专利名称：火花塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机中所用的火花塞。
背景技术：
广泛使用的常规火花塞包括在火花塞的轴向方向具有通孔的绝缘体并且所述绝缘体包括氧化铝陶瓷、部分地插入到通孔前端内的中心电极、部分地插入到通孔后端内的外部端子、和位于该通孔内的外部端子和内部电极之间的导电性密封件。
在上述这种火花塞中，已知(例如参见对应于美国专利6,744,189的JP-A-2003-22886)导电性密封件上的压缩应力防止在导电性密封件和绝缘体之间的界面处发生裂缝和剥离。为实现这一效果，建议导电性密封件包含热膨胀系数低于构成绝缘体的氧化铝的热膨胀系数的无机材料，如包括β-eucriptite，β-锂辉石、热液石英、二氧化硅、富铝红柱石、堇青石、锆石和钛酸铝的绝缘性填料，使得导电性密封件表现出比绝缘体低的热膨胀系数。
然而，当导电性密封件中的基础玻璃软化时，含有上述绝缘性填料的导电性密封件导致固体组分量增加，从而引起导电性密封件总体上的硬度增加。当将外部端子压配倚靠导电性密封件时，导电性密封件的基础玻璃受热软化，然后冷却，以密封和固定外部端子和中心电极及导电性密封件(下文中也称作“玻璃密封法”)。在该方法中，前述导电性密封件太硬以至于不能对外部端子施用足够的密封负荷，因此产生所谓的“端子错位”，其中外部端子不能充分插入绝缘体内。另一方面，如果仅仅增加密封负荷，则当外部端子压配到绝缘体中时，绝缘体可能破损。
发明内容
构思本发明以解决上述问题。因此，本发明的目的是提供具有优异的生产性和可靠性的火花塞，其能在玻璃密封法中防止导电性密封件发生裂缝和剥离，防止端子在玻璃密封后错位、和防止绝缘体等破损。更具体地，本发明的目的是通过调整导电性密封件的线膨胀系数，使其小于绝缘体的线膨胀系数，同时还降低导电性密封件的硬度而实现上述效果。
根据第一方面，本发明提供火花塞，其包括在由氧化铝陶瓷制成的绝缘体内在轴向方向上形成的通孔中的外部端子和中心电极之间布置的导电性密封件，其中导电性密封件包含基础玻璃、导电性填料、和为至多10重量％(包括0重量％)的绝缘性填料，其中基础玻璃包含以SiO2换算量计为55到65重量％的Si组分；以B2O3换算量计为22到35重量％的B组分；以CaO换算量计为0.2到2重量％的Ca组分；以Al2O3换算量计为至多2重量％的Al组分；和分别以Na2O和K2O换算量计总量为4到8重量％的Na组分和K组分，并且其中基础玻璃既包含Na组分又包含K组分。
在本发明中，调整导电性密封件中的绝缘性填料含量为至多10重量％。这使得有可能当基础玻璃软化时降低整个导电性密封件的硬度。因此，即使在玻璃密封过程中的密封负荷相对小，也可能防止端子错位和绝缘体破损。如果导电性密封件中绝缘性填料含量大于10重量％，则不能充分地实现这种效果。
另外，在本发明中，由于构成导电性密封件的基础玻璃的上述组成，可调整得到的导电性密封件的热膨胀系数，使其小于由氧化铝陶瓷制成的绝缘体的热膨胀系数，而不在导电性密封件中引入太多的绝缘性填料。因此，压缩应力可传给导电性密封件，而不引起裂缝或剥离。
具体地，构成导电性密封件的基础玻璃包含以SiO2换算量计为55到65重量％的Si组分；以B2O3换算量计为22到35重量％的B组分；以CaO换算量计为0.2到2重量％的Ca组分；以Al2O3换算量计为至多2重量％的Al组分；和以Na2O和K2O换算量计总量分别为4到8重量％的Na组分和K组分，并且其中基础玻璃既包含Na组分又包含K组分。
以下描述基础玻璃的单个组分。
当以SiO2换算量计的Si组分的重量小于55重量％时，基础玻璃的热膨胀系数可变得太大，使得在导电性密封件和绝缘体之间发生剥离或裂缝。另一方面，如果该换算重量大于65重量％，则基础玻璃的软化温度太高，在玻璃密封过程中发生端子错位。
当以B2O3换算量计的B组分的重量小于22重量％时，基础玻璃的软化温度变得太高，使得在玻璃密封过程中发生端子错位。另一方面，当该换算重量大于35重量％时，基础玻璃的热膨胀系数变得太大，在导电性密封件和绝缘体之间发生剥离或裂缝。
另一方面，加入Ca组分以稳定与包含基础玻璃的导电性密封件接触的电阻器或降低基础玻璃本身的软化温度。如果以CaO换算量计的Ca组分的重量小于0.2重量％，则电阻器的电阻不能得到充分地稳定，或基础玻璃的软化温度不能充分地降低，使玻璃密封过程中发生端子错位。如果该换算重量大于2重量％，则热膨胀系数可能变得太大，可能在导电性密封件和绝缘体之间发生剥离或脱落。
在基础玻璃中包含Al组分作为不可避免的杂质。如果以Al2O3换算量计的Al组分的重量大于2重量％，则基础玻璃的软化温度可能变得太高，在玻璃密封过程中发生端子错位。优选地，Al组分的含量接近0重量％。
加入Na组分和K组分以降低基础玻璃的软化温度。因为在基础玻璃中既包含Na组分又包含K组分，产生的碱协同作用有效地降低基础玻璃的软化温度。
如果以Na2O换算量计的Na组分和以K2O换算量计的K组分的总含量小于4重量％，则难以降低基础玻璃的软化温度，从而引起在玻璃密封过程中的端子错位。相比之下，如果二者的总含量大于8重量％，则密封件的热膨胀系数变得太大，在导电性密封件和绝缘体之间发生剥离或裂缝。
另外，在本发明的火花塞中，优选满足W1≥W2的关系，其中将基础玻璃中以Na2O换算量计的Na组分的重量表示为W1，将其中以K2O换算量计的K组分的重量表示为W2。当使用Na组分和K组分时，Na组分量的增加倾向于降低基础玻璃的热膨胀系数。通过调整上述关系为W1≥W2，可使热膨胀系数降低，同时降低基础玻璃的软化温度。
更优选满足W1≥W2≥W1/5的关系。虽然从上述热膨胀系数的观点优选Na组分的含量大于K组分的含量，但仍需要相对于Na组分有足够量的K组分，以充分降低基础玻璃的软化温度。
根据本发明，基础玻璃包含Si组分、B组分、Ca组分、Na组分和K组分作为必须组分。然而，如有必要，基础玻璃可包含实现预期效果的量的其它组分，如Zr组分、Ti组分和MgO组分。在这种变体中，以其各自的氧化物换算量计的其它组分的总量优选相对于整个基础玻璃为至多10重量％。
另外，在本发明的火花塞中，优选导电性密封件由基础玻璃和导电性填料制成，而不包含任何绝缘性填料。因此，在玻璃密封过程中可进一步降低导电性密封件的硬度。因此，可更有效地防止玻璃密封法中的端子错位。
另外，在本发明的火花塞中，优选以SiO2换算量计的Si组分的重量和以B2O3换算量计的B组分的重量的总量为86到94重量％。因此，有可能充分地降低导电性密封件的热膨胀系数。
根据第二方面，本发明提供的火花塞包括在绝缘体内轴向形成的通孔内分别固定在第一导电性密封件和第二导电性密封件上的中心电极和外部端子；和插入到第一导电性密封件和第二导电性密封件之间的电阻器，其中第二导电性密封件包含基础玻璃、导电性填料、和至多10重量％、但大于0重量％的绝缘性填料，并且其中第一导电性密封件包含基础玻璃、导电性填料、和低于第二导电性密封件中所含的绝缘性填料的量(包括0重量％)的绝缘性填料。
在本发明中，调整第一导电性密封件和第二导电性密封件各自的绝缘性填料的含量为至多10重量％。这使得有可能当第一和第二导电性密封件的基础玻璃软化时降低导电性密封件的硬度。因此，即使在玻璃密封过程中的密封负荷相对小，也有可能防止端子错位。另外，降低密封负荷可防止在玻璃密封过程中绝缘体破损。如果第一导电性密封件和第二导电性密封件中的绝缘性填料含量大于10重量％，则不能充分实现这些效果。
另外，由于第二导电性密封件中的绝缘性填料含量多于第一导电性密封件中的绝缘性填料含量，因此，第二导电性密封件在玻璃密封过程中的硬度比第一导电性密封件在玻璃密封过程中的硬度高。因此，插入到第一导电性密封件和第二导电性密封件之间的电阻器可得到充分填充并且通过推动第二导电性密封件而将电阻器固定在内部。可通过调整第二导电性密封件中的绝缘性填料含量比第一导电性密封件中的绝缘性填料含量多1重量％或更多而充分确保这种效果。
本发明中使用的绝缘性填料的非限制性例子总地包括β-eucriptite、β-锂辉石、热液石英、二氧化硅、富铝红柱石、堇青石、锆石、钛酸铝、二氧化钛和绝缘陶瓷填料，但不包括基础玻璃的组分。
图1为表示本发明的火花塞的实施方案的剖视图；图2为表示本发明的火花塞制造过程的实施例的剖视图；图3为表示本发明的火花塞制造过程的实施例的剖视图；图4为表示本发明的火花塞制造过程的实施例的剖视图；图5为表示本发明的火花塞制造过程的实施例的剖视图；图6为表示本发明的火花塞制造过程的实施例的剖视图；图7为表示本发明的火花塞制造过程的实施例的剖视图；和图8为表示评价密封性能的装置的示意图。
具体实施例方式
以下参考附图详细描述本发明。然而，本发明不受其限制。
以下描述第一实施方案。
图1表示第一实施方案的火花塞100的一个例子。火花塞100包括柱状金属外壳1；绝缘体2，其配合在金属外壳1中并在火花塞100的轴向(纵向)方向上具有通孔5和自通孔5伸出的前端部分2a；中心电极3，其位于通孔5的前部并在其自通孔5伸出的前端上具有点火尖端3a；和接地电极4，其具有通过焊接方法等与金属外壳的末端结合和弯曲面对中心电极3的前端的头端。接地电极4具有与点火尖端3a成直线的点火尖端4a，从而在其中间提供火花放电间隙g。
金属外壳1由金属如低碳钢制成，并包括用于在其外周面安装火花塞100的具有螺纹部分1a的圆筒形状和当将金属外壳1安装到发动机组上时用于与工具如扳钳或扳手啮合的六角形工具啮合部分1b。
绝缘体2完全由包含以Al2O3换算量计为80到98摩尔％(优选90到98摩尔％)的Al组分的氧化铝陶瓷制成。
具体地，氧化铝陶瓷可包含例如不同于Al的一种或两种或多种以下范围的组分Si组分以SiO2换算量计为1.50到5.00摩尔％；Ca组分以CaO换算量计为1.20到4.00摩尔％；Mg组分以MgO换算量计为0.05到0.17摩尔％；Ba组分以BaO换算量计为0.15到0.50摩尔％；和B组分以B2O3换算量计为0.15到0.50摩尔％。
在绝缘体2的中间提供凸缘状径向向外突出的凸出部分2b。在绝缘体2的后端侧上形成的绝缘体本体部分2c比凸出部分2b细。在绝缘体部分2c的外周面的后端部分形成了波纹状部分2g，在波纹状部分2g上形成了釉料层2g。
另一方面，在凸出部分2b的前端侧上，按照以下所述顺序依次形成直径比凸出部分2b的直径小的第一轴部2d和直径比第一轴部2d的直径小的第二轴部2e。第一轴部2d具有基本上为柱状的外周面，而第二轴部2e具有其中外周面向前端逐渐变细的基本的圆锥形状。
绝缘体2的通孔5由基本上为圆筒形状、用于穿过其中插入中心电极3的第一部分5a和在第一部分5a的后端侧上形成并且直径比第一部分5a的直径更大的基本上为圆筒形状的第二部分5b组成。在第二(后)部分5b中提供外部端子10和电阻器11，将中心电极3插入到第一(前)部分5a中。
自中心电极3的后端部分的外周面突出形成电极固定凸出部分3b。另外，通孔5的第一部分5a和第二部分5b在第一轴部2d内彼此连接。在这一连接位置，形成具有锥形面或圆形面的凸出部分容纳面5c，用于容纳中心电极3的电极固定凸出部分3b。
另一方面，在第一轴部2d和第二轴部2e的外周面上的连接部分2h成梯状，通过环状板密封垫20与在金属外壳1的内表面上形成的凸条部分1c啮合，所述凸条部分1c作为金属外壳1的啮合部分用于防止轴向松动。
另一方面，在金属外壳1的后端侧和绝缘体2的外面之间布置与凸缘状凸出部分2b的后侧啮合的环状线密封垫30、环状线密封垫32和滑石等的填料层31。绝缘体2被扣紧并轴向固定在金属外壳1的凸条部分1c和金属外壳1的扣紧部分1d之间。
电阻器11布置在通孔5中的外部端子10和中心电极3之间。该电阻器11以其两端部分别通过第一导电性密封件12和第二导电性密封件13与中心电极3和外部端子10电连接。
电阻器11由电阻器复合材料制成，其通过在随后描述的玻璃密封过程中热压玻璃粉和导体粉末(如果需要，和不同于玻璃的陶瓷粉末)制备。在本文中，电阻器11可省略，通过单个导电性密封件与外部端子10和中心电极3连接。
外部端子10由低碳钢等制成，并具有在其表面积上形成的镀Ni层(厚度为例如5μm)用于腐蚀保护。外部端子10包括密封部分10a(或前端部分)；连接部分10c，其自绝缘体2的后端边缘伸出；和棒状部分10b，其在连接部分10c和密封部分10a之间提供。
密封部分10a形成轴向长圆筒形状，并在其外周面上具有螺纹状或棱纹状的突出部分。将密封部分10a嵌入导电性密封件13中，使得导电性密封件13将密封部分10a和通孔5的内表面之间的间隙密封。
接地电极4和中心电极3的主体由Ni合金、Fe合金等制成。另外，在中心电极3的主体中埋设有芯3c，该芯由Cu或Cu合金制成，以促进传热。芯也可埋设在接地电极4中。另一方面，点火尖端3a和点火尖端4a主要由贵金属合金制成，贵金属合金主要包括Ir、Pt、和Rh中的一种或多种。还有可能省略点火尖端3a和点火尖端4a中的一个或两个。
第一导电性密封件12和第二导电性密封件13形成了第一实施方案的火花塞100的重要部分，其由基础玻璃和导电性填料制成。
在导电性密封件12和13中包含的导电性填料的示例为主要由一种或多种金属组分如Cu和Fe或其合金组成的金属粉末。
因此，调整第一导电性密封件12和第二导电性密封件13中的绝缘性填料的含量为至多10重量％。因此，有可能在其中使基础玻璃软化的玻璃密封过程中降低第一导电性密封件12和第二导电性密封件13的硬度。因此，有可能防止玻璃密封过程中的端子错位。另外，不需要增加密封负荷，从而防止在玻璃密封过程中绝缘体2破损。
另外第一导电性密封件12和第二导电性密封件13中的基础玻璃包含以SiO2换算量计为55到65重量％的Si组分；以B2O3换算量计为22到35重量％的B组分；以CaO换算量计为0.2到2重量％的Ca组分；以Al2O3换算量计为至多2重量％的Al组分；和分别以Na2O和K2O换算量计总量为4到8重量％的Na组分和K组分。基础玻璃既包含Na组分又包含K组分。
配制第一导电性密封件12和第二导电性密封件13中的基础玻璃，使其具有上述组成。因此，包含所述基础玻璃的第一导电性密封件12和第二导电性密封件13的热膨胀系数经过调整小于绝缘体2的热膨胀系数，从而防止第一导电性密封件12和第二导电性密封件13中的裂缝蔓延、脱落等。
以下描述实施方案1的火花塞100的生产过程的一个例子。首先，为了得到绝缘体2，通过将作为材料粉末的氧化铝粉末与用于得到上述组成的以烧结后的各氧化物换算量计的预定比例的包含Si组分、Ca组分、Ni组分、Ba组分和B组分的各个组分源粉末混合，并通过加入预定量的粘合剂(如PVA)和水并混合，制备成形用基础浆料。在本文中，可以将各组分源粉末以例如SiO2粉末作为Si组分、CaCO3粉末作为Ca组分、MgO粉末作为Mg组分、BaCO3粉末作为Ba组分、和H3BO3粉末作为B组分的形式混合。另外，H3BO3也可为溶液形式。
将成形用基础浆料通过喷雾干燥法等喷雾并干燥成为成形用基础粒状物。然后，通过橡皮模冲床使成形用基础粒状物成形为绝缘体原型的压块。然后，将压块在1,400到1,600℃的大气中烧结1到8小时，从而制备绝缘体2。
另一方面，根据以下方法制备导电性密封材料粉末。具体地，按照预定组成混合包含预定组成的上述各组分的基础玻璃粉末和导电性填料粉末，制备混合料。在混合罐中加入混合料以及水系溶剂和混合用介质(如陶瓷如氧化铝)，并将上述材料混合并均匀分散。
然后，如下所述将中心电极3和外部端子10与通过玻璃密封法形成的绝缘体2、电阻器11和导电性密封件12和13组装。
首先，将釉料浆料从喷嘴喷雾并施用于绝缘体2的预定表面上，从而形成釉料浆料层2ga(图2)，其将变成图1中的釉料层2g，并将釉料浆料层2ga干燥。然后，如图2所示，将中心电极3插入到具有釉料浆料层2ga的绝缘体2的通孔5的第一部分5a中，并且如图3所示将导电性密封材料粉末H加入到通孔5中。然后如图4所示通过通孔5中的按压棒40预先压缩所填充的粉末，从而形成第一导电性密封材料粉末层12a。
然后将电阻器复合材料的材料粉末加入到通孔5中的第一导电性密封材料粉末层12a上，并同样预先压缩以形成电阻器粉末层11a。然后，还将导电性保护粉末H加到电阻器复合材料粉末层11a上，并由按压棒40预先压缩以形成第二导电性密封材料粉末层13a。因此，如图5中所示，从中心电极3的侧面角度观察第一导电性密封材料粉末层12a、电阻器复合材料粉末层11a和第二导电性密封材料粉末层13a层叠在通孔5中。
如图6所示，塞子组装体PA包括布置在通孔5后端面的外部端子10。在加热炉中将塞子组装体PA加热到700到950℃的预定温度。然后，将外部端子10朝向中心电极3轴向压配到通孔5中，从而将各层12a、11a和13a轴向压缩为层叠状态。因此，如图7所示，各层被压缩和烧结，分别成为导电性密封件12、电阻器11和导电性密封件13(即，完成了玻璃密封过程)。同时，釉料浆料层2ga烧结为釉料层2g。
将金属外壳1、接地电极4和其它部件与如此完成玻璃密封步骤的塞子组装体PA组装，从而完成图1所示的火花塞100。将这种火花塞100通过其螺纹部分1a安装在发动机组中，并用作供应给燃烧室的空气-燃料混合物的点火源。
以下描述本发明第二实施方案的火花塞200。在本文中，第二实施方案的火花塞200与第一实施方案的火花塞100不同之处只在于第一导电性密封件12和第二导电性密封件13的材料(组成)。详细描述火花塞200的这些材料，其余部分的说明从略。
在第二实施方案的火花塞200中，第一导电性密封件212由基础玻璃和导电性填料制成。另一方面，第二导电性密封件213由基础玻璃、导电性填料和1重量％的绝缘性填料制成。绝缘性填料由TiO2的晶体制成。
因此，第一导电性密封件212和第二导电性密封件213中的绝缘性填料含量为至多20重量％。这使得有可能当基础玻璃软化时降低第一导电性密封件212和第二导电性密封件213的硬度。因此，有可能防止玻璃密封过程中的端子错位。另外，不需要增加玻璃密封过程中的密封负荷，以防止在玻璃密封过程中绝缘体2破损。
另外，第二导电性密封件213中的绝缘性填料含量比第一导电性密封件212中的高，使得在基础玻璃软化点时第二导电性密封件213的硬度比在基础玻璃软化点时第一导电性密封件212的硬度高。然后，通过第二导电性密封件213充分推动插入到第一导电性密封件212和第二导电性密封件213之间的电阻器11，使其适当地填充并固定在它们之间。
实施例参考以下实施例描述本发明。然而，本发明不受其限制。
实施例1首先，根据以下方法制备绝缘体2。按照预定比例将材料粉末或氧化铝粉末(包含氧化铝的量为95摩尔％，Na(以Na2O换算量计)的量为0.1摩尔％，且平均粒径为3.0μm)与SiO2(纯度为99.5％，平均粒径为1.5μm)、CaO3(纯度为99.9％，平均粒径为2.0μm)、MgO(纯度为99.5％，平均粒径为2μm)、BaCO3(纯度为99.5％，平均粒径为1.5μm)和H3BO3(纯度为99.0％，平均粒径为1.5μm)混合。向总量为100重量份的混合粉末中加入3重量份的PVA作为亲水性粘合剂和103重量份的水并湿法混和，从而制备成形用基础浆料。
然后，通过喷雾干燥法将这些具有不同组成的浆料干燥，以制备成形用球状基础粒状物。将粒状物过筛，粒径为50到100μm。然后，通过上述的橡皮模冲床方法在40MPa的压力下使过筛的粒状物成形。成形体的外周面用磨床加工以使其形成预定的绝缘体形状。然后，将成形体在1550℃下烧结2小时以制备绝缘体2。通过荧光X射线分析发现如此制备的绝缘体2具有以下组成Al组分以Al2O3换算量计为94.9摩尔％，Si组分以SiO2换算量计为2.4摩尔％；Ca组分以CaO换算量计为1.9摩尔％；Mg组分以MgO换算量计为0.1摩尔％；Ba组分以BaO换算量计为0.4摩尔％；和B组分以B2O3换算量计为0.3摩尔％。
然后，以1∶1的质量比混合包含Cu粉末和Fe粉末(二者的平均粒径都为30μm)的金属粉末，将TiO2的绝缘粉末、和基础玻璃粉末(平均粒径为150μm)混合，使金属粉末含量为约50重量％，从而制备导电性密封材料粉末。
基础玻璃粉末的组成为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，制备绝缘粉末使其具有表1中所示的含量。
另外，根据以下方法制备电阻器材料粉末。首先，将30重量％的细玻璃粉末(平均粒径为80μm)、作为陶瓷粉末的66重量％的ZrO2(平均粒径为3μm)、1重量％的炭黑、和作为有机粘合剂的3重量％的糊精混合并在球磨机中用水作为溶剂湿法混和。此后，干燥混合物得到预备材料。然后，将80重量份的粗玻璃粉末(平均粒径为250μm)与20重量份的上述预备材料混合，从而制备电阻器材料粉末。在此处，玻璃粉末的材料为通过将50重量％的SiO2、29重量％的B2O3、4重量％的Li2O和17重量％的BaO混合并溶解得到软化温度为585℃的硼硅酸锂玻璃。
然后，通过已经描述的火花塞制造过程(图2到图7)使用如此制备的导电性密封材料粉末和电阻器复合材料粉末用于制造如图1所示的具有电阻器的火花塞100。
另外，用于形成第一导电性密封材料粉末层12a的导电性密封材料粉末的装填量为0.15g；用于形成电阻器复合材料粉末层11a的电阻器材料粉末的填充量为0.40g；用于形成第二导电性密封材料粉末层13a的导电性玻璃粉末的填充量为0.15g。热压处理在900℃的加热温度和压力为100Kg/cm2的条件下进行。
另外，评价在前述条件下生产的火花塞样品和通过将热压处理的加热温度降低50℃生产的火花塞样品编号1到7(各100件)各自的密封性能。通过视觉检查外部端子10是否与绝缘体2错位判断密封评价。
在加热温度为900℃的热压处理中生产的所有火花塞中没有观察到外部端子10与绝缘体2的错位。表1中所示的结果为其中将热压处理的加热温度降低50℃(即在850℃下)进行热压处理的样品。在表1中全部100个样品都表现出没有外部端子10与绝缘体2错位的那些样品类型表示为“○”；在100个样品中有1个表现出外部端子10错位的那些样品类型表示为“△”；在100个样品中有2个表现出外部端子10错位的那些样品类型表示为“×”。
表1
从表1中可以看出，在其中第一导电性密封件12和第二导电性密封件13中绝缘性填料的含量为至多10重量％的那些样品表现出充分的密封性能。
实施例2然后，生产了实施例1的火花塞100，其具有如表2所示的第一导电性密封件12和第二导电性密封件13的最终的基础玻璃粉末组成。在表2中，组成以重量％表示。在表2中，样品编号8到11具有本发明范围内的基础玻璃组成，样品编号12到22具有本发明范围外的基础玻璃组成。另外，绝缘性填料的含量为0重量％。
评价如此得到的火花塞样品(每种类型制造一百件)的气密性。为了评价气密性，如图3中所示，将火花塞样品的螺纹部分1a扣紧在压力试验器50中形成的压力腔的内螺纹51中，通过在1.5MPa(标准试验)和2.5MPa(加速实验)的两个不同的压力水平下将压缩空气引入到压力腔中，测量外部端子10侧的空气渗漏。
当以1.5MPa(标准试验)将压缩空气引入到压力腔中时，所有火花塞样品都没有观察到空气渗漏。对于其中以2.5Mpa压力下将压缩空气引入到压力腔中的加速实验，结果如表2中所示。在表2中没有表现出渗漏的那些样品表示为“○”；平均渗漏量为至多0.05ml/min的那些样品表示为“△”；平均渗漏量最小为0.05ml/min的那些样品被认定为渗漏样品“×”。
另外，对实施例1中生产的火花塞样品和通过将热压处理的加热温度降低50℃生产的火花塞样品分别进行如实施例1中的密封评价。以加热温度为900℃的热压处理生产的所有火花塞样品都没有观察到外部端子10与绝缘体2错位。表2中所示的结果为其中将热压处理的加热温度降低50℃(即，在850℃下进行热压处理)的样品。
表2
从表2中可见，导电性密封件的基础玻璃组成在本发明范围内的全部样品提供充分的气密性和密封性能。另外，其中满足关系W1≥W2(其中以Na2O换算量计的Na组分的重量表示为W1，以K2O换算量计的K组分的重量表示为W2)的全部样品都表现出优异的气密性和密封性能。
实施例3下面生产类似于实施例1和2的火花塞100的火花塞200。在这里，实施例1的基础玻璃用作第一导电性密封件212和第二导电性密封件213的基础玻璃。调整第二导电性密封件213的组成，使其具有如表3中所示的样品编号23到27的含量的绝缘性填料。在实施例3中，第一导电性密封件212不包含绝缘性填料(即，其含量为0重量％)。
根据JIS B8031-1995中所述使样品编号23到27经受插入电阻器负荷寿命试验。发现在试验前后电阻变化大于±20％并小于±30％的样品表示为“○”；发现在试验前后电阻变化小于±20％的样品表示为“○○”。结果如表3中所示。
表3
如实施例3所示，通过调整第二导电性密封件213中绝缘性填料的含量，使其比第一导电性密封件212的绝缘性填料含量高，可有效地改善负荷寿命特征。
本申请基于2004年4月30日提交的日本专利申请JP 2004-136186，其内容被并入本文作为参考，其同样进行了详述。
权利要求
1.火花塞，其包括在所述火花塞的轴向方向具有通孔并包括氧化铝陶瓷的绝缘体；部分地插入到通孔前端内的中心电极；部分地插入到通孔后端内的外部端子；和在所述通孔内的所述外部端子和所述中心电极之间提供的导电性密封件，其中所述导电性密封件包含基础玻璃、导电性填料和0到10重量％的绝缘性填料，所述基础玻璃包含以SiO2换算量计为55到65重量％的Si组分；以B2O3换算量计为22到35重量％的B组分；以CaO换算量计为0.2到2重量％的Ca组分；以Al2O3换算量计为至多2重量％的Al组分；和分别以Na2O和K2O换算量计总量为4到8重量％的Na组分和K组分，并且所述基础玻璃既包含Na组分又包含K组分。
2.权利要求1的火花塞，其中在所述基础玻璃中包含的以Na2O换算量计的所述Na组分的重量不低于在所述基础玻璃中包含的以K2O换算量计的所述K组分的重量。
3.权利要求1的火花塞，其中所述导电性密封件不包含绝缘性填料。
4.权利要求1的火花塞，其中以SiO2换算量计的所述Si组分的重量和以B2O3换算量计的所述B组分的重量的总量相对于所述基础玻璃的重量为86到94重量％。
5.火花塞，其包括在所述火花塞的轴向方向具有通孔的绝缘体；在所述通孔内提供的第一导电性密封件；在所述通孔内提供的第二导电性密封件；部分地插入到所述通孔的前端内并与所述第一导电性密封件结合的中心电极；部分地插入到所述通孔的后端内并与所述第二导电性密封件结合的外部端子；和在所述第一导电性密封件和所述第二导电性密封件之间提供的电阻器，其中所述第二导电性密封件包含基础玻璃、导电性填料和至多10重量％但多于0重量％的绝缘性填料，和所述第一导电性密封件包含基础玻璃、导电性填料和低于所述第二导电性密封件中包含的所述绝缘性填料的量(包括0重量％)的绝缘性填料。
6.权利要求5的火花塞，其中所述第一导电性密封件不包含绝缘性填料。
7.权利要求5的火花塞，其中所述绝缘体包括氧化铝陶瓷，所述第一和第二导电性密封件的基础玻璃各自独立地包含以SiO2换算量计为55到65重量％的Si组分；以B2O3换算量计为22到35重量％的B组分；以CaO换算量计为0.2到2重量％的Ca组分；以Al2O3换算量计为至多2重量％的Al组分；和分别以Na2O和K2O换算量计总量为4到8重量％的Na组分和K组分，并且所述基础玻璃各自独立地既包含Na组分又包含K组分。
8.权利要求7的火花塞，其中在所述第一和第二导电性密封件中，在所述基础玻璃中包含的以Na2O换算量计的所述Na组分的重量不低于在所述基础玻璃中包含的以K2O换算量计的所述K组分的重量。
9.权利要求7的火花塞，其中在所述第一和第二导电性密封件中，以SiO2换算量计的所述Si组分和以B2O3换算量计的所述B组分的总重量相对于所述基础玻璃的重量为86到94重量％。
10.权利要求1的火花塞，其中满足关系W1≥W2≥W1/5，其中在基础玻璃中以Na2O换算量计的Na组分的重量表示为W1，以K2O换算量计的K组分的重量表示为W2。
全文摘要
本发明公开了火花塞，其包括外部端子；中心电极；具有通孔并包含氧化铝陶瓷的绝缘体；和导电性密封件。导电性密封件包含基础玻璃、导电性填料和0到10重量％的绝缘性填料，并且基础玻璃包含本文定义的量的Si、B、Ca、Al、Na和K组分。本发明还公开了火花塞，其包括中心电极、外部端子、第一导电性密封件、第二导电性密封件、本文定义的电阻器、和具有本文所述的通孔的绝缘体。在通孔中，中心电极和外部端子分别与第一导电性密封件和第二导电性密封件结合。第一和第二导电性密封件各自包含基础玻璃、导电性填料、和本文中所述量的绝缘性填料。
文档编号H01T13/34GK1694323SQ200510066719
公开日2005年11月9日 申请日期2005年4月30日 优先权日2004年4月30日
发明者本田稔贵, 柴田勉 申请人:日本特殊陶业株式会社