JP6392807B2 - スパークプラグの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スパークプラグの製造方法に関する。

スパークプラグは、シリンダヘッドにねじ込まれて固定されることによってエンジンに設置される。そのため、スパークプラグの主体金具における外側面には、ねじ部が形成されている。スパークプラグがエンジンに設置された状態において、エンジンの燃焼室内に配置されるスパークプラグの接地電極の向きは、燃焼室内における着火性に影響する傾向にある。エンジンの燃焼室内に配置されるスパークプラグの接地電極の向きは、スパークプラグにおける接地電極の取付位置によって定まる。

特開２００３−２９７５２５号公報

特許文献１のスパークプラグの製造方法では、主体金具の外側面に形成されたねじ部の表面をカメラで撮影した画像に基づいて、接地電極の取付位置を決定している。しかし、このようなスパークプラグの製造方法では、表面が平らでないねじ部をカメラで撮影するために、焦点の合わせ方によっては撮影したねじ部の形状がぼやけることがあることから、接地電極の取付位置にばらつきが生じる場合があった。このため、接地電極の取付位置にばらつきが生じることを抑制することによって、スパークプラグの所定の位置に接地電極を取り付けることを精度良く行うことができる技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、スパークプラグの製造方法が提供される。このスパークプラグの製造方法は、円筒状の部材であって外側面にねじ部を有する主体金具と、前記主体金具の中心軸方向における端面に取り付けられている接地電極と、を備えるスパークプラグの製造方法であって、前記主体金具の中心軸に沿って前記主体金具を回転させつつ、前記中心軸方向において一定の位置にある測定領域を通過する前記ねじ部の表面を測定する測定工程と、前記測定工程において得られた情報に基づいて、前記端面において前記接地電極が取り付けられる取付位置を算出する取付位置算出工程と、前記取付位置に前記接地電極を接合する接合工程と、を備え、前記測定工程は、前記ねじ部の表面の変位を非接触式の変位センサを用いて測定する工程を含むことを特徴とする。この形態によれば、ねじ部の表面における変位を測定するため、ねじ部の表面をカメラで撮影する態様と比べて、接地電極の取付位置の決定の基準となるねじ部の表面を測定することについての精度が向上できる。よって、接地電極の取付位置にばらつきが生じることを抑制できることから、スパークプラグの所定の位置に接地電極を取り付けることを精度良く行うことができる。

（２）上記形態におけるスパークプラグの製造方法において、さらに、前記主体金具ごとに測定された前記主体金具において基準とされる位置に基づいて、前記基準とされる位置から中心軸方向に沿って所定の距離離れた位置を前記一定の位置と決定する位置決定工程を備えてもよい。この形態によれば、主体金具ごとの製造上のばらつきに応じてねじ部の測定領域を決定できる。このため、主体金具ごとの製造上のばらつきに応じることなく固定された同じ位置を測定領域としてねじ部の表面を測定する態様と比べて、測定工程における測定の精度を向上させることができる。

（３）上記形態におけるスパークプラグの製造方法において、前記取付位置算出工程は、前記測定領域を通過している前記ねじ部の表面のうち、前記中心軸から見て外側方向に突出している突出部分を基準として前記取付位置を算出することを特徴としてもよい。この形態によれば、接地電極の取付位置の決定の基準として、ねじ部の表面において特徴的な部分を用いるため、接地電極の取付位置における精度がより一層向上できる。

（４）上記形態におけるスパークプラグの製造方法において、前記取付位置算出工程は、前記測定領域を通過している前記ねじ部の表面のうち、前記中心軸から見て内側方向に窪んでいる窪み部分を基準として前記取付位置を算出することを特徴としてもよい。この形態によれば、接地電極の取付位置の決定の基準として、ねじ部の表面において特徴的な部分を用いるため、接地電極の取付位置における精度がより一層向上できる。

本発明の形態は、スパークプラグの製造方法に限るものではなく、例えば、スパークプラグの製造装置、内燃機関に搭載するスパークプラグ、その内燃機関を備えた内燃機関システム、その内燃機関システムを搭載した車両などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

スパークプラグの部分断面を示す説明図である。 スパークプラグの製造方法を示す工程図である。 本実施形態のスパークプラグの製造装置を示す説明図である。 ワークをＹ軸方向の−側から見た説明図である。 保持部がワークを回転させた際の距離の変位の位相を示す図である。 ワークをＺ軸方向の＋側から見た説明図である。 第２実施形態であるスパークプラグの製造装置を示す説明図である。 理想的な接地電極の取付位置と実際に接地電極が取付けられた取付位置とのずれを示したグラフである。 第３実施形態であるスパークプラグの製造装置によるワークの測定状態を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．スパークプラグの構成
図１は、スパークプラグ１００の部分断面を示す説明図である。図１には、スパークプラグ１００の軸心である軸線ＣＡを境界として、軸線ＣＡより紙面左側にスパークプラグ１００の外観形状が図示され、軸線ＣＡより紙面右側にスパークプラグ１００の断面形状が図示されている。本実施形態では、スパークプラグ１００における図１の紙面下側を「先端側」といい、図１の紙面上側を「後端側」という。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。図１のＸＹＺ軸は、他の図のＸＹＺ軸に対応する。図１に示した軸線ＣＡは、Ｚ軸に沿った軸線である。

スパークプラグ１００は、中心電極１０と、端子金具２０と、絶縁体３０と、主体金具４０と、接地電極５０とを備える。本実施形態では、スパークプラグ１００の軸線ＣＡは、中心電極１０、端子金具２０、絶縁体３０および主体金具４０の各部材における軸心でもある。

スパークプラグ１００は、中心電極１０と接地電極５０との間に形成された火花放電間隙（火花放電ギャップ）を先端側に有する。スパークプラグ１００は、火花放電間隙が形成された先端側を燃焼室９２の内壁９１から突出させた状態で内燃機関９０に取り付け可能に構成されている。スパークプラグ１００が内燃機関９０に取り付けられた状態で中心電極１０に高電圧（例えば、１万〜３万ボルト）を印加された場合、火花放電間隙において火花放電が発生する。火花放電間隙に発生した火花放電は、燃焼室９２における混合気に対する着火を実現する。

中心電極１０は、導電性を有する電極である。中心電極１０は、軸線ＣＡ方向に延びた棒状を成す。中心電極１０の外側面は、絶縁体３０によって外部から電気的に絶縁されている。中心電極１０の先端側は、絶縁体３０の先端側から突出している。端子金具２０は、電力の供給を受けるための端子であり、中心電極１０に電気的に接続されている。

絶縁体３０は、電気絶縁性を有する碍子である。絶縁体３０は、軸線ＣＡを中心に延びた筒状を成す。本実施形態では、絶縁体３０は、絶縁性セラミックス材料（例えば、アルミナ）を焼成することによって作製される。絶縁体３０は、軸線ＣＡ方向に延びた貫通孔である軸孔３９を有する。軸孔３９には、絶縁体３０の先端側から中心電極１０を突出させた状態で、中心電極１０が軸線ＣＡ上に保持されている。

主体金具４０は、導電性を有する金属体である。主体金具４０は、軸線ＣＡ方向に延びた円筒状を成す。本実施形態では、主体金具４０は、筒状に成形された低炭素鋼にニッケルめっきを施した部材である。主体金具４０の先端側の外側面には、スパークプラグ１００を内燃機関９０の燃焼室９２に取り付けるためのねじ部４２が形成されている。

ねじ部４２の後端側には、鍔部４４が形成されている。鍔部４４は鍔状の外観形状を有する。鍔部４４においてＺ軸方向の＋側を向いた面４５には、スパークプラグ１００の製造過程においてガスケット４６が取り付けられる。ガスケット４６は、鍔部４４によって内燃機関９０に押し付けられてスパークプラグ１００と内燃機関９０との間を封止することによって、燃焼室９２内の気密性を確保する。

主体金具４０の先端側には、ＸＹ平面に沿った環状の端面４８が形成されている。端面４８の中心からは、中心電極１０と共に絶縁体３０が＋Ｚ軸方向（先端方向）に向けて突出している。端面４８には、接地電極５０が接合されている。

接地電極５０は、導電性を有する電極である。接地電極５０は、棒状を成し、その一端が主体金具４０の端面４８に接合されている。接地電極５０は、主体金具４０の端面４８からＺ軸方向の＋側に延びた後に軸線ＣＡに向けて屈曲されている。本実施形態では、接地電極５０の材質は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするニッケル合金である。

Ａ２．スパークプラグの製造方法
図２は、スパークプラグ１００の製造方法を示す工程図である。スパークプラグ１００の製造者は、スパークプラグ１００を製造する際、製造途中の主体金具４０である主体金具４０Ｐを作製する（工程Ｐ１００）。本実施形態では、主体金具４０Ｐは、プレス加工および切削加工によって作製される。本実施形態では、主体金具４０Ｐには、ねじ部４２が形成されていない。

主体金具４０Ｐが作製された後（工程Ｐ１００）、主体金具４０Ｐは、ねじ切り工程を実施されることによって、主体金具４０Ｐの外側面にねじ部４２を形成される（工程Ｐ１１０）。ねじ切り工程（工程Ｐ１１０）は、ダイスによる転造加工によって行われる。ねじ切り工程（工程Ｐ１１０）が実施された後、主体金具４０Ｐには、溶接工程（工程Ｐ１２０）が実施される。溶接工程（工程Ｐ１２０）は、製造途中の接地電極５０である接地電極５０Ｐが主体金具４０Ｐの端面４８に溶接される工程である。本実施形態では、接地電極５０Ｐは、屈曲しておらず、真っ直ぐに延びた棒状の部材である。接地電極５０ＰのＺ軸方向に垂直な断面は、長方形断面である。

その後、主体金具４０Ｐは、表面加工（めっき）が実施される（工程Ｐ１３０）。これによって、主体金具４０は完成する。

主体金具４０が完成した後（工程Ｐ１３０）、主体金具４０は、他の部材（中心電極１０、端子金具２０、絶縁体３０など）を組み付けられる（工程Ｐ１４０）。これによって、スパークプラグ１００が完成する。本実施形態では、主体金具４０に他の部材が組み付けられる工程（工程Ｐ１４０）において、接地電極５０Ｐに曲げ加工が実施される。

Ａ３．スパークプラグの製造装置の構成
図３は、接地電極５０Ｐが主体金具４０Ｐの端面４８に溶接される溶接工程（工程Ｐ１２０）において用いられる本実施形態のスパークプラグの製造装置２００を示す説明図である。スパークプラグの製造装置２００は、保持部２１０と、表面測定部２２０と、位置算出部２３０と、供給部２４０とを備える。

尚、本実施形態では、ねじ切り工程（工程Ｐ１１０）において、主体金具４０Ｐの外側面にねじ部４２が形成されたものをワークＷと呼ぶ。

保持部２１０は、ワークＷを保持する。保持部２１０は、軸線ＣＡ方向に延びた筒状を成す主体金具４０Ｐの筒内にＺ軸方向の−側から挿入されることによって、ワークＷを保持する。保持部２１０は、ワークＷを保持した状態において、軸線ＣＡに沿ってワークＷを回転させることができる。ワークＷが回転させられているとき、ワークＷのＺ軸方向における位置は変わらない。

表面測定部２２０は、ワークＷが回転させられているとき、Ｚ軸方向における一定の位置にある測定領域Ｒを通過するねじ部４２の表面の変位を測定する。測定領域ＲのＺ軸方向における幅は、測定されるねじ部４２のピッチ以下の幅である。

本実施形態では、表面測定部２２０は、ＸＺ平面における断面形状が円であるレーザ光をＹ軸方向の−側から＋側に向けて照射して測定領域Ｒを形成する。表面測定部２２０は、測定領域Ｒを通過するねじ部４２の表面までの距離の変位を非接触で測定する変位センサである。

図４は、保持部２１０に保持されているワークＷを、Ｙ軸方向の−側から見た説明図である。表面測定部２２０は、測定領域Ｒを通過しているねじ部４２の表面までの距離を測定し、ワークＷを回転させた際の距離の変位の位相Ｐｈ１を、情報Ａ１として取得する。

本実施形態では、接地電極５０Ｐの取付位置の決定の基準として、軸線ＣＡから見てねじ部４２の外側方向に突出している突出部分を用いる。ねじ部４２の外側方向に突出している突出部分は、ねじ部４２の表面において特徴的な部分であるため、接地電極５０Ｐの取付位置の精度を向上できる。

図５は、保持部２１０がワークＷを回転させた際の距離の変位の位相Ｐｈ１を示す図である。図５の縦軸は、表面測定部２２０によって検出された、測定領域Ｒを通過しているねじ部４２の表面までの距離を示す。図５の横軸は、保持部２１０の回転における位相角を示す。なお、ねじ部４２は転造加工によって主体金具４０Ｐの外側面に形成されているため、ねじ部４２の外側方向に突出している突出部分における端部は、先鋭な形状ではなく平滑な形状である。

本実施形態において、「ねじ部４２の外側方向に突出している突出部分」を、以下のように定義する。すなわち、「ねじ部４２の外側方向に突出している突出部分」は、位相Ｐｈ１における各変曲点間の傾斜線Ｓ１およびＳ２から伸びた仮想の延長線Ｌ１およびＬ２同士が交わった点Ｐの部分である。なお、本実施形態における延長線Ｌ１およびＬ２のなす角の角度は６０度である。

保持部２１０による回転が開始され、表面測定部２２０がワークＷ１回転分の位相Ｐｈ１を取得したとき、表面測定部２２０から信号が出力される（図３に図示）。表面測定部２２０から出力された信号を受けて保持部２１０による回転が停止することによって、ワークＷの回転は停止する。このとき、表面測定部２２０は、位置算出部２３０に情報Ａ１を示す信号を出力する（図３に図示）。位置算出部２３０は、表面測定部２２０から出力された情報Ａ１を示す信号に基づいて、端面４８において接地電極５０Ｐが取付けられる取付位置を算出する。

図６は、ワークＷを、Ｚ軸方向の＋側から見た説明図である。本実施形態では、位置算出部２３０は、点Ｐが測定領域Ｒの断面である円の中央に位置しているときにおける、軸線ＣＡからＹ軸方向に沿ってＹ軸方向の−側を向いて伸びた直線を直線Ｌ３とした場合、軸線ＣＡから伸びた直線であって、かつ、直線Ｌ３からＸ軸方向の−側に角度αだけ傾いた方向に伸びた直線Ｌ４の方向における端面４８上の位置を、取付位置として算出する。位置算出部２３０は、算出した取付位置を示す信号を供給部２４０に出力する（図３に図示）。

供給部２４０は、位置算出部２３０が算出した取付位置を示す信号に基づいて、ワークＷから見てＺ軸方向の＋側から、取付位置に接地電極５０Ｐを供給する（図３に図示）。より詳しくは、供給部２４０は、棒状の部材である接地電極５０Ｐにおける中心軸が端面４８上における直線Ｌ４と重なる位置である取付位置に、接地電極５０Ｐを供給する。取付位置に供給された接地電極５０Ｐは、レーザ溶接によって主体金具４０Ｐの端面４８に溶接される。

以上説明した実施形態によれば、ねじ部４２の表面における変位を測定するため、ねじ部の表面をカメラで撮影する態様と比べて、接地電極５０Ｐの取付位置の決定の基準となるねじ部４２の表面を測定することについての精度が向上できる。よって、接地電極５０Ｐの取付位置にばらつきが生じることを抑制できることから、スパークプラグ１００の所定の位置に接地電極５０Ｐを取り付けることを精度良く行うことができる。

Ｂ．第２実施形態：
図７は、第２実施形態であるスパークプラグの製造装置２００ａを示す説明図である。スパークプラグの製造装置２００ａは、第１実施形態における表面測定部２２０とは異なる表面測定部２２０ａを備える点を除き、第１実施形態におけるスパークプラグの製造装置２００の構成と同様である。

表面測定部２２０ａは、Ｚ軸方向に移動可能に構成されている。表面測定部２２０ａは、ワークＷごとに、Ｚ軸方向の−側に移動して面４５の位置を測定する。表面測定部２２０は、ワークＷごとに測定した面４５の位置に基づいて、面４５の位置からＺ軸方向に沿って所定の距離Ｌだけ離れた位置を測定領域Ｒの位置として決定する。上記した表面測定部２２０ａによる工程は、課題を解決するための手段における位置決定工程に相当する。

このため、主体金具４０Ｐごとの製造上のばらつきに応じてねじ部４２の測定位置を決定できる。よって、主体金具４０Ｐごとの製造上のばらつきに応じることなく固定された同じ位置を測定領域Ｒとしてねじ部４２の表面を測定する態様と比べて、測定工程における測定の精度を向上させることができる。ねじ部４２におけるピッチが細かい程、主体金具４０Ｐごとの製造上のばらつきに応じてねじ部４２の測定位置を決定できるスパークプラグの製造装置２００ａは有効である。

図８は、燃焼室９２内における着火性において理想的な接地電極５０Ｐの取付位置と実際に接地電極５０Ｐが取付けられた取付位置とのずれを示したグラフである。図８の縦軸は、理想的な取付位置を０としたとき、理想的な取付位置からのずれを角度で示した値をとる。

横軸における参考例は、カメラで撮影した画像に基づいて接地電極の取付位置を決定するスパークプラグの製造装置を用いて取付けられた接地電極５０Ｐの結果を示す。横軸における第１実施形態は、第１実施形態のスパークプラグの製造装置２００を用いて取付けられた接地電極５０Ｐの結果を示す。横軸における第２実施形態は、第２実施形態のスパークプラグの製造装置２００ａを用いて取付けられた接地電極５０Ｐの結果を示す。

横軸における数字は、それぞれのスパークプラグの製造装置を用いて接地電極５０Ｐを取付けた際の製造ロットを示す。図８では、製造ロット毎の平均値を黒塗りの四角で示し、ばらつきは、黒塗りの四角から伸びた縦線で示している。

図８に示された結果から、以下のことが確認された。参考例のスパークプラグの製造装置と比べて、第１実施形態のスパークプラグの製造装置２００では、ばらつきが小さくなった。すなわち、接地電極５０Ｐの取付位置の決定の基準として、カメラで撮影した画像を用いるより、ねじ部４２の表面を測定して得られた情報を用いた方が、ばらつきを抑えられることが確認された。

また、第１実施形態のスパークプラグの製造装置２００と比べて、第２実施形態のスパークプラグの製造装置２００ａでは、実際に接地電極５０Ｐが取付けられた取付位置が０に近くなった。すなわち、ワークＷごとに測定した面４５の位置に基づいて測定領域Ｒの位置を決定した方が、理想的な接地電極５０Ｐの取付位置と実際に接地電極５０Ｐが取付けられた取付位置とのずれを小さくできることが確認された。

Ｃ．第３実施形態：
図９は、第３実施形態であるスパークプラグの製造装置２００ｂによるワークＷの測定状態を示す説明図である。第３実施形態では、接地電極５０Ｐの取付位置の決定の基準として、軸線ＣＡから見てねじ部４２の内側方向に窪んでいる窪み部分を用いる。ねじ部４２の内側方向に窪んでいる窪み部分は、ねじ部４２の表面において特徴的な部分であるため、接地電極５０Ｐの取付位置の精度を向上できる。

Ｄ．変形例：
第１実施形態では、位置算出部２３０は、算出した取付位置を示す信号を供給部２４０に出力していたが、本発明はこれに限られない。例えば、位置算出部２３０は、算出した取付位置を示す信号を保持部２１０に出力してもよい。この場合、保持部２１０は、軸線ＣＡに沿ってワークＷを回転させることによって、供給部２４０が供給してくる接地電極５０Ｐに取付位置を近付ける。

第２実施形態では、表面測定部２２０ａが、Ｚ軸方向の−側に移動して面４５の位置を測定していたが、本発明はこれに限られない。例えば、面４５の位置を測定する位置測定部を備えてもよい。この場合、表面測定部２２０は、位置測定部が測定した面４５の位置に基づいて、面４５の位置からＺ軸方向に沿って所定の距離Ｌだけ離れた位置を測定領域Ｒの位置として決定する。

接地電極５０Ｐの取付位置の決定の基準として、第１実施形態および第３実施形態では、それぞれ、ねじ部４２の外側方向に突出している突出部分およびねじ部４２の内側方向に窪んでいる窪み部分を用いていたが、本発明はこれに限られない。例えば、ねじ部４２の外側方向に突出している突出部分とねじ部４２の内側方向に窪んでいる窪み部分をつなぐ傾斜面における所定の位置を基準として用いてもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…中心電極
２０…端子金具
３０…絶縁体
３９…軸孔
４０，４０Ｐ…主体金具
４２…ねじ部
４４…鍔部
４５…面
４６…ガスケット
４８…端面
５０，５０Ｐ…接地電極
９０…内燃機関
９１…内壁
９２…燃焼室
１００…スパークプラグ
２００…製造装置
２００ａ…製造装置
２００ｂ…製造装置
２１０…保持部
２２０…表面測定部
２２０ａ…表面測定部
２３０…位置算出部
２４０…供給部
Ｒ…測定領域
Ｓ１，Ｓ２…傾斜面
Ｗ…ワーク

Claims (4)

1. 円筒状の部材であって外側面にねじ部を有する主体金具と、前記主体金具の中心軸方向における端面に取り付けられている接地電極と、を備えるスパークプラグの製造方法であって、
   前記主体金具の中心軸に沿って前記主体金具を回転させつつ、前記中心軸方向において一定の位置にある測定領域を通過する前記ねじ部の表面を測定する測定工程と、
   前記測定工程において得られた情報に基づいて、前記端面において前記接地電極が取り付けられる取付位置を算出する取付位置算出工程と、
   前記取付位置に前記接地電極を接合する接合工程と、を備え、
   前記測定工程は、前記ねじ部の表面の変位を非接触式の変位センサを用いて測定する工程を含むことを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
2. 請求項１に記載のスパークプラグの製造方法であって、さらに、
   前記主体金具ごとに測定された前記主体金具において基準とされる位置から前記中心軸方向に沿って所定の距離離れた位置に基づいて、前記測定領域を決定する位置決定工程を備える、スパークプラグの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記取付位置算出工程は、前記測定領域を通過している前記ねじ部の表面のうち、前記中心軸から見て外側方向に突出している突出部分を基準として前記取付位置を算出することを特徴とする、スパークプラグの製造方法。
4. 請求項１または請求項２に記載のスパークプラグの製造方法であって、
   前記取付位置算出工程は、前記測定領域を通過している前記ねじ部の表面のうち、前記中心軸から見て内側方向に窪んでいる窪み部分を基準として前記取付位置を算出することを特徴とする、スパークプラグの製造方法。

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