火花塞的制作方法
火花塞的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種火花塞，其在端子電極的后端部設(shè)有凹部，并且在端子電極的后端部形成有鎳層，在該火花塞中，將會充分地提高端子電極的耐腐蝕性，并且更可靠地抑制鎳層的剝離?；鸹ㄈ?1)包括：絕緣電瓷(2)，其具有沿軸線(CL1)方向貫穿的軸孔(4)；以及端子電極(6)，其以自身的后端部自絕緣電瓷(2)的后端露出的狀態(tài)插入到軸孔(4)中。在端子電極(6)的后端部設(shè)置以軸線CL1方向為深度方向的凹部(6B)。在端子電極(6)的后端部的外表面上設(shè)置鎳層(35)。鎳層(35)的厚度為3μm～25μm，并且在與鎳層(35)的外表面正交的截面中，構(gòu)成鎳層(35)的晶粒的平均截面積為50μm2～500μm2。
【專利說明】火花塞
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用于內(nèi)燃機(jī)等的火花塞。
【背景技術(shù)】
[0002] 火花塞安裝于內(nèi)燃機(jī)（發(fā)動機(jī)）等，用于對燃燒室內(nèi)的混合氣體等點(diǎn)火。一般來 說，火花塞包括：絕緣體，其具有沿軸線方向延伸的軸孔；中心電極，其插入設(shè)置到該軸孔 的頂端側(cè)；端子電極，其插入設(shè)置到軸孔的后端側(cè)；主體金屬外殼，其設(shè)于絕緣體的外周； 以及接地電極，其固定于主體金屬外殼的頂端部。此外，端子電極自身的后端部自絕緣體的 后端露出，并在該后端部連接電力供給用的端子。除此之外，絕緣體自身的后端部自主體金 屬外殼的后端露出，且該絕緣體位于端子電極的后端部與主體金屬外殼的后端之間。
[0003] 此外，近年來，為了更可靠地防止順著位于端子電極的后端部與主體金屬外殼的 后端之間的絕緣體的表面的放電，已知有通過在將自主體金屬外殼的后端至端子電極的后 端的距離保持為恒定的同時進(jìn)一步加長絕緣體的后端部、從而較大地確保自主體金屬外殼 的后端至端子電極的后端部的距離的方法（例如，參照專利文獻(xiàn)1等）。而且，提出了在端 子電極的后端部設(shè)置以軸線方向為深度方向的凹部的技術(shù)（例如，參照專利文獻(xiàn)2等）。
[0004] 除此之外，為了實現(xiàn)端子電極中的耐腐蝕性的提高，有時在端子電極的至少后端 部形成由以鎳為主要成分的金屬構(gòu)成的鎳層（例如，參照專利文獻(xiàn)3等）。另外，在形成鎳 層時，通常通過電鍍裝置對端子電極進(jìn)行電鍍處理。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :W02011/33902號公報
[0008] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2012 - 128948號公報
[0009] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2005 - 285468號公報
[0010] 然而，在如上述那樣在端子電極設(shè)有凹部的情況下，鎳層的厚度容易變得不均勻， 容易導(dǎo)致耐腐蝕性的降低、鎳層的剝離。具體而言，對于凹部的底面來說，由于電場強(qiáng)度相 對較低，因此存在鎳層容易變薄，耐腐蝕性不充分的隱患。另一方面，對于端子電極中的位 于凹部的外周的部位來說，由于電場強(qiáng)度相對變得較高，因此存在鎳層容易變厚、鎳層與端 子電極之間的熱膨脹差變大（換句話說，施加于鎳層的熱應(yīng)力變大）、鎳層中的耐剝離性降 低的隱患。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，在于端子電極的后端部設(shè)置凹部 且在端子電極的后端部外表面形成有鎳層的火花塞中，充分地提高端子電極的耐腐蝕性、 并且更可靠地抑制鎳層的剝離。
[0012] 以下，對適用于解決上述目的各結(jié)構(gòu)分項進(jìn)行說明。另外，按照需要對所對應(yīng)結(jié)構(gòu) 記載特有的作用效果。
[0013] 結(jié)構(gòu)1.本結(jié)構(gòu)的火花塞的特征在于，該火花塞包括：絕緣體，其具有沿軸線方向 貫穿的軸孔；以及
[0014] 端子電極，其以自身的后端部自上述絕緣體的后端露出的狀態(tài)插入到上述軸孔 中；
[0015] 在上述端子電極的后端部設(shè)有以上述軸線方向為深度方向的凹部，
[0016] 在上述端子電極的后端部的外表面上設(shè)有鎳層，
[0017] 上述鎳層的厚度為3μπι?25μπι，并且，
[0018] 在與上述鎳層的外表面正交的截面中，構(gòu)成上述鎳層的晶粒的平均截面積為 50 μ m2 ?500 μ m2。
[0019] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，由于鎳層的厚度為25 μ m以下，因此能夠相對減小在鎳層與端子 電極之間產(chǎn)生的熱膨脹差。因而，能夠相對減小施加于鎳層的熱應(yīng)力，從而能夠提高鎳層的 耐剝離性。
[0020] 而且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，構(gòu)成鎳層的晶粒的平均截面積為50 μ m2以上，抑制了晶粒 變得過度細(xì)小。因此，能夠充分地提高晶界結(jié)合力，在鎳層被施加了熱應(yīng)力時，能夠更可靠 地防止在晶界產(chǎn)生裂紋。另外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，晶粒的平均截面積為500 μ m2以下，晶粒的 粒徑相對較小。因而，在鎳層中，能夠充分地提高對抗熱應(yīng)力的耐力。這些作用效果和上述 使鎳層的厚度成為25 μ m以下時所帶來的作用效果相互作用，能夠更可靠地防止鎳層的剝 離。
[0021] 另外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，鎳層的厚度為3μπι以上。因而，能夠充分地減少鎳層中的 每個單位表面積上的針孔數(shù)，從而能夠更可靠地抑制成為腐蝕的原因的、氧等對端子電極 的接觸。
[0022] 而且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，由于使晶粒的平均截面積成為50 μ m2以上，因此不易在晶 界產(chǎn)生裂紋，因此能夠進(jìn)一步可靠地抑制氧等對端子電極的接觸。而且，雖然鎳層以晶相層 疊的方式形成，但是根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，晶粒的平均截面積為500 μ m2以下，晶粒的粒徑相對較 小。因而，能夠進(jìn)一步減小晶界的凹凸，從而能夠更可靠地防止結(jié)晶層的局部變薄。這些作 用效果和上述使鎳層的厚度成為3μπι以上時所帶來的作用效果相互作用，能夠?qū)崿F(xiàn)良好 的耐腐蝕性。
[0023] 如以上那樣，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，能夠充分地提高耐剝離性以及耐腐蝕性這兩者。結(jié) 果，即使在于端子電極的后端部形成凹部而更擔(dān)心端子電極中的耐腐蝕性的降低、鎳層的 剝離的情況下，也能夠優(yōu)化耐剝離性以及耐腐蝕性這兩者。
[0024] 結(jié)構(gòu)2.本結(jié)構(gòu)的火花塞為，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1所述的火花塞，其特征在于，上述鎳層 的厚度為?ο μ m?20 μ m，并且，
[0025] 在上述截面中，上述晶粒的平均截面積為200 μ m2?400 μ m2。
[0026] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)2,由于鎳層的厚度為20 μ m以下，因此能夠進(jìn)一步減小施加于鎳層 的熱應(yīng)力。并且，由于晶粒的平均截面積為200 μ m2以上，因此能夠進(jìn)一步提高晶界結(jié)合力， 從而能夠進(jìn)一步可靠地防止在晶界產(chǎn)生裂紋。另外，由于晶粒的平均截面積為400 μ m2以 下，因此能夠進(jìn)一步提高鎳層的對抗熱應(yīng)力的耐力。以上的結(jié)果，能夠進(jìn)一步提高鎳層的耐 剝離性。
[0027] 而且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)2,由于鎳層的厚度為10 μ m以上，因此能夠進(jìn)一步減少鎳層 中的每個單位表面積上的針孔數(shù)。而且，由于使晶粒的平均截面積成為200 μ m2以上，因此 能夠進(jìn)一步抑制晶界處的裂紋的產(chǎn)生，另外，由于晶粒的平均截面積為400 μ m2以下，因此 能夠進(jìn)一步可靠地防止結(jié)晶層的局部變薄。以上的結(jié)果，能夠大幅度提高耐腐蝕性。
[0028] 如以上那樣，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)2,能夠明顯提高耐剝離性以及耐腐蝕性這兩者。結(jié)果， 即使在于端子電極的后端部形成有凹部的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)非常優(yōu)異的耐剝離性以及耐 腐蝕性。
[0029] 結(jié)構(gòu)3.本結(jié)構(gòu)的火花塞為，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1或2所述的火花塞，其特征在于，上述 鎳層的外表面上的氧化膜的厚度為1. 〇 μ m以下。
[0030] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)3,鎳層的外表面上的氧化膜的厚度為1. 0 μ m以下。因而，能夠充分 地確保鎳層的柔軟性，從而能夠進(jìn)一步提高在鎳層中對抗熱應(yīng)力的耐力。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)更 良好的耐剝離性。另外，在耐剝離性的方面，氧化膜越薄越優(yōu)選。
[0031] 結(jié)構(gòu)4.本結(jié)構(gòu)的火花塞為，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1至3中任一項所述的火花塞，其特征 在于，上述端子電極的后端部處的硬度為維氏硬度140Hv?180Hv。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)4,端子 電極的后端部的硬度是140Hv?180Hv。因而，能夠進(jìn)一步減小端子電極與鎳層之間的熱膨 脹差，從而能夠明顯減小施加于鎳層的熱應(yīng)力。結(jié)果，能夠大幅度提高耐剝離性。
[0032] 結(jié)構(gòu)5.本結(jié)構(gòu)的火花塞為，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1至4中任一項所述的火花塞，其特征 在于，上述端子電極具備包圍上述凹部的周圍的環(huán)狀的外壁部，上述凹部至少由上述外壁 部的內(nèi)周面和作為與上述軸線方向正交的平面的底面形成，并且，上述外壁部的內(nèi)周面中 的、至少比上述軸線方向上的一半靠后端側(cè)的部位處的上述鎳層的厚度大于上述底面處的 鎳層的厚度。在將電力供給用的端子配置于凹部時，外壁部的內(nèi)周面中的比軸線方向上的 一半靠后端側(cè)的部位起到用于在凹部內(nèi)正確地配置電力供給用的端子的引導(dǎo)的作用。此 時，由于電力供給用的端子一邊擦蹭于外壁部的內(nèi)周面一邊被引導(dǎo)，因此存在鎳層被削去 的隱患。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)5,由于上述外壁部的內(nèi)周面中的、至少比上述軸線方向上的一半靠 后端側(cè)的部位處的上述鎳層的厚度較大，因此即使鎳層被削去也能夠抑制端子電極母材露 出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033] 圖1是表示火花塞的結(jié)構(gòu)的局部剖切主視圖。
[0034] 圖2是表示端子電極的后端部的結(jié)構(gòu)的放大立體圖。
[0035] 圖3是端子電極等的剖視圖。
[0036] 圖4的（a)、（b)是用于說明晶粒的平均截面積的計算方法的說明圖。
[0037] 圖5是表示形成于鎳層的外表面的氧化膜等的放大截面示意圖。
[0038] 圖6是用于對端子電極的硬度的測量位置進(jìn)行說明的端子電極的放大剖視圖。
[0039] 圖7是用于對形成于端子電極的鎳層的厚度的關(guān)系進(jìn)行說明的端子電極的放大 剖視圖。
[0040] 附圖標(biāo)記說明
[0041] 1…火花塞；2…絕緣電瓷（絕緣體）；4…軸孔；6…端子電極；6A…外壁部；6B…凹 部；6C···底面；6D…內(nèi)圓周面；35···鎳層；36···氧化膜；CL1···軸線。
【具體實施方式】
[0042] 以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】一實施方式。圖1是表示火花塞1的局部剖切主視圖。另外， 在圖1中，將火花塞1的軸線CL1方向設(shè)為附圖的上下方向，將下側(cè)設(shè)為火花塞1的頂端側(cè)， 將上側(cè)設(shè)為后端側(cè)來進(jìn)行說明。
[0043] 火花塞1由形成為筒狀的作為絕緣體的絕緣電瓷2和保持該絕緣電瓷2的筒狀的 主體金屬外殼3等構(gòu)成。
[0044] 絕緣電瓷2是如公知那樣通過燒結(jié)氧化鋁等而形成的，在其外形部包括：后端側(cè) 主體部10,其形成于后端側(cè)；大徑部11，其在比該后端側(cè)主體部10靠頂端側(cè)的位置向徑向 外側(cè)突出形成；中間主體部12,其在比該大徑部11靠頂端側(cè)的位置以比該大徑部11細(xì)的 直徑形成；以及腳部13,其在比該中間主體部12靠頂端側(cè)的位置以比該中間主體部12細(xì) 的直徑形成。此外，絕緣電瓷2中的大徑部11、中間主體部12以及大部分的腳部13容納于 主體金屬外殼3的內(nèi)部，且后端側(cè)主體部10自主體金屬外殼3的后端露出。而且，在中間 主體部12和腳部13之間的連接部形成有錐狀的臺階部14,利用該臺階部14將絕緣電瓷2 卡定于主體金屬外殼3。
[0045] 而且，在絕緣電瓷2中貫穿形成有沿軸線CL1延伸的軸孔4,在該軸孔4的頂端側(cè) 插入設(shè)置有中心電極5。該中心電極5包括內(nèi)層5A和外層5B，該內(nèi)層5A由導(dǎo)熱性優(yōu)異的 金屬（例如銅、銅合金等）構(gòu)成，該外層5B由以鎳（Ni)為主要成分的合金構(gòu)成。而且，在中 心電極5的頂端部設(shè)有由耐消耗性優(yōu)異的金屬（例如，含有Pt、Ir、Pd、Rh、Ru、以及Re等中 的一種以上的金屬等）構(gòu)成的圓柱狀的電極頭31。另外，中心電極5整體形成為棒狀（圓 柱狀），并自絕緣電瓷2的頂端突出。
[0046] 除此之外，在軸孔4的后端側(cè)設(shè)有由預(yù)定的金屬（例如，低碳鋼等）構(gòu)成的棒狀的 端子電極6。端子電極6的后端部自絕緣電瓷2的后端露出，在端子電極6的后端部連接電 力供給用的端子（未圖示）。
[0047] 而且，在軸孔4的中心電極5與端子電極6之間配置有圓柱狀的電阻體7。該電阻 體7的兩端部隔著導(dǎo)電性的玻璃密封層8、9分別與中心電極5和端子電極6進(jìn)行電連接。
[0048] 除此之外，上述主體金屬外殼3由低碳鋼等金屬形成為筒狀，并在其外周面形成 有螺紋部（外螺紋部）15,該螺紋部15用于將火花塞1安裝于內(nèi)燃機(jī)、燃料電池改性器等的 安裝孔。另外，在比螺紋部15靠后端側(cè)的位置形成有向徑向外側(cè)突出的座部16,在螺紋部 15后端的螺紋頸17嵌入有環(huán)狀的墊圈18。而且，在主體金屬外殼3的后端側(cè)設(shè)有截面六 邊形狀的工具卡合部19,該工具卡合部19用于在將主體金屬外殼3安裝于內(nèi)燃機(jī)等時與扳 手等工具相卡合，并且在主體金屬外殼3的后端部設(shè)有用于保持絕緣電瓷2的緊固部20。
[0049] 另外，在主體金屬外殼3的內(nèi)周面設(shè)有用于卡定絕緣電瓷2的錐狀的臺階部21。 并且，絕緣電瓷2相對于主體金屬外殼3從其后端側(cè)向頂端側(cè)插入，在自身的臺階部14與 主體金屬外殼3的臺階部21相卡定的狀態(tài)下，使主體金屬外殼3的后端側(cè)的開口部向徑向 內(nèi)側(cè)緊固、即形成上述緊固部20,從而固定于主體金屬外殼3。另外，在上述臺階部14、21 之間夾設(shè)有圓環(huán)狀的襯板22。由此，保持燃燒室內(nèi)的氣密性，避免進(jìn)入暴露于燃燒室內(nèi)的絕 緣電瓷2的腳部13與主體金屬外殼3的內(nèi)周面之間的間隙的氣體燃料向外部泄漏。
[0050] 而且，為了使緊固作用下的密閉更加完全，在主體金屬外殼3的后端側(cè)的、主體金 屬外殼3與絕緣電瓷2之間夾設(shè)有環(huán)狀的環(huán)構(gòu)件23、24,在環(huán)構(gòu)件23、24之間填充有滑石 (talc) 25的粉末。即，主體金屬外殼3通過襯板22、環(huán)構(gòu)件23、24以及滑石25保持絕緣電 瓷2。
[0051] 另外，在主體金屬外殼3的頂端部26固定有呈棒狀的接地電極27。接地電極27 由以Ni為主要成分的合金等形成，并且在自身的大致中間部分處被折回。除此之外，在接 地電極27的頂端部設(shè)有由耐消耗性優(yōu)異的金屬（例如，含有Pt、Ir、Pd、Rh、Ru、以及Re等 中的一種以上的金屬等）構(gòu)成的圓柱狀的電極頭32。而且，在中心電極5的頂端部（電極 頭31)和接地電極27的頂端部（電極頭32)之間形成火花放電間隙33,在該火花放電間隙 33中，在大致沿軸線CL1的方向上產(chǎn)生火花放電。
[0052] 而且，在本實施方式中，為了抑制順著后端側(cè)主體部10的表面的放電（所謂的跳 火）的產(chǎn)生，使后端側(cè)主體部10的沿著軸線CL1的長度更大。另一方面，為了使自主體金 屬外殼3的后端至端子電極6的后端的距離為預(yù)定值以內(nèi)，使端子電極6的后端部（自絕 緣電瓷2的后端露出的部位）的沿軸線CL1的長度相對較小。另外，如圖2 (在圖2中僅示 出端子電極6的后端部）所示，在端子電極6的后端部外周設(shè)有向軸線CL1方向后端側(cè)延 伸的環(huán)狀的外壁部6A，利用外壁部6A在端子電極6的后端部中央形成以軸線CL1方向為深 度方向的凹部6B。如此，在端子電極6的后端部以包圍凹部6B的周圍的方式設(shè)有環(huán)狀的外 壁部6A。而且，電力供給用的端子（未圖示）配置于凹部6B。
[0053] 另外，如圖3所示，在端子電極6的后端部的外表面設(shè)有由以Ni為主要成分的金 屬構(gòu)成的鎳層35 (另外，"主要成分"指的是材料中質(zhì)量比最高的成分）。鎳層35構(gòu)成為， 雖然厚度T1在各部分有一些不同，但是該厚度T1為3 μ m?25 μ m。除此之外，在與鎳層 35的外表面正交的截面上，使構(gòu)成鎳層35的晶粒的平均截面積為50 μ m2?500 μ m2 (更 優(yōu)選的是200 μ m2?400 μ m2)。另外，在本實施方式中，上述晶粒的平均周長為60 μ m? 200 μ m(更優(yōu)選的是80 μ m?150 μ m)。另外，在外壁部6A的內(nèi)周面6D中的、至少位于比 軸線CL1方向上的一半靠后端側(cè)的部位處的鎳層35的厚度大于底面6C處的鎳層35的厚 度。在本實施方式中，以自外壁部6A的內(nèi)周面的頂端側(cè)向后端側(cè)去而厚度逐漸增大的方式 形成有鎳層35。
[0054] 另外，能夠通過如下的方法獲得晶粒的平均截面積、平均周長。即，通過預(yù)定的聚 焦離子束加工裝置（FIB)，沿與鎳層35的外表面正交的方向切斷鎳層35,獲得包含鎳層35 的薄片。然后，利用預(yù)定的掃描式電子顯微鏡（SM)觀察所獲得的薄片，并且以6500倍的倍 率拍攝包含鎳層35在內(nèi)的縱20 μ mX橫30 μ m的范圍，獲得灰度圖像。之后，如圖4的（a) (在圖4中僅示出了一個晶粒35A，但是在實際的灰度圖像中存在多個晶粒35A)所示，在上 述灰度圖像中，指定位于該圖像的橫向中央并且位于沿縱向延伸的線上的鎳層35的晶粒 35A，并且，將指定的晶粒35A的外形線轉(zhuǎn)印到預(yù)定的薄紙上。接著，在預(yù)定的計算機(jī)上獲取 上述薄紙的數(shù)據(jù)，之后使用預(yù)定的圖像軟件（例如，paint)，如圖4的（b)所示那樣填充位 于上述外形線的內(nèi)側(cè)的區(qū)域。然后，利用預(yù)定的解析軟件（例如，imagej:美國國立衛(wèi)生研 究所制）測量填充后的各區(qū)域中的面積、周長。最后，通過計算測量出的面積的平均值，能 夠獲得晶粒的平均截面積，通過計算測量出的周長的平均值，能夠獲得晶粒的平均周長。另 夕卜，作為FIB，例如能夠列舉日立社制的聚焦離子束加工裝置（型號FB - 2000, SM "掃描 式電子顯微鏡"一體型）等。
[0055] 而且，通過將鎳層35氧化，從而如圖5所示那樣在鎳層35的外表面形成氧化膜 36。但是，在本實施方式中，氧化膜36的壁厚非常薄，其厚度T2為1. Ο μ m以下。另外，出于 鎳層35的耐剝離性的面考慮，氧化膜36的壁厚越薄越優(yōu)選，更優(yōu)選的是不存在氧化膜36。 然而，在本實施方式中，由于在后述的加熱密封工序中加熱端子電極6而在鎳層35的外表 面上形成氧化膜36,氧化膜36的厚度T2為0. 01 μ m以上。
[0056] 除此之外，在本實施方式中，使端子電極6的后端部處的硬度為維氏硬度140Hv? 180Hv。另外，端子電極6的后端部處的硬度能夠通過如下方法測量。即，如圖6所示，在包 含軸線CL1的截面中，選取線段SL，該線段SL位于在與軸線CL1正交的方向上自端子電極 6的外周面向軸線CL1側(cè)離開0. 5mm的位置，并且沿軸線CL1方向延伸，且存在于端子電極 6上。然后，根據(jù)JIS Z2244的規(guī)定，利用正四角錐狀的金剛石壓頭對端子電極6中的位于 上述線段SL的中點(diǎn)CP的部位施加預(yù)定（例如，20kgf)的負(fù)載。然后，能夠基于形成于端子 電極6的壓痕的對角線長度測量端子電極6的后端部處的硬度。
[0057] 接下來，說明如上述那樣構(gòu)成的火花塞1的制造方法進(jìn)行說明。首先，預(yù)先制造主 體金屬外殼3。即，通過對圓柱狀的金屬材料（例如，S17C、S25C這種鐵類材料、不銹鋼材 料）實施冷鍛加工等而形成通孔，制造大致形狀。之后，通過切削加工而調(diào)整外形，獲得主 體金屬外殼中間體。
[0058] 接著，在主體金屬外殼中間體的頂端面上電阻焊接由Ni合金等構(gòu)成的筆直棒狀 的接地電極27。由于在進(jìn)行該焊接時產(chǎn)生所謂的"塌邊"，因此在去除該"塌邊"之后，在主 體金屬外殼中間體的預(yù)定部位通過滾軋而形成螺紋部15。由此，得到焊接有接地電極27的 主體金屬外殼3。
[0059] 接著，通過加工預(yù)定的金屬材料（例如，低碳鋼），得到棒狀的端子電極6。在此基 礎(chǔ)上，通過滾鍍法對端子電極6實施電鍍處理，在端子電極6的外表面上形成鎳層35。在 進(jìn)行電鍍處理時，使用如下這樣的滾鍍裝置（未圖示），該滾鍍裝置包括：電鍍槽，其存儲有 預(yù)定的濃度（例如，250±20g/L)的硫酸鎳（NiS0 4)、預(yù)定的濃度（例如，50±10g/L)的氯化 鎳（NiCl2)、預(yù)定的濃度（例如，40±10g/L)的硼酸（Η 3Β03)、以及包含光澤劑的酸性（pH為 4. 0 ±0. 5左右）的電鍍用水溶液；以及保持容器，其壁面由網(wǎng)、開設(shè)有孔的板等形成，并浸 漬在上述電鍍用水溶液的液體中。具體而言，將端子電極6容納于上述保持容器，將端子電 極6浸漬在電鍍用水溶液中。然后，在使電鍍用水溶液成為預(yù)定溫度（例如，55±5°C)之 后，一邊利用預(yù)定的馬達(dá)使上述保持容器旋轉(zhuǎn)，一邊使預(yù)定的電流密度（例如，〇. 13A/dm2? 1. 33A/dm2)的直流電流流入端子電極6預(yù)定的通電時間（例如，9秒?1500秒）。由此，在 端子電極6的整個外表面的區(qū)域形成鎳層35。在本實施方式中，通過調(diào)節(jié)電鍍處理時的通 電時間、電流密度（A/dm 2)，使鎳層35的厚度T1成為3 μ m?25 μ m，并且使構(gòu)成鎳層35的 晶粒的平均截面積成為50 μ m2?500 μ m2。另外，通過調(diào)節(jié)通電時間，能夠改變鎳層35的 厚度T1，通過調(diào)節(jié)電流密度，能夠改變晶粒的平均截面積。
[0060] 除此之外，獨(dú)立于上述主體金屬外殼3地成形加工絕緣電瓷2。例如，使用以氧化 鋁為主體并包含粘合劑等的原料粉末制備成形用坯料造粒物，使用該成形用坯料造粒物進(jìn) 行橡膠壓制成形，從而獲得筒狀的成形體。對得到的成形體實施研磨加工而調(diào)整其形狀，并 且在燒結(jié)爐中燒結(jié)調(diào)整形狀后的成形體，從而獲得絕緣電瓷2。
[0061] 另外，獨(dú)立于上述主體金屬外殼3、絕緣電瓷2地制造中心電極5。即，對在中央部 配置了用于謀求提高散熱性的銅合金等的Ni合金實施鍛造加工，從而制作中心電極5。另 夕卜，通過激光焊接等將電極頭31接合于中心電極5的頂端部。
[0062] 然后，利用玻璃密封層8、9對如上述那樣獲得的絕緣電瓷2密封固定中心電極5、 端子電極6、以及電阻體7。作為玻璃密封層8、9,通常是將硼硅酸玻璃與金屬粉末混合而制 備，并將該制備后的原料隔著電阻體7注入到絕緣電瓷2的軸孔4內(nèi)，之后在從后方利用端 子電極6按壓的同時，在燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行加熱，從而密封固定中心電極5等。另外，此時，既可 以在絕緣電瓷2的后端側(cè)主體部10表面同時燒結(jié)釉層，也可以預(yù)先形成釉層。另外，在本 實施方式中，通過調(diào)節(jié)加熱時間，使氧化膜36的厚度T2成為1. 0 μ m以下。
[0063] 之后，相對于主體金屬外殼3，自其后端側(cè)開口插入絕緣電瓷2之后，沿軸線CL1方 向按壓主體金屬外殼3的后端部，使上述后端部朝向徑向內(nèi)側(cè)彎曲（S卩，形成緊固部20)，從 而將絕緣電瓷2與主體金屬外殼3固定。
[0064] 接著，在通過電阻焊接等將電極頭32接合于接地電極27的頂端部之后，使接地電 極27向中心電極5側(cè)彎曲。而且，最后，通過調(diào)整形成于中心電極5(電極頭31)與接地電 極27 (電極頭32)之間的火花放電間隙33的大小，得到上述的火花塞1。
[0065] 如以上詳細(xì)敘述那樣，根據(jù)本實施方式，使鎳層35的厚度T1成為3 μ m?25 μ m， 并且使晶粒的平均截面積成為50 μ m2?500 μ m2。因而，能夠充分地提高耐剝離性以及耐 腐蝕性這兩者。結(jié)果，即使在于端子電極6的后端部形成凹部6B并更擔(dān)心端子電極6中的 耐腐蝕性的降低、鎳層的剝離的情況下，也能夠優(yōu)化耐剝離性以及耐腐蝕性這兩者。
[0066] 而且，在使鎳層35的厚度T1成為10 μ m?20 μ m、并且使晶粒的平均截面積成為 200 μ m2?400 μ m2的情況下，能夠進(jìn)一步提高耐剝離性以及耐腐蝕性這兩者。
[0067] 另外，在本實施方式中，使氧化膜36的厚度T2成為Ι.Ομπι以下。因而，能夠充分 地確保鎳層35的柔軟性，從而能夠進(jìn)一步提高鎳層35中的、對抗熱應(yīng)力的耐力。結(jié)果，能 夠?qū)崿F(xiàn)更良好的耐剝離性。
[0068] 而且，使端子電極6的后端部的硬度成為140Ην?180Ην。因而，能夠進(jìn)一步減小 端子電極6與鎳層35之間的熱膨脹差，從而能夠明顯減小施加于鎳層35的熱應(yīng)力。結(jié)果， 能夠明顯提高耐剝離性。
[0069] 接著，為了確認(rèn)通過上述實施方式所發(fā)揮的作用效果，通過調(diào)解電鍍處理時的電 流密度、通電時間，制作多個鎳層中的厚度ΤΙ(μπι)以及晶粒的平均截面積（μπι2)各不相 同的端子電極的樣品，并對各樣品進(jìn)行耐剝離性評價試驗以及耐腐蝕性評價試驗。另外，端 子電極在后端部具有凹部。
[0070] 耐剝離性評價試驗的概要如下述。即，利用管狀爐將各樣品以1000°C加熱8分鐘， 之后緩慢冷卻至室溫。接著，通過目視或者預(yù)定的放大鏡確認(rèn)是否在端子電極的后端部的 外表面產(chǎn)生了鎳層的剝離（破裂等）。在此，對于未產(chǎn)生鎳層的剝離的樣品做出作為具有極 其優(yōu)異的耐剝離性的"☆"的評價。另外，對于雖然產(chǎn)生了鎳層的剝離、但產(chǎn)生剝離的部位 的面積（剝離面積）小于端子電極的后端部的表面積的5%的樣品做出作為具有優(yōu)異的耐 剝離性的"◎"的評價，對于雖然產(chǎn)生了鎳層的剝離、但剝離面積為端子電極的后端部的表 面積的5%?10%的樣品做出作為具有良好的耐剝離性的"〇"的評價。另一方面，對于產(chǎn) 生了鎳層的剝離、并且剝離面積大于端子電極的后端部的表面積的10%的樣品做出作為耐 剝離性較差的" X "的評價。
[0071] 另外，耐腐蝕性評價試驗的概要如下述。即，將各樣品放置在噴出鹽水的環(huán)境下48 小時，確認(rèn)是否在端子電極的后端部表面產(chǎn)生了鐵銹。在此，對于未確認(rèn)到產(chǎn)生鐵銹的樣品 做出作為耐腐蝕性極其優(yōu)異的"☆"的評價。而且，對于雖然產(chǎn)生了鐵銹、但是產(chǎn)生鐵銹的 部位的面積（鐵銹產(chǎn)生面積）小于端子電極的后端部的表面積的5%的樣品做出作為耐腐 蝕性優(yōu)異的"◎"的評價，對于雖然產(chǎn)生了鐵銹、但是鐵銹產(chǎn)生面積是端子電極的后端部的 表面積的5%?30%的樣品做出作為具有良好的耐腐蝕性的"〇"的評價。另一方面，對鐵 銹產(chǎn)生面積超過端子電極的后端部的表面積的30%的樣品做出作為耐腐蝕性較差的"X" 的評價。
[0072] 在表1中示出耐剝離性評價試驗的結(jié)果，在表2中示出耐腐蝕性評價試驗的結(jié)果。 [0073]【表1】
[0074]
【權(quán)利要求】
1. 一種火花塞，其特征在于，該火花塞包括： 絕緣體，其具有沿軸線方向貫穿的軸孔；以及 端子電極，其以自身的后端部自上述絕緣體的后端露出的狀態(tài)插入到上述軸孔中； 在上述端子電極的后端部設(shè)有以上述軸線方向為深度方向的凹部， 在上述端子電極的后端部的外表面上設(shè)有鎳層， 上述鎳層的厚度為3 μ m?25 μ m，并且， 在與上述鎳層的外表面正交的截面中，構(gòu)成上述鎳層的晶粒的平均截面積為50 μ m2? 500 μ m2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于， 上述鎳層的厚度為10 μ m?20 μ m，并且， 在上述截面中，上述晶粒的平均截面積為200 μ m2?400 μ m2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 上述鎳層的外表面上的氧化膜的厚度為1. 〇 μ m以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 上述端子電極的后端部處的硬度為維氏硬度140Hv?180Hv。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 上述端子電極具備包圍上述凹部的周圍的環(huán)狀的外壁部， 上述凹部至少由上述外壁部的內(nèi)周面和作為與上述軸線方向正交的平面的底面形成， 并且， 上述外壁部的內(nèi)周面中的、至少比上述軸線方向上的一半靠后端側(cè)的部位處的上述鎳 層的厚度大于上述底面處的鎳層的厚度。
【文檔編號】H01T13/20GK104143766SQ201410191258
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】杉田真, 那須弘哲 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社
【專利摘要】本發(fā)明提供一種火花塞，其在端子電極的后端部設(shè)有凹部，并且在端子電極的后端部形成有鎳層，在該火花塞中，將會充分地提高端子電極的耐腐蝕性，并且更可靠地抑制鎳層的剝離?；鸹ㄈ?1)包括：絕緣電瓷(2)，其具有沿軸線(CL1)方向貫穿的軸孔(4)；以及端子電極(6)，其以自身的后端部自絕緣電瓷(2)的后端露出的狀態(tài)插入到軸孔(4)中。在端子電極(6)的后端部設(shè)置以軸線CL1方向為深度方向的凹部(6B)。在端子電極(6)的后端部的外表面上設(shè)置鎳層(35)。鎳層(35)的厚度為3μm～25μm，并且在與鎳層(35)的外表面正交的截面中，構(gòu)成鎳層(35)的晶粒的平均截面積為50μm2～500μm2。
【專利說明】火花塞
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種使用于內(nèi)燃機(jī)等的火花塞。
【背景技術(shù)】
[0002] 火花塞安裝于內(nèi)燃機(jī)（發(fā)動機(jī)）等，用于對燃燒室內(nèi)的混合氣體等點(diǎn)火。一般來 說，火花塞包括：絕緣體，其具有沿軸線方向延伸的軸孔；中心電極，其插入設(shè)置到該軸孔 的頂端側(cè)；端子電極，其插入設(shè)置到軸孔的后端側(cè)；主體金屬外殼，其設(shè)于絕緣體的外周； 以及接地電極，其固定于主體金屬外殼的頂端部。此外，端子電極自身的后端部自絕緣體的 后端露出，并在該后端部連接電力供給用的端子。除此之外，絕緣體自身的后端部自主體金 屬外殼的后端露出，且該絕緣體位于端子電極的后端部與主體金屬外殼的后端之間。
[0003] 此外，近年來，為了更可靠地防止順著位于端子電極的后端部與主體金屬外殼的 后端之間的絕緣體的表面的放電，已知有通過在將自主體金屬外殼的后端至端子電極的后 端的距離保持為恒定的同時進(jìn)一步加長絕緣體的后端部、從而較大地確保自主體金屬外殼 的后端至端子電極的后端部的距離的方法（例如，參照專利文獻(xiàn)1等）。而且，提出了在端 子電極的后端部設(shè)置以軸線方向為深度方向的凹部的技術(shù)（例如，參照專利文獻(xiàn)2等）。
[0004] 除此之外，為了實現(xiàn)端子電極中的耐腐蝕性的提高，有時在端子電極的至少后端 部形成由以鎳為主要成分的金屬構(gòu)成的鎳層（例如，參照專利文獻(xiàn)3等）。另外，在形成鎳 層時，通常通過電鍍裝置對端子電極進(jìn)行電鍍處理。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :W02011/33902號公報
[0008] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2012 - 128948號公報
[0009] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2005 - 285468號公報
[0010] 然而，在如上述那樣在端子電極設(shè)有凹部的情況下，鎳層的厚度容易變得不均勻， 容易導(dǎo)致耐腐蝕性的降低、鎳層的剝離。具體而言，對于凹部的底面來說，由于電場強(qiáng)度相 對較低，因此存在鎳層容易變薄，耐腐蝕性不充分的隱患。另一方面，對于端子電極中的位 于凹部的外周的部位來說，由于電場強(qiáng)度相對變得較高，因此存在鎳層容易變厚、鎳層與端 子電極之間的熱膨脹差變大（換句話說，施加于鎳層的熱應(yīng)力變大）、鎳層中的耐剝離性降 低的隱患。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，在于端子電極的后端部設(shè)置凹部 且在端子電極的后端部外表面形成有鎳層的火花塞中，充分地提高端子電極的耐腐蝕性、 并且更可靠地抑制鎳層的剝離。
[0012] 以下，對適用于解決上述目的各結(jié)構(gòu)分項進(jìn)行說明。另外，按照需要對所對應(yīng)結(jié)構(gòu) 記載特有的作用效果。
[0013] 結(jié)構(gòu)1.本結(jié)構(gòu)的火花塞的特征在于，該火花塞包括：絕緣體，其具有沿軸線方向 貫穿的軸孔；以及
[0014] 端子電極，其以自身的后端部自上述絕緣體的后端露出的狀態(tài)插入到上述軸孔 中；
[0015] 在上述端子電極的后端部設(shè)有以上述軸線方向為深度方向的凹部，
[0016] 在上述端子電極的后端部的外表面上設(shè)有鎳層，
[0017] 上述鎳層的厚度為3μπι?25μπι，并且，
[0018] 在與上述鎳層的外表面正交的截面中，構(gòu)成上述鎳層的晶粒的平均截面積為 50 μ m2 ?500 μ m2。
[0019] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，由于鎳層的厚度為25 μ m以下，因此能夠相對減小在鎳層與端子 電極之間產(chǎn)生的熱膨脹差。因而，能夠相對減小施加于鎳層的熱應(yīng)力，從而能夠提高鎳層的 耐剝離性。
[0020] 而且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，構(gòu)成鎳層的晶粒的平均截面積為50 μ m2以上，抑制了晶粒 變得過度細(xì)小。因此，能夠充分地提高晶界結(jié)合力，在鎳層被施加了熱應(yīng)力時，能夠更可靠 地防止在晶界產(chǎn)生裂紋。另外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，晶粒的平均截面積為500 μ m2以下，晶粒的 粒徑相對較小。因而，在鎳層中，能夠充分地提高對抗熱應(yīng)力的耐力。這些作用效果和上述 使鎳層的厚度成為25 μ m以下時所帶來的作用效果相互作用，能夠更可靠地防止鎳層的剝 離。
[0021] 另外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，鎳層的厚度為3μπι以上。因而，能夠充分地減少鎳層中的 每個單位表面積上的針孔數(shù)，從而能夠更可靠地抑制成為腐蝕的原因的、氧等對端子電極 的接觸。
[0022] 而且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，由于使晶粒的平均截面積成為50 μ m2以上，因此不易在晶 界產(chǎn)生裂紋，因此能夠進(jìn)一步可靠地抑制氧等對端子電極的接觸。而且，雖然鎳層以晶相層 疊的方式形成，但是根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，晶粒的平均截面積為500 μ m2以下，晶粒的粒徑相對較 小。因而，能夠進(jìn)一步減小晶界的凹凸，從而能夠更可靠地防止結(jié)晶層的局部變薄。這些作 用效果和上述使鎳層的厚度成為3μπι以上時所帶來的作用效果相互作用，能夠?qū)崿F(xiàn)良好 的耐腐蝕性。
[0023] 如以上那樣，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1，能夠充分地提高耐剝離性以及耐腐蝕性這兩者。結(jié) 果，即使在于端子電極的后端部形成凹部而更擔(dān)心端子電極中的耐腐蝕性的降低、鎳層的 剝離的情況下，也能夠優(yōu)化耐剝離性以及耐腐蝕性這兩者。
[0024] 結(jié)構(gòu)2.本結(jié)構(gòu)的火花塞為，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1所述的火花塞，其特征在于，上述鎳層 的厚度為?ο μ m?20 μ m，并且，
[0025] 在上述截面中，上述晶粒的平均截面積為200 μ m2?400 μ m2。
[0026] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)2,由于鎳層的厚度為20 μ m以下，因此能夠進(jìn)一步減小施加于鎳層 的熱應(yīng)力。并且，由于晶粒的平均截面積為200 μ m2以上，因此能夠進(jìn)一步提高晶界結(jié)合力， 從而能夠進(jìn)一步可靠地防止在晶界產(chǎn)生裂紋。另外，由于晶粒的平均截面積為400 μ m2以 下，因此能夠進(jìn)一步提高鎳層的對抗熱應(yīng)力的耐力。以上的結(jié)果，能夠進(jìn)一步提高鎳層的耐 剝離性。
[0027] 而且，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)2,由于鎳層的厚度為10 μ m以上，因此能夠進(jìn)一步減少鎳層 中的每個單位表面積上的針孔數(shù)。而且，由于使晶粒的平均截面積成為200 μ m2以上，因此 能夠進(jìn)一步抑制晶界處的裂紋的產(chǎn)生，另外，由于晶粒的平均截面積為400 μ m2以下，因此 能夠進(jìn)一步可靠地防止結(jié)晶層的局部變薄。以上的結(jié)果，能夠大幅度提高耐腐蝕性。
[0028] 如以上那樣，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)2,能夠明顯提高耐剝離性以及耐腐蝕性這兩者。結(jié)果， 即使在于端子電極的后端部形成有凹部的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)非常優(yōu)異的耐剝離性以及耐 腐蝕性。
[0029] 結(jié)構(gòu)3.本結(jié)構(gòu)的火花塞為，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1或2所述的火花塞，其特征在于，上述 鎳層的外表面上的氧化膜的厚度為1. 〇 μ m以下。
[0030] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)3,鎳層的外表面上的氧化膜的厚度為1. 0 μ m以下。因而，能夠充分 地確保鎳層的柔軟性，從而能夠進(jìn)一步提高在鎳層中對抗熱應(yīng)力的耐力。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)更 良好的耐剝離性。另外，在耐剝離性的方面，氧化膜越薄越優(yōu)選。
[0031] 結(jié)構(gòu)4.本結(jié)構(gòu)的火花塞為，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1至3中任一項所述的火花塞，其特征 在于，上述端子電極的后端部處的硬度為維氏硬度140Hv?180Hv。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)4,端子 電極的后端部的硬度是140Hv?180Hv。因而，能夠進(jìn)一步減小端子電極與鎳層之間的熱膨 脹差，從而能夠明顯減小施加于鎳層的熱應(yīng)力。結(jié)果，能夠大幅度提高耐剝離性。
[0032] 結(jié)構(gòu)5.本結(jié)構(gòu)的火花塞為，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)1至4中任一項所述的火花塞，其特征 在于，上述端子電極具備包圍上述凹部的周圍的環(huán)狀的外壁部，上述凹部至少由上述外壁 部的內(nèi)周面和作為與上述軸線方向正交的平面的底面形成，并且，上述外壁部的內(nèi)周面中 的、至少比上述軸線方向上的一半靠后端側(cè)的部位處的上述鎳層的厚度大于上述底面處的 鎳層的厚度。在將電力供給用的端子配置于凹部時，外壁部的內(nèi)周面中的比軸線方向上的 一半靠后端側(cè)的部位起到用于在凹部內(nèi)正確地配置電力供給用的端子的引導(dǎo)的作用。此 時，由于電力供給用的端子一邊擦蹭于外壁部的內(nèi)周面一邊被引導(dǎo)，因此存在鎳層被削去 的隱患。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)5,由于上述外壁部的內(nèi)周面中的、至少比上述軸線方向上的一半靠 后端側(cè)的部位處的上述鎳層的厚度較大，因此即使鎳層被削去也能夠抑制端子電極母材露 出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033] 圖1是表示火花塞的結(jié)構(gòu)的局部剖切主視圖。
[0034] 圖2是表示端子電極的后端部的結(jié)構(gòu)的放大立體圖。
[0035] 圖3是端子電極等的剖視圖。
[0036] 圖4的（a)、（b)是用于說明晶粒的平均截面積的計算方法的說明圖。
[0037] 圖5是表示形成于鎳層的外表面的氧化膜等的放大截面示意圖。
[0038] 圖6是用于對端子電極的硬度的測量位置進(jìn)行說明的端子電極的放大剖視圖。
[0039] 圖7是用于對形成于端子電極的鎳層的厚度的關(guān)系進(jìn)行說明的端子電極的放大 剖視圖。
[0040] 附圖標(biāo)記說明
[0041] 1…火花塞；2…絕緣電瓷（絕緣體）；4…軸孔；6…端子電極；6A…外壁部；6B…凹 部；6C···底面；6D…內(nèi)圓周面；35···鎳層；36···氧化膜；CL1···軸線。
【具體實施方式】
[0042] 以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】一實施方式。圖1是表示火花塞1的局部剖切主視圖。另外， 在圖1中，將火花塞1的軸線CL1方向設(shè)為附圖的上下方向，將下側(cè)設(shè)為火花塞1的頂端側(cè)， 將上側(cè)設(shè)為后端側(cè)來進(jìn)行說明。
[0043] 火花塞1由形成為筒狀的作為絕緣體的絕緣電瓷2和保持該絕緣電瓷2的筒狀的 主體金屬外殼3等構(gòu)成。
[0044] 絕緣電瓷2是如公知那樣通過燒結(jié)氧化鋁等而形成的，在其外形部包括：后端側(cè) 主體部10,其形成于后端側(cè)；大徑部11，其在比該后端側(cè)主體部10靠頂端側(cè)的位置向徑向 外側(cè)突出形成；中間主體部12,其在比該大徑部11靠頂端側(cè)的位置以比該大徑部11細(xì)的 直徑形成；以及腳部13,其在比該中間主體部12靠頂端側(cè)的位置以比該中間主體部12細(xì) 的直徑形成。此外，絕緣電瓷2中的大徑部11、中間主體部12以及大部分的腳部13容納于 主體金屬外殼3的內(nèi)部，且后端側(cè)主體部10自主體金屬外殼3的后端露出。而且，在中間 主體部12和腳部13之間的連接部形成有錐狀的臺階部14,利用該臺階部14將絕緣電瓷2 卡定于主體金屬外殼3。
[0045] 而且，在絕緣電瓷2中貫穿形成有沿軸線CL1延伸的軸孔4,在該軸孔4的頂端側(cè) 插入設(shè)置有中心電極5。該中心電極5包括內(nèi)層5A和外層5B，該內(nèi)層5A由導(dǎo)熱性優(yōu)異的 金屬（例如銅、銅合金等）構(gòu)成，該外層5B由以鎳（Ni)為主要成分的合金構(gòu)成。而且，在中 心電極5的頂端部設(shè)有由耐消耗性優(yōu)異的金屬（例如，含有Pt、Ir、Pd、Rh、Ru、以及Re等中 的一種以上的金屬等）構(gòu)成的圓柱狀的電極頭31。另外，中心電極5整體形成為棒狀（圓 柱狀），并自絕緣電瓷2的頂端突出。
[0046] 除此之外，在軸孔4的后端側(cè)設(shè)有由預(yù)定的金屬（例如，低碳鋼等）構(gòu)成的棒狀的 端子電極6。端子電極6的后端部自絕緣電瓷2的后端露出，在端子電極6的后端部連接電 力供給用的端子（未圖示）。
[0047] 而且，在軸孔4的中心電極5與端子電極6之間配置有圓柱狀的電阻體7。該電阻 體7的兩端部隔著導(dǎo)電性的玻璃密封層8、9分別與中心電極5和端子電極6進(jìn)行電連接。
[0048] 除此之外，上述主體金屬外殼3由低碳鋼等金屬形成為筒狀，并在其外周面形成 有螺紋部（外螺紋部）15,該螺紋部15用于將火花塞1安裝于內(nèi)燃機(jī)、燃料電池改性器等的 安裝孔。另外，在比螺紋部15靠后端側(cè)的位置形成有向徑向外側(cè)突出的座部16,在螺紋部 15后端的螺紋頸17嵌入有環(huán)狀的墊圈18。而且，在主體金屬外殼3的后端側(cè)設(shè)有截面六 邊形狀的工具卡合部19,該工具卡合部19用于在將主體金屬外殼3安裝于內(nèi)燃機(jī)等時與扳 手等工具相卡合，并且在主體金屬外殼3的后端部設(shè)有用于保持絕緣電瓷2的緊固部20。
[0049] 另外，在主體金屬外殼3的內(nèi)周面設(shè)有用于卡定絕緣電瓷2的錐狀的臺階部21。 并且，絕緣電瓷2相對于主體金屬外殼3從其后端側(cè)向頂端側(cè)插入，在自身的臺階部14與 主體金屬外殼3的臺階部21相卡定的狀態(tài)下，使主體金屬外殼3的后端側(cè)的開口部向徑向 內(nèi)側(cè)緊固、即形成上述緊固部20,從而固定于主體金屬外殼3。另外，在上述臺階部14、21 之間夾設(shè)有圓環(huán)狀的襯板22。由此，保持燃燒室內(nèi)的氣密性，避免進(jìn)入暴露于燃燒室內(nèi)的絕 緣電瓷2的腳部13與主體金屬外殼3的內(nèi)周面之間的間隙的氣體燃料向外部泄漏。
[0050] 而且，為了使緊固作用下的密閉更加完全，在主體金屬外殼3的后端側(cè)的、主體金 屬外殼3與絕緣電瓷2之間夾設(shè)有環(huán)狀的環(huán)構(gòu)件23、24,在環(huán)構(gòu)件23、24之間填充有滑石 (talc) 25的粉末。即，主體金屬外殼3通過襯板22、環(huán)構(gòu)件23、24以及滑石25保持絕緣電 瓷2。
[0051] 另外，在主體金屬外殼3的頂端部26固定有呈棒狀的接地電極27。接地電極27 由以Ni為主要成分的合金等形成，并且在自身的大致中間部分處被折回。除此之外，在接 地電極27的頂端部設(shè)有由耐消耗性優(yōu)異的金屬（例如，含有Pt、Ir、Pd、Rh、Ru、以及Re等 中的一種以上的金屬等）構(gòu)成的圓柱狀的電極頭32。而且，在中心電極5的頂端部（電極 頭31)和接地電極27的頂端部（電極頭32)之間形成火花放電間隙33,在該火花放電間隙 33中，在大致沿軸線CL1的方向上產(chǎn)生火花放電。
[0052] 而且，在本實施方式中，為了抑制順著后端側(cè)主體部10的表面的放電（所謂的跳 火）的產(chǎn)生，使后端側(cè)主體部10的沿著軸線CL1的長度更大。另一方面，為了使自主體金 屬外殼3的后端至端子電極6的后端的距離為預(yù)定值以內(nèi)，使端子電極6的后端部（自絕 緣電瓷2的后端露出的部位）的沿軸線CL1的長度相對較小。另外，如圖2 (在圖2中僅示 出端子電極6的后端部）所示，在端子電極6的后端部外周設(shè)有向軸線CL1方向后端側(cè)延 伸的環(huán)狀的外壁部6A，利用外壁部6A在端子電極6的后端部中央形成以軸線CL1方向為深 度方向的凹部6B。如此，在端子電極6的后端部以包圍凹部6B的周圍的方式設(shè)有環(huán)狀的外 壁部6A。而且，電力供給用的端子（未圖示）配置于凹部6B。
[0053] 另外，如圖3所示，在端子電極6的后端部的外表面設(shè)有由以Ni為主要成分的金 屬構(gòu)成的鎳層35 (另外，"主要成分"指的是材料中質(zhì)量比最高的成分）。鎳層35構(gòu)成為， 雖然厚度T1在各部分有一些不同，但是該厚度T1為3 μ m?25 μ m。除此之外，在與鎳層 35的外表面正交的截面上，使構(gòu)成鎳層35的晶粒的平均截面積為50 μ m2?500 μ m2 (更 優(yōu)選的是200 μ m2?400 μ m2)。另外，在本實施方式中，上述晶粒的平均周長為60 μ m? 200 μ m(更優(yōu)選的是80 μ m?150 μ m)。另外，在外壁部6A的內(nèi)周面6D中的、至少位于比 軸線CL1方向上的一半靠后端側(cè)的部位處的鎳層35的厚度大于底面6C處的鎳層35的厚 度。在本實施方式中，以自外壁部6A的內(nèi)周面的頂端側(cè)向后端側(cè)去而厚度逐漸增大的方式 形成有鎳層35。
[0054] 另外，能夠通過如下的方法獲得晶粒的平均截面積、平均周長。即，通過預(yù)定的聚 焦離子束加工裝置（FIB)，沿與鎳層35的外表面正交的方向切斷鎳層35,獲得包含鎳層35 的薄片。然后，利用預(yù)定的掃描式電子顯微鏡（SM)觀察所獲得的薄片，并且以6500倍的倍 率拍攝包含鎳層35在內(nèi)的縱20 μ mX橫30 μ m的范圍，獲得灰度圖像。之后，如圖4的（a) (在圖4中僅示出了一個晶粒35A，但是在實際的灰度圖像中存在多個晶粒35A)所示，在上 述灰度圖像中，指定位于該圖像的橫向中央并且位于沿縱向延伸的線上的鎳層35的晶粒 35A，并且，將指定的晶粒35A的外形線轉(zhuǎn)印到預(yù)定的薄紙上。接著，在預(yù)定的計算機(jī)上獲取 上述薄紙的數(shù)據(jù)，之后使用預(yù)定的圖像軟件（例如，paint)，如圖4的（b)所示那樣填充位 于上述外形線的內(nèi)側(cè)的區(qū)域。然后，利用預(yù)定的解析軟件（例如，imagej:美國國立衛(wèi)生研 究所制）測量填充后的各區(qū)域中的面積、周長。最后，通過計算測量出的面積的平均值，能 夠獲得晶粒的平均截面積，通過計算測量出的周長的平均值，能夠獲得晶粒的平均周長。另 夕卜，作為FIB，例如能夠列舉日立社制的聚焦離子束加工裝置（型號FB - 2000, SM "掃描 式電子顯微鏡"一體型）等。
[0055] 而且，通過將鎳層35氧化，從而如圖5所示那樣在鎳層35的外表面形成氧化膜 36。但是，在本實施方式中，氧化膜36的壁厚非常薄，其厚度T2為1. Ο μ m以下。另外，出于 鎳層35的耐剝離性的面考慮，氧化膜36的壁厚越薄越優(yōu)選，更優(yōu)選的是不存在氧化膜36。 然而，在本實施方式中，由于在后述的加熱密封工序中加熱端子電極6而在鎳層35的外表 面上形成氧化膜36,氧化膜36的厚度T2為0. 01 μ m以上。
[0056] 除此之外，在本實施方式中，使端子電極6的后端部處的硬度為維氏硬度140Hv? 180Hv。另外，端子電極6的后端部處的硬度能夠通過如下方法測量。即，如圖6所示，在包 含軸線CL1的截面中，選取線段SL，該線段SL位于在與軸線CL1正交的方向上自端子電極 6的外周面向軸線CL1側(cè)離開0. 5mm的位置，并且沿軸線CL1方向延伸，且存在于端子電極 6上。然后，根據(jù)JIS Z2244的規(guī)定，利用正四角錐狀的金剛石壓頭對端子電極6中的位于 上述線段SL的中點(diǎn)CP的部位施加預(yù)定（例如，20kgf)的負(fù)載。然后，能夠基于形成于端子 電極6的壓痕的對角線長度測量端子電極6的后端部處的硬度。
[0057] 接下來，說明如上述那樣構(gòu)成的火花塞1的制造方法進(jìn)行說明。首先，預(yù)先制造主 體金屬外殼3。即，通過對圓柱狀的金屬材料（例如，S17C、S25C這種鐵類材料、不銹鋼材 料）實施冷鍛加工等而形成通孔，制造大致形狀。之后，通過切削加工而調(diào)整外形，獲得主 體金屬外殼中間體。
[0058] 接著，在主體金屬外殼中間體的頂端面上電阻焊接由Ni合金等構(gòu)成的筆直棒狀 的接地電極27。由于在進(jìn)行該焊接時產(chǎn)生所謂的"塌邊"，因此在去除該"塌邊"之后，在主 體金屬外殼中間體的預(yù)定部位通過滾軋而形成螺紋部15。由此，得到焊接有接地電極27的 主體金屬外殼3。
[0059] 接著，通過加工預(yù)定的金屬材料（例如，低碳鋼），得到棒狀的端子電極6。在此基 礎(chǔ)上，通過滾鍍法對端子電極6實施電鍍處理，在端子電極6的外表面上形成鎳層35。在 進(jìn)行電鍍處理時，使用如下這樣的滾鍍裝置（未圖示），該滾鍍裝置包括：電鍍槽，其存儲有 預(yù)定的濃度（例如，250±20g/L)的硫酸鎳（NiS0 4)、預(yù)定的濃度（例如，50±10g/L)的氯化 鎳（NiCl2)、預(yù)定的濃度（例如，40±10g/L)的硼酸（Η 3Β03)、以及包含光澤劑的酸性（pH為 4. 0 ±0. 5左右）的電鍍用水溶液；以及保持容器，其壁面由網(wǎng)、開設(shè)有孔的板等形成，并浸 漬在上述電鍍用水溶液的液體中。具體而言，將端子電極6容納于上述保持容器，將端子電 極6浸漬在電鍍用水溶液中。然后，在使電鍍用水溶液成為預(yù)定溫度（例如，55±5°C)之 后，一邊利用預(yù)定的馬達(dá)使上述保持容器旋轉(zhuǎn)，一邊使預(yù)定的電流密度（例如，〇. 13A/dm2? 1. 33A/dm2)的直流電流流入端子電極6預(yù)定的通電時間（例如，9秒?1500秒）。由此，在 端子電極6的整個外表面的區(qū)域形成鎳層35。在本實施方式中，通過調(diào)節(jié)電鍍處理時的通 電時間、電流密度（A/dm 2)，使鎳層35的厚度T1成為3 μ m?25 μ m，并且使構(gòu)成鎳層35的 晶粒的平均截面積成為50 μ m2?500 μ m2。另外，通過調(diào)節(jié)通電時間，能夠改變鎳層35的 厚度T1，通過調(diào)節(jié)電流密度，能夠改變晶粒的平均截面積。
[0060] 除此之外，獨(dú)立于上述主體金屬外殼3地成形加工絕緣電瓷2。例如，使用以氧化 鋁為主體并包含粘合劑等的原料粉末制備成形用坯料造粒物，使用該成形用坯料造粒物進(jìn) 行橡膠壓制成形，從而獲得筒狀的成形體。對得到的成形體實施研磨加工而調(diào)整其形狀，并 且在燒結(jié)爐中燒結(jié)調(diào)整形狀后的成形體，從而獲得絕緣電瓷2。
[0061] 另外，獨(dú)立于上述主體金屬外殼3、絕緣電瓷2地制造中心電極5。即，對在中央部 配置了用于謀求提高散熱性的銅合金等的Ni合金實施鍛造加工，從而制作中心電極5。另 夕卜，通過激光焊接等將電極頭31接合于中心電極5的頂端部。
[0062] 然后，利用玻璃密封層8、9對如上述那樣獲得的絕緣電瓷2密封固定中心電極5、 端子電極6、以及電阻體7。作為玻璃密封層8、9,通常是將硼硅酸玻璃與金屬粉末混合而制 備，并將該制備后的原料隔著電阻體7注入到絕緣電瓷2的軸孔4內(nèi)，之后在從后方利用端 子電極6按壓的同時，在燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行加熱，從而密封固定中心電極5等。另外，此時，既可 以在絕緣電瓷2的后端側(cè)主體部10表面同時燒結(jié)釉層，也可以預(yù)先形成釉層。另外，在本 實施方式中，通過調(diào)節(jié)加熱時間，使氧化膜36的厚度T2成為1. 0 μ m以下。
[0063] 之后，相對于主體金屬外殼3，自其后端側(cè)開口插入絕緣電瓷2之后，沿軸線CL1方 向按壓主體金屬外殼3的后端部，使上述后端部朝向徑向內(nèi)側(cè)彎曲（S卩，形成緊固部20)，從 而將絕緣電瓷2與主體金屬外殼3固定。
[0064] 接著，在通過電阻焊接等將電極頭32接合于接地電極27的頂端部之后，使接地電 極27向中心電極5側(cè)彎曲。而且，最后，通過調(diào)整形成于中心電極5(電極頭31)與接地電 極27 (電極頭32)之間的火花放電間隙33的大小，得到上述的火花塞1。
[0065] 如以上詳細(xì)敘述那樣，根據(jù)本實施方式，使鎳層35的厚度T1成為3 μ m?25 μ m， 并且使晶粒的平均截面積成為50 μ m2?500 μ m2。因而，能夠充分地提高耐剝離性以及耐 腐蝕性這兩者。結(jié)果，即使在于端子電極6的后端部形成凹部6B并更擔(dān)心端子電極6中的 耐腐蝕性的降低、鎳層的剝離的情況下，也能夠優(yōu)化耐剝離性以及耐腐蝕性這兩者。
[0066] 而且，在使鎳層35的厚度T1成為10 μ m?20 μ m、并且使晶粒的平均截面積成為 200 μ m2?400 μ m2的情況下，能夠進(jìn)一步提高耐剝離性以及耐腐蝕性這兩者。
[0067] 另外，在本實施方式中，使氧化膜36的厚度T2成為Ι.Ομπι以下。因而，能夠充分 地確保鎳層35的柔軟性，從而能夠進(jìn)一步提高鎳層35中的、對抗熱應(yīng)力的耐力。結(jié)果，能 夠?qū)崿F(xiàn)更良好的耐剝離性。
[0068] 而且，使端子電極6的后端部的硬度成為140Ην?180Ην。因而，能夠進(jìn)一步減小 端子電極6與鎳層35之間的熱膨脹差，從而能夠明顯減小施加于鎳層35的熱應(yīng)力。結(jié)果， 能夠明顯提高耐剝離性。
[0069] 接著，為了確認(rèn)通過上述實施方式所發(fā)揮的作用效果，通過調(diào)解電鍍處理時的電 流密度、通電時間，制作多個鎳層中的厚度ΤΙ(μπι)以及晶粒的平均截面積（μπι2)各不相 同的端子電極的樣品，并對各樣品進(jìn)行耐剝離性評價試驗以及耐腐蝕性評價試驗。另外，端 子電極在后端部具有凹部。
[0070] 耐剝離性評價試驗的概要如下述。即，利用管狀爐將各樣品以1000°C加熱8分鐘， 之后緩慢冷卻至室溫。接著，通過目視或者預(yù)定的放大鏡確認(rèn)是否在端子電極的后端部的 外表面產(chǎn)生了鎳層的剝離（破裂等）。在此，對于未產(chǎn)生鎳層的剝離的樣品做出作為具有極 其優(yōu)異的耐剝離性的"☆"的評價。另外，對于雖然產(chǎn)生了鎳層的剝離、但產(chǎn)生剝離的部位 的面積（剝離面積）小于端子電極的后端部的表面積的5%的樣品做出作為具有優(yōu)異的耐 剝離性的"◎"的評價，對于雖然產(chǎn)生了鎳層的剝離、但剝離面積為端子電極的后端部的表 面積的5%?10%的樣品做出作為具有良好的耐剝離性的"〇"的評價。另一方面，對于產(chǎn) 生了鎳層的剝離、并且剝離面積大于端子電極的后端部的表面積的10%的樣品做出作為耐 剝離性較差的" X "的評價。
[0071] 另外，耐腐蝕性評價試驗的概要如下述。即，將各樣品放置在噴出鹽水的環(huán)境下48 小時，確認(rèn)是否在端子電極的后端部表面產(chǎn)生了鐵銹。在此，對于未確認(rèn)到產(chǎn)生鐵銹的樣品 做出作為耐腐蝕性極其優(yōu)異的"☆"的評價。而且，對于雖然產(chǎn)生了鐵銹、但是產(chǎn)生鐵銹的 部位的面積（鐵銹產(chǎn)生面積）小于端子電極的后端部的表面積的5%的樣品做出作為耐腐 蝕性優(yōu)異的"◎"的評價，對于雖然產(chǎn)生了鐵銹、但是鐵銹產(chǎn)生面積是端子電極的后端部的 表面積的5%?30%的樣品做出作為具有良好的耐腐蝕性的"〇"的評價。另一方面，對鐵 銹產(chǎn)生面積超過端子電極的后端部的表面積的30%的樣品做出作為耐腐蝕性較差的"X" 的評價。
[0072] 在表1中示出耐剝離性評價試驗的結(jié)果，在表2中示出耐腐蝕性評價試驗的結(jié)果。 [0073]【表1】
[0074]
【權(quán)利要求】
1. 一種火花塞，其特征在于，該火花塞包括： 絕緣體，其具有沿軸線方向貫穿的軸孔；以及 端子電極，其以自身的后端部自上述絕緣體的后端露出的狀態(tài)插入到上述軸孔中； 在上述端子電極的后端部設(shè)有以上述軸線方向為深度方向的凹部， 在上述端子電極的后端部的外表面上設(shè)有鎳層， 上述鎳層的厚度為3 μ m?25 μ m，并且， 在與上述鎳層的外表面正交的截面中，構(gòu)成上述鎳層的晶粒的平均截面積為50 μ m2? 500 μ m2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花塞，其特征在于， 上述鎳層的厚度為10 μ m?20 μ m，并且， 在上述截面中，上述晶粒的平均截面積為200 μ m2?400 μ m2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 上述鎳層的外表面上的氧化膜的厚度為1. 〇 μ m以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 上述端子電極的后端部處的硬度為維氏硬度140Hv?180Hv。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于， 上述端子電極具備包圍上述凹部的周圍的環(huán)狀的外壁部， 上述凹部至少由上述外壁部的內(nèi)周面和作為與上述軸線方向正交的平面的底面形成， 并且， 上述外壁部的內(nèi)周面中的、至少比上述軸線方向上的一半靠后端側(cè)的部位處的上述鎳 層的厚度大于上述底面處的鎳層的厚度。
【文檔編號】H01T13/20GK104143766SQ201410191258
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】杉田真, 那須弘哲 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社
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