专利名称：制造火花塞的方法及填隙金属模的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及制造火花塞的方法和用于该方法的填隙金属模。
本发明的背景技术火花塞的金属壳体典型地由铁材料如碳钢构成。为了防止腐蚀，把锌或者镍的金属镀层涂在金属壳体的表面上，或者把铬酸盐膜施加在形成有金属镀层的表面上。在这些表面处理中，含有作为铬成分的铬(VI)的铬酸盐膜(下文中称为铬(VI)膜)尤其具有极好的防腐蚀性，并且适合用于火花塞。但是，铬(VI)膜含有铬(VI)作为它的铬成分，在环境保护潮流增长时，近来趋于逐渐避免使用铬(VI)膜。因此，在未来将废除铬(VI)膜。
因此，相对较早地开发了含有极少的铬(VI)的铬酸盐膜、即含有作为绝大数铬成分的铬(III)的铬酸盐膜(下文中称为铬(III)膜)。这种铬酸盐膜可以形成于具有相对较小量的铬(VI)的处理液中，或者可以形成于根本不含有铬(VI)的处理液中。
上述的铬(III)膜难以形成较大的厚度，并且与铬酸盐(VI)膜相比，难以得到更好的防腐蚀性。但是，随着处理液的开发，可以提高铬酸盐膜的厚度，并且可以得到极好的防腐蚀性。相应地，就铬酸盐(VI)膜而言，铬酸盐(III)膜倾于适合使用，从而防止在火花塞的金属壳体内腐蚀。
通常，把火花塞的金属壳体连接到绝缘体(该绝缘体被插入到内部，并且具有具有中心电极，该中心电极设置在金属壳体的顶端上)的外部的方法包括填隙和固定圆柱形金属壳体的后端边缘(要填隙的部分)，该后端边缘弯向绝缘体的外部圆周面。
但是，如果采用具有铬酸盐(III)膜(该膜形成于它的表面上)的金属壳体，那么在填隙之后，金属壳体的各种尺寸大小偏离公差。即使在金属壳体上进行包括施加铬酸盐(VI)膜在内的其它表面处理时，可以证实各种尺寸大小与公差的偏差(下文中称为尺寸大小偏差)，但是在形成铬酸盐(III)膜时特别明显。这种尺寸大小偏差妨碍了填隙的充分作用。尤其地，如果工具接合部分的相对侧或者填隙高度的尺寸大小偏差过大，那么装填在金属壳体的内圆周表面和绝缘体之间的滑石的堆密度或者火花塞本身的气密性不利地减小了。因此，为了抑制这种尺寸大小的偏差，用来给金属壳体填隙并且把金属壳体固定到绝缘体上的填隙金属模具有要填隙的部分的较深压缩涡卷。借助于使要填隙的部分的压缩涡卷变深，使工具接合部分的相对侧尺寸避免更加容易地进行膨胀。
本发明的概述但是，在使用的早期，上述填隙金属模是有效的，但是当重复进行金属壳体的填隙时，就无效了，从而在填隙之后，导致金属壳体的尺寸大小偏差明显。在形成作为金属壳体上的基体金属镀层的镀锌层及形成铬酸盐(III)膜时，这种尺寸大小的偏差尤其明显，但是趋于产生在形成其它表面处理时。
本发明的目的是提供一种制造火花塞的方法和一种用于这种方法中的填隙金属模，在该方法中，即使金属壳体重复地被填隙并且被固定到绝缘体上，但是在填隙之后，金属壳体的各种尺寸大小的偏差被抑制在公差范围内。
为了实现上面目的，根据本发明，提供了一种制造火花塞的方法，在该方法中，具有要连接在发动机上的工具接合部分的、要填隙的一部分圆柱形金属壳体绕着绝缘体的外圆周表面进行填隙和固定，而该外圆周表面沿着轴向进行延伸并且插入到金属壳体中，其特征在于，用来给要填隙的部分进行填隙和固定的填隙金属模形成有硬碳膜，该硬碳膜主要由表面上的无定形碳相组成，该表面与金属壳体要填隙的部分进行接触并且一起滑动。
此外，提供了一种用于制造火花塞的方法中的填隙金属模，在该金属模内，采用填隙金属模来给具有工具接合部分的、圆柱形金属壳体的要填隙的部分进行填隙和固定，而该工具接合部分连接在绕着绝缘体的外圆周表面的发动机上，该外圆周表面沿着轴向进行延伸并且插入到金属壳体中，其特征在于，填隙金属模具有硬碳膜，该硬碳膜主要由形成于表面上的无定形碳相组成，该表面与金属壳体要填隙的部分进行接触，和/或一起滑动。该表面包括具有铬或者钛的第一层和具有硅或者锗的第二层，并且硬碳膜形成于第二层上。借助于在是双层结构的中间层(第一层和第二层)上形成硬碳膜，可以提高硬碳膜粘附到主体上的强度，并且在填隙过程中可以防止硬碳膜在一个较长的时期内剥落。填隙的金属模具有这样的一些表面这些表面与上、下表面进行接触，和/或在上、下表面上进行滑动，并且如果上、下表面被旋转，那么用来接触和/或滑动的每个表面可以用于填隙过程。由于硬碳膜(和中间层)可以形成于上、下表面上，因此构成这种结构不需要特殊费用。相应地，如果填隙金属膜是可逆的，那么生产这种金属模不需要提高费用，但是通过使它翻转，一个金属模可以使用两次，并且可以节省金属模的费用。
在填隙之后，产生了金属壳体的各种尺寸大小的偏差，因为在填隙时，在金属壳体上施加了不良的应力，从而导致了金属壳体的不良变形。为了减少不良的应力，可以有效地提高填隙金属膜的表面和金属壳体之间的滑动性能，而该表面与金属壳体接触并且与之一起进行滑动。因此，作为详细检查的结果，本发明人已发现，如果采用具有硬碳膜的填隙金属模，该硬碳膜主要由无定形碳相形成，而该无定形碳相形成于填隙金属模的表面上，该表面接触金属壳体的要填隙的部分进行接触并且与之一起进行滑动，那么在填隙时的滑动可以很好地进行，并且可以有效地抑制填隙之后的、金属壳体的各种尺寸大小的偏差，并且完成了本发明。
如本说明书所使用的一样，“硬碳膜主要由无定形碳相形成”表示主要构成膜的碳的骨架结构是无定形的，并且它的维氏硬度是1500kg/mm2或者更大。硬碳膜厚度的优选范围是0.6到1.2μm。如果小于0.6μm，那么形成硬碳膜的效果较小，同时如果大于1.2μm，那么较硬的单膜本身的粘附强度减少，并且该膜易于剥落。例如，通过动态微型硬度计来测量膜的硬度。硬碳膜在键中包括许多碳的金刚石键，这些键形成了无定形碳的骨架结构，该硬碳膜称之为DLC(金刚石类碳)膜，而它的硬度与金刚石的相同。因此，用DLC膜所表示的硬碳膜具有特别小的摩擦系数，并且具有能够提高与其它零件的滑动性能的作用。在本发明中，通过下面方法来提高与金属壳体要填隙的部分的滑动性能在填隙金属模上形成用DLC膜来表示的硬碳膜，该硬碳膜主要由无定形碳相来形成。如本发明所使用的一样，“主要地”表示在所关心的织物中具有最大含量(质量％)。
此外，在本发明中，金属壳体至少在要填隙的部分的外圆周面上镀有锌或者镍，并且还在该表面上用铬酸盐进行处理，或者只镀有镍。火花塞的金属壳体典型地进行这些表面处理。在本发明中，当填隙并且固定进行了典型的表面处理的金属壳体时，抑制了各种尺寸大小与公差之间的偏差，从而导致明显的工业效果。
在金属壳体表面上所形成的铬酸盐膜可以是铬酸盐(VI)膜或者铬酸盐(III)膜。即，在形成铬酸盐(III)膜时金属壳体的各种尺寸大小的偏差尤其明显，但是本发明可以有效地抑制这种尺寸大小的偏差。但是，在形成铬酸盐(VI)膜时，也可以有效地应用本发明(即，可以进一步抑制尺寸大小偏差)。此外，当金属壳体形成有铬酸盐膜及它只镀有镍时，本发明非常有效。
此外，如上所述，如果在金属壳体的表面上形成金属镀膜和/或铬酸盐膜时采用传统的填隙金属模，那么存在这样的可能性在以较大频率使用填隙金属膜时，非常严重地产生了电镀缺点如分层剥落或者粗糙。但是，当使用本发明的填隙金属膜时，有这样的效果与使用传统的填隙金属模时相比，即使提高了填隙金属膜的使用频率(即使填隙重复了许多次)，但是不会产生电镀的分层剥落或者粗糙。具体地说，在使用本发明的填隙金属模时，即使十倍或者更多地使用，但在金属壳体的填隙部分处没有电镀缺陷，这与传统的填隙金属模不相同。
当金属壳体形成有铬酸盐膜时，至少在要填隙的部分的外圆周面上形成膜厚为0.2到0.5μm并且含有质量95％或者更多的铬成分的铬(III)的铬酸盐膜。含有质量95％或者更多的铬成分的铬(III)的铬酸盐膜(在广义上称为铬酸盐(III)膜)具有质量小于5％的铬(VI)的含量，并且在采用这种铬酸盐膜时预计在环境测量中具有明显作用。理想的是，为了保持环境，铬酸盐膜基本上不含有铬(VI)。由于如前面所述一样，铬酸盐(III)膜在进行填隙时具有特别明显的金属壳体的各种尺寸大小的偏差，因此预计本发明的效果会更好。
考虑到火花塞的使用条件，形成在金属壳体上的铬酸盐(III)膜的膜厚最好设置在0.2到0.5μm的值上。如果膜厚超过0.2μm，那么即使在火花塞承受升高温度的作用并且受到酸的腐蚀的特殊工作条件下，也可以完全确保铬酸盐(III)膜的使用寿命。另一方面，如果膜厚超出0.5μm，那么在填隙时膜上产生了裂纹，或者产生了剥落，从而导致使用寿命降低。铬酸盐(III)膜的膜厚最好设置在0.3到0.5μm的范围内。
但是，在具有上述膜厚的铬酸盐(III)膜中，具有这样的可能性在填隙时尤其产生了各种尺寸大小的偏差。这是考虑到由于这样的事实通过湿法来形成铬酸盐(III)膜，膜中的水分相对较高，并且水含量特别地过量分布在具有上述膜厚的铬酸盐膜的表面上。即，由于这种水含量，因此在填隙金属模上施加了不良的吸附力，而该金属模与金属壳体一起滑动，从而减少了它们之间的滑动性能，并且使金属壳体产生了尺寸大小偏差。
就本发明而言，如果硬碳膜形成于填隙金属模上，那么可以防止金属壳体上的铬酸盐(III)膜由于水含量而吸附到填隙金属膜上，从而提供了极好的滑动性能。并且可以抑制填隙时的各种尺寸大小的偏差。
在金属壳体的表面上形成镀锌层及然后形成铬酸盐(III)膜时，这种尺寸大小的偏差特别明显。这是考虑到由于这样的事实借助于重复地进行填隙，使锌和铬成分粘附到填隙金属模上，从而妨碍了填隙金属模和金属壳体之间的滑动性能。在实践中，在使用之后的填隙金属模的表面上可以观察到这些粘附的成分。在这种情况下，本发明也具有作用。这时考虑到由于这样的事实硬碳膜防止锌或者铬粘附到填隙金属模中，从而与金属壳体保持极好的滑动性能。
附图的简短描述
图1是本发明的火花塞的横截面前视图；图2(图2a和2b)是用来详细解释填隙过程的视图；图3是示出了填隙金属模的一个例子的视图，它解释了填隙圆形部分深度和模的锥形角A的定义。
图4(图4a、4b和4c)是示出了形成于填隙金属模上的硬碳膜的视图；图5是示意图，它示出了填隙次数和例1中的各种尺寸大小之间的关系。
图6是解释金属壳体的各种尺寸大小的定义的视图。
图7是用来解释在填隙时测量负载和位移之间的关系的方法的视图。
图8是示出了在填隙时负载和位移之间的关系的图形。
标号的描述100火花塞，1金属壳体，2绝缘体，111填隙金属模，111a锥形内圆周面，111b填隙内圆周面，111c直的部分，R填隙圆形部分，60硬碳膜，1e工具接合部分，200要填隙的部分，200a要填隙的部分的外圆周面。
本发明的详细描述下面，参照附图描述本发明的优选实施例。
图1示出了根据本发明制造出来的火花塞100。火花塞100包括圆柱形金属壳体1；绝缘体2，它安装到金属壳体1中，而它的前端部21从那里伸出；中心电极3，它设置在绝缘体2的内部，而排出部分31从它的顶端伸出；及接地电极4，它的一端与金属壳体1连接，而它的另一端横向弯曲从而使它的侧表面与中心电极3的放电部分31相对。接地电极4具有放电部分32，该放电部分32形成与放电部分31相对。火花放电间隙g形成于放电部分31和放电部分32之间的间隙。镀锌层41和铬酸盐膜层42形成于金属壳体1的表面上。
绝缘体2包括陶瓷烧结体如氧化铝或者氮化铝，并且在内部沿着它的轴向具有用来安装中心电极3的通孔6。金属壳体1由金属如低碳钢形成圆柱形，并且构成了火花塞100的壳体，而绕着它的外侧边缘表面形成了螺纹部分7，从而把火花塞100连接到发动机气缸体上，未示出。终端金属固定件13被插入并且固定在通孔6的一端上，并且中心电极3被插入并且固定在另一端上。在该通孔6的内部，绝缘体15放置在终端金属固定件13和中心电极3之间。绝缘体15的两端部通过导电玻璃密封层16、17而被各自电连接到中心电极3和终端金属固定件13中。与放电部分31相对的放电部分32可以被省去。在这种情况下，火花放电间隙g形成于放电部分31和接地电极4之间。
下面描述根据本发明用来制造火花塞100的方法。首先，通过公知的电镀处理，在金属壳体1上形成镀锌层41作为基体金属层。其它种类的基体金属层可以合适地采用，如镀镍层。并且把形成有基体金属层的金属壳体1浸入到铬酸盐处理液中，该处理液含有铬(III)盐和铬(III)的络合剂的混合物，从而形成了铬酸盐(III)膜42。为了使处理效率更高，可以采用公知的筒体处理法(执行这种处理，同时借助于把金属件堆放到容器中，在处理液50中旋转液体透明容器)。
作为络合剂，可以有效地采用各种螯合剂(二羧酸、三羧酸、羟酸、羟基二羧酸或者羟基三羧酸，例如，草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、脂肪酸、海松酸、软木酸、亚硒酸、癸二酸、马来酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸和抗坏血酸)，但是其它络合剂也可以采用。使用这种处理液，可以形成相对较厚的铬酸盐膜。形成这种铬酸盐膜的方法公开在德国专利DE19638176A1中。
优选的是，把铬酸盐处理液设置在20到80度的温度上。并且物体浸入到铬酸盐处理液中的时间最好是20到80秒。如果处理液的温度小于20度，那么不能充分地得到铬酸盐膜的膜厚。在另一方面，如果处理液的温度是80或者更大，那么从处理液中的水分蒸发是如此大，以致处理液的条件变得不合适。此外，如果浸入时间小于20秒，那么不能充分地形成铬酸盐膜。另一方面，如果浸入时间超过80秒，那么所形成的铬酸盐膜变得太厚，从而在膜上产生了裂纹，或者使膜脱落。
用铬酸盐处理过的金属壳体1借助于热空气来洗净、干燥。
具有中心电极3、导电密封层16、17、电阻15和安装到通孔6中的终端金属固定件的绝缘体2在上面情况下从插入开口侧插入到金属壳体1中，从而通过线路封装(未示出)连接绝缘体2的接合部分2h和金属壳体1的接合部分1c(为这些零件可以参见图1)。然后，把线路封装(line packing)62设置在金属壳体1的插入开口内，形成由滑石制成的包装层61，并且还设置线路封装60。之后，金属壳体1所堵紧的部分通过这些线路封装60、62和包装层61反抗绝缘体2来堵紧，从而使金属壳体1和绝缘体2组装在一起。
具体地说，以图2所示的方式来实现金属壳体1和绝缘体2之间的堵紧。首先，使金属壳体1的顶端部插入到填隙底部110的设置孔110a内，从而支撑气体密封部分1f如法兰，该法兰形成于绕着它的开口边缘的金属壳体上。然后，把填隙的金属模111设置成与金属壳体1接触，并且沿着金属壳体1的轴向进行安装。这种情况示在图2a上。在这种情况下，如果把轴向力(参见图2a所示的箭头)施加到填隙金属模111上，那么在金属壳体1的填隙部分200的滑动假定表面200a和填隙的金属模111之间产生了滑动，因此金属壳1的填隙部分200弯向绝缘体2，从而堵紧金属壳体1和绝缘体2(图2b)。防止绝缘体2摆脱金属壳体1，并且金属壳体1的内圆周表面和绝缘体2的外圆周表面被密封。这时，弯曲部分1h借助于轴向压缩来弯曲，并且把应力施加在工具接合部分上，从而使它的尺寸大小变大。
与填料一起使用的填隙金属模111可以形成有较硬的碳膜60，该膜主要包括非晶体的碳层，该碳层是本发明的实质。为了提高填隙金属模(主要包括工具合金钢)和硬碳膜之间的接触度，因此中间层61可以形成于硬碳膜60和填隙金属模111之间(图4a)。中间层61可以只形成一层，如图4b所示一样，或者可以形成若干层，如图4a所示一样。当中间层61形成两层时，如图4a所示一样，最好是，主要包括硅或者锗的上部中间层61a形成于主要包括铬或者钛的下部中间层61b上，从而提高了接触。在本说明书的例子中，厚度为1μm的硬碳膜60形成于上部中间层61a上，该上部中间层包括厚度为0.25μm的硅，该上部中间层形成于下部中间层61b上，而该下部中间层包括厚度为0.25μm的钛。例如，通过JP-A-6-60404所公开的方法来形成多层膜结构。在下文中将详细描述。
首先，在弄干净填隙金属模111的表面之后，借助真空蒸发、离子电镀或者溅射的公知方法连续地形成下部中间层61b和上部中间层61a。然后，在等离子体聚合反应膜形成装置的真空室内，把它设置在阴极上。并且该真空室被抽空，并且通过气体入口加入碳氢化合物气体(例如可以混合甲烷、乙烯、苯、氢)，它的压力可以调整到大约0.1乇。把高频电压施加在真空室内的阴极和阳极之间，从而产生等离子体。因此，碳氢化合物以无定形碳的形式被分解和沉淀，从而形成具有极好接触性的硬碳膜60。
图3示出了本发明的填隙金属模111的一个例子。本发明的填隙金属模111沿着轴线C的方向具有通孔112，并且至少在轴向的一侧上在内圆周面上形成有锥形内圆周面111a，并且还形成有填隙圆形部分R，从而使金属壳体1的堵紧部分200弯曲。填隙圆形部分R形成于锥形内圆周面111a和直部分111c之间。在图3中，为了延伸模的使用寿命，锥形内圆周面111a和填隙圆形部分R如环形一样形成于轴线C的两侧上。就这种结构而言，在一个填隙圆形部分R变形的情况下，或者在形成于其上的硬碳膜60磨损的情况下，借助于使它翻转过来，可以重新使用金属模。此外，主要包括无定形碳相的硬碳膜至少形成于填隙圆形部分R的填隙内圆周面111b上，从而提高了火花塞的金属壳体1的滑动性能。用来形成填隙圆形部分R的填隙内圆周面111b凸向填隙金属模111的内部。并且该圆形部分以凸起的方式连接在靠近填隙内圆周表面111b和锥形内圆周面111a之间的边缘的外部。这里，垂直通过中心轴线C的线B和形成于填隙金属模111的轴向横截面上的锥形内圆周面111a之间的角度被定义为模的锥形角度A度。并且沿着轴线C的方向的、填隙圆形部分R的长度被定义为填隙圆形部分深度D(mm)。沿着轴线C方向的、填隙圆形部分R的长度被定义为沿轴线C方向从位置E到填隙内圆周面111b的最长距离，假设位置E是沿着填隙圆形部分R的填隙内圆周面111b的虚圆0与锥形内圆周面111a的延长线G的交点。直的部分111c的内径大于金属壳体1的堵紧部分200的后侧上的绝缘体2的外径，因此可以插入绝缘体2的后侧。
根据要生产的火花塞的种类，可以合适地采用填隙金属模111。即，具有这样的条件模的锥形角度A度及根据要生产的火花塞(具体地说是金属壳体)的尺寸大小的模填隙圆形部分R的深度D(mm)。即一定得满足下面条件。
(1)当用于金属壳体1的工具接合部分1e的相对侧尺寸大小N(mm)(参见图6)是14mm或者更小(这种情况也可以表示为N≤14mm)，6≤A/D≤22条件1(2)当用于金属壳体1的工具接合部分1e的相对侧尺寸大小N(mm)是从15.7mm到16mm时，并且如用于金属壳体1的、在JIS-B8031所规定一样的螺旋直径是14mm、12mm或者10mm(这种情况也可以表示为N＝16mm)，5.5≤A/D≤19.5条件2(3)当用于金属壳体1的工具接合部分1e的相对侧尺寸大小N(mm)是从19.7mm到20mm时，并且如用于金属壳体1的、在JIS-B8031所规定一样的螺旋直径是14mm(这种情况也可以表示为N＝20mm)，3≤A/D≤9.5条件3如果采用填隙金属模111，从而满足这些条件中的任何一个，那么在堵紧金属壳体2之后的金属壳体1的各种尺寸大小的偏差由于形成硬碳膜60的作用而可以被抑制。
在上述情况(1)下，除了条件1之外，当模的锥角度A是从15到35度、并且模的填隙圆部分深度D是从1.6到2.4mm时，可以抑制金属壳体1的各种尺寸大小的偏差。此外，在上述情况(2)下，除了条件2之外，当模的锥角度A是从15到35度、并且模的填隙圆形部分深度D是从1.8到2.6mm时，或者在上述情况(3)下，除了条件3之外，当模的锥角度A是从10到20度、并且模的填隙圆形部分深度D是从2.2到3mm时，可以进一步抑制金属壳体1的各种尺寸大小的偏差。
如果填隙圆形部分深度D(mm)太大，那么要堵紧的部分200不能充分地与绝缘体2的理想位置进行接触，从而导致金属壳体1的各种尺寸大小的偏差，并且减少了气密度。如果填隙圆形部分深度D(mm)太小，那么在堵紧之后所得到的填隙部分220的形状(参见图2b)不好，同样导致了各种尺寸大小的偏差。相应地，根据要生产的火花塞100的形状，填隙圆形部分深度D(mm)应该建立在上述范围内。此外，如果模的锥形角度A太大，那么填隙金属模111与工具接合部分1e产生接触太早，从而在工具接合部分1e上施加了过大的应力，并且产生了尺寸大小的偏差。相反，如果模的锥角度A太小，那么填隙金属模111与工具接合部分1e产生接触太晚，从而产生了尺寸大小的偏差。相应地，应该根据要生产的火花塞的尺寸大小来设定模的锥角度A。
通过热堵紧或者冷堵紧来实现把金属壳体1堵紧到绝缘体2中。
在本发明的实施例中，填隙金属模111在沿着轴线C方向上的两侧上形成有锥形内圆周面111a和填隙圆形部分R，但是填隙金属模111可以只在轴线C方向上的一侧上形成有锥形内圆周面111a和填隙圆形部分R。在这种情况下，至少在填隙圆形部分R的填隙内圆周面111b上形成用来提高金属壳体1的滑动性能的硬碳膜60。
而且，在上面实施例中，滑石装填在绝缘体2的外圆周面和金属壳体1的内圆周面之间，从而进行填隙，但是本发明不局限于上面实施例，当然本发明可以应用到制造火花塞的方法中，从而在金属壳体1的内圆周面和绝缘体2的外圆周面之间没有装填滑石的情况下堵紧金属壳体1。
例子下面实验被实施来检查本发明的效果。
例子1下面实验被执行来检查在DLC膜形成于模上的情况下、在堵紧金属壳体时减少尺寸大小偏差的效果。首先，使用JIS-G3539所规定的冷锻碳钢丝SWCH8A作为原料，图1的金属壳体1通过冷锻来生产。然后，借助于形成使用碱性氰化物液的公知电镀锌处理，形成膜厚大约为5μm的镀锌层。
制备出通过下面方法形成有铬酸盐(III)膜和铬酸盐(VI)膜的金属壳体1。
(1)铬酸盐(III)膜铬酸盐处理液通过下面方法来制备每升去离子水中溶解50g的氯化铬、3g的硝酸钴、100g的硝酸钠和31.2g的丙二酸，并且通过加热器使液体温度保持在60度上，因此借助于加入烧碱溶液把处理液的PH值调整在2.0上。把镀锌之后的金属壳体1浸入铬酸盐处理溶液中60秒，然后清洗，并且暂时地通过70度的热空气来干燥180秒，从而形成以铬为基础的铬酸盐膜。之后，铬酸盐膜通过热空气来干燥。已证实，通过X射线光电子能谱分析(XPS)，所含铬成分质量的95％是铬(III)。此外，借助SEM，实际上在横截面上测出铬酸盐(III)膜的膜厚，并且已证实处于从0.2到5μm的范围内。
(2)彩色(黄色)铬酸盐膜(铬酸盐(VI)膜)黄色铬酸盐处理液通过下面方法来制备在去离子水中溶解每升7g的铬酸酐、每升3g的硫酸和每升3g的硝酸，并且使液体温度保持在20度上。并且把金属壳体1浸入黄色铬酸盐处理液中大约15秒，提升它，并且通过70度的热空气来干燥，从而形成铬酸盐膜。此外，与铬酸盐(III)膜一样，借助SEM，实际上在横截面上测出铬酸盐膜的膜厚，并且已证实处于从0.2到5μm的范围内。
为了测量膜厚，通过溅射使导电率高于铬酸盐膜的组分的薄膜(如金薄膜)形成于膜表面上，从而更容易观察铬酸盐膜。在SEM图像中，导电率较小的铬酸盐膜层暗中被反射在基体层(如镀锌层)和具有较高导电率的新薄膜层(金膜层)上，因此从它的对比度容易证实铬酸盐膜图像。例如，所描出的白线与SEM图像中的镀锌层和金膜层之间的每个边缘相一致，并且从白线之间的距离可以确定出膜厚。
制备形成有铬酸盐(III)膜的若干金属壳体，其中绝缘体安装在这些壳体中，并且使用在表面上形成有DLC膜的模(在下文中称为DLC模)或者使用没有DLC膜的模(在下文中称为普通模)，借助于施加相同负载，连续填隙相同尺寸大小的金属壳体，因此填隙之后的金属壳体的各种尺寸大小和填隙的数目可以被相对测量出来。借助于前面所描述的等离子体聚合方法，使DLC膜形成于填隙金属模上。这里，气体源是甲烷，其中气体流率是30cm2/min、压力为0.1乇及高频电是100W。所得到的DLC的维氏硬度通过动态微型硬度计来测量，并且被证实为1500kg/mm2或者更大。所得到的结果示出在图5中。在图6所示的这些位置上测量出金属壳体1的各种尺寸大小。首先，如在沿着图6的线A-A截取的横截面所看到的一样的、工具接合部1e的相对侧尺寸大小N(也称为六角形相对侧尺寸大小)表示工具接合部分1e的两个平行相对面之间的距离N。此外，当B-B横截面被截来形成可视外形的最大直径时，如在横截面中所看到的一样，弯曲部分直径表示图6的弯曲部分1h的可视外形的直径M。此外，填隙盖高度F表示要填隙的部分200的轴向长度(即填隙部分220的轴向长度)，而该部分200在弯曲之后形成。
在图5中，每次当填料数目增大时(即使用的每次时间)，六角形相对侧长度的尺寸大小、填隙部分直径和填隙高度大于用在普通模的情况下的早期。在采用DLC模的情况下，与即使填料数目增大的早期使用的相比，这些尺寸大小难以改变，其中与普通模的情况相比，这些尺寸大小中的每一个的增大量落入更小的范围内。在这种方法中，可以发现，通过使用DLC模抑制了金属壳体的各种尺寸大小的偏差。
此外，金属壳体和填隙金属模之间的滑动性能通过下面方法来检查。如图7所示一样，把绝缘体2插入到金属壳体1中，并且通过第一夹具20来保持。之后，借助于自动绘图仪，通过第二夹具21沿着轴向把负载F施加到填隙金属模111上，因此可以测量出负载F和填隙金属模111的关系。自动绘图仪的设置条件如下。
实验模式简单压缩递减速度30mm/min递增速度100mm/min
所使用的测压元件5吨所得到的图表结果示出在图8中。如图8所看到的一样，在施加负载的初始阶段几乎没有不同，但是通过大约1500kgf的负载，在填隙金属模111的位移X中产生了一些不同。即，与形成铬酸盐(VI)膜相比，在形成铬酸盐(III)膜时，通过施加相同负载，产生了更大的位移。此外，与采用DLC模时相比，当采用普通模时，以相同负载产生了更大的位移。即，揭示出，与铬酸盐(III)膜相比，铬酸盐(VI)膜在填隙时具有更好的滑动性能，并且与采用普通模时相比，采用DLC模在填隙时具有更好的滑动性能。
当金属壳体形成有铬酸盐(III)膜或者铬酸盐(VI)膜时，采用普通模或者DLC模来堵紧金属壳体时，可以测量出填隙之后的、用于金属壳体1的工具接合部分1e的六边形相对侧尺寸大小N(mm)(参见图6)。如果金属壳体的理想六边形相对侧尺寸N与铬酸盐膜(N＝15.7到16mm)相同，那么通过施加相同负载来进行填隙。该结果示出在表1中。在填隙之后，在火花塞内测量模的具体数目(普通模3，DLC模5)时，六边形相对侧尺寸N(mm)表示平均尺寸大小。
表1
如表1所示一样，六边形相对侧尺寸N(mm)落入尺寸大小公差(15.7到16mm)的范围内，并且与采用普通模时相比，采用DLC模时更小。即，使用DLC模可以防止六边形相对侧尺寸进行膨胀，并且抑制了各种尺寸大小的偏差。当铬酸盐膜用于金属壳体上时，可以抑制六边形相对侧尺寸N。此外，当铬酸盐(III)膜形成于金属壳体上时，以与形成铬酸盐(VI)膜相同的方式抑制六边形相对侧的膨胀。
例子2
在形成有DLC膜的填隙金属模111中，当填隙圆形部分深度D(mm)和模的锥形角度A改变时，调查金属壳体的尺寸大小偏差。
首先，当希望生产出满足条件N≤14mm的火花塞时，采用具有如表2所列出的填隙圆形部分深度D(mm)和模的锥角度A的结合的填隙模型，进行50次填隙，并且计算出所生产的25个火花塞一组的六边形相对侧尺寸N(mm)的标准偏差(3σ)。这些组合被评定为A标准偏差(3σ)小于0.05，B从0.05到0.1，及C从0.1到0.15。该评定结果列在表2中。同样地，在N＝16mm或者N＝20mm的情况下，通过改变表3或者表4所列出的填隙圆形部分深度D(mm)和模的锥角度A来进行上面实验。所得到的结果列在表3或者表4中。
表2
表3
表4
在表2所列出的N≤14mm的情况下，已发现，当采用满足6≤A/D≤22(条件1)的填隙金属模时，可以进一步抑制六边形相对侧尺寸N(mm)的尺寸大小偏差。同样地，如表3或者4所列出的一样，当采用在N＝1的情况(2)下满足5.5≤A/D≤19.5(条件2)、或者在N＝20的情况(3)下满足3≤A/D≤9.5(条件3)的填隙金属模时，可以进一步抑制六边形相对侧尺寸N(mm)的尺寸大小偏差。而且，如果该条件在情况(1)下满足15度≤A/D≤35度及1.6mm≤D≤2.4mm、在情况(2)下满足15度≤A/D≤35度及1.8mm≤D≤2.6mm、在情况(3)下满足10度≤A/D≤20度及2.2mm≤D≤3mm，可以进一步减少尺寸大小的偏差。
本申请是以2001.4.27日提交的日本专利申请JP2001-131792为基础的，该申请的全部内容在这里引入以作参考，这个与最后所提出的一样。
权利要求
1.一种制造火花塞的方法，该火花塞包括圆柱形金属壳体，它具有要填隙的部分和工具接合部分，该接合部分被连接在发动机中；绝缘体，它插入到金属壳体中，并且沿轴向进行延伸；及填隙金属模，该方法包括对要填隙的部分进行填隙，从而通过填隙金属模使之固定到绝缘体的外圆周面上；其特征在于，填隙金属模包括一表面，该表面包括硬碳膜，该硬碳膜包括无定形碳相，并且该表面与要填隙的部分进行接触，或者滑动到要填隙的部分中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，硬碳膜的厚度为0.6到1.2μm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该面包括第一层，它包括铬和钛中的一种；及第二层，它包括硅和锗中的一种，并且硬碳膜形成于第二层上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，填隙金属模包括这样的一些面，这些面在上、下表面上进行接触或滑动，并且借助于使上、下表面进行翻转，用来进行接触或者滑动的每个面可以用于填隙过程中。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，填隙金属模限制出轴向延伸的通孔并且具有内圆周面，该内圆周面包括锥形内圆周面和填隙的圆形部分，其中填隙的圆形部分用来使要填隙的部分弯曲；及在垂直通过中心轴线的线相对于含有中心轴线的横截面内的锥形内圆周面所形成的角度被定义成模的锥形角A(°)和填隙圆形部分的轴向长度被定义成填隙圆形部分深度D(mm)的情况下，满足下面条件，当工具接合部分的相对侧尺寸是14mm长或者更小时，该条件是6≤A/D≤22当工具接合部分的相对侧尺寸是从15.7到16mm长并且金属壳体的螺旋直径如JIS-B8031所规定的一样是14mm、12mm或者10mm时，5.5≤A/D≤19.5当工具接合部分的相对侧尺寸是从19.7到20mm长并且金属壳体的螺旋直径如JIS-B8031所规定的一样是14mm时，3≤A/D≤9.5
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，要填隙的部分的外圆周表面镀有锌或者镍，并且用铬酸盐进行处理，或者镀有镍。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，要填隙的部分的外圆周表面镀有锌或者镍，并且用铬酸盐进行处理，或者镀有镍。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在要填隙的部分的外圆周表面上形成这样的铬酸盐膜该膜厚为0.2到0.5μm，并且包括铬成分的重量95％或者更多的铬(III)。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在要填隙的部分的外圆周表面上形成这样的铬酸盐膜该膜厚为0.2到0.5μm，并且包括铬成分的重量95％或者更多的铬(III)。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，铬酸盐膜基本上不包括铬(VI)。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，铬酸盐膜基本上不包括铬(VI)。
12.如权利要求5所述的方法，其特征在于，铬酸盐膜通过下面方法形成把要填隙的部分浸入到铬酸盐处理液中，该处理液包括铬(III)盐和铬(III)的络合剂的混合物。
13.一种用于火花塞的填隙金属模，该火花塞包括圆柱形金属壳体，它具有要填隙的部分和工具接合部分，该接合部分被连接在发动机中；绝缘体，它插入到金属壳体中，并且沿轴向进行延伸；及填隙金属模，其特征在于，填隙金属模用来对要填隙的部分进行填隙，从而使之固定到绝缘体的外圆周面上；填隙金属模包括一表面，该表面包括硬碳膜，该硬碳膜包括无定形碳相，及该表面与要填隙的部分进行接触，或者滑动到要填隙的部分中。
全文摘要
一种制造火花塞的方法,该火花塞包括:圆柱形金属壳体,它具有要填隙的部分和工具接合部分,该接合部分被连接在发动机中;绝缘体,它插入到金属壳体中,并且沿轴向进行延伸;及填隙金属膜,该方法包括对要填隙的部分进行填隙,从而通过填隙金属膜使之固定到绝缘体的外圆周面上;其特征在于,填隙金属模包括一表面,该表面包括硬碳膜,该硬碳膜包括无定形碳相,并且该表面与要填隙的部分进行接触,或者滑动到要填隙的部分中。
文档编号H01T21/02GK1384569SQ02118380
公开日2002年12月11日 申请日期2002年4月26日 优先权日2001年4月27日
发明者那须弘哲, 松谷涉, 植村义人, 杉本诚, 伊藤博人 申请人:日本特殊陶业株式会社