DE60225085T2

DE60225085T2 - Herstellungsverfahren für Zündkerze und metallisches Formwerkzeug

Info

Publication number: DE60225085T2
Application number: DE60225085T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Nasu; Wataru Matsutani; Yoshito Uemura; Makoto Sugimoto; Hirohito Ito
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: US6688932B2; EP1253689B1; BR0201268A; EP1253689A3; EP1253689A2; US20020193033A1; DE60225085D1; JP4167816B2; CN1384569A; KR100558498B1; KR20020083448A; CN100380756C; JP2002329564A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze sowie eine metallische Verstemmform zur Verwendung mit dem Verfahren.
STAND DER TECHNIK
Das Metallgehäuse der Zündkerze besteht in der Regel aus einem Eisenmaterial wie zum Beispiel Kohlenstoffstahl. Als Korrosionsschutz ist eine Metallplattierungsschicht aus Zink oder Nickel auf die Oberfläche des Metallgehäuses aufgebracht, oder es kann des Weiteren ein Chromatfilm auf die mit der Metallplattierungsschicht versehene Oberfläche aufgebracht werden. Unter diesen Oberflächenbehandlungen hat der Chromatfilm, der Chrom-(VI) (im Weiteren als ein Chrom-(VI)-Film bezeichnet) als Chrombestandteil enthält, eine besonders herausragende Korrosionsbeständigkeit und wird zweckmäßigerweise für die Zündkerze verwendet. Jedoch enthält der Chrom-(VI)-Film Chrom-(VI) als seinen Chrombestandteil und verliert heute angesichts der zunehmenden Umweltbedenken allmählich an Beliebtheit. Darum wird geprüft, wie künftig auf den Chrom-(VI)-Film verzichtet werden kann.
Darum ist schon relativ früh ein Chromatfilm, der nur wenig Chrom-(VI) enthält, nämlich ein Chromatfilm, der Chrom-(III) als den größten Chrombestandteil enthält (im Weiteren als ein Chrom-(III)-Film bezeichnet), entwickelt worden. Dieser Chromatfilm kann in einem Behandlungsbad gebildet werden, der einen relativ geringen Chrom-(VI)-Gehalt aufweist, oder kann in einem Behandlungsbad gebildet werden, das gar kein Chrom-(VI) enthält.
Es war schwierig, den oben beschriebenen Chrom-(III)-Film in großer Dicke auszubilden und eine bessere Korrosionsbe ständigkeit als beim Chromat-(VI)-Film zu erreichen. Mit der Entwicklung des Behandlungsbades konnte jedoch die Dicke des Chromatfilms erhöht und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit erreicht werden. Dementsprechend lässt sich der Chromat-(III)-Film in zweckmäßiger Weise mit dem Chromat-(VI)-Film verwenden, um Korrosion in dem Metallgehäuse der Zündkerze zu verhindern.
Allgemein beinhaltet ein Verfahren zum Anbringen des Metallgehäuses der Zündkerze an der Außenseite eines Isolators, der in das Innere eingesetzt ist und eine Mittelelektrode aufweist, die an einem oberen Ende des Metallgehäuses angeordnet ist, das Verstemmen und Befestigen eines Hinterendumfangs (zu verstemmenden Abschnitts) des zylindrischen Metallgehäuses, der zur Außenumfangsfläche des Isolators hin gekrümmt ist.
Wenn jedoch das Metallgehäuse mit dem auf seiner Oberfläche ausgebildeten Chromat-(III)-Film verwendet wird, so weichen verschiedene Abmessungen des Metallgehäuses nach dem Verstemmen oft von der Toleranz ab. Die Abweichung verschiedener Abmessungen von der Toleranz (im Weiteren als eine dimensionale Abweichung bezeichnet) kann selbst dann nachgewiesen werden, wenn andere Oberflächenbehandlungen, einschließlich des Aufbringens des Chromat-(VI)-Films, an dem Metallgehäuse vorgenommen werden, aber sie war besonders auffällig, als der Chromat-(III)-Film gebildet wurde. Diese dimensionale Abweichung behindert den ausreichenden Effekt des Verstemmens. Insbesondere dann, wenn die dimensionale Abweichung der gegenüberliegenden Seite des Werkzeugeingriffbereichs oder der Verstemmhöhe übermäßig groß ist, wird die Volumendichte des Talkums, das zwischen der Innenumfangsfläche des Metallgehäuses und dem Isolator gepackt ist, oder die Luftdichtigkeit der Zündkerze selbst in ungünstiger Weise verringert. Um also diese dimensionale Abweichung zu unterdrücken, hat die metallische Verstemmform, die sich zum Verstemmen und Befestigen des Metallgehäuses an dem Isolator eignet, eine tiefe Kompressionsrolle des zu verstemmenden Abschnitts. Durch Vertiefen der Kompressionsrolle des zu verstemmenden Abschnitts lässt sich einfacher verhindern, dass sich die Größe der gegenüberliegenden Seite des Werkzeugeingriffbereichs ausdehnt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Jedoch ist die oben beschriebene metallische Verstemmform zu Beginn seiner Verwendung effektiv, verliert aber an Effektivität, wenn das Verstemmen des Metallgehäuses wiederholt wird, was eine beträchtliche dimensionale Abweichung des Metallgehäuses nach dem Verstemmen zur Folge hat. Diese dimensionale Abweichung war besonders auffällig, wenn eine Zinkplattierungsschicht als die Substrat-Metallplattierungsschicht auf dem Metallgehäuse gebildet und der Chromat-(III)-Film darauf ausgebildet wurde, aber sie zeigte sich allgemein auch bei anderen Oberflächenbehandlungen.
US-A-1 862 981 , was als der nächstliegende Stand der Technik angesehen wird, offenbart eine metallische Verstemmform für eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine metallische Verstemmform und ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze unter Verwendung der metallischen Verstemmform bereitzustellen, wobei die Abweichung verschiedener Abmessungen des Metallgehäuses nach dem Verstemmen innerhalb einer Toleranz unterdrückt wird, selbst wenn das Metallgehäuse wiederholt an dem Isolator verstemmt und befestigt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine metallische Verstemmform für eine Zündkerze bereit, wobei die Zündkerze Folgendes umfasst: ein zylindrisches Metallgehäuse mit einem zu verstemmenden Abschnitt und einen Werkzeugeingriffbereich, der an einem Motor zu befestigen ist; einen Isolator, der in das Metallgehäuse eingesetzt ist und sich axial erstreckt,
wobei die metallische Verstemmform dafür verwendet wird, den zu verstemmenden Abschnitt zu verstemmen, um ihn an einer Außenumfangsfläche des Isolators zu befestigen,
dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Verstemmform eine Fläche umfasst, wobei die Fläche einen harten Kohlenstofffilm umfasst, der eine amorphe Kohlenstoffphase umfasst, und
die Fläche dafür angeordnet ist, den zu verstemmenden Abschnitt zu berühren und/oder an dem zu verstemmenden Abschnitt zu gleiten.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze bereit, wobei die Zündkerze Folgendes umfasst: ein zylindrisches Metallgehäuse mit einem zu verstemmenden Abschnitt und einen Werkzeugeingriffbereich, der an einem Motor zu befestigen ist; einen Isolator, der in das Metallgehäuse eingesetzt ist und sich axial erstreckt;
wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Verstemmen des zu verstemmenden Abschnitts, um ihn an einer Außenumfangsfläche des Isolators zu befestigen, unter Verwendung der metallischen Verstemmform gemäß der Erfindung.
Vorzugsweise enthält die Oberfläche eine erste Schicht, die Chrom oder Titan enthält, und eine zweite Schicht, die Silizium oder Germanium enthält, wobei der harte Kohlenstofffilm auf der zweiten Schicht ausgebildet ist. Durch Ausbilden des harten Kohlenstofffilms auf einer Zwischenschicht (der ersten Schicht und die zweiten Schicht), die eine Doppelschichtstruktur ist, kann die Haftfestigkeit des harten Karbonfilms an einem Hauptkörper erhöht werden, und es kann verhindert werden, dass sich der harte Kohlenstofffilm während eines Verstemmprozesses über einen langen Zeitraum hinweg ablöst. Vorzugsweise enthält die metallische Verstemmform die Flächen zum Berühren der, und/oder zum Gleiten an der, Ober- und der Unterseite, und jede der Flächen zum Berühren und/oder Gleiten können für den Verstemmprozess verwendet werden, wenn die Ober- und die Unterseite umgedreht werden. Da der harte Kohlenstofffilm (und die Zwischenschicht) auf der Ober- und der Unterseite ausgebildet werden kann, fallen für den Aufbau einer solchen Struktur keine besonderen Kosten an. Wenn demgemäß die metallische Verstemmform umkehrbar ausgeführt wird, so erhöhen sich nicht die Kosten für das Herstellen der metallischen Verstemmform, sondern eine einzige metallische Verstemmform kann zweimal verwendet werden, indem sie umgedreht wird, und die Kosten für die metallische Verstemmform können entsprechend niedrig gehalten werden.
Die Abweichung verschiedener Abmessungen des Metallgehäuses nach dem Verstemmen kommt daher, dass unerwünschte Belastungen auf das Metallgehäuse zum Zeitpunkt des Verstemmens einwirken, wodurch eine unerwünschte Verformung des Metallgehäuses eintritt. Um die unerwünschte Belastung zu vermeiden, ist es effektiv, die Gleitfähigkeit zwischen einer Oberfläche der metallischen Verstemmform, die das Metallgehäuse berührt und an ihm gleitet, und dem Metallgehäuse zu erhöhen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben daher im Ergebnis einer gründlichen Untersuchung festgestellt, dass, wenn eine metallische Verstemmform verwendet wird, die einen harten Karbonfilm, der überwiegend aus einer amorphen Kohlenstoffphase besteht, auf der Oberfläche der metallischen Verstemmform, die den zu verstemmenden Abschnitt des Metallgehäuses berührt und daran gleitet, aufweist, das Gleiten an dem Metallgehäuse zum Zeitpunkt des Verstemmens in herausragender Weise stattfinden kann und die Abweichung verschiedener Abmessungen des Metallgehäuses nach dem Verstemmen effektiv unterdrückt werden kann, und haben daher diese Erfindung hervorgebracht.
Im Sinne dieser Spezifikation meint "harter Karbonfilm, der überwiegend aus einer amorphen Kohlenstoffphase besteht", dass die Skelettstruktur von Kohlenstoff, woraus der Film überwiegend besteht, amorph ist und dass seine Vickers-Härte mindestens 1500 kg/mm² beträgt. Der bevorzugte Dickenbereich des harten Karbonfilms beträgt 0,6 bis 1,2 μm. Wenn er kleiner als 0,6 μm ist, so verringert sich der Effekt des Ausbildens des harten Karbonfilms; und wenn er größer als 1,2 μm ist so verringert sich die Haftfestigkeit des harten Einzelfilms selbst, und der Film löst sich rasch ab. Die Härte des Films wird zum Beispiel mit Hilfe eines dynamischen Mikrohärtetesters gemessen. Der harte Karbonfilm, der viele Diamantbindungen von Kohlenstoff in der Bindung enthält, aus der die Skelettstruktur von amorphem Kohlenstoff besteht, wird als ein DLC (Diamantartiger Kohlenstoff)-Film bezeichnet, dessen Härte ähnlich der von Diamant ist. Darum hat der harte Karbonfilm, der durch den DLC-Film dargestellt ist, einen besonders geringen Reibungskoeffizienten und hat den Effekt des Erhöhens der Gleitfähigkeit mit anderen Elementen. In dieser Erfindung wird die Gleitfähigkeit mit dem zu verstemmenden Abschnitt des Metallgehäuses erhöht, indem der harte Karbonfilm, der überwiegend aus amorpher Kohlenstoffphase besteht, die durch diesen DLC-Film dargestellt ist, auf der metallischen Verstemmform ausgebildet wird. Im Sinne dieser Spezifikation meint "hauptsächlich" oder "überwiegend" den größten Anteil (Masse-%) in dem interessierenden Stoff.
Des Weiteren ist in dieser Erfindung das Metallgehäuse optional mindestens an einer Außenumfangsfläche des zu verstemmenden Abschnitts verzinkt oder vernickelt und des Weiteren mit Chromat auf der Oberfläche behandelt oder nur vernickelt. Diese Oberflächenbehandlungen werden in der Regel für das Metallgehäuse der Zündkerze ausgeführt. In dieser Erfindung kann, wenn das Metallgehäuse, das einer typischen Oberflächenbehandlung unterzogen wird, verstemmt und befestigt wird, die Abweichung verschiedener Abmessungen von der Toleranz unterdrückt werden, was zu einer spürbaren industriellen Auswirkung führt.
Der Chromatfilm, der vorzugsweise auf der Oberfläche des Metallgehäuses ausgebildet ist, kann entweder ein Chromat-(VI)-Film oder ein Chromat-(III)-Film sein. Das heißt, die Abweichung verschiedener Abmessungen des Metallgehäuses beim Ausbilden des Chromat-(III)-Films ist besonders auffällig, und dankt der Erfindung kann die dimensionale Abweichung effektiv unterdrückt werden. Jedoch kann die Erfindung auch bei Ausbildung eines Chromat-(VI)-Films effektiv angewendet werden (d. h. die dimensionale Abweichung kann weiter unterdrückt werden). Des Weiteren ist die Erfindung ebenso effektiv, wenn das Metallgehäuse mit dem Chromatfilm versehen wird, als wenn es nur vernickelt wird.
Wenn die herkömmliche metallische Verstemmform zum Ausbilden der Metallplattierung und/oder des Chromatfilms auf der Oberfläche des Metallgehäuses verwendet wird, wie oben beschrieben, so bestand des Weiteren die Tendenz, dass Plattierungsdefekte wie zum Beispiel Abplatzen oder Rauhigkeit sich umso stärker zeigten, je häufiger die metallische Verstemmform verwendet wurde. Wenn jedoch die metallische Verstemmform der Erfindung verwendet wird, so besteht der Effekt, dass ein Abplatzen oder eine Rauhigkeit der Plattierung im Vergleich zur Verwendung der herkömmlichen metallischen Verstemmform mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit auftritt, selbst wenn die Nutzungshäufigkeit der metallischen Verstemmform erhöht wird (selbst wenn das Verstemmen viele Male wiederholt wird). Genauer gesagt: Wenn die metallische Verstemmform der Erfindung verwendet wird, so gibt es im Gegensatz zu der herkömmlichen metallischen Verstemmform keine Plattierungsdefekte an dem verstemmten Abschnitt des Metallgehäuses, selbst wenn es zehnfach oder öfter benutzt wird.
Wenn das Metallgehäuse mit einem Chromatfilm versehen wird, so kann der Chromatfilm, der eine Filmdicke von 0,2 bis 0,5 μm aufweist und Chrom-(III) in einer Menge von mindestens 95 Masse-% des Chrombestandteils enthält, zumindest auf der Außenumfangsfläche des zu verstemmenden Abschnitts ausgebildet werden. Der Chromatfilm, der Chrom-(III) in einer Menge von mindestens 95 Masse-% des Chrombestandteils enthält und als ein Chromat-(III)-Film im weitesten Sinne bezeichnet wird, hat einen Chrom-(VI)-Gehalt von weniger als 5 Masse-%, und durch die Verwendung des Chromatfilms wird eine signifikante Auswirkung auf die Umweltmaßnahmen erwartet. Es ist wünschenswert, dass der Chromatfilm im Hinblick auf den Umweltschutz keine wesentliche Menge Chrom-(VI) enthält. Da dieser Chromat-(III)-Film eine besonders auffällige Abweichung verschiedener Abmessungen des Metallgehäuses beim Verstemmen hervorbringt, wie zuvor beschrieben, kann der Effekt der Erfindung darüber hinaus erwartet werden.
In Anbetracht der Betriebsbedingungen der Zündkerze wird die Filmdicke des Chromat-(III)-Films, der auf dem Metallgehäuse ausgebildet ist, vorzugsweise auf einen Wert von 0,2 bis 0,5 μm eingestellt. Wenn die Filmdicke über 0.2 μm beträgt, so kann die Dauerhaftigkeit des Chromat-(III)-Films in vollem Umfang selbst unter Betriebsbedingungen gewährleistet werden, wie sie für die Zündkerze typisch sind, die Temperaturerhöhungen und Säureangriffen ausgesetzt ist. Wenn einerseits die Filmdicke über 0,5 μm liegt, so entsteht beim Verstemmen in dem Film ein Riss, oder es kommt zu einem Ablösen des Films, was zu einer geringeren Dauerhaftigkeit führt. Die Filmdicke des Chromat-(III)- Films wird vorzugsweise auf einen Bereich von 0,3 bis 0,5 μm eingestellt.
Jedoch besteht in dem Chromat-(III)-Film mit der oben genannten Filmdicke eine Tendenz, dass die Abweichung verschiedener Abmessungen insbesondere zum Zeitpunkt des Verstemmens auftritt. Es wird angenommen, dass dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass der Chromat-(III)-Film mittels eines Nassprozesses ausgebildet wird, der Wassergehalt in dem Film relativ höher ist und der Wassergehalt übermäßig stark insbesondere auf der Oberfläche des Chromatfilms mit der oben genannten Filmdicke verteilt ist. Und zwar wird infolge dieses Wassergehalts eine unerwünschte Adsorptionskraft auf die metallische Verstemmform, die an dem Metallgehäuse gleitet, ausgeübt, wodurch die Gleitfähigkeit zwischen ihnen beeinträchtigt wird, wodurch die dimensionale Abweichung des Metallgehäuses hervorgerufen wird.
Bei dieser Erfindung wird, wenn der harte Kohlenstofffilm auf der metallischen Verstemmform ausgebildet wird, verhindert, dass der Chromat-(III)-Film auf dem Metallgehäuse infolge des Wassergehalts in die metallische Verstemmform adsorbiert wird, wodurch eine ausgezeichnete Gleitfähigkeit erreicht wird. Und die Abweichung verschiedener Abmessungen beim Verstemmen unterdrückt werden kann.
Beim Ausbilden der Zinkplattierungsschicht auf der Oberfläche des Metallgehäuses und beim anschließenden Ausbilden des Chromat-(III)-Films darauf ist die dimensionale Abweichung besonders spürbar. Das liegt vermutlich an der Tatsache, dass Zink- und Chrombestandteile durch Wiederholen des Verstemmens an der metallischen Verstemmform anhaften, wodurch die Gleitfähigkeit zwischen der metallischen Verstemmform und dem Metallgehäuse behindert wird. In der Praxis werden diese anhaftenden Bestandteile auf der Ober fläche der metallischen Verstemmform nach der Benutzung beobachtet. Diese Erfindung weist auch den Effekt in dieser Situation auf. Das liegt vermutlich an der Tatsache, dass der harte Kohlenstofffilm verhindert, dass Zink oder Chrom an der metallischen Verstemmform anhaften, wodurch die ausgezeichnete Gleitfähigkeit mit dem Metallgehäuse gewahrt bleibt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnitts-Vorderansicht einer Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 (2a und 2b) ist eine Ansicht zum ausführlichen Erläutern eines Verstemmprozesses.
3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer metallischen Verstemmform zum Erläutern der Definition der Tiefe D des gerundeten Verstemmabschnitts und des Verstemmform-Kegelwinkels A zeigt.
4 (4a, 4b und 4c) ist eine Ansicht, die harte Kohlenstofffilme zeigt, die auf der metallischen Verstemmform ausgebildet sind.
5 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Anzahl von Verstemmungen und verschiedenen Abmessungen im Beispiel 1 zeigt.
6 ist eine Ansicht zum Erläutern der Definition für verschiedene Abmessungen eines Metallgehäuses.
7 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Messen der Beziehung zwischen Belastung und Auslenkung beim Verstemmen.
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Belastung und Auslenkung beim Verstemmen zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine Zündkerze 100, die gemäß der Erfindung hergestellt ist. Diese Zündkerze 100 umfasst ein zylindrisches Metallgehäuse 1, einen Isolator 2, der in das Metallgehäuse 1 eingesetzt ist, wobei sein Vorderendabschnitt 21 von dort hervorsteht, eine Mittelelektrode 3, die im Inneren des Isolators 2 angeordnet ist, wobei ein Entladungsabschnitt 31 von ihrem oberen Ende hervorsteht, und eine Erdungselektrode 4, die ein Ende aufweist, das mit dem Metallgehäuse 1 verbunden ist, und deren anderes Ende seitwärts so gebogen ist, dass seine Seitenfläche dem Entladungsabschnitt 31 der Mittelelektrode 3 gegenüberliegt. Die Erdungselektrode 4 hat einen Entladungsabschnitt 32, der gegenüber dem Entladungsabschnitt 31 ausgebildet ist. Eine Funkenentladungsstrecke g ist in einem Zwischen raum zwischen dem Entladungsabschnitt 31 und dem Entladungsabschnitt 32 ausgebildet. Eine Zinkplattierungsschicht 41 und eine Chromatfilmschicht 42 sind auf der Oberfläche des Metallgehäuses 1 ausgebildet.
Der Isolator 2 besteht aus einem Keramik-Sinterkörper wie zum Beispiel Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid und hat in seinem Inneren ein Durchgangsloch 6 zum Einsetzen der Mittelelektrode 3 entlang seiner Axialrichtung. Das Metallgehäuse 1 ist zylindrisch aus einem Metall wie zum Beispiel kohlenstoffarmem Stahl gebildet und bildet ein Gehäuse für die Zündkerze 100, wobei ein Gewindeabschnitt 7 um seine Außenumfangsfläche herum ausgebildet ist, um die Kerze 100 in einen (nicht gezeigten) Motorblock einzuschrauben. Ein metallisches Anschlussstück 13 ist an einem Ende des Durchgangslochs 6 eingesetzt und an einem Ende des Durchgangslochs 6 befestigt, und die Mittelelektrode 3 ist am anderen Ende eingesetzt und befestigt. Innerhalb dieses Durchgangslochs 6 ist ein Widerstand 15 zwischen dem metallischen Anschlussstück 13 und der Mittelelektrode 3 angeordnet. Beide Endteile dieses Widerstands 15 sind elektrisch über die leitfähigen Glasversiegelungsschichten 16, 17 mit der Mittelelektrode 3 bzw. dem metallischen Anschlussstück 13 verbunden. Der Entladungsabschnitt 32 gegenüber dem Entladungsabschnitt 31 kann weggelassen werden. In diesem Fall ist eine Funkenentladungsstrecke g zwischen dem Entladungsabschnitt 31 und der Erdungselektrode 4 ausgebildet.
Es wird nun ein Verfahren zum Herstellen der Zündkerze 100 gemäß dieser Erfindung beschrieben. Zuerst wird die Zinkplattierungsschicht 41 als eine Substratmetallschicht auf dem Metallgehäuse 1 mittels einer bestens bekannten Plattierungsbehandlung ausgebildet. Es können auch andere Arten einer Substratmetallschicht zweckmäßig verwendet werden, wie zum Beispiel eine Nickelplattierungsschicht. Und das Metallgehäuse 1, das mit der Substratmetallschicht versehen ist, wird in ein Chromatbehandlungsbad getaucht, das ein Gemisch aus Chrom-(III)-Salz und einen Komplexbildner für Chrom-(III) enthält, um den Chromat-(III)-Film 42 zu bilden. Für eine höhere Behandlungseffizienz kann eine bestens bekannte Trommelverarbeitung (eine Verarbeitung, die ausgeführt wird, während ein transparenter Flüssigkeitsbehälter in dem Behandlungsbad 50 durch Massenbeladung der Metallelemente in den Behälter gedreht wird) verwendet werden.
Als die Komplexbildner werden verschiedene Sorten von Chelatbildnern (Dicarboxylsäure, Tricarboxylsäure, Hydroxysäure, Hydroxylgruppen-Dicarboxylsäure oder Hydroxylgruppen-Tricarboxylsäure, zum Beispiel Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, selenige Säure, Sebacinsäure, Maleinsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure, Tartarsäure, Citronensäure, Apfelsäure und Ascorbinsäure) effektiv verwendet, aber es können auch andere Komplexbildner verwendet werden. Unter Verwendung dieses Behandlungsbades kann ein relativ dicker Chromatfilm ausgebildet werden. Ein Verfahren zum Ausbilden des Chromatfilms ist im deutschen Patent DE19638176A1 offenbart.
Es ist bevorzugt, das Chromatbehandlungsbad auf eine Temperatur von 20 bis 80°C einzustellen. Die Eintauchdauer des Gegenstandes in das Chromatbehandlungsbad beträgt vorzugsweise 20 bis 80 Sekunden. Wenn die Temperatur des Bades unter 20°C liegt, so kann die Filmdicke des Chromatfilms nicht ausreichend erreicht werden. Wenn hingegen die Temperatur des Bades 80°C oder höher ist, so vollzieht sich das Verdampfen des Wassergehalts aus dem Bad so kräftig, dass die Bedingung des Bades weniger korrekt ist. Wenn des Weiteren die Eintauchdauer unter 20 Sekunden liegt, so entsteht möglicherweise kein ausreichender Chromatfilm. Wenn andererseits die Eintauchdauer über 80 Sekunden liegt, so wird der entstehende Chromatfilm zu dick, wodurch der Film reißt oder sich ablöst.
Das mit dem Chromat behandelte Metallgehäuse 1 wird gespült und mit Heißluft getrocknet.
Der Isolator 2 mit der Mittelelektrode 3, den leitfähigen Versiegelungsschichten 16, 17, dem Widerstand 15 und dem metallischen Anschlussstück 13, das in das Durchgangsloch 6 eingesetzt ist, wird in das Metallgehäuse 1 in dem oben genannten Zustand von der Einschuböffnungsseite her eingesetzt, um einen Eingriffnahmeabschnitt 2h des Isolators 2 und einen Eingriffnahmeabschnitt 1c des Metallgehäuses 1 über eine Liniendichtung (nicht gezeigt) zu verbinden (siehe 1 für diese Elemente). Dann wird die Liniendichtung 62 im Inneren einer Einsetzöffnung des Metallgehäuses 1 angeordnet, eine Dichtungssschicht 61 aus Talkum wird gebildet, und es wird weiter die Liniendichtung 60 angeordnet. Anschließend wird der zu verstemmende Abschnitt des Metallgehäuses 1 über diese Liniendichtungen 60, 62 und die Dichtungsschicht 61 gegen den Isolator 2 verstemmt, um das Metallgehäuse 1 und den Isolator 2 zusammensetzen.
Das Verstemmen zwischen dem Metallgehäuse 1 und dem Isolator 2 wird konkret in der Weise ausgeführt, die in 2 gezeigt ist. Zuerst wird ein oberer Endabschnitt des Metallgehäuses 1 in ein Setzloch 110a einer Verstemmbasis 110 eingesetzt, um einen Gasdichtungsabschnitt 1f wie einen Flansch zu stützen, der an dem Metallgehäuse 1 um seinen Öffnungsumfangsrand herum ausgebildet ist. Dann wird eine metallische Verstemmform 111 in Kontakt mit dem Metallgehäuse 1 anordnet und in der Axialrichtung des Metallgehäuses 1 gehalten. Dieser Zustand ist in 2a gezeigt. Wenn in diesem Zustand eine axiale Kraft (siehe den Pfeil, wie in 2a angedeutet) an die metallische Verstemmform 111 angelegt wird, so kommt es zu einem Gleiten zwischen einer Sollgleitfläche 200a des zu verstemmenden Abschnitts 200 für das Metallgehäuse 1 und der metallischen Verstemmform 111, so dass der zu verstemmende Abschnitt 200 des Metallgehäuses 1 in Richtung des Isolators 2 gebogen wird, um das Metallgehäuse 1 und den Isolator 2 zu verstemmen (2b). Es wird verhindert, dass der Isolator 2 sich von dem Metallgehäuse 1 löst, und eine Innenumfangsfläche des Metallgehäuses 1 und eine Außenumfangsfläche des Isolators 2 werden abgedichtet. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Krümmungsabschnitt 1h durch axiale Kompression gekrümmt, und es wird eine Last an den Werkzeugeingriffbereich 1e angelegt, um seine Abmessung aufzuweiten.
Die metallische Verstemmform 111 zur Verwendung mit dem Verstemmen kann mit dem harten Kohlenstofffilm 60 versehen sein, der überwiegend aus einer amorphen Kohlenstoffschicht besteht, die das Wesen der Erfindung bildet. Um die Kontaktfähigkeit zwischen der metallischen Verstemmform, die zum größten Teil aus Werkzeuglegierungsstahl besteht, und dem harten Kohlenstofffilm zu verbessern, kann eine Zwischenschicht 61 zwischen dem harten Kohlenstofffilm 60 und der metallischen Verstemmform 111 gebildet werden (4a). Die Zwischenschicht 61 kann als lediglich eine Einzelschicht ausgebildet sein, wie in 4b gezeigt, oder sie kann in mehreren Schichten ausgebildet sein, wie in 4a gezeigt. Wenn die Zwischenschicht 61 in zwei Schichten ausgebildet wird, wie in 4a gezeigt, so ist es wünschenswert, dass eine obere Zwischenschicht 61a, die überwiegend aus Silizium oder Germanium besteht, auf einer unteren Zwischenschicht 61b, die überwiegend aus Chrom oder Titan besteht, ausgebildet wird, um die Kontaktfähigkeit zu erhöhen. In Beispielen dieser Spezifikation wird der harte Kohlenstofffilm 60 mit einer Dicke von 1 μm auf der oberen Zwischenschicht 61a ausgebildet, die aus Silizium besteht und eine Dicke von 0,25 μm aufweist und die auf der unteren Zwischenschicht 61b ausgebildet ist, die aus Titan besteht und eine Dicke von 0,25 um aufweist. Die Ausbildung einer Mehrschichtfilmstruktur kann zum Beispiel mittels des Verfahrens erfolgen, das in JP-A-6-60404 offenbart ist. Es wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
Zuerst werden die untere Zwischenschicht 61b und die obere Zwischenschicht 61a nacheinander mittels der bestens bekannten Verfahren der Vakuumaufdampfung, der Ionenplattierung oder des Sputterns ausgebildet, nachdem die Oberfläche der metallischen Verstemmform 111 gereinigt wurde. Dann wird es an der Kathode in einer Vakuumkammer einer Plasmapolymerisationsfilmbildungsvorrichtung angeordnet. Die Vakuumkammer wird leer gepumpt, und ein Kohlenwasserstoffgas (z. B. Methan, Ethylen, Benzen, Wasserstoff können vermischt werden) wird durch eine Gaseinlassöffnung eingeleitet, wobei sein Druck auf etwa 13,33 Pa (0,1 Torr) eingestellt wird. Eine Hochfrequenzspannung wird zwischen Kathode und Anode innerhalb der Vakuumkammer angelegt, um ein Plasma zu erzeugen. Dadurch wird Kohlenwasserstoff zersetzt und in Form von amorphem Kohlenstoff abgeschieden, so dass der harte Kohlenstofffilm 60 mit einer ausgezeichneten Kontaktfähigkeit gebildet wird.
3 zeigt ein Beispiel der metallischen Verstemmform 111 gemäß der Erfindung. Die metallische Verstemmform 111 der Erfindung hat ein Durchgangsloch 112 in einer Richtung der Achse C und ist mit einer kegelförmigen Innenumfangsfläche 111a an der Innenumfangsfläche auf mindestens einer Seite in der Axialrichtung und einem gerundeten Verstemmabschnitt R zum Biegen des zu verstemmenden Abschnitts 200 des Metallgehäuses 1 versehen. Der gerundete Verstemmabschnitt R ist zwischen der kegelförmigen Innenumfangsfläche 111a und einem geraden Abschnitt 111c ausgebildet. In 3 sind, um die Grenznutzungsdauer der Verstemmform zu verlängern, die kegelförmige Innenumfangsfläche 111a und der gerundete Verstemmabschnitt R wie ein Ring auf beiden Seiten der Achse C ausgebildet. Dank einer solchen Struktur kann, falls einer der gerundeten Verstemmabschnitte R verformt wird oder der darauf ausgebildete harte Kohlenstofffilm 60 verschlissen ist, die metallische Verstemmform durch Umdrehen wiederverwendet werden. Des Weiteren ist ein harter Kohlenstofffilm, der überwiegend aus amorpher Kohlenstoffphase besteht, mindestens auf der Verstemm-Innenumfangsfläche 111b des gerundeten Verstemmabschnitts R ausgebildet, um die Gleitfähigkeit mit dem Metallgehäuse 1 der Zündkerze zu erhöhen. Die Verstemm-Innenumfangsfläche 111b zum Ausbilden dieses gerundeten Verstemmabschnitts R ist konvex in Richtung der Innenseite der metallischen Verstemmform 111 gestaltet. Die Rundung ist in einer konvexen Form auf der Außenseite nahe der Grenze zwischen dieser Verstemm-Innenumfangsfläche 111b und der kegelförmigen Innenumfangsfläche 111a angebracht. Dabei ist der Winkel der Linie B, die orthogonal die Mittelachse C kreuzt, zu der kegelförmigen Innenumfangsfläche 111a, die in einem axialen Querschnitt der metallischen Verstemmform 111 ausgebildet ist, als ein Verstemmform-Kegelwinkel A(°) definiert. Die Länge des gerundeten Verstemmabschnitts R in der Richtung der Achse C ist als die Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts definiert. Die Länge des gerundeten Verstemmabschnitts R in der Richtung der Achse C ist als die längste Distanz eines Punktes E zu der Verstemm-Innenumfangsfläche 111b in der Richtung der Achse C definiert, wobei angenommen wird, dass der Punkt E ein Schnittpunkt eines virtuellen Kreises O entlang der Verstemm-Innenumfangsfläche 111b des gerundeten Verstemmabschnitts R ist, der durch die Verlängerungslinie G der kegelförmigen Innenumfangsfläche 111a gebildet wird. Der Innendurchmesser des geraden Abschnitts 111c ist größer als der Außendurchmesser des Isolators 2 auf der Rückseite des zu verstemmenden Abschnitts 200 des Metallgehäuses 1, wodurch die Rückseite des Isolators 2 eingesetzt werden kann.
Die metallische Verstemmform 111 wird zweckmäßig gemäß dem Typ der herzustellenden Zündkerze verwendet. Das heißt, es gibt Bedingungen für den Verstemmform-Kegelwinkel A(°) der Verstemmform und der Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts R der Verstemmform entsprechend der Abmessung der herzustellenden Zündkerze (genauer gesagt, des herzustellenden Metallgehäuses). Das heißt, es müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein.

(1) Wenn die Größe N (mm) der Gegenseite (siehe 6) des Werkzeugeingriffbereichs 1e für das Metallgehäuse 1 14 mm oder weniger beträgt (dieser Fall kann auch als N ≤ 14 mm bezeichnet werden), 6 ≤ A/D ≤ 22 Bedingung 1
(2) Wenn die Größe N (mm) der Gegenseite des Werkzeugeingriffbereichs 1e für das Metallgehäuse 1 15,7 mm bis 16 mm beträgt und der Schraubendurchmesser des Metallgehäuses 1 gemäß Spezifikation in JIS-B8031 14 mm, 12 mm oder 10 mm beträgt (dieser Fall kann auch als N = 16 mm bezeichnet werden), 5,5 ≤ A/D ≤ 19,5 Bedingung 2
(3) Wenn die Größe N (mm) der Gegenseite des Werkzeugeingriffbereichs 1e für das Metallgehäuse 1 19,7 mm bis 20 mm beträgt und der Schraubendurchmesser des Metallgehäuses 1 gemäß Spezifikation in JIS-B8031 14 mm beträgt (dieser Fall kann auch als N = 20 mm bezeichnet werden), 3 ≤ A/D ≤ 9,5 Bedingung 3

Wenn eine metallische Verstemmform 111 verwendet wird, die eine der Bedingungen erfüllt, so kann die Abweichung verschiedener Abmessungen des Metallgehäuses 1 nach dem Verstemmen des Metallgehäuses 2 dank des Effekts der Ausbildung des harten Kohlenstofffilms 60 unterdrückt werden.
In dem obigen Fall (1) kann zusätzlich zu der Bedingung 1, wenn der Verstemmform-Kegelwinkel A von 15 bis 35° beträgt und die Tiefe D des gerundeten Verstemmabschnitts der Verstemmform 1,6 bis 2,4 mm beträgt, die Abweichung verschiedener Abmessungen des Metallgehäuses 1 unterdrückt werden. Des Weiteren kann in dem obigen Fall (2) zusätzlich zu der Bedingung 2, wenn der Verstemmform-Kegelwinkel A 15 bis 35° beträgt und die Tiefe D des gerundeten Verstemmabschnitts der Verstemmform 1,8 bis 2,6 mm beträgt, oder in dem Fall (3) zusätzlich zu der Bedingung 3, wenn der Verstemmform-Kegelwinkel A 10 bis 20° beträgt und die Tiefe D des gerundeten Verstemmabschnitts der Verstemmform 2,2 bis 3 mm beträgt, die Abweichung verschiedener Abmessungen des Metallgehäuses 1 weiter unterdrückt werden.
Wenn die Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts zu groß ist, so kontaktiert der zu verstemmende Abschnitt 200 nicht hinreichend eine gewünschte Position des Isolators 2, was die Abweichung verschiedener Abmessungen des Metallgehäuses 1 beinhaltet und die Luftdichtigkeit verringert. Wenn die Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts zu klein ist, so ist die Form des Verstemmabschnitts 220 (siehe 2b), die nach dem Verstemmen erhalten wird, ungünstigerweise nicht ideal, wodurch gleichermaßen eine Abweichung verschiedener Abmessungen hervorgerufen wird. Dementsprechend muss die Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts je nach der Form der herzustellenden Zündkerze 100 auf den oben genannten Bereich eingestellt werden. Wenn des Weiteren der Verstemmform-Kegelwinkel A (°) zu groß ist, so kommt die metallische Verstemmform 111 zu früh mit dem Werkzeugeingriffbereich 1e in Kontakt, wodurch eine übermäßig Belastung auf den Werkzeugeingriffbereich 1e ausgeübt wird und die dimensionale Abweichung hervorgerufen wird. Wenn umgekehrt der Verstemmform-Kegelwinkel A(°) zu klein ist, so kommt die metallische Verstemmform 111 zu spät mit dem Werkzeugeingriffbereich 1e in Kontakt, wodurch die dimensionale Abweichung hervorgerufen wird. Dementsprechend muss der Verstemmform-Kegelwinkel A(°) entsprechend der Abmessung der herzustellenden Zündkerze eingestellt werden.
Das Verstemmen des Metallgehäuses 1 mit dem Isolator 2 kann durch Warm- oder Kaltverstemmen erfolgen.
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die metallische Verstemmform 111 mit der kegelförmigen Innenumfangsfläche 111a und dem gerundeten Verstemmabschnitt R auf beiden Seiten in der Richtung der Achse C ausgebildet, aber die metallische Verstemmform 111 kann auch mit der kegelförmigen Innenumfangsfläche 111a und dem gerundeten Verstemmabschnitt R auf nur einer Seite in der Richtung der Achse C ausgebildet sein. In diesem Fall kann der harte Kohlenstofffilm 60 zum Erhöhen der Gleitfähigkeit mit dem Metallgehäuse 1 mindestens auf der Verstemm-Innenumfangsfläche 111b des gerundeten Verstemmabschnitts R ausgebildet sein.
Des Weiteren ist in der obigen Ausführungsform Talkum zwischen die Außenumfangsfläche des Isolators 2 und die Innenumfangsfläche des Metallgehäuses 1 zum Verstemmen gepackt, aber die Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und kann natürlich auch auf das Verfahren zur Herstellung der Zündkerze zum Verstemmen des Metallgehäuses 1 ohne das Packen von Talkum zwischen die Innenumfangsfläche des Metallgehäuses 1 und die Außenumfangsfläche des Isolators 2 angewendet werden.
BEISPIELE
Die folgenden Experimente wurden durchgeführt, um den Effekt der Erfindung zu untersuchen.
Beispiel 1
Das folgende Experiment wurde durchgeführt, um den Effekt der Verringerung der dimensionalen Abweichung beim Verstemmen das Metallgehäuse in dem Fall zu untersuchen, wo der DLC-Film auf der Verstemmform aufgebracht wurde. Zuerst wurde unter Verwendung des Kaltschmiede-Kohlenstoffstahldrahtes SWCH8A, der in JIS-G3539 definiert ist, als Ausgangsmaterial das Metallgehäuse 1 von 1 durch Kaltschmieden hergestellt. Dann wird mittels einer bestens bekannten elektrolytischen Zinkplattierungsbehandlung unter Verwendung eines Alkalizyanidbades eine Zinkplattierungsschicht mit einer Filmdicke von etwa 5 μm ausgebildet.
Es wurde das Metallgehäuse 1, das mit einem Chromat-(III)-Film und einem Chromat-(VI)-Film versehen ist, mittels des folgenden Verfahrens hergestellt.
(1) Chromat-(III)-Film
Das Chromatbehandlungsbad wurde durch Auflösen von 50 g Chrom-(III)-Chlorid (CrCl₃·6H₂O), 3 g Kobalt-(II)-Nitrat (Co(NO₃)₂), 100 g Natriumnitrat (NaNO₃) und 31,2 g Malonsäure je Liter entionisiertes Wasser hergestellt und durch eine Heizvorrichtung bei einer Flüssigkeitstemperatur von 60°C gehalten, wobei der pH-Wert des Bades durch die Beigabe von Ätzlaugenlösung auf 2,0 eingestellt wurde. Das Metallgehäuse 1 wurde nach der Zinkplattierung 60 Sekunden lang in die Chromatbehandlungslösung getaucht, dann gespült und vorübergehend für 180 Sekunden lang mittels Heißluft bei 70°C getrocknet, um einen Chrom-(III)-basierten Chromatfilm zu bilden. Danach wurde der Chromatfilm mittels Heißluft getrocknet. Es wurde mittels röntgenphotoelektronenspektroskopischer Analyse (XPS) bestätigt, dass die 95 Masse-% der enthaltenen Chromkomponente Chrom-(III) sind. Des Weiteren wurde die Filmdicke des Chromat-(III)-Films im Querschnitt mittels SEM tatsächlich gemessen und innerhalb eines Bereichs von 0,2 bis 5 μm bestätigt.
(2) Farbiger (gelber) Chromatfilm (Chromat-(VI)-Film)
Ein gelbes Chromatbehandlungsbad wurde durch Auflösen von 7 g Chromsäureanhydrid je Liter, 3 g Schwefelsäure je Liter und 3 g Salpetersäure je Liter in entionisiertem Wasser hergestellt und bei einer Flüssigkeitstemperatur von 20°C gehalten. Das Metallgehäuse 1 wurde etwa 15 Sekunden lang in das gelbe Chromatbehandlungsbad getaucht, herausgehoben und durch Heißluft bei 70°C getrocknet, um einen Chromatfilm herzustellen. Des Weiteren wurde die Filmdicke des Chromatfilms im Querschnitt durch SEM in der gleichen Weise wie der Chromat-(III)-Film tatsächlich gemessen und innerhalb eines Bereichs von 0,2 bis 5 μm bestätigt.
Für die Messung der Filmdicke wird ein Dünnfilm (zum Beispiel Au-Dünnfilm) eines Bestandteils mit einer höheren Leitfähigkeit als der Chromatfilm auf der Filmoberfläche durch Sputtern ausgebildet, um die Beobachtung des Chromatfilms zu erleichtern. In einem SEM-Bild wird die Chromatfilmschicht mit geringer Leitfähigkeit dunkel auf der Substratschicht (zum Beispiel Zinkplattierungsschicht) und einer neuen Dünnfilmschicht mit hoher Leitfähigkeit (Au-Filmschicht) reflektiert, wodurch das Chromatfilmbild leicht anhand seines Kontrasts bestätigt werden kann. Zum Beispiel wird in dem SEM-Bild eine weiße Linie entsprechend jeder Grenze zwischen der Zinkplattierungsschicht und der Au-Filmschicht gezogen, und die Filmdicke wird anhand des Abstandes zwischen den weißen Linien ermittelt.
Mehrere Metallgehäuse, die mit dem Chromat-(III)-Film versehen waren und in die der Isolator eingesetzt war, wurden hergestellt, und die Metallgehäuse mit gleicher Abmessung wurden nacheinander durch Anlegen der gleichen Belastung verstemmt, wobei eine Verstemmform, bei der der DLC-Film auf der Oberfläche ausgebildet war (im Weiteren als eine DLC-Verstemmform bezeichnet), oder eine Verstemmform, auf der kein DLC-Film ausgebildet war (im Weiteren als eine gewöhnliches Verstemmform bezeichnet), verwendet wurde, wobei die Anzahl der Verstemmungen und die verschiedenen Abmessungen der Metallgehäuse nach dem Verstemmen in Relation gemessen wurden. Der DLC-Film wurde auf der metallischen Verstemmform mittels des Plasmapolymerisationsverfahrens hergestellt, wie oben angesprochen. Das Quellengas war hierbei Methan, mit einer Gasströmungsrate von 30 cm²/min, einem Druck von 13,33 Pa (0,1 Torr) und einer Hochfrequenzleistung von 100 W. Die Vickers-Härte des entstandenen DLC-Films wurde mittels des dynamischen Mikrohärtetesters gemessen und mit mindestens 1500 kg/mm² bestätigt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in 5 gezeigt. Verschiedene Abmessungen des Metallgehäuses 1 wurden an den Positionen gemessen, die in 6 angedeutet sind. Als erstes bezeichnet die Größe N der Gegenseite (auch als die Größe einer Gegenseite des Sechsecks bezeichnet) des Werkzeugeingriffbereichs 1e, im Querschnitt entlang der Linie A-A in 6 gesehen, die Distanz N zwischen zwei parallelen gegenüberliegenden Flächen des Werkzeugeingriffbereichs 1e. Des Weiteren bezeichnet der Durchmesser des Krümmungsabschnitts den Durchmesser M der sichtbaren Umrisslinie für einen Krümmungsabschnitt 1h von 6, im Querschnitt gesehen, wenn der Querschnitt B-B genommen wird, um die sichtbare Umrisslinie als den größten Durchmesser darzustellen. Des Weiteren bezeichnet die Verstemmkappenhöhe F die axiale Länge eines zu verstemmenden Abschnitts 200, der nach der Krümmung ausgebildet ist (d. h. die axiale Länge eines Verstemmabschnitts 220).
In 5 sind die Abmessungen der Länge der Gegenseite des Sechsecks, des Durchmesser des Krümmungsabschnitts und der Verstemmhöhe im Fall der gewöhnlichen Verstemmform jedes Mal, wenn die Anzahl der Verstemmungen erhöht wird (d. h. jedes Mal bei Nutzung), größer als zu einem frühen Verwendungszeitpunkt. Im Fall der Verwendung der DLC-Verstemmform ändern sich die Abmessungen kaum im Vergleich zu denen zu einem frühen Verwendungszeitpunkt, selbst wenn die Anzahl der Verstemmungen erhöht wird, wobei die Zunahme jeder Abmessung in einen kleineren Bereich fällt als im Fall der gewöhnlichen Verstemmform. Auf diese Weise kann festgestellt werden, dass die Abweichungen verschiedener Abmessungen für das Metallgehäuse durch Verwendung der DLC-Verstemmform unterdrückt werden.
Des Weiteren wurde die Gleitfähigkeit zwischen dem Metallgehäuse und der metallischen Verstemmform mittels des folgenden Verfahrens untersucht. Wie in 7 gezeigt, wurde der Isolator 2 in das Metallgehäuse 1 eingesetzt und durch eine erste Spannvorrichtung 20 gehalten. Danach wird eine Last F axial über eine zweite Spannvorrichtung 21 an die metallische Verstemmform 111 durch einen Autographen angelegt, wobei die Beziehung der Last F und der axialen Auslenkung x der metallischen Verstemmform 111 gemessen wurde. Die Einstellungsbedingungen des Autographen waren folgende:
Testmodus: einfache Kompression
Abstiegsgeschwindigkeit: 30 mm/min
Anstiegsgeschwindigkeit: 100 mm/min
Benutzte Kraftmessdose: 5 t
Das erhaltene Grafikergebnis ist in 8 gezeigt. Wie aus 8 zu ersehen ist, gibt es fast keinen Unterschied in der Anfangsphase des Anlegens der Last, aber es kommt zu einem gewissen Unterschied in der Auslenkung x der metallischen Verstemmform 111 ab der Last von etwa 14.707 N (1500 kgf). Das heißt, es findet eine größere Auslenkung durch Anlegen der gleichen Last statt, wenn der Chromat-(III)-Film ausgebildet ist, als wenn der Chromat-(VI)-Film ausgebildet ist. Des Weiteren findet eine größere Auslenkung bei der gleichen Last statt, wenn die gewöhnliche Verstemmform verwendet wird, als wenn die DLC-Verstemmform verwendet wird. Es zeigt sich nämlich, dass die Gleitfähigkeit zum Zeitpunkt des Verstemmens weitaus besser ist, wenn der Chromat-(VI)-Film anstelle des Chromat-(III)-Film verwendet wird und wenn die DLC-Verstemmform anstelle der gewöhnlichen Verstemmform verwendet wird.
Wenn das Metallgehäuse mit dem Chromat-(III)-Film oder dem Chromat-(VI)-Film versehen ist, wird die gewöhnliche Verstemmform oder die DLC-Verstemmform verwendet, um das Metallgehäuse zu verstemmen, und die Größe N (mm) der Gegenseite des Sechsecks (siehe 6) des Werkzeugeingriffbereichs 1e für das Metallgehäuse 1 nach dem Verstemmen wurde gemessen. Unter der Annahme, dass die gewünschte Größe N der Gegenseite des Sechsecks für das Metallgehäuse für beide Chromatfilme gleich ist (N = 15,7 bis 16 mm), erfolgte das Verstemmen unter Anlegen der gleichen Last. Das Ergebnis ist in Table 1 gezeigt. Die Größe N (mm) der Gegenseite des Sechsecks zeigt die durchschnittliche Abmessung beim Messen einer bestimmten Anzahl von Verstemmformen (gewöhnliche Verstemmform: drei, DLC-Verstemmform: fünf) in der Zündkerze nach dem Verstemmen an.

Größe (mm) der Gegenseite des Sechsecks

Chromatfilm Chromat-(III) Chromat-(VI)

Gewöhnliche Verstemmform 15,99 15,94

DLC-Verstemmform 15,9 15,91
Wie in Tabelle 1 angegeben, liegt die Größe N (mm) der Gegenseite des Sechsecks innerhalb einer Abmessungstoleranz (15,7 bis 16 mm), und ist kleiner, wenn die DLC-Verstemmform verwendet wird, als wenn das gewöhnliche Verstemmform verwendet wird. Und zwar kann die Verwendung der DLC-Verstemmform verhindern, dass sich die Gegenseite des Sechsecks aufweitet, und kann die Abweichung verschiedener Abmessungen unterdrücken. Wenn der Chromatfilm auf dem Metallgehäuse verwendet wird, so kann die Größe N der Gegenseite des Sechsecks unterdrückt werden. Wenn des Weiteren der Chromat-(III)-Film auf dem Metallgehäuse ausgebildet wird, so wird die Aufweitung der Gegenseite des Sechsecks in der gleichen Weise unterdrückt, als wenn der Chromat-(VI)-Film ausgebildet wird.
Beispiel 2
Wenn in der metallischen Verstemmform 111, das mit dem DLC-Film versehen war, die Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts und der Verstemmform-Kegelwinkel A(°) verändert wurden, so wurde die dimensionale Abweichung des Metallgehäuses untersucht.

Zuerst wurde, wenn es gewünscht ist, eine Zündkerze herzustellen, welche die Bedingung N ≤ 14 mm erfüllt, das Verstellen 50 Mal durchgeführt, wofür das Verstemmmodell verwendet wurde, das die Kombinationen der Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts und des Verstemmform-Kegelwinkels A(°) gemäß Tabelle 2 aufwies, und die Standardabweichung (3σ) der Größe N (mm) der Gegenseite des Sechsecks für eine Gruppe von 25 hergestellten Zündkerzen wurde berechnet. Die Kombinationen wurden bewertet als: A für die Standardabweichung (3σ) unter 0,05; B von 0,05 bis 0,1; und C von 0,1 bis 0,15. Das Beurteilungsergebnis ist in Tabelle 2 angeführt. Gleichermaßen wurde im Fall von N = 16 mm oder N = 20 mm das obige Experiment durchgeführt, indem die Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts und der Verstemmform-Kegelwinkel A(°) gemäß Tabelle 3 oder Tabelle 4 verändert wurde. Das erhaltene Ergebnis ist in Tabelle 3 oder Tabelle 4 angegeben. [Tabelle 2]

Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts	Verstemmform-Kegelwinkel A(°)	A/D	Beurteilung
1,5	15	10,00	B
1,5	35	23,33	C
1,6	14	8,75	B
1,6	16	10,00	A
1,6	34	21,25	A
1,6	36	22,50	C
1,7	15	8,82	A
1,7	35	20,59	A
2,3	15	6,52	A
2,3	35	15,22	A
2,4	14	5,83	C
2,4	16	6,67	A
2,4	34	14,17	A
2,4	36	15,00	B
2,5	15	6,00	B
2,5	35	14,00	B
1,9	30	15,79	A

[Tabelle 3]

Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts	Verstemmform-Kegelwinkel A(°)	A/D	Beurteilung
1,7	15	8,82	B
1,7	35	20,59	C
1,8	14	7,78	C
1,8	16	8,89	A
1,8	34	18,89	A
1,8	36	20,00	C
1,9	15	7,89	B
1,9	35	18,42	A
2,5	15	6,00	B
2,5	35	14,00	A
2,6	14	5,38	C
2,6	16	6,15	A
2,6	36	13,85	B
2,7	15	5,56	B
2,7	35	12,96	B
2,1	30	14,29	A
2,4	30	12,50	A

[Tabelle 4]

Tiefe D (mm) des gerundeten Verstemmabschnitts	Verstemmform-Kegelwinkel A(°)	A/D	Beurteilung
2,1	10	4,76	B
2,1	20	9,52	C
2,2	9	4,09	B
2,2	11	5,00	A
2,2	19	8,64	A
2,2	21	9,55	C
2,3	10	4,35	A
2,3	20	8,70	A
2,9	10	3,45	B
2,9	20	6,90	A
3	9	3,00	B
3	11	3,67	A
3	19	6,33	B
3	21	7,00	B
3,1	10	3,23	B
3,1	20	6,45	B
2,7	15	5,56	A

In dem Fall (1) von N ≤ 14 mm gemäß Tabelle 2 ist festzustellen, dass, wenn die metallische Verstemmform, die 6 ≤ A/D ≤ 22 (Bedingung 1) erfüllt, verwendet wird, die dimensionale Abweichung der Größe N (mm) der Gegenseite des Sechsecks weiter unterdrückt werden kann. Gleichermaßen kann, wie in Tabelle 3 oder Tabelle 4 angeführt, wenn die metallische Verstemmform verwendet wird, das 5,5 ≤ A/D ≤ 19,5 (Bedingung 2) in dem Fall (2) von N = 1 oder 3 ≤ A/D ≤ 9,5 (Bedingung 3) in dem Fall (3) von N = 20 erfüllt, die dimensionale Abweichung der Größe N (mm) der Gegenseite des Sechsecks weiter unterdrückt werden kann. Wenn des Weiteren die Bedingung erfüllt ist, dass 15° ≤ A/D ≤ 35° und 1,6 mm ≤ D ≤ 2,4 mm in dem Fall (1), 15° ≤ A/D ≤ 35° und 1,8 mm D ≤ 2,6 mm in dem Fall (2) und 10° ≤ A/D ≤ 20° und 2,2 mm D ≤ 3 mm in dem Fall (3), so kann die dimensionale Abweichung weiter verringert werden.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung JP 2001-131792 , eingereicht am 17. April 2001.

100: Zündkerze
1: Metallgehäuse
2: Isolator
111: metallische Verstemmform
111a: kegelförmige Innenumfangsfläche
111b: Verstemm-Innenumfangsfläche
111c: gerader Abschnitt
R: gerundeter Verstemmabschnitt
60: harter Kohlenstofffilm
1e: Werkzeugeingriffbereich
200: zu verstemmender Abschnitt
200a: Außenumfangsfläche des zu verstemmenden Abschnitts

Claims

Metallische Verstemmform (111) für eine Zündkerze, wobei die Zündkerze (100) Folgendes umfasst: ein zylindrisches Metallgehäuse (1) mit einem zu verstemmenden Abschnitt (200) und einen Werkzeugeingriffbereich (1e), der an einem Motor zu befestigen ist; einen Isolator (2), der in das Metallgehäuse (1) eingesetzt ist und sich axial erstreckt, wobei die metallische Verstemmform (111) dafür verwendet wird, den zu verstemmenden Abschnitt (200) zu verstemmen, um ihn an einer Außenumfangsfläche des Isolators (2) zu befestigen, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Verstemmform (111) eine Fläche (111b) umfasst, wobei die Fläche (111b) einen harten Kohlenstofffilm (60) umfasst, der eine amorphe Kohlenstoffphase umfasst, und die Fläche (111b) dafür angeordnet ist, den zu verstemmenden Abschnitt (200) zu berühren und/oder an dem zu verstemmenden Abschnitt (200) zu gleiten.
Verstemmform nach Anspruch 1, wobei der harte Kohlenstofffilm (60) eine Dicke von 0,6 bis 1,2 μm aufweist.
Verstemmform nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fläche (111b) Folgendes umfasst: eine erste Schicht (61b), die Chrom oder Titan umfasst; und eine zweite Schicht (61a), die Silizium oder Germanium umfasst, und wobei der harte Kohlenstofffilm (60) auf der zweiten Schicht (61a) ausgebildet ist.
Verstemmform nach Anspruch 1, das eine solche Fläche (111b) umfasst, um sowohl eine Oberseite als auch eine Unterseite zu berühren und/oder sowohl an einer Oberseite als auch an einer Unterseite zu gleiten, und wobei jede der Flächen (111b) zum Berühren und/oder Gleiten in der Lage ist, für den Verstemmprozess durch Umdrehen der Ober- und der Unterseite verwendet zu werden.
Verstemmform nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die metallische Verstemmform (111) ein Durchgangsloch (112) definiert, das sich axial erstreckt und eine Innenumfangsfläche aufweist, die eine kegelförmige Innenumfangsfläche (111a) und einen gerundeten Verstemmabschnitt (R) umfasst, wobei der gerundete Verstemmabschnitt (R) dafür verwendet wird, den zu verstemmenden Abschnitt (200) zu krümmen, und in dem Fall, dass ein Winkel, der durch eine Linie (B), die eine axiale Mittellinie (C) orthogonal kreuzt, mit Bezug auf die kegelförmige Innenumfangsfläche (111a) in einem Querschnitt, der die axiale Mittellinie (C) enthält, gebildet wird, als ein Verstemmform-Kegelwinkel A(°) definiert ist und die axiale Länge des gerundeten Verstemmabschnitts (R) als eine Tiefe D (in mm) eines gerundeten Verstemmabschnitts definiert ist, die folgende Bedingung erfüllt ist, wobei die Bedingung, wenn eine Größe einer gegenüberliegenden Seite des Werkzeugeingriffbereichs maximal 14 mm lang ist, lautet: 6 ≤ A/D ≤ 22 wobei die Bedingung, wenn die Größe einer gegenüberliegenden Seite des Werkzeugeingriffbereichs 15,7 bis 16 mm lang ist und ein Schraubendurchmesser des Metallgehäuses (1) gemäß Spezifikation in JIS-B8031 14 mm, 12 mm oder 10 mm beträgt, lautet: 5,5 ≤ A/D ≤ 19,5wobei die Bedingung, wenn die Größe einer gegenüberliegenden Seite des Werkzeugeingriffbereichs 19,7 bis 20 mm lang ist und ein Schraubendurchmesser des Metallgehäuses (1) gemäß Spezifikation in JIS-B8031 14 mm beträgt, lautet: 3 ≤ A/D ≤ 9,5
Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze, wobei die Zündkerze (100) Folgendes umfasst: ein zylindrisches Metallgehäuse (1) mit einem zu verstemmenden Abschnitt (200) und einen Werkzeugeingriffbereich (1e), der an einem Motor zu befestigen ist; und einen Isolator (2), der in das Metallgehäuse (1) eingesetzt ist und sich axial erstreckt, wobei das Verfahren umfasst, den zu verstemmenden Abschnitt (200) unter Verwendung der metallischen Verstemmform nach einem der vorangehenden Ansprüche zu verstemmen, um ihn an einer Außenumfangsfläche des Isolators (2) zu befestigen.
Verfahren nach Anspruch 6, das umfasst, eine Außenumfangsfläche (200a) des zu verstemmenden Abschnitts (200) bereitzustellen, die: mit Zink oder Nickel plattiert ist und mit Chromat weiterbehandelt ist, oder mit Nickel plattiert ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das umfasst, einen Chromatfilm (42) mit einer Filmdicke von 0,2 bis 0,5 μm bereitzustellen, der Chrom-(III) in mindestens 95 Gewichts-% als Chrombestandteil auf der Außenumfangsfläche (200a) des zu verstemmenden Abschnitts (200) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Chromatfilm (42) im Wesentlichen kein Chrom-(VI) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, das umfasst, den zu verstemmenden Abschnitt (200) in ein Chromatbehandlungsbad zu tauchen, das ein Gemisch aus Chrom-(III)-Salz und einem Komplexbildner für Chrom-(III) umfasst, um den Chromatfilm (42) zu bilden.