專利名稱：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)中所用的火花塞。
背景技術(shù)：
廣泛使用的常規(guī)火花塞包括在火花塞的軸向方向具有通孔的絕緣體并且所述絕緣體包括氧化鋁陶瓷、部分地插入到通孔前端內(nèi)的中心電極、部分地插入到通孔后端內(nèi)的外部端子、和位于該通孔內(nèi)的外部端子和內(nèi)部電極之間的導(dǎo)電性密封件。
在上述這種火花塞中，已知(例如參見對(duì)應(yīng)于美國專利6,744,189的JP-A-2003-22886)導(dǎo)電性密封件上的壓縮應(yīng)力防止在導(dǎo)電性密封件和絕緣體之間的界面處發(fā)生裂縫和剝離。為實(shí)現(xiàn)這一效果，建議導(dǎo)電性密封件包含熱膨脹系數(shù)低于構(gòu)成絕緣體的氧化鋁的熱膨脹系數(shù)的無機(jī)材料，如包括β-eucriptite，β-鋰輝石、熱液石英、二氧化硅、富鋁紅柱石、堇青石、鋯石和鈦酸鋁的絕緣性填料，使得導(dǎo)電性密封件表現(xiàn)出比絕緣體低的熱膨脹系數(shù)。
然而，當(dāng)導(dǎo)電性密封件中的基礎(chǔ)玻璃軟化時(shí)，含有上述絕緣性填料的導(dǎo)電性密封件導(dǎo)致固體組分量增加，從而引起導(dǎo)電性密封件總體上的硬度增加。當(dāng)將外部端子壓配倚靠導(dǎo)電性密封件時(shí)，導(dǎo)電性密封件的基礎(chǔ)玻璃受熱軟化，然后冷卻，以密封和固定外部端子和中心電極及導(dǎo)電性密封件(下文中也稱作“玻璃密封法”)。在該方法中，前述導(dǎo)電性密封件太硬以至于不能對(duì)外部端子施用足夠的密封負(fù)荷，因此產(chǎn)生所謂的“端子錯(cuò)位”，其中外部端子不能充分插入絕緣體內(nèi)。另一方面，如果僅僅增加密封負(fù)荷，則當(dāng)外部端子壓配到絕緣體中時(shí)，絕緣體可能破損。

發(fā)明內(nèi)容
構(gòu)思本發(fā)明以解決上述問題。因此，本發(fā)明的目的是提供具有優(yōu)異的生產(chǎn)性和可靠性的火花塞，其能在玻璃密封法中防止導(dǎo)電性密封件發(fā)生裂縫和剝離，防止端子在玻璃密封后錯(cuò)位、和防止絕緣體等破損。更具體地，本發(fā)明的目的是通過調(diào)整導(dǎo)電性密封件的線膨脹系數(shù)，使其小于絕緣體的線膨脹系數(shù)，同時(shí)還降低導(dǎo)電性密封件的硬度而實(shí)現(xiàn)上述效果。
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供火花塞，其包括在由氧化鋁陶瓷制成的絕緣體內(nèi)在軸向方向上形成的通孔中的外部端子和中心電極之間布置的導(dǎo)電性密封件，其中導(dǎo)電性密封件包含基礎(chǔ)玻璃、導(dǎo)電性填料、和為至多10重量％(包括0重量％)的絕緣性填料，其中基礎(chǔ)玻璃包含以SiO2換算量計(jì)為55到65重量％的Si組分；以B2O3換算量計(jì)為22到35重量％的B組分；以CaO換算量計(jì)為0.2到2重量％的Ca組分；以Al2O3換算量計(jì)為至多2重量％的Al組分；和分別以Na2O和K2O換算量計(jì)總量為4到8重量％的Na組分和K組分，并且其中基礎(chǔ)玻璃既包含Na組分又包含K組分。
在本發(fā)明中，調(diào)整導(dǎo)電性密封件中的絕緣性填料含量為至多10重量％。這使得有可能當(dāng)基礎(chǔ)玻璃軟化時(shí)降低整個(gè)導(dǎo)電性密封件的硬度。因此，即使在玻璃密封過程中的密封負(fù)荷相對(duì)小，也可能防止端子錯(cuò)位和絕緣體破損。如果導(dǎo)電性密封件中絕緣性填料含量大于10重量％，則不能充分地實(shí)現(xiàn)這種效果。
另外，在本發(fā)明中，由于構(gòu)成導(dǎo)電性密封件的基礎(chǔ)玻璃的上述組成，可調(diào)整得到的導(dǎo)電性密封件的熱膨脹系數(shù)，使其小于由氧化鋁陶瓷制成的絕緣體的熱膨脹系數(shù)，而不在導(dǎo)電性密封件中引入太多的絕緣性填料。因此，壓縮應(yīng)力可傳給導(dǎo)電性密封件，而不引起裂縫或剝離。
具體地，構(gòu)成導(dǎo)電性密封件的基礎(chǔ)玻璃包含以SiO2換算量計(jì)為55到65重量％的Si組分；以B2O3換算量計(jì)為22到35重量％的B組分；以CaO換算量計(jì)為0.2到2重量％的Ca組分；以Al2O3換算量計(jì)為至多2重量％的Al組分；和以Na2O和K2O換算量計(jì)總量分別為4到8重量％的Na組分和K組分，并且其中基礎(chǔ)玻璃既包含Na組分又包含K組分。
以下描述基礎(chǔ)玻璃的單個(gè)組分。
當(dāng)以SiO2換算量計(jì)的Si組分的重量小于55重量％時(shí)，基礎(chǔ)玻璃的熱膨脹系數(shù)可變得太大，使得在導(dǎo)電性密封件和絕緣體之間發(fā)生剝離或裂縫。另一方面，如果該換算重量大于65重量％，則基礎(chǔ)玻璃的軟化溫度太高，在玻璃密封過程中發(fā)生端子錯(cuò)位。
當(dāng)以B2O3換算量計(jì)的B組分的重量小于22重量％時(shí)，基礎(chǔ)玻璃的軟化溫度變得太高，使得在玻璃密封過程中發(fā)生端子錯(cuò)位。另一方面，當(dāng)該換算重量大于35重量％時(shí)，基礎(chǔ)玻璃的熱膨脹系數(shù)變得太大，在導(dǎo)電性密封件和絕緣體之間發(fā)生剝離或裂縫。
另一方面，加入Ca組分以穩(wěn)定與包含基礎(chǔ)玻璃的導(dǎo)電性密封件接觸的電阻器或降低基礎(chǔ)玻璃本身的軟化溫度。如果以CaO換算量計(jì)的Ca組分的重量小于0.2重量％，則電阻器的電阻不能得到充分地穩(wěn)定，或基礎(chǔ)玻璃的軟化溫度不能充分地降低，使玻璃密封過程中發(fā)生端子錯(cuò)位。如果該換算重量大于2重量％，則熱膨脹系數(shù)可能變得太大，可能在導(dǎo)電性密封件和絕緣體之間發(fā)生剝離或脫落。
在基礎(chǔ)玻璃中包含Al組分作為不可避免的雜質(zhì)。如果以Al2O3換算量計(jì)的Al組分的重量大于2重量％，則基礎(chǔ)玻璃的軟化溫度可能變得太高，在玻璃密封過程中發(fā)生端子錯(cuò)位。優(yōu)選地，Al組分的含量接近0重量％。
加入Na組分和K組分以降低基礎(chǔ)玻璃的軟化溫度。因?yàn)樵诨A(chǔ)玻璃中既包含Na組分又包含K組分，產(chǎn)生的堿協(xié)同作用有效地降低基礎(chǔ)玻璃的軟化溫度。
如果以Na2O換算量計(jì)的Na組分和以K2O換算量計(jì)的K組分的總含量小于4重量％，則難以降低基礎(chǔ)玻璃的軟化溫度，從而引起在玻璃密封過程中的端子錯(cuò)位。相比之下，如果二者的總含量大于8重量％，則密封件的熱膨脹系數(shù)變得太大，在導(dǎo)電性密封件和絕緣體之間發(fā)生剝離或裂縫。
另外，在本發(fā)明的火花塞中，優(yōu)選滿足W1≥W2的關(guān)系，其中將基礎(chǔ)玻璃中以Na2O換算量計(jì)的Na組分的重量表示為W1，將其中以K2O換算量計(jì)的K組分的重量表示為W2。當(dāng)使用Na組分和K組分時(shí)，Na組分量的增加傾向于降低基礎(chǔ)玻璃的熱膨脹系數(shù)。通過調(diào)整上述關(guān)系為W1≥W2，可使熱膨脹系數(shù)降低，同時(shí)降低基礎(chǔ)玻璃的軟化溫度。
更優(yōu)選滿足W1≥W2≥W1/5的關(guān)系。雖然從上述熱膨脹系數(shù)的觀點(diǎn)優(yōu)選Na組分的含量大于K組分的含量，但仍需要相對(duì)于Na組分有足夠量的K組分，以充分降低基礎(chǔ)玻璃的軟化溫度。
根據(jù)本發(fā)明，基礎(chǔ)玻璃包含Si組分、B組分、Ca組分、Na組分和K組分作為必須組分。然而，如有必要，基礎(chǔ)玻璃可包含實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果的量的其它組分，如Zr組分、Ti組分和MgO組分。在這種變體中，以其各自的氧化物換算量計(jì)的其它組分的總量優(yōu)選相對(duì)于整個(gè)基礎(chǔ)玻璃為至多10重量％。
另外，在本發(fā)明的火花塞中，優(yōu)選導(dǎo)電性密封件由基礎(chǔ)玻璃和導(dǎo)電性填料制成，而不包含任何絕緣性填料。因此，在玻璃密封過程中可進(jìn)一步降低導(dǎo)電性密封件的硬度。因此，可更有效地防止玻璃密封法中的端子錯(cuò)位。
另外，在本發(fā)明的火花塞中，優(yōu)選以SiO2換算量計(jì)的Si組分的重量和以B2O3換算量計(jì)的B組分的重量的總量為86到94重量％。因此，有可能充分地降低導(dǎo)電性密封件的熱膨脹系數(shù)。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供的火花塞包括在絕緣體內(nèi)軸向形成的通孔內(nèi)分別固定在第一導(dǎo)電性密封件和第二導(dǎo)電性密封件上的中心電極和外部端子；和插入到第一導(dǎo)電性密封件和第二導(dǎo)電性密封件之間的電阻器，其中第二導(dǎo)電性密封件包含基礎(chǔ)玻璃、導(dǎo)電性填料、和至多10重量％、但大于0重量％的絕緣性填料，并且其中第一導(dǎo)電性密封件包含基礎(chǔ)玻璃、導(dǎo)電性填料、和低于第二導(dǎo)電性密封件中所含的絕緣性填料的量(包括0重量％)的絕緣性填料。
在本發(fā)明中，調(diào)整第一導(dǎo)電性密封件和第二導(dǎo)電性密封件各自的絕緣性填料的含量為至多10重量％。這使得有可能當(dāng)?shù)谝缓偷诙?dǎo)電性密封件的基礎(chǔ)玻璃軟化時(shí)降低導(dǎo)電性密封件的硬度。因此，即使在玻璃密封過程中的密封負(fù)荷相對(duì)小，也有可能防止端子錯(cuò)位。另外，降低密封負(fù)荷可防止在玻璃密封過程中絕緣體破損。如果第一導(dǎo)電性密封件和第二導(dǎo)電性密封件中的絕緣性填料含量大于10重量％，則不能充分實(shí)現(xiàn)這些效果。
另外，由于第二導(dǎo)電性密封件中的絕緣性填料含量多于第一導(dǎo)電性密封件中的絕緣性填料含量，因此，第二導(dǎo)電性密封件在玻璃密封過程中的硬度比第一導(dǎo)電性密封件在玻璃密封過程中的硬度高。因此，插入到第一導(dǎo)電性密封件和第二導(dǎo)電性密封件之間的電阻器可得到充分填充并且通過推動(dòng)第二導(dǎo)電性密封件而將電阻器固定在內(nèi)部。可通過調(diào)整第二導(dǎo)電性密封件中的絕緣性填料含量比第一導(dǎo)電性密封件中的絕緣性填料含量多1重量％或更多而充分確保這種效果。
本發(fā)明中使用的絕緣性填料的非限制性例子總地包括β-eucriptite、β-鋰輝石、熱液石英、二氧化硅、富鋁紅柱石、堇青石、鋯石、鈦酸鋁、二氧化鈦和絕緣陶瓷填料，但不包括基礎(chǔ)玻璃的組分。


圖1為表示本發(fā)明的火花塞的實(shí)施方案的剖視圖；圖2為表示本發(fā)明的火花塞制造過程的實(shí)施例的剖視圖；圖3為表示本發(fā)明的火花塞制造過程的實(shí)施例的剖視圖；圖4為表示本發(fā)明的火花塞制造過程的實(shí)施例的剖視圖；圖5為表示本發(fā)明的火花塞制造過程的實(shí)施例的剖視圖；圖6為表示本發(fā)明的火花塞制造過程的實(shí)施例的剖視圖；圖7為表示本發(fā)明的火花塞制造過程的實(shí)施例的剖視圖；和圖8為表示評(píng)價(jià)密封性能的裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不受其限制。
以下描述第一實(shí)施方案。
圖1表示第一實(shí)施方案的火花塞100的一個(gè)例子?；鸹ㄈ?00包括柱狀金屬外殼1；絕緣體2，其配合在金屬外殼1中并在火花塞100的軸向(縱向)方向上具有通孔5和自通孔5伸出的前端部分2a；中心電極3，其位于通孔5的前部并在其自通孔5伸出的前端上具有點(diǎn)火尖端3a；和接地電極4，其具有通過焊接方法等與金屬外殼的末端結(jié)合和彎曲面對(duì)中心電極3的前端的頭端。接地電極4具有與點(diǎn)火尖端3a成直線的點(diǎn)火尖端4a，從而在其中間提供火花放電間隙g。
金屬外殼1由金屬如低碳鋼制成，并包括用于在其外周面安裝火花塞100的具有螺紋部分1a的圓筒形狀和當(dāng)將金屬外殼1安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)組上時(shí)用于與工具如扳鉗或扳手嚙合的六角形工具嚙合部分1b。
絕緣體2完全由包含以Al2O3換算量計(jì)為80到98摩爾％(優(yōu)選90到98摩爾％)的Al組分的氧化鋁陶瓷制成。
具體地，氧化鋁陶瓷可包含例如不同于Al的一種或兩種或多種以下范圍的組分Si組分以SiO2換算量計(jì)為1.50到5.00摩爾％；Ca組分以CaO換算量計(jì)為1.20到4.00摩爾％；Mg組分以MgO換算量計(jì)為0.05到0.17摩爾％；Ba組分以BaO換算量計(jì)為0.15到0.50摩爾％；和B組分以B2O3換算量計(jì)為0.15到0.50摩爾％。
在絕緣體2的中間提供凸緣狀徑向向外突出的凸出部分2b。在絕緣體2的后端側(cè)上形成的絕緣體本體部分2c比凸出部分2b細(xì)。在絕緣體部分2c的外周面的后端部分形成了波紋狀部分2g，在波紋狀部分2g上形成了釉料層2g。
另一方面，在凸出部分2b的前端側(cè)上，按照以下所述順序依次形成直徑比凸出部分2b的直徑小的第一軸部2d和直徑比第一軸部2d的直徑小的第二軸部2e。第一軸部2d具有基本上為柱狀的外周面，而第二軸部2e具有其中外周面向前端逐漸變細(xì)的基本的圓錐形狀。
絕緣體2的通孔5由基本上為圓筒形狀、用于穿過其中插入中心電極3的第一部分5a和在第一部分5a的后端側(cè)上形成并且直徑比第一部分5a的直徑更大的基本上為圓筒形狀的第二部分5b組成。在第二(后)部分5b中提供外部端子10和電阻器11，將中心電極3插入到第一(前)部分5a中。
自中心電極3的后端部分的外周面突出形成電極固定凸出部分3b。另外，通孔5的第一部分5a和第二部分5b在第一軸部2d內(nèi)彼此連接。在這一連接位置，形成具有錐形面或圓形面的凸出部分容納面5c，用于容納中心電極3的電極固定凸出部分3b。
另一方面，在第一軸部2d和第二軸部2e的外周面上的連接部分2h成梯狀，通過環(huán)狀板密封墊20與在金屬外殼1的內(nèi)表面上形成的凸條部分1c嚙合，所述凸條部分1c作為金屬外殼1的嚙合部分用于防止軸向松動(dòng)。
另一方面，在金屬外殼1的后端側(cè)和絕緣體2的外面之間布置與凸緣狀凸出部分2b的后側(cè)嚙合的環(huán)狀線密封墊30、環(huán)狀線密封墊32和滑石等的填料層31。絕緣體2被扣緊并軸向固定在金屬外殼1的凸條部分1c和金屬外殼1的扣緊部分1d之間。
電阻器11布置在通孔5中的外部端子10和中心電極3之間。該電阻器11以其兩端部分別通過第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13與中心電極3和外部端子10電連接。
電阻器11由電阻器復(fù)合材料制成，其通過在隨后描述的玻璃密封過程中熱壓玻璃粉和導(dǎo)體粉末(如果需要，和不同于玻璃的陶瓷粉末)制備。在本文中，電阻器11可省略，通過單個(gè)導(dǎo)電性密封件與外部端子10和中心電極3連接。
外部端子10由低碳鋼等制成，并具有在其表面積上形成的鍍Ni層(厚度為例如5μm)用于腐蝕保護(hù)。外部端子10包括密封部分10a(或前端部分)；連接部分10c，其自絕緣體2的后端邊緣伸出；和棒狀部分10b，其在連接部分10c和密封部分10a之間提供。
密封部分10a形成軸向長圓筒形狀，并在其外周面上具有螺紋狀或棱紋狀的突出部分。將密封部分10a嵌入導(dǎo)電性密封件13中，使得導(dǎo)電性密封件13將密封部分10a和通孔5的內(nèi)表面之間的間隙密封。
接地電極4和中心電極3的主體由Ni合金、Fe合金等制成。另外，在中心電極3的主體中埋設(shè)有芯3c，該芯由Cu或Cu合金制成，以促進(jìn)傳熱。芯也可埋設(shè)在接地電極4中。另一方面，點(diǎn)火尖端3a和點(diǎn)火尖端4a主要由貴金屬合金制成，貴金屬合金主要包括Ir、Pt、和Rh中的一種或多種。還有可能省略點(diǎn)火尖端3a和點(diǎn)火尖端4a中的一個(gè)或兩個(gè)。
第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13形成了第一實(shí)施方案的火花塞100的重要部分，其由基礎(chǔ)玻璃和導(dǎo)電性填料制成。
在導(dǎo)電性密封件12和13中包含的導(dǎo)電性填料的示例為主要由一種或多種金屬組分如Cu和Fe或其合金組成的金屬粉末。
因此，調(diào)整第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13中的絕緣性填料的含量為至多10重量％。因此，有可能在其中使基礎(chǔ)玻璃軟化的玻璃密封過程中降低第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13的硬度。因此，有可能防止玻璃密封過程中的端子錯(cuò)位。另外，不需要增加密封負(fù)荷，從而防止在玻璃密封過程中絕緣體2破損。
另外第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13中的基礎(chǔ)玻璃包含以SiO2換算量計(jì)為55到65重量％的Si組分；以B2O3換算量計(jì)為22到35重量％的B組分；以CaO換算量計(jì)為0.2到2重量％的Ca組分；以Al2O3換算量計(jì)為至多2重量％的Al組分；和分別以Na2O和K2O換算量計(jì)總量為4到8重量％的Na組分和K組分?；A(chǔ)玻璃既包含Na組分又包含K組分。
配制第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13中的基礎(chǔ)玻璃，使其具有上述組成。因此，包含所述基礎(chǔ)玻璃的第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13的熱膨脹系數(shù)經(jīng)過調(diào)整小于絕緣體2的熱膨脹系數(shù)，從而防止第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13中的裂縫蔓延、脫落等。
以下描述實(shí)施方案1的火花塞100的生產(chǎn)過程的一個(gè)例子。首先，為了得到絕緣體2，通過將作為材料粉末的氧化鋁粉末與用于得到上述組成的以燒結(jié)后的各氧化物換算量計(jì)的預(yù)定比例的包含Si組分、Ca組分、Ni組分、Ba組分和B組分的各個(gè)組分源粉末混合，并通過加入預(yù)定量的粘合劑(如PVA)和水并混合，制備成形用基礎(chǔ)漿料。在本文中，可以將各組分源粉末以例如SiO2粉末作為Si組分、CaCO3粉末作為Ca組分、MgO粉末作為Mg組分、BaCO3粉末作為Ba組分、和H3BO3粉末作為B組分的形式混合。另外，H3BO3也可為溶液形式。
將成形用基礎(chǔ)漿料通過噴霧干燥法等噴霧并干燥成為成形用基礎(chǔ)粒狀物。然后，通過橡皮模沖床使成形用基礎(chǔ)粒狀物成形為絕緣體原型的壓塊。然后，將壓塊在1,400到1,600℃的大氣中燒結(jié)1到8小時(shí)，從而制備絕緣體2。
另一方面，根據(jù)以下方法制備導(dǎo)電性密封材料粉末。具體地，按照預(yù)定組成混合包含預(yù)定組成的上述各組分的基礎(chǔ)玻璃粉末和導(dǎo)電性填料粉末，制備混合料。在混合罐中加入混合料以及水系溶劑和混合用介質(zhì)(如陶瓷如氧化鋁)，并將上述材料混合并均勻分散。
然后，如下所述將中心電極3和外部端子10與通過玻璃密封法形成的絕緣體2、電阻器11和導(dǎo)電性密封件12和13組裝。
首先，將釉料漿料從噴嘴噴霧并施用于絕緣體2的預(yù)定表面上，從而形成釉料漿料層2ga(圖2)，其將變成圖1中的釉料層2g，并將釉料漿料層2ga干燥。然后，如圖2所示，將中心電極3插入到具有釉料漿料層2ga的絕緣體2的通孔5的第一部分5a中，并且如圖3所示將導(dǎo)電性密封材料粉末H加入到通孔5中。然后如圖4所示通過通孔5中的按壓棒40預(yù)先壓縮所填充的粉末，從而形成第一導(dǎo)電性密封材料粉末層12a。
然后將電阻器復(fù)合材料的材料粉末加入到通孔5中的第一導(dǎo)電性密封材料粉末層12a上，并同樣預(yù)先壓縮以形成電阻器粉末層11a。然后，還將導(dǎo)電性保護(hù)粉末H加到電阻器復(fù)合材料粉末層11a上，并由按壓棒40預(yù)先壓縮以形成第二導(dǎo)電性密封材料粉末層13a。因此，如圖5中所示，從中心電極3的側(cè)面角度觀察第一導(dǎo)電性密封材料粉末層12a、電阻器復(fù)合材料粉末層11a和第二導(dǎo)電性密封材料粉末層13a層疊在通孔5中。
如圖6所示，塞子組裝體PA包括布置在通孔5后端面的外部端子10。在加熱爐中將塞子組裝體PA加熱到700到950℃的預(yù)定溫度。然后，將外部端子10朝向中心電極3軸向壓配到通孔5中，從而將各層12a、11a和13a軸向壓縮為層疊狀態(tài)。因此，如圖7所示，各層被壓縮和燒結(jié)，分別成為導(dǎo)電性密封件12、電阻器11和導(dǎo)電性密封件13(即，完成了玻璃密封過程)。同時(shí)，釉料漿料層2ga燒結(jié)為釉料層2g。
將金屬外殼1、接地電極4和其它部件與如此完成玻璃密封步驟的塞子組裝體PA組裝，從而完成圖1所示的火花塞100。將這種火花塞100通過其螺紋部分1a安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)組中，并用作供應(yīng)給燃燒室的空氣-燃料混合物的點(diǎn)火源。
以下描述本發(fā)明第二實(shí)施方案的火花塞200。在本文中，第二實(shí)施方案的火花塞200與第一實(shí)施方案的火花塞100不同之處只在于第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13的材料(組成)。詳細(xì)描述火花塞200的這些材料，其余部分的說明從略。
在第二實(shí)施方案的火花塞200中，第一導(dǎo)電性密封件212由基礎(chǔ)玻璃和導(dǎo)電性填料制成。另一方面，第二導(dǎo)電性密封件213由基礎(chǔ)玻璃、導(dǎo)電性填料和1重量％的絕緣性填料制成。絕緣性填料由TiO2的晶體制成。
因此，第一導(dǎo)電性密封件212和第二導(dǎo)電性密封件213中的絕緣性填料含量為至多20重量％。這使得有可能當(dāng)基礎(chǔ)玻璃軟化時(shí)降低第一導(dǎo)電性密封件212和第二導(dǎo)電性密封件213的硬度。因此，有可能防止玻璃密封過程中的端子錯(cuò)位。另外，不需要增加玻璃密封過程中的密封負(fù)荷，以防止在玻璃密封過程中絕緣體2破損。
另外，第二導(dǎo)電性密封件213中的絕緣性填料含量比第一導(dǎo)電性密封件212中的高，使得在基礎(chǔ)玻璃軟化點(diǎn)時(shí)第二導(dǎo)電性密封件213的硬度比在基礎(chǔ)玻璃軟化點(diǎn)時(shí)第一導(dǎo)電性密封件212的硬度高。然后，通過第二導(dǎo)電性密封件213充分推動(dòng)插入到第一導(dǎo)電性密封件212和第二導(dǎo)電性密封件213之間的電阻器11，使其適當(dāng)?shù)靥畛洳⒐潭ㄔ谒鼈冎g。
實(shí)施例參考以下實(shí)施例描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不受其限制。
實(shí)施例1首先，根據(jù)以下方法制備絕緣體2。按照預(yù)定比例將材料粉末或氧化鋁粉末(包含氧化鋁的量為95摩爾％，Na(以Na2O換算量計(jì))的量為0.1摩爾％，且平均粒徑為3.0μm)與SiO2(純度為99.5％，平均粒徑為1.5μm)、CaO3(純度為99.9％，平均粒徑為2.0μm)、MgO(純度為99.5％，平均粒徑為2μm)、BaCO3(純度為99.5％，平均粒徑為1.5μm)和H3BO3(純度為99.0％，平均粒徑為1.5μm)混合。向總量為100重量份的混合粉末中加入3重量份的PVA作為親水性粘合劑和103重量份的水并濕法混和，從而制備成形用基礎(chǔ)漿料。
然后，通過噴霧干燥法將這些具有不同組成的漿料干燥，以制備成形用球狀基礎(chǔ)粒狀物。將粒狀物過篩，粒徑為50到100μm。然后，通過上述的橡皮模沖床方法在40MPa的壓力下使過篩的粒狀物成形。成形體的外周面用磨床加工以使其形成預(yù)定的絕緣體形狀。然后，將成形體在1550℃下燒結(jié)2小時(shí)以制備絕緣體2。通過熒光X射線分析發(fā)現(xiàn)如此制備的絕緣體2具有以下組成Al組分以Al2O3換算量計(jì)為94.9摩爾％，Si組分以SiO2換算量計(jì)為2.4摩爾％；Ca組分以CaO換算量計(jì)為1.9摩爾％；Mg組分以MgO換算量計(jì)為0.1摩爾％；Ba組分以BaO換算量計(jì)為0.4摩爾％；和B組分以B2O3換算量計(jì)為0.3摩爾％。
然后，以1∶1的質(zhì)量比混合包含Cu粉末和Fe粉末(二者的平均粒徑都為30μm)的金屬粉末，將TiO2的絕緣粉末、和基礎(chǔ)玻璃粉末(平均粒徑為150μm)混合，使金屬粉末含量為約50重量％，從而制備導(dǎo)電性密封材料粉末。
基礎(chǔ)玻璃粉末的組成為60重量％的SiO2、32重量％的B2O3、0.5重量％的CaO、1重量％的Al2O3、3.5重量％的Na2O、1重量％的K2O、1重量％的ZrO2和1重量％的MgO。另外，制備絕緣粉末使其具有表1中所示的含量。
另外，根據(jù)以下方法制備電阻器材料粉末。首先，將30重量％的細(xì)玻璃粉末(平均粒徑為80μm)、作為陶瓷粉末的66重量％的ZrO2(平均粒徑為3μm)、1重量％的炭黑、和作為有機(jī)粘合劑的3重量％的糊精混合并在球磨機(jī)中用水作為溶劑濕法混和。此后，干燥混合物得到預(yù)備材料。然后，將80重量份的粗玻璃粉末(平均粒徑為250μm)與20重量份的上述預(yù)備材料混合，從而制備電阻器材料粉末。在此處，玻璃粉末的材料為通過將50重量％的SiO2、29重量％的B2O3、4重量％的Li2O和17重量％的BaO混合并溶解得到軟化溫度為585℃的硼硅酸鋰玻璃。
然后，通過已經(jīng)描述的火花塞制造過程(圖2到圖7)使用如此制備的導(dǎo)電性密封材料粉末和電阻器復(fù)合材料粉末用于制造如圖1所示的具有電阻器的火花塞100。
另外，用于形成第一導(dǎo)電性密封材料粉末層12a的導(dǎo)電性密封材料粉末的裝填量為0.15g；用于形成電阻器復(fù)合材料粉末層11a的電阻器材料粉末的填充量為0.40g；用于形成第二導(dǎo)電性密封材料粉末層13a的導(dǎo)電性玻璃粉末的填充量為0.15g。熱壓處理在900℃的加熱溫度和壓力為100Kg/cm2的條件下進(jìn)行。
另外，評(píng)價(jià)在前述條件下生產(chǎn)的火花塞樣品和通過將熱壓處理的加熱溫度降低50℃生產(chǎn)的火花塞樣品編號(hào)1到7(各100件)各自的密封性能。通過視覺檢查外部端子10是否與絕緣體2錯(cuò)位判斷密封評(píng)價(jià)。
在加熱溫度為900℃的熱壓處理中生產(chǎn)的所有火花塞中沒有觀察到外部端子10與絕緣體2的錯(cuò)位。表1中所示的結(jié)果為其中將熱壓處理的加熱溫度降低50℃(即在850℃下)進(jìn)行熱壓處理的樣品。在表1中全部100個(gè)樣品都表現(xiàn)出沒有外部端子10與絕緣體2錯(cuò)位的那些樣品類型表示為“○”；在100個(gè)樣品中有1個(gè)表現(xiàn)出外部端子10錯(cuò)位的那些樣品類型表示為“△”；在100個(gè)樣品中有2個(gè)表現(xiàn)出外部端子10錯(cuò)位的那些樣品類型表示為“×”。
表1

從表1中可以看出，在其中第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13中絕緣性填料的含量為至多10重量％的那些樣品表現(xiàn)出充分的密封性能。
實(shí)施例2然后，生產(chǎn)了實(shí)施例1的火花塞100，其具有如表2所示的第一導(dǎo)電性密封件12和第二導(dǎo)電性密封件13的最終的基礎(chǔ)玻璃粉末組成。在表2中，組成以重量％表示。在表2中，樣品編號(hào)8到11具有本發(fā)明范圍內(nèi)的基礎(chǔ)玻璃組成，樣品編號(hào)12到22具有本發(fā)明范圍外的基礎(chǔ)玻璃組成。另外，絕緣性填料的含量為0重量％。
評(píng)價(jià)如此得到的火花塞樣品(每種類型制造一百件)的氣密性。為了評(píng)價(jià)氣密性，如圖3中所示，將火花塞樣品的螺紋部分1a扣緊在壓力試驗(yàn)器50中形成的壓力腔的內(nèi)螺紋51中，通過在1.5MPa(標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn))和2.5MPa(加速實(shí)驗(yàn))的兩個(gè)不同的壓力水平下將壓縮空氣引入到壓力腔中，測量外部端子10側(cè)的空氣滲漏。
當(dāng)以1.5MPa(標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn))將壓縮空氣引入到壓力腔中時(shí)，所有火花塞樣品都沒有觀察到空氣滲漏。對(duì)于其中以2.5Mpa壓力下將壓縮空氣引入到壓力腔中的加速實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2中所示。在表2中沒有表現(xiàn)出滲漏的那些樣品表示為“○”；平均滲漏量為至多0.05ml/min的那些樣品表示為“△”；平均滲漏量最小為0.05ml/min的那些樣品被認(rèn)定為滲漏樣品“×”。
另外，對(duì)實(shí)施例1中生產(chǎn)的火花塞樣品和通過將熱壓處理的加熱溫度降低50℃生產(chǎn)的火花塞樣品分別進(jìn)行如實(shí)施例1中的密封評(píng)價(jià)。以加熱溫度為900℃的熱壓處理生產(chǎn)的所有火花塞樣品都沒有觀察到外部端子10與絕緣體2錯(cuò)位。表2中所示的結(jié)果為其中將熱壓處理的加熱溫度降低50℃(即，在850℃下進(jìn)行熱壓處理)的樣品。
表2

從表2中可見，導(dǎo)電性密封件的基礎(chǔ)玻璃組成在本發(fā)明范圍內(nèi)的全部樣品提供充分的氣密性和密封性能。另外，其中滿足關(guān)系W1≥W2(其中以Na2O換算量計(jì)的Na組分的重量表示為W1，以K2O換算量計(jì)的K組分的重量表示為W2)的全部樣品都表現(xiàn)出優(yōu)異的氣密性和密封性能。
實(shí)施例3下面生產(chǎn)類似于實(shí)施例1和2的火花塞100的火花塞200。在這里，實(shí)施例1的基礎(chǔ)玻璃用作第一導(dǎo)電性密封件212和第二導(dǎo)電性密封件213的基礎(chǔ)玻璃。調(diào)整第二導(dǎo)電性密封件213的組成，使其具有如表3中所示的樣品編號(hào)23到27的含量的絕緣性填料。在實(shí)施例3中，第一導(dǎo)電性密封件212不包含絕緣性填料(即，其含量為0重量％)。
根據(jù)JIS B8031-1995中所述使樣品編號(hào)23到27經(jīng)受插入電阻器負(fù)荷壽命試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)前后電阻變化大于±20％并小于±30％的樣品表示為“○”；發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)前后電阻變化小于±20％的樣品表示為“○○”。結(jié)果如表3中所示。
表3

如實(shí)施例3所示，通過調(diào)整第二導(dǎo)電性密封件213中絕緣性填料的含量，使其比第一導(dǎo)電性密封件212的絕緣性填料含量高，可有效地改善負(fù)荷壽命特征。
本申請(qǐng)基于2004年4月30日提交的日本專利申請(qǐng)JP 2004-136186，其內(nèi)容被并入本文作為參考，其同樣進(jìn)行了詳述。
權(quán)利要求
1.火花塞，其包括在所述火花塞的軸向方向具有通孔并包括氧化鋁陶瓷的絕緣體；部分地插入到通孔前端內(nèi)的中心電極；部分地插入到通孔后端內(nèi)的外部端子；和在所述通孔內(nèi)的所述外部端子和所述中心電極之間提供的導(dǎo)電性密封件，其中所述導(dǎo)電性密封件包含基礎(chǔ)玻璃、導(dǎo)電性填料和0到10重量％的絕緣性填料，所述基礎(chǔ)玻璃包含以SiO2換算量計(jì)為55到65重量％的Si組分；以B2O3換算量計(jì)為22到35重量％的B組分；以CaO換算量計(jì)為0.2到2重量％的Ca組分；以Al2O3換算量計(jì)為至多2重量％的Al組分；和分別以Na2O和K2O換算量計(jì)總量為4到8重量％的Na組分和K組分，并且所述基礎(chǔ)玻璃既包含Na組分又包含K組分。
2.權(quán)利要求1的火花塞，其中在所述基礎(chǔ)玻璃中包含的以Na2O換算量計(jì)的所述Na組分的重量不低于在所述基礎(chǔ)玻璃中包含的以K2O換算量計(jì)的所述K組分的重量。
3.權(quán)利要求1的火花塞，其中所述導(dǎo)電性密封件不包含絕緣性填料。
4.權(quán)利要求1的火花塞，其中以SiO2換算量計(jì)的所述Si組分的重量和以B2O3換算量計(jì)的所述B組分的重量的總量相對(duì)于所述基礎(chǔ)玻璃的重量為86到94重量％。
5.火花塞，其包括在所述火花塞的軸向方向具有通孔的絕緣體；在所述通孔內(nèi)提供的第一導(dǎo)電性密封件；在所述通孔內(nèi)提供的第二導(dǎo)電性密封件；部分地插入到所述通孔的前端內(nèi)并與所述第一導(dǎo)電性密封件結(jié)合的中心電極；部分地插入到所述通孔的后端內(nèi)并與所述第二導(dǎo)電性密封件結(jié)合的外部端子；和在所述第一導(dǎo)電性密封件和所述第二導(dǎo)電性密封件之間提供的電阻器，其中所述第二導(dǎo)電性密封件包含基礎(chǔ)玻璃、導(dǎo)電性填料和至多10重量％但多于0重量％的絕緣性填料，和所述第一導(dǎo)電性密封件包含基礎(chǔ)玻璃、導(dǎo)電性填料和低于所述第二導(dǎo)電性密封件中包含的所述絕緣性填料的量(包括0重量％)的絕緣性填料。
6.權(quán)利要求5的火花塞，其中所述第一導(dǎo)電性密封件不包含絕緣性填料。
7.權(quán)利要求5的火花塞，其中所述絕緣體包括氧化鋁陶瓷，所述第一和第二導(dǎo)電性密封件的基礎(chǔ)玻璃各自獨(dú)立地包含以SiO2換算量計(jì)為55到65重量％的Si組分；以B2O3換算量計(jì)為22到35重量％的B組分；以CaO換算量計(jì)為0.2到2重量％的Ca組分；以Al2O3換算量計(jì)為至多2重量％的Al組分；和分別以Na2O和K2O換算量計(jì)總量為4到8重量％的Na組分和K組分，并且所述基礎(chǔ)玻璃各自獨(dú)立地既包含Na組分又包含K組分。
8.權(quán)利要求7的火花塞，其中在所述第一和第二導(dǎo)電性密封件中，在所述基礎(chǔ)玻璃中包含的以Na2O換算量計(jì)的所述Na組分的重量不低于在所述基礎(chǔ)玻璃中包含的以K2O換算量計(jì)的所述K組分的重量。
9.權(quán)利要求7的火花塞，其中在所述第一和第二導(dǎo)電性密封件中，以SiO2換算量計(jì)的所述Si組分和以B2O3換算量計(jì)的所述B組分的總重量相對(duì)于所述基礎(chǔ)玻璃的重量為86到94重量％。
10.權(quán)利要求1的火花塞，其中滿足關(guān)系W1≥W2≥W1/5，其中在基礎(chǔ)玻璃中以Na2O換算量計(jì)的Na組分的重量表示為W1，以K2O換算量計(jì)的K組分的重量表示為W2。
全文摘要
本發(fā)明公開了火花塞，其包括外部端子；中心電極；具有通孔并包含氧化鋁陶瓷的絕緣體；和導(dǎo)電性密封件。導(dǎo)電性密封件包含基礎(chǔ)玻璃、導(dǎo)電性填料和0到10重量％的絕緣性填料，并且基礎(chǔ)玻璃包含本文定義的量的Si、B、Ca、Al、Na和K組分。本發(fā)明還公開了火花塞，其包括中心電極、外部端子、第一導(dǎo)電性密封件、第二導(dǎo)電性密封件、本文定義的電阻器、和具有本文所述的通孔的絕緣體。在通孔中，中心電極和外部端子分別與第一導(dǎo)電性密封件和第二導(dǎo)電性密封件結(jié)合。第一和第二導(dǎo)電性密封件各自包含基礎(chǔ)玻璃、導(dǎo)電性填料、和本文中所述量的絕緣性填料。
文檔編號(hào)H01T13/34GK1694323SQ200510066719
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者本田稔貴, 柴田勉 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社