＳＨＤ側のマーカが存在していなくとも、終了角度位相到達を識別できるからである。

しかし、図１１に示すように、デジタルカメラ（撮影装置）６３は、スパークプラグ１００側の電極位置識別マーカ１９と、シリンダヘッドＳＨＤ側に形成された基準角度位置ＴＡを示すシリンダヘッド側マーカ３０とが同一視野内に収まったシリンダヘッド側マーカ付画像１３０を撮影するものとすることもできる。この場合、駆動制御部４０は、シリンダヘッド側マーカ付画像１３０における電極位置識別マーカ１９の位置情報とシリンダヘッド側マーカ３０の位置情報とに基づいて締め付け終了角度位相を見出す。シリンダヘッド側マーカ３０と電極位置識別マーカ１９との２つのマーカを用いることで、接地電極４のシリンダヘッドに対する組付け位置の制御をより正確に行なうことができる。例えば、シリンダヘッド側マーカ３０と電極位置識別マーカ１９とのそれぞれに形成された方向指示頂点２０，３１を識別し、それら方向指示頂点２０，３１同士の中心軸線Ｏ周りの角度ずれを測定して、スパークプラグ１００の終了角度位相を見出すことができる。

また、スパークプラグの品種によっては、工具係合部５の外形線形状を考慮して、主体金具１に対する接地電極４の取付位置が定めてある場合がある。例えば、図１０に示すように、スパークプラグ１００の製造時において、正六角形状の工具係合部５の平行対辺部を搬送ガイド１１０によるガイド面として使用することがある。この場合、搬送経路上に位置する工具係合部５の頂点５ａは、搬送経路幅方向の位置が一定となるので、これを目印として自動溶接装置等により接地電極４を取り付ければ能率的であるし、接地電極４の取り付け後は、該接地電極４の組付け角度位置を識別する有用な目印となりえる。そこで、これを利用すれば、次のような簡便な組付け方法を実現することができる。

すなわち、図１１に示すように、シリンダヘッド側マーカ付画像１３０上にてシリンダヘッド側マーカ３０の位置を特定し、その特定されたシリンダヘッド側マーカ３０の位置に、工具係合部５の外形線の１つの頂点５ａ（接地電極４の位置に対応する頂点とは限らない）が位置決めされるように締め付け工具５１を回転駆動する。以後、工具係合部５の多角形状（本実施形態では正六角形状）の外形線における、隣接する頂点間角度（本実施形態では６０°）を回転単位として、締め付け工具５１の回転駆動を、電極位置識別マーカ１９の角度位置と、シリンダヘッド側マーカ３０の角度位置との差分が予め定められた基準値以下となるまで繰り返す。そして、基準値以下となった時点のスパークプラグ１００の角度位相を締め付け終了角度位相として定める。この方法によると、スパークプラグ１００の回転角度単位として、工具係合部５の隣接する頂点間角度に相当する大きな値を採用でき、結果的に電極位置識別マーカ１９の角度位置と、シリンダヘッド側マーカ３０の角度位置との差分演算回数を大幅に減ずることができるので能率的である。この場合、図２に一点鎖線にて示すように、モータ（回転駆動部）６１の回転に伴う工具係合部５の頂点角度位相を識別するための角度センサ（本実施形態ではパルスジェネレータ８８：ゼロ点スリット付）が必要である。

図１２は、その具体的な処理の一例を示すものである。まずＳ１０１でモータ６１の回転を開始し、Ｓ１０２でパルスジェネレータ８８のゼロ点を検知すれば、Ｓ１０３に進む。そして、パルスジェネレータ８８のゼロ点スリット位相に最も近い工具係合部頂点の角度位置がシリンダヘッド側マーカ３０の角度位置に一致するまでモータ６１の回転を継続し、一致すれば角度カウンタをリセットする（Ｓ１０４）。次に、Ｓ１０８でスパークプラグ１００を回転させ、Ｓ１０９にてトルクτの値を読み込む。τがτmin以上でなければ（Ｓ１１０；Ｎｏ）Ｓ１０８に戻り、τがτmin以上であれば（Ｓ１１０；Ｙｅｓ）、そのときの角度カウンタの値Ｃを読み込み（Ｓ１１１）、工具係合部頂点の角度値を示しているかどうか（つまり、本実施形態では６０°の倍数であるかどうか）を確認する（Ｓ１１２）。なっていなければ（Ｓ１１２；Ｎｏ）、Ｓ１１３でモータ６１を１パルスずつ回転させてＳ１１２の処理を繰り返し、工具係合部頂点の角度値に一致させる。次にＳ１１４に進み、シリンダヘッド側マーカ付画像１３０上にてシリンダヘッド側マーカ３０の角度位置と、電極位置識別マーカ１９の角度位置とが一致しているかどうかを、例えばマスター画像とのパターンマッチングにより確認する。一致していればＳ１１５に進み、組付正常（つまり、終了角度位相到達）と判定・出力して処理を終わる。他方、一致していなければ隣接頂点間角度（すなわち６０°）だけスパークプラグ１００を回転し（Ｓ１１６）、再びトルクτの値を読み込む。そして、該トルクτが規定範囲の最大値τmax未満であれば（Ｓ１１７；Ｎｏ）Ｓ１１４に戻り、以上の処理を繰り返す。他方、最大値τmaxを超える場合（Ｓ１１７；Ｙｅｓ）は、Ｓ１１８に進んで組付け異常と判定・出力し、処理を終わる。

本発明のスパークプラグの組付け装置の一例を示す正面図。 図１の装置の駆動制御部の電気的構成を示すブロック図。 電極位置識別マーカの第一の形成例を示す説明図。 同じく第二の形成例を示す説明図。 同じく第三の形成例を示す説明図。 同じく第四の形成例を示す説明図。 パターンマッチング処理により終了角度位相を識別する画像処理の一例を概念的に説明する図。 図１の装置の動作処理の第一例を示すフローチャート。 マスター画像とスパークプラグ画像との一致度を演算するハードウェアの一例を示す回路図。 工具係合部の頂点位置に接地電極を取り付けたスパークプラグの例を示す説明図。 シリンダヘッド側マーカ付画像の一例を示す図。 図１の装置の動作処理の第二例を示すフローチャート。 電極位置識別マーカとシリンダヘッド側マーカとの角度差分を演算する画像処理の例を示す説明図。

符号の説明

１ 主体金具
Ｏ 軸線
４ 接地電極
５ 工具係合部
５ａ 頂点
７ 取付ねじ部
１９ 電極位置識別マーカ
３０ シリンダヘッド側マーカ
４０ 駆動制御部
５０ スパークプラグの組付け装置
５１ 締め付け工具
５６ 回転伝達機構
６０ トルクセンサ
６１ 回転駆動部（モータ）
６２ フレーム
６２ｍ 本体プレート
６３ デジタルカメラ（撮影装置）
６４ 照明装置
７３ ＣＰＵ（画像比較手段、角度差分演算手段）
ＳＨＤ シリンダヘッド
ＴＨ ねじ孔
ＴＡ 基準角度位置
１００ スパークプラグ
ｇ 火花放電ギャップ
１３０ シリンダヘッド側マーカ付画像
２００ スパークプラグ画像
２０１ マスター画像

Claims (8)

1. 筒状の主体金具（１）の、軸線（Ｏ）方向における一方の端面に接地電極（４）が取り付けられ、前記軸線（Ｏ）方向において、前記主体金具（１）の前記接地電極（４）の取り付けられている側を前方側として、取付ねじ部（７）と該取付ねじ部（７）よりも後方側において多角形状の外形線を有する工具係合部（５）とが該主体金具（１）の外周面に形成され、
   前記主体金具（１）の内側に絶縁体（２）がはめ込まれ、その絶縁体（２）のさらに内側に、前記接地電極（４）との間に火花放電ギャップ（ｇ）を形成する中心電極（３）が配置されるとともに、
   前記絶縁体（２）の後端部に、前記中心電極（３）の後端側に導通するとともに、該中心電極（３）への高圧印加端子をなす端子金具（１８）が設けられ、
   前記軸線（Ｏ）周りにおける前記接地電極（４）の前記主体金具（１）への取り付け位置を識別するための電極位置識別マーカ（１９）が、前記工具係合部（５）に対し、前記軸線（Ｏ）方向の両端が開放した筒状に形成される締め付け工具（５１）を装着した状態において前記軸線（Ｏ）方向後方側から視認可能な位置に形成されるスパークプラグであり、前記電極位置識別マーカ（１９）は、前記締め付け工具（５１）内を通る前記軸線（Ｏ）と一致させる撮影用光軸を有する撮影装置によって、前記スパークプラグを前記軸線（Ｏ）方向における後方側から撮影したとき、その画像上にてその幾何学的重心位置が、前記軸線（Ｏ）の位置から一定長さ離れて位置するように形成されていることを特徴とするスパークプラグ。
2. 前記電極位置識別マーカ（１９）には、前記接地電極（４）の前記主体金具（１）への接合基端位置を指示するための方向指示頂点（２０）が、前記軸線（Ｏ）から一定長さ離れて形成されている請求項１記載のスパークプラグ。
3. 前記電極位置識別マーカ（１９）は、前記方向指示頂点２０を先端に有する矢印状の外形を有する請求項２記載のスパークプラグ。
4. 前記主体金具（１）に対し前記接地電極（４）が複数個設けられ、前記電極位置識別マーカ（１９）に前記方向指示頂点（２０）が、前記接地電極（４）の個数に対応して複数形成されている請求項２又は請求項３に記載のスパークプラグ。
5. 前記電極位置識別マーカ（１９）が前記端子金具（１８）の後端面に形成されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
6. 前記電極位置識別マーカ（１９）が、前記端子金具（１８）の基端側に一体化されたフランジ状のベースに形成されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
7. 前記接地電極（４）が前記主体金具（１）に対し、前記工具係合部（５）の外形線の頂点に対応する位置に取り付けられている請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のスパークプラグ。
8. 請求項１記載のスパークプラグ（１００）の前記主体金具（１）の外周面に形成された取付ねじ部（７）を、前記主体金具（１）の軸線（Ｏ）周りにおいてシリンダヘッド（ＳＨＤ）側に定められた基準角度位置（ＴＡ）に対し前記接地電極（４）が一定の角度関係を満たすように定められた締め付け終了角度位相にて、前記シリンダヘッド（ＳＨＤ）側のねじ孔（ＴＨ）にねじ込むことにより、前記スパークプラグ（１００）を前記シリンダヘッド（ＳＨＤ）に取り付けたスパークプラグ組付け体であって、
   前記基準角度位置（ＴＡ）を示すシリンダヘッド側マーカ（３０）が、前記シリンダヘッド（ＳＨＤ）の前記軸線（Ｏ）方向後方側から視認可能な位置に形成されてなることを特徴とするスパークプラグ組付け体。

Images