DE102006000206A1

DE102006000206A1 - Zündkerzenherstellungsgerät und Zündkerzenherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102006000206A1
Application number: DE102006000206A
Authority: DE
Inventors: Kouji Kariya Hori
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2006-12-07
Also published as: US20060246807A1; JP2006310129A; US7261609B2

Abstract

Das Zündkerzenherstellungsgerät hat eine Halteplatte, die mit einer Vielzahl von Montagelöchern ausgebildet ist, die von einer vorderen Fläche zu einer hinteren Fläche von dieser hindurchgehen, für ein Halten von hohlen, rohrförmigen Isolierelementen von Zündkerzen in diesen, von denen jedes in sich mit einer Mittelelektrode und einem Metallstamm versehen ist, der mit einem Anschlussteil versehen ist, und von denen jedes mit einem Pulverwiderstandsmaterial zwischen der Mittelelektrode und dem Stamm gefüllt ist, und einen elektrischen Ofen für ein Erwärmen der Isolierelemente, die in den Montagelöchern der Halteplatte gehalten werden. Die Halteplatte ist aus einem keramischen Material gemacht, das nicht weniger als 50 Gew.-% von Silikonnitrid enthält.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zündkerzenherstellgerät, das mit einer Halteplatte (Palette) für ein Halten von Isolierelementen für Zündkerzen während einem Erwärmprozess für ein Herstellen der Zündkerzen versehen ist, und auf ein Zündkerzenherstellungsverfahren durch Verwenden der Halteplatte.

Im Allgemeinen hat eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eine rohrförmige Montagehalterung, die einen Gewindeabschnitt für eine Installation an dem Verbrennungsmotor hat, ein Isolierelement, das an der Innenseite der Montagehalterung so befestigt ist, dass sein vorderes Ende von dem vorderen Ende der Montagehalterung hervorsteht, eine Mittelelektrode, die in einem axialen Loch des Isolierelements so befestigt ist, dass ihr vorderes Ende von dem vorderen Ende des Isolierelements hervorsteht, und eine Erdungselektrode, die an der Montageeinrichtung befestigt ist, um dem vorderen Ende der Mittelelektrode über einen Funkenentladungsspalt gegenüber zu liegen.

Eine erste und zweite Glasdichtlage für ein Versehen des Axiallochs des Isolierelements mit Luftdichtheit und ein Widerstandsglas sind in dem Axialloch vorgesehen. Das hintere Ende der Mittelelektrode ist mit dem Widerstandsglas durch die erste Glasdichtlage elektrisch verbunden. Das Widerstandsglas ist mit einem Ende eines Metallstamms durch die zweite Glasdichtlage bei der Seite des hinteren Endes des Isolierelements innerhalb des axialen Lochs elektrisch verbunden. Ein Anschlussteil, das bei der Fläche des hinteren Endes des Isolierelements freiliegt, ist mit dem anderen Ende des Stamms verbunden. Dieses Anschlussteil ist mit einem Muffenteil bzw. Anschlussteil einer Zündspule befestigt.

Als Nächstes wird erklärt, wie die erste und zweite Glasdichtlage und das Widerstandsglas in dem axialen Loch des Isolierelements ausgebildet werden (für Details siehe z.B. JP 2004-319335).

Zu Anfang wird die Mittelelektrode in den hohlen Abschnitt (Axialloch) des hohlen rohrförmigen Isolierelements eingepasst. Danach wird ein Pulvermaterial aus einem leitenden Glas in den hohlen Abschnitt eingefüllt und unter Druck gesetzt bzw. verdichtet, um die erste Glasdichtlage in einem ersten Glasmaterialfüllprozess auszubilden.

Anschließend wird ein Widerstandsmaterial aus dem Widerstandsglas in den hohlen Abschnitt eingefüllt und an dem Pulvermaterial, das in dem ersten Glasmaterialfüllprozess eingefüllt worden ist, unter Druck gesetzt bzw. verdichtet. Als Nächstes wird ein Pulvermaterial aus einem leitenden Glas in den hohlen Abschnitt gefüllt und durch den Stamm unter Druck gesetzt bzw. verdichtet, um die zweite Glasdichtlage in einem zweiten Glasmaterialfüllprozess auszubilden.

Danach werden eine Vielzahl der Isolierelemente, von denen jedes die zuvor beschriebenen Prozesse durchlebt hat, auf eine Palette geladen, die aus einem hitzeresistenten Stahl gemacht ist und einen Widerstand bezüglich eines Thermoschocks aufweist, der in einem Erwärmprozess aufgebracht wird, wo schnelles Aufheizen und schnelles Abkühlen wiederholt werden. Diese Palette hat eine Vielzahl von Montagelöchern, an denen die Isolierelemente befestigt sind, so dass sie auf einmal erwärmt werden können, um die Produktivität der Zündkerzen zu erhöhen.

In einem nachfolgenden Erwärmprozess wird die Palette in einen elektrischen Ofen getragen bzw. befördert, wo die Isolierelemente, die an der Palette aufgeladen sind, für eine gewisse Zeit bei einer gewissen Temperatur erwärmt werden, z.B. bei 900°C. 10 zeigt die Isolierelemente 20, die an der Palette 500 aufgeladen sind, die in den elektrischen Ofen getragen bzw. befördert wird. In diesem Erwärmprozess gleitet die Palette 500 über ein Gestell 600, um sich in dem elektrischen Ofen zu bewegen, während sie durch ein oberes elektrisches Heizelement 710, das der oberen Fläche der Palette 500 gegenüberliegt, und durch ein unteres elektrisches Heizelement 720 erwärmt wird, das der unteren Fläche der Palette 500 gegenüberliegt. Als Folge werden Isolierelemente 20 erwärmt, und die erste und zweite Glasdichtlage von jedem Isolierelement 20 werden in einen geschmolzenen Zustand versetzt.

Nach Beendigung des Erwärmprozesses wird die Palette 500 aus dem elektrischen Ofen herausgetragen bzw. herausbefördert, und die Anschlussteile 71 werden nach unten in das Innere der Isolierelemente 20 gepresst. Anschließend werden die Isolierelemente 20 schnell abgekühlt und infolgedessen werden die erste und zweite Glasdichtlage und das Widerstandsglas von jedem Isolierelement 20 verfestigt. Auf diese Weise werden die erste und zweite Glasdichtlage und das Widerstandsglas in dem Isolierelement 20 ausgebildet.

Jedoch hat der Erfinder herausgefunden, dass die Palette 500, die in dem Erwärmprozess verwendet wird, technische Schwierigkeiten hat, die gelöst werden sollen, und die nachstehend dargelegt sind.

Erstens ist die Palette 500, die eine Vielzahl von Werkstücken (Isolierelemente 20) auf sich aufnehmen kann, um die Produktivität zu erhöhen, schwer, weil sich aus dem hitzewiderstandsfähigen Stahl gemacht ist. Demzufolge muss die Palette 500 vor dem Erwärmen der Werkstücke auf 900°C erwärmt werden. Aufgrund des hohen Gewichts des hitzeresistenten Stahls (z.B. mehr als 4 kg/50 Werkstücke (Montagelöcher)), benötigt das Erwärmen der Palette jedoch eine lange Zeit und eine große Menge von Energie.

Zweitens, da die Palette Zyklen von schnellem Erwärmen und schnellem Abkühlen während dem Erwärmprozess unterzogen wird, wird die Palette 500 oxidiert, und wird aufgrund thermischer Ausdehnung verformt. Demzufolge ist die Lebenszeit der Palette 500 kurz, im Bereich von eineinhalb bis 2 Jahren.

Drittens, bei der Zeit des nach unten Pressens des Anschlussteils 71, kann das Anschlussteil 71 von dem Zentrum der Achse des Isolierelements 20 versetzt sein, aufgrund einer Deformation der Palette 500. Falls der Versatzwert zu groß ist, gibt es eine Wahrscheinlichkeit, dass das Isolierelement 20 bricht.

Viertens benötigt es eine lange Zeit, bis die Temperatur der Palette 500 gleichförmig ist, da die Palette 500 aus dem hitzeresistenten Stahl gemacht ist, der eine niedrige thermische Leitfähigkeit hat. Zusätzlich, wenn die Palette 500 bei einer Vielzahl von verschiedenen Positionen von ihr unabhängig erwärmt wird, entsteht ein positionsbezogener Temperaturunterschied. Der Erfinder hat durch ein Experiment herausgefunden, dass der innere Temperaturunterschied zwischen dem Isolierelement 20, das bei dem Randabschnitt der Palette 500 gelegen ist, und dem Isolierelement 20, das bei dem Mittelabschnitt der Palette 500 gelegen ist, mehr als 80°C/50 Stück ist. Solch ein großer Temperaturunterschied bewirkt, dass die Widerstandsgläser der Isolierelemente 20 verschiedene Widerstände haben, obwohl sie auf die gleiche Palette geladen worden sind und demselben Erwärmprozess unterzogen worden sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung sieht ein Zündkerzenherstellgerät vor, das Folgendes aufweist:
eine Halteplatte, die mit einer Vielzahl von Montagelöchern ausgebildet ist, die von einer vorderen Fläche zu einer hinteren Fläche von dieser hindurchgehen, für ein Halten von hohlen, rohrförmigen Isolierelementen von Zündkerzen in diesen, von denen jedes in sich mit einer Mittelelektrode und einem Metallstamm versehen ist, der mit einem Anschlussteil versehen ist, und von denen jedes mit einem Pulverwiderstandsmaterial zwischen der Mittelelektrode und dem Stamm aufgefüllt wird; und
einen elektrischen Ofen für ein Erwärmen der Isolierelemente, die in den Montagelöchern der Halteplatte gehalten werden;
wobei die Halteplatte aus einem keramischen Material gemacht ist, das nicht weniger als 50 Gew.-% Silikonnitrid enthält.

Die Halteplatte hat vorzugsweise solch eine Dicke, dass ein Ende der Mittelelektrode und ein Ende des Stamms des Isolierelements, die in dem Montageloch gehalten werden, von der hinteren Fläche bzw. der vorderen Fläche der Palette hervorsteht, und hat vorzugsweise eine Biegefestigkeit, die nicht geringer als 600 MPa ist, wenn sie auf 800°C erwärmt ist.

Die Halteplatte hat vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit, die nicht geringer als 30 W/m·K ist. Die Montagelöcher können in einer versetzten bzw. gestaffelten Form angeordnet sein.

Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Zündkerzenherstellungsverfahren vor, das folgende Schritte aufweist:
Einpassen einer Mittelelektrode und eines Metallstamms, der mit einem Anschlussteil versehen ist, in einen hohlen Abschnitt von jedem von einer Vielzahl von hohlen, rohrförmigen Isolierelementen, in einen Zustand, bei dem das Pulvermaterial zwischen die Mittelelektrode und den Stamm gefüllt ist;
Aufladen der Vielzahl der Isolierelemente, die mit der Mittelelektrode und dem Stamm versehen, und mit dem Pulverwiderstandsmaterial gefüllt sind, auf eine Halteplatte in solch einen Zustand, bei dem die Isolierelemente in Montagelöchern gehalten werden, die in der Halteplatte ausgebildet sind; und
Erwärmen der Isolierelemente, die an der Halteplatte aufgeladen sind, in einem elektrischen Ofen;
wobei die Halteplatte aus einem keramischen Material gemacht ist, das nicht weniger als 50 Gew.-% Silikonnitrid enthält.

Das Verfahren kann des Weiteren die Schritte des Befestigens eines Gehäuses an jedem der Vielzahl von Isolierelementen, die dem Erwärmschritt unterzogen worden sind, und des Verbindens einer Erdungselektrode mit dem Gehäuse haben, derart, dass die Erdungselektrode einem Ende der Mittelelektrode gegenüber liegt, um einen Funkenspalt auszubilden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Kosten und die benötigte Energiemenge zu verringern, um die Zündkerzen herzustellen, weil die Halteplatte (Palette) aus einem keramischen Material gemacht ist, das nicht weniger als 50 Gew.-% Silikonnitrid enthält und das exzellente physikalische Eigenschaften im Hinblick auf das spezifische Gewicht, die spezifische Wärme, die Warmbiegefestigkeit, die Thermoschocktemperatur, die thermische Leitfähigkeit und die Lebenszeit.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die Variation von Widerständen von Widerstandselementen zu verringern, die in den Isolierelementen ausgebildet sind, weil die Palette, die aus dem keramischen Material gemacht ist, das nicht weniger als 50 Gew.-% von Silikonnitrid enthält, eine hohe thermische Leitfähigkeit hat, und deshalb eine geringere Temperaturungleichheit aufweist, wenn sie erwärmt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den begleitenden Zeichnungen ist:
1 eine Halbquerschnittansicht einer Zündkerze, die durch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt worden ist;
2 eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines Zündkerzenherstellungsgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 ein Diagramm, das erklärt, wie eine Palette durch Abstützelemente in einem elektrischen Ofen des Zündkerzenherstellgeräts abgestützt wird;
4 eine Draufsicht der Palette;
5 ist eine Querschnittansicht der Palette entlang einer Linie A-A in 4;
6 ein Diagramm, das Prozessschritte für ein Einfüllen von Glasmaterialien in das Innere eines Isolierelements der Zündkerze zeigt;
7 ein Diagramm, das zeigt, wie Anschlussteile nach unten in das Isolierelement der Zündkerze in einer Warmpresseinheit des Zündkerzenherstellungsgeräts gepresst werden;
8 eine Tabelle, die verschiedene physikalische Eigenschaften von den Paletten zeigt, die aus Silikonnitrid, einem hitzeresistenten Stahl, Aluminiumoxid und Silikonkarbid gemacht sind;
9A ein Diagramm, das zwei verschiedene Positionen der Isolierelemente zeigt, die auf die Palette aufgeladen sind, deren Temperaturen gemessen werden sollten;
9B ein Graph, der einen Temperaturunterschied zwischen den zwei Isolierelementen für die Palette zeigt, die aus Silikonnitrid gemacht ist, und für die Palette, die aus einem hitzeresistenten Stahl gemacht ist; und
10 ein Diagramm, das eine herkömmliche Palette zeigt, an der Isolierelemente aufgeladen sind, um in einem elektrischen Ofen erwärmt zu werden.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 ist eine Halbquerschnittansicht einer Zündkerze 100, die durch ein Zündkerzenherstellungsgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt worden ist. In 1 zeigen die Bezugszeichen, die identisch mit denjenigen in 10 sind, die gleichen Elemente. Die Zündkerze 100, die für einen Fahrzeugmotor verwendet werden kann, ist aufgebaut, um in ein Gewindeloch bzw. Bohrung eingesetzt zu werden, das/die in einem Verbrennungsmotorkopf (nicht dargestellt) des Fahrzeugmotors ausgebildet ist.
Wie von 1 gesehen werden kann, hat die Zündkerze 100 ein rohrförmiges Gehäuse 10, das aus einem leitenden Stahlmaterial gemacht ist (z.B. Stahl mit einem niedrigen Carbonanteil). Das Gehäuse 10 hat eine Montageschraube bzw. Montagegewinde 11 bei seinem Umfang für eine Befestigung an einem Verbrennungsmotorblock (nicht dargestellt).
Das Gehäuse 10 beherbergt ein Isolierelement 20, das aus einem elektrisch isolierenden Material gemacht ist, wie Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃), derart, dass das vordere Ende 20a des Isolierelements 20 von dem vorderen Ende 10a des Gehäuses hervorsteht, und dass das hintere Ende 20b des Isolierelements 20 von dem hinteren Ende 10b des Gehäuses 10 hervorsteht. Eine Mittelelektrode 30 ist in ein axiales Loch 20c des Isolierelements 20 eingepasst. Die Mittelelektrode 30 wird durch das Isolierelement in einem isolierten Zustand bezüglich dem Gehäuse 10 gehalten.
Wie in 1 gezeigt ist, hat das Isolierelement 20 einen trommelförmigen Abschnitt 21, der den größten Durchmesser von all den Positionen des Isolierelements 20 hat, das in dem Gehäuse 10 beherbergt ist.
Die Mittelelektrode 30, die eine zylindrische Form hat, wird durch ein Innenelement, das aus einem Material gemacht ist, das eine gute thermische Leitfähigkeit hat, wie z.B. Cu, und durch ein Außenelement gebildet, das aus einem Metallmaterial gemacht ist, das eine gute Wärmewiderstandsfähigkeit und eine gute Korrosionswiderstandsfähigkeit hat, wie z.B. eine Legierung auf Ni-Basis. Ein zylindrischer Edelmetallchip ist als ein Funkenentladungselement mit dem vorderen Ende 30a der Mittelelektrode 30 durch Laserschweißen oder Widerstandsschweißen verbunden.
Eine Erdungselektrode 40 ist mit dem vorderen Ende des Gehäuses 10 verbunden. Die Erdungselektrode 40, die aus einer Ni-basierten Legierung gemacht ist, die hauptsächlich aus Ni besteht, ist an das Gehäuse 10 bei einem Ende von diesem angeschweißt, und ist um 90° gebogen, um einen Spalt mit dem vorderen Ende der Mittelelektrode 30 bei dem anderen Ende von sich auszubilden.
Es sind eine erste Glasdichtlage 51, ein Widerstandselement 60, eine zweite Glasdichtlage 52 und ein Metallstamm 70, der mit einem Anschlussteil 71 versehen ist, bei der Seite des hinteren Endes der Mittelelektrode 30 vorgesehen, die in das Axialloch 20c des Isolierelements 20 eingepasst ist.
Das Widerstandselement 60, das ein Widerstand leistendes Element ist, das einen gewissen Widerstand hat, wird durch Sintern eines pulverförmigen Widerstandmaterials ausgebildet, das hauptsächlich aus Glas gemischt mit Carbonpulver besteht. Die erste und zweite Glasdichtlage 51, 52 sind jeweils bei den beiden längs verlaufenden Enden des Widerstandselements 60 angeordnet, um zu verhindern, dass die Seite der Mittelelektrode 30 (die Innenseite einer Verbrennungskammer) und die Seite des Anschlussteils 71 (die Außenseite der Verbrennungskammer) miteinander in Verbindung stehen.
Das Widerstandselement 60 ist elektrisch mit einem Ende des zylindrischen Stamms 70 durch die zweite Glasdichtlage 52 verbunden. Das Anschlussteil 71, das bei dem anderen Ende des Stamms 70 vorgesehen ist, liegt bei der Fläche des hinteren Endes 20b des Isolierelements 20 frei. Dieses Anschlussteil 71 ist an einem Muffenteil bzw. Anschlussteil von einer Zündspule (nicht dargestellt) befestigt.
Das Isolierelement 20 ist zu einem Falzabschnitt 10c gefalzt, der in dem hinteren Ende 10b des Gehäuses ausgebildet ist. Die Zündkerze 100, die die zuvor beschriebene Struktur hat, zündet gasförmigen Kraftstoff durch Erzeugen eines Funkens zwischen der Mittelelektrode 30 und der Erdungselektrode 40.
Als Nächstes wird ein Gerät für ein Herstellen der Zündkerze 100 erklärt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des Zündkerzenherstellungsgeräts zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, wird dieses Zündkerzenherstellungsgerät durch einen elektrischen Ofen 200 und eine Warmpresseinheit 300 gebildet.
Der elektrische Ofen 200 ist für ein Erwärmen der Isolierelemente 20 und ein Schmelzen der Glasmaterialien der ersten und zweiten Glasdichtlage 51, 52 und des Widerstandselements 60, die in die Isolierelemente 20 eingesetzt sind, durch Erwärmen einer Halteplatte (Palette) 400, an der eine Vielzahl der Isolierelemente 20 aufgeladen bzw. angeordnet sind. In dieser Ausführungsform hat der elektrische Ofen 200 sequenziell vier Wärmezonen 201 bis 204 angeordnet, die verschiedene Ofentemperaturen haben. Die Wärmezone 201 ist mit einem Palettenaufnahmeeingang versehen, durch den die Palette 400 in den elektrischen Ofen 200 getragen bzw. befördert wird.
Wie in 2 gezeigt ist, hat der elektrische Ofen 200 einen Passagenweg 210, obere Heizelemente 220, untere Heizelemente 230 und Thermometer 240. Für ein Steuern des Betriebs des elektrischen Ofens 200 kann jede geeignete Steuervorrichtung verwendet werden, eingeschlossen elektrischer und elektronischer Schaltkreise. Demzufolge wird auf eine Erklärung einer solchen Steuervorrichtung verzichtet.
Die Palette 400, die in den elektrischen Ofen 200 durch den Eingang 205 befördert bzw. getragen wird, wird in den Passagenweg 210 bewegt. Wie in 3 gezeigt ist, sind Stützelemente 206 für ein Stützen der Palette 40 in dem Passagenweg 210 angeordnet. Die Stützelemente 206 sind an den gegenüberliegenden Seiten von der Richtung platziert, in der die Palette 400 bewegt wird, um die Kantenabschnitte der hinteren Fläche der Palette 400 abzustützen.
Die oberen Heizelemente 220 und die unteren Heizelemente 230 erzeugen Wärme auf Basis von elektrischen Signalen, die von einem Wärmeschaltkreis für den elektrischen Ofen (nicht dargestellt) empfangen werden, so dass die Wärmezonen 201 bis 204 bei verschiedenen Temperaturen gehalten werden. Die oberen Heizelemente 220 und die unteren Heizelemente 230 können ein Ni-Cr-Heizelement sein.
Die Thermometer sind sowohl bei der oberen Seite und der unteren Seite des Passagenwegs 210 angeordnet, um die Temperaturen der Wärmezonen 201 bis 204 zu messen. Die Thermometer 240 können ein Thermoelement sein. Die durch die Thermometer gemessenen Temperaturen werden zu dem Wärmeschaltkreis für den elektrischen Ofen für die Steuerung der oberen und unteren Heizelemente 220, 230 zugeführt.
Die Warmpresseinheit 300 ist für ein nach unten Pressen der Anschlussteile 71 in das Innere der Isolierelemente 20 in einem Prozess (e) in 6 (der später beschrieben wird). Genauer gesagt werden die Isolierelemente 20, die in dem elektrischen Ofen 300 erwärmt werden, in die Warmpresseinheit 300 getragen bzw. befördert, wo die Anschlussteile 71, die in die Isolierelemente 20 eingesetzt sind, in die Isolierelemente 20 gedrückt werden. Die Warmpresseinheit 300 hat ein Presselement 320, das Vorsprünge 321 hat, die in solchen Positionen ausgebildet sind, dass sie den Anschlussteilen 71 gegenüberliegen, die in die Isolierelemente 20 eingesetzt sind (siehe 7, die später beschrieben wird). Die Warmpresseinheit 300 ist aufgebaut, um die Anschlussteile 71 mit einer Kraft nach unten zu pressen, die größer als 300N ist.
Als Nächstes wird nachstehend die Struktur der Palette 400 detailliert beschrieben. 4 ist eine Draufsicht der Palette 400, und 5 ist eine Querschnittansicht der Palette 400 entlang einer Linie A-A in 4.
In dieser Ausführungsform hat die Palette 400 eine Form einer rechteckigen Platte und ist mit einer Vielzahl von Montagelöchern 410 ausgebildet, die sich in der Richtung der Dicke der Palette 400 erstrecken. Wie in 4 gezeigt ist, sind diese Montagelöcher 410 in einer versetzten bzw. gestaffelten Art und Weise angeordnet. Genauer gesagt sind diese Montagelöcher 410 so angeordnet, dass sie sich auf geraden Linien, die sich von links nach rechts in 4 erstrecken, und auf schrägen Linien befinden, die sich von oben nach unten in 4 erstrecken. Die Palette 400 hat sechs gerade Linien, an der acht Montagelöcher ausgebildet sind. Demzufolge kann die Palette 400 achtundvierzig Isolierelemente 20 tragen. Durch Anordnen der Montagelöcher 410 in einer versetzten Art und Weise wird es möglich, einen nutzlosen Bereich an der Oberfläche der Palette 400 zu verringern, um dadurch die Produktivität zu erhöhen.
Wie in 5 gezeigt ist, wird jedes der Montagelöcher 410, das von der vorderen Fläche zu der hinteren Fläche der Palette 400 hindurchgeht, durch zwei koaxiale Löcher gebildet, die verschiedene Durchmesser haben. Genauer gesagt wird das Montageloch 410 durch ein erstes Loch 411 und ein zweites Loch 412 gebildet, das einen kleineren Durchmesser hat als das erste Loch 411. Der Durchmesser des ersten Lochs 411 ist ungefähr derselbe wie der Außendurchmesser des trommelförmigen Abschnitts 21 des Isolierelements 20. Der Durchmesser des zweiten Lochs 412 ist auf solch einen Wert eingestellt, dass der Abschnitt von dem vorderen Ende zu dem trommelförmigen Abschnitt 21 des Isolierelements 20 durch das zweite Loch 412 hindurchgehen kann.
Das erste Loch 411 öffnet zu der vorderen Fläche 420 der Palette 400, und das zweite Loch 412, das koaxial zu dem ersten Loch 411 ist, öffnet zu der hinteren Fläche 430 der Palette 400. Demzufolge hat das Montageloch 410 einen Stufenabschnitt 413, der durch den Durchmesserunterschied zwischen dem ersten Loch 411 und dem zweiten Loch 412 definiert ist. Wenn das Isolierelement in das Montageloch 410 eingesetzt ist, wird es durch die Palette 400 in einem Zustand gehalten, bei dem der trommelförmige Abschnitt 21 des Isolierelements 20 gegen den Stufenabschnitt 413 stößt.
Die Dicke der Palette 400 ist bei solch einem Wert eingestellt, dass das vordere Ende 20 des Isolierelements 20 von der hinteren Fläche 430 der Palette 400 hervorsteht, wenn es in das Montageloch 410 eingesetzt ist. Die Palette 400 hat eine Biegefestigkeit von nicht weniger als 600 MPa, wenn sie auf 800°C erwärmt ist.
Die Palette 400 ist aus einem keramischen Material gemacht, das wenigstens 50 Gew.-% (mehr als 95 Gew.-% in dieser Ausführungsform) von Silikonnitrid (Si₃N₄) als eine Hauptkomponente enthält. Das keramische Material enthält neben Si₃N₄, MoSi₂, Al₂O₃, CaO, Y₂O₃, MgO und BN.
In dieser Ausführungsform ist die Palette 400 durch Sintern eines Keramikbasismaterials, das mehr als 95 Gew.-% von Silikonnitrid enthält, bei einer hohen Temperatur ausgebildet. Das Gewicht solch einer Palette 400 ist geringer als 2 kg/50 Werkstücken (Montagelöchern), was geringer ist als eine Hälfte von dem Gewicht der herkömmlichen Palette, deren Gewicht mehr als 4 kg/50 Stück ist.
Als Nächstes wird erklärt, wie die Zündkerze 100 hergestellt wird, mit besonderem Augenmerk auf den Prozess für ein Ausbilden der Glaselemente (der ersten und zweiten Glasdichtlage 51, 52 und des Wärmeelements 60) im Inneren des Isolierelements 20. 6 ist ein Diagramm, das Prozessschritte (a) bis (e) für ein Einfüllen von Glasmaterialien von der ersten und zweiten Glasdichtlage 51, 51 und dem Widerstandselement 60 in das Innere des Isolierelements 20 zeigt.
Am Anfang wird in einem Prozessschritt (a) ein gewünschter Abschnitt des rohrförmigen hohlen Isolierelements 20 bedruckt, und dann wird eine Glasur auf die Oberfläche des Isolierelements 20 aufgebracht.
In Prozessschritt (b) wird die Mittelelektrode 30 an dem Isolierelement 20 montiert. Genauer gesagt wird die Mittelelektrode 30 in das Achsenloch 20 des Isolierelements 20 eingesetzt. Als Nächstes wird in Prozessschritt (c) ein leitendes Glaspulver in das Achsenloch 20c des Isolierelements 20 als ein Material der ersten Glasdichtlage 51 eingefüllt und unter Druck gesetzt bzw. verdichtet.
Anschließend, im Prozessschritt (d), wird ein Widerstandsmaterial (leitendes Glas) in das Achsenloch 20c eingefüllt und an dem leitenden Glaspulver unter Druck gesetzt bzw. komprimiert, das in Prozessschritt (c) eingefüllt wurde. Danach wird, im Prozessschritt (e), ein leitendes Glaspulver in das Achsenloch 20c eingefüllt und an dem Widerstandsmaterial unter Druck gesetzt bzw. komprimiert, das im Prozessschritt (d) eingefüllt wurde. Als Nächstes wird der Stamm 70, der mit dem Anschlussteil 71 versehen ist, von dem hinteren Ende 20b des Isolierelements 20 eingesetzt.
Anschließend werden eine Vielzahl der Isolierelemente 20, die den Prozessschritten (a) bis (e) unterzogen worden sind, auf die Palette 400 geladen. Die Palette 400 wird in den elektrischen Ofen 200 von dem Eingang 205 aus befördert. Die Isolierelemente 20, die an der Palette 400 aufgeladen sind, werden auf eingestellte Temperaturen in den Wärmezonen 201 bis 204 erwärmt.
Genauer gesagt werden eine Vielzahl der Paletten 400, auf denen eine Vielzahl der Isolierelemente 20 aufgeladen sind, nacheinander in den elektrischen Ofen 200 befördert. Jede Palette 400 bewegt sich in dem elektrischen Ofen 200 vorwärts, indem sie durch die nachfolgende Palette 400 gedrückt bzw. angeschoben wird. In dieser Ausführungsform werden die Paletten 400 in den elektrischen Ofen nacheinander bei Intervallen von 30 bis 65 Sekunden eingeschoben bzw. getragen. Jede Palette 400 geht durch alle die Wärmezonen 201 bis 204 in 20 bis 40 Minuten hindurch.
Die oberen Heizelemente 20 und die unteren Heizelemente 230 sind so gesteuert, dass die Temperatur der Palette 400 (Isolierelemente 20) in Schritten ansteigt, wenn die Palette 400 sich von dem Eingang 205 zu der Seite der Warmpresseinheit 300 bewegt. Die Glasmaterialien, die in die Isolierelemente 20 eingefüllt sind, schmelzen, während die Palette 400, die auf diese Art erwärmt wird, sich in dem elektrischen Ofen 200 bewegt.
Die Palette 400, die durch den elektrischen Ofen 200 hindurchgegangen ist, wird in die Warmpresseinheit 300 befördert, wo die Anschlussteile 71, die in die Isolierelemente 20 eingesetzt sind, nach unten gepresst werden, wie in 7 gezeigt ist. Die Warmpresseinheit 300 hat Stützelemente 310 für ein Abstützen der Palette 400 und ein Presselement 320 für ein Pressen bzw. Drücken der Anschlussteile 71.
Die Stützabschnitte 310 halten die Kantenabschnitte bzw. Randabschnitte der hinteren Fläche 430 der Palette 400, wie die Stützelemente 206, die in 3 gezeigt sind. Das Presselement 320 hat Vorsprünge 321, die in solchen Positionen angeordnet sind, dass sie den Anschlussteilen 71 der Isolierelemente 20 gegenüberliegen, die in die Montagelöcher 410 der Palette 400 eingepasst sind.
Die Warmpresseinheit 400 führt einen Pressprozess durch, wo die Vorsprünge 321 des Presselements 320 in die Richtung des Pfeils bewegt werden, der in 7 gezeigt ist, um die Anschlussteile 71 in das Innere der Isolierelemente 20 zu pressen, die an der Palette 400 aufgeladen sind.
Genauer gesagt wird die Palette 400 zu solch einer Position bewegt, dass die Palette 400 direkt unterhalb des Presselements 320 der Warmpresseinheit 300 ist. Zu dieser Zeit, da die Isolierelemente 20, die an der Palette 400 aufgeladen sind, durch den elektrischen Ofen 200 erwärmt worden sind, sind die leitenden Gläser und die Widerstandselementmaterialien, die in die Isolierelemente 20 eingefüllt sind, in einem geschmolzenen Zustand. Als Nächstes werden die Vorsprünge 320 zu der Seite der Palette 400 bewegt, und infolgedessen werden die Anschlussteile 71 zu der Seite der Palette 400 gepresst. In dieser Ausführungsform werden die Anschlussteile 71 mit einer Kraft gepresst, die größer ist als 300N.
Danach werden die Vorsprünge 320 nach oben gezogen, und die Palette 400 wird aus der Warmpresseinheit 300 herausgetragen bzw. herausbefördert, um abgekühlt zu werden. Auf diese Weise wird das leitende Glas und das Widerstandsmaterial, die in jedes Isolierelement 20 eingefüllt sind, verfestigt, um die erste und zweite Glasdichtlage 51, 52 und das Widerstandselement 60 auszubilden.
Anschließend wird jedes Isolierelement 20 mit dem Gehäuse 10 versehen. Anschließend wird der Falzabschnitt 10c, der in dem hinteren Ende 10b des Gehäuses 10 ausgebildet ist, gefalzt und an dem Isolierelement 20 befestigt, und die Erdungselektrode 40 wird mit dem vorderen Ende 10a des Gehäuses 10 verbunden, um die Zündkerze 100 fertig zu stellen, die in 1 gezeigt ist.
Wie vorstehend schon beschrieben ist, ist die Palette 400 aus dem Material gemacht, das Silikonnitrid enthält. Der Erfinder hat drei andere Arten von Paletten hergestellt, die Herkömmliche, die aus einem hitzeresistenten Stahl gemacht ist, die Palette, die aus Aluminiumoxid gemacht ist, und die Palette, die aus einem Material gemacht ist, das hauptsächlich aus Silikonkarbid gemacht ist, und hat ein spezifisches Gewicht (g/cm³), eine spezifische Wärme × spezifischem Gewicht (J/cm³·K), eine Warmbiegefestigkeit (MPa), eine Thermoschocktemperatur (°C), eine thermische Leitfähigkeit (W/m K) und eine Lebenszeit (Jahre) für jede Palette dieser Ausführungsform und diese drei anderen Palettenarten gemessen. 8 ist eine Tabelle, die die gemessenen Ergebnisse zeigt. Die Symbole
" O ", " Δ " und " X " in dieser Tabelle repräsentieren "exzellent", "gut", "mittel" bzw. "schlecht".
Mit Bezug auf das spezifische Gewicht kann das Gewicht der Palette gering gemacht werden, wenn sie ein geringes spezifisches Gewicht hat. Demzufolge sind das Silikonnitrid und das Silikonkarbid in der Kategorie von
da sie geringe spezifische Gewichte haben, während der hitzewiderstandsfähige Stahl in der Kategorie von X ist, da er ein großes spezifisches Gewicht hat, und Aluminiumoxid in Kategorie von O ist.
Bezüglich der spezifischen Wärme × dem spezifischen Gewicht kann die benötigte Energiemenge, um die Palette zu heizen, klein gemacht werden, falls diese Paletten einen kleinen Wert der spezifischen Wärme × dem spezifischen Gewicht hat. Demzufolge sind das Silikonnitrid und Silikonkarbid in der Kategorie von O, da ihre Werte der spezifischen Wärme × dem spezifischem Gewicht gering sind, während der hitzeresistente Stahl in der Kategorie von Δ ist, da er einen relativ großen Wert des spezifischen Gewichts hat, und Aluminiumoxid ist in der Kategorie von O.
Die Warmbiegefestigkeit ist ein Wert einer sich allmählich erhöhenden Kraft, die auf ein Teststück aufgebracht wird, das auf eine gewisse Temperatur erwärmt ist (in dieser Ausführungsform 800°C), bei dem sich dieses Teststück zu verformen beginnt. Demzufolge ist das Silikonnitrid in der Kategorie von O, da es eine sehr hohe Warmbiegefestigkeit hat, während die anderen in der Kategorie von Δ sind. Zufällig hat der Erfinder bestätigt, dass die Palette 400, die die Form und die Dicke hat, die in 7 gezeigt ist, nicht bricht, wenn sie mit einer Biegestärke Biegekraft beaufschlagt wird, die nicht geringer als 600 MPa ist.
Die Thermoschocktemperatur ist eine Warmtemperatur eines Teststücks, bei der das Teststück brechen kann, wenn es schnell abgekühlt wird. Demzufolge sind der hitzeresistente Stahl und das Silikonnitrid in der Kategorie von O, da sie eine hohe Thermoschocktemperatur haben, während die anderen in der Kategorie von X sind.
Die Temperaturvariation der Palette kann klein gemacht werden, falls sie aus einem Material gemacht ist, das eine hohe thermische Leitfähigkeit hat. Demzufolge sind das Silikonnitrid und das Silikonkarbid in der Kategorie von O, da sie hohe thermische Leitfähigkeiten haben, während die anderen in der Kategorie von Δ sind. Zufällig, obwohl die Tabelle von 8 zeigt, dass die thermische Leitfähigkeit des Silikonnitrids in dem Bereich von 25 bis 65 W/m·k ist, hat der Erfinder herausgefunden, dass die Temperaturgleichförmigkeit der Palette 400 stark verbessert ist, wenn sie eine Temperaturleitfähigkeit von nicht weniger als 30 W/m·K hat.
Die Tabelle von 8 zeigt, dass die Palette, die aus hitzeresistentem Stahl gemacht ist, eine nutzbare Lebenszeit von weniger als 2 Jahren hat, und dass die Lebenszeiten der Paletten, die aus Aluminiumoxid und Silikonkarbid gemacht sind, zu kurz für eine Verwendung in dem Erwärmprozess der Zündkerzen sind. Andererseits zeigt die Tabelle, dass die Palette 400, die aus Silikonnitrid gemacht ist, das ein keramisches Material ist, eine nutzbare Lebenszeit von mehr als 10 Jahren hat.
Zusammenfassend ist Silikonnitrid das geeigneteste Material für die Palette von all den gemessenen Materialien im Hinblick auf das spezifische Gewicht, die spezifische Wärme × dem spezifischen Gewicht, der Wärmbiegefestigkeit, der Thermoschocktemperatur, der thermischen Leitfähigkeit und der Lebenszeit.
Zusätzlich zu dem Vorstehenden hat der Erfinder die Temperaturen des Inneren des Isolierelements 20, das bei dem Mittelabschnitt B der Palette gelegen ist, und des Inneren des Isolierelements 20 gemessen, das bei dem Kantenabschnitt bzw. Randabschnitt A der Palette gelegen ist (siehe 9A), um die Temperaturgleichförmigkeit für einen Fall zu überprüfen, wo die Palette aus Silikonnitrid gemacht ist, und für einen Fall, wo die Palette aus hitzeresistentem Stahl gemacht ist, unter Verwendung von Thermoelementen, die im Inneren dieser Isolierelemente 20 angeordnet sind.
9B zeigt den Unterschied der gemessenen Temperaturen für jeden dieser zwei Fälle.
Wie von 9B gesehen werden kann, ist der Temperaturunterschied zwischen dem Isolierelement 20, das bei dem zentralen Abschnitt gelegen ist, und dem Isolierelement 20, das bei dem Kantenabschnitt bzw. Randabschnitt gelegen ist, mehr als 80°C/50 Stück in dem Fall der Palette, die hauptsächlich aus hitzeresistentem Stahl besteht. Solch ein großer Temperaturunterschied bewirkt einen großen Widerstandsunterschied zwischen den Widerstandselementen 60 dieser Isolierelemente.
Andererseits ist der Temperaturunterschied zwischen dem Isolierelement 20, das bei dem zentralen Abschnitt gelegen ist, und dem Isolierelement 20, das bei dem Kanten- bzw. Randabschnitt gelegen ist, geringer als 50°C/50 Stück in dem Fall der Palette, die hauptsächlich aus Silikonnitrid gemacht ist.
Wie vorstehend erklärt ist, ist die Palette 400 dieser Ausführungsform leicht und hat eine hohe Haltbarkeit bezüglich Wärme, weil sie aus dem keramischen Material gemacht ist, das wenigstens 50 Gew.-% von Silikonnitrid enthält, und bevorzugt mehr als 95 Gew.-% von Silikonnitrid. Des Weiteren kann die Palette 400 dieser Ausführungsform semipermanent bzw. halbdauernd verwendet werden, weil die Palette, die aus diesem keramischen Material gemacht ist, eine sehr geringe thermische Verformung aufweist.
Zusätzlich hat die Palette 400 solch eine geringe Dicke, dass das hintere Ende 20b bzw. das vordere Ende 20a des Isolierelements 20 von der vorderen Fläche 420 bzw. der hinteren Fläche 430 der Palette 400 hervorsteht. Deshalb kann das Volumen und demzufolge das Gewicht der Palette 400 klein gemacht werden. Dies verringert die benötigte Energiemenge, um die Palette 400 auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen. Auch die benötigte Zeit, um die Isolierelemente 20 auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen, kann verkürzt werden, da sowohl das hintere als auch das vordere Ende 20b, 20a des Isolierelements 20 von der Palette 400 freiliegen.
Zusätzlich kann in dieser Ausführungsform das Gestell 600, wie in 10 gezeigt ist, weggelassen werden, weil die Palette 400 durch die Stützelemente 206 abgestützt ist, wie in 3 gezeigt ist. Das Weglassen des Gestells 600 verbessert die Wärmewirksamkeit der unteren Heizelemente 230, die die hintere Flächenseite 430 erwärmen. Der Erfinder hat durch Experimente herausgefunden, dass ein Entfernen des Gestells 600 die Wärmewirksamkeit um 45 erhöht.
Des Weiteren ist in dieser Ausführungsform die Temperaturungleichförmigkeit der Palette 400 gering, weil die thermische Leitfähigkeit der Palette 400 größer als 30 W/m·K ist, und demzufolge wird die Wärme, die durch die Heizelemente aufgebracht wird, über die gesamte Palette 400 in einer kurzen Zeit verteilt. Demzufolge kann die Widerstandsvariation der Widerstandselemente 60 verringert werden, die in den Isolierelementen 20 ausgebildet sind.
Auch, wie vorstehend erklärt ist, weist die Palette 400 eine hohe Haltbarkeit bezüglich den Zyklen von Erwärmen und Abkühlen auf, weil die Thermoschocktemperatur bei 850°C liegt.
Es ist selbstverständlich, dass verschiedene Modifikationen an den Strukturen der Zündkerze 100, dem elektrischen Ofen 200 und der Warmpresseinheit 300 gemacht werden können, wie sie nachstehend beschrieben sind.
Die Palette 400 kann solch eine Dicke haben, dass das vordere Ende 20a des Isolierelements 20 nicht bei der hinteren Fläche 430 der Palette 400 freiliegt, wie in 10 gezeigt ist.
Obwohl die Montagelöcher in einer gestaffelten bzw. versetzten Art und Weise angeordnet sind, können sie in einer anderen Art und Weise angeordnet sein.
Die vorstehend erklärten, bevorzugten Ausführungsformen sind Beispiele der Erfindung der vorliegenden Anmeldung, die nur durch die angehängten Ansprüche beschrieben wird. Es sollte zu verstehen sein, dass Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen gemacht werden können, wie sie einem Fachmann in den Sinn kommen könnten.
Das Zündkerzenherstellungsgerät hat eine Halteplatte, die mit einer Vielzahl von Montagelöchern ausgebildet ist, die von einer vorderen Fläche zu einer hinteren Fläche von dieser hindurchgehen, für ein Halten von hohlen, rohrförmigen Isolierelementen von Zündkerzen in diesen, von denen jedes in sich mit einer Mittelelektrode und einem Metallstamm versehen ist, der mit einem Anschlussteil versehen ist, und von denen jedes mit einem Pulverwiderstandsmaterial zwischen der Mittelelektrode und dem Stamm gefüllt ist, und einen elektrischen Ofen für ein Erwärmen der Isolierelemente, die in den Montagelöchern der Halteplatte gehalten werden. Die Halteplatte ist aus einem keramischen Material gemacht, das nicht weniger als 50 Gew.-% von Silikonnitrid enthält.

Claims

Zündkerzenherstellungsgerät mit: einer Halteplatte, die mit einer Vielzahl von Montagelöchern ausgebildet ist, die von einer vorderen Fläche zu einer hinteren Fläche von dieser hindurchgehen, für ein Halten von hohlen, rohrförmigen Isolierelementen von Zündkerzen in diesen, von denen jedes in sich mit einer Mittelelektrode und einem Metallstamm versehen ist, der mit einem Anschlussteil versehen ist, und von denen jedes mit einem Pulverwiderstandsmaterial zwischen der Mittelelektrode und dem Stamm gefüllt ist; und einem elektrischen Ofen für ein Erwärmen der Isolierelemente, die in den Montagelöchern der Halteplatte gehalten werden; wobei die Halteplatte aus einem keramischen Material gemacht ist, das nicht weniger als 50 Gew.-% von Silikonnitrid enthält.
Zündkerzenherstellungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Halteplatte solch eine Dicke hat, dass ein Ende der Mittelelektrode und ein Ende des Stamms des Isolierelements, das in dem Montageloch gehalten wird, von der hinteren Fläche bzw. der vorderen Fläche der Palette hervorstehen, und eine Biegefestigkeit von nicht weniger als 600 MPa hat, wenn sie auf 800°C erwärmt ist.
Zündkerzenherstellungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Halteplatte eine thermische Leitfähigkeit von nicht weniger als 30 W/m·K hat.
Zündkerzenherstellungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Montagelöcher in einer versetzten Art und Weise angeordnet sind.
Zündkerzenherstellungsverfahren mit folgenden Schritten: Einpassen einer Mittelelektrode und eines Metallstamms, der mit einem Anschlussteil versehen ist, in einen hohlen Abschnitt von jedem von einer Vielzahl von hohlen, rohrförmigen Isolierelementen, in einen Zustand, bei dem ein Pulverwiderstandsmaterial zwischen die Mittelelektrode und den Stamm eingefüllt ist; Aufladen der Vielzahl der Isolierelemente, die mit der Mittelelektrode und dem Stamm versehen sind, und die mit dem Pulverwiderstandsmaterial gefüllt sind, auf eine Halteplatte, in solch einen Zustand, dass die Isolierelemente in Montagelöchern gehalten werden, die in der Halteplatte ausgebildet sind; und Erwärmen der Isolierelemente, die an der Halteplatte aufgeladen sind, in einem elektrischen Ofen; wobei die Halteplatte aus einem keramischen Material gemacht ist, das nicht weniger als 50 Gew.-% von Silikonnitrid enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 5, das des Weiteren die Schritte des Befestigens eines Gehäuses an jedem der Vielzahl der Isolierelemente, die dem Wärmeschritt unterzogen worden sind, und des Verbindens einer Erdungselektrode mit dem Gehäuse derart hat, dass die Erdungselektrode einem Ende der Mittelelektrode gegenüber liegt, um einen Funkenspalt auszubilden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Halteplatte solch eine Dicke hat, dass ein Ende der Mittelelektrode und ein Ende des Stamms des Isolierelements, das in dem Montageloch gehalten wird, von einer hinteren Fläche bzw. einer vorderen Fläche der Palette hervorstehen, und eine Biegefestigkeit von nicht weniger als 600 MPa hat, wenn sie auf 800°C erwärmt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Halteplatte eine thermische Leitfähigkeit von nicht weniger als 30 W/m·K hat.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Montagelöcher in einer versetzten Art und Weise angeordnet sind.