本發(fā)明涉及作為用于形成火花塞電極(中心電極、接地電極)的構(gòu)件使用且具有覆層結(jié)構(gòu)的帶材。詳細(xì)而言，本發(fā)明涉及包含貴金屬層和賤金屬層、將賤金屬層與火花塞接合且以貴金屬層作為電極面的覆層帶材。

背景技術(shù)：

用于內(nèi)燃機(jī)等的火花塞用電極(中心電極、接地電極)使用pt、pt合金、ir、ir合金等貴金屬及其合金。以往，在使用這些貴金屬材料作為電極時，通常在火花塞側(cè)的包含ni合金等耐熱材料的基材上接合芯片狀的貴金屬材料。作為該貴金屬芯片的接合方法，已知有激光焊接。該激光焊接是通過對貴金屬芯片與基材接觸的部分的外周表面照射激光而使該照射部位熔化、從而將貴金屬芯片與基材接合的方法。

激光焊接會使貴金屬芯片與基材的接合部的外周表面熔化，但接合面的內(nèi)側(cè)的部分有可能未熔化。該情況下，有可能在接合界面殘留空隙，在使用時達(dá)到高溫時，由于空隙內(nèi)部的氣體的膨脹而產(chǎn)生裂紋，具有貴金屬芯片從基材剝離的傾向。

另外，激光焊接中，在接合部的外周表面產(chǎn)生熔融帶。熔融帶是通過材料的熔融、凝固而形成的區(qū)域，但其材料組成、組織與貴金屬母材不同，脆且電性質(zhì)也差。即，熔融帶并不是作為火花塞材料有效的部位。因此，需要額外地留取貴金屬芯片的長度，從基于貴金屬使用量的成本方面或省資源化的觀點(diǎn)考慮不是優(yōu)選的。

因此，本發(fā)明人推薦了應(yīng)用由貴金屬層和基材形成的具有覆層結(jié)構(gòu)的電極芯片來代替以往的包含貴金屬的貴金屬芯片。該火花塞電極用電極芯片是利用接合條件受控的擴(kuò)散接合將薄的貴金屬層接合到包含ni、ni合金等的基材上而形成的。該電極芯片是預(yù)先設(shè)定最佳的接合條件將貴金屬層與基材接合而成，能夠在確保電極特性和壽命的同時使貴金屬層的厚度為最小限度，因此有助于減少貴金屬使用量。另外，由于使用與火花塞電極的基材相同的ni合金等作為基材，因此，也能夠容易地進(jìn)行芯片安裝的接合。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2004-134209號公報

專利文獻(xiàn)2：國際公開第2013/015262號小冊子

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問題

利用本發(fā)明人提出的電極芯片形成火花塞用電極的方法具有上述優(yōu)點(diǎn)，但要求進(jìn)一步的改良。特別是被指出與電極芯片的操作性相關(guān)的制造效率的提高。在火花塞制造中，將電極芯片定位載置于被固定的火花塞主體的基材表面上之后進(jìn)行接合，由此形成電極部分。該操作是對電極芯片逐個進(jìn)行處理的操作，較為繁雜。關(guān)于該改善要求，對于以往的貴金屬芯片也被指出過，難以稱為高效的操作。

因此，在本發(fā)明中，提供能夠利用將薄型的貴金屬層與基材組合而得到的覆層結(jié)構(gòu)的形式、并且能夠高效地形成基于該構(gòu)成的火花塞電極的構(gòu)件和加工工藝。

用于解決問題的方法

解決上述問題的本發(fā)明為一種火花塞電極制造用帶材，其為用于形成在設(shè)定于火花塞的電極基材上的接合區(qū)域上包覆有賤金屬層和貴金屬層的電極芯片的構(gòu)件，其中，具有在與上述接合區(qū)域接觸的賤金屬層上包覆有與上述賤金屬層接觸的貴金屬層的長的帶狀的形態(tài)，上述賤金屬層的寬度具有與上述接合區(qū)域的縱、橫或直徑中的任一者大致相等的寬度。

上述現(xiàn)有技術(shù)中，個別地制造電極芯片，并逐個地接合到火花塞的基材上。與此相對，本發(fā)明利用具有與上述電極芯片同樣的構(gòu)成、使芯片連續(xù)地連接的覆層狀的帶材?；鸹ㄈ姌O的制造中的包含該覆層帶的構(gòu)件的利用方式中，將帶材運(yùn)送至火花塞的電極基材上，利用電阻焊等進(jìn)行接合，將帶材切斷，由此，可以形成電極芯片(圖1)。該一系列操作與對微小的電極芯片逐個進(jìn)行處理的方法相比更高效，還能夠使設(shè)備成本低廉。

以下，對本發(fā)明的火花塞電極制造用的構(gòu)件進(jìn)行說明。本發(fā)明為包覆有與火花塞電極的基材接合的賤金屬層和與賤金屬層接觸的貴金屬層的帶狀構(gòu)件。

貴金屬層是作為火花塞的電極進(jìn)行通電、放電的金屬，優(yōu)選pt或pt合金、或者ir或ir合金。作為pt合金的具體例，可以列舉pt-rh合金、pt-ir合金、pt-ni合金、pt-cu合金等。該情況下的pt濃度優(yōu)選為60質(zhì)量％以上且97質(zhì)量％以下。另外，作為ir合金的具體例，可以列舉ir-rh合金、ir-fe合金、ir-feni合金、ir-cr合金等。ir合金的ir濃度優(yōu)選為50質(zhì)量％以上且99質(zhì)量％以下。此外，也可以應(yīng)用ir與pt的合金即ir-pt合金(pt濃度為3質(zhì)量％以上且40質(zhì)量％以下)。

賤金屬層優(yōu)選包含ni或ni合金、或者cu或cu合金。具體而言，可以列舉ni-cr合金、ni-fe-al合金、ni-fe-co合金、ni-pt合金、ni-pd合金、ni-ir合金、cu-cr合金、cu-ni合金、cu-w合金、cu-pt合金、cu-ir合金、cu-pd合金等。作為代表性的ni合金，可以優(yōu)選使用因科鎳合金之類的耐熱性ni基合金。

關(guān)于帶材的寬度，只要與電極的基材接合的賤金屬層的寬度與基材的接合區(qū)域大致相等即可。在此，接合區(qū)域是在基材的表面上確定的矩形或圓形的區(qū)域，是對形成于基材上的電極芯片的底面進(jìn)行規(guī)定的區(qū)域。接合區(qū)域的縱向?qū)挾?、橫向?qū)挾然蛑睆疆?dāng)然是比基材的縱向?qū)挾?、橫向?qū)挾日某叽?。通過使帶材的賤金屬層的寬度與接合區(qū)域大致相等，能夠使接合后的切斷部位僅為一處，能夠進(jìn)行高效的電極芯片的形成。另外，關(guān)于帶材的賤金屬層的寬度，與接合區(qū)域的縱向?qū)挾群蜋M向?qū)挾戎械哪囊粋€寬度相等是根據(jù)帶材相對于基材的運(yùn)送方向來確定的(參考圖2)。需要說明的是，關(guān)于貴金屬層的寬度，可以與賤金屬層相同，也可以比賤金屬層寬度窄。

需要說明的是，作為貴金屬層、賤金屬層的厚度，沒有特別限定。貴金屬層是承受通電、放電的負(fù)荷的消耗部，其厚度考慮電極壽命、電特性來適當(dāng)設(shè)定。與此相對，關(guān)于賤金屬層，優(yōu)選相對于貴金屬層設(shè)定為1.5倍以上且5倍以下的厚度。

另外，貴金屬層、賤金屬層的朝向(層疊方向)可以為縱、橫中的任一種。對于在通常的火花塞電極中的應(yīng)用，具有貴金屬層與賤金屬層沿上下(垂直方向)層疊的形態(tài)(重疊)。但是，近年來，還開發(fā)了使貴金屬部分形成突出形狀而作為接地電極的形狀的火花塞，針對該用途，可以為賤金屬層與貴金屬層沿橫向(水平方向)層疊的形態(tài)(邊緣鋪設(shè)(edge-lay))(圖3)。

另外，本發(fā)明的覆層結(jié)構(gòu)的帶材中，可以在貴金屬層與賤金屬層之間形成有中間層。該中間層包含ni與貴金屬的合金或cu與貴金屬的合金。該中間層是通過在帶材的制造過程中將貴金屬層與賤金屬層接合時的熱歷程而形成的擴(kuò)散層。中間層為具有傾斜性的組成(貴金屬濃度)的合金層。通過具有中間層，貴金屬層與賤金屬層的接合強(qiáng)度提高。該擴(kuò)散層的厚度優(yōu)選為5μm以上且150μm以下。

作為本發(fā)明的帶狀構(gòu)件在火花塞電極中的利用方式，如前所述，通過將帶材供給至火花塞的電極基材上并進(jìn)行接合和切斷而在電極基材上形成電極芯片。在此，帶材向電極基材上的接合優(yōu)選應(yīng)用電阻焊。電阻焊能夠在短時間內(nèi)對微小區(qū)域進(jìn)行高效的接合，適合于火花塞電極的形成。

在此，考慮到利用電阻焊得到的接合部的品質(zhì)、接合操作的高效化，本發(fā)明中，在其斷面形狀中，優(yōu)選在賤金屬層的接合區(qū)域側(cè)的表面上形成有一個以上的突起(突出部)。通過形成突出部，在電阻焊時使電阻發(fā)熱集中，能夠進(jìn)行高效的焊接。如圖4中所例示，突出部可以為一個，也可以形成有多個。需要說明的是，本發(fā)明為帶狀構(gòu)件，因此，所形成的突出部的實際形狀具有線狀的形態(tài)。

本發(fā)明的火花塞電極用帶材的制造基本上依照通常的覆層結(jié)構(gòu)的帶材的制造工藝來進(jìn)行。即，加工貴金屬層和賤金屬層的各層的帶材，然后，將兩帶材重疊并壓延，由此，能夠制造覆層結(jié)構(gòu)的帶材。在賤金屬層的接合區(qū)域側(cè)的表面上形成突出部的情況下，在制造賤金屬層的帶材時，使用適當(dāng)?shù)膸＞叩膲貉虞?，由此，能夠同時進(jìn)行對帶材的加工和突出部的形成。

將貴金屬層的帶材與賤金屬層的帶材進(jìn)行覆層化后，優(yōu)選進(jìn)行熱處理。這是為了在貴金屬層與賤金屬層的界面形成中間層(擴(kuò)散層)而提高接合強(qiáng)度。該熱處理優(yōu)選在非氧化性氣氛(真空氣氛、惰性氣體氣氛等)中在800℃以上且1200℃以下進(jìn)行加熱。

另外，將貴金屬層的帶材與賤金屬層的帶材進(jìn)行覆層化時，通過對賤金屬層的接合面鍍覆ni或cu，能夠進(jìn)一步提高兩層的接合強(qiáng)度。特別是在賤金屬層使用因科鎳等ni合金或cu合金時有用。該ni鍍層或cu鍍層的厚度優(yōu)選設(shè)定為0.5μm以上且20μm以下。

以上說明的本發(fā)明的火花塞電極用帶材適合于火花塞用電極芯片的制造。該電極芯片通過將本發(fā)明的帶材切斷為任意的長度來形成。并且可以說，在基材上具備該電極芯片的火花塞的制造效率優(yōu)良。

作為電極芯片和火花塞的制造方法的具體工序，包括如下工序：將本發(fā)明的帶材供給至火花塞的電極基材，定位后，通過電阻焊等將帶材的賤金屬層接合到電極基材上，然后將帶材切斷。帶材成為以電極芯片的形式接合的狀態(tài)。另外，可以在接合后適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行利用模具的成形加工。

發(fā)明效果

如以上所說明的那樣，本發(fā)明涉及包含貴金屬層和賤金屬層的電極芯片，是將以往各個分離獨(dú)立的電極芯片制成帶狀而得到的構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明，通過使用操作性得到改善的構(gòu)件，能夠高效地制造電極芯片。

附圖說明

圖1是對使用本發(fā)明的火花塞電極制造用構(gòu)件的電極芯片的制造工序進(jìn)行說明的圖。

圖2是對本發(fā)明的覆層帶的寬度與接合區(qū)域的寬度的關(guān)系進(jìn)行說明的圖。

圖3是對本發(fā)明的覆層帶中的貴金屬層、賤金屬層的層疊方向進(jìn)行說明的圖。

圖4是對本發(fā)明的覆層帶的作為優(yōu)選方式的突出部的形成進(jìn)行說明的圖。

圖5是表示本實施方式中制造的帶材的斷面組織的照片。

圖6是表示關(guān)于本實施方式中制造的帶材的接合界面的epma分析結(jié)果的圖。

圖7是表示關(guān)于本實施方式中制造的帶材的熱循環(huán)試驗后的斷面狀態(tài)的照片。

具體實施方式

以下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施方式中，制造包覆有包含pt合金的貴金屬層和包含ni合金的賤金屬層的帶材。

準(zhǔn)備包含pt合金(pt-20重量％ir)的絲(線徑1.0mm、全長100mm)和包含ni合金(因科鎳600)的絲(線徑1.0mm、全長100mm)，均進(jìn)行拉絲加工直至直徑為0.86mm。對加工后的pt合金絲和ni合金絲分別進(jìn)行壓延加工，均加工成厚度0.2mm的帶材。需要說明的是，在ni合金絲的帶加工時，對一個表面?zhèn)仁褂脦Р鄣膲貉虞仯纬赏怀霾俊?/p>

接著，對ni合金的接合面進(jìn)行1μm的鍍ni。然后，利用壓延輥將pt合金帶與ni合金帶覆層化。覆層化后，進(jìn)一步將帶材送至氮?dú)鉅t中，在1000℃下進(jìn)行1小時熱處理。然后，進(jìn)行最后成形加工，制造斷面為梯形的覆層結(jié)構(gòu)的帶材。

對于所制造的帶材，觀察其斷面。圖5是示出斷面組織的照片，可知得到了在貴金屬層與賤金屬層的界面也沒有剝離、異常變形的良好的接合部。另外，對于該接合界面，對利用epma的元素分布進(jìn)行了分析，得到了如圖6所示的結(jié)果。可知，在貴金屬層與賤金屬層的接合界面，存在由貴金屬(pt、ir)和ni合金的成分(ni、cr、fe)構(gòu)成的擴(kuò)散層作為中間層。該擴(kuò)散層為約20μm。

接著，對于所制造的覆層帶，對熱循環(huán)負(fù)荷下的接合強(qiáng)度進(jìn)行評價。熱循環(huán)試驗中，將切斷帶材而得到的試樣放入電爐中，在900℃的加熱溫度和70℃的冷卻溫度下分別保持360秒，將該操作作為一次循環(huán)，對其進(jìn)行200次循環(huán)后，從爐中取出，對外觀和接合界面進(jìn)行觀察。

關(guān)于熱循環(huán)試驗的結(jié)果，示于圖7。接受熱循環(huán)的結(jié)果是，在接合界面的端部附近發(fā)生了氧化，但沒有發(fā)生界面處的剝離，能夠維持良好的狀態(tài)。推測其在作為火花塞電極使用的情況下，也處于貴金屬部分的脫落的擔(dān)憂小的良好的狀態(tài)。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

根據(jù)本發(fā)明，能夠可靠地維持貴金屬芯片與基材的接合，能夠?qū)崿F(xiàn)火花塞的長壽命化，因此能夠高效地利用貴金屬，能夠?qū)崿F(xiàn)省資源化。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種火花塞電極制造用帶材，其為用于形成在設(shè)定于火花塞的電極基材上的接合區(qū)域上包覆有賤金屬層和貴金屬層的電極芯片的、使所述電極芯片連續(xù)地連接的帶材，其中，

所述帶材具有在與所述接合區(qū)域接觸的賤金屬層上包覆有與所述賤金屬層接觸的貴金屬層的長的帶狀的形態(tài)，

所述帶材的所述賤金屬層的寬度具有與所述接合區(qū)域的縱、橫或直徑中的任一者大致相等的寬度，

并且，在所述帶材的斷面形狀中，在賤金屬層的接合區(qū)域側(cè)的表面上形成有一個以上的突出部，所述突出部為線狀的形態(tài)。

2.如權(quán)利要求1所述的火花塞電極制造用帶材，其中，賤金屬層包含ni或ni合金、或者cu或cu合金。

3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的火花塞電極制造用帶材，其中，貴金屬層包含pt或pt合金、或者ir或ir合金中的任一種。

4.一種火花塞的制造方法，其為包括使用權(quán)利要求1～權(quán)利要求3中任一項所述的火花塞電極制造用帶材在火花塞的電極基材上接合電極芯片的工序的火花塞的制造方法，其中，

包括如下工序：將所述帶材供給至所述火花塞的電極基材，對所述帶材進(jìn)行定位，通過電阻焊將帶材的賤金屬層接合到所述電極基材上，然后將帶材切斷。