專利名稱：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種火花塞。
背景技術(shù)：
用于汽車發(fā)動機點火的火花塞通常包括一金屬殼，接地極被固定在所述金屬殼上；氧化鋁陶瓷制成的絕緣體和一個被安置在絕緣體內(nèi)部的中央電極。絕緣體從金屬殼的后開口沿軸向突出。一終端金屬夾具(終端)被插入絕緣體的突出部分，并通過一個導(dǎo)電的玻璃封接層或一電阻器被連接到中央電極，所述玻璃封接層在一個玻璃封接工序中被形成。一高電壓被施加到終端金屬夾具上，導(dǎo)致在接地極和中央電極之間的間隙處產(chǎn)生火花。
在一些混合條件下，例如火花塞溫度和環(huán)境濕度被增大，可能出現(xiàn)高電壓未能在間隙處產(chǎn)生火花的情況，相反在終端金屬夾具和金屬殼之間發(fā)生一種被稱作飛弧的放電，所述放電圍繞著突出的絕緣體。為了避免放電，大多數(shù)火花塞在絕緣體的表面具有一釉料層。釉料層也使絕緣體的表面光滑，因此阻止污染，增強絕緣體的化學(xué)和機械強度。
當(dāng)將氧化鋁絕緣體用于火花塞時，硅酸鉛玻璃釉料已經(jīng)被廣泛地使用，此時硅酸鹽玻璃與大量的PbO混合，以降低軟化溫度。近些年，人們越來越關(guān)心環(huán)境問題，包含鉛的釉料已經(jīng)不受歡迎。例如，在對火花塞具有巨大需求的汽車工業(yè)，考慮廢棄的火花塞對環(huán)境的不利的影響，一直在研究在未來逐步淘汰含鉛的釉料。
無鉛的硼硅玻璃基釉料或堿性的硼硅玻璃基釉料一直被研究作為普通的鉛釉料的替代物，但是它們具有不可避免的缺陷，例如高的玻變或不足的絕緣電阻。為了解決這個問題，日本專利JP-A-11-43351提出了一種無鉛釉料的組成成分，該組成成分含鋅，用于改善玻璃穩(wěn)定性同時不增加粘度，日本專利JP-A-11-106234介紹了一種無鉛釉料的組成成分，通過添加堿性成分，改善了絕緣電阻。
順便提及，由于用于火花塞的釉料被附著在發(fā)動機上，與普通的絕緣陶瓷相比，容易引起溫度升高。此外，近些年來，隨著發(fā)動機性能的提高，施加在火花塞上的電壓已經(jīng)被提高。為此，要求所使用的釉料具有能夠抵御嚴(yán)酷條件的絕緣性能。然而，日本專利JP-A-11-106234所介紹的釉料組成成分不能總是滿足高溫下的絕緣要求，特別是作為形成在火花塞上的絕緣體上的釉料層不能滿足高溫要求(例如抗飛弧性能)。
日本專利JP-A-11-106234涉及通過使用包含硅或硼作為玻璃骨架的堿性釉料而改善絕緣電阻，但是沒能認識到需要密切注意消除作為絕緣體的組成陶瓷的氧化鋁基陶瓷的熱膨脹系數(shù)和釉料的熱膨脹系數(shù)之間的差別，絕緣電阻的改善水平不總是令人滿意。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一個目的是提供這樣一種火花塞，它具有鉛成分被減少的釉料層，所述釉料層能夠在一相對較低的溫度下被烘烤，顯示了一良好的絕緣性能，容易獲得一烘烤后光滑的表面。
本發(fā)明第二目的是提供這樣一種火花塞，作為組成絕緣體的氧化鋁基陶瓷的熱膨脹系數(shù)和釉料的熱膨脹系數(shù)之間的差別被減少，或通過調(diào)整釉料中的堿金屬成分，使釉料層中的缺陷例如裂紋或龜裂被減少，增大電阻值。
圖1是一個整體的前視圖和橫截面視圖，顯示了符合本發(fā)明的火花塞；圖2是一個前視圖，顯示了一個具有釉料層的絕緣體的外型；圖3A和3B是垂直的橫截面視圖，顯示了一些火花塞的實施例；圖4是一個整體的前視圖，顯示了符合本發(fā)明的另一種火花塞；圖5是一個整部的前視圖，顯示了符合本發(fā)明的另一種火花塞；圖6顯示了測量火花塞的絕緣電阻值的方法；圖7顯示了涂布釉面漿料的步驟；圖8A～8D顯示了氣密步驟；圖9A和9B顯示的步驟是圖8A～8D所示步驟的后續(xù)步驟。
圖中參考數(shù)字和代碼的意思如下1金屬殼
2絕緣體2d釉料層2d′釉面漿料涂布層3中央電極4接地電極5釉面漿料具體實施方式
符合本發(fā)明的火花塞包括一個被安置在中央電極和金屬外殼之間的氧化鋁基陶瓷絕緣體，至少所述絕緣體的部分表面被一包含氧化物的釉料層所覆蓋。
第一種組成成分的特性在于釉料層包括1mol％或更少的氧化鉛(PbO)形式的鉛成分，25～45mol％的二氧化硅(SiO2)形式的硅成分，20～40mol％的三氧化二硼(B2O3)形式的硼成分；5～25mol％的氧化鋅(ZnO)形式的鋅成分，0.5～15mol％的氧化鋇(BaO)形式的鋇成分和/或氧化鍶(SrO)形式的鍶成分。
鈉、鉀和鋰三種堿金屬成分中的至少一種，其中總含量為5～10mol％，它們分別采用Na2O、K2O和Li2O的形式，其中鉀是必須的成分。
此外，還包括鉬、鎢、鎳、鈷、鐵和錳中的一種或兩種或多種，這些金屬成分分別采用MoO3、WO3、Ni3O4、Co3O4、Fe2O3和MnO2的形式，總含量是0.5～5mol％。
下文將介紹本發(fā)明火花塞的第一種組成成分的效果。
(工作 & 效果A)為了解決環(huán)境問題，最好所要使用的釉料包含1mol％或更少的氧化鉛形式的鉛成分(下文將所含鉛的成分減少到這種水平的釉料稱作“無鉛釉料”)。當(dāng)鉛成分以低化合價(例如Pb2+)的離子形式出現(xiàn)在釉料中時，通過電暈放電，它被氧化成高化合價的離子(例如Pb3+)。如果發(fā)生上述情況，釉料層的絕緣特性被降低，可能破壞抗飛弧性能。從這個觀點出發(fā)，有限數(shù)量的鉛是有益的。一種較好的選擇是鉛的含量為0.1mol％或更少。最好釉料不含鉛(除了微量的不可避免地混入釉料原材料中的鉛之外)。
(效果B)在降低鉛的含量的同時，本發(fā)明所使用的釉料具有特別設(shè)計的成分，用于加強絕緣特性，優(yōu)化釉料烘烤溫度、改善烘烤后釉面的表面光潔度。在普通釉料中，鉛成分對于調(diào)整軟化溫度(具體地說，當(dāng)烘烤釉料時，適當(dāng)?shù)亟档土擞粤系能浕瘻囟?，用于保護流動性)起重要的作用，在無鉛釉料中，硼成分(B2O3)和堿金屬成分對于調(diào)整軟化溫度起很大的作用。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一特定范圍硼成分和相關(guān)的硅成分的含量適合于改善烘烤光潔度，以上述成分范圍為前提，如果添加鉬、鎢、鎳、鈷、鐵和錳中的一種或兩種或多種，能夠提供具有一釉料層的火花塞，當(dāng)烘烤釉料時，可以保證流動性，這種火花塞能夠在較低的溫度下點火，顯示良好的絕緣性能，容易獲得光滑的表面，因此實現(xiàn)了發(fā)明目的。這就是第一個問題被解決。
(效果C)在普通的釉料中，當(dāng)烘烤釉面時，鉛成分對于流動性起很重要的作用，但是在本發(fā)明的無鉛釉料中，包含堿金屬成分，用于在烘烤釉面時保護流動性，通過如上所述那樣確定硅成分的含量范圍，可以提供高的絕緣電阻值。這就是當(dāng)烘烤釉料時，釉料中的堿金屬成分降低了釉料的軟化溫度，保護流動性。如果包含的堿金屬成分在上述范圍內(nèi)，這種結(jié)果被展示，即在外觀上，釉料層難以產(chǎn)生針孔或釉面皺縮。
如果堿金屬的含量少于上述范圍，當(dāng)烘烤釉料時，流動性可能被降低。然而，如果選擇上述堿金屬成分的全部含量，可以假定，這種釉料層可以被提供，即具有均勻的厚度，由于氣泡被包括在釉料漿料中，外觀上很少有釉面皺縮或針孔。
(效果D)此外，本發(fā)明的第一種組成成分具有一特性，即也將鉀作為堿金屬。當(dāng)烘烤釉面時，保持流動性，改善了要被形成的釉料層的光滑，能夠極大地提高絕緣性能。原因在于，與別的堿金屬例如納和鋰相比，盡管同樣的摩爾含量和同樣的陽離子數(shù)量，鉀具有更大的原子量，它占有很大的重量比。為了更加增強這種效果，期望確定在釉料層中在堿金屬成分中鉀具有最高含量。
符合本發(fā)明的火花塞的第二種組成成分的特性是，釉料層包括1mol％或更少的氧化鉛(PbO)形式的鉛成分，25～45mol％的二氧化硅(SiO2)形式的硅成分，20～40mol％的三氧化二硼(B2O3)形式的硼成分；5～25mol％的氧化鋅(ZnO)形式的鋅成分，0.5～15mol％的氧化鋇(BaO)形式的鋇成分和/或氧化鍶(SrO)形式的鍶成分。
鈉、鉀和鋰三種堿金屬成分中的至少一種，其總含量為5～10mol％，它們分別采用Na2O、K2O和Li2O的形式。
鈦、鋯和鉿三種成分中的一種或兩種或全部，其總含量為0.5～5mol％，分別采用TiO2、ZrO2和HfO2形式。
鉬、鎢、鎳、鈷、鐵和錳中的一種或兩種或多種，其總含量為0.5～5mol％，分別采用MoO3、WO3、Ni3O4、Co3O4、Fe2O3和MnO2的形式。
除了釉料層不必采用堿金屬鉀作為必要成分和鈦、鋯和鉿三種成分中的一種或兩種或全部被包括在上述范圍內(nèi)之外，第二種組分與第一種組分在別的釉料成分上相同。因此，效果A～C被同樣獲得。在其他方面，如果包含鈦、鋯和鉿三種成分中的一種或兩種，顯示如下的新效果。
(效果E)添加鈦、鋯或鉿，改善了耐水性。添加鋯或鉿，釉料層的耐水性的改善效果最顯著。順便提及，“耐水性良好”意味著，例如，釉料的粉末狀原材料與一種溶劑例如水混合，作為一種釉料漿料被保留很長時間。由于成分的洗脫，導(dǎo)致釉料漿料的粘度的增加，這種不便是難以發(fā)生的。因此，當(dāng)將這種釉料漿料涂布在絕緣體上時，容易優(yōu)化涂層的厚度，厚度上的不均勻被減少。因此所述優(yōu)化和所述減少可以被有效地獲得。如果這些成分的添加數(shù)量少于0.5mol％時，優(yōu)化效果是不夠的，通過增加膜厚，可能降低釉料層的絕緣電阻值。
對于釉料層，能夠選擇與第一和第二組成成分之和一致的組成成分，因此可以同時實現(xiàn)效果A～E。
符合本發(fā)明的火花塞的第三組成成分的特性在于釉料層包括1mol％或更少的氧化鉛(PbO)形式的鉛成分；包含硅或硼中的一種或兩種作為玻璃骨架結(jié)構(gòu)，釉料層包括鈉、鉀和鋰三種成分作為堿金屬成分，成分關(guān)系滿足下列公式NNa2O＜NLi2O＜NK2ONLi2O是以Li2O形式出現(xiàn)的鋰成分的摩爾含量，NNa2O是以Na2O形式出現(xiàn)的鈉成分的摩爾含量，NK2O是以K2O形式出現(xiàn)的鉀成分的摩爾含量。
這種組成成分的火花塞的釉料層與第一和第二組成成分的相同點在于以氧化鉛(PbO)形式出現(xiàn)的鉛成分的含量為1mol％或更少。因此，可以獲得A效果。同時包含硅或硼中的一種或兩種，調(diào)整鈉、鉀和鋰三種成分的數(shù)量，以滿足上述關(guān)系，所以顯示一種新的效果。
(效果F)堿金屬的離子導(dǎo)電性天性的高，在一玻璃狀的釉料層中降低絕緣性能。另一方面，硅或硼成分構(gòu)成玻璃骨架，如果適當(dāng)?shù)卮_定它們的含量，骨架網(wǎng)孔的尺寸被制造的便于阻塞堿金屬的離子傳導(dǎo)，可以保證良好的絕緣性能。由于硅或硼成分容易形成骨架，當(dāng)烘烤釉料時，它們起到減少流動性的作用。但是如果包含上述范圍的堿金屬成分，由于硅離子和氧離子的相互作用，由于逃避了反應(yīng)和復(fù)雜化，降低了熔化點，當(dāng)烘烤釉料時，流動性被增強。
如上所述，由于與鈉和鋰相比，鉀有更大的原子量，當(dāng)堿金屬成分的總含量被設(shè)定的具有相同的mol％時，鉀不象鈉和鋰那樣能夠改善流動性，但是與鈉和鋰相比(特別是與鋰相比)，由于在玻璃狀的釉料層中，鉀離子的運動性較低，雖然增加了包含數(shù)量，鉀難以降低釉料層的絕緣性能。另一方面，由于鋰的原子量小，與鉀相比，更能改善流動性，但是由于離子運動性高，額外的添加容易導(dǎo)致釉料層的絕緣性能下降。然而與鉀不同，鋰具有減少熱膨脹系數(shù)的性能。
因此，通過使鉀具有最大的含量，釉料層的絕緣性能的下降被有效地阻止，通過加入鋰，使其含量低于鉀的含量，在烘烤時，可以保證流動性，通過加入鉀，同時能夠遏止釉料層的熱膨脹系數(shù)的增加，使其與基底氧化鋁的熱膨脹系數(shù)相同。通過同時加入三種成分(將在下文介紹)，此時鈉的含量比鉀和鋰的含量低，由加入鋰而引起的絕緣性能的下降趨勢被有效地遏止。因此，一種理想的釉料組成成分被實現(xiàn)，它具有高的絕緣性能，當(dāng)烘烤時具有良好的流動性，與作為包含陶瓷的絕緣體的氧化鋁的熱膨脹系數(shù)的差別很小。也就是本發(fā)明的第二個問題被解決。
第三種組成成分的釉料層可以與上述第一和/或第二釉料具有一致的組成成分。
下文將解釋在上述火花塞的組成成分內(nèi)，每種釉料層包含范圍的關(guān)鍵問題。如果以氧化物形式出現(xiàn)的鉬、鎢、鎳、鈷、鐵和錳(下文中將被稱作“流動性改善過渡金屬成分”)中的一種或兩種或多種的全部含量低于0.5mol％時，可能出現(xiàn)這樣的情況，當(dāng)烘烤釉料時，不能總是提供改善流動性的效果，以便輕易地獲得光滑的釉料層。另一方面，如果超過5mol％，可能出現(xiàn)這樣的情況，即由于釉料的軟化溫度太高了，難以或不可能烘烤釉料。
作為流動性改善過渡金屬成分的含量超標(biāo)時所存在的問題，這種情況可能出現(xiàn)，即不期望的色彩出現(xiàn)在釉料層上。例如，可視的信息例如字母、圖象或產(chǎn)品數(shù)字被用彩色的釉料印刷在絕緣體的外表上，用于說明生產(chǎn)者或別的信息，如果釉料層的顏色太重，可能難以讀出被印刷的可視信息。另一個現(xiàn)實問題是，由釉料的組成成分的改變所引起的色彩的變化被買方看成“外觀上熟悉顏色的不合理的改變”，所以產(chǎn)生麻煩，由于視覺上的抵觸，產(chǎn)品不能很快地被接受。
形成釉料層的基底的絕緣體包括看上去是白的氧化鋁基的陶瓷，為了阻止或約束著色，期望形成在絕緣體上的釉料層被觀察的外觀上的著色被調(diào)整為0～6色度Cs和7.5～10亮度Vs，例如，上述過渡金屬成分的數(shù)量被調(diào)整。如果色度超過6，灰色或黑色可以被輕易地分辨。對于另一種方式，出現(xiàn)“明顯的著色”的感覺不能被消除的問題。色度最好是8～10，最佳為9～10。在本申請中，亮度和色度的測量方法可以采用JIS-Z8721的“顏色測量方法”中的“4光譜比色法”的“反射物體的測量方法4.3A”。作為一種簡單的方法，利用目測，通過與符合JIS-Z8721的標(biāo)準(zhǔn)顏色表相比，亮度和色度可以被知道。
通過使鎢的含量少于鉬和鐵的含量，當(dāng)烘烤釉料時流動性的改善效果最顯著。例如，可以使所有必須的過渡金屬成分是鉬、鐵或鎢。為了提高烘烤釉料時的流動性的改善效果，最好鉬的含量是必須的過渡金屬的50mol％或更多。
其次，理想的堿金屬成分的總含量為5～10mol％。當(dāng)?shù)陀?mol％時，釉料的軟化溫度升高，烘烤釉料可能變?yōu)椴豢赡堋．?dāng)大于10mol％時，絕緣性能可能下降，可能不具有抗飛弧的能力。堿金屬成分的含量最好為5～8mol％。對于堿金屬，并不依靠一種堿金屬，但是從鈉、鉀、鋰中添加兩種或全部，更有效地阻止釉料層的絕緣性能的降低。因此，可以在增加堿金屬成分的同時，不降低絕緣性能，因此，能夠同時獲得兩種效果，即保證了在烘烤時的流動性和并能抗飛弧(所謂的堿金屬共同添加效果)。
對于鈉、鉀、鋰堿金屬成分，期望確定以氧化物形式出現(xiàn)的鉀的比率為0.4≤K/(Na+K+Li)≤0.8因此，增加絕緣性能的效果被增強。但是如果K/(Na+K+Li)的值小于0.4，這種效果可能不顯著。
另一方面，K/(Na+K+Li)的值等于或小于0.8的原因是保證烘烤釉料時的流動性，這意味著鉀之外的別的堿金屬成分在下述范圍內(nèi)被同時添加，為0.2或大于(0.6或小于)。最好K/(Na+K+Li)的值被調(diào)整為0.5～0.7。
此外在堿金屬成分中，如果可行的話，鋰也被添加，以便改善絕緣性能、調(diào)整釉料層的熱膨脹系數(shù)、保證烘烤釉料時的流動性、增強機械強度。
期望以氧化物形式出現(xiàn)的鋰的mol％為0.2≤Li/(Na+K+Li)≤0.5。
如果鋰小于0.2，與氧化鋁基底相比，熱膨脹系數(shù)太大，因此缺陷例如龜裂輕易地產(chǎn)生，因此不足以保證烘烤后的釉料表面的光潔度。相反如果鋰大于0.5，由于在堿金屬離子中，鋰離子的運動性相對高，可能對絕緣性能帶來壞的影響。最好Li/(Na+K+Li)的值被調(diào)整為0.3～0.45。為了進一步通過添加多種堿金屬而增強絕緣性能，除了第三種成分鈉之外，可以添加別的堿金屬成分，別的金屬含量范圍被如此確定，不會由于堿金屬總量超標(biāo)而造成導(dǎo)電性變差。具體地說，最好鈉、鉀、鋰三種金屬都被包含。
對于硅成分，如果小于25mol％，則難以保證足夠的絕緣性能。如果大于45mol％，則難以烘烤釉料。硅的含量最好為30～40mol％。
如果硼的數(shù)量低于20mol％，釉料的軟化溫度上升，釉料的烘烤將變的困難。另一方面，如果含量大于40mol％，容易導(dǎo)致釉面皺折。根據(jù)別的成分的數(shù)量，這種憂慮可能會以失去玻璃光澤、絕緣性能降低或與基底的熱膨脹系數(shù)不一致的形式出現(xiàn)。如果可能的話，最好將硼的含量確定在25～35mol％范圍內(nèi)。
如果鋅的含量低于5mol％，釉料層的熱膨脹系數(shù)太大，容易在釉料層上出現(xiàn)例如皺折的缺陷。由于鋅起到降低釉料軟化溫度的作用，如果缺少鋅，釉料的烘烤將很困難。如果鋅的含量超過25mol％，由于失去玻璃光澤，很容易在釉料層上出現(xiàn)不透明現(xiàn)象。最好將鋅的含量確定在10～20mol％范圍內(nèi)。
鋇和鍶有助于增強釉料層的絕緣性能，能夠有效地增加強度。如果總含量低于0.5mol％，釉料層的絕緣性能變差，可能不能抗飛弧。如果超過20mol％，釉料層的熱膨脹系數(shù)太大，容易在釉料層上出現(xiàn)例如皺折的缺陷。此外，很容易在釉料層上出現(xiàn)不透明現(xiàn)象。從增強絕緣性能和調(diào)整熱膨脹系數(shù)的角度出發(fā)，最好將鋇和鍶鋅的總含量確定在0.5～10mol％范圍內(nèi)。可以包含鋇和鍶中的一種或兩種，但是鋇成分的原材料成本低。
根據(jù)所使用的原材料，鋇和鍶可以以氧化物形式之外的形式出現(xiàn)在釉料中。例如BaSO4被用作鋇的來源，硫成分可能是釉料層中剩余的，當(dāng)烘烤層時，這種硫磺成分被濃縮在釉料層的表面上，用于降低熔化的釉料的表面膨脹，增強所獲得的釉料層的光滑度。
以上述的氧化物形式出現(xiàn)的鋅、鋇和/或鍶的總含量被期望是8～30mol％。如果超過30mol％，很容易在釉料層上出現(xiàn)不透明現(xiàn)象。例如可視信息例如用彩色的釉料將字母、圖象或產(chǎn)品數(shù)字印刷在絕緣體的外表上，用于確定生產(chǎn)者和別的信息，由于這種不透明，可能難以讀出所印刷的信息。如果少于8mol％，軟化溫度急劇升高，釉料的烘烤是困難的，導(dǎo)致一種壞的外觀，最好總含量為10～20mol％。
以Al2O3形式出現(xiàn)的1～10mol％的鋁、以CaO形式出現(xiàn)的1～10mol％的鈣和以MgO形式出現(xiàn)的0.1～10mol％的鎂，這三種金屬中的一種或兩種或全部的總含量為1～15mol％。鋁能有效地遏止不透明現(xiàn)象，鈣和鎂能夠增強釉料層的絕緣性能。具體地說，從改善釉料層的絕緣性能的角度出現(xiàn)，鈣僅次于鋇或鋅。如果添加的數(shù)量少于每種成分的下限，效果不充分，如果添加的數(shù)量大于每種成分的上限或大于總含量的上限，由于軟化溫度的急劇的增大，難以或不可能烘烤釉料。
從熱膨脹系數(shù)的觀點出發(fā)，以B2O3出現(xiàn)的硼和以ZnO形式出現(xiàn)的鋅，兩者的總摩爾含量是N(B2O3+ZnO)，堿土金屬成分RE(RE是鋇、鎂、鈣和鍶中的一種或兩種或更多種)以化合物REO形式出現(xiàn)，堿金屬成分R(R是鈉、鉀和鋰中的一種或兩種或全部)以化合物R2O形式出現(xiàn)，全部摩爾含量是N(REO+R2O)，最好符合下列公式1.5≤N(B2O3+ZnO)/N(REO+R2O)≤3.0這意味著B2O3和ZnO起降低熱膨脹系數(shù)的作用，同時堿土金屬氧化物REO和堿金屬氧化物R2O起增加熱膨脹系數(shù)的作用，所以，能夠使熱膨脹系數(shù)與氧化鋁基底的熱膨脹系數(shù)相符。因此，可以避免釉料層外觀出現(xiàn)皺折、龜裂或剝落現(xiàn)象。如果上述范圍小于1.5，與氧化鋁基底相比，釉料層的熱膨脹系數(shù)太大，容易出現(xiàn)例如皺折那樣的缺陷，所以可能不能保證烘烤后釉料表面的光潔度。相反，如果大于3.0，與氧化鋁基底相比，釉料層的熱膨脹系數(shù)太小，釉料層容易出現(xiàn)例如龜裂或剝落那樣的缺陷。為使這種效果更顯著，最好符合下列公式1.7≤N(B2O3+ZnO)/N(REO+R2O)≤2.5輔助成分鉍、錫、銻、磷、銅、鈰和鉻中的一種或兩種被包含在釉料層中，總含量為5mol％或少于5mol％，這些金屬分別以Bi2O3、SnO2、Sb2O5、P2O5、CuO、CeO2和Cr2O3的形式出現(xiàn)，可以根據(jù)目的而主動添加這些成分，或經(jīng)常不可避免地被包括在釉料的原材料中(否則在下文中所提到的當(dāng)準(zhǔn)備釉料漿料時，這些輔助成分被混合粘土礦物)或雜質(zhì)(否則污染物)中，所述雜質(zhì)來自于用于生產(chǎn)釉料玻璃料的熔化工序中的耐火材料。這些成分中的每一種成分都可在烘烤釉料時增強流動性，遏止釉料層中氣泡的形成或清除粘附在烘烤后的釉料層表面上的物質(zhì)，以阻止不正常的凸起。鉍和銻特別有效。
在本發(fā)明的火花塞的化合物中，釉料中所包含的各種成分以氧化物形式出現(xiàn)，由于形成非晶體和玻璃狀態(tài)的因素，作為氧化物的存在形式不能經(jīng)常被辨別。在此情況下，如果以氧化物形式出現(xiàn)的成分的含量的值落在上述范圍內(nèi)，認為它們屬于本發(fā)明的范圍。
通過使用眾所周知的個體分析方法，例如EPMA(電子探針個體分析)或XPS(X射線光電子能譜學(xué))，形成在絕緣體上的釉料層內(nèi)的各種成分的含量可以被鑒別。例如如果使用EPMA，或者波長分散系統(tǒng)或者能量分散系統(tǒng)都足以測量X射線的特性。此外，還有一種方法，即將釉料層從絕緣體上剝落，使其經(jīng)歷化學(xué)分析和氣體分析，用于鑒別成分通過組裝而形成具有本發(fā)明的釉料層的火花塞，即將一軸向成型的終端金屬夾具與中央電極作為一個物體或兩者之間具有一粘合劑層即所述金屬夾具與中央電極分離，將兩者裝配在絕緣體上的一個通孔內(nèi)。此時，整個火花塞被保持在500℃左右，使終端金屬夾具和金屬外殼之間能夠?qū)щ?，確保能夠測量絕緣電阻值。為了在高溫下保持長期絕緣，期望絕緣電阻值為200MΩ或更大，最好為400MΩ或更大，以阻止放電。
圖6顯示了一種測量系統(tǒng)，直流電源(例如1000V電源)被連接到火花塞100的的終端金屬13的側(cè)面，同時，金屬外殼1的側(cè)面接地，設(shè)置在一加熱爐內(nèi)的火花塞100被加熱到500℃，此時電流通過。例如假設(shè)利用一測量電流電阻(電阻值Rm)，在電壓為VS時，測量出的電流值為Im，要被測量的絕緣電阻值Rx可以被獲得，其值為(VS/Im)-Rm(在圖中，通過一個用于放大電流測量電阻兩端的電壓差的差動放大器的輸出，電流值Im被測量)。
絕緣體可以包括氧化鋁絕緣材料，所述絕緣材料包含85～98mol％的以Al2O3形式出現(xiàn)的鋁。最好當(dāng)溫度為20～350℃時，釉料的平均熱膨脹系數(shù)為5×10-6/℃～8.5×10-6/℃，如果小于下限，則在釉料層上容易出現(xiàn)破裂或釉料遺漏。另一方面，如果超過上限，釉料層上容易出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象，熱膨脹系數(shù)最好為6×10-6/℃～8×10-6/℃。
釉料層的熱膨脹系數(shù)可以被這樣測定，從通過混合和熔化原材料而形成的玻璃狀的釉料體上切割出樣品，樣品的成分幾乎與釉料層的成分完全相同，使用眾所周知的膨脹計方法，測量出熱膨脹系數(shù)。可以使用例如激光干涉儀或原子間力顯微鏡測量絕緣體上的釉料層的熱膨脹系數(shù)。
在軸向中間位置處，在外圓周方向上，絕緣體具有一個凸起。以軸向上向著中央電極前端的一側(cè)作為前側(cè)，作為前側(cè)，絕緣體主體的底部的外周面是一圓柱形，此時底部的外周面被涂附厚度為7～50μm的釉料層。
在一汽車發(fā)動機中，利用皮碗，將火花塞連接到發(fā)動機的電器設(shè)備上，為了增強抗飛弧能力，重點是絕緣體和皮碗內(nèi)部之間的附著。發(fā)明人認真研究并發(fā)現(xiàn)，在硼硅玻璃的無鉛釉料或堿性硼硅酸鹽的無鉛釉料中，重要的是調(diào)整釉料層的厚度，用于獲得烘烤后釉料的光滑的表面，絕緣體主體的底部的外圓周特別要求與皮碗的附著，除非適當(dāng)調(diào)整釉料層的厚度，否則不能保證具有充分的抗飛弧能力。因此，在具有符合本發(fā)明火花塞的第三種組成成分的無鉛釉料層的絕緣體上，如果覆蓋絕緣體底部外圓周的釉料層的厚度被設(shè)定在上述數(shù)值范圍內(nèi)，烘烤后釉面與皮碗的附著可以被增強，同時在不降低釉料層的絕緣性能的前提下，抗飛弧能力被改善如果覆蓋在絕緣體底部外圓周的釉料層的厚度少于7μm，上述組成成分的釉料難以形成光滑的烘烤表面，所以烘烤后釉面與皮碗的附著被破壞，不能有效地抗飛弧。但是如果釉料層的厚度大于50μm，導(dǎo)電的的橫截面區(qū)域增加，上述組成成分的釉料難以保證絕緣性能，可能導(dǎo)致抗飛弧能力下降。
為了使釉料層的厚度均勻或控制過(或特別)厚釉料層，如上所述，添加鈦、鋯和鉿是有益的。
生產(chǎn)本發(fā)明的火花塞的方法包括如下步驟準(zhǔn)備原材料按預(yù)定比率混合的釉料粉末，混合物被加熱到1000～1500℃并熔化，使熔化的材料快速地冷卻、成玻璃化并研成粉末；將釉料粉末堆砌在絕緣體的表面上形成釉料層；對絕緣體進行加熱，烘烤釉料層。每種成分的粉末狀原材料不僅包括氧化物(很復(fù)雜的氧化物)，而且包括其它無機物，例如氫氧化物、碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽或磷酸鹽。通過加熱和熔化，這些無機物能夠轉(zhuǎn)變成氧化物。通過將熔化物放入水中或?qū)⑷刍飮姷嚼鋮s輥的表面上獲得薄片而快速地冷卻。
釉料粉末被放在水或溶液中，所以可以被用作釉料漿料。例如如果將漿料涂附在絕緣體的表面上并使之干燥，釉料粉末的堆砌層可以被形成為涂覆層或釉料漿料。順便說一句，作為將釉料漿料涂附在絕緣體的表面上的方法，如果采用噴嘴噴的方法，具有均勻厚度的釉料粉末堆砌層可以被輕易地形成，涂覆層厚度的調(diào)整很容易。
釉料漿料可以包含適當(dāng)數(shù)量的粘土礦物或有機粘合劑，用于增強釉料粉末的堆砌層的形狀保持性。對于粘土礦物，那些主要由硅鋁酸鹽水合物組成的物質(zhì)可以被使用，例如那些包含水鋁英石、伊毛鎬石、硅鐵石、蒙脫石、高嶺石、埃洛石、膠嶺石、蛭石和白云石中的一種或兩種或多種(或混合物)可以被使用。對于氧化物，除了SiO2和Al2O3之外，那些主要包括Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、Na2O和K2O中的一種或兩種或多種的物質(zhì)可以被使用。
本發(fā)明的火花塞由以下部件構(gòu)成，一具有軸向通孔的絕緣體、一被裝配在所述通孔一端的終端金屬夾具和一被裝配在所述通孔另一端的中央電極。通過主要包括由玻璃和導(dǎo)電材料組成的混合物的導(dǎo)電燒結(jié)體(例如導(dǎo)電玻璃封接或電阻器)，中央電極和終端金屬夾具電連接。具有這樣結(jié)構(gòu)的火花塞可以被包括如下步驟的工藝所制成。
一裝配步驟裝配一包括具有通孔的絕緣體、一位于所述通孔一端的終端金屬夾具、一位于所述通孔另一端的中央電極和位于終端金屬夾具和中央電極之間的填充層的結(jié)構(gòu)的步驟，所述填充層包括玻璃粉末和導(dǎo)電材料粉末。
一釉料烘烤步驟對被裝配后的結(jié)構(gòu)中，在絕緣體的表面上形成由釉料粉末組成的堆砌層，然后將該結(jié)構(gòu)加熱到800～950℃，對絕緣體的表面上所形成的由釉料粉末組成的堆砌層進行烘烤以形成釉料層，同時軟化所述填充層內(nèi)的玻璃粉末。
一施壓步驟使中央電極和終端金屬夾具在通孔內(nèi)緊密接觸，因此將中央電極和終端金屬夾具之間的填充層壓成導(dǎo)電的燒結(jié)體。
此時，通過導(dǎo)電的燒結(jié)體，中央電極和終端金屬夾具電連接，所述燒結(jié)體同時還阻塞通孔內(nèi)側(cè)和中央電極和終端金屬夾具之間的間隙。因此，玻璃烘烤步驟也被用做玻璃封接步驟。玻璃封接和釉料烘烤被同時進行，這個工序是有效的。由于上述釉料允許烘烤溫度為800～950℃，中央電極和終端金屬夾具幾乎不受氧化的影響，所以火花塞的產(chǎn)量被提高，釉料烘烤步驟先于玻璃封接步驟也是可行的。
釉料層的軟化溫度最好被調(diào)整到520～700℃。當(dāng)軟化溫度大于700℃時，將需要大于950℃的烘烤溫度，以進行烘烤和玻璃封接，可能加速中央電極和終端金屬夾具的氧化。當(dāng)軟化溫度低于520℃時，釉料烘烤溫度可能被設(shè)定的低于800℃。此時用于導(dǎo)電燒結(jié)體的玻璃必須有一個低的軟化溫度，以便保證滿意的玻璃封接。因此，當(dāng)加工后的火花塞在一高溫環(huán)境下長期使用時，導(dǎo)電燒結(jié)體中的玻璃容易變性，例如，導(dǎo)電燒結(jié)體包括一電阻器，玻璃的變性導(dǎo)致性能的下降，例如負載下的使用壽命。有時，釉料層的軟化溫度被調(diào)整為520～620℃。
通過對從絕緣體上脫落下的釉料層進行示差熱分析，釉料層的軟化溫度可以被測量，該溫度作為次于第一吸熱峰的峰值溫度(第二吸熱峰)被獲得，是一個下垂點。形成在絕緣體表面上的釉料層的軟化溫度可以從一玻璃樣品中所獲得的值中估測出來，通過混合原子材料并熔化原材料并快速地冷卻，而制成所述樣品，所述樣品的組成成分與要被測量的釉料層的組成成分相同。
下文將結(jié)合附圖介紹用于實施本發(fā)明的模式。圖1顯示了符合本發(fā)明火花塞的第一種結(jié)構(gòu)?；鸹ㄈ?00具有一圓柱形金屬外殼1；一裝配在金屬外殼1內(nèi)部的絕緣體2，它的端部21從金屬外殼1的前端突出；一被設(shè)置在絕緣體2內(nèi)部的中央電極3，它的點火部分31被形成在端部；一接地電極4，它的一端被焊接在金屬外殼1，另一端向內(nèi)彎曲，使該端的一個側(cè)面面對中央電極3的端部。接地電極4具有一個面對著點火部分31的點火部分32，在相互面對的點火部分之間形成火花隙。
金屬外殼1由低碳鋼形成圓柱形，它具有螺紋，便于將火花塞100擰入內(nèi)燃機部分(圖中未示)，符號1代表一六角螺母部分，一個工具例如扳手或板鉗作用在所述六角螺母部分，用于緊固金屬外殼1。
絕緣體2在它的軸向有一個通孔6。一終端夾具13被固定在所述通孔6的一端，中央電極3被固定在所述通孔的另一端。一電阻15被設(shè)置在所述通孔6內(nèi)，位于中央電極3和夾具13之間。通過導(dǎo)電的玻璃封接層16和17，電阻15的兩端分別與中央電極3和終端金屬夾具13相連。電阻15和導(dǎo)電玻璃封接層16、17構(gòu)成導(dǎo)電的燒結(jié)體。通過在一下文介紹的玻璃封接工序中對玻璃粉末和導(dǎo)電材料粉末(如果期望的話，也可以使用陶瓷粉末，而不是玻璃粉末)的混合物加熱和施加壓力，形成電阻15。電阻15可以被省略，中央電極3和終端金屬夾具13可以通過一導(dǎo)電玻璃封接的封接層而直接連接。
絕緣體2在它的軸向具有一個通孔6，用于安裝中央電極3，用絕緣材料作為一個整體而被形成，也就是絕緣材料主要由氧化鋁陶瓷燒結(jié)體組成，該燒結(jié)體具有以Al2O3形式出現(xiàn)的含量為85～98mol％的鋁。
除了鋁之外，特定的成分如下所示。
以SiO2形式出現(xiàn)的硅成分1.50～5.00mol％以CaO形式出現(xiàn)的鈣成分1.20～4.00mol％以MgO形式出現(xiàn)的鎂成分0.05～0.17mol％以BaO形式出現(xiàn)的鋇成分0.15～0.50mol％以B2O3形式出現(xiàn)的硼成分0.15～0.50mol％絕緣體2具有一個向外突出的凸起2e，也就是軸向方向的中部的周邊上的法蘭形狀；一個后部2b，它的外徑比凸起2e的外徑??；一第一前部2g，位于凸起部分2e之前，它的外徑比凸起2e的外徑??；和一位于第一前部之前的第二前部2i，它的外徑比第一前部2g的外徑小。使后部2b的后端的周邊起皺以形成皺狀2c。第一前部2g幾乎是圓柱形的，第二前部2i向它的端部21傾斜。
另一方面，中央電極3的直徑比電阻15的直徑小。絕緣體2的通孔6被分成具有一圓形橫截面的第一部分6a(前部)和一具有一圓形橫截面的第二部分6b(后部)，中央電極3被安裝在第一部分的圓形橫截面內(nèi)，第二部分的圓形橫截面的直徑比第一部分的圓形橫截面的直徑大。終端金屬夾具13和電阻15被設(shè)置在第二部分6b內(nèi)，中央電極3被插入第一部分6a內(nèi)，中央電極3的后端具有一個向外的凸起3c圍繞它的周邊，利用所述凸起固定中央電極。通孔6的第一部分6a和第二部分6b如圖3A所示那樣在第一前部2g被彼此相連，在連接部分，一凸起接受面6c是傾斜的或圓的，用于接受凸起3c，用于固定中央電極3。
絕緣體2的第一前部2g和第二前部2i在連接部分2h連接，此處絕緣體的外表面上出現(xiàn)差異。金屬外殼1在它的內(nèi)壁在相遇連接部分2h的位置具有一個凸起1c，所以連接部分2h通過一墊圈63與凸起1c配合，以阻止在軸向上的滑動。墊圈62被設(shè)置在金屬外殼1的內(nèi)壁和絕緣體2的外側(cè)之間，在法蘭形狀的凸起部分2e的后部，墊圈60被設(shè)置在墊圈62的后部。墊圈60和62之間的空間充滿填充物例如滑石。絕緣體被插入金屬外殼1并向著外殼1的前端運動，在此條件下，金屬外殼1的后開口邊緣被壓向墊圈60，用以形成一密封唇1d，金屬外殼1被緊固在絕緣體2上。
圖3A和3B顯示了絕緣體2的具體實施例。絕緣體的尺寸規(guī)格如下總長度L130～75mm；第一前部2g的長度L20～30mm(除了與凸起部分2e相連的連接部分2f之外但包括與第二前部2i相連部分2h)；第二前部2i的長度L32～27mm；后部2b的外徑D19～13mm；凸起部分2e的外徑D211～16mm；第一前部2g的外徑D35～11mm；第二前部2i的外徑D43～8mm；第二前部2i的末端外徑(此時末端是圓形或傾斜的，在一橫截面內(nèi)從圓的或傾斜的部分的底部測量外徑)D52.5～7mm；通孔6的第二部分6b的內(nèi)徑D62～5mm；通孔6的第一部分6a的內(nèi)徑D71～3.5mm；第一前部2g的厚度t10.5～4.5mm；第二前部2i的底部厚度t2(在垂直于中央軸線O的方向上厚度)0.3～3.5mm；第二前部2i的末端厚度t3(在垂直于中央軸線O的方向上厚度；此時末端的外形是圓的或傾斜的，在一包括中央軸線O的橫截面內(nèi)，在圓的或傾斜的末端的底部測量厚度)0.2～3mm；第二前部2i的平均厚度tA((t2+t3)/2)0.25～3.25mm；在圖1中，絕緣體2的2k部分的長度LQ是23～27mm(也就是大約25mm)，該部分從金屬外殼1的后端向上突出。在一個包括絕緣體的中央軸線O的垂直橫截面內(nèi)，在絕緣體2的突出部分2k的外輪廓上，沿絕緣體2的輪廓所測量的2k部分的長度LP是26～32mm(例如大約29mm)，從對應(yīng)于金屬外殼1的后端的位置開始，通過起皺部分2c，到達絕緣體2的后端。
如圖3A所示，絕緣體2具有下列尺寸L1＝大約60mm，L2＝大約10mm，L3＝大約14mm，D1＝大約11mm，D2＝大約13mm，D3＝大約7.3mm，D4＝5.3mm，D5＝4.3mm，D6＝3.9mm，D7＝2.6mm，t1＝3.3mm，t2＝1.4mm，t3＝0.9mm，tA＝1.15mm。
圖3B所示的絕緣體2在第一前部2g和第二前部2i的外徑尺寸比圖3A所示的絕緣體的尺寸稍大，具有下列尺寸L1＝大約60mm，L2＝大約10mm，L3＝大約14mm，D1＝大約11mm，D2＝大約13mm，D3＝大約9.2mm，D4＝6.9mm，D5＝5.1mm，D6＝3.9mm，D7＝2.7mm，t1＝3.3mm，t2＝2.1mm，t3＝1.2mm，tA＝1.65mm。
如圖2所示，釉料層2d被形成在絕緣體2的外表面上，更具體地說，被形成在包括起皺部分2c的后部2b的外表面上。釉料層2d的厚度為7～150μm，最好是10～50μm。如圖1所示，形成在后部2b上的釉料層2d沿向前的方向從金屬外殼1的后端延伸預(yù)定的長度，同時后側(cè)延伸到后部2b的后端。
釉料層2d具有上述的任何一種用于解決問題、工作和效果的組成成分。每種成分的范圍的關(guān)鍵含義已經(jīng)被詳細地介紹了，下文將不再重復(fù)說明。在后部2b(圓柱形和不起皺外輪廓部分2c，從金屬外殼1向下突出)的底部的外周面上的釉料層的厚度tg(平均值)是7～50μm。可以省略起皺部分2c，此時，在從金屬外殼1的后端向上到達主要部分1b的凸起長度LQ的50％的區(qū)域內(nèi)的釉料層2d的平均厚度是tg。
接地極4和中央電極的芯部3a由鎳合金制成。中央電極的芯部3a被埋在由芯部3b的內(nèi)部，所述芯部3包含銅或銅合金，用于加速熱的散發(fā)。點火部分31和相反的點火部分32主要由貴重金屬合金制成，所述貴重金屬合金包括銥、鉑和銠。中央電極的芯部3的直徑在前端被減少，其前面被形成為平的，一由合金制成的包括點火部分的盤與之重疊，使用激光焊接、電子束焊接或電阻焊接方法對重疊部分進行焊接以形成一被焊接部分W，因此，構(gòu)成點火部分31。相對的點火部分32位于接地極4的末端，在對著點火部分31的位置，接頭的周邊被焊接，沿外邊緣部分形成一類似的被焊接部分W。所述末端由一熔化金屬而制成，所述熔化金屬包含預(yù)定比率的合金成分，或通過成型和燒結(jié)合金粉末或具有預(yù)定比率的混合金屬粉末而制成所述末端。至少點火部分31和相對的點火部分32中的一個可以被省略。
火花塞100可以被如此生產(chǎn)。在準(zhǔn)備絕緣體2時，氧化鋁粉末與硅、鈣、鎂、鋇、硼組分的原材料粉末用如此混合比混合，燒結(jié)后給出上述組成成分，混合后的粉末與規(guī)定數(shù)量的粘合劑(例如PVA)和水混合以形成漿料。原材料粉末包括例如作為硅成分的SiO2粉末、作為鈣成分的CaCO3粉末，作為鎂成分的MgO粉末，作為鋇成分的BaCO3和作為硼成分的H3BO3。其中用液體形式添加H3BO3。
漿料被噴霧干燥成顆粒狀用于形成一坯體，形成坯體顆粒被送進一橡皮模被壓成絕緣體的原型，通過研磨圖1所示的絕緣體2的輪廓，對所形成的原型的外側(cè)進行加工，然后在1400～1600℃下燒結(jié)，獲得絕緣體2。
按下述方法制造釉料漿料。
硅、硼、鋅、鋇和堿金屬(鈉、鉀、鋰)的原材料粉末(例如以SiO2形式出現(xiàn)的硅成分，以H3BO3形式出現(xiàn)的硼成分，以ZnO形式出現(xiàn)的鋅成分，以BaCO3形式出現(xiàn)的鋇成分，以Na2CO3形式出現(xiàn)的鈉成分，以K2CO3形式出現(xiàn)的鉀成分，以Li2CO3形式出現(xiàn)的鋰成分)被混合，以獲得預(yù)定的組成成分。在1000～1500℃下，混合的粉末被加熱和熔化，然后放在水中快速地冷卻用于玻璃化，隨后磨碎以制造釉料玻璃粉。釉料玻璃粉與預(yù)定數(shù)量的粘土礦物例如高嶺粘土或蛙目粘土和有機粘合劑混合，并加入水制成釉料漿料。
如圖7所示，釉料漿料S從噴嘴N噴出用于覆蓋絕緣體2所要求的表面，因此，形成一個釉料漿料的覆蓋層2d’，作為釉料粉末的堆起的層。
中央電極3和終端金屬夾具13被設(shè)置在由釉料漿料覆蓋層2d’和電阻15組成的絕緣體2內(nèi)，導(dǎo)電玻璃封頭層16和17隨后被形成。如圖8A所示，中央電極3被插入通孔6的第一部分6a。導(dǎo)電玻璃粉末H如圖8B所示被注入通孔6內(nèi)。通過將一個壓縮棒28壓入通孔6以形成第一導(dǎo)電玻璃粉未層26，粉末H被初步壓縮。用于電阻成分的原材料粉末被注入并用同樣的方式進行壓縮，因此，如圖8所示，第一導(dǎo)電玻璃粉末26、電阻成分粉末層25和一第二導(dǎo)電玻璃粉末層27從中央電極3(下側(cè))處被疊加進入通孔6。
一種裝配結(jié)構(gòu)PA被形成，此時如圖9A所示終端金屬夾具13從上部被插入通孔6。被裝配結(jié)構(gòu)PA被安置在一加熱爐內(nèi)，在高于軟化溫度的800～950℃的溫度下被加熱，終端金屬夾具13從中央電極3相反側(cè)被壓入通孔6，因而，在軸向上壓疊加層25～27。因此，如圖9B所示，每個層被壓縮和燒結(jié)，變成一導(dǎo)電玻璃封接層16、一電阻15和一導(dǎo)電玻璃封接層17(上述是玻璃封接工序)。
如果包含在釉料漿料覆蓋層2d’中的釉料粉末的軟化溫度被設(shè)定在600～700℃，層2d’可以如圖9A和9B所示那樣被烘烤，與上述玻璃封接工序中的烘烤時間相同，變成釉料層2d。由于玻璃封接工序的加熱溫度從相對較低的溫度800～950℃中選擇，中央電極和終端金屬夾具的表面氧化可以被減少。
如果一種燃燒類型的噴氣爐被用作加熱爐(也可被用作釉料烘烤爐)，加熱氣氛中包含相對多的蒸汽作為燃燒產(chǎn)物。如果包含40mol％或更少的硼成分的釉料被使用，當(dāng)烘烤時，在這種氣氛下流動性被保證，能夠形成光滑的和均勻的釉料層并具有良好的絕緣性。
在玻璃封接工序之后，接地極4和別的部件被安裝在結(jié)構(gòu)PA上，以完成圖1所示的火花塞100。使用螺紋7將火花塞100擰入發(fā)動機部分，被用作火花源以點燃提供到燃燒腔的空氣/燃料混合物。通過橡膠蓋RC(包含例如硅橡膠)，一種高壓電纜或一點火線圈被連接到火花塞100。橡膠蓋RC具有一直徑比后部2b的外徑D1(圖3)小大約0.5～1.0mm的小孔。后部2b被壓入橡膠蓋，同時彈性擴大孔，直到橡膠蓋覆蓋了后部的基部。
因此，橡膠蓋RC與后部2的外表面緊密接觸，起到絕緣蓋的功能以阻止放電。
順便說一句，本發(fā)明的火花塞不局限于圖1所示的類型，而可以是如圖4所示，接地極4的末端被制造的面對中央電極3，以形成點火間隙。此外，如圖5所示，一半平面放電類型火花塞也是有用的，此時絕緣體2的前端進入中央電極3的側(cè)面和接地極4的前端。
實施例為了確定本發(fā)明的效果，進行了下列實施例。
(實施例1)絕緣體2被這樣制造，氧化鋁粉末(氧化鋁含量95mol％；鈉含量(Na2O)0.1mol％；平均顆粒尺寸3.0μm)按預(yù)定的混合比與SiO2(純度99.5％；平均顆粒尺寸1.5μm)、CaCO3(純度99.9％；平均顆粒尺寸2μm)、氧化鎂(純度99.5％；平均顆粒尺寸2μm)、BaCO3(純度99.5％；平均顆粒尺寸1.5μm)、H3BO3(純度99.0％；平均顆粒尺寸1.5μm)和ZnO(純度99.5％；平均顆粒尺寸2.0μm)混合。以重量計算，100份混合粉末中加3份PVA作為親水粘合劑和103份水，混合物被混合以形成漿料。
由此獲得的漿料被噴霧干燥制成球型顆粒，它們被過篩以獲得50～100μm顆粒。使用眾所周知的橡膠壓制方法，在50MP壓力下成形。所得成形體的外表面被磨床加工成預(yù)定的形狀并在1550℃下烘烤，以獲得絕緣體2。X射線熒光分析揭示，絕緣體2具有下列組成成分。
鋁成分(Al2O3)94.9mol％；硅成分(SiO2)2.4mol％；鈣成分(CaO)1.9mol％；鎂成分(MgO)0.1mol％；鋇成分(BaO)0.4mol％；硼成分(B2O3)0.3mol％圖3A所示的絕緣體2具有下列尺寸L1＝大約60mm，L2＝大約8mm，L3＝大約14mm，D1＝大約10mm，D2＝大約13mm，D3＝大約7mm，D4＝5.5mm，D5＝4.5mm，D6＝4mm，D7＝2.6mm，t1＝1.5mm，t2＝1.45mm，t3＝1.25mm，tA＝1.35mm。在圖1中，絕緣體2的2k部分的長度LQ是25mm，該部分從金屬外殼1的后端突出。在一包含絕緣體中央軸線O的垂直橫截面視圖中，在絕緣體2的2k突出部分的外輪廓上，沿絕緣體2的輪廓所測量的2k部分的長度LP是29mm，從對應(yīng)于金屬外殼1的后端的位置開始，通過起皺部分2c的表面，到達絕緣體2的后端。
SiO2粉末(純度99.5％)、H3BO3粉末(純度98.5％)、Na2CO3粉末(純度98.5％)、K2CO3粉末(純度99％)、Li2CO3粉末(純度99％)、BaSO4粉末(純度99.5％)、SrCO3粉末(純度99％)、ZnO粉末(純度99.5％)、MoO3粉末(純度99％)、Fe2O3粉末(純度99％)、WO3粉末(純度99％)、Ni3O4粉末(純度99％)、Co3O4粉末(純度99％)、MnO2粉末(純度99％)、CaO粉末(純度99.5％)、TiO2粉末(純度99.5％)、ZrO2粉末(純度98.5％)、HfO2粉末(純度99％)、MgO粉末(純度99.5％)、Sb2O5粉末(純度99％)、Bi2O3粉末(純度99％)、SnO2粉末(純度99.5％)、P2O5粉末(純度99％)、CuO粉末(純度99％)、CeO2粉末(純度99.5％)和Cr2O3粉末(純度99。5％)被混合?；旌衔镌?000～1500℃熔化，熔化物被倒在水中，快速地冷卻，用于玻璃化，隨后在一氧化鋁球蘑機上研磨成顆粒尺寸為50μm或更小的粉末。3重量份的新西蘭瓷土和2份作為普通粘合劑的PVA混入100份的釉料粉末，混合物與100水捏制，以制成釉料漿料。
如圖7所示，釉料漿料從噴嘴被噴到絕緣體2上，干燥以形成涂覆厚度為100μm的釉料漿料覆蓋層2d’。結(jié)合圖11和12，通過上述工序，使用絕緣體2可以生產(chǎn)幾種類型的火花塞100。螺紋7的外徑是14。由包含B2O3-SiO2-BaO-Li2O玻璃粉末、ZrO2粉末、碳黑粉末、TiO2粉末和金屬鋁粉末的混合粉末制成電阻器15。玻璃封接層16和17由包含B2O3-SiO2-Na2O玻璃粉末、銅粉末、鐵粉末和Fe-B粉末的混合粉未制成。用于玻璃封接的加熱溫度也就是釉料烘烤溫度被設(shè)定為900℃。
另一方面，這種釉料被生產(chǎn)，沒有被粉碎，但是在塊體中被結(jié)晶。用X射線衍射來確定塊狀物是否為玻璃化(非結(jié)晶)狀態(tài)。
按下述方法進行實驗(1)化學(xué)成分分析進行X射線熒光分析。每種樣品的分析值(氧化物形式)被顯示在表1～6中。通過EPMA方法對形成在絕緣體上的釉料層2進行分析所獲得的值與對塊狀樣品的測量結(jié)果幾乎相同。
(2)熱膨脹系數(shù)從塊狀物上切下5mm×5mm×5mm大小的樣品，在溫度為20～350℃下用眾所周知的膨脹計方法進行測量。對從絕緣體2上切下的同樣尺寸的樣品進行同樣的測量。結(jié)果是73×10-7/℃。
(3)軟化溫度對重量為50mg的粉末樣品進行不同的熱分析，從室溫開始加熱測量，第二個吸熱峰值被當(dāng)作軟化溫度。
針對不同的火花塞，結(jié)合圖8A～8D所介紹的工序，施加1000V電壓時，在500℃時的絕緣電阻值被估算。此外，用肉眼觀察形成在絕緣體2上的釉料層2d的外觀。在橫截面上使用SEM觀察方法，絕緣體基端部分的外輪廓上的釉料層的膜厚被測量。光澤和透明性方面沒有發(fā)現(xiàn)變態(tài)，是優(yōu)異的(00)，雖然在一個可接受的范圍內(nèi)，存在輕微的皺縮和不透明，但屬于良好的(0)。外觀變態(tài)被顯示在表中的各列中。上述結(jié)果如表1～6所示表1
Com.組成成分*表明落在本發(fā)明之外表2
Com組成成分*表明落在本發(fā)明范圍以外表3
com.組成成分，A龜裂，B釉料不充分的熔化*表明落在本發(fā)明范圍以外表4
Com.組成成分，A；龜裂，D不透明*表明落在本發(fā)明范圍之外表5
Com.組成成分，D*不透明，E*起氣泡*表明落在本發(fā)明范圍以外表6
Com.組成成分，B釉料不充分熔化，F(xiàn)出現(xiàn)龜裂，G保持氣泡*表明落在本發(fā)明范圍之外根據(jù)結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的釉料組成成分，雖然基本上不包含鉛，釉料可以在相對低的溫度下被烘烤，可以保證足夠的絕緣性能，烘烤后釉料層的表面的外觀是可以接受的。
所有要求外國優(yōu)先權(quán)的外國專利申請都被結(jié)合作為參考。
權(quán)利要求
1.一種火花塞，包括一中央電極；一金屬殼；一被安置在中央電極和金屬殼之間的氧化鋁陶瓷絕緣體，至少絕緣體的部分表面被一包含氧化物的釉料層所覆蓋，所述釉料層包含1mol％或更少的PbO形式的鉛成分；至少硅或硼兩種金屬中的一種，作為玻璃骨架結(jié)構(gòu)；鈉、鉀和鋰三種成分作為堿金屬成分，組成成分滿足下列公式NNa2O＜NLi2O＜NK2O其中，NLi2O是以Li2O形式出現(xiàn)的鋰成分的摩爾含量，NNa2O是以Na2O形式出現(xiàn)的鈉的摩爾含量，NK2O是以K2O形式出現(xiàn)的鉀的摩爾含量。
2.一根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于釉料層包括鉀，并且至少包括鈉、鉀和鋰三種堿金屬成分中兩種成分，滿足這樣的關(guān)系0.4＜NK2O/NR2O＜0.8，當(dāng)至少兩種堿金屬被當(dāng)作R，NR2O是以化合物R2O形式出現(xiàn)的兩種堿金屬的所有摩爾含量，NK2O是以K2O形式出現(xiàn)的鉀的摩爾含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于釉料層包括鋰，并且至少包括鈉、鉀和鋰三種堿金屬成分中兩種成分，滿足這樣的關(guān)系0.2＜NLi2O/NR2O＜0.5，當(dāng)至少兩種堿金屬被當(dāng)作R，NR2O是以化合物R2O形式出現(xiàn)的兩種堿金屬的所有摩爾含量，NLi2O是以Li2O形式出現(xiàn)的鋰的摩爾含量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于釉料層包括鋅，還至少包括鋇和鍶兩種成分中一種成分，釉料層所包含上述所有成分的數(shù)量為10～30mol％，它們分別以ZnO、BaO和SrO形式出現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于釉料層至少包括鋁、鈣和鎂三種成分中的一種，其總含量為0.1～15mol％，其中，以Al2O3形式出現(xiàn)的鋁0.1～10mol％，以CaO形式出現(xiàn)的鈣0.1～10mol％，以MgO形式出現(xiàn)的鎂0.1～10mol％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于釉料層至少包括總含量為5mol％或少于5mol％的鉍、錫、銻、磷、銅、鈰和鉻，其中，這些金屬分別以Bi2O3、SnO2、Sb2O5、P2O5、CuO、CeO2和Cr2O3的形式出現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于所述絕緣體在軸向中間位置處外圓周方向上具有一個凸起部分，作為前側(cè)，即在軸向上向著中央電極的前端的一側(cè)，在與凸起部分相對的后側(cè)的附近，一圓柱形表面被形成在絕緣體主體基端部分的外周面上，基端部分的外周面被釉料層覆蓋，所述釉料層的厚度為7～50μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于一終端金屬夾具和中央電極作為一體而被設(shè)置在絕緣體的通孔內(nèi)，終端金屬夾具通過一導(dǎo)電的結(jié)合層與中央電極分離，絕緣電阻值是400MΩ或更大，使整個火花塞的溫度為大約500℃，使電流通過絕緣體而流過終端金屬夾具和金屬外殼之間而測出所述絕緣電阻值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于所述絕緣體包括含85～98mol％以Al2O3形式出現(xiàn)的鋁成分的氧化鋁絕緣材料，當(dāng)溫度為20～350℃時，釉料層的平均熱膨脹系數(shù)為5×10-6/℃～8.5×10-6/℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于所述釉料層的軟化溫度是520～620℃。
全文摘要
火花塞的釉料層2d具有這樣的組成成分，它包含1mol％或更少的PbO形式的鉛成分；25～45mol％的二氧化硅(SiO
文檔編號H01T13/20GK1728480SQ20051009113
公開日2006年2月1日 申請日期2001年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月31日
發(fā)明者西川儉一, 高下義秀, 杉本誠 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社