CN1309130C

CN1309130C - 制造火花塞的方法和装置

Info

Publication number: CN1309130C
Application number: CNB008109826A
Authority: CN
Inventors: 藤田茂雄
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2020-05-30
Also published as: EP1285481B1; WO2001093389A1; AU4783400A; CN1365531A; KR20020042616A; DE60021431T2; KR100741934B1; DE60021431D1; EP1285481A1

Abstract

一种制造火花塞的方法和装置，本发明目的是提供一种接地电极和中央电极间有精确火花隙的火花塞的制造方法和装置。其中，火花塞包括中央电极、金属壳和接地电极，该方法包括：提供从金属壳末端伸展的金属条，金属条形成接地电极；在中央电极点火终端上定位隔片；朝隔片初次弯曲金属条，以便在金属条中形成弧形部分；然后向金属条施加压力，在金属条和点火终端间精确形成火花隙间距。在初次弯曲步骤中，保持隔片和中央电极间的间隙，从而隔片仅和金属条接触，而形成接地电极。本发明也提供实施该方法的装置。通过本发明，可很精确地形成或调整金属条和中央电极的点火终端间的火花隙间距。

Description

制造火花塞的方法和装置

技术领域

本发明涉及制造用于在内燃机内点燃燃料气体的火花塞的方法和装置，并且特别是涉及精确制造在火花塞内的中央电极和接地电极之间的火花隙的方法和装置。

发明背景

近年来，由于对可用于诸如免维修内燃机的高性能火花塞的要求，所允许的火花塞点火终端和接地电极的金属条之间的火花隙偏差在不断减小。因此，就需要有新的发明来提供一种可靠的方法，通过精确地弯曲接地电极棒以制造火花隙的这一准确的间距。

在传统的形成间隙的过程中，通过用冲头冲压金属条这一单一步骤将接地电极棒弯曲，其中金属条竖直焊接到火花塞金属壳的末端面上并在中央电极和接地电极之间插入了一个隔片。然而，可能由于各种原因，如金属条本身的弯曲，棒的焊接条件，棒的直径和长度偏差和从金属壳伸出的中央电极点火终端的凸出程度，在不同的火花塞的火花隙中并不容易获得窄偏差火花隙间距的统计均匀性。

特别是，使用高抗腐蚀硬金属尖端的高性能火花塞只允许它的火花隙与最佳火花隙之间有很小的偏差，其中金属尖端由稀有金属如铂和/或铱制成，直径为0.3-1mm，在中央电极上形成。由于金属尖端是另外焊接到中央电极上的，如通过激光焊接，因此在不同的火花塞中点火终端的凸出程度可能不一样。这样的高性能火花塞在例如EP 0 872928，USP 5,793,793和USP5,977695中描述过。

如果使得隔片紧靠在中央电极的这样一个小直径金属尖上以将偏差降至最小，那么由于金属条弯曲，就会通过隔片在金属条上施加一个很高的压力，这可能会导致一种危险就是焊接到中央电极的小直径尖会破裂，损坏或者脱落。

发明概述

因此，本发明的一个目的就是提供一种在接地电极和中央电极之间具有精确火花隙的火花塞的制造方法和装置。本发明的另一个目的就是提供一种在火花塞的接地电极和中央电极稀有金属尖端的点火终端之间精确做出火花隙的方法和装置。

根据本发明，提供制造火花塞的方法，所述火花塞包括设置在陶瓷绝缘器内形成的孔中的中央电极、安装在陶瓷绝缘器外的金属壳和与中央电极一起形成火花隙的接地电极，该制造方法包括如下步骤：

提供从金属壳末端伸展出的金属条，所述金属条用于形成所述接地电极；

在中央电极的点火终端之上定位隔片；

朝隔片的方向初次弯曲金属条，以便在金属条中形成弧形部分；

然后通过向金属条施加压力，在金属条和中央电极的点火终端之间精确形成火花隙间距，

其特征在于，在所述初次弯曲的步骤中，保持隔片和中央电极之间的间隙，从而所述隔片仅仅和金属条接触，以便形成接地电极。

在本说明中，词组“金属条”指任何细长的金属构件，并不限于任何具体的横截面形状和纵横比。

在本发明的一个方面，重要的是在点火终端上提供隔片，以便在初次弯曲金属条的步骤期间防止点火终端被损坏。在本发明的另一个方面，隔片的位置是通过参照中央电极的点火终端的位置来决定的，以便隔片不会接触到中央电极的点火终端上，并能在金属条中形成弧形部分。换句话说，优选在隔片和中央电极的点火终端之间提供间隙以保护点火终端。

在金属条和中央电极的点火终端之间精确形成火花隙间距的步骤中，在金属条中形成的弧形部分保证了金属条的侧面与中央电极的点火终端面的水平调节。隔片有圆形的部分，通过用比如说冲头，将金属条朝向或者更好的是沿隔片的圆形部分弯曲，以便在金属条的两端之间做出金属条的弧形部分。作为隔片的圆形部分的替换，弯角槽部分也能完成同样的作用。最好在与中央电极的点火终端面大致相同的水平面上做出弧形部分。

在本发明的一个优选方面，以上方法还包括一个步骤；

测量中央电极的点火终端位置以决定隔片的位置。

在定位隔片之前，进行中央电极的点火终端的位置测量很重要，以便在将金属条向保护中央电极的点火终端的隔片弯曲之前和期间，形成和保持隔片与中央电极的点火终端之间的间隙。

用以上同样的方法，可以保护中央电极的点火终端，该点火终端有一个直径很小的点火尖端，例如直径范围在0.3到1.0mm。该尖端优选由从铂、铱、铑、钯、铼、锇、钌或它们的合金中选出的金属构成，并焊接到中央电极上以形成中央电极的点火终端。

在本发明的更优选的方面，以上描述的每个方法还可以包括一个步骤：

在弯曲金属条之后撤掉隔片，以便通过参照初弯金属条的位置和点火金属末端的位置，将金属条和中央电极之间的火花隙间距调整到所要求的数值。

在以上的优选实施方案中，在初弯金属条后撤掉隔片是有益的，因为通过例如计算机控制的视觉图象处理器，可以很容易地测量或确定金属条(即接地电极)和中央电极的点火终端之间的火花隙间距，其中视觉图象处理器向金属条弯曲机械输出根据火花隙间距的侧视测量结果而应当进一步缩小或调整的接地电极和中央电极之间的火花隙间距数值。

在本发明的一个优选方面，在计算机的存储器里储存有关中央电极点火终端的位置信息是很有用的，以便将这一信息用于定位隔片。这一信息还能很好地用于以下步骤，在这个步骤中，可以很精确地形成或调整金属条和中央电极的点火终端之间的火花隙间距。

本发明的另一个方面是，参照组成火花塞的一个部分的位置来决定位置信息。如果通过诸如使用激光的位置探测传感器在金属壳的末端获取一个参考位置，点火终端的位置就是指中央电极点火终端从金属壳的末端凸出量的数值，其中金属条是伸展地焊接到所述金属壳上的。由此得到指示出将隔片放置在中央电极点火终端之上多高的位置上或在金属条的什么位置上构出弧形部分的位置信息。

本发明的另一个方面是，中央电极点火终端的位置信息不仅能用于如上所述的在点火终端之上定位隔片，还能用于在金属条和中央电极点火终端之间精确构出火花隙间距。在这种情况下，位置信息只要求用于弯曲的(接地电极的)金属条。

本发明的另一个方面是，施加在金属条上用于精确形成火花隙的力是通过冲头或冲模沿与火花塞中央电极的轴线平行的方向运动而形成的。或者，初弯金属条可以通过冲头或冲模在与中央电极的轴线垂直的方向或将这两个方向结合起来的方向上运动来进行。

本发明还提供了一种制造火花塞的装置，所述火花塞包括放置在陶瓷绝缘器内形成的孔中的中央电极、装配在陶瓷绝缘器外的金属壳和与中央电极一起形成火花隙的接地电极，该装置包括：

用于在中央电极的点火终端之上定位隔片的装置；

朝隔片的方向初次弯曲金属条以便在金属条中形成弧形部分的装置，所述金属条从金属壳末端伸展设置，并用于形成所述接地电极；和

通过向金属条施加压力来在金属条和中央电极的点火终端之间精确形成火花隙间距的装置，

其特征在于，所述用于定位隔片的装置和所述用于初次弯曲金属条的装置保持隔片和中央电极之间的间隙，并仅仅用金属条接触隔片，以便形成接地电极。

附图简介

本发明仅通过实施例并参考附图来描述实施方案：

图1为部分说明根据本发明制造火花塞的方法和/或装置的说明图，显示了一个火花塞(W)的示意图，火花塞有用于构成接地电极的直金属条(W₂)，所述直金属条被竖直地焊接到金属壳(W₃)的末端，其中在中央电极上形成的稀有金属尖端(W₁)的点火终端的位置由使用激光的位置探测传感器1确定。

图2为部分说明根据本发明制造火花塞的方法和/或装置的说明图，显示了与图1所示的加工工序相同的火花塞的部分示意图，但是不同之处是点火终端的位置和具有焊接在金属条(W₂)的金属片尖端(W₁a)。

图3为部分说明根据本发明制造火花塞的方法和/或装置的说明图，显示了加工过程中的火花塞的部分示意图，其中隔片3的圆形部分靠在金属条(W₂)的侧面部分，并且隔片3具有在隔片3和稀有金属尖端(W₁)的点火终端之间形成的间隙d。

图4为部分说明根据本发明制造火花塞的方法和/或装置的说明图，显示了加工过程中的火花塞的部分示意图，其中通过沿隔片3的圆形部分推动金属条(W₂)，冲头4在金属条(W₂)的中部弯曲金属条(W₂)。

图5为部分说明根据本发明制造火花塞的方法和/或装置的说明图，显示了加工过程中的火花塞的部分示意图，其中冲模6推动被初弯的金属条(W₂)，在视觉图象处理器7的辅助下，在金属条(W₂)和金属尖(W₁)之间精确形成火花隙(g)。

图6所示的是火花隙成形控制器8的方框图，其中位置探测传感器1将点火终端的位置信息送出以数字化存储到计算机存储器(ROM或RAM)中，用于初弯金属条和/或精确做出火花隙。

图7为部分说明根据本发明制造火花塞的方法和/或装置的说明图，本图与图4相似，但是冲模75和隔片73的形状不同，所述隔片能够在中央电极点火终端的大致相同水平上做出金属条(W₂)的弧形部分。

图8为部分说明根据本发明制造火花塞的方法和/或装置的说明图，其中，被初弯的金属条(W₂)的位置由位置探测传感器1测定。

图9为部分说明根据本发明制造火花塞的方法和/或装置的说明图，其中，金属壳(W₃)末端的位置由位置探测传感器1测定。

发明详述

用于点燃内燃机中燃料气体的火花塞包括穿过在氧化铝陶瓷绝缘器上形成的孔而贯穿设置的中央电极，所述绝缘器使得中央电极与装配在陶瓷绝缘器外的金属壳电绝缘。金属壳具有用于拧入发动机的孔内的螺纹部分和端面，从端面伸出接地电极。在中央电极点火终端和金属条(即接地电极)之间形成火花隙，以便在对电极施加高压时，在电极之间产生火花。

就易于产生火花而言，希望使中央电极的点火终端变尖。然而，这种尖的点火终端在发动机内部连续产生火花的条件下，有迅速腐蚀或磨损的倾向。由于这个原因，抗火花腐蚀的金属如铂和铱铑(5-30％)合金就开始被用于点火终端具有约0.3-1mm的小直径的尖端。优选地，通过使用激光，将长度大约为0.2-1mm的抗火花腐蚀的金属尖端焊接在中央电极的锥形端头上。牢固放置在陶瓷孔中的中央电极具有1.5-3mm的相对大的直径。焊接有金属尖端的中央电极的材料通常是以镍为基础的合金。

实施例

根据本发明，制造火花塞的方法和装置将参照附图进行详细解释和描述。

参照图1，将用作火花塞(W)接地电极的直金属条(W₂)的末端通过接触焊的方法连接到金属壳(W₃)的圆形末端。金属壳(W₃)的材料优选地由碳钢制成。含镍的铁用做金属条(W₂)的材料。

中央电极2具有由抗高温金属如铬镍铁合金600(商品名)制成的锥形端头。将由抗火花腐蚀的金属如铱-20％铑、铱-5％铂、铱-1.5％三氧化二钇和铂-20％铱制成的金属尖端(W₁)焊接到中央电极的锥形端头上。在尖端(W₁)和锥形端头之间的界面施加激光束，来将直径约为0.3-1mm、长度约为0.2-0.9mm的金属端头(W₁)焊接到中央电极2的锥形端头上。

当在中央电极2的锥形端头上需要有金属尖端(W₁)以便形成抗火花腐蚀的点火终端时，可以选择地将由抗火花腐蚀材料例如Pt-20％Ni制成的小片尖端(W₁a)焊接到金属条(W₂)的侧面上，如图2所示，以便也提高接地电极的抗火花腐蚀性。由于在这个步骤中，用于接地电极的金属条是竖直和/或笔直做出的，抗腐蚀片尖端(W₁a)要焊接到金属条(W₂)的最佳位置很便利地通过参照金属尖端(W₁)的点火终端的位置来确定。换句话说，如果探测到的中央电极点火终端的位置较高，片尖(W₁a)的位置要随之提高，以便在后面所述的火花隙形成阶段通过弯曲金属条(W₂)使片尖端(W₁a)与金属尖端(W₁)处于相对的位置。

金属片尖端(W₁a)通常厚0.2-0.5mm并由由铂、铱、铑、钯、铼、锇、钌、镍或它们的合金制成的抗火花腐蚀的金属制成。

在金属壳(W₃)的末端上竖直或笔直地形成金属条(W₂)的步骤之后，如图1或图2所示，位置探测传感器1通过向金属尖端(W₁)的末端面发射激光光线并收集从其上反射回来的激光光线来测量形成在中央电极2的锥形端头的金属尖端(W₁)的末端位置。在这种情况下，金属尖端(W₁)的位置是指金属尖端末端面和位置探测传感器1之间的距离。在图1情况下由传感器1测量的距离长于在图2情况下测量的距离，因为图2中保持着中央电极的绝缘器(W₄)比图1中的绝缘器凸出的多。换句话说，在图1中金属尖端(W₁)的位置表示从金属壳(W₃)末端测量的中央电极高度(h₁)要小于图2中中央电极的高度(h₂)。

在如上所述的确定金属尖(W₁)位置的步骤之后，要进行初弯金属条(W₂)的步骤，参照图3和图4将在下面进行阐述。

将隔片3放置在与金属尖的末端相隔并且隔片3与金属尖(W₁)的间距为间隙(d)的位置上，如图3所示。这个间隙与在前面的步骤里测量的金属尖末端的位置有关。换句话说，通过参照金属尖端的位置信息，能够将隔片3放置在金属尖端(W₁)之上而不接触金属尖端。当收集关于在火花塞中央电极上形成的很多金属尖端的高度或位置的统计数据时，间隙(d)应当被确定为大于在这一统计数据基础上计算出的最大高度。在大量生产中的这种统计情况下，在将隔片3放置在金属尖端之上前，就不必每次测量金属尖端(W₁)的位置。

隔片3在它的末端具有圆形的鼻端(3a)和从该圆形部分向上倾斜的后面(3b)。如图3所示，圆形的鼻端(3a)靠在金属条(W₂)的侧面。然后，如图4所示，具有倾斜端面(4a)的冲头4从金属尖端(W₁)位置的上面向下运动以对金属条(W₂)施加压力并沿圆形的鼻端(3a)弯曲该金属条。冲头4可以水平移动以沿圆形部分(3a)弯曲金属条。优选的是，冲头4与隔片后面(3b)具有相同的倾斜角。

通过施加压力，在金属条(W₂)上形成了弧形部分，并保持笔直的自由端部分(W₃f)。在初弯阶段，金属条(W₂)的弯曲角度优选为大约110-135度。

在初弯阶段，隔片30保护形成尖状的中央电极点火终端的金属尖(W₁)很重要，因为高性能火花塞的尖状点火终端主要选用0.3-0.7mm的小直径。另外，隔片应当是刚性和韧性的，以便在大量生产火花塞的初弯阶段，隔片不会变形或破裂，从而消除造成金属尖(W₁)损坏的任何可能或在任何情况下都不接触金属尖。隔片的推荐材料是合金工具钢SKD 11(如JIS G 4404所示)，这种材料也抗磨损。

隔片可以有不同的形状。例如，图7所示的隔片73具有圆形的鼻端(73a)，比图3或图4中的(3a)更向下伸展，从而保证在点火终端大约相同的水平面上形成弧形部分(73c)的位置，并且保持金属尖端(W₁)的点火终端和隔片73之间的保护间隙。当在金属条(W₂)中形成的弧形部分的位置与金属尖端的末端面在大致相同的水平面时，很容易弯曲金属条，并在以下步骤中，很容易使金属条的侧面与金属尖端(W₁)的末端面平行。

在将隔片3从如以上用图4所阐释的位置上取回或移开之后，具有水平的平表面的冲模6而不是冲头3，见图5，沿中央电极的轴线方向向下运动，推压金属条(W₂)的外侧面，以使金属条的内侧与金属尖端(W₁)的末端面大体平行。在这个步骤中，通过参照存储在计算机存储器中的金属尖端(W₁)的位置信息数据，能够精确形成金属条(W₂)和金属尖端(W₁)之间的火花隙间距(g)。用于检测火花隙间距的使用如CCD(电荷耦合器件)的视觉图象处理器7可以检测出是否是在要求的数值内形成了火花隙间距(g)，如图5所示，或通过参照处理器7测量的火花隙间距来辅助精确形成火花隙间距(g)。在实际应用中，高性能火花塞所要求的数值例如为1.1mm，公差为+0到-0.1mm。

如图8或图9所示，使用激光的位置探测传感器1能够确定初弯金属条(W₂)或金属壳(W₃)末端面的位置。在如图8所示确定了初弯金属条位置的情况下，通过与抗火花腐蚀的金属尖端(W₁)的位置数据进行比较，能够计算确定初弯金属条应当进一步弯曲的数值。在如图9所示确定了金属壳(W₃)末端面位置的情况下，不仅通过比较金属尖端(W₁)的位置信息数据，能够计算确定金属尖端的高度(h)，即从金属壳(W₃)的末端面到金属尖端(W₁)的点火终端的距离，而且如前所述，通过参照如此计算确定出的高度(h)的数据，能够将抗火花腐蚀的金属片尖端(W₁a)焊接到金属条(W₂)的最佳位置上。这些位置信息和数据部分或整体地，或经过调整，可以用于完成本发明。

现在参照图6所示的用于火花隙形成装置的火花隙形成控制器8，通过模拟/数字转换器9可以将由位置探测传感器1模拟测量的位置信息电转换为数字信息形式，以便通过输入/输出接口和火花隙形成程序存储到具有中央处理器11、只读存储器12和随机存储器13的计算机10中，和/或由计算机10直接或间接计算位置信息，以便向或从火花隙形成装置发送或接收信号(S₁，S₂，S₃，S₄，…S_n)。

例如，当计算机10接收到金属尖端(W₁)已焊接到金属壳(W₃)的信号(S₁)时，计算机10向位置探测传感器1发出信号(S₃)以测量金属尖端(W₁)和/或金属壳末端面的位置，如图1或图9所示。然后根据计算机10采集的位置信息数据和计算，计算机10向初弯机床发出信号(S₄)，指令将隔片3放置在金属尖端(W₁)之上，并且隔片3，73和金属条(W₁)之间留有的间隙用以形成金属条(W₂)的弧形部分。

当接收到隔片已放置在所需位置的信号(S₂)时，计算机10向冲压机床发出信号(S_n)，以向下运动并初弯金属条来形成弧形部分。用相似的方法，当计算机10接收到初弯结束的信号时，处理器指令冲压机床撤出隔片3，73，并且确认撤出之后，处理器指令冲模机床和视觉图象处理器协同工作进一步弯曲金属条(W₂)，以便在位置信息数据的基础上将火花隙的间距形成或调整到高性能火花塞所要求的数值内。

Claims

1.一种制造火花塞的方法，所述火花塞包括设置在陶瓷绝缘器内形成的孔中的中央电极、装配在陶瓷绝缘器外的金属壳和与中央电极一起形成火花隙的接地电极，该方法包括如下步骤：

在中央电极的点火终端之上定位隔片；

2.根据权利要求1所述的方法，还包括一个步骤：

测量中央电极点火终端的位置，以便确定隔片的位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

隔片和中央电极点火终端之间的间隙是根据中央电极的测量位置确定的。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括一个步骤：

在弯曲金属条后撤出隔片，以便通过参照初次弯曲金属条的位置和中央电极点火终端的位置，能够将金属条和中央电极之间的火花隙间距调整到要求的数值。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，还包括一个步骤：

在提供从金属壳末端伸展出的金属条之后和在中央电极的点火终端之上定位隔片之前，将金属片尖端焊接到用作接地电极的金属条的侧面，金属片尖端由包括铂、铱、铑、钯、铼、锇、钌、镍或它们的合金在内的抗火花腐蚀的金属制成。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，

在弯曲金属条的步骤中，保持隔片和点火终端之间的间隙，以便保护中央电极的点火终端。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，

中央电极点火终端由直径为0.3-1mm的尖端制成。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

尖端包括选自铂、铱、铑、钯、铼、锇、钌或它们的合金的金属。

9.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，隔片具有圆形部分，在所述的初次弯曲阶段冲头将金属条弯向该圆形部分。

10.根据权利要求2所述的方法，还包括步骤：

在计算机存储器中储存有关中央电极点火终端的位置信息；和

将所述信息用于定位隔片。

11.根据权利要求2所述的方法，还包括步骤：

将所述信息用于精确形成金属条和中央电极点火终端之间的火花隙间距。

12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过中央电极点火终端的位置信息确定隔片的位置，该位置信息是参照组成火花塞的部分的位置确定的。

13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用使用激光的位置探测传感器，测量中央电极点火终端的位置信息。

14.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，通过冲模沿与中央电极轴线平行的方向运动形成施加给金属条用于精确形成火花隙间距的力。

15.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，通过定位隔片而在金属条上形成的弧形部分位于与中央电极点火终端大体相同的水平面上。

16.一种制造火花塞的装置，所述火花塞包括放置在陶瓷绝缘器内形成的孔中的中央电极、装配在陶瓷绝缘器外的金属壳和与中央电极一起形成火花隙的接地电极，该装置包括：

用于在中央电极的点火终端之上定位隔片的装置；

17.根据权利要求16所述的装置，还包括使用激光的位置探测传感器，用于测量中央电极点火终端的位置信息。

18.根据权利要求16所述的装置，还包括视觉图象处理器，用于检测所述火花隙间距的信息。

19.根据权利要求17或18所述的装置，还包括存储器，用于储存所述测量的位置信息和/或所述检测的火花隙间距信息。

20.根据权利要求19所述的装置，还包括中央处理器，用于控制定位所述隔片的所述装置、初次弯曲所述金属条的所述装置和根据所述测量和/或储存的信息来精确形成所述火花隙间距的所述装置。