JP6731508B2 - 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し、特にスパークプラグの各種部位の寸法を検査する工程を備えるスパークプラグの製造方法に関するものである。

画像処理によって、着火性能に影響を与える火花ギャップを始めとする各種部位の寸法を検査してスパークプラグを製造する技術は知られている（特許文献１）。

特開２００２−３１３５２５号公報

この技術において、検査精度の向上が求められている。

本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、検査精度を向上できる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。

この目的を達成するために本発明は、スパークプラグの測定の対象となる対象部位を撮影して対象画像を取得するプラグ撮影工程と、対象画像における対象部位の実測寸法、又は、対象画像における対象部位に含まれる実測画素数を測定するプラグ測定工程と、を備える。予め定めた既知寸法をもつ基準部位をそれぞれ有する複数の基準器であり、既知寸法がそれぞれ異なる複数の基準器を、基準部位を含むようにそれぞれ撮影して複数の基準画像を取得する基準器撮影工程と、複数の基準画像における基準部位の実測寸法、又は、複数の基準画像における基準部位に含まれる実測画素数をそれぞれ測定する基準器測定工程と、複数の基準器の実測寸法もしくは複数の基準器に含まれる実測画素数と、既知寸法と、から最小二乗法により回帰直線を求める回帰直線導出工程と、プラグ測定工程で得られた対象部位の実測寸法、又は、対象部位に含まれる実測画素数を、回帰直線を示す関係式を用いて補正することで得られる補正値に基づいて、対象部位が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定工程と、をさらに備える。

請求項１記載のスパークプラグの製造方法によれば、画像上で測定した対象部位の実測寸法または実測画素数が、既知寸法がそれぞれ異なる複数の基準器に基づいて導出された補正値に基づいて補正される。よって、１つの基準器に基づいて導出された補正式を用いる場合と比較して、対象部位の実測寸法または実測画素数の補正の精度を向上させることができる。その結果、検査精度を向上できる。

請求項２記載のスパークプラグの製造方法によれば、プラグ測定工程において、対象部位の測定結果が表示される表示装置には補正値が表示される。よって、請求項１の効果に加え、オペレータは表示装置に表示される値により良否を確認できる。

請求項３記載のスパークプラグの製造方法によれば、請求項１又は２の効果に加え、２つの電極間に形成された火花ギャップの検査精度を向上できる。

請求項４記載のスパークプラグの製造方法によれば、基準器測定工程の前に、複数の基準画像の１枚における基準部位に含まれる画素数が測定され、既知寸法および画素数から１画素当たりの画素寸法が算出される。その画素寸法を用いて基準器測定工程およびプラグ測定工程が行われる。これにより回帰分析の相関を高めることができるので、請求項１から３のいずれかの効果に加え、検査精度をさらに向上できる。

一実施の形態におけるスパークプラグの片側断面図である。 検査装置の模式図である。 （ａ）は基準器の正面図であり、（ｂ）は基準器が撮影された撮像素子の模式図である。 基準器の既知寸法と実測寸法との関係を示す相関図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は一実施の形態におけるスパークプラグ１０の片側断面図である。図１では、紙面下側をスパークプラグ１０の先端側、紙面上側をスパークプラグ１０の後端側という。スパークプラグ１０は、絶縁体１１に保持された中心電極１３、及び、主体金具１５に接続された接地電極１６を備えている。

絶縁体１１は、機械的特性や高温下の絶縁性に優れるアルミナ等により形成された円筒状の部材であり、軸線Ｏに沿って貫通する軸孔１２が形成されている。軸孔１２の先端側に中心電極１３が配置される。

中心電極１３は、軸線Ｏに沿って延びる棒状の部材であり、銅または銅を主成分とする芯材がニッケル又はニッケル基合金で覆われている。芯材を省略することは可能である。中心電極１３は絶縁体１１に保持され、中心電極１３は、絶縁体１１の先端から先端側が突出する。

端子金具１４は、高圧ケーブル（図示せず）が接続される棒状の部材であり、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成されている。端子金具１４は、先端側が軸孔１２に挿入された状態で、絶縁体１１の後端側に配置されている。端子金具１４は、軸孔１２の内側で、中心電極１３と電気的に接続されている。

絶縁体１１の外周の先端側に主体金具１５が固定されている。主体金具１５は、導電性を有する金属材料（例えば低炭素鋼等）によって形成された略円筒状の部材である。主体金具１５の先端に接地電極１６が接続されている。接地電極１６は、先端側が屈曲した棒状の金属製（例えばニッケル基合金製）の部材である。接地電極１６の先端部は、中心電極１３との間に火花ギャップ１７を形成する。

主体金具１５は、外周面におねじ６１が形成された胴部６０と、胴部６０の後端側に隣接する座部６２と、座部６２の後端側に隣接する接続部６３と、接続部６３の後端側に隣接する工具係合部６４と、工具係合部６４の後端側に隣接する加締め部６５と、を備えている。胴部６０に形成されたおねじ６１は、内燃機関（図示せず）のねじ穴に螺合する。座部６２は、内燃機関（図示せず）のねじ穴とおねじ６１との隙間を塞ぐための部位である。

接続部６３は、加締め部６５を用いて主体金具３０を絶縁体１１に組み付けるときに、湾曲状に塑性変形した部位である。工具係合部６４は、内燃機関のねじ穴におねじ６１を締め付けるときに、レンチ等の工具を係合させる部位である。加締め部６５は、主体金具１５を絶縁体１１に組み付けるときに塑性変形して、径方向の内側へ向けて屈曲した部位である。座部６２とおねじ６１との間にガスケット６６が配置されている。内燃機関にスパークプラグ１０が取り付けられた状態で、座部６２と内燃機関との間にガスケット６６が挟まれ、気密が確保される。

スパークプラグ１０は、例えば、以下のような方法によって製造される。まず、中心電極１３を絶縁体１１の軸孔１２に挿入し、中心電極１３の先端が絶縁体１１の先端から突出するように配置する。次に、端子金具１４と中心電極１３との導通を確保しながら、軸孔１２に端子金具１４を挿入した後、予め接地電極１６が接続された主体金具１５を加締めて絶縁体１１の外周に組み付ける。接地電極１６と中心電極１３との間に所定寸法の火花ギャップ１７が形成されるように接地電極１６を屈曲して、スパークプラグ１０を得る。

図２は検査装置２０の模式図である。検査装置２０によってスパークプラグ１０の火花ギャップ１７を始めとする各種部位の寸法検査が行われる。以下、スパークプラグ１０の測定の対象部位として火花ギャップ１７を例示して説明する。

検査装置２０は、スパークプラグ１０の火花ギャップ１７（対象部位）を含む中心電極１３及び接地電極１６を撮影して、火花ギャップ１７が所定の範囲内にあるか否かを検査する装置である。検査装置２０は、ＣＣＤ等の撮像素子２３を備えるカメラ２１と、カメラ２１が撮像する視野の大きさを設定するレンズ２２と、を備えている。撮像素子２３には、火花ギャップ１７を含む中心電極１３及び接地電極１６のうちレンズ２２が設定した視野（範囲）が、対象画像２４として撮像される。

検査装置２０は、撮像素子２３に撮像された対象画像２４における火花ギャップ１７の実測寸法Ｍに基づいて演算処理を行う演算装置２５と、撮像素子２３の１画素当たりの寸法（後述する画素寸法）等を演算装置２５に入力する入力装置２６と、演算装置２５による火花ギャップ１７の測定結果を表示する表示装置２７と、を備えている。検査装置２０は、火花ギャップ１７を含む中心電極１３及び接地電極１６を撮像素子２３に撮影して対象画像２４を取得し（プラグ撮影工程）、対象画像２４における火花ギャップ１７の実測寸法Ｍを演算装置２５が測定する（プラグ測定工程）。検査装置２０は、以下に説明するように、火花ギャップ１７（対象部位）の実測寸法Ｍを補正することにより、検査精度を向上させる。

図３及び図４を参照して、検査装置２０が、基準器３０を使って実測寸法Ｍを補正する方法について説明する。図３（ａ）は基準器３０の正面図である。

図３（ａ）に示すように基準器３０は、光を透過しない部材により形成された板状（例えば金属製やセラミック製）の部材であり、予め定めた既知寸法Ｋをもつ基準部位３１を備えている。基準器３０は、第１部３２と、第１部３２と所定の距離を隔てて配置された第２部３４と、第１部３２と第２部３４とを接続する接続部３６と、を備えている。第１部３２及び第２部３４の縁３３，３５はいずれも直線であり、縁３３，３５は平行である。基準部位３１は、縁３３，３５間の部位をいう。基準部位３１の既知寸法Ｋは、縁３３，３５間の距離（縁３３，３５に垂直な直線の長さ）である。既知寸法Ｋは、校正されたすきまゲージ等の測定器を用いて測定される、基準器３０に固有の寸法である。基準器３０は、既知寸法Ｋが異なるもの（例えば既知寸法Ｋが０．１ｍｍずつ異なるもの）が複数準備される。

図３（ｂ）は基準器３０が撮影された撮像素子２３の模式図である。図中、矢印Ｘ及び矢印Ｙは、撮像素子２３の平面内の方向を表す。撮像素子２３は、明るさの強弱を電気信号に変換する画素２３ａの集まりである。基準器３０は、基準部位４１を含む基準画像４０（暗い部分）として、撮像素子２３に撮像される。基準画像４０は、第１部４２と、第１部４２とＹ方向に所定の距離を隔てて配置された第２部４４と、第１部４２と第２部４４とを接続する接続部４６と、を備えている。

撮像素子２３は、第１部４２において明暗のコントラストが変化するエッジ４３、及び、第２部４４において明暗のコントラストが変化するエッジ４５を検出する。検査装置２０が測定する基準画像４０における基準部位４１（明るい部分）の実測寸法Ｌは、エッジ４３，４５間の距離（エッジ４３，４５に垂直なＹ方向に延びる直線の長さ）である。ここで、既知寸法Ｋと実測寸法Ｌとを比較すると、検査装置２０の視野の影響やハレーション、レンズ２２の精度、演算誤差等により、実測寸法Ｌと既知寸法Ｋとには差（誤差）が生じ得る。

この誤差を小さくするため、検査装置２０は、まず、既知寸法Ｋが異なる複数の基準器３０のうちの１つを撮像素子２３に撮影して、１つの基準画像４０を取得する。その基準器３０の既知寸法Ｋ（ｍｍ）を、基準画像４０における基準部位４１に含まれるＹ方向の画素２３ａの数で除し、１画素当たりの寸法（以下「画素寸法」と称す）を算出する。算出した画素寸法（ｍｍ）は、入力装置２６（図２参照）から演算装置２５に入力される。これにより演算装置２５は、算出した画像寸法を、撮像素子２３が検出した基準部位４１の画素数に乗じて実測寸法Ｌを算出できる。その結果、演算装置２５による演算誤差を抑制できる。

次いで、検査装置２０は、既知寸法Ｋが異なる複数の基準器３０を、基準部位３１を含むように撮像素子２３に撮影して、基準部位４１を含む複数の基準画像４０を取得する（基準器撮影工程）。次に、基準画像４０における基準部位４１の実測寸法Ｌをそれぞれ測定する（基準器測定工程）。次いで、基準器３０の既知寸法Ｋ及び基準画像４０の実測寸法Ｌに基づいて回帰分析を行う。

図４は、複数の基準器３０の基準部位３１の既知寸法Ｋと、基準画像４０の基準部位４１の実測寸法Ｌと、の関係を示す相関図である。検査装置２０のオペレータは、縦軸に実測寸法Ｌをとり、横軸に既知寸法Ｋをとったグラフに、複数の基準器３０の既知寸法Ｋ及び実測寸法Ｌを示す複数の点５０をプロットし、既知寸法Ｋと実測寸法Ｌとの関係から最小二乗法により回帰直線５１を求める（回帰直線導出工程）。

演算装置２５は、回帰直線５１を示す関係式を用いて、対象画像２４における火花ギャップ１７の実測寸法Ｍを補正し、実測寸法Ｍの補正値を得る。検査装置２０は、その補正値に基づいて、製造された各スパークプラグ１０の火花ギャップ１７が所定の範囲内にあるか否かを判定する（判定工程）。判定工程において、火花ギャップ１７が所定の範囲内にあると判定されたスパークプラグ１０は次工程に進む。火花ギャップ１７が所定の範囲内にないと判定されたスパークプラグ１０は、接地電極１６の曲率を調整することにより、火花ギャップ１７が再設定される。

検査装置２０は実測寸法Ｍの補正値に基づいて火花ギャップ１７の寸法検査を行うので、実測寸法Ｍを補正しない場合に比べ、検査精度を向上できる。実測寸法Ｍの補正値は、複数の既知寸法Ｋ及び実測寸法Ｌの回帰分析に基づいて得られるので、例えば１つの基準器３０に基づいて導出された補正式を用いる場合と比較して、値が異なる種々の実測寸法Ｍに対して補正の精度を向上できる。よって、検査精度の向上に寄与する。

検査装置２０は、補正前の火花ギャップ１７の実測寸法Ｍではなく、実測寸法Ｍの補正値を表示装置２７に表示する。よって、検査装置２０のオペレータは、表示装置２７に表示される値により、火花ギャップ１７の良否を確認できる。

検査装置２０は、既知寸法Ｋ及び実測寸法Ｌに基づいて回帰分析を行う目的で複数の基準画像４０の実測寸法Ｌを測定する前に、１つの基準画像４０に基づいて１画素当たりの寸法（画素寸法）が算出される。算出された画素寸法は入力装置２６から演算装置２５に入力され、演算装置２５は、基準部位４１の画素数に画素寸法を乗じて、回帰分析を行うための実測寸法Ｌを算出する。これにより回帰分析の相関を向上できるので、補正の精度をさらに向上できる。よって、検査精度をさらに向上できる。なお、この操作は省略できる。

基準器３０は、隙間（基準部位３１）を隔てて配置された第１部３２及び第２部３４を備えている。測定対象のスパークプラグ１０も、火花ギャップ１７を隔てて配置された中心電極１３及び接地電極１６を備えている。基準器３０の基準部位３１は、基準画像４０において明るい部分として検出される。同様に火花ギャップ１７も、対象画像２４において明るい部分として検出される。基準器３０の基準部位３１の構造と、測定対象の火花ギャップ１７を隔てて配置された中心電極１３及び接地電極１６の構造と、が似ているので、基準器３０の構造に起因する誤差の発生を抑制できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施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で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

実施形態では、演算装置２５が、複数の基準器３０の既知寸法Ｋ及び実測寸法Ｌの回帰分析に基づいて実測寸法Ｍの補正値を得る場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。基準器３０の基準部位３１における実測寸法Ｌに代えて、複数の基準器３０の基準画像４６のうち基準部位４１に含まれるＹ方向の画素２３ａの数（以下「実測画素数」と称す）を求め、その実測画素数および基準器３０の既知寸法Ｋの回帰分析に基づいて実測画素数の補正値を得ることは当然可能である。検査装置２０は、実測画素数の補正値と、予め設定された火花ギャップ１７の実測画素数の範囲と、を比較して、火花ギャップ１７が所定の範囲内にあるか否かを判定する。この場合も実施形態と同様に検査精度を向上できる。

なお、実測画素数および基準器３０の既知寸法Ｋの回帰分析に基づいて得られた実測画素数の補正値に、１画素当たりの寸法（画素寸法）を乗じると、実測寸法Ｍの補正値を算出できる。この場合、検査装置２０は、算出された実測寸法Ｍの補正値と、予め設定された火花ギャップ１７の範囲と、を比較して、火花ギャップ１７が所定の範囲内にあるか否かを判定する。この場合も実施形態と同様に検査精度を向上できる。

この場合、表示装置２７は、実測寸法Ｍの補正値を表示しても良いし、実測画素数の補正値を表示しても良い。いずれにしても検査装置２０のオペレータは、表示装置２７に表示される補正値により火花ギャップ１７の良否を確認できる。

実施形態では、消炎作用などを抑制するためのチップが中心電極１３及び接地電極１６に配置されていない場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。スパークプラグ１０の中心電極１３及び接地電極１６の少なくとも一方にチップを配置することは当然可能である。この場合も検査装置２０によって、中心電極１３と接地電極１６との間の火花ギャップ１７の寸法検査を行うことができる。

実施形態では、隙間が基準部位３１である基準器３０を用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。矩形の板状、針状、柱状など、様々な形状の基準器を用いることは当然可能である。この場合は基準器のうち、既知寸法が測定可能ないずれかの部位を基準部位とすることができる。

実施形態では、主体金具１５に接続された接地電極１６を屈曲させる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。屈曲した接地電極１６を用いる代わりに、直線状の接地電極を用いることは当然可能である。この場合には、主体金具１５の先端側を軸線方向に延ばし、直線状の接地電極を主体金具１５に接続して、接地電極を中心電極１３と対向させる。

実施形態では、接地電極１６の先端部が中心電極１３と軸線方向に対向するように接地電極１６を配置する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、接地電極１６と中心電極１３との位置関係は適宜設定できる。接地電極１６と中心電極１３との他の位置関係としては、例えば、中心電極１３の側面と接地電極１６の先端面との間に火花ギャップが形成されるように接地電極を配置すること等が挙げられる。

実施形態では、スパークプラグ１０の寸法検査の対象となる対象部位として火花ギャップ１７を例示して説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。画像処理によってスパークプラグ１０の他の対象部位の寸法を検査することは当然可能である。他の対象部位の寸法としては、例えば、主体金具１５の接続部６３の外径が挙げられる。

実施形態では、火花放電を利用して混合気に点火するスパークプラグ１０の各種部位の寸法を検査する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、コロナ放電や誘電体バリア放電、パルスアーク放電を利用して混合気に点火するスパークプラグの各種部位の寸法を検査することは当然可能である。

実施形態では、座部６２とおねじ６１との間にガスケット６６が配置されるスパークプラグ１０を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。ガスケット６６を省略し、座部６２の先端側を向く面をテーパ面にして、座部６２のテーパ面を内燃機関に押し付けて気密を確保する、いわゆるテーパシートタイプのスパークプラグに適用することは当然可能である。

１０ スパークプラグ
１３ 中心電極
１６ 接地電極
１７ 火花ギャップ（対象部位）
２３ａ 画素
２４ 対象画像
２７ 表示装置
３０ 基準器
３１ 基準部位
４０ 基準画像
５１ 回帰直線
Ｋ 基準部位の既知寸法
Ｌ 基準部位の実測寸法
Ｍ 対象部位の実測寸法

Claims (4)

1. スパークプラグの測定の対象となる対象部位を撮影して対象画像を取得するプラグ撮影工程と、
   前記対象画像における前記対象部位の実測寸法、又は、前記対象画像における前記対象部位に含まれる実測画素数を測定するプラグ測定工程と、を備えるスパークプラグの製造方法であって、
   予め定めた既知寸法をもつ基準部位をそれぞれ有する複数の基準器であり、前記既知寸法がそれぞれ異なる複数の基準器を、前記基準部位を含むようにそれぞれ撮影して複数の基準画像を取得する基準器撮影工程と、
   前記複数の基準画像における前記基準部位の実測寸法、又は、前記複数の基準画像における前記基準部位に含まれる実測画素数をそれぞれ測定する基準器測定工程と、
   前記複数の基準器の実測寸法もしくは前記複数の基準器に含まれる実測画素数と、前記既知寸法と、から最小二乗法により回帰直線を求める回帰直線導出工程と、
   前記プラグ測定工程で得られた前記対象部位の実測寸法、又は、前記対象部位に含まれる実測画素数を、前記回帰直線を示す関係式を用いて補正することで得られる補正値に基づいて、前記対象部位が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定工程と、をさらに備えるスパークプラグの製造方法。
2. 前記プラグ測定工程において、前記対象部位の測定結果が表示される表示装置には、前記補正値が表示される請求項１記載のスパークプラグの製造方法。
3. 前記対象部位は、２つの電極間に形成された火花ギャップである請求項１又は２に記載のスパークプラグの製造方法。
4. 前記基準器測定工程の前に、前記複数の基準画像の１枚における前記基準部位に含まれる画素数を測定し、前記既知寸法および前記画素数から１画素当たりの画素寸法を算出し、前記画素寸法を用いて前記基準器測定工程および前記プラグ測定工程を行う請求項１から３のいずれかに記載のスパークプラグの製造方法。

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