专利名称：生产火花塞的设备和方法
技术领域：
本发明涉及生产火花塞的设备和方法。更具体地说，本发明涉及这样的生产火花塞的设备和方法，该火花塞包括绝缘体，其设有轴向通孔；金属端子，其固定在该通孔内的一端；中心电极，其固定在该通孔内的另外一端；和烧结导电材料元件，包括诸如导电玻璃密封层或电阻，设置在该通孔内的金属端子和中心电极之间，以形成电连通。
传统的用于内燃机的火花塞具有内置电阻，以抑制电路的波形产生噪声。这种具有内置电阻的火花塞包括绝缘体，该绝缘体设有轴向通孔；金属端子，其固定在该通孔内的一端；中心电极，其固定在该通孔内的另外一端；电阻，其设置在该通孔内的金属端子和中心电极之间；和导电玻璃密封层，其通常设置在电阻和金属端子之间，或设置在电阻和中心电极之间，以形成电连通。
通常的生产具有内置电阻的火花塞的方法如图23A和23B所示。总之，首先，把中心电极3插入绝缘体2的通孔6内，然后，把导电玻璃粉末、大量电阻成份的粉末和另外的导电玻璃粉末依次置入。最后，从中心电极3的另外一侧把金属端子13压入通孔6，从而形成火花塞组件。这样，在绝缘体2的通孔6内从中心电极3开始依次叠置地包括导电玻璃粉末层26、电阻成份粉末层25和另一导电玻璃粉末层27。把如此层结构的火花塞组件置入加热炉，加热至温度高于玻璃软化点。然后，从与中心电极3相反的方向沿轴向把金属端子13推向中心电极3，从而，如图23B所示，使各层25至27压缩，以形成了玻璃密封层16、17和电阻15。
在上述的生产具有内置电阻的火花塞的方法中，各层由所谓的“一侧压”法进行压缩。也就是说，在中心电极3位置固定的情况下，金属端子13被推向中心电极3。在这种情况下，如图23A所示，位于最低位置的导电玻璃粉末层26不能受到足够的压缩力，原因是叠置的各层与通孔6的内表面之间具有摩擦力。相应地，粉末的压缩和流动受到限制，有时，由于密度低导致玻璃密封层16的烧结不良。如果这种情况真地发生了，玻璃密封层16内的碳就会被烧尽，或者金属元件被氧化。结果，随着火花塞的使用时间的加长，电阻15和中心电极3通过玻璃密封层16的电连通性能就会恶化。可能发生的事情是，导电电阻增加，有可能导致偶然的误点火。
本发明的目的是提供一种生产火花塞的设备，该设备用“一侧压”方法生产火花塞，金属端子被推向中心电极，但在金属端子和中心电极之间通过导电玻璃密封层、电阻和任何其它电阻元件而出现电连通不良的可能性小。
本发明的另外一个目的是提供一种采用上述设备生产火花塞的方法。
根据本发明，提供了生产火花塞的设备和方法，该火花塞包括绝缘体、金属端子、中心电极和导电材料。在绝缘体内，沿该绝缘体的轴线方向设有通孔。金属端子固定在通孔的一端。中心电极固定在通孔的另外一端。烧结的导电材料元件包括玻璃和导电材料的混合物，在通孔内设置在金属端子和中心电极之间，以使金属端子和中心电极之间电连通。
该设备具有用于加热火花塞组件的加热装置，该火花塞包括绝缘体，该绝缘体沿轴线方向设有通孔；金属端子，其固定在通孔的一端；中心电极，其固定在通孔的另外一端；和大量的烧结的导电材料元件的填入层，其在通孔内设置在金属端子和中心电极之间，大量的填入层沿绝缘体的纵向轴线方向从中心电极一侧开始软化。
在该设备上，火花塞组件由加热装置进行加热，沿绝缘体的纵向轴线方向，使中心电极一侧的温度高于金属端子一侧的温度。
生产火花塞的方法包括制备火花塞组件，该火花塞组件具有固定在绝缘体的通孔的一端的金属端子、固定在绝缘体的通孔的另外一端的中心电极、和在通孔内设置在金属端子和中心电极之间的大量的烧结的导电材料元件的填入层；加热火花塞组件，使大量的填入层沿绝缘体的纵向轴线方向从中心电极一侧开始软化；和对大量的填入层施加压力，该填入层设置在通孔内的中心电极和金属端子之间，方法是对加热的火花塞组件施加压力，使金属端子沿通孔的轴线方向靠近中心电极，而中心电极的位置相对于通孔固定。
如果火花塞组件被如此加热，即使大量的粉末填入层沿绝缘体的纵向轴线方向从中心电极一侧开始软化，填入层内玻璃的软化速度沿填入层的轴线方向在靠近中心电极一侧高于靠近金属端子一侧。如果填入层由所谓的“一侧压”方法施加压力，在沿纵向轴线方向从金属端子一侧指向中心电极一侧所施加所压力的作用下，即使中心电极一侧的大量粉末层也只承受较小的流动阻力，在中心电极一侧所施加的压力的传播受到阻碍，但由于玻璃软化的继续，仍然与金属端子一侧的大量粉末一样被有效地压缩。结果，不仅在金属端子一侧，而且在中心电极一侧，烧结导电材料元件也可有效地被压缩和烧结，以保证在烧结导电材料元件和中心电极之间总能产生令人满意的电连通。
沿绝缘体的轴线方向使大量的粉末填入层从中心电极一侧开始软化的一种方法是，这样加热火花塞组件，即使中心电极一侧的温度高于金属端子一侧的温度，以保证位于中心电极一侧的大量的粉末填入层处的玻璃优先软化或熔化。另外一种方法是，在靠近中心电极一侧的大量的粉末填入层处，采用低软化点的玻璃，而在靠近金属端子一侧采用高软化点的玻璃。在这样的组份条件下，大量的粉末填入层可以从中心电极一侧开始软化，加热条件是金属端子一侧的温度在本质上等于或略高于中心电极一侧的温度。
特别是，在本发明的生产设备中所采用的加热器是具有内置加热室的加热炉，该加热室用于容纳火花塞组件。该加热室适合于使火花塞组件置于其内部，使各绝缘体沿轴向竖立。在该情况下，加热炉的热源在加热室内或者设置在火花塞组件的上方，或者设置在火花塞组件的下方并面对着中心电极。该方案可容易地实现本发明的在加热炉内加热火花塞组件的条件，即使中心电极一侧的温度高于金属端子一侧的温度。
加热器也可采用包括气体燃烧器的加热器。下面说明这种修改的作用和优点。
采用电阻加热元件的电炉通常用作加热火花塞组件的加热炉。图22示出了由标记200表示的电炉。如图所示，数个火花塞组件PA排成一对在隧道式的炉室201内被输送，每个绝缘体都沿轴向竖立放置。同时，来自设置在运输线两侧的电阻加热元件202的辐射热辐射在各火花塞组件PA的侧面。这种横向辐射加热方法所存在的问题是，加热效率低，需要很长的时间才能使火花塞组件加热均匀，从而降低了生产效率。
本发明不采用电加热器和其它仅依靠于辐射热传导的装置，而采用气体燃烧器作热源，采用燃烧器的火焰进行加热。这样，辐射热传导可与由于火焰的动作而产生的对流热传导相结合。结果，对火花塞组件进行热传导的效率得到了极大的改善，在短时间内可达到理想的温度，加热时间可足够短，从而极大地提高了生产率和大量地节省能源。另外，不必采用昂贵的电能，而采用廉价气体的燃烧能，以节省能源费用。进一步的优点是，对流允许热气流沿火花塞组件(或绝缘体)的表面流动，从而比电加热器对火花塞组件的加热均匀性更好。即使数个火花塞组件在加热炉内相互密贴地排列，热气流也可在所有的间隙内均匀分布，以保证数个火花塞组件同时一次性地加热，这有利于提高生产效率。
气体燃烧器可以是杯形燃烧器，每个杯形燃烧器包括杯形热辐射器，其定位方式使有热辐射出来的开口面对着火花塞组件；和燃烧器主体，其具有火焰喷射口，该喷射口与杯形热辐射器的底部相通。在这种杯形燃烧器中，热辐射器由燃烧器主体的火焰进行加热，由于火焰的对流热传导与来自热辐射器的辐射热传导相结合，使对火花塞组件的加热更加均匀。
在这种情况下，加热炉可适合于同时具有入口和出口，要被加热的火花塞组件通过入口被置于加热室内，被加热过的火花塞组件从出口离开加热室，火花塞组件的运输线沿从入口至出口的路径穿过加热室，数个热源沿运输线分布在其上方或下方，下方的热源面对着各火花塞组件的中心电极。在这种结构中，火花塞组件随着沿加热室的运输线的连续和不停的输送而被数个热源加热。结果，由输送操作依次提供的火花塞组件被连续地加热，进一步提高了加热效率。这里应当注意，如果热源包括气体燃烧器，数个气体燃烧器可沿运输线间隔分布在其上方或下方，该气体燃烧器面对着各火花塞组件的中心电极。
在该情况下，也可设有火花塞组件保持器，其可拆卸地保持火花塞组件，以使各火花塞组件的绝缘体沿轴向竖立设置。在火花塞组件保持在保持器中的情况下，火花塞组件可沿运输线在加热室内输送。每个火花塞组件保持器至少沿运输线的宽度方向可保持数个火花塞组件，这样，位于如此的保持器内的火花塞组件随着在加热室内的输送而由气体燃烧器加热。
例如，如图22所示的传统的电炉200，如果沿运输线的宽度方向设置的火花塞组件的数目增加以提高处理效率，处于内侧位置的火花塞组件就不能从电阻加热元件201接收适当数量的辐射热，这是由于有处于外侧位置的火花塞组件的遮挡，由于加热不足或加热不均匀，就增加了产生有缺陷的产品的机会。为了防止出现这种问题，沿运输线的宽度方向设置的火花塞组件的数目一直不能超过2，火花塞的制造效率也不可能有明显的提高。相反，上述的本发明的生产设备通过对流热传导的方法可使热量在各火花塞组件之间的各小间隙内均匀分布。结果，大量的火花塞组件PA可同时和均匀地被加热，使火花塞的制造效率和产量都有明显的提高。
应当指出，在邻近加热炉的出口处，可设置冲床，同时设置输送机构，以把从加热炉内出来的安装在相应保持器上的各火花塞组件带入到指定的冲压位置。在该方案中，火花塞组件在经历了加热步骤之后，立即可进行冲压步骤，这进一步提高了处理的效率。另外，从加热炉内出来的火花塞组件的冷却不足以产生有缺陷的产品。
还应该指出，加热炉还可设有辅助热源，该辅助热源沿绝缘体的轴线方向位于绝缘体的上述热源的另外一侧，该辅助热源的产生的热量比上述热源少。该方案可使火花塞组件在更短的时间内被加热到理想的温度。再说一便，辅助热源也可包括气体燃烧器。
附图包括
图1是根据本发明的火花塞生产设备制造的火花塞的一个实施例的主截面图；图2A至图2D示出了制造如图1所示的火花塞的各步骤；
图3A至图3B示出了图2A至图2D的后序步骤；图4A是本发明的火花塞生产设备的一个实施例的局部总体侧视图；图4B是图4A的A-A向视图；图5A至图5C是如图4A至图4B所示的设备的操作顺序的平面视图；图6A至图6C是生产设备的输送机构的操作过程的放大侧视图；图7是图5B的局部放大平面图；图8A是输送运输机的平面图；图8B是输送运输机的侧视图；图9是位于输送运输机上的保持器的截面图，该保持器被冲床的下模支撑；图10A至图10D示意地示出了冲压步骤的操作顺序；图11A和图11B示意地示出了输送运输机的操作原理；图12是冲床的主视图；图13A至图13C示出了把火花塞组件安装在保持器上的步骤；图14是图13A至图13C的变化形式；图15是图13A至图13C的另外一个变化形式；图16是图13A至图13C的又一个变化形式；图17示出了加热炉内气体燃烧器的变化形式；图18A是加热炉内的输送元件的变化形式的前视局部截面图；图18B是该变化形式的侧截面图；图19是火花塞的变化形式的主截面图；图20A和图20B示出了采用如图4A所示的设备制造火花塞的原理；图21是杯形燃烧器的一个实施例的局部截面透视图；图22示出了传统的火花塞生产设备；和图23A和23B示出了传统的火花塞生产设备中存在的问题。
下面结合附图对本发明的推荐实施例进行说明。
图1示出了一个根据本发明的生产设备制造的火花塞的实施例。作为具有内置电阻的火花塞，如图1所示的火花塞在本质上包括主金属壳1；绝缘体2，其配合在金属壳1内，上半部暴露；中心电极3，其设置在绝缘体2的内部；和接地电极4，其焊接或由其它方法连接在金属壳1的一端，接地电极4的另外一端横向弯折，使其侧面面对着中心电极3的尖端。在接地电极4和中心电极3之间形成有火花间隙g。金属壳1通常由碳钢制成，其下部的周面具有螺纹部分12，以有利于火花塞安装在内燃机上。中心电极3通常由Ni合金制成。绝缘体2由陶瓷烧结物如氧化铝制成。
绝缘体2沿其轴线设有通孔6。金属端子13插入并固定在通孔6的一端，中心电极3插入并固定在通孔6的另外一端。电阻15设置在通孔6内的金属端子13和中心电极3之间。电阻15的一端通过导电玻璃密封层16与中心电极3电连通，电阻15的另外一端通过导电玻璃密封层17与金属端子13电连通。在如图1所示的情况下，电阻15、导电玻璃密封层16和17形成了烧结导电材料元件。
电阻15由电阻材料制成，由玻璃粉末和导电材料粉末(或非玻璃陶瓷粉末)的混合物烧结而成。采用这样的电阻成份，电阻15可由下文将详细说明的方法生产和成形。导电玻璃密封层16和17都由玻璃和诸如Cu或Fe的金属粉末(或其合金)混合制成。
如图1所示，绝缘体2在其轴线的方向的中部形成有沿径向向外延伸的部分2e，该沿径向向外延伸的部分2e通常呈凸缘状。绝缘体2在沿径向向外延伸的部分2e的后部具有直径较小的主体部分2b，术语“后部”是指远离中心电极3的尖端方向的部位。在沿径向向外延伸的部分2e的“前部”依次设有直径较小的第一轴部2g和直径更小的第二轴部2i。在主体部分2b的周面上设有玻璃2d，其后端形成有波纹2c。第一轴部2g的周面通常呈圆柱形，而第二轴部2i的周面通常呈向尖端倾斜的圆锥形。
中心电极3的垂直于轴线的横截面与电阻15的垂直于轴线的横截面相比，具有较小的直径。绝缘体2的通孔6具有中心电极3穿过其中的第一总体上呈圆柱形的部分6a和形成在第一部分6a的第二总体上呈圆柱形的部分6b(即图1的上方)，第二部分6b具有较大的直径。金属端子13和电阻15容纳在第二部分6b内，而中心电极3穿过第一部分6a。在中心电极3的后端形成有电极固定隆起3c，该电极固定隆起3c从中心电极3的周面向外延伸。通孔6的第一部分6a和第二部分6b在第一轴部2g内相通，在第一部分6a和第二部分6b相连处形成有隆起容纳表面6c，该隆起容纳表面6c呈锥面或圆弧面，用于容纳中心电极3的电极固定隆起3c。在中心电极3的内部设有芯元件3b，以提高散热性，该芯元件3b通常由Cu或其合金制成。
在第一轴部2g和第二轴部2i相连处的部位2h处，沿周向形成有轴肩。由于在金属壳1的内表面上设有作为接触部分的隆起(没示出)，可防止绝缘体2从金属壳1内脱出，方法是使该轴肩通过环形缓冲垫与所述隆起相接触。在金属壳1的后端的开口处的内表面和绝缘体2的外表面之间设有环形缓冲衬22，该环形缓冲衬22与呈凸缘状延伸的部分2e的后部的周面相接触，而在环形缓冲衬22的后方间隔着滑石或类似的缓冲层21设有缓冲环20。当绝缘体2被向前推(指向金属壳1)时，如果金属壳1的开口的边缘向内缩径(指向缓冲环)，就形成了缩径部分1d，使金属壳1固定在绝缘体2上。
下面说明把中心电极3和金属端子13安装至具有内置电阻的上述火花塞30的绝缘体2内的步骤和形成电阻15及导电玻璃密封层16、17的步骤。首先，把中心电极3插入绝缘体2(图2A)的通孔6的第一部分6a内，然后，把导电玻璃粉末H置入通孔(图2B)的下部。然后，把推杆28插入通孔6，使存积的粉末H承受初步压缩，以形成第一导电玻璃粉末层26(图2C)。然后，置入大量电阻成份的粉末，使之也承受类似的初步压缩。在通孔6内置入另外的导电玻璃粉末，也使之承受初步压缩，此时，在通孔6内叠置地形成了第一导电玻璃粉末层26、电阻成份粉末层25和第二导电玻璃粉末层27，其中，层26位于最下层(与中心电极3接触)(图2D)。
然后，从上方把金属端子13插入通孔6，从而形成火花塞组件PA(图3A)。然后，把如此形成的PA置入加热炉，加热至900-1000℃的预定温度，该温度高于玻璃软化点(假定该温度是所有被加热的火花塞组件PA的平均温度)。然后，从与中心电极3相反的方向迫使金属端子13沿轴向进入通孔6，使相互叠置的层25至27沿轴向被压缩。结果，各层被压缩和烧结，形成了导电玻璃密封层16、电阻15和导电玻璃密封层17(图3B)。
图4A和图4B示出了本发明的火花塞生产设备40的一个实施例，该设备可形成上述的电阻15和导电玻璃密封层16、17。如图4A和图4B所示，该生产设备40包括加热炉(加热器)，其把火花塞组件加热至温度高于玻璃软化点；和冲床42，其设置在邻近加热炉41的出口处。加热炉41的内部具有加热室50，火花塞组件PA的运输线PL在加热室50内在总体上水平地延伸；在PA运输线的横向的前端设有入口41a，在PA运输线的横向的后端设有出口41b。如图2和图3A所示，火花塞组件在生产线上制成之后，把数个火花塞组件PA(例如36个)安装在保持器S上，保持器S是火花塞组件的保持器，把火花塞组件从入口41a带入加热室50，沿运输线PL运输，然后从出口41b使火花塞组件离开加热室50。
如图5A至5C所示，保持器S是矩形的陶瓷或金属板，具有数个火花塞组件保持通孔Sa(下文简单地称作“保持通孔”Sa，见图3A)，这些保持通孔Sa形成了阵列(纵向和横向都有6个通孔，共36个通孔；在下文讨论的实施例中，沿PA运输线方向设置的通孔称作纵向排，而沿垂直于PA运输线方向设置的通孔称作横向列)。如图3A和3B所示，每个保持通孔Sa的形状是这样的，即其内径略大于绝缘体2的第一轴部2g的外径，但略小于延伸部分2e的外径。当火花塞组件PA从上方插入具有如此尺寸特征的保持通孔Sa内时，保持器S可以保持着火花塞组件PA，使其中心电极3朝下。
在下文讨论的实施例中，在图2A至图2D和3A所示的火花塞组件生产线上形成的由6个火花塞组件构成的一列(图13A)作为一组。然后，把由6个火花塞组件构成的列安装在保持器S上，这种安装步骤重复的次数就是列的数目(在讨论的实施例中为6)，直至所有的保持通孔Sa中都安装了火花塞组件PA(见图13B)。
如图4A和图4B所示，加热炉41的加热室50具有数个气体燃烧器(辅助加热源)48，各燃烧器48沿运输线PL以特定的间隔设置在顶部；加热室50还具有数个气体燃烧器(主加热源)49，各燃烧器49沿运输线PL以特定的间隔设置在底部。气体燃烧器48沿垂直于保持器S的运输方向设有数排(在讨论的实施例中为2排)，气体燃烧器49也是如此，不同的是，气体燃烧器49的数目大于设置在加热室50的顶部的气体燃烧器48的数目。
在讨论的实施例中，气体燃烧器48和49都呈杯形。杯形燃烧器的一个例子在图21中由标记150表示，包括热辐射器151，该热辐射器151由杯形的传递远红外线的陶瓷制成，具有开口151a和燃烧器主体152，该燃烧器主体152具有火焰喷射口153，该喷射口153与杯形热辐射器151的底部相通。燃烧器主体152包括气管155，其具有安装螺纹，该安装螺纹设置在气体接收侧154的周面上；和燃烧器顶部156，其配合在气管155内。气管155具有沿径向向外延伸的管容纳部157，该管容纳部157与气管155的周面的上端集成一体；管容纳部157的支撑面157a具有外管158，该外管158围绕着热辐射器151。燃烧器顶部156延伸通过热辐射器151和外管158的底部，沿轴向插入至气管155；如图所示，燃烧器顶部156的头部156a具有数个空气引入槽156b，这些空气引入槽156b沿径向设置在周面上。
进一步看杯形燃烧器150，气管155被供应燃料气体，如天然气或液化石油气(LPG)，该燃料气体与从设置在燃烧器顶部156的头部的周面上的数个空气引入槽156b中引入的空气相混合，从火焰喷射口153喷出并燃烧，以产生火焰。该火焰把热辐射器151加热至红热，以辐射出远红外(FI)辐射线。
气体燃烧器48和49都包括上述的杯形燃烧器，它们的安装方向是，有热量辐射出来的热辐射器151的开口151a面对着火花塞组件PA。在这种结构中，来自火焰的对流热传导和来自热辐射器151的远红外辐射热传导相结合，可实现均匀加热火花塞组件PA的目的。
如图4B所示，加热室50的两个侧壁的内表面都具有边沿50c，该边沿50c沿运输线PL的宽度的内侧延伸，形成在加热室50的高度的中间位置，沿每个边沿50c的内边缘(即平行于运输线PL)形成有导向槽45。如图5A所示，数个保持器S一个接一个地排列，跨越着各导向槽45。如图4B所示，每个保持器S都沿运输线PL输送，其下侧的两个边缘都由导向槽45的底面45a支撑，同时，沿宽度的两个横向侧面都由导向槽45的横向侧面进行导向。
如此在加热室50内安装在保持器S上的火花塞组件PA由气体燃烧器48加热其上部，由气体燃烧器49加热其下部。加热室50被支撑在导向槽45上的保持器S分成两部分一部分位于运输线PL的上方，形成了上加热室50a；另外一部分位于运输线PL的下方，形成了下加热室50b。上加热室50a的两个横向的侧壁沿PA输送方向分布着数个排气孔51，而下加热室50b的两个横向的侧壁沿PA输送方向分布着数个排气孔52。加热炉41的横向的侧壁的外侧安装有排气管55，该排气管55具有排气通道53和54，排气通道53和54分别与排气孔51和52相通。
如图5A所示，在加热炉41的入口处，在运输线PL上设有作为保持器输送元件的推动器46。推动器46包括作用缸46a和活塞杆46b，活塞杆46b可在作用缸46a的作用下伸出或回缩，以使推动器46沿保持器的输送方向前进或沿相反的方向回缩。在运输线PL的入口41a处形成有接收位置47，到达该接收位置47的保持器S被推向出口方向(图5B)，此时，保持器S进入加热炉41。结果，在加热炉41内沿PA输送方向紧密靠近的各保持器S被集体推进，此时，位于最靠近出口41b处的保持器S’被推出加热炉41。
这样，依次到达接收位置47的各保持器S在推动器46的作用下被推入加热炉41，此时，各保持器S在加热炉41内沿运输线PL以有规则的步长不断地被输送，该步长根据每个保持器S的长度确定。
在讨论的实施例中，加热炉41的加热室50内的温度被如此调节，即使所有火花塞组件的平均最终温度在900-1000℃之间。另外，保持器S的输送速度，即火花塞组件的输送速度，被如此调节，即它们在8-20分钟内被加热至指定的温度。应该记住，位于加热室50内的运输线PL的下方气体燃烧器49的数目大于位于运输线PL上方的气体燃烧器48的数目(图4A)，因此，如图3A所示安装在保持器S上的火花塞组件PA在靠近中心电极3一侧被加热的温度要高于另外一侧(靠近金属端子13的一侧)的温度。中心电极3和金属端子13之间的温度差最好被调节在0-100℃之间。
从图4B可清楚地看出，在讨论的实施例中，从上气体燃烧器48至安装在保持器S上的各火花塞组件PA的顶部的距离H1在本质上等于从下气体燃烧器49至各火花塞组件PA的底部的距离H2，另外，上气体燃烧器和下气体燃烧器被设置成具有同样的排数(在讨论的实施例中为2排)。在讨论的实施例中，沿运输线PL间隔分布的下气体燃烧器49的间距小于上气体燃烧器48间隔分布的间距，因此，火花塞组件PA在靠近中心电极3一侧被加热的温度高于另外一侧(靠近金属端子13的一侧)的温度。获得同样结果的其它的方案有上气体燃烧器48间隔分布的间距在本质上等于下气体燃烧器49间隔分布的间距，但排数较少；或使距离H1大于距离H2；或省略上气体燃烧器48。
如图4A和图5A至图5C所示，在加热炉41的出口41b处设有闸板60。特别是，从图6A可看出，闸板60通过连接元件63与活塞杆62相连，而活塞杆62又与作用缸61相连。随着活塞62伸出或回缩，闸板60关闭或打开出口41b。设置在加热炉41的出口41b处的闸板60可保证位于出口41b处的冲床42和其它机械部件不总是暴露在高温之中。
下面结合图12对冲床42进行说明。如图所示，冲床42包括下模70，其适合于从下方接近或远离保持器S，从下侧支撑保持器S；上模71，其适合于从上方接近或远离保持器S，可对安装在保持器S上的火花塞组件PA的金属端子13施加轴向压力；和作用缸72、73，其分别驱动下模70和上模71。如图8A所示，下模70总体上呈大于保持器S的外部尺寸的方形。另外，下模70具有数个凹部70a，该凹部70a开口向上，对应于保持器S上的火花塞组件的保持通孔Sa。当下模70在作用缸72的作用下上升时，凹部70a将容纳火花塞组件PA的第二轴部2i，该第二轴部2i从保持器S的下侧延伸出来(图12)。下模70由上表面70b支撑着保持器S，该上表面70b与保持器S的下侧相接触。
上模71包括压板71a和压杆75，压杆75安装在压板71a的下侧。各压杆75与下模70的凹部70a呈一一对应的关系，这样，在讨论的实施例中，设有36个压杆75。压板71a通过连接元件74连接在作用缸73的活塞杆73a的最前端，随着活塞杆73a的伸出或回缩，压板71a相应地沿导向元件76下降或上升，导向元件76沿压板71a的厚度延伸。当压板71a相对于支撑在下模70上的保持器S下降时，各压杆75集体接近火花塞组件PA的金属端子13，此时，各火花塞组件PA的绝缘体2中的各层25至27通过金属端子13被轴向地压缩。
如图8A所示，在邻近于加热炉41的出口处的冲床42的区域，设有包括辊式运输机在内的输送运输机(输送机构)80。在接收了从加热炉41的出口41b处推出的保持器S之后，输送运输机80把它输送至冲床42的冲压位置，并且在冲压之后进一步输送至下游位置。在输送运输机80内，沿加热炉41的运输线PL设有略宽于保持器S的导向槽81(见图8A、图8B和图9)。沿导向槽81的长度方向的两侧设有数个驱动辊82，辊表面82a部分地暴露于导向槽81的底面81a。
如图8B所示，输送运输机80包括入口运输机85，其包括入口侧的一组驱动辊82；中间运输机86，其包括中间区域的一组驱动辊82；和出口运输机87，其包括出口侧的一组驱动辊82。这些运输机85、86、87分别由驱动电机M1、M2、M3驱动，以相互独立地进行驱动。冲床42的下模70和上模71对应于沿运输机80的输送方向的中间运输机86进行安装。
下面说明生产设备40的操作过程。如图13A至图13C所示，把36个火花塞组件PA已经安装在保持通孔Sa中的保持器S输送进加热炉41。当保持器S到达保持器接收位置47(图5A)时，闸板60打开，推动器46向前移动(图5B)。结果，该保持器S被推向输送的出口方向，并被置入加热炉41内，同时，位于出口端的保持器S’被推出加热炉41。当保持器S’从出口端被推出加热炉41时，如图6B所示，入口运输机85的驱动辊82在电机M1的驱动下转动，把保持器S’输送至输送运输机80上(还可见图7)。当保持器S’被输送至输送运输机80上，加热炉41的闸板60关闭。
如图10A所示，输送至输送运输机80上的保持器S’(S)由入口运输机85和中间运输机86驱动，被输送至冲床42的冲压位置(见图11A和11B)。如图10A所示，当保持器S到达冲压位置时，对运输机85和86的驱动就停止。然后，如图10B所示，冲床42的下模70上升，此时，保持器S支撑在下模70上(也可见图9)。如图10C所示，在保持器S以如此方式支撑时，上模71下降，此时，火花塞组件PA的金属端子13通过上模71上的压杆75被压入相应的凹部70a内(见图12)。结果，叠置的各层25至27沿轴向被压缩(见图3A和图3B)，这样，如图3B所示，各层25至27被压缩和烧结，以产生导电玻璃密封层16、电阻15和导电玻璃密封层17。
在冲压步骤结束之后，如图10D所示，下模70下降，上模71上升，冲床42返回至其等待位置。然后，如图11B所示，中间运输机86和出口运输机87在电机M2和M3的驱动下转动，使保持器S从冲压位置转移至下游。当保持器S的转移操作完成之后，加热炉41的闸板60打开，如图5B所示，推动器46向前移动。结果，该保持器S向前被推入加热炉41，而位于出口处的保持器S’被推出加热炉41。
金属壳1、接地电极4和其它任何需要的零件安装在如此冲压而成的火花塞组件PA上，此时，制造如图1所示的火花塞30的过程就结束了。
通过上文对本发明的火花塞生产设备40的说明将会清楚地看出，加热炉41内的火花塞组件是以这样的方式加热的，即使每个火花塞组件的靠近中心电极3一侧的温度高于靠近金属端子13一侧的温度。结果，如图20A所示，在叠置的各层25至27内的玻璃的软化程度是，沿轴向靠近中心电极3一侧的软化程度高于靠近金属端子13一侧的软化程度。如果把轴向压力施加在金属端子13上，随着玻璃软化的继续，即使靠近中心电极3一侧的粉末的流动阻力也减小了，在靠近中心电极3处，所施加的压力仅有有限的部分传播过来，但仍然可使粉末和靠近金属端子13一侧的粉末一样有效地被压缩。结果，在靠近中心电极3一侧的玻璃密封层16被足够地压缩和烧结，从而保证了在电阻15和中心电极3之间总能产生满意的电连通，虽然在电阻15和中心电极3之间具有玻璃密封层16。作为进一步的优点，这样形成的电阻15可均匀地被烧结，沿轴向在靠近金属端子13一侧和靠近中心电极3一侧之间，只有很小的密度差异，这有利于改善电阻15的性能，特别是在负载下的特性。
如果需要的话，靠近中心电极3一侧的导电玻璃密封层16所采用的玻璃的软化点可低于另外一侧的导电玻璃密封层17所采用的玻璃的软化点。在该情况下，即使火花塞组件PA以如此方式进行加热，即使靠近中心电极3一侧的温度在本质上等于靠近金属端子一侧的温度，靠近中心电极3的密封层的玻璃也首先软化，其结果与上述的情况相同，即火花塞组件PA以如此方式进行加热，使靠近中心电极3一侧的温度高于另外一侧的温度。
在加热炉41内，气体燃烧器48和49被用作热源。在该方案中，不采用电加热器和其它仅依靠于辐射热传导的装置，也可采用燃烧器的火焰进行加热，这样，辐射热传导可与由于火焰的动作而产生的对流热传导相结合。结果，对火花塞组件PA进行热传导的效率得到了极大的改善，在短时间内可达到理想的温度，加热时间可足够短，从而可极大地提高生产率和大量地节省能源。另外，不必采用昂贵的电能，而采用廉价气体的燃烧能，以节省能源费用。
在加热炉41内，气体燃烧器48和49是这样设置的，即它们分别指向竖立在保持器S上的火花塞组件PA的上下两端。这使得热量通过对流热传导在相邻的火花塞组件PA之间的小间隙内分布均匀。结果，大量的火花塞组件PA可同时和均匀地被加热，因此，可明显地改善火花塞的制造效率和产量。
上述例子采用的保持器S都具有火花塞组件的保持通孔Sa构成的阵列。如果需要的话，如图14所示，也可采用具有单列的保持通孔Sa的保持器S。在这种情况下，每当一列火花塞组件PA安装在保持通孔Sa内后，保持器S就输送至加热炉41内。另外，如图15所示，在火花塞组件的生产步骤中，绝缘体可预设在阵列中，同时填充粉末，并进行预压缩，从而在相应的阵列中同时形成数个火花塞组件PA。在该情况下，火花塞组件可集体安装在保持器S的相应阵列中，或一列接一列地依次安装。图16示出了另外一种方法；火花塞组件PA的阵列在火花塞组件的生产步骤中集体形成，依次以列安装在保持器S中，该保持器S具有单列的火花塞组件的保持通孔Sa。
如图17所示，在加热炉41内采用的气体燃烧器48和49可如此修改，即沿PA输送方向单列地设置高密度的大型燃烧器。正如上文已经提及的，上燃烧器48可以省略。
使保持器S在加热炉41内输送的元件并不局限于推动器46，如图18A和图18B所示，推动器46可由驱动辊90进行代替。驱动辊90可由诸如氧化铝的陶瓷制成，可沿导向槽45间隔分布，辊表面90a部分地暴露于各导向槽45的底面45a。在这种结构中，每个保持器S的下表面的横向的两侧由驱动辊90的辊表面90a支撑，同时，保持器S沿宽度方向的移动受到导向槽45的横向侧面的约束。当驱动辊90在适当的驱动元件如电机(没示出)驱动下转动时，保持器S沿导向槽45移动。
在任何情况下，上加热室50a和下加热室50b在本质上都是独立的。如图5A至图5C和图18所示，各保持器S在相互靠紧的条件下被输送。
在另外的实施例中，火花塞组件PA在加热炉内的输送时的安装方向与如图3A所示的方向倒置，如图3A所示的各层25至27在冲床42上被压缩，在底部的金属端子13被推向上部的中心电极3。在该实施例中，如图4A所示的加热炉41的下加热器49的数目被减少，或被完全省略，以保证如此的加热方式，即靠近中心电极3一侧的温度高于另外一侧的温度。
最后应当指出，由本发明的生产设备制造的火花塞并不仅局限于如图1所示的具有内置电阻的火花塞30，如图19中的标记130所示，本发明的思想也可用于没有电阻的火花塞。在火花塞130中，绝缘体2的通孔6内的金属端子13和中心电极3通过单一的玻璃密封层16而相互电连通，玻璃密封层16是烧结的导电材料元件。
权利要求
1．一种生产火花塞的设备，该火花塞包括绝缘体，沿该绝缘体的轴线方向设有通孔；金属端子，其固定在所述通孔的一端；中心电极，其固定在所述通孔的另外一端；和烧结的导电材料元件，其包括玻璃和导电材料的混合物，在通孔内设置在金属端子和中心电极之间，以使所述金属端子和中心电极之间电连通，所述设备包括加热火花塞组件的加热装置，该火花塞包括所述绝缘体，该绝缘体沿轴线方向设有所述通孔；所述金属端子，其固定在所述通孔的一端；所述中心电极，其固定在所述通孔的另外一端；和大量的烧结的导电材料元件的填入层，其在通孔内设置在金属端子和中心电极之间，大量的所述填入层沿绝缘体的纵向轴线方向从中心电极一侧开始软化。
2．如权利要求1所述的设备，其中，所述火花塞组件由所述加热装置进行加热，沿所述绝缘体的轴线方向，使中心电极一侧的温度高于金属端子一侧的温度。
3．如权利要求1或2所述的设备，进一步包括加压装置，其对大量的设置在通孔内的填入层施加压力，方法是对由所述加热装置加热过的所述火花塞组件施加压力，使所述金属端子沿通孔的轴线方向靠近所述中心电极，而所述中心电极的位置相对于通孔固定。
4．如权利要求1至3其中之一所述的设备，其中，所述加热装置是具有内置加热室的加热炉，该加热室用于容纳火花塞组件，所述火花塞组件置于所述加热室内，使所述绝缘体沿轴向竖立；所述加热炉进一步设有热源，其在所述加热室内或者设置在火花塞组件的上方，或者设置在火花塞组件的下方，并面对着中心电极。
5．如权利要求4所述的设备，其中，所述热源包括气体燃烧器。
6．如权利要求5所述的设备，其中，所述气体燃烧器是杯形燃烧器，每个杯形燃烧器包括杯形热辐射器和燃烧器主体，杯形热辐射器的方向使有热辐射出来的开口面对着火花塞组件；所述燃烧器主体具有火焰喷射口，该喷射口与所述杯形热辐射器的底部相通。
7．如权利要求4至6其中之一所述的设备，其中，所述加热炉具有入口部分，要被加热的所述火花塞组件通过入口部分被置于所述加热室内；出口部分，被加热过的所述火花塞组件从出口部分离开加热室；所述火花塞组件的运输线，其沿从入口部分至出口部分的路径穿过所述加热室；和数个所述热源，其沿运输线分布在其上方或下方，下方的热源面对着中心电极；所述火花塞组件随着所述火花塞组件沿所述加热室的运输线的连续和不停的输送而被数个所述热源加热。
8．如权利要求7所述的设备，其中，所述热源包括气体燃烧器；数个气体燃烧器沿运输线分布在其上方或下方，该气体燃烧器面对着中心电极。
9．如权利要求9所述的设备，进一步包括火花塞组件保持器，其可拆卸地保持火花塞组件，以使所述火花塞组件沿轴向竖立设置；在所述火花塞组件保持在所述火花塞保持器上的情况下，所述火花塞组可沿运输线在所述加热室内输送；所述火花塞组件保持器至少沿运输线的宽度方向适合于保持数个火花塞组件，这样，位于所述保持器内的所述火花塞组件随着在加热室内的输送而由所述气体燃烧器加热。
10．如权利要求3至9所述的设备，进一步包括火花塞组件保持器，其可拆卸地保持火花塞组件，以使所述火花塞组件沿轴向竖立设置；在所述火花塞组件保持在所述火花塞保持器上的情况下，所述火花塞组可沿运输线在所述加热室内输送；和在邻近所述加热炉的出口部分处设置冲压装置，同时设置输送机构，以把从所述加热炉内出来的安装在相应保持器上的各火花塞组件带入到指定的冲压位置。
11．如权利要求4至10所述的设备，在所述加热炉内进一步包括包括辅助热源，该辅助热源沿所述绝缘体的轴线方向位于所述绝缘体的上述热源的另外一侧；该辅助热源的产生的热量比上述热源少。
12．一种生产火花塞的方法，该火花塞包括绝缘体，沿该绝缘体的轴线方向设有通孔；金属端子，其固定在所述通孔的一端；中心电极，其固定在所述通孔的另外一端；和烧结的导电材料元件，其包括玻璃和导电材料的混合物，在通孔内设置在金属端子和中心电极之间，以使所述金属端子和中心电极之间电连通，所述方法包括制备火花塞组件，该火花塞具有固定在绝缘体的通孔的一端的金属端子、固定在绝缘体的通孔的另外一端的中心电极、和在通孔内设置在所述金属端子和所述中心电极之间的大量的所述烧结的导电材料元件的填入层；加热所述火花塞组件，使大量的所述填入层沿绝缘体的轴线方向从中心电极一侧开始软化；和对大量的所述填入层施加压力，该填入层设置在通孔内的所述中心电极和所述金属端子之间，方法是对所述加热过的火花塞组件施加压力，使金属端子沿通孔的轴线方向靠近中心电极，而所述中心电极的位置相对于通孔固定。
13．如权利要求12所述的方法，其中，所述火花塞组件被如此加热，即沿所述绝缘体的轴线方向，使所述中心电极一侧的温度高于所述金属端子一侧的温度。
全文摘要
一种生产火花塞的设备和方法，首先制备火花塞组件，然后对所述火花塞组件加热，使中心电极一侧的温度高于金属端子一侧的温度，然后对加热过的火花塞组件施加压力，使金属端于沿通孔的轴线方向靠近中心电极，而所述中心电极的位置相对于通孔固定。加热由气体燃烧器进行。该设备包括加热装置、冲压装置、运输装置和火花塞保持器等，加热速度快，加热均匀，能源费用低，火花塞的制造效率高，不容易出现有缺陷的产品。
文档编号H01T21/00GK1227982SQ9910258
公开日1999年9月8日 申请日期1999年3月3日 优先权日1998年3月3日
发明者志水贤二, 田中穣 申请人:日本特殊陶业株式会社