CN107078469A - 用于制造火花塞用电极的具有覆层结构的带材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火花塞电极制造用带材，其为用于形成在设定于火花塞的电极基材上的接合区域上包覆有贱金属层和贵金属层的电极芯片的构件，其中，具有在与所述接合区域接触的贱金属层上包覆有与所述贱金属层接触的贵金属层的长的带状的形态，所述贱金属层的宽度具有与所述接合区域的纵、横或直径中的任一者大致相等的宽度。根据本发明，能够可靠地维持贵金属芯片与基材的接合，能够实现火花塞的长寿命化。由此，能够高效地利用贵金属，因此能够实现省资源化。

Description

用于制造火花塞用电极的具有覆层结构的带材

技术领域

本发明涉及作为用于形成火花塞电极(中心电极、接地电极)的构件使用且具有覆层结构的带材。详细而言，本发明涉及包含贵金属层和贱金属层、将贱金属层与火花塞接合且以贵金属层作为电极面的覆层带材。

背景技术

用于内燃机等的火花塞用电极(中心电极、接地电极)使用Pt、Pt合金、Ir、Ir合金等贵金属及其合金。以往，在使用这些贵金属材料作为电极时，通常在火花塞侧的包含Ni合金等耐热材料的基材上接合芯片状的贵金属材料。作为该贵金属芯片的接合方法，已知有激光焊接。该激光焊接是通过对贵金属芯片与基材接触的部分的外周表面照射激光而使该照射部位熔化、从而将贵金属芯片与基材接合的方法。

激光焊接会使贵金属芯片与基材的接合部的外周表面熔化，但接合面的内侧的部分有可能未熔化。该情况下，有可能在接合界面残留空隙，在使用时达到高温时，由于空隙内部的气体的膨胀而产生裂纹，具有贵金属芯片从基材剥离的倾向。

另外，激光焊接中，在接合部的外周表面产生熔融带。熔融带是通过材料的熔融、凝固而形成的区域，但其材料组成、组织与贵金属母材不同，脆且电性质也差。即，熔融带并不是作为火花塞材料有效的部位。因此，需要额外地留取贵金属芯片的长度，从基于贵金属使用量的成本方面或省资源化的观点考虑不是优选的。

因此，本发明人推荐了应用由贵金属层和基材形成的具有覆层结构的电极芯片来代替以往的包含贵金属的贵金属芯片。该火花塞电极用电极芯片是利用接合条件受控的扩散接合将薄的贵金属层接合到包含Ni、Ni合金等的基材上而形成的。该电极芯片是预先设定最佳的接合条件将贵金属层与基材接合而成，能够在确保电极特性和寿命的同时使贵金属层的厚度为最小限度，因此有助于减少贵金属使用量。另外，由于使用与火花塞电极的基材相同的Ni合金等作为基材，因此，也能够容易地进行芯片安装的接合。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-134209号公报

专利文献2：国际公开第2013/015262号小册子

发明内容

发明所要解决的问题

利用本发明人提出的电极芯片形成火花塞用电极的方法具有上述优点，但要求进一步的改良。特别是被指出与电极芯片的操作性相关的制造效率的提高。在火花塞制造中，将电极芯片定位载置于被固定的火花塞主体的基材表面上之后进行接合，由此形成电极部分。该操作是对电极芯片逐个进行处理的操作，较为繁杂。关于该改善要求，对于以往的贵金属芯片也被指出过，难以称为高效的操作。

因此，在本发明中，提供能够利用将薄型的贵金属层与基材组合而得到的覆层结构的形式、并且能够高效地形成基于该构成的火花塞电极的构件和加工工艺。

用于解决问题的方法

解决上述问题的本发明为一种火花塞电极制造用带材，其为用于形成在设定于火花塞的电极基材上的接合区域上包覆有贱金属层和贵金属层的电极芯片的构件，其中，具有在与上述接合区域接触的贱金属层上包覆有与上述贱金属层接触的贵金属层的长的带状的形态，上述贱金属层的宽度具有与上述接合区域的纵、横或直径中的任一者大致相等的宽度。

上述现有技术中，个别地制造电极芯片，并逐个地接合到火花塞的基材上。与此相对，本发明利用具有与上述电极芯片同样的构成、使芯片连续地连接的覆层状的带材。火花塞电极的制造中的包含该覆层带的构件的利用方式中，将带材运送至火花塞的电极基材上，利用电阻焊等进行接合，将带材切断，由此，可以形成电极芯片(图1)。该一系列操作与对微小的电极芯片逐个进行处理的方法相比更高效，还能够使设备成本低廉。

以下，对本发明的火花塞电极制造用的构件进行说明。本发明为包覆有与火花塞电极的基材接合的贱金属层和与贱金属层接触的贵金属层的带状构件。

贵金属层是作为火花塞的电极进行通电、放电的金属，优选Pt或Pt合金、或者Ir或Ir合金。作为Pt合金的具体例，可以列举Pt-Rh合金、Pt-Ir合金、Pt-Ni合金、Pt-Cu合金等。该情况下的Pt浓度优选为60质量％以上且97质量％以下。另外，作为Ir合金的具体例，可以列举Ir-Rh合金、Ir-Fe合金、Ir-FeNi合金、Ir-Cr合金等。Ir合金的Ir浓度优选为50质量％以上且99质量％以下。此外，也可以应用Ir与Pt的合金即Ir-Pt合金(Pt浓度为3质量％以上且40质量％以下)。

贱金属层优选包含Ni或Ni合金、或者Cu或Cu合金。具体而言，可以列举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。作为代表性的Ni合金，可以优选使用因科镍合金之类的耐热性Ni基合金。

关于带材的宽度，只要与电极的基材接合的贱金属层的宽度与基材的接合区域大致相等即可。在此，接合区域是在基材的表面上确定的矩形或圆形的区域，是对形成于基材上的电极芯片的底面进行规定的区域。接合区域的纵向宽度、横向宽度或直径当然是比基材的纵向宽度、横向宽度窄的尺寸。通过使带材的贱金属层的宽度与接合区域大致相等，能够使接合后的切断部位仅为一处，能够进行高效的电极芯片的形成。另外，关于带材的贱金属层的宽度，与接合区域的纵向宽度和横向宽度中的哪一个宽度相等是根据带材相对于基材的运送方向来确定的(参考图2)。需要说明的是，关于贵金属层的宽度，可以与贱金属层相同，也可以比贱金属层宽度窄。

需要说明的是，作为贵金属层、贱金属层的厚度，没有特别限定。贵金属层是承受通电、放电的负荷的消耗部，其厚度考虑电极寿命、电特性来适当设定。与此相对，关于贱金属层，优选相对于贵金属层设定为1.5倍以上且5倍以下的厚度。

另外，贵金属层、贱金属层的朝向(层叠方向)可以为纵、横中的任一种。对于在通常的火花塞电极中的应用，具有贵金属层与贱金属层沿上下(垂直方向)层叠的形态(重叠)。但是，近年来，还开发了使贵金属部分形成突出形状而作为接地电极的形状的火花塞，针对该用途，可以为贱金属层与贵金属层沿横向(水平方向)层叠的形态(边缘铺设(edge-lay))(图3)。

另外，本发明的覆层结构的带材中，可以在贵金属层与贱金属层之间形成有中间层。该中间层包含Ni与贵金属的合金或Cu与贵金属的合金。该中间层是通过在带材的制造过程中将贵金属层与贱金属层接合时的热历程而形成的扩散层。中间层为具有倾斜性的组成(贵金属浓度)的合金层。通过具有中间层，贵金属层与贱金属层的接合强度提高。该扩散层的厚度优选为5μm以上且150μm以下。

作为本发明的带状构件在火花塞电极中的利用方式，如前所述，通过将带材供给至火花塞的电极基材上并进行接合和切断而在电极基材上形成电极芯片。在此，带材向电极基材上的接合优选应用电阻焊。电阻焊能够在短时间内对微小区域进行高效的接合，适合于火花塞电极的形成。

在此，考虑到利用电阻焊得到的接合部的品质、接合操作的高效化，本发明中，在其断面形状中，优选在贱金属层的接合区域侧的表面上形成有一个以上的突起(突出部)。通过形成突出部，在电阻焊时使电阻发热集中，能够进行高效的焊接。如图4中所例示，突出部可以为一个，也可以形成有多个。需要说明的是，本发明为带状构件，因此，所形成的突出部的实际形状具有线状的形态。

本发明的火花塞电极用带材的制造基本上依照通常的覆层结构的带材的制造工艺来进行。即，加工贵金属层和贱金属层的各层的带材，然后，将两带材重叠并压延，由此，能够制造覆层结构的带材。在贱金属层的接合区域侧的表面上形成突出部的情况下，在制造贱金属层的带材时，使用适当的带模具的压延辊，由此，能够同时进行对带材的加工和突出部的形成。

将贵金属层的带材与贱金属层的带材进行覆层化后，优选进行热处理。这是为了在贵金属层与贱金属层的界面形成中间层(扩散层)而提高接合强度。该热处理优选在非氧化性气氛(真空气氛、惰性气体气氛等)中在800℃以上且1200℃以下进行加热。

另外，将贵金属层的带材与贱金属层的带材进行覆层化时，通过对贱金属层的接合面镀覆Ni或Cu，能够进一步提高两层的接合强度。特别是在贱金属层使用因科镍等Ni合金或Cu合金时有用。该Ni镀层或Cu镀层的厚度优选设定为0.5μm以上且20μm以下。

以上说明的本发明的火花塞电极用带材适合于火花塞用电极芯片的制造。该电极芯片通过将本发明的带材切断为任意的长度来形成。并且可以说，在基材上具备该电极芯片的火花塞的制造效率优良。

作为电极芯片和火花塞的制造方法的具体工序，包括如下工序：将本发明的带材供给至火花塞的电极基材，定位后，通过电阻焊等将带材的贱金属层接合到电极基材上，然后将带材切断。带材成为以电极芯片的形式接合的状态。另外，可以在接合后适当地进行利用模具的成形加工。

发明效果

如以上所说明的那样，本发明涉及包含贵金属层和贱金属层的电极芯片，是将以往各个分离独立的电极芯片制成带状而得到的构件。根据本发明，通过使用操作性得到改善的构件，能够高效地制造电极芯片。

附图说明

图1是对使用本发明的火花塞电极制造用构件的电极芯片的制造工序进行说明的图。

图2是对本发明的覆层带的宽度与接合区域的宽度的关系进行说明的图。

图3是对本发明的覆层带中的贵金属层、贱金属层的层叠方向进行说明的图。

图4是对本发明的覆层带的作为优选方式的突出部的形成进行说明的图。

图5是表示本实施方式中制造的带材的断面组织的照片。

图6是表示关于本实施方式中制造的带材的接合界面的EPMA分析结果的图。

图7是表示关于本实施方式中制造的带材的热循环试验后的断面状态的照片。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。本实施方式中，制造包覆有包含Pt合金的贵金属层和包含Ni合金的贱金属层的带材。

准备包含Pt合金(Pt-20重量％Ir)的丝(线径1.0mm、全长100mm)和包含Ni合金(因科镍600)的丝(线径1.0mm、全长100mm)，均进行拉丝加工直至直径为0.86mm。对加工后的Pt合金丝和Ni合金丝分别进行压延加工，均加工成厚度0.2mm的带材。需要说明的是，在Ni合金丝的带加工时，对一个表面侧使用带槽的压延辊，形成突出部。

接着，对Ni合金的接合面进行1μm的镀Ni。然后，利用压延辊将Pt合金带与Ni合金带覆层化。覆层化后，进一步将带材送至氮气炉中，在1000℃下进行1小时热处理。然后，进行最后成形加工，制造断面为梯形的覆层结构的带材。

对于所制造的带材，观察其断面。图5是示出断面组织的照片，可知得到了在贵金属层与贱金属层的界面也没有剥离、异常变形的良好的接合部。另外，对于该接合界面，对利用EPMA的元素分布进行了分析，得到了如图6所示的结果。可知，在贵金属层与贱金属层的接合界面，存在由贵金属(Pt、Ir)和Ni合金的成分(Ni、Cr、Fe)构成的扩散层作为中间层。该扩散层为约20μm。

接着，对于所制造的覆层带，对热循环负荷下的接合强度进行评价。热循环试验中，将切断带材而得到的试样放入电炉中，在900℃的加热温度和70℃的冷却温度下分别保持360秒，将该操作作为一次循环，对其进行200次循环后，从炉中取出，对外观和接合界面进行观察。

关于热循环试验的结果，示于图7。接受热循环的结果是，在接合界面的端部附近发生了氧化，但没有发生界面处的剥离，能够维持良好的状态。推测其在作为火花塞电极使用的情况下，也处于贵金属部分的脱落的担忧小的良好的状态。

产业上的可利用性

根据本发明，能够可靠地维持贵金属芯片与基材的接合，能够实现火花塞的长寿命化，因此能够高效地利用贵金属，能够实现省资源化。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种火花塞电极制造用带材，其为用于形成在设定于火花塞的电极基材上的接合区域上包覆有贱金属层和贵金属层的电极芯片的、使所述电极芯片连续地连接的带材，其中，

所述带材具有在与所述接合区域接触的贱金属层上包覆有与所述贱金属层接触的贵金属层的长的带状的形态，

所述带材的所述贱金属层的宽度具有与所述接合区域的纵、横或直径中的任一者大致相等的宽度，

并且，在所述带材的断面形状中，在贱金属层的接合区域侧的表面上形成有一个以上的突出部，所述突出部为线状的形态。

2.如权利要求1所述的火花塞电极制造用带材，其中，贱金属层包含Ni或Ni合金、或者Cu或Cu合金。

3.如权利要求1或权利要求2所述的火花塞电极制造用带材，其中，贵金属层包含Pt或Pt合金、或者Ir或Ir合金中的任一种。

4.一种火花塞的制造方法，其为包括使用权利要求1～权利要求3中任一项所述的火花塞电极制造用带材在火花塞的电极基材上接合电极芯片的工序的火花塞的制造方法，其中，

包括如下工序：将所述带材供给至所述火花塞的电极基材，对所述带材进行定位，通过电阻焊将带材的贱金属层接合到所述电极基材上，然后将带材切断。

Claims (6)

1.一种火花塞电极制造用带材，其为用于形成在设定于火花塞的电极基材上的接合区域上包覆有贱金属层和贵金属层的电极芯片的构件，其中，

具有在与所述接合区域接触的贱金属层上包覆有与所述贱金属层接触的贵金属层的长的带状的形态，

所述贱金属层的宽度具有与所述接合区域的纵、横或直径中的任一者大致相等的宽度。

2.如权利要求1所述的火花塞电极制造用带材，其中，在断面形状中，在贱金属层的接合区域侧的表面上形成有一个以上的突出部。

3.如权利要求1或权利要求2所述的火花塞电极制造用带材，其中，贱金属层包含Ni或Ni合金、或者Cu或Cu合金。

4.如权利要求1～权利要求3中任一项所述的火花塞电极制造用带材，其中，贵金属层包含Pt或Pt合金、或者Ir或Ir合金中的任一种。

5.一种火花塞用电极芯片，其是将权利要求1～权利要求4中任一项所述的带材切断而形成的。

6.一种火花塞，其在电极基材上具备权利要求5所述的电极芯片。