CN104285346A - 衬垫及其制造方法和火花塞及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在将火花塞安装到燃烧装置时，使主体配件前端部(接地电极)相对于燃烧室的相对位置高精度地对准，并且实现良好的气密性。衬垫(18)为金属制且构成实心环状，在火花塞(1)的主体配件(3)的外周中，设置于外螺纹部(15)和基座部(16)之间。衬垫(18)的制造工序包括：冲裁工序，对平板状的金属材料(MM)实施冲裁加工，由此得到成为衬垫(18)的环状部件(RC)；以及退火工序，对环状部件(RC)实施退火，使环状部件(RC)的硬度比金属材料(MM)更低，由此得到衬垫(18)。

Description

衬垫及其制造方法和火花塞及其制造方法
技术领域
本发明涉及安装在火花塞用主体配件的外周上的衬垫及其制造方法，以及具有衬垫而构成的火花塞及其制造方法。
背景技术
火花塞例如组装在内燃机(发动机)等燃烧装置上，用于燃烧室内的空气燃料混合物的点火。一般，火花塞具有：绝缘体，具有轴孔；中心电极，插通到轴孔的前端侧；主体配件，设置在绝缘体的外周；以及接地电极，基端部与主体配件的前端部接合，前端部在与中心电极之间形成火花放电间隙。另外，在主体配件上形成有用于将火花塞安装到燃烧装置上的外螺纹部，为了确保火花塞(主体配件)与燃烧装置之间的气密性，有时在所述外螺纹部的螺纹颈上安装实心环状的衬垫(例如，参照专利文献1等)。另外，一般实心环状的衬垫是通过对平板状的金属材料实施冲裁加工而制造，为了实现良好的气密性，优选使衬垫的硬度成为预定值以下。因此，在准备通过退火等而使硬度降低到预定值以下的金属材料的基础上，对该金属材料实施冲裁加工，由此制造衬垫。
但是，在将火花塞组装到燃烧装置上的状态中，例如，当成为在燃料喷射装置与火花放电间隙之间存在接地电极的位置关系时，所喷射的燃料撞到接地电极的背面。因此，由于接地电极的存在而阻碍向火花放电间隙的空气燃料混合物的供给，或者在流过火花放电间隙的气流中产生混乱，从而存在点火性降低的问题。因此，可以考虑如下方案：通过使主体配件前端部中的与固定有接地电极的部位相对的、外螺纹部的螺纹牙的相对形成位置成为与形成于燃烧装置的安装孔上的内螺纹部的开始切入的位置等对应的位置，从而在将火花塞组装到燃烧装置上时，使接地电极相对于燃烧室配置于一定的位置。
现有技术
专利文献
专利文献1：日本特开2008-135370号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，如上所述，在通过对金属材料实施冲裁加工而制造衬垫时，伴随冲裁加工而在衬垫的一部分上产生加工硬化，存在衬垫的硬度存在偏差的问题。当硬度存在偏差时，在即使将外螺纹部的螺纹牙相对于主体配件前端部(接地电极)形成于预定的相对位置，并且，通过预定的紧固力矩将火花塞安装到燃烧装置时，也存在相对于燃烧室不能将主体配件前端部(接地电极)配置于一定的位置的问题。另外，在进行冲裁加工时，衬垫中的与燃烧装置接触的一侧的面(前端面)的内周侧和外周侧变形为弯曲状，从而衬垫相对于燃烧装置的的接触面积减少，存在导致气密性降低的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供如下的衬垫及其制造方法，在将火花塞安装到燃烧装置时，能够高精度地对准主体配件前端部(接地电极)相对于燃烧室的相对位置，并且能够实现良好的气密性，并且提供具有衬垫而构成的火花塞及其制造方法。
用于解决课题的方案
以下，逐项说明适合解决上述目的的各结构。另外，根据需要对对应的结构附记特有的作用效果。
构成1.在本构成的衬垫的制造方法中，该衬垫在具有形成于自身的前端侧外周的外螺纹部、和形成于所述外螺纹部的后端侧且向径向外侧突出的基座部的筒状的火花塞用主体配件的外周中，设置于所述外螺纹部和所述基座部之间，该衬垫为金属制且为实心环状，所述衬垫的制造方法的特征在于，包括：
冲裁工序，对平板状的金属材料实施冲裁加工，由此得到成为所述衬垫的环状部件；以及
退火工序，对所述环状部件实施退火，使所述环状部件的硬度比所述金属材料更低，由此得到所述衬垫。
根据上述构成1，对通过冲裁加工得到的环状部件实施退火，由此制造衬垫。即，虽然伴随冲裁加工而在环状部件上产生硬度偏差，但是在冲裁加工后，对有可能产生硬度偏差的环状部件实施退火。因此，通过退火，能够可靠地去除环状部件中的加工形变，能够实现环状部件的硬度的均匀化，进而能够实现衬垫的硬度的均匀化。其结果，在将火花塞安装到燃烧装置时，能够高精度地对准火花塞用主体配件的前端部相对于燃烧室的相对位置，进而能够相对于燃烧室更可靠地将接地电极配置于一定的位置。
而且，由于对退火前的硬度比较高的金属材料进行冲裁，因此能够防止环状部件的端面的内周侧和外周侧的变形，进而能够使衬垫中的与燃烧装置接触的一侧的面(前端面)的内周侧和外周侧成为平坦状。因此，能够使衬垫的前端面在宽范围上成为平坦状，能够充分地确保衬垫相对于燃烧装置的接触面积。另外，通过退火使硬度降低，实现硬度的均匀化，从而能够提高衬垫相对于燃烧装置和基座部的密接性。其结果，能够实现优秀的气密性。
如上所述，根据上述构成1，在冲裁加工后实施退火，由此能够一举提高位置对准精度和气密性双方。
另外，当在衬垫上产生硬度偏差时，火花塞相对于燃烧装置的的紧固力矩越小(例如，15N·m以下)，越容易在气密性方面产生坏影响，但是根据上述构成1，使衬垫的硬度均匀化，从而即使在紧固力矩小的情况下，也能够实现良好的气密性。换言之，上述构成1在制造安装于如螺纹直径为M10以下的火花塞那样的紧固力矩小的火花塞上的衬垫时特别有意义。
构成2.本构成的衬垫的制造方法，在上述构成1中，其特征在于，在所述退火工序中，以所述衬垫中的配置于所述基座部侧的面的任意部位中的硬度的维氏硬度成为150Hv以下的方式对所述环状部件实施退火。
另外，“衬垫的硬度”是指，对衬垫中的、伴随退火工序后的加工(例如，为了将衬垫安装于主体配件，对衬垫实施的按压变形加工)而产生了硬度变化的部位以外的部位进行计测的硬度(以下，相同)。另外，取“衬垫中的配置于所述基座部侧的面的任意部位中的硬度”是因为，衬垫中的配置于基座部侧的面，很难产生由上述的退火工序后的加工引起的硬度变化，对衬垫的硬度进行计测即可。
根据上述构成2，由于衬垫的硬度成为150Hv以下，因此能够进一步提高衬垫相对于燃烧装置和基座部的密接性。其结果，能够实现气密性的进一步提高。
构成3.本构成的衬垫的制造方法，在上述构成1或2中，其特征在于，在所述退火工序中，以所述衬垫中的配置于所述基座部侧的面的任意部位中的硬度的维氏硬度成为30Hv以上的方式对所述环状部件实施退火。
根据上述构成3，衬垫的硬度成为30Hv以上。因此，当在燃烧装置的使用时等中衬垫成为高温时，能够有效地抑制衬垫的热变形，能够更可靠地防止火花塞的松弛。其结果，能够进一步提高气密性，并且能够长时间维持高精度位置对准的状态〔接地电极(主体配件前端部)相对于燃烧室的相对位置关系〕。
构成4.本构成的衬垫的制造方法，在上述构成1至3中的任意一项中，其特征在于，所述金属材料的硬度的维氏硬度为70Hv以上。
根据上述构成4，由于金属材料的硬度成为70Hv以上，因此能够减少伴随冲裁加工的环状部件的变形量。因此，能够更可靠地使衬垫的前端面在宽范围上成为平坦状，更可靠地发挥上述的作用效果。换言之，通过上述构成4，以能够使衬垫的前端面在宽范围上成为平坦状的程度，能够抑制伴随冲裁加工的环状部件的变形。
构成5.本构成的衬垫的制造方法，在上述构成1至4中的任意一项中，其特征在于，所述衬垫通过以铜为主成分的金属形成。
根据上述构成5，能够使衬垫相对于燃烧装置和基座部的密接性进一步提高，能够进一步提高气密性。
另外，由于铜的导热性优秀，因此能够快速地将主体配件的热经由衬垫传导到燃烧装置侧，能够提高主体配件和其他火花塞的构成部件(例如，配置于主体配件的内周的绝缘子等)的耐热性。
构成6.本构成的衬垫的制造方法，在上述构成5中，其特征在于，在所述退火工序中，所述环状部件的退火温度为150℃以上650℃以下。
根据上述构成6，由于退火温度成为150℃以上，因此能够有效地去除环状部件中的加工形变，能够更可靠地得到硬度被均匀化的衬垫。
另外，由于退火温度成为650℃以下，因此能够更可靠地防止衬垫的硬度过度地降低，能够稳定地制造能够实现优秀的气密性的衬垫。
构成7.本构成的衬垫的制造方法，在上述构成5或6中，其特征在于，在所述退火工序中，所述环状部件的退火温度为300℃以上650℃以下，退火时间为30分钟以上90分钟以下。
根据上述构成7，能够进一步有效地去除环状部件中的加工形变，能够使衬垫的硬度进一步均匀化。其结果，能够实现气密性的进一步提高。
构成8.本构成的衬垫的制造方法，在上述构成1至4中的任意一项中，其特征在于，所述衬垫由以铁为主成分的金属形成。
根据上述构成8，能够使衬垫相对于燃烧装置和基座部的密接性进一步提高，能够进一步提高气密性。
另外，铁相比于铜具有硬度高的特性。因此，上述构成1等的作用效果更显著，能够得到具有优秀的气密性的衬垫。
构成9.本构成的衬垫的特征在于，通过上述构成1至8中的任意一项所述的衬垫的制造方法得到。
根据上述构成9，起到基本上与上述构成1等相同的作用效果。
构成10.本构成的衬垫，在上述构成9中，其特征在于，配置于所述基座部侧的面的面积为115mm2以下。
在配置于基座部侧的面的面积充分大时，衬垫相对于燃烧装置和基座部的接触面积也充分大。因此，即使伴随冲裁加工在衬垫的硬度上产生偏差或者衬垫变形为弯曲状，也能够确保某程度的气密性。另一方面，在配置于基座部侧的面的面积小时，由伴随冲裁加工的硬度的偏差和变形引起的影响大，更容易产生气密性的降低。
关于这一点，根据上述构成10，由于衬垫中的配置于基座部侧的面的面积成为115mm2以下，因此伴随冲裁加工的气密性的降低更成为问题，但是通过采用上述构成1等，能够实现良好的气密性。换言之，上述构成1等在制造配置于基座部侧的面的面积为115mm2以下的衬垫时特别有意义。
构成11.本构成的衬垫，在上述构成9或10中，其特征在于，配置于所述基座部侧的面的面积为83mm2以下。
如上述构成11，在衬垫中的配置于基座部侧的面的面积成为83mm2以下时，伴随冲裁加工的气密性的降低更成为问题，但是通过采用上述构成1等，能够实现良好的气密性。换言之，上述构成1等在制造配置于基座部侧的面的面积成为83mm2以下的衬垫时特别有意义。
构成12.本构成的火花塞的特征在于，具有上述构成9至11中的任意一项所述的衬垫。
根据上述构成12，能够相对于燃烧室更可靠地将主体配件前端部(接地电极)配置于一定的位置，并且能够实现优秀的气密性。
构成13.本构成的火花塞的制造方法的特征在于，包括上述构成1至8中的任意一项所述的衬垫的制造方法。
根据上述构成13，起到基本上与上述构成1等相同的作用效果。
附图说明
图1是示出火花塞的结构的部分剖面主视图。
图2是对于金属材料的冲裁加工的示意图。
图3是示出环状部件的立体图。
图4是用于说明偏差角度的计测方法的火花塞前端部的放大仰视图。
图5是用于说明环状部件中的弯曲状部分的形成区域的环状部件的部分放大剖视图。
图6是示出铁衬垫与铜衬垫之间的比较结果的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对一实施方式进行说明。图1是示出火花塞1的部分剖面主视图。另外，在图1中，将火花塞1的轴线CL1方向作为附图中的上下方向、将下侧作为火花塞1的前端侧、将上侧作为后端侧进行说明。
火花塞1由构成筒状的绝缘子2、保持这些的筒状的火花塞用主体配件(以下，简称为“主体配件”)3等构成。
关于绝缘子2，如所周知对氧化铝等进行烧制而形成，在其外形部中具有：形成在后端侧的后端侧主体部10；在比该后端侧主体部10更前端侧向径向外侧突出形成的大径部11；在比该大径部11更前端侧比该大径部11形成得细的中间主体部12；以及在比该中间主体部12更前端侧比该中间主体部12形成得细的长腿部13。绝缘子2中的大径部11、中间主体部12以及大部分的长腿部13收纳在主体配件3的内部。并且，在中间主体部12与长腿部13之间的连接部上形成有顶端朝向前端侧变细的台阶部14，绝缘子2通过该台阶部14卡定在主体配件3上。
而且，在绝缘子2上贯通形成有沿着轴线CL1延伸的轴孔4。并且，在该轴孔4的前端侧插入设置有中心电极5。中心电极5具有：由导热性优秀的金属〔例如，铜、铜合金、纯镍(Ni)等〕构成的内层5A；以及由以Ni为主成分的Ni合金构成的外层5B。另外，中心电极5作为整体构成棒状(圆柱状)，其前端部从绝缘子2的前端突出。而且，在中心电极5的前端部设置有由贵金属合金(例如，铱合金或铂合金等)构成的圆柱状的端头31。
另外，在轴孔4的后端侧，以从绝缘子2的后端突出的状态插入、固定有端子电极6。
而且，在轴孔4的中心电极5与端子电极6之间配置有圆柱状的电阻体7。该电阻体7的两端部通过导电性的玻璃密封层8、9分别与中心电极5和端子电极6电连接。
另外，主体配件3通过低碳钢等金属而形成为筒状，在其前端侧外周上形成有用于将火花塞1安装到燃烧装置(例如，内燃机或燃料电池改质器等)的安装孔上的外螺纹部15。另外，在外螺纹部15的后端侧形成有向径向外侧突出的项圈状的基座部16，在位于外螺纹部15与基座部16之间的圆筒状的螺纹颈17的外周嵌入有环状的衬垫18。而且，在主体配件3的后端侧，设置有用于在将火花塞1安装到燃烧装置时使扳手等工具卡合的截面六角形状的工具卡合部19，并且在后端部设置有用于保持绝缘子2的压紧部20。另外，在本实施方式中，使用螺纹直径比较小(例如，M10以下)的外螺纹部15。
另外，在主体配件3的内周面上设置有用于卡定绝缘子2的锥状的台阶部21。并且，绝缘子2相对于主体配件3从其后端侧向前端侧插入，在自身的台阶部14卡定在主体配件3的台阶部21的状态下，通过将主体配件3的后端侧的开口部向径向内侧压紧、即形成上述压紧部20而固定在主体配件3上。另外，在所述台阶部14、21之间介有圆环状的密封片22。由此，保持燃烧室内的气密性，使进入到暴露在燃烧室内的绝缘子2的长腿部13与主体配件3的内周面之间的间隙的燃料气体不会泄露到外部。
而且，由于使基于压紧的密闭更充分，因此在主体配件3的后端侧，在主体配件3与绝缘子2之间介有环状的环部件23、24，在环部件23、24之间填充有滑石粉(滑石)25的粉末。即，主体配件3隔着密封片22、环部件23、24以及滑石粉25而保持绝缘子2。
另外，在主体配件3的前端部26接合有构成棒状的接地电极27的基端部。关于接地电极27，在自身的中间部弯曲返回，其前端部侧面与中心电极5的前端部(端头31)相对。另外，接地电极27由外层27A和内层27B构成，外层27A由Ni合金〔例如，Inconel600或Inconel601(都是注册商标)〕形成，内层27B由作为热导电性比所述Ni合金更好的金属的铜合金或纯铜等形成。而且，在中心电极5(端头31)的前端面与接地电极27的前端部之间形成有火花放电间隙33，在该火花放电间隙33处在大致沿着轴线CL1的方向上进行火花放电。
接着，对作为本发明的特征部分的衬垫18的结构进行说明。
衬垫18由以导热性优秀的铜为主成分的金属形成，构成实心环状。另外，在衬垫18中的外螺纹部15侧的面上，设置有按压衬垫18并使其变形而形成的环状的槽部18A。伴随槽部18A的形成，衬垫18的内径变得比外螺纹部15的螺纹直径小，实现防止衬垫18从主体配件3的脱落。另外，也可以由以铜以外的金属(例如，铁或Ni)为主成分的金属形成衬垫18。在由以铁为主成分的金属形成衬垫18时，能够实现热轧中的火花塞1的耐松弛性的提高和制造成本的降低。
而且，衬垫18中的配置于基座部16侧的面(即，没有实施用于形成槽部18A的按压加工的面)的任意部位中的硬度在维氏硬度下为30Hv以上150Hv以下。另外，所谓衬垫18的硬度是指，伴随后述的退火工序后的加工(在本实施方式中，按压加工)而产生了硬度变化的部位以外的部位的硬度。
而且，衬垫18中的配置于基座部16侧的面的面积为115mm2以下。另外，当考虑气密性方面时，优选使所述面积成为预定值(例如，35mm2)以上。
接着，对如上所述构成的火花塞1的制造方法进行说明。
首先，预先对主体配件3进行加工。即，对于圆柱状的金属材料(例如，铁系材料或不锈钢材料)，通过冷锻造加工等形成外形，并且形成贯通孔。之后，通过实施切削加工而修整外形，得到主体配件中间体。
接着，在主体配件中间体的前端面电阻焊接由Ni合金等构成的直杆状的接地电极27。由于在该焊接产生所谓的“塌边”，因此在去除了该“塌边”之后，在主体配件中间体的预定部位通过滚轧形成外螺纹部15。由此，得到焊接有接地电极27的主体配件3。
另外，在外螺纹部15的滚轧时，相对于接地电极27的接合位置的外螺纹部15的开始切入的位置和切入结束的相对位置，对应于在燃烧装置的安装孔上形成的内螺纹部的开始切入的位置等而设定。即，在燃烧装置的安装孔上螺纹结合有火花塞1的外螺纹部15时，以接地电极27相对于燃烧装置配置于一定的相对位置的方式滚轧有外螺纹部15。
接着，在焊接有接地电极27的主体配件3上实施镀锌或镀镍。另外，为了实现耐腐蚀性的提高，也可以在其表面进一步实施铬酸盐处理。
另一方面，与所述主体配件3不同，对绝缘子2进行成型加工。即，使用例如以氧化铝为主体并含有粘合剂等的原料粉末，对成型用基质造粒物进行调制，并且使用该成型用基质造粒物进行橡胶压制成型，从而得到筒状的成型体。并且，对于所得到的成型体，实施磨削加工并进行整形，通过烧制炉对所整形的物体进行烧制，由此得到绝缘子2。
另外，与所述主体配件3、绝缘子2不同，制造中心电极5。即，对在中央部配置有用于实现散热性提高的铜合金等的Ni合金进行锻造加工而制作中心电极5。接着，对于中心电极5的前端部通过激光焊接等而接合由贵金属合金构成的端头31。
接着，如上所述得到的绝缘子2和中心电极5、电阻体7、端子电极6通过玻璃密封层8、9而被密封固定。作为玻璃密封层8、9，一般由硼硅酸玻璃与金属粉末混合而调制，在该被调制的物体以夹住电阻体7的方式注入到绝缘子2的轴孔4内之后，从后方通过端子电极6进行按压，并且通过在烧制炉内进行加热而被烘烤。另外，此时，也可以在绝缘子2的后端侧主体部10表面上同时烧制釉层，也可以在事先形成釉层。
之后，具有分别如上所述制作的中心电极5和端子电极6的绝缘子2与具有接地电极27的主体配件3被固定。更详细地讲，在主体配件3中插通了绝缘子2的基础上，将形成得比较薄的主体配件3的后端侧的开口部压紧到径向内侧，即通过形成上述压紧部20而固定绝缘子2与主体配件3。
另外，与主体配件3等不同，制造衬垫18。首先，如图2所示，在冲裁工序中，对于通过以铜为主成分的金属形成的平板状的金属材料MM，通过预定的冲压加工机PD实施冲孔加工。由此，如图3所示，得到成为所述衬垫18的环状部件RC。另外，在本实施方式中，金属材料MM的硬度的维氏硬度为70Hv以上。另外，伴随冲裁加工，环状部件RC的端面中的位于内周侧和外周侧的部位变形为弯曲状。
接着，在退火工序中，对所述环状部件RC实施退火，使环状部件RC的硬度比金属材料MM的硬度低，从而得到衬垫18。另外，在退火工序中，以衬垫18中的至少配置于基座部16侧的面的任意部位的硬度的维氏硬度为30Hv以上150Hv以下的方式，对环状部件RC实施退火。在本实施方式中，为了使衬垫18更可靠地成为上述的硬度，使环状部件RC的退火温度成为150℃以上650℃以下(更优选为，300℃以上650℃以下)，使退火时间为30分钟以上90分钟以下。
接着，在衬垫18中插通主体配件3，在螺纹颈17的外周侧配置衬垫18。在此基础上，通过具有环状突起的预定的夹具(未图示)，沿着轴线CL1方向通过预定的负荷(例如，1.1吨～1.8吨左右)按压衬垫18中的所述外螺纹部15侧的面。由此，在衬垫18上形成槽部18A，并且使衬垫18的内径比外螺纹部15的螺纹直径小。其结果，在螺纹颈17的外周安装衬垫18。
最后，使接地电极27向中心电极5侧弯曲，并且对形成于中心电极5(端头31)与接地电极27之间的火花放电间隙33的大小进行调整。由此，得到上述的火花塞1。
如上详述，根据本实施方式，对通过冲裁加工得到的环状部件RC实施退火，由此制造衬垫18。因此，能够更可靠地去除环状部件RC中的加工形变，能够实现环状部件RC进而衬垫18中的硬度的均匀化。其结果，在将火花塞1安装在燃烧装置上时，能够使相对于燃烧室的主体配件3的前端部的相对位置高精度地对准，进而能够更可靠地将接地电极27相对于燃烧室配置于一定的位置。
而且，由于对退火前的比较高硬度的金属材料MM进行冲裁，因此能够防止环状部件RC的端面的内周侧和外周侧的变形，进而能够使衬垫18中的与燃烧装置接触的侧的面(前端面)的内周侧和外周侧成为平坦状。因此，能够在宽范围上使衬垫18的前端面成为平坦状，能够充分地确保针衬垫18相对于燃烧装置的接触面积。另外，通过退火使硬度降低，实现硬度的均匀化，由此能够提高衬垫18相对于燃烧装置和基座部16的密接性。其结果，能够实现优秀的气密性。
如上所述，根据本实施方式，在冲裁加工后实施退火，由此能够一举使位置对准精度和气密性双方提高。另外，在本实施方式中，在衬垫18中，配置于基座部16侧的面的面积成为115mm2以下(83mm2以下)，虽然容易产生气密性的降低，但通过在冲裁加工后实施退火，从而能够在如上所述的衬垫18中也能够实现优秀的气密性。
另外，由于衬垫18的硬度成为150Hv以下，因此能够进一步提高衬垫18相对于燃烧装置和基座部16的密接性。其结果，能够实现气密性的进一步的提高。
另一方面，由于衬垫18的硬度成为30Hv以上，因此能够有效地抑制衬垫18的热变形，能够更可靠地防止火花塞1的松弛。其结果，能够使气密性进一步提高，并且长时间维持高精度地位置对准的状态〔接地电极27(主体配件3前端部)相对于燃烧的的相对位置关系〕。
此外，由于金属材料MM的硬度成为70Hv以上，因此能够减少伴随冲裁加工的环状部件RC的变形量。因此，能够更可靠地使衬垫18的前端面在宽范围上成为平坦状。
而且，衬垫18通过以铜为主成分的金属形成，因此能够使衬垫18相对于燃烧装置和基座部16的密接性进一步提高，能够进一步提高气密性。另外，能够使主体配件3的热经由衬垫18快速地传导到燃烧装置侧，能够使主体配件3和绝缘子2等的耐热性提高。
并且，由于退火温度成为150℃以上，因此能够有效地去除环状部件RC中的加工形变，能够更可靠地得到硬度被均匀化的衬垫18。另外，由于退火温度成为650℃以下，因此能够更可靠地防止衬垫18的硬度过度地降低，能够稳定地制造能够实现优秀的气密性的衬垫18。
接着，为了确认通过上述实施方式起到的作用效果，分别各制作了10个样品1和样品2，该样品1为具有如下衬垫的火花塞，该衬垫是对通过冲裁金属材料得到的环状部件实施退火而使硬度成为预定值(本试验中，80Hv)(相当于实施例)，该样品2为具有如下衬垫的火花塞，该衬垫是对通过退火而预先使硬度成为预定值(80Hv)的金属材料进行冲裁而形成(相当于比较例)，对各样品进行了位置对准精度评价试验。位置对准精度评价试验的概要如下。即，使紧固力矩为25N·m，将样品组装到模仿了燃烧装置的预定的钢铁制的试验台。在安装之后，确定接地电极的配置位置，如图4所示，测定了如下的偏差角度α(°)：以轴线CL1为中心，相对于目标的安装位置TP的、实际配置有接地电极27的位置的沿着周方向的偏差角度α(°)。在各样品中对所述偏差角度α进行了测定之后，分别算出了样品1中的偏差角度α的平均值和样品2中的偏差角度α的平均值。在表1中示出该试验的试验结果。
[表1]
如表1所示，具有在冲裁加工后实施退火而使硬度成为预定值的衬垫的样品1，与具有对使硬度成为预定值的金属材料实施冲裁加工而形成的衬垫的样品2相比，确认了接地电极的位置对准精度优秀。这是因为，在冲裁加工时产生加工硬化，在衬垫的硬度上产生偏差，但是在冲裁加工后实施了退火，从而衬垫的硬度实现了均匀化。
接着，分别制作了各20个上述的样品1和样品2，对各样品进行了第1气密性评价试验。第1气密性试验的概要如下。即，以比较小的紧固力矩(10N·m)将样品安装到模仿了燃烧装置的铝制的衬套。之后，根据在ISO11565中规定的振动试验，以50Hz～500Hz的扫频(1倍频程/分钟)，使加速度为30G，在水平和垂直方向上对样品施加了各30分钟(共1小时)的振动。在施加了振动之后，对样品的前端部施加1.5MPa的气压，对来自衬套和基座部与衬垫之间的空气的泄漏量进行了计测。并且，使泄漏量小于20cc/分钟的样品作为合格，在样品1、2中，分别确定了合格的个数。在表2中示出该试验的试验结果。另外，使衬垫的硬度为70Hv、90Hv、110Hv或130Hv，在样品1中，对退火条件进行调节，从而变更衬垫的硬度，在样品2中，变更金属材料的硬度，从而变更了衬垫的硬度。另外，关于衬垫，使配置于基座部侧的面的面积成为111mm2，通过以铜为主成分的金属形成。
[表2]
如表2所示，可知样品1具有优秀的气密性。认为这是由以下的(1)和(2)引起的。
(1)通过退火，使衬垫的硬度实现均匀化，衬垫相对于燃烧装置和基座部的密接性提高。
(2)对退火前的比较高硬度的金属材料实施了冲裁加工，从而能够防止衬垫的前端面(环状部件的端面)的内周侧和外周侧的变形，衬垫的前端面的更宽的范围与燃烧装置接触。
通过上述两试验的试验结果，根据实现将火花塞组装到燃烧装置时的主体配件前端部(接地电极)的位置对准精度的提高和优秀的气密性双方的观点，优选通过在冲裁加工后实施退火而得到衬垫。
接着，对冲裁加工后的退火的条件(退火时间和退火温度)进行调节，制作具有对衬垫中的配置于基座部侧的面的任意部位中的硬度进行了各种变更的衬垫而构成的火花塞的样品，对各样品进行了第2气密性试验。第2气密性试验的概要如下。即，以25N·m的紧固力矩将样品安装到模仿燃烧装置的铝制的衬套之后，对样品的前端部施加1.5MPa的气压，对来自衬垫与衬套和基座部之间的空气的泄漏量进行了计测。并且，将泄漏量小于10cc/分钟的样品作为合格，在各硬度中，分别确定了成为合格的个数。在表3中示出该试验的试验结果。另外，衬垫由以铜为主成分的金属(铜合金)或以铁为主成分的金属(软铁)形成，在各样品中，使衬垫中的配置于基座部侧的面的面积相同。
[表3]
如表3所示，虽然各样品都具有优秀的气密性，但是确认到使衬垫的硬度成为150Hv以下的样品的气密性非常优秀。这是因为，对于燃烧装置和基座部的衬垫的密接性进一步提高。
通过上述试验的试验结果，为了实现气密性的进一步的提高，在退火工序中，优选实施如下的退火：使衬垫中的配置于基座部侧的面的任意部位中的硬度的维氏硬度成为150Hv以下。
接着，对冲裁加工后的退火的条件(退火时间和退火温度)进行调节，由此各制作20个具有对衬垫中的配置于基座部侧的面的任意部位中的硬度进行了各种变更的衬垫而构成的火花塞的样品，对各样品进行了耐松弛性评价试验。耐松弛性评价试验的概要如下。即，在以预定的标准扭矩Ts(N·m)将各样品组装到预定的铝制衬套的基础上，在200℃的氛围中，根据在ISO11565中规定的振动试验，以50Hz～500Hz的扫频(1倍频程/分钟)，使加速度为30G，进行了两组如下的动作：对于样品在水平和垂直方向上各施加8小时(共16小时)的振动(即，共32小时，对样品施加了振动)。并且，在施加了振动之后，对将样品从铝制衬套取出时的返回扭矩Te(N·m)进行测定，算出相对于所述标准扭矩Ts的所述返回扭矩Te的比例(Te/Ts)。接着，将Te/Ts为30％以上的样品作为合格，在各硬度中，分别确定了成为合格的个数。在表4中示出该试验的试验结果。另外，在各样品中，都由以铜为主成分的合金形成衬垫，使配置于基座部侧的面的面积成为111mm2。
[表4]
硬度(Hv) 合格个数(根)
20 2
30 17
40 18
50 18
60 20
如表4所示，可知使衬垫的硬度成为30Hv以上的样品的耐松弛性优秀。这是因为，高温下的衬垫的热变形被抑制。
通过上述试验的结果，通过抑制火花塞的塌边，从而实现气密性的确保，并且为了长时间抑制伴随使用的火花塞的主体配件前端部(接地电极)的位置偏离，在退火工序中，优选以如下方式实施退火：使衬垫中的配置于基座部侧的面的任意部位的硬度的维氏硬度成为30Hv以上。
接着，对硬度分别不同的金属材料进行冲裁加工，对每个硬度的金属材料各得到了100个环状部件。并且，如图5所示，将环状部件的截面区域沿着其宽度方向分割成3部分，确认了伴随冲裁加工形成的、位于环状部件的内周侧和外周侧的弯曲状部分WP是否到达分割成3部分的区域中的中央的区域CA。此处，在所述弯曲状部分WP到达中央的区域CA时，即使实施退火，也不能充分使衬垫的前端面成为平坦状，存在导致气密性降低的问题。另一方面，在所述弯曲状部分WP没有到达中央的区域CA时，通过实施退火，能够在宽范围上使衬垫的前端面成为平坦状，能够确保良好的气密性。基于该点，使所述弯曲状部分WP没有到达中央的区域CA的样品作为合格，在各金属材料中，分别确定了成为合格的个数。在表5中示出该试验的试验结果。另外，金属材料由以铜为主成分的金属形成。
[表5]
金属材料的硬度(Hv) 合格个数(根)
50 8
60 10
70 92
80 95
90 98
100 100
110 100
120 100
如表5所示可知，在使金属材料的硬度成为70Hv以上时，极难产生所述弯曲状部分到达所述中央的区域的情况。
通过上述试验的结果，为了更可靠地且在更宽的范围上使衬垫的前端面成为平坦状，并且更可靠地实现良好的气密性，优选使金属材料的硬度成为70Hv以上。
接着，关于所述样品1〔具有通过在冲裁加工后实施退火而使硬度成为预定值(在本试验中，90Hv)的衬垫的样品，相当于实施例〕和样品2〔具有通过对硬度为预定值(90Hv)的金属材料实施冲裁加工而得到的衬垫的样品，相当于比较例〕，制作了对衬垫中的配置于基座部侧的面的面积(端面面积)进行了各种变更的样品，对各样品进行了上述的第1气密性试验。并且，关于使端面面积相同的样品1、2，对各自的合格个数进行比较，算出了合格个数的差。另外，合格个数的差可以是在现有的方法中成为不合格的样品中通过采用本发明而成为合格的样品的个数。因此，可以说合格个数的差越大，采用本发明的效果更好。在表6中示出该试验的试验结果。
[表6]
如表6所示可知，在使端面面积成为115mm2以下时，与使端面面积超过115mm2的情况相比较，合格个数的差显著变大，采用本发明所实现的效果更好。这是因为，端面面积越小，由硬度偏差引起的针对气密性的影响越大，并且，由于相对于衬垫的前端面的、通过冲裁加工而成为弯曲状的部分的面积比例增大，因此在现有的方法中，容易产生气密性的降低，但是通过采用本发明，更可靠地防止导致气密性降低的要因(硬度偏差等)。
特别是，在使端面面积成为83mm2以下时，合格个数的差进一步变大，确认到采用本发明的效果非常好。
通过上述试验的结果可知，通过在冲裁加工后实施退火而得到衬垫的手法，在使衬垫中的配置于基座部侧的面的面积成为115mm2以下且特别容易产生气密性降低的火花塞中，特别有效。
另外，通过在冲裁加工后实施退火而得到衬垫的手法，在使衬垫中的配置于基座部侧的面的面积成为83mm2以下且非常容易产生气密性降低的火花塞中，非常有效。
接着，使用通过作为衬垫18的结构材料以铁为主成分的金属形成的衬垫，进行了上述的第一气密性评价试验。具体地讲，分别制作各20根样品3和样品4，该样品3为具有对通过冲裁金属材料而得到的环状部件实施退火而使硬度成为预定值的衬垫的火花塞的样品(相当于实施例)，该样品4为具有对通过退火而使硬度预先成为预定值的金属材料进行冲裁而形成的衬垫的火花塞的样品(相当于比较例)，对各样品进行了上述的第1气密性评价试验。
第1气密性试验的概要如下。即，以比较小的紧固力矩(10N·m)将样品安装到模仿了燃烧装置的铝制的衬套。之后，根据在ISO11565中规定的振动试验，以50Hz～500Hz的扫频(1倍频程/分钟)，使加速度为30G，在水平和垂直方向上对样品施加了各30分钟(共1小时)的振动。在施加振动之后，对样品的前端部施加1.5MPa的气压，对来自衬套和基座部与衬垫之间的空气的泄漏量进行了计测。并且，将泄漏量小于20cc/分钟的样品作为合格，在样品3、4中，分别确定了成为合格的个数。在表7中示出该试验的试验结果。另外，使衬垫的硬度成为70Hv、90Hv、110Hv或130Hv，在样品3中，通过调节退火条件而变更衬垫的硬度，在样品4中，通过变更金属材料的硬度而变更了衬垫的硬度。另外，关于衬垫，使配置于基座部侧的面的面积成为111mm2，通过以铁为主成分的金属形成。
[表7]
如表7所示可知，样品3具有优秀的气密性。这是因为，与通过以铜为主成分的金属形成的衬垫相同，由以下的(1)和(2)引起。
(1)通过退火，使衬垫的硬度实现均匀化，衬垫相对于燃烧装置和基座部的密接性提高。
(2)通过对退火前的比较高硬度的金属材料实施冲裁加工，能够防止衬垫的前端面(环状部件的端面)的内周侧和外周侧的变形，衬垫的前端面的更宽的范围与燃烧装置接触。
此处，作为衬垫18的结构材料，对通过以铁为主成分的金属形成的衬垫和通过以铜为主成分的金属形成的衬垫的上述第1气密性评价试验的试验结果进行了研究。在表8和图6中示出相对于样品2的合格个数的样品1的合格个数的比和相对于样品4的合格个数的样品3的合格个数的比。
[表8]
如表8和图6所示，作为衬垫18的结构材料，与通过以铜为主成分的金属形成的衬垫(样品1的合格个数相对于样品2的合格个数的比)相比，通过以铁为主成分的金属形成的衬垫(样品3的合格个数相对于样品4的合格个数的比)的一方表示出更高的值。根据该结果可知，在将以铁为主成分的金属作为衬垫18的结构材料时，本申请的发明的效果更好。
另外，不限定于上述实施方式的记载内容，也可以例如如下实施。当然，还存在以下未例示的其他应用例、变更例。
(a)在上述实施方式中，虽然作为衬垫18的结构材料例举了铜或铁等，但是衬垫18的结构材料不限定于这些。因此，例如也可以通过铝和锌、或者包含其中至少一种的合金等形成衬垫18。
(b)在上述实施方式中，虽然衬垫18使用于在火花放电间隙33中产生火花放电的火花塞1，但是能够利用衬垫18的火花塞不限于此。因此，例如，也可以对如下的火花塞(所谓，等离子体射流火花塞)使用衬垫18，该火花塞在自身的前端部具有通过中心电极的前端面和轴孔的内周面形成的圆柱状的腔体部(空间)，在该腔体部中生成等离子体，从腔体部的开口喷出等离子体。
(c)在上述实施方式中，虽然在端头31与接地电极27之间形成有火花放电间隙33，但是也可以在接地电极27的前端部接合端头，在设置于两电极5、27的两端头之间形成火花放电间隙。另外，也可以不在中心电极5上设置端头31，在中心电极5的前端部与接地电极27或接合于接地电极27的端头之间形成火花放电间隙。
(d)在上述实施方式中，虽然对在主体配件3的前端部26接合有接地电极27的情况进行了具体化，但是还能够应用于切出主体配件的一部分(或者，预先与主体配件焊接的前端配件的一部分)而形成接地电极的情况(例如，日本特开2006-236906号公报等)。
(e)在上述实施方式中，虽然工具卡合部19为截面六角形状，但是关于工具卡合部19的形状，不限定于这种形状。例如，也可以为Bi-HEX(变形12角)形状〔ISO22977：2005(E)〕等。
(f)在上述实施方式中，虽然外螺纹部15的螺纹直径为M10以下，但是不特别限定外螺纹部15的螺纹直径。
标号说明
1…火花塞
3…主体配件(火花塞用主体配件)
15…外螺纹部
16…基座部
18…衬垫
MM…金属材料
RC…环状部件

Claims (13)

1.一种衬垫的制造方法，该衬垫在具有形成于火花塞用主体配件自身的前端侧外周的外螺纹部、和形成于所述外螺纹部的后端侧且向径向外侧突出的基座部的筒状的火花塞用主体配件的外周中，设置于所述外螺纹部和所述基座部之间，该衬垫为金属制且为实心环状，所述衬垫的制造方法的特征在于，包括：
冲裁工序，对平板状的金属材料实施冲裁加工，由此得到成为所述衬垫的环状部件；以及
退火工序，对所述环状部件实施退火，使所述环状部件的硬度比所述金属材料更低，由此得到所述衬垫。
2.根据权利要求1所述的衬垫的制造方法，其特征在于，
在所述退火工序中，以所述衬垫中的配置于所述基座部侧的面的任意部位中的硬度的维氏硬度成为150Hv以下的方式对所述环状部件实施退火。
3.根据权利要求1或2所述的衬垫的制造方法，其特征在于，
在所述退火工序中，以所述衬垫中的配置于所述基座部侧的面的任意部位中的硬度的维氏硬度成为30Hv以上的方式对所述环状部件实施退火。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的衬垫的制造方法，其特征在于，
所述金属材料的硬度的维氏硬度为70Hv以上。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的衬垫的制造方法，其特征在于，
所述衬垫通过以铜为主成分的金属形成。
6.根据权利要求5所述的衬垫的制造方法，其特征在于，
在所述退火工序中，所述环状部件的退火温度为150℃以上650℃以下。
7.根据权利要求5或6所述的衬垫的制造方法，其特征在于，
在所述退火工序中，所述环状部件的退火温度为300℃以上650℃以下，退火时间为30分钟以上90分钟以下。
8.根据权利要求1至4中的任意一项所述的衬垫的制造方法，其特征在于，
所述衬垫由以铁为主成分的金属形成。
9.一种衬垫，通过权利要求1至8中的任意一项所述的衬垫的制造方法得到。
10.根据权利要求9所述的衬垫，其特征在于，
配置于所述基座部侧的面的面积为115mm2以下。
11.根据权利要求9或10所述的衬垫，其特征在于，
配置于所述基座部侧的面的面积为83mm2以下。
12.一种火花塞，具有权利要求9至11中的任意一项所述的衬垫。
13.一种火花塞的制造方法，其特征在于，包括权利要求1至8中的任意一项所述的衬垫的制造方法。
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