專利名稱：制造火花塞的方法及填隙金屬模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及制造火花塞的方法和用于該方法的填隙金屬模。
本發(fā)明的背景技術(shù)火花塞的金屬殼體典型地由鐵材料如碳鋼構(gòu)成。為了防止腐蝕，把鋅或者鎳的金屬鍍層涂在金屬殼體的表面上，或者把鉻酸鹽膜施加在形成有金屬鍍層的表面上。在這些表面處理中，含有作為鉻成分的鉻(VI)的鉻酸鹽膜(下文中稱為鉻(VI)膜)尤其具有極好的防腐蝕性，并且適合用于火花塞。但是，鉻(VI)膜含有鉻(VI)作為它的鉻成分，在環(huán)境保護潮流增長時，近來趨于逐漸避免使用鉻(VI)膜。因此，在未來將廢除鉻(VI)膜。
因此，相對較早地開發(fā)了含有極少的鉻(VI)的鉻酸鹽膜、即含有作為絕大數(shù)鉻成分的鉻(III)的鉻酸鹽膜(下文中稱為鉻(III)膜)。這種鉻酸鹽膜可以形成于具有相對較小量的鉻(VI)的處理液中，或者可以形成于根本不含有鉻(VI)的處理液中。
上述的鉻(III)膜難以形成較大的厚度，并且與鉻酸鹽(VI)膜相比，難以得到更好的防腐蝕性。但是，隨著處理液的開發(fā)，可以提高鉻酸鹽膜的厚度，并且可以得到極好的防腐蝕性。相應(yīng)地，就鉻酸鹽(VI)膜而言，鉻酸鹽(III)膜傾于適合使用，從而防止在火花塞的金屬殼體內(nèi)腐蝕。
通常，把火花塞的金屬殼體連接到絕緣體(該絕緣體被插入到內(nèi)部，并且具有具有中心電極，該中心電極設(shè)置在金屬殼體的頂端上)的外部的方法包括填隙和固定圓柱形金屬殼體的后端邊緣(要填隙的部分)，該后端邊緣彎向絕緣體的外部圓周面。
但是，如果采用具有鉻酸鹽(III)膜(該膜形成于它的表面上)的金屬殼體，那么在填隙之后，金屬殼體的各種尺寸大小偏離公差。即使在金屬殼體上進行包括施加鉻酸鹽(VI)膜在內(nèi)的其它表面處理時，可以證實各種尺寸大小與公差的偏差(下文中稱為尺寸大小偏差)，但是在形成鉻酸鹽(III)膜時特別明顯。這種尺寸大小偏差妨礙了填隙的充分作用。尤其地，如果工具接合部分的相對側(cè)或者填隙高度的尺寸大小偏差過大，那么裝填在金屬殼體的內(nèi)圓周表面和絕緣體之間的滑石的堆密度或者火花塞本身的氣密性不利地減小了。因此，為了抑制這種尺寸大小的偏差，用來給金屬殼體填隙并且把金屬殼體固定到絕緣體上的填隙金屬模具有要填隙的部分的較深壓縮渦卷。借助于使要填隙的部分的壓縮渦卷變深，使工具接合部分的相對側(cè)尺寸避免更加容易地進行膨脹。
本發(fā)明的概述但是，在使用的早期，上述填隙金屬模是有效的，但是當重復(fù)進行金屬殼體的填隙時，就無效了，從而在填隙之后，導(dǎo)致金屬殼體的尺寸大小偏差明顯。在形成作為金屬殼體上的基體金屬鍍層的鍍鋅層及形成鉻酸鹽(III)膜時，這種尺寸大小的偏差尤其明顯，但是趨于產(chǎn)生在形成其它表面處理時。
本發(fā)明的目的是提供一種制造火花塞的方法和一種用于這種方法中的填隙金屬模，在該方法中，即使金屬殼體重復(fù)地被填隙并且被固定到絕緣體上，但是在填隙之后，金屬殼體的各種尺寸大小的偏差被抑制在公差范圍內(nèi)。
為了實現(xiàn)上面目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造火花塞的方法，在該方法中，具有要連接在發(fā)動機上的工具接合部分的、要填隙的一部分圓柱形金屬殼體繞著絕緣體的外圓周表面進行填隙和固定，而該外圓周表面沿著軸向進行延伸并且插入到金屬殼體中，其特征在于，用來給要填隙的部分進行填隙和固定的填隙金屬模形成有硬碳膜，該硬碳膜主要由表面上的無定形碳相組成，該表面與金屬殼體要填隙的部分進行接觸并且一起滑動。
此外，提供了一種用于制造火花塞的方法中的填隙金屬模，在該金屬模內(nèi)，采用填隙金屬模來給具有工具接合部分的、圓柱形金屬殼體的要填隙的部分進行填隙和固定，而該工具接合部分連接在繞著絕緣體的外圓周表面的發(fā)動機上，該外圓周表面沿著軸向進行延伸并且插入到金屬殼體中，其特征在于，填隙金屬模具有硬碳膜，該硬碳膜主要由形成于表面上的無定形碳相組成，該表面與金屬殼體要填隙的部分進行接觸，和/或一起滑動。該表面包括具有鉻或者鈦的第一層和具有硅或者鍺的第二層，并且硬碳膜形成于第二層上。借助于在是雙層結(jié)構(gòu)的中間層(第一層和第二層)上形成硬碳膜，可以提高硬碳膜粘附到主體上的強度，并且在填隙過程中可以防止硬碳膜在一個較長的時期內(nèi)剝落。填隙的金屬模具有這樣的一些表面這些表面與上、下表面進行接觸，和/或在上、下表面上進行滑動，并且如果上、下表面被旋轉(zhuǎn)，那么用來接觸和/或滑動的每個表面可以用于填隙過程。由于硬碳膜(和中間層)可以形成于上、下表面上，因此構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)不需要特殊費用。相應(yīng)地，如果填隙金屬膜是可逆的，那么生產(chǎn)這種金屬模不需要提高費用，但是通過使它翻轉(zhuǎn)，一個金屬?？梢允褂脙纱危⑶铱梢怨?jié)省金屬模的費用。
在填隙之后，產(chǎn)生了金屬殼體的各種尺寸大小的偏差，因為在填隙時，在金屬殼體上施加了不良的應(yīng)力，從而導(dǎo)致了金屬殼體的不良變形。為了減少不良的應(yīng)力，可以有效地提高填隙金屬膜的表面和金屬殼體之間的滑動性能，而該表面與金屬殼體接觸并且與之一起進行滑動。因此，作為詳細檢查的結(jié)果，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，如果采用具有硬碳膜的填隙金屬模，該硬碳膜主要由無定形碳相形成，而該無定形碳相形成于填隙金屬模的表面上，該表面接觸金屬殼體的要填隙的部分進行接觸并且與之一起進行滑動，那么在填隙時的滑動可以很好地進行，并且可以有效地抑制填隙之后的、金屬殼體的各種尺寸大小的偏差，并且完成了本發(fā)明。
如本說明書所使用的一樣，“硬碳膜主要由無定形碳相形成”表示主要構(gòu)成膜的碳的骨架結(jié)構(gòu)是無定形的，并且它的維氏硬度是1500kg/mm2或者更大。硬碳膜厚度的優(yōu)選范圍是0.6到1.2μm。如果小于0.6μm，那么形成硬碳膜的效果較小，同時如果大于1.2μm，那么較硬的單膜本身的粘附強度減少，并且該膜易于剝落。例如，通過動態(tài)微型硬度計來測量膜的硬度。硬碳膜在鍵中包括許多碳的金剛石鍵，這些鍵形成了無定形碳的骨架結(jié)構(gòu)，該硬碳膜稱之為DLC(金剛石類碳)膜，而它的硬度與金剛石的相同。因此，用DLC膜所表示的硬碳膜具有特別小的摩擦系數(shù)，并且具有能夠提高與其它零件的滑動性能的作用。在本發(fā)明中，通過下面方法來提高與金屬殼體要填隙的部分的滑動性能在填隙金屬模上形成用DLC膜來表示的硬碳膜，該硬碳膜主要由無定形碳相來形成。如本發(fā)明所使用的一樣，“主要地”表示在所關(guān)心的織物中具有最大含量(質(zhì)量％)。
此外，在本發(fā)明中，金屬殼體至少在要填隙的部分的外圓周面上鍍有鋅或者鎳，并且還在該表面上用鉻酸鹽進行處理，或者只鍍有鎳?；鸹ㄈ慕饘贇んw典型地進行這些表面處理。在本發(fā)明中，當填隙并且固定進行了典型的表面處理的金屬殼體時，抑制了各種尺寸大小與公差之間的偏差，從而導(dǎo)致明顯的工業(yè)效果。
在金屬殼體表面上所形成的鉻酸鹽膜可以是鉻酸鹽(VI)膜或者鉻酸鹽(III)膜。即，在形成鉻酸鹽(III)膜時金屬殼體的各種尺寸大小的偏差尤其明顯，但是本發(fā)明可以有效地抑制這種尺寸大小的偏差。但是，在形成鉻酸鹽(VI)膜時，也可以有效地應(yīng)用本發(fā)明(即，可以進一步抑制尺寸大小偏差)。此外，當金屬殼體形成有鉻酸鹽膜及它只鍍有鎳時，本發(fā)明非常有效。
此外，如上所述，如果在金屬殼體的表面上形成金屬鍍膜和/或鉻酸鹽膜時采用傳統(tǒng)的填隙金屬模，那么存在這樣的可能性在以較大頻率使用填隙金屬膜時，非常嚴重地產(chǎn)生了電鍍?nèi)秉c如分層剝落或者粗糙。但是，當使用本發(fā)明的填隙金屬膜時，有這樣的效果與使用傳統(tǒng)的填隙金屬模時相比，即使提高了填隙金屬膜的使用頻率(即使填隙重復(fù)了許多次)，但是不會產(chǎn)生電鍍的分層剝落或者粗糙。具體地說，在使用本發(fā)明的填隙金屬模時，即使十倍或者更多地使用，但在金屬殼體的填隙部分處沒有電鍍?nèi)毕?，這與傳統(tǒng)的填隙金屬模不相同。
當金屬殼體形成有鉻酸鹽膜時，至少在要填隙的部分的外圓周面上形成膜厚為0.2到0.5μm并且含有質(zhì)量95％或者更多的鉻成分的鉻(III)的鉻酸鹽膜。含有質(zhì)量95％或者更多的鉻成分的鉻(III)的鉻酸鹽膜(在廣義上稱為鉻酸鹽(III)膜)具有質(zhì)量小于5％的鉻(VI)的含量，并且在采用這種鉻酸鹽膜時預(yù)計在環(huán)境測量中具有明顯作用。理想的是，為了保持環(huán)境，鉻酸鹽膜基本上不含有鉻(VI)。由于如前面所述一樣，鉻酸鹽(III)膜在進行填隙時具有特別明顯的金屬殼體的各種尺寸大小的偏差，因此預(yù)計本發(fā)明的效果會更好。
考慮到火花塞的使用條件，形成在金屬殼體上的鉻酸鹽(III)膜的膜厚最好設(shè)置在0.2到0.5μm的值上。如果膜厚超過0.2μm，那么即使在火花塞承受升高溫度的作用并且受到酸的腐蝕的特殊工作條件下，也可以完全確保鉻酸鹽(III)膜的使用壽命。另一方面，如果膜厚超出0.5μm，那么在填隙時膜上產(chǎn)生了裂紋，或者產(chǎn)生了剝落，從而導(dǎo)致使用壽命降低。鉻酸鹽(III)膜的膜厚最好設(shè)置在0.3到0.5μm的范圍內(nèi)。
但是，在具有上述膜厚的鉻酸鹽(III)膜中，具有這樣的可能性在填隙時尤其產(chǎn)生了各種尺寸大小的偏差。這是考慮到由于這樣的事實通過濕法來形成鉻酸鹽(III)膜，膜中的水分相對較高，并且水含量特別地過量分布在具有上述膜厚的鉻酸鹽膜的表面上。即，由于這種水含量，因此在填隙金屬模上施加了不良的吸附力，而該金屬模與金屬殼體一起滑動，從而減少了它們之間的滑動性能，并且使金屬殼體產(chǎn)生了尺寸大小偏差。
就本發(fā)明而言，如果硬碳膜形成于填隙金屬模上，那么可以防止金屬殼體上的鉻酸鹽(III)膜由于水含量而吸附到填隙金屬膜上，從而提供了極好的滑動性能。并且可以抑制填隙時的各種尺寸大小的偏差。
在金屬殼體的表面上形成鍍鋅層及然后形成鉻酸鹽(III)膜時，這種尺寸大小的偏差特別明顯。這是考慮到由于這樣的事實借助于重復(fù)地進行填隙，使鋅和鉻成分粘附到填隙金屬模上，從而妨礙了填隙金屬模和金屬殼體之間的滑動性能。在實踐中，在使用之后的填隙金屬模的表面上可以觀察到這些粘附的成分。在這種情況下，本發(fā)明也具有作用。這時考慮到由于這樣的事實硬碳膜防止鋅或者鉻粘附到填隙金屬模中，從而與金屬殼體保持極好的滑動性能。
附圖的簡短描述

圖1是本發(fā)明的火花塞的橫截面前視圖；圖2(圖2a和2b)是用來詳細解釋填隙過程的視圖；圖3是示出了填隙金屬模的一個例子的視圖，它解釋了填隙圓形部分深度和模的錐形角A的定義。
圖4(圖4a、4b和4c)是示出了形成于填隙金屬模上的硬碳膜的視圖；圖5是示意圖，它示出了填隙次數(shù)和例1中的各種尺寸大小之間的關(guān)系。
圖6是解釋金屬殼體的各種尺寸大小的定義的視圖。
圖7是用來解釋在填隙時測量負載和位移之間的關(guān)系的方法的視圖。
圖8是示出了在填隙時負載和位移之間的關(guān)系的圖形。
標號的描述100火花塞，1金屬殼體，2絕緣體，111填隙金屬模，111a錐形內(nèi)圓周面，111b填隙內(nèi)圓周面，111c直的部分，R填隙圓形部分，60硬碳膜，1e工具接合部分，200要填隙的部分，200a要填隙的部分的外圓周面。
本發(fā)明的詳細描述下面，參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明制造出來的火花塞100?；鸹ㄈ?00包括圓柱形金屬殼體1；絕緣體2，它安裝到金屬殼體1中，而它的前端部21從那里伸出；中心電極3，它設(shè)置在絕緣體2的內(nèi)部，而排出部分31從它的頂端伸出；及接地電極4，它的一端與金屬殼體1連接，而它的另一端橫向彎曲從而使它的側(cè)表面與中心電極3的放電部分31相對。接地電極4具有放電部分32，該放電部分32形成與放電部分31相對?；鸹ǚ烹婇g隙g形成于放電部分31和放電部分32之間的間隙。鍍鋅層41和鉻酸鹽膜層42形成于金屬殼體1的表面上。
絕緣體2包括陶瓷燒結(jié)體如氧化鋁或者氮化鋁，并且在內(nèi)部沿著它的軸向具有用來安裝中心電極3的通孔6。金屬殼體1由金屬如低碳鋼形成圓柱形，并且構(gòu)成了火花塞100的殼體，而繞著它的外側(cè)邊緣表面形成了螺紋部分7，從而把火花塞100連接到發(fā)動機氣缸體上，未示出。終端金屬固定件13被插入并且固定在通孔6的一端上，并且中心電極3被插入并且固定在另一端上。在該通孔6的內(nèi)部，絕緣體15放置在終端金屬固定件13和中心電極3之間。絕緣體15的兩端部通過導(dǎo)電玻璃密封層16、17而被各自電連接到中心電極3和終端金屬固定件13中。與放電部分31相對的放電部分32可以被省去。在這種情況下，火花放電間隙g形成于放電部分31和接地電極4之間。
下面描述根據(jù)本發(fā)明用來制造火花塞100的方法。首先，通過公知的電鍍處理，在金屬殼體1上形成鍍鋅層41作為基體金屬層。其它種類的基體金屬層可以合適地采用，如鍍鎳層。并且把形成有基體金屬層的金屬殼體1浸入到鉻酸鹽處理液中，該處理液含有鉻(III)鹽和鉻(III)的絡(luò)合劑的混合物，從而形成了鉻酸鹽(III)膜42。為了使處理效率更高，可以采用公知的筒體處理法(執(zhí)行這種處理，同時借助于把金屬件堆放到容器中，在處理液50中旋轉(zhuǎn)液體透明容器)。
作為絡(luò)合劑，可以有效地采用各種螯合劑(二羧酸、三羧酸、羥酸、羥基二羧酸或者羥基三羧酸，例如，草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、脂肪酸、海松酸、軟木酸、亞硒酸、癸二酸、馬來酸、鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、酒石酸、檸檬酸、蘋果酸和抗壞血酸)，但是其它絡(luò)合劑也可以采用。使用這種處理液，可以形成相對較厚的鉻酸鹽膜。形成這種鉻酸鹽膜的方法公開在德國專利DE19638176A1中。
優(yōu)選的是，把鉻酸鹽處理液設(shè)置在20到80度的溫度上。并且物體浸入到鉻酸鹽處理液中的時間最好是20到80秒。如果處理液的溫度小于20度，那么不能充分地得到鉻酸鹽膜的膜厚。在另一方面，如果處理液的溫度是80或者更大，那么從處理液中的水分蒸發(fā)是如此大，以致處理液的條件變得不合適。此外，如果浸入時間小于20秒，那么不能充分地形成鉻酸鹽膜。另一方面，如果浸入時間超過80秒，那么所形成的鉻酸鹽膜變得太厚，從而在膜上產(chǎn)生了裂紋，或者使膜脫落。
用鉻酸鹽處理過的金屬殼體1借助于熱空氣來洗凈、干燥。
具有中心電極3、導(dǎo)電密封層16、17、電阻15和安裝到通孔6中的終端金屬固定件的絕緣體2在上面情況下從插入開口側(cè)插入到金屬殼體1中，從而通過線路封裝(未示出)連接絕緣體2的接合部分2h和金屬殼體1的接合部分1c(為這些零件可以參見圖1)。然后，把線路封裝(line packing)62設(shè)置在金屬殼體1的插入開口內(nèi)，形成由滑石制成的包裝層61，并且還設(shè)置線路封裝60。之后，金屬殼體1所堵緊的部分通過這些線路封裝60、62和包裝層61反抗絕緣體2來堵緊，從而使金屬殼體1和絕緣體2組裝在一起。
具體地說，以圖2所示的方式來實現(xiàn)金屬殼體1和絕緣體2之間的堵緊。首先，使金屬殼體1的頂端部插入到填隙底部110的設(shè)置孔110a內(nèi)，從而支撐氣體密封部分1f如法蘭，該法蘭形成于繞著它的開口邊緣的金屬殼體上。然后，把填隙的金屬模111設(shè)置成與金屬殼體1接觸，并且沿著金屬殼體1的軸向進行安裝。這種情況示在圖2a上。在這種情況下，如果把軸向力(參見圖2a所示的箭頭)施加到填隙金屬模111上，那么在金屬殼體1的填隙部分200的滑動假定表面200a和填隙的金屬模111之間產(chǎn)生了滑動，因此金屬殼1的填隙部分200彎向絕緣體2，從而堵緊金屬殼體1和絕緣體2(圖2b)。防止絕緣體2擺脫金屬殼體1，并且金屬殼體1的內(nèi)圓周表面和絕緣體2的外圓周表面被密封。這時，彎曲部分1h借助于軸向壓縮來彎曲，并且把應(yīng)力施加在工具接合部分上，從而使它的尺寸大小變大。
與填料一起使用的填隙金屬模111可以形成有較硬的碳膜60，該膜主要包括非晶體的碳層，該碳層是本發(fā)明的實質(zhì)。為了提高填隙金屬模(主要包括工具合金鋼)和硬碳膜之間的接觸度，因此中間層61可以形成于硬碳膜60和填隙金屬模111之間(圖4a)。中間層61可以只形成一層，如圖4b所示一樣，或者可以形成若干層，如圖4a所示一樣。當中間層61形成兩層時，如圖4a所示一樣，最好是，主要包括硅或者鍺的上部中間層61a形成于主要包括鉻或者鈦的下部中間層61b上，從而提高了接觸。在本說明書的例子中，厚度為1μm的硬碳膜60形成于上部中間層61a上，該上部中間層包括厚度為0.25μm的硅，該上部中間層形成于下部中間層61b上，而該下部中間層包括厚度為0.25μm的鈦。例如，通過JP-A-6-60404所公開的方法來形成多層膜結(jié)構(gòu)。在下文中將詳細描述。
首先，在弄干凈填隙金屬模111的表面之后，借助真空蒸發(fā)、離子電鍍或者濺射的公知方法連續(xù)地形成下部中間層61b和上部中間層61a。然后，在等離子體聚合反應(yīng)膜形成裝置的真空室內(nèi)，把它設(shè)置在陰極上。并且該真空室被抽空，并且通過氣體入口加入碳氫化合物氣體(例如可以混合甲烷、乙烯、苯、氫)，它的壓力可以調(diào)整到大約0.1乇。把高頻電壓施加在真空室內(nèi)的陰極和陽極之間，從而產(chǎn)生等離子體。因此，碳氫化合物以無定形碳的形式被分解和沉淀，從而形成具有極好接觸性的硬碳膜60。
圖3示出了本發(fā)明的填隙金屬模111的一個例子。本發(fā)明的填隙金屬模111沿著軸線C的方向具有通孔112，并且至少在軸向的一側(cè)上在內(nèi)圓周面上形成有錐形內(nèi)圓周面111a，并且還形成有填隙圓形部分R，從而使金屬殼體1的堵緊部分200彎曲。填隙圓形部分R形成于錐形內(nèi)圓周面111a和直部分111c之間。在圖3中，為了延伸模的使用壽命，錐形內(nèi)圓周面111a和填隙圓形部分R如環(huán)形一樣形成于軸線C的兩側(cè)上。就這種結(jié)構(gòu)而言，在一個填隙圓形部分R變形的情況下，或者在形成于其上的硬碳膜60磨損的情況下，借助于使它翻轉(zhuǎn)過來，可以重新使用金屬模。此外，主要包括無定形碳相的硬碳膜至少形成于填隙圓形部分R的填隙內(nèi)圓周面111b上，從而提高了火花塞的金屬殼體1的滑動性能。用來形成填隙圓形部分R的填隙內(nèi)圓周面111b凸向填隙金屬模111的內(nèi)部。并且該圓形部分以凸起的方式連接在靠近填隙內(nèi)圓周表面111b和錐形內(nèi)圓周面111a之間的邊緣的外部。這里，垂直通過中心軸線C的線B和形成于填隙金屬模111的軸向橫截面上的錐形內(nèi)圓周面111a之間的角度被定義為模的錐形角度A度。并且沿著軸線C的方向的、填隙圓形部分R的長度被定義為填隙圓形部分深度D(mm)。沿著軸線C方向的、填隙圓形部分R的長度被定義為沿軸線C方向從位置E到填隙內(nèi)圓周面111b的最長距離，假設(shè)位置E是沿著填隙圓形部分R的填隙內(nèi)圓周面111b的虛圓0與錐形內(nèi)圓周面111a的延長線G的交點。直的部分111c的內(nèi)徑大于金屬殼體1的堵緊部分200的后側(cè)上的絕緣體2的外徑，因此可以插入絕緣體2的后側(cè)。
根據(jù)要生產(chǎn)的火花塞的種類，可以合適地采用填隙金屬模111。即，具有這樣的條件模的錐形角度A度及根據(jù)要生產(chǎn)的火花塞(具體地說是金屬殼體)的尺寸大小的模填隙圓形部分R的深度D(mm)。即一定得滿足下面條件。
(1)當用于金屬殼體1的工具接合部分1e的相對側(cè)尺寸大小N(mm)(參見圖6)是14mm或者更小(這種情況也可以表示為N≤14mm)，6≤A/D≤22條件1(2)當用于金屬殼體1的工具接合部分1e的相對側(cè)尺寸大小N(mm)是從15.7mm到16mm時，并且如用于金屬殼體1的、在JIS-B8031所規(guī)定一樣的螺旋直徑是14mm、12mm或者10mm(這種情況也可以表示為N＝16mm)，5.5≤A/D≤19.5條件2(3)當用于金屬殼體1的工具接合部分1e的相對側(cè)尺寸大小N(mm)是從19.7mm到20mm時，并且如用于金屬殼體1的、在JIS-B8031所規(guī)定一樣的螺旋直徑是14mm(這種情況也可以表示為N＝20mm)，3≤A/D≤9.5條件3如果采用填隙金屬模111，從而滿足這些條件中的任何一個，那么在堵緊金屬殼體2之后的金屬殼體1的各種尺寸大小的偏差由于形成硬碳膜60的作用而可以被抑制。
在上述情況(1)下，除了條件1之外，當模的錐角度A是從15到35度、并且模的填隙圓部分深度D是從1.6到2.4mm時，可以抑制金屬殼體1的各種尺寸大小的偏差。此外，在上述情況(2)下，除了條件2之外，當模的錐角度A是從15到35度、并且模的填隙圓形部分深度D是從1.8到2.6mm時，或者在上述情況(3)下，除了條件3之外，當模的錐角度A是從10到20度、并且模的填隙圓形部分深度D是從2.2到3mm時，可以進一步抑制金屬殼體1的各種尺寸大小的偏差。
如果填隙圓形部分深度D(mm)太大，那么要堵緊的部分200不能充分地與絕緣體2的理想位置進行接觸，從而導(dǎo)致金屬殼體1的各種尺寸大小的偏差，并且減少了氣密度。如果填隙圓形部分深度D(mm)太小，那么在堵緊之后所得到的填隙部分220的形狀(參見圖2b)不好，同樣導(dǎo)致了各種尺寸大小的偏差。相應(yīng)地，根據(jù)要生產(chǎn)的火花塞100的形狀，填隙圓形部分深度D(mm)應(yīng)該建立在上述范圍內(nèi)。此外，如果模的錐形角度A太大，那么填隙金屬模111與工具接合部分1e產(chǎn)生接觸太早，從而在工具接合部分1e上施加了過大的應(yīng)力，并且產(chǎn)生了尺寸大小的偏差。相反，如果模的錐角度A太小，那么填隙金屬模111與工具接合部分1e產(chǎn)生接觸太晚，從而產(chǎn)生了尺寸大小的偏差。相應(yīng)地，應(yīng)該根據(jù)要生產(chǎn)的火花塞的尺寸大小來設(shè)定模的錐角度A。
通過熱堵緊或者冷堵緊來實現(xiàn)把金屬殼體1堵緊到絕緣體2中。
在本發(fā)明的實施例中，填隙金屬模111在沿著軸線C方向上的兩側(cè)上形成有錐形內(nèi)圓周面111a和填隙圓形部分R，但是填隙金屬模111可以只在軸線C方向上的一側(cè)上形成有錐形內(nèi)圓周面111a和填隙圓形部分R。在這種情況下，至少在填隙圓形部分R的填隙內(nèi)圓周面111b上形成用來提高金屬殼體1的滑動性能的硬碳膜60。
而且，在上面實施例中，滑石裝填在絕緣體2的外圓周面和金屬殼體1的內(nèi)圓周面之間，從而進行填隙，但是本發(fā)明不局限于上面實施例，當然本發(fā)明可以應(yīng)用到制造火花塞的方法中，從而在金屬殼體1的內(nèi)圓周面和絕緣體2的外圓周面之間沒有裝填滑石的情況下堵緊金屬殼體1。
例子下面實驗被實施來檢查本發(fā)明的效果。
例子1下面實驗被執(zhí)行來檢查在DLC膜形成于模上的情況下、在堵緊金屬殼體時減少尺寸大小偏差的效果。首先，使用JIS-G3539所規(guī)定的冷鍛碳鋼絲SWCH8A作為原料，圖1的金屬殼體1通過冷鍛來生產(chǎn)。然后，借助于形成使用堿性氰化物液的公知電鍍鋅處理，形成膜厚大約為5μm的鍍鋅層。
制備出通過下面方法形成有鉻酸鹽(III)膜和鉻酸鹽(VI)膜的金屬殼體1。
(1)鉻酸鹽(III)膜鉻酸鹽處理液通過下面方法來制備每升去離子水中溶解50g的氯化鉻、3g的硝酸鈷、100g的硝酸鈉和31.2g的丙二酸，并且通過加熱器使液體溫度保持在60度上，因此借助于加入燒堿溶液把處理液的PH值調(diào)整在2.0上。把鍍鋅之后的金屬殼體1浸入鉻酸鹽處理溶液中60秒，然后清洗，并且暫時地通過70度的熱空氣來干燥180秒，從而形成以鉻為基礎(chǔ)的鉻酸鹽膜。之后，鉻酸鹽膜通過熱空氣來干燥。已證實，通過X射線光電子能譜分析(XPS)，所含鉻成分質(zhì)量的95％是鉻(III)。此外，借助SEM，實際上在橫截面上測出鉻酸鹽(III)膜的膜厚，并且已證實處于從0.2到5μm的范圍內(nèi)。
(2)彩色(黃色)鉻酸鹽膜(鉻酸鹽(VI)膜)黃色鉻酸鹽處理液通過下面方法來制備在去離子水中溶解每升7g的鉻酸酐、每升3g的硫酸和每升3g的硝酸，并且使液體溫度保持在20度上。并且把金屬殼體1浸入黃色鉻酸鹽處理液中大約15秒，提升它，并且通過70度的熱空氣來干燥，從而形成鉻酸鹽膜。此外，與鉻酸鹽(III)膜一樣，借助SEM，實際上在橫截面上測出鉻酸鹽膜的膜厚，并且已證實處于從0.2到5μm的范圍內(nèi)。
為了測量膜厚，通過濺射使導(dǎo)電率高于鉻酸鹽膜的組分的薄膜(如金薄膜)形成于膜表面上，從而更容易觀察鉻酸鹽膜。在SEM圖像中，導(dǎo)電率較小的鉻酸鹽膜層暗中被反射在基體層(如鍍鋅層)和具有較高導(dǎo)電率的新薄膜層(金膜層)上，因此從它的對比度容易證實鉻酸鹽膜圖像。例如，所描出的白線與SEM圖像中的鍍鋅層和金膜層之間的每個邊緣相一致，并且從白線之間的距離可以確定出膜厚。
制備形成有鉻酸鹽(III)膜的若干金屬殼體，其中絕緣體安裝在這些殼體中，并且使用在表面上形成有DLC膜的模(在下文中稱為DLC模)或者使用沒有DLC膜的模(在下文中稱為普通模)，借助于施加相同負載，連續(xù)填隙相同尺寸大小的金屬殼體，因此填隙之后的金屬殼體的各種尺寸大小和填隙的數(shù)目可以被相對測量出來。借助于前面所描述的等離子體聚合方法，使DLC膜形成于填隙金屬模上。這里，氣體源是甲烷，其中氣體流率是30cm2/min、壓力為0.1乇及高頻電是100W。所得到的DLC的維氏硬度通過動態(tài)微型硬度計來測量，并且被證實為1500kg/mm2或者更大。所得到的結(jié)果示出在圖5中。在圖6所示的這些位置上測量出金屬殼體1的各種尺寸大小。首先，如在沿著圖6的線A-A截取的橫截面所看到的一樣的、工具接合部1e的相對側(cè)尺寸大小N(也稱為六角形相對側(cè)尺寸大小)表示工具接合部分1e的兩個平行相對面之間的距離N。此外，當B-B橫截面被截來形成可視外形的最大直徑時，如在橫截面中所看到的一樣，彎曲部分直徑表示圖6的彎曲部分1h的可視外形的直徑M。此外，填隙蓋高度F表示要填隙的部分200的軸向長度(即填隙部分220的軸向長度)，而該部分200在彎曲之后形成。
在圖5中，每次當填料數(shù)目增大時(即使用的每次時間)，六角形相對側(cè)長度的尺寸大小、填隙部分直徑和填隙高度大于用在普通模的情況下的早期。在采用DLC模的情況下，與即使填料數(shù)目增大的早期使用的相比，這些尺寸大小難以改變，其中與普通模的情況相比，這些尺寸大小中的每一個的增大量落入更小的范圍內(nèi)。在這種方法中，可以發(fā)現(xiàn)，通過使用DLC模抑制了金屬殼體的各種尺寸大小的偏差。
此外，金屬殼體和填隙金屬模之間的滑動性能通過下面方法來檢查。如圖7所示一樣，把絕緣體2插入到金屬殼體1中，并且通過第一夾具20來保持。之后，借助于自動繪圖儀，通過第二夾具21沿著軸向把負載F施加到填隙金屬模111上，因此可以測量出負載F和填隙金屬模111的關(guān)系。自動繪圖儀的設(shè)置條件如下。
實驗?zāi)Ｊ胶唵螇嚎s遞減速度30mm/min遞增速度100mm/min
所使用的測壓元件5噸所得到的圖表結(jié)果示出在圖8中。如圖8所看到的一樣，在施加負載的初始階段幾乎沒有不同，但是通過大約1500kgf的負載，在填隙金屬模111的位移X中產(chǎn)生了一些不同。即，與形成鉻酸鹽(VI)膜相比，在形成鉻酸鹽(III)膜時，通過施加相同負載，產(chǎn)生了更大的位移。此外，與采用DLC模時相比，當采用普通模時，以相同負載產(chǎn)生了更大的位移。即，揭示出，與鉻酸鹽(III)膜相比，鉻酸鹽(VI)膜在填隙時具有更好的滑動性能，并且與采用普通模時相比，采用DLC模在填隙時具有更好的滑動性能。
當金屬殼體形成有鉻酸鹽(III)膜或者鉻酸鹽(VI)膜時，采用普通?；蛘逥LC模來堵緊金屬殼體時，可以測量出填隙之后的、用于金屬殼體1的工具接合部分1e的六邊形相對側(cè)尺寸大小N(mm)(參見圖6)。如果金屬殼體的理想六邊形相對側(cè)尺寸N與鉻酸鹽膜(N＝15.7到16mm)相同，那么通過施加相同負載來進行填隙。該結(jié)果示出在表1中。在填隙之后，在火花塞內(nèi)測量模的具體數(shù)目(普通模3，DLC模5)時，六邊形相對側(cè)尺寸N(mm)表示平均尺寸大小。
表1
如表1所示一樣，六邊形相對側(cè)尺寸N(mm)落入尺寸大小公差(15.7到16mm)的范圍內(nèi)，并且與采用普通模時相比，采用DLC模時更小。即，使用DLC?？梢苑乐沽呅蜗鄬?cè)尺寸進行膨脹，并且抑制了各種尺寸大小的偏差。當鉻酸鹽膜用于金屬殼體上時，可以抑制六邊形相對側(cè)尺寸N。此外，當鉻酸鹽(III)膜形成于金屬殼體上時，以與形成鉻酸鹽(VI)膜相同的方式抑制六邊形相對側(cè)的膨脹。
例子2
在形成有DLC膜的填隙金屬模111中，當填隙圓形部分深度D(mm)和模的錐形角度A改變時，調(diào)查金屬殼體的尺寸大小偏差。
首先，當希望生產(chǎn)出滿足條件N≤14mm的火花塞時，采用具有如表2所列出的填隙圓形部分深度D(mm)和模的錐角度A的結(jié)合的填隙模型，進行50次填隙，并且計算出所生產(chǎn)的25個火花塞一組的六邊形相對側(cè)尺寸N(mm)的標準偏差(3σ)。這些組合被評定為A標準偏差(3σ)小于0.05，B從0.05到0.1，及C從0.1到0.15。該評定結(jié)果列在表2中。同樣地，在N＝16mm或者N＝20mm的情況下，通過改變表3或者表4所列出的填隙圓形部分深度D(mm)和模的錐角度A來進行上面實驗。所得到的結(jié)果列在表3或者表4中。
表2
表3
表4
在表2所列出的N≤14mm的情況下，已發(fā)現(xiàn)，當采用滿足6≤A/D≤22(條件1)的填隙金屬模時，可以進一步抑制六邊形相對側(cè)尺寸N(mm)的尺寸大小偏差。同樣地，如表3或者4所列出的一樣，當采用在N＝1的情況(2)下滿足5.5≤A/D≤19.5(條件2)、或者在N＝20的情況(3)下滿足3≤A/D≤9.5(條件3)的填隙金屬模時，可以進一步抑制六邊形相對側(cè)尺寸N(mm)的尺寸大小偏差。而且，如果該條件在情況(1)下滿足15度≤A/D≤35度及1.6mm≤D≤2.4mm、在情況(2)下滿足15度≤A/D≤35度及1.8mm≤D≤2.6mm、在情況(3)下滿足10度≤A/D≤20度及2.2mm≤D≤3mm，可以進一步減少尺寸大小的偏差。
本申請是以2001.4.27日提交的日本專利申請JP2001-131792為基礎(chǔ)的，該申請的全部內(nèi)容在這里引入以作參考，這個與最后所提出的一樣。
權(quán)利要求
1.一種制造火花塞的方法，該火花塞包括圓柱形金屬殼體，它具有要填隙的部分和工具接合部分，該接合部分被連接在發(fā)動機中；絕緣體，它插入到金屬殼體中，并且沿軸向進行延伸；及填隙金屬模，該方法包括對要填隙的部分進行填隙，從而通過填隙金屬模使之固定到絕緣體的外圓周面上；其特征在于，填隙金屬模包括一表面，該表面包括硬碳膜，該硬碳膜包括無定形碳相，并且該表面與要填隙的部分進行接觸，或者滑動到要填隙的部分中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，硬碳膜的厚度為0.6到1.2μm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該面包括第一層，它包括鉻和鈦中的一種；及第二層，它包括硅和鍺中的一種，并且硬碳膜形成于第二層上。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，填隙金屬模包括這樣的一些面，這些面在上、下表面上進行接觸或滑動，并且借助于使上、下表面進行翻轉(zhuǎn)，用來進行接觸或者滑動的每個面可以用于填隙過程中。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，填隙金屬模限制出軸向延伸的通孔并且具有內(nèi)圓周面，該內(nèi)圓周面包括錐形內(nèi)圓周面和填隙的圓形部分，其中填隙的圓形部分用來使要填隙的部分彎曲；及在垂直通過中心軸線的線相對于含有中心軸線的橫截面內(nèi)的錐形內(nèi)圓周面所形成的角度被定義成模的錐形角A(°)和填隙圓形部分的軸向長度被定義成填隙圓形部分深度D(mm)的情況下，滿足下面條件，當工具接合部分的相對側(cè)尺寸是14mm長或者更小時，該條件是6≤A/D≤22當工具接合部分的相對側(cè)尺寸是從15.7到16mm長并且金屬殼體的螺旋直徑如JIS-B8031所規(guī)定的一樣是14mm、12mm或者10mm時，5.5≤A/D≤19.5當工具接合部分的相對側(cè)尺寸是從19.7到20mm長并且金屬殼體的螺旋直徑如JIS-B8031所規(guī)定的一樣是14mm時，3≤A/D≤9.5
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，要填隙的部分的外圓周表面鍍有鋅或者鎳，并且用鉻酸鹽進行處理，或者鍍有鎳。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，要填隙的部分的外圓周表面鍍有鋅或者鎳，并且用鉻酸鹽進行處理，或者鍍有鎳。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在要填隙的部分的外圓周表面上形成這樣的鉻酸鹽膜該膜厚為0.2到0.5μm，并且包括鉻成分的重量95％或者更多的鉻(III)。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在要填隙的部分的外圓周表面上形成這樣的鉻酸鹽膜該膜厚為0.2到0.5μm，并且包括鉻成分的重量95％或者更多的鉻(III)。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，鉻酸鹽膜基本上不包括鉻(VI)。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，鉻酸鹽膜基本上不包括鉻(VI)。
12.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，鉻酸鹽膜通過下面方法形成把要填隙的部分浸入到鉻酸鹽處理液中，該處理液包括鉻(III)鹽和鉻(III)的絡(luò)合劑的混合物。
13.一種用于火花塞的填隙金屬模，該火花塞包括圓柱形金屬殼體，它具有要填隙的部分和工具接合部分，該接合部分被連接在發(fā)動機中；絕緣體，它插入到金屬殼體中，并且沿軸向進行延伸；及填隙金屬模，其特征在于，填隙金屬模用來對要填隙的部分進行填隙，從而使之固定到絕緣體的外圓周面上；填隙金屬模包括一表面，該表面包括硬碳膜，該硬碳膜包括無定形碳相，及該表面與要填隙的部分進行接觸，或者滑動到要填隙的部分中。
全文摘要
一種制造火花塞的方法,該火花塞包括:圓柱形金屬殼體,它具有要填隙的部分和工具接合部分,該接合部分被連接在發(fā)動機中;絕緣體,它插入到金屬殼體中,并且沿軸向進行延伸;及填隙金屬膜,該方法包括對要填隙的部分進行填隙,從而通過填隙金屬膜使之固定到絕緣體的外圓周面上;其特征在于,填隙金屬模包括一表面,該表面包括硬碳膜,該硬碳膜包括無定形碳相,并且該表面與要填隙的部分進行接觸,或者滑動到要填隙的部分中。
文檔編號H01T21/02GK1384569SQ02118380
公開日2002年12月11日 申請日期2002年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月27日
發(fā)明者那須弘哲, 松谷涉, 植村義人, 杉本誠, 伊藤博人 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社