CN1311597C

CN1311597C - 火花塞及其制造方法

Info

Publication number: CN1311597C
Application number: CNB011220392A
Authority: CN
Inventors: 福岛治; 杉本诚; 田边宏之
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: DE60130838D1; CN1330436A; EP1168544A1; DE60130838T2; EP1168544B1; US6366008B1; JP2002083664A; US20020041135A1; JP4268771B2; KR20020001573A; KR100527213B1

Abstract

一种火花塞包括中央电极(3)；围绕中央电极(3)设置的绝缘子(2)；围绕绝缘子(2)设置的金属壳(1)；与中央电极相对设置以形成火花放电间隙的接地电极(4)；以及包括密封材料的密封材料层(61)，其中密封材料包括滑石粉，密封材料填充在金属壳(1)内表面和绝缘子(2)外表面之间的空间中以密封该空间，其中密封材料具有1.5g/cm³至3.0g/cm³的填充密度，或者密封材料层(61)包括含量为2至7重量%的无机材料和硅氧烷粘合剂中的至少一种。

Description

火花塞及其制造方法

本发明涉及火花塞及其制造方法。

在现有的火花塞中，公知的结构具有填充在绝缘子外表面和金属壳内表面之间的空间中的主要由滑石粉构成的密封材料层，以便使用于检查气体泄漏的空间密封于燃烧室。火花塞暴露于在燃烧室中燃烧过程中产生燃气的影响而形成的高温和高压中，并且有时在受到振动的苛刻环境下工作，因而火花塞需要满足在上述环境中能够完成其工作，特别是最好充分保证在密封材料的密封性质的需要。

近来，直喷汽油或稀燃系统广泛推广，用作实现高输出、低燃耗的装置。这种发动机倾向于加大气门直径或使气门的位置靠近气缸盖中心的塞孔，为了尽可能减小火花塞直径，人们一直要求减小火花塞的尺寸。在实际中，用于配合扳手的在为安装发动机的工具接合部分的两个平行相对表面之间的距离一般是16mm或更大，该距离已被要求从16mm减小至16mm以下，例如14mm。当满足上述小型化要求时，已经需要提供一种火花塞，这种火花塞应考虑到密封性质(防松动性)和耐冲击性能。

因此，本发明的目的是提供这种具备密封材料层的火花塞，它能够保证在高温环境下的极好的密封性质，使用滑石粉作为主要成分。具体来说，本发明的目的是提供一种耐冲击性能和密封性质极好的小型化火花塞及其制造方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种火花塞，包括：一个中央电极；一个围绕中央电极设置的绝缘子；一个围绕绝缘子设置的金属壳；一个接地电极，与中央电极相对设置以形成一个火花放电间隙；以及一个包括密封材料的密封材料层，其中，密封材料包括滑石粉，密封材料填充在金属壳内表面和绝缘子外表面之间的空间中，以便密封该空间，其中，密封材料的填充密度为1.5g/cm³至3.0g/cm³。

如果在金属壳的内表面和绝缘子的外表面之间的空间内填充密封材料，使密封材料的填充密度为1.5g/cm³至3.0g/cm³。那么，密封材料的可压缩性显著改善，密封材料的密封性质被提高。因此，如果暴露于苛刻的使用条件，在密封材料中振动、压力及其它因素产生负载，在金属壳和绝缘子之间的空间中可很好地保证气密性。特别是在火花塞中，当将形成火花放电间隙的一侧作为前侧时，金属壳的后侧圆周部分限定一个朝外侧的压配合部分，即使在依赖于上述密封材料层的高温和高压下，也很难发生变劣的情形，上述压配合部分可被有益地受到控制防止松动，以便提高密封性质。

在火花塞中，在金属壳中为连接发动机而形成的工具接合部分的两个相对平行表面之间的距离(下文中称为相对侧面尺寸)为W，W＜16mm时，在金属壳中包围密封材料的一个部分的内径D_S满足9.0mm＜D_s＜13.0mm，当在绝缘子中由密封材料层包围的一个部分的外径为D_I，D_S-D_I＞1.6mm且D_I≥7.0mm时，密封材料的填充密度为1.5g/cm³至3.0g/cm³。

在小尺寸的火花塞中，金属壳和绝缘子需要减小直径。具体来说，相对侧面尺寸需要小于16mm。另一方面，从火花塞的机械强度的观点来看，绝缘子的尺寸减小受到限制，以便保持足够的强度。因此假定，密封材料层并未在金属壳和绝缘子之间形成，这样的火花塞被构制得具有大直径的绝缘子。但是，设计中没有密封材料层的火花塞所碰到的问题在于，耐冲击性能弱，在受到冲击后，气密性显著降低。在工具接合部分相对侧面小于16mm的火花塞中，上述问题是显著的，这是由于金属壳厚度势必不足，这就降低了强度。

在相对侧面尺寸小于16mm的小尺寸火花塞中，绝缘子和金属壳的尺寸按照上述方式(象在第二发明中那样)确定，密封材料层设置在金属壳和绝缘子之间，以便缓和对金属壳的冲击，起到缓冲垫的作用，从而能够得到一种具有令人满意的耐冲击性能和气密性的结构。具体来说，如果设置填充密度调节在1.5g/cm³至3.0g/cm³的范围的密封材料层，那么，在金属壳的内表面和绝缘子的外表面之间的直径差与传统情形相比较可被缩小，甚至在密封材料层的量受到限制的小尺寸的火花塞中，也可以实现具有极好的耐冲击性能和气密性的结构。

火花塞的小型化可缩小金属壳内表面和绝缘子的外表面之间的直径差，通过在所述差中使D_S-D_I＞1.6mm，就可以在金属壳和绝缘子之间的间隙中均匀地、以适当密度(填充密度为1.5g/cm³至3.0g/cm³)填充密封材料层。如果差D_S-D_I小于1.6mm，那么，当填充粉末时，上述差太小，难于填充密封材料层。另一方面，当用粉末初步形成的本体(环)设置(填充)在金属壳和绝缘子之间的空间中的方法，环的厚度应该小于0.8mm，但是，形成薄的环难于成形并可导致较低的强度。另外，如果绝缘子的外径D_I小于7.0mm，其强度就会不够，导致火花塞的功能变劣，相反，如果D_I≥7.0mm，那么，绝缘子就会具有足够的强度。

顺便来说，在如上所述的火花塞中，由于在结构上很难使金属壳的厚度(实际上是工具接合部分的厚度)比需要的大，因而如果填充密度大于3.0g/cm³，那么，当填充密封材料层时，应该施大的加压压力，这种高压可能引起工具接合部分的变形，从而导致偏离公差。因此，在上述尺寸确定中(即，W＜16mm，9.0mm＜D_S＜13.0mm，D_S-D_I＞1.6mm，D_I≥7.0mm)，密封材料层的填充密度最好为3.0g/cm³。因此，如果甚至在难于使金属壳厚度制得大的小型化的火花塞中也使密封材料层的填充密度为3.0g/cm³或更低，那么，当将金属壳的变形限制在公差内以便提高精度时，也可以增加填充密度。相对侧面尺寸W最好为12mm或更大，以便保持足够的强度。

本发明还涉及一种制造火花塞的方法，所述火花塞包括：一个中央电极，一个围绕中央电极设置的绝缘子；一个围绕绝缘子设置的金属壳；一个与中央电极相对设置以形成火花放电间隙的接地电极；以及一个包括密封材料的密封材料层，其中密封材料包括滑石粉，密封材料填充在金属壳的内表面和绝缘子外表面之间的空间中以密封该空间，所述方法包括：通过将绝缘子放置在金属壳内，以及将包括滑石粉的密封材料粉末填充到金属壳和绝缘子之间的空间中，从而形成粉末填充层的填充过程；在金属壳的轴向上压缩粉末填充层以形成密封材料层的压缩过程；在填充过程之前，将填充的粉末形成相应于所述空间的环形，以便形成一个成形本体的成形过程，其中，在填充过程中，将填充粉末的成形本体放置在所述空间中，在压缩过程中，作为粉末填充层的所述成形本体在比成形过程中的压力高的压力下被压缩，从而形成具有1.5g/cm³至3.0g/cm³的填充密度的密封材料层。

如果进行成形过程，以便在填充过程之前将填充粉末形成相应于所述空间的环形，那么，可以将一定量的原料粉末容易、精确地装入金属壳和绝缘子之间的窄小空间中，这有助于提高生产效率。

在进行成形过程之前，最好事先将滑石粉的平均直径调节在30至200μm的范围内，将滑石粉的表观密度调节在0.5g/cm³至1.3g/cm³。也就是说，在成形过程中推荐使用调节至上述范围的滑石粉。通过调节表观密度，主要由滑石粉构成的环形本体可形成足够的强度，因而可使密封材料层具有适当的密度。

如果表观密度小于0.5g/cm³，那么，环形本体的强度可能不够，因而难于形成带有足够的填充密度的且带有均匀密度的密封材料层。另一方面，如果表观密度超过1.3g/cm³，那么，当填入密封材料层(成形本体)时加压压力必须很大，使工具接合部分在偏离公差时可能被所述加压压力造成变形。另外，如果密封材料粉末调节至30μm至200μm的范围，表观密度可被精确地确定得较高。如果平均直径小于30μm或大于200μm，那么就可以提供适当的表观密度。平均直径最好为80至150μm。

实际上，可以准备原料粉末生产过程，以便混合调在上述范围内的滑石粉和粘合剂，以及准备填充粉末材料生产过程，以便调节原料粉末至预定直径、生产填充粉末。密封材料层是由密封材料粉末构成的。这些过程将在下文中详述。

附图简要说明如下：

图1的垂向半剖图表示作为本发明的一个实施例的火花塞。

图2是用于图1的火花塞的密封材料粉末的调节过程的示意图。

图3A至图3E是填充材料粉末的形成颗粒及成形过程的示意图。

图4是加热成形本体和调节水量的方法的示意图。

图5是装配火花塞的过程的示意图。

图6是继续图5的示意图。

图7是继续图6的示意图。

图8的示意图表示装配火花塞的另一种方法。

图9A和9B沿图1的A-A线的24角部(双六边形(Bi-HEXshape))的平面图。

图10是图1的放大视图。

下面对照附图描述实施本发明的一些实施例。图1所示作为本发明一个实例的具有电阻的火花塞100包括一个圆筒形金属壳1；一个装配在金属壳1内的绝缘子2，其末端从金属壳1的前端伸出；一个设置在绝缘子2内的中央电极3，其末端伸出，以及一个接地电极4，其一端连接于金属壳1，另一端面对着中央电极3的末端。在接地电极4和中央电极3之间形成一个火花间隙g。

绝缘子2例如由陶瓷烧结物质如氧化铝或氮化铝构成，并且在其内部具有通孔6，以便装配在轴向上穿过的中央电极3。接线架13插入并固定在通孔6的一端中，中央电极3插入并固定在其另一端中。在金属接线架13和中央电极3之间，电阻15设置在通孔6中。电阻15每端分别通过导电玻璃密封层16和17电连接于中央电极3和金属接线架13。

金属壳1例如用低碳钢形成圆筒形，构成火花塞100的壳体，它具有围绕它的螺纹7，以便将火花塞100拧入发动机气缸体(未画出)。符号le是六方螺母部分，工具如扳手与其配合，以便固定金属壳1。另一方面，一个环形密封件(线密封件62)用于在金属壳1的后侧开口部分的内侧和绝缘子2的外侧之间呈环形的空间接合凸缘状的凸起2e(也称为“第一绝缘子侧接合凸起2e”)。在更后侧，一个环形密封件(密封件60)借助密封材料层61设置。绝缘子2向前插入金属壳1，在这种状态下，金属壳在其后侧周边向着密封件60填充，从而形成一个填密部分，使绝缘子固定在金属壳1上。

金属壳1使用垫圈30安装在螺纹部分7的底部，垫圈30是弯曲碳钢的金属坯件而形成的环形件，螺纹部分7被拧入气缸盖侧的螺孔中，并且在螺孔的开口圆周部分和一个比金属壳1的工具接合部分更前侧形成的凸缘状气密部分1f之间受轴向压缩而变形，从而使垫圈30起到密封螺孔和螺纹部分7之间的间隙的作用。

下面描述密封材料层61。

在按照本发明的火花塞100中，在金属壳1的内侧和绝缘子2的外侧之间的环形空间中装入密封材料层61，使填充密度为1.5g/cm³至3.0g/cm³。通过满足上述范围的填装。高压缩得以维持，并使耐冲击性能增加，顺便讲到，该范围最好为2.0g/cm³至3.0g/cm³。如果密封材料层61的填充密度为2.0g/cm³或更高，那么，耐冲击性能更为提高，高压缩更为有利地得到维持。密封材料层61含有粘合剂，粘合剂最好在室温(25℃)保持呈液态，而沸点为150℃。这样，密封材料层61的耐热性增加，在高温下质量保持稳定(即，甚至在高温下也不易变劣)。作为用于密封材料层61的粘合剂的推荐实例，可含有无机材料(下文也称为“无机粘合剂”)如水玻璃、胶态氧化硅、或磷酸铝或硅氧烷(下文也称为“硅氧烷基粘合剂”)如硅油或硅清漆。如果使用上述无机材料或硅氧烷作为粘合剂，那么，密封材料层61在高温的苛刻使用条件下不易改变性质，高压缩可以满足地维持，以便提高密封性质。

具有上述性质的粘合剂(实际上是无机粘合剂或硅氧烷基粘合剂)在填充的材料粉末或密封材料中为2至7重量％。在粘合剂含量低于2重量％时，改善密封材料粉末的可压缩性的效果不够，可能导致在高温下密封材料层的密封性质变劣。另一方面，高于7重量％时，密封材料粉末的流动性受损，易出现密封不良，或者由于生产火花塞时的下述不便而造成的火花塞生产率下降。

1.在采用将密封材料粉末直接填装在金属壳和绝缘子之间的空间中并对其压缩的方法的情形中，粉末顺利流入所述空间会有阻碍。

2.在采用通过金属模压使密封材料粉末初步成形，并将所制成的成形本体设置在上述空间的方法的情形中，粉末顺利流入模腔会有阻碍。

粘合剂的含量最好为3至5重量％。

如图9A的平面图(图1的A-A剖视图)所示，工具接合部分1e具有在平面图中呈六边形的工具工作面70，工具(例如火花塞扳手)与其接合工作，在平面图中两平行面的相对侧之间的距离(即，在平面图中外侧的相对侧面尺寸)小于16mm。这种小于16mm的相对表面距离的火花塞设计得使在金属壳1中围绕密封材料层61的部分的内径D_S满足9.0mm＜D_S＜13.0mm，在绝缘子2中由密封材料层61围绕的部分的外径D_I满足D_S-D_I＞1.6mm及D_I≥7.0mm。在本发明中，被密封材料层61围绕的部分是指在密封件60的相对边缘和相关于轴向(火花塞100的中心线O的方向)的线密封件62之间的部分。换言之，在将火花塞100中形成有火花放电间隙g的一侧作为前侧的情形中，所述部分是指线密封件62的轴向后端和密封件60的轴向前端之间的部分。图10表示作为轴向两端之间的距离L的其间的距离。在轴向两端之间的距离L的范围内绝缘子2的外径D_I和内径D_S分别确定在上述范围内。

在尺寸上按上述设计的火花塞中，密封材料层61的填充密度调节为1.5至3.0g/cm³。如果为2.5g/cm³或更低，在上述尺寸范围的小型化火花塞更为有效。在确定为2.0至2.5g/cm³时，耐冲击性能和气密性可进一步提高，可以制成高形状精度的适当的火花塞。

在本发明中，密封材料层的填充密度是如下计算的。

假定1)由绝缘子外周和金属壳内周在邻近于密封材料层的轴向两端的密封件的轴向上的两端之间(即，在邻近于密封材料层的前侧的密封件(在图10中为线密封件62)和邻近于密封材料层的后侧的密封件(在图10中为密封件60)之间)所限定的空间(环形空间)的容积(下文中称为端部之间的空间容积)为V；2)填充在金属壳内周和绝缘子外周之间的整个密封材料层的质量为M，M/V的值定义为填充密度。

两密封件轴向上的两端之间的距离定义为L，如图10所示，那么，端部之间的空间容积V为V＝(D_S-D_I)×L。填充密度为ρ，ρ＝M/(D_S-D_I)×L。如果按照这个公式的ρ为1.5g/cm³≤ρ≤3.0g/cm³，那么它就落入本发明的技术范围之内。这同样适用于另一个优选实例(如果ρ为2.0g/cm³≤ρ≤2.5g/cm³，它就落入优选的范围内)。

实际上，图9A的尺寸W，D_S，D_I例如可以为W＝14mm，D_S＝11.2mm，D_I＝9.0mm，或者，W＝12mm，D_S＝9.2mm，D_I＝7.0mm。相对表面之间的距离(相对侧面尺寸)W小于16mm(14mm或12mm)的小尺寸火花塞可以使用各种尺寸。金属壳1的工具接合部分1e不限于六边形，如图9B所示，也可采用24角部的形状(所谓的双六边形)。另外，在这种情形中，尺寸也是确定在上述范围内。这种尺寸的实例可以是，在图9B的尺寸W，D_S，D_I为W＝14mm，D_S＝12mm，D_I＝10.5mm，或者相对侧面尺寸W可以小于16mm(12mm，14mm)，例如，W＝12mm，D_S＝9.7mm，D_I＝7.5mm。另外，在六边形或双六边形中的任一种中，具有通孔的中空绝缘子2的内径D_H(即相应于设有密封材料层的部分的通孔6的直径)确定为3.0mm或更大(例如，3.0mm，3.5mm)。

下面描述火花塞100的生产。例如，水玻璃用作粘合剂，但是也可使用无机粘合剂或硅氧烷基粘合剂进行同样的生产。如图2所示，指定量的水玻璃WG和水W混合、搅拌，以便进行原料粉末的生产过程，制成原料粉末LP。滑石粉事先调节至平均直径为30至200μm，表观密度调节至0.5至1.3g/cm³。如果这样调节表观密度，那么就可以形成环状本体，使其具有适于以后的成形过程的密度。另外，通过将平均直径调至上述范围内，就容易将表观密度调至上述范围，在填入后，密封材料层易于形成适当的密度，同时保持金属壳的成形精度。

水的配合量与水玻璃WG的配合量同样重要，这将在下文中描述。最好使用例如硅酸钠或硅酸钾(或其混合物)的水溶液作为水玻璃，至于硅酸盐成份，使用M₂O·nSiO₂(M为Na或K)。溶液以合理的量添加，要考虑混合物易于混合在密封材料粉末中的因素。在密封材料或密封材料层中的水玻璃具有1∶1的水含量比。所使用的滑石粉TP中的水含量为0.5至3.5重量％。小于0.5重量％，密封材料粉末的可压缩性就会下降。大于3.5重量％，密封材料粉末的水含量过大，使流动性变劣。

密封材料粉末的生产过程是按照下述方式进行的。如图3A所示，使原料粉末LP形成颗粒以便改善流动性，形成颗粒状的密封材料粉末GP。颗粒生产可以使用公知的方法，例如这样一种方法，将原料粉末经一对辊压成板状，所述板被粉碎、分级(例如用筛网分级)，以生产颗粒状的密封材料GP。

如图3B至3D所示，颗粒状密封材料GP借助箱式喂料器105装入金属模100的模腔101(标号104代表在成形本体中形成空穴的芯部)，并被冲头102，103压缩以形成密封材料粉末的成形本体PC。

密封材料粉末最好在成形过程中压缩，使所形成的成形本体PC的表观密度为2至2.4g/cm³。小于2g/cm³，成形本体PC的强度就不够，小的冲击就会使成形本体PC破碎。另一方面，大于2.4g/cm³，成形本体PC就必须在金属模的模腔101内强力地压缩。因此，例如，如图3E所示，腔101内表面和成形本体PC之间的摩擦变大，当从模100中取出成形本体PC时易于出现裂纹或破碎。表观密度最好调至2.2至2.3g/cm³。

为了通过金属模压生产成形本体PC，在模压中，密封材料粉末的水含量调至1.5至3.5重量％。小于1.5重量％，就难于将成形本体PC的表观密度保证在2g/cm³或更高的值上。大于3.5重量％，密封材料粉末的流动性不好，可能妨碍密封材料粉末顺利送入模腔中。

下面描述火花塞的组装过程。

如图5所示，金属壳1沿其内周形成在金属壳侧的环状第一接合凸起1h。与之对照，如上所述的绝缘子沿其外周形成在绝缘子侧的环状第一接合凸起2e。在本实施例中，金属壳1的一个插孔1g在前端借助台阶减径，该台阶用作金属壳侧的第一接合凸起1h。

图5表示(在形成压配合部分1d(图1)之前)，板状密封件20(见图1)插入金属壳1中，然后绝缘子2插入直至夹住在绝缘子2和板状密封件20中形成的绝缘子侧第二接合凸起2i(见图1)的位置的状态。

下面描述在金属壳1和绝缘子2之间的空间中形成密封材料层61的过程。如图5所示，在插入绝缘子2以后，线密封件62插在金属壳1和绝缘子2之间的空间中，然后进行填充过程，将密封材料粉末填入上述空间。在图5中，作为成形本体PC供应的密封材料粉末填入该空间形成粉末填充层。

在插入成形本体PC以后，如图6所示进行压缩过程，以便借助例如管在金属壳1的轴向上压缩成形本体PC(粉末填充层)。压缩力设定得高于形成上述成形本体PC时的压缩力，从而使成形本体PC变成密封材料层61，如图7所示。因此，在填充过程以前，实行成形过程以便形成环形，在填充过程中，密封材料粉末的成形本体放在空间中。在压缩过程中，以高于成形过程中的压力压缩成形本体，因而可将需要量的原料粉末容易、精确地放在绝缘子和金属壳之间的窄小空间中，压缩力可以均匀地施加在粉末填充层上，从而可以满意地获得所形成的密封材料层的密封性质。

如果在图7中看去金属壳1后侧圆周受压缩向内弯曲，向绝缘子填密，从而形成压配合部分1d。通过形成压配合部分1d，密封材料层61保持受压缩状态，持续显示良好的密封性质。

实际上在图7中，金属壳1在前端插入压配合底部110的安装孔110a中，在金属壳1中形成的凸缘状气密部分1f支承在其开口圆周上。在这种状态下，将压配合冲头111送至金属壳1的后表面，金属壳1被固定在压配合底部110和压配合冲头111之间，从而弯曲变形一个在工具接合部分1e和气密部分1f之间形成的薄部1j，同时金属壳1的后侧圆周向着密封件60向内填密，形成填密部分1d。此时，伴随着通过形成填密部分1d在金属壳1的后端开口部分中的向内变形，以及薄部1j的弯曲变形，填密部分1d和绝缘子侧的第一接合部分2e压缩成形本体PC(粉末填充层)以形成密封材料层61。也就是说，金属壳1的压配合和粉末填充层的压缩是同时进行的。

作为填密部分1d的成形方法，不仅可以采用上述方法(冷压配合)，也可采用热压配合。如图7所示，借助热压配合的填密部分1d的形成是通过在压配合底部110和压配合冲头111之间压迫金属壳1进行的，在这种状态下，在压配合底部110和压配合冲头111之间供应电流(例如，大约100A)0.5至1秒。电流从压配合冲头111经过工具接合部分1e、薄部1j和气密部分1f流至压配合底部110。然后，由薄部1j厚度最小，电阻值大，只有这个部分红热。因此，填密部分1d的形成和粉末填充层的压缩同时进行，弯曲变形薄部1j所需的负荷减小，小的负荷就可以填密。

通过观察分成两半的火花塞可以容易地发现火花塞是冷压配合形成的，还是热压配合形成的。在冷压配合的火花塞中(见图7)，弯曲变形的薄部1j被变形而在径向上偏压向外侧或内侧(在图7中为偏压向外侧)。另一方面，在热压配合的火花塞中，薄部1j被变形，在径向上向着外侧和内侧两侧膨胀。

在上述压缩过程中，在被压缩的粉末填充层(在本例中为成形本体PC)中的水含量最好为0.5至3.5重量％。小于0.5重量％，粉末的可压缩性变劣，所得到的密封材料层61的气密性可能不足。大于3.5重量％，粉末填充层也许会漏入在相邻构件之间的空间中。

当使用成形本体PC时，在上述成形过程中，填充的材料粉末的水含量最好调节为1.5至3.5重量％。如果采用上述水含量，在成形之后，成形本体PC的水含量几乎立刻在1.5至3.5重量％的范围内。由于上述范围属于在其后的压缩过程中需要的水含量，因而这不会造成问题。相反地考虑，由于在粉末填充层中需要的水含量在成形时低于需要的范围，因而如果在成形本体PC中的水含量由于实行压缩过程前的蒸发而减少，那么，如果水含量仍旧保持0.5重量％或更多，在实行压缩过程中就不会发生问题。如图4所示，在残留水含量不低于0.5重量％的范围内，成形本体PC被加热及强制干燥，压缩过程可以进行。

如图8所示，填充的材料粉末不进行初步成形而直接注入绝缘子2和金属壳1之间的空间中，也是可以的。在这种情形中，由于不进行成形，不必增加填充的材料粉末中的水含量，使其为1.5重量％或更多适于成形，在开始时，调节可以在0.5至3.5重量％的大的范围内进行。在图8中，线密封件62事先设置在金属壳1中，在这种状态下，一个圆筒形工具120连接于金属壳1的后侧圆周上，颗粒状密封材料粉末GP流入绝缘子侧和线密封件62的后侧的第一接合凸起2e。当密封件60设置在粉末GP上时，与图7中相同的过程在下述过程中被采用。

为了确定本发明的效果，曾进行了下述实验。

5重量％的无机粘合剂(在本实例中为水玻璃)混合在调节至适当的粉末分布的滑石原料中，并用搅拌机充分混合。使混合的粉末通过一个辊轧机，形成1至3mm的板，经过粗粉碎并分级，使颗粒的粒度大约为300至1000μm。在组装过程中，分级的粉末(填充的材料粉末)插入火花塞的绝缘子外侧和金属壳内侧之间，并用压制机进行填密。然后，如图7所示，在滑石粉的上、下部分设置线密封件。以这种方式，取得表格1中所示的试验产品1至7。另一方面，作为对照产品，5重量％的有机粘合剂(在本实例中为酚醛树脂)按与上述相同的方式混合、注入火花塞的绝缘子的外侧和金属壳内侧之间，以生产试验产品8至10。

粘合剂的种类和压配合后的密封材料层的填充密度分若干步骤调节，以便与现有产品(试验产品8，9，10)比较性能(气密性和耐冲击性能)。试验方法依照JIS B8031的6.4条款(耐冲击性能试验)和6.5条款(气密性试验)。填充密度是按照下述方式测量的：拆散产品，测量实际上密封材料层相对于金属壳和绝缘子外侧之间的放置密封材料层的填充量。

在JIS B8031的6.4条款的耐冲击性能试验中，10分钟的冲击时间延长至20和30分钟，以便评估性能。结果表示在表格1中。在试验后满足规定的性能的耐冲击性能标为○，而不满足的则标为×。按照试验结果，如果密封材料层的填充密度为1.5g/cm³或更大，那么，尽管冲击时间为20分钟也可满足规定的性能，在2.0g/cm³或更大的情形中，经过30分钟的冲击时间，性能得到保持。

表格1

关于JIS B8031的6.5条款的加热气密性试验，除了150℃的气温以外，试验也在室温(25℃)和200℃下进行，以便通过气密性试验中规定的技术测量从火花塞内泄漏的空气量。在气温为150℃的情形中，无机粘合剂的密封材料层比有机粘合剂的密封材料层的泄漏量低，采用无机粘合剂的防泄漏效果明显。具体来说，在气温为200℃的情形中，有机粘合剂的密封材料层测出的空气泄漏量超过作为气密性试验中规定的性能标准的1ml/分钟。另一方面，虽然气温达200℃，无机粘合剂的密封材料层则满足了气密性试验中规定的性能，已经证明气密性(密封性质)在高温下可以有利地保持。在使用硅氧烷基粘合剂(硅氧烷油、硅氧烷清漆)作为粘合剂的情形中，所得到的结果基本相同。

如果耐高温的无机粘合剂或硅氧烷粘合剂用作粘合剂，那么，在火花塞中的加热气密性提高，如果填注在绝缘子和金属壳之间压配合(2.0g/cm³或更大)后填充密度为1.5g/cm³或更大的密封材料粉末，并将其压配合(连接)，那么，可以得到耐冲击性能提高的火花塞。

接着将直径为150μm的滑石粉原料添加作为粘合剂的5重量％的水玻璃，用搅拌器充分混合，用辊轧机压成1至3mm的板，轻微松脱，并筛选300至1000μm，以便生产颗粒状填充的材料粉末。这种粉末填充在金属壳1和绝缘子2之间，如图6所示用管状模压制，然后将金属壳1填密以形成如图7所示的组装的产品。通过改变填装的粉末量和压制负荷，控制每个试验产品的密封材料层的填充密度。金属壳的内径D_S、绝缘子2的外径D_I和工具接合部分1e的相对侧面尺寸W分若干步骤设定以组装进行冲击试验的火花塞。使用JIS B8031的6.4条款的耐冲击试验中规定的试验机，进行类似于表格1的试验的冲击试验。在耐冲击性能试验中，10分钟的冲击时间改变成5、20和30分钟，以便评估性能。

结果表示在表格2中。如果发生松脱，即，规定的性能不被满足，那么标出×，而如果未出现松脱，则标出○。另外，在JIS B8031的6.5条款的气密性试验中，除了150℃的气温以外，也在室温和200℃下进行试验，以便通过气密性试验中规定的技术测量从火花塞内泄漏的空气量。结果表示在表格2中。

表格2

	W(mm)	D_S(mm)	D_I(mm)	D_S-D_I(mm)	填充密度(g/cm³)	加热和气密性结果(ml/分钟)			耐震动结果
						加热和气密性结果(ml/分钟)			耐震动结果				室温	150℃	200℃	5分钟	10分钟	20分钟	30分钟
						11	12	9.2	7.4	1.8	2.1	0	室温	150℃	200℃	5分钟	10分钟	20分钟	30分钟	0.3	0.8	○	○	×	-
12	12	10.2	8.4	1.8	2.1	11	12	9.2	7.4	1.8	2.1	0	0	0.3	0.7	○	○	○	×	0.3	0.8	○	○	×	-
12	12	10.2	8.4	1.8	2.1	13	14	12.0	10.2	1.8	2.1	0	0	0.3	0.7	○	○	○	×	0.2	0.6	○	○	○	×
14	16	12.7	10.9	1.8	2.1	13	14	12.0	10.2	1.8	2.1	0	0	0.3	0.7	○	○	○	×	0.2	0.6	○	○	○	×
14	16	12.7	10.9	1.8	2.1	15	12	9.2	7.0	2.2	2.5	0	0	0.3	0.7	○	○	○	×	0.1	0.6	○	○	○	○
16	12	10.2	8.0	2.2	2.5	15	12	9.2	7.0	2.2	2.5	0	0	0.2	0.6	○	○	○	○	0.1	0.6	○	○	○	○
16	12	10.2	8.0	2.2	2.5	17	14	12.0	9.8	2.2	2.5	0	0	0.2	0.6	○	○	○	○	0.1	0.5	○	○	○	○
18	16	12.7	10.5	2.2	2.5	17	14	12.0	9.8	2.2	2.5	0	0	0.2	0.6	○	○	○	○	0.1	0.5	○	○	○	○
18	16	12.7	10.5	2.2	2.5	19	12	9.2	7.0	2.2	1.4	0	0	0.2	0.6	○	○	○	○	0.7	2.1	×	-	-	-
20	12	10.2	8.0	2.2	1.6	19	12	9.2	7.0	2.2	1.4	0	0	0.7	1.9	○	×	-	-	0.7	2.1	×	-	-	-
20	12	10.2	8.0	2.2	1.6	21	14	12.0	9.8	2.2	1.7	0	0	0.7	1.9	○	×	-	-	0.6	1.9	○	×	-	-
22	16	12.7	10.5	2.2	1.7	21	14	12.0	9.8	2.2	1.7	0	0	0.5	1.7	○	×	-	-	0.6	1.9	○	×	-	-
22	16	12.7	10.5	2.2	1.7	23	12	9.2	7.7	1.5	1.3	0	0	0.5	1.7	○	×	-	-	0.6	2.0	×	-	-	-

在表格2中，从第19、23号与其它试验结果的比较可以看出，在满足D_S-D_I＞1.6mm，同时填充密度为1.5g/cm³的情形中，已证实满足了冲击时间为5分钟在耐冲击方面规定的性能。对照直径差相同(2.2mm)的第15至18号和第20至22号，在填充密度较高的第15至18号中，耐冲击性能和加热气密性得到改善.在与第11至14号相比直径和填充密度差较大的第15至18号中，耐冲击性能和加热气密性都得到改善，已证实第15至18号是极好的。

作为本申请要求优先权的基础的每个外国专利申请的全部公开的技术内容结合在本说明书中，用作参考，如同在本说明书中作了充分描述那样。

Claims

1.一种火花塞，包括：

一个中央电极；

一个围绕中央电极设置的绝缘子；

一个围绕绝缘子设置的金属壳；

一个接地电极，与中央电极相对设置以形成一个火花放电间隙；以及

一个包括密封材料的密封材料层，其中，密封材料包括滑石粉，密封材料填充在金属壳内表面和绝缘子外表面之间的空间中，以便密封该空间，

其中，密封材料的填充密度为1.5g/cm³至3.0g/cm³。

2.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于：所述金属壳形成有一个用于将火花塞连接于发动机的工具接合部分，

当工具接合部分的两个平行相对表面之间的距离是W，W＜16mm时，包围在金属壳中的密封材料层的一个部分的内径Ds满足9.0mm＜Ds＜13.0mm，当在绝缘子中被密封材料层包围的一个部分的外径是D_I时，Ds-D_I＞1.6mm，并且D_I≥7.0mm。

3.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于：所述密封材料层被保持在室温下液态，及沸点等于或大于150℃的粘合剂。

4.如权利要求1所述的火花塞，其特征在于：密封材料层中包含无机材料和含有硅氧烷的粘合剂中的至少一种。

5.如权利要求4所述的火花塞，其特征在于：粘合剂包括水玻璃。

6.如权利要求3所述的火花塞，其特征在于：密封材料层中含有的粘合剂为2至7重量％。

7.如权利要求1至6中任一项所述的火花塞，其特征在于：以形成火花放电间隙的一侧作为前侧，金属壳的一个后侧圆周部分限定一个面向外侧的压配合部分。

8.一种制造火花塞的方法，所述火花塞包括：一个中央电极，一个围绕中央电极设置的绝缘子；一个围绕绝缘子设置的金属壳；一个与中央电极相对设置以形成火花放电间隙的接地电极；以及一个包括密封材料的密封材料层，其中密封材料包括滑石粉，密封材料填充在金属壳的内表面和绝缘子外表面之间的空间中以密封该空间，所述方法包括：

通过将绝缘子放置在金属壳内，以及将包括滑石粉的密封材料粉末填充到金属壳和绝缘子之间的空间中，从而形成粉末填充层的填充过程；

在金属壳的轴向上压缩粉末填充层以形成密封材料层的压缩过程；

在填充过程之前，将填充的粉末形成相应于所述空间的环形，以便形成一个成形本体的成形过程，

其中，在填充过程中，将填充粉末的成形本体放置在所述空间中，在压缩过程中，作为粉末填充层的所述成形本体在比成形过程中的压力高的压力下被压缩，从而形成具有1.5g/cm³至3.0g/cm³的填充密度的密封材料层。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：在进行所述成形过程之前还包括调节作为密封材料粉末的滑石粉，使滑石粉具有30μm至200μm的平均直径和0.5g/cm³至1.3g/cm³的表观密度。