DE102014106221B4

DE102014106221B4 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102014106221B4
Application number: DE102014106221.3A
Authority: DE
Inventors: Makoto Sugita; Hiroaki Nasu
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2034-05-06
Also published as: CN104143766B; DE102014106221A1; JP5778819B2; CN104143766A; JP2014239026A

Abstract

Zündkerze (1), umfassend:
ein Isolierelement (2) mit einer axialen Bohrung (4), die durch das Isolierelement (2) in einer Richtung einer axialen Linie geht (CL1); und
eine Anschlusselektrode (6), die in die axiale Bohrung (4) eingeführt ist, wobei ein hinterer Endabschnitt der Anschlusselektrode (6) von einem hinteren Ende des Isolierelements (2) hervorsteht,
wobei die Anschlusselektrode (6) eine Aussparung (6B) in ihrem hinteren Endabschnitt aufweist, wobei die Aussparung (6B) eine Tiefenrichtung aufweist, die mit der Richtung der axialen Linie (CL1) übereinstimmt,
wobei die Anschlusselektrode (6) eine Nickelschicht (35) aufweist, die auf einer äußeren Oberfläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode (6) bereitgestellt ist,
wobei die Dicke der Nickelschicht (35) 3 µm oder mehr und 25 µm oder weniger beträgt, und
wobei eine durchschnittliche Querschnittsfläche von Kristallkörnern, welche die Nickelschicht (35) bilden, wie in einem Querschnitt senkrecht zu einer äußeren Oberfläche der Nickelschicht (35) gemessen, 50 µm² oder mehr und 500 µm² oder weniger beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, die zum Beispiel für einen Verbrennungsmotor verwendet wird.
Allgemeiner Stand der Technik
Eine Zündkerze ist an einem Verbrennungsmotor (Motor) usw. befestigt und wird zum Entzünden beispielsweise eines Luft-Kraftstoffgemischs in einer Verbrennungskammer verwendet. Im Allgemeinen weist eine Zündkerze ein Isolierelement mit einer axialen Bohrung, die sich in einer axialen Richtung erstreckt, eine Mittelelektrode, die in einem vorderen Endabschnitt der axialen Bohrung eingeführt ist, eine Anschlusselektrode, die in einem hinteren Endabschnitt der axialen Bohrung eingeführt ist, ein Metallgehäuse, das außerhalb des Isolierelements angeordnet ist, und eine Masseelektrode auf, die an einem vorderen Endabschnitt des Metallgehäuses befestigt ist. Ein hinterer Endabschnitt der Anschlusselektrode steht von dem hinteren Ende des Isolierelements hervor und ein Anschluss zur Stromversorgung ist mit dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode verbunden. Außerdem steht ein hinterer Endabschnitt des Isolierelements von dem hinteren Ende des Metallgehäuses hervor und befindet sich zwischen dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode und dem hinteren Ende des Metallgehäuses.
In jüngerer Zeit wurde eine Technik bekannt, durch welche eine Entladung, die entlang der Oberfläche des Isolierelements zwischen dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode und dem hinteren Ende des Metallgehäuses kriecht, durch Erhöhen des Abstandes zwischen dem hinteren Ende des Metallgehäuses und dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode (siehe zum Beispiel WO 2011 / 03 3902 A1) zuverlässiger verhindert wird. Diese Erhöhung des Abstandes erfolgt durch Erhöhen der Länge des hinteren Endabschnitts des Isolierelements, während der Abstand von dem hinteren Endabschnitt des Metallgehäuses zu dem hinteren Ende der Anschlusselektrode beibehalten wird. In einer anderen vorgeschlagenen Technik ist eine Aussparung, deren Tiefenrichtung mit einer axialen Richtung übereinstimmt, in dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode bereitgestellt (siehe zum Beispiel JP 2012 - 128 948 A ).
Außerdem kann zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit der Anschlusselektrode eine Nickelschicht, die aus einem nickelhaltigen Metall als Hauptbestandteil gebildet ist, mindestens auf dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode ausgebildet sein (siehe zum Beispiel JP 2005 - 285 486 A ). Im Allgemeinen wird die Anschlusselektrode zur Bildung der Nickelschicht einer Vernickelungsbehandlung mittels einer Galvanisierungsvorrichtung unterzogen.
EP 0 961 373 A1 beschreibt eine Zündkerze mit einer Anschlusselektrode mit einer Nickel-Schicht, und einer weiteren Schutzschicht im Bereich innerhalb des die Anschlusselektrode umgebenden Isolators.
US 2006 / 0 220 510 A1 beschreibt eine Zündkerze mit einer Anschlusselektrode, die mit einer Nickel-Schicht überzogen ist.
Kurzdarstellung der Erfindung
Problem, das durch die Erfindung gelöst werden soll
Wenn jedoch eine Aussparung in der Anschlusselektrode wie oben beschrieben bereitgestellt wird, ist die Dicke der Nickelschicht tendenziell nicht einheitlich, was leicht zu einer Verringerung der Korrosionsbeständigkeit und Abspaltung (Abblättern) der Nickelschicht führen kann. Da die Intensität des elektrischen Feldes darüber hinaus an der Unterseite der Aussparung relativ gering ist, wird die Nickelschicht an der Unterseite wahrscheinlich dünn, sodass die Korrosionsbeständigkeit unzureichend werden kann. Im Gegensatz dazu ist die Intensität des elektrischen Feldes an einem Abschnitt der Anschlusselektrode um die Aussparung relativ hoch, sodass die Dicke der Nickelschicht wahrscheinlich dick wird. In diesem Fall wird die Differenz hinsichtlich der Wärmeausdehnung zwischen der Nickelschicht und der Anschlusselektrode groß (d. h., die Wärmebeanspruchung, die auf die Nickelschicht einwirkt, wird groß), sodass sich die Abspaltungsbeständigkeit der Nickelschicht verschlechtern kann.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben dargelegten Umstände geschaffen, wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Zündkerze bereitzustellen, bei der die Korrosionsbeständigkeit der Anschlusselektrode ausreichend verbessert ist und die Abspaltung der Nickelschicht zuverlässiger unterdrückt wird. Dazu weist die Zündkerze eine Aussparung in einem hinteren Endabschnitt einer Anschlusselektrode auf, und eine Nickelschicht wird an dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode ausgebildet.
Mittel zum Lösen des Problems
Konfigurationen, die zur Erfüllung der oben genannten Aufgabe geeignet sind, werden nachstehend im Einzelnen beschrieben. Falls notwendig, werden Vorgänge und Auswirkungen, die für die Konfigurationen bezeichnend sind, zusätzlich beschrieben.
Konfiguration 1. Eine Zündkerze der vorliegenden Konfiguration umfasst Folgendes:

ein Isolierelement mit einer axialen Bohrung, die dadurch in einer Richtung einer axialen Linie geht; und
eine Anschlusselektrode, die in die axiale Bohrung eingeführt ist, wobei ein hinterer Endabschnitt der Anschlusselektrode von einem hinteren Ende des Isolierelements hervorsteht,
wobei die Anschlusselektrode eine Aussparung in dem hinteren Endabschnitt davon aufweist, wobei die Aussparung eine Tiefenrichtung aufweist, die mit der Richtung der axialen Linie übereinstimmt,
wobei die Zündkerze dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anschlusselektrode eine Nickelschicht aufweist, die auf einer äußeren Oberfläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode bereitgestellt ist,
wobei die Dicke der Nickelschicht 3 µm oder mehr und 25 µm oder weniger beträgt, und
wobei die durchschnittliche Querschnittsfläche von Kristallkörnern, welche die Nickelschicht bilden, wie in einem Querschnitt senkrecht zu einer äußeren Oberfläche der Nickelschicht gemessen, 50 µm² oder mehr und 500 µm² oder weniger beträgt.

Da die Dicke der Nickelschicht in der oben beschriebenen Konfiguration 1 auf 25 µm oder weniger eingestellt wird, kann die Differenz hinsichtlich der Wärmeausdehnung zwischen der Nickelschicht und der Anschlusselektrode relativ gering gehalten werden. Daher kann die Wärmebeanspruchung, die auf die Nickelschicht wirkt, relativ gering sein, und die Abspaltungsbeständigkeit der Nickelschicht kann verbessert werden.
In der oben beschriebenen Konfiguration 1 ist die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner, welche die Nickelschicht bilden, auf 50 µm² oder mehr eingestellt, wobei eine übermäßige Reduzierung der Größe der Kristallkörner unterdrückt wird. Daher kann auf diese Weise die Bindefestigkeit der Korngrenzphase erhöht werden und die Bildung von Rissen an den Korngrenzen, wenn eine Wärmebeanspruchung an die Nickelschicht angelegt wird, kann zuverlässiger verhindert werden. In der oben beschriebenen Konfiguration 1 ist die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner auf 500 µm² oder weniger eingestellt, wobei die Durchmesser der Kristallkörner relativ klein sind. Auf diese Weise kann die Beständigkeit der Nickelschicht gegenüber Wärmebeanspruchung ausreichend verbessert werden. Eine Kombination dieser Auswirkungen und der Auswirkungen, die durch die Einstellung der Dicke der Nickelschicht auf 25 µm oder weniger erhalten werden, verhindert eine Abspaltung der Nickelschicht auf zuverlässigere Weise.
In der oben beschriebenen Konfiguration 1 ist die Dicke der Nickelschicht auf 3 µm oder mehr eingestellt. Daher kann die Anzahl von Stiftlöchern oder Nadellöcher pro Einheitsfläche in der Nickelschicht ausreichend verringert wurden, und es kann zuverlässiger verhindert werden, dass Korrosion verursachender Sauerstoff usw. mit der Anschlusselektrode in Kontakt tritt.
Da die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner in der oben beschriebenen Konfiguration 1 auf 50 µm² oder weniger eingestellt ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass an den Korngrenzen Risse auftreten. Daher kann der Kontakt von Sauerstoff usw. mit der Anschlusselektrode viel zuverlässiger verhindert werden. Die Nickelschicht ist derart ausgebildet, dass Kristalle in der Kristallphase aufeinander gestapelt werden. Da die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner in der oben beschriebenen Konfiguration 1 auf 500 µm² oder weniger eingestellt ist, sind die Durchmesser der Kristallkörner relativ klein. Daher können Unregelmäßigkeiten an der Korngrenze weiter verringert werden und eine Teildünnung der Kristallschichten kann zuverlässiger verhindert werden. Eine Kombination dieser Auswirkungen und der Auswirkung, die durch die Einstellung der Dicke der Nickelschicht auf 3 µm oder mehr erhalten wird, führt zu einer guten Korrosionsbeständigkeit.
Wie oben beschrieben, können in der oben beschriebenen Konfiguration 1 sowohl die Abspaltungsbeständigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit ausreichend verbessert werden. Infolgedessen können, selbst wenn die Aussparung, die in dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode ausgebildet ist, die Möglichkeit einer Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit der Anschlusselektrode und Abspaltung der Nickelschicht erhöht, sowohl die Abspaltungsbeständigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit verbessert werden.
Konfiguration 2. Eine Zündkerze der vorliegenden Konfiguration ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Nickelschicht in Konfiguration 1 10 µm oder mehr und 20 µm oder weniger beträgt und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner, wie im Querschnitt gemessen, 200 µm² oder mehr und 400 µm² oder weniger beträgt.
Da die Dicke der Nickelschicht in der oben beschriebenen Konfiguration 2 auf 20 µm oder weniger eingestellt ist, kann die Wärmebeanspruchung, die auf die Nickelschicht einwirkt, weiter verringert werden. Da außerdem die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner auf 200 µm² oder mehr eingestellt ist, kann die Bindefestigkeit an den Korngrenzen weiter erhöht werden und die Bildung von Rissen an den Korngrenzen kann zuverlässiger vermieden werden. Da die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner auf 400 µm² oder weniger eingestellt ist, kann die Beständigkeit der Nickelschicht gegenüber Wärmebeanspruchung weiter verbessert werden. Auf diese Weise kann die Abspaltungsbeständigkeit der Nickelschicht weiter verbessert werden.
Da die Dicke der Nickelschicht in der oben beschriebenen Konfiguration 2 auf 10 µm oder mehr eingestellt ist, kann die Anzahl der Stiftlöcher pro Einheitsfläche in der Nickelschicht weiter verringert werden. Da die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner auf 200 µm² oder mehr eingestellt ist, kann die Bildung von Rissen an den Korngrenzen weiter unterdrückt werden. Da die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner auf 400 µm² oder weniger eingestellt ist, kann eine Teildünnung der Kristallschichten zuverlässiger verhindert werden. Auf diese Weise kann die Korrosionsbeständigkeit weiter verbessert werden.
Wie oben beschrieben, können in Konfiguration 2 sowohl die Abspaltungsbeständigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit erheblich verbessert werden. Selbst wenn also die Aussparung in dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode ausgebildet ist, können eine sehr gute Abspaltungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit erzielt werden.
Konfiguration 3. Eine Zündkerze der vorliegenden Konfiguration ist dadurch gekennzeichnet, dass in Konfiguration 1 oder 2 die Nickelschicht auf der äußeren Oberfläche davon einen Oxidfilm mit einer Dicke von 1,0 µm oder weniger aufweist.
In der oben beschriebenen Konfiguration 3 ist die Dicke des Oxidfilms auf der äußeren Oberfläche der Nickelschicht auf 1,0 µm oder weniger eingestellt. Daher kann die Flexibilität der Nickelschicht ausreichend gewährleistet und die Beständigkeit der Nickelschicht gegenüber Wärmebeanspruchung kann weiter verbessert werden. Auf diese Weise kann eine viel bessere Abspaltungsbeständigkeit erzielt werden. Im Hinblick auf die Abspaltungsbeständigkeit wird bevorzugt, dass der Oxidfilm so dünn wie möglich ist.
Konfiguration 4. Eine Zündkerze der vorliegenden Konfiguration ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vickershärte des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode in einer der Konfigurationen 1 bis 3 140 Hv oder mehr und 180 Hv oder weniger beträgt. In der oben beschriebenen Konfiguration 4 ist die Härte des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode auf 140 Hv oder mehr und 180 Hv oder weniger eingestellt. Daher kann die Differenz hinsichtlich der Wärmeausdehnung zwischen der Anschlusselektrode und der Nickelschicht weiter verringert werden und die Wärmebeanspruchung, die auf die Nickelschicht einwirkt, kann erheblich reduziert werden. Infolgedessen kann die Abspaltungsbeständigkeit erheblich verbessert werden.
Konfiguration 5. Eine Zündkerze der vorliegenden Konfiguration ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselektrode in einer der Konfigurationen 1 bis 4 einen ringförmigen äußeren Wandabschnitt aufweist, der die Aussparung umgibt; dass die Aussparung durch eine Bodenoberfläche definiert ist, die eine flache Oberfläche ist, die orthogonal zu der Richtung der axialen Linie ist, und eine innere Umfangsoberfläche des äußeren Wandabschnitts; und dass die Dicke der Nickelschicht, die auf der inneren Umfangsoberfläche des äußeren Wandabschnitts ausgebildet ist, zumindest in einem Bereich der inneren Umfangsoberfläche des äußeren Wandabschnitts, der sich auf der hinteren Endseite vom Mittelpunktes derselben in der Richtung der axialen Linie befindet, größer als die Dicke der Nickelschicht ist, die auf der Bodenoberfläche ausgebildet ist. Wenn ein Stromversorgungsanschluss in der Aussparung angeordnet ist, dient ein Abschnitt der inneren Umfangsoberfläche des äußeren Wandabschnitts, der sich auf der hinteren Endseite des Mittelpunktes davon in der axialen Richtung befindet, als eine Führung zum ordnungsgemäßen Anordnen des Stromversorgungsanschlusses in der Aussparung. Zu diesem Zeitpunkt wird der Stromversorgungsanschluss geführt, während er gegen die innere Umfangsoberfläche des äußeren Wandabschnitts gerieben wird. Daher kann die Nickelschicht zerkratzt werden. Gemäß der oben beschriebene Konfiguration 5 weist die Nickelschicht, die auf der inneren Umfangsoberfläche des äußeren Wandabschnitts ausgebildet ist, eine größere Dicke zumindest in dem Bereich der inneren Umfangsoberfläche auf, die sich an der hinteren Endseite des Mittelpunktes davon in der axialen Richtung befindet. Selbst wenn also die Nickelschicht zerkratzt wird, wird eine Freilegung des Basismaterials der Anschlusselektrode verhindert.
Figurenliste

1 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht, welche die Struktur einer Zündkerze darstellt.
2 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht, welche die Struktur eines hinteren Endabschnitts einer Anschlusselektrode darstellt.
3 zeigt einen Satz Querschnittsansichten der Anschlusselektrode usw.
4(a) und 4(b) zeigen Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zum Berechnen der durchschnittlichen Querschnittsfläche von Kristallkörnern.
5 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die einen Oxidfilm darstellt, der auf der äußeren Oberfläche einer Nickelschicht ausgebildet ist, und andere Komponenten.
6 eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche die Anschlusselektrode darstellt und die Position angibt, an welcher die Härte der Anschlusselektrode gemessen wird.
7 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht, die zur Erläuterung der Beziehung der Dicken der Nickelschicht verwendet wird, die auf der Anschlusselektrode ausgebildet sind.

Beispiele zur Ausführung der Erfindung
Eine Ausführungsform wird als Nächstes in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht, die eine Zündkerze 1 darstellt. In 1 wird die Richtung einer axialen Linie CL1 der Zündkerze 1 als vertikale Richtung bezeichnet. In der folgenden Beschreibung wird die Unterseite der Zündkerze 1 als die Vorderseite der Zündkerze 1 bezeichnet und die Oberseite wird als die Rückseite bezeichnet.
Die Zündkerze 1 weist einen röhrenförmigen Keramikisolator 2, der als ein Isolierelement dient, ein röhrenförmiges Metallgehäuse 3, die den Keramikisolator 2 hält, und andere Komponenten auf.
Bekanntermaßen wird der Keramikisolator 2 beispielsweise durch Brennen aus Aluminiumoxid hergestellt. Der Keramikisolator 2 weist an seiner Außenseite Folgendes auf: einen hinteren Rumpfabschnitt 10, der auf der hinteren Endseite des Keramikisolators 2 angeordnet ist; einen Abschnitt 11 mit großem Durchmesser, der vor dem hinteren Rumpfabschnitt 10 angeordnet und derart ausgebildet ist, dass er radial nach außen hervorsteht; einen mittleren Rumpfabschnitt 12, der vor dem Abschnitt 11 mit großem Durchmesser angeordnet und derart ausgebildet ist, dass er einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der des Abschnitts 11 mit großem Durchmesser; und einen Schenkelabschnitt 13, der vor dem mittleren Rumpfabschnitt 12 angeordnet und derart ausgebildet ist, dass er einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als derjenige des mittleren Rumpfabschnitts 12. In dem Keramikisolator 2 sind der Abschnitt 11 mit großem Durchmesser, der mittlere Rumpfabschnitt 12 und ein Großteil des Schenkelabschnitts 13 in dem Metallgehäuse 3 untergebracht, wobei der hintere Rumpfabschnitt 10 von dem hinteren Ende des Metallgehäuses 3 hervorsteht. Ein verjüngter Stufenabschnitt 14 ist an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem mittleren Rumpfabschnitt 12 und dem Schenkelabschnitt 13 ausgebildet und der Keramikisolator 2 ist mit dem Stufenabschnitt 14 des Metallgehäuses 3 fest in Eingriff gebracht.
Eine axiale Bohrung 4, die sich in die Richtung der axialen Linie CL1 erstreckt, ist in dem Keramikisolator 2 derart ausgebildet, dass sie dadurch geht, wobei eine Mittelelektrode 5 in einem vorderen Endabschnitt der axialen Bohrung 4 eingeführt ist. Die Mittelelektrode 5 weist eine innere Schicht 5A, die aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit (wie Kupfer oder eine Kupferlegierung) gebildet ist, und eine äußere Schicht 5B auf, die aus einer Legierung, die Nickel (Ni) als Hauptbestandteil enthält, gebildet ist. Eine zylindrische säulenförmige Spitze 31, die aus einem Metall mit hoher Korrosionsbeständigkeit (z. B. einem Metall, das mindestens einen von Pt, Ir, Pd, Rh, Ru, Re usw. enthält) gebildet ist, ist an dem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 5 angeordnet. Die Mittelelektrode 5 ist insgesamt stabförmig (zylindrische säulenförmige Form) und steht von dem vorderen Ende des Keramikisolators 2 hervor.
Außerdem ist eine stabförmige Anschlusselektrode 6 aus einem vorgegebenen Metall (wie Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt) in einem hinteren Endabschnitt der axialen Bohrung 4 angeordnet. Ein hinterer Endabschnitt der Anschlusselektrode 6 steht von dem hinteren Ende des Keramikisolators 2 hervor, und ein Anschluss (nicht dargestellt) zur Stromversorgung dient zum Verbinden dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode 6.
Ein zylindrischer säulenförmiger Widerstand 7 ist in der axialen Bohrung 4 zwischen der Mittelelektrode 5 und der Anschlusselektrode 6 angeordnet. Gegenüberliegende Endabschnitte des Widerstands 7 sind mit der Mittelelektrode 5 und der Anschlusselektrode 6 durch leitfähige Glasdichtungsschichten 8 bzw. 9 verbunden.
Das Metallgehäuse 3 ist aus einem Metall wie Edelstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu einer Röhrenform geformt und weist an ihrem äußeren Umfang einen Gewindeabschnitt (Außengewindeabschnitt) 15 zur Befestigung der Zündkerze 1 an einem Befestigungsloch eines Verbrennungsmotors, eines Kraftstoffzellenreformers usw. auf. Ein Sitzabschnitt 16, der radial nach außen hervorsteht, ist hinter dem Gewindeabschnitt 15 ausgebildet und eine ringförmige Dichtung 18 ist auf einen Schraubansatz 17 an dem hinteren Ende des Metallgehäuses 3 gepasst. Ein Werkzeugeingriffsabschnitt 19 mit sechseckiger Querschnittsform ist an dem hinteren Ende des Metallgehäuses 3 bereitgestellt. Wenn das Metallgehäuse 3 beispielsweise an einem Verbrennungsmotor befestigt wird, wird ein Werkzeug wie ein Schraubenschlüssel mit dem Werkzeugeingriffsabschnitt 19 in Eingriff gebracht. Ein Crimpabschnitt 20 ist ebenfalls an dem hinteren Ende des Metallgehäuses 3 ausgebildet, um den Keramikisolator 2 an einem hinteren Endabschnitt davon zu halten.
Ein verjüngter Stufenabschnitt 21, auf dem der Keramikisolator 2 aufliegt, ist auf der inneren Umfangsoberfläche des Metallgehäuses 3 bereitgestellt. Der Keramikisolator 2 ist in das Metallgehäuse 3 von der hinteren Endseite zu der vorderen Endseite davon eingeführt und der Stufenabschnitt 14 ist mit dem Stufenabschnitt 21 des Metallgehäuses 3 in Eingriff gebracht. In diesem Zustand wird ein hinterer Öffnungsabschnitt des Metallgehäuses 3 radial nach innen gecrimpt, d. h., der Crimpabschnitt 20 wird gebildet. Auf diese Weise wird der Keramikisolator 2 an dem Metallgehäuse 3 befestigt. Eine ringförmige Plattendichtung 22 ist zwischen den Stufenabschnitten 14 und 21 angeordnet. Dadurch wird die Gasdichte des Innenraums einer Verbrennungskammer aufrechterhalten, sodass Kraftstoffgas, das in den Spalt zwischen dem Schenkelabschnitt 13 des Keramikisolators 2 und der inneren Umfangsoberfläche des Metallgehäuse 3 eintritt, die der Verbrennungskammer ausgesetzt sind, nicht nach außen treten kann.
Zur Vervollständigung der Dichtung, die durch das Crimpen erzielt wird, sind ringförmige Ringelemente 23 und 24 zwischen dem Metallgehäuse 3 und dem Keramikisolator 2 an dem hinteren Ende des Metallgehäuses 3 angeordnet und der Spalt zwischen den Ringelementen 23 und 24 ist mit Talkumpulver 25 gefüllt. Genauer hält das Metallgehäuse 3 den Keramikisolator 2 durch die Plattendichtung 22, die Ringelemente 23 und 24 und das Talkum 25.
Eine stabförmige Masseelektrode 27 ist an einem vorderen Endabschnitt 26 des Metallgehäuses 3 befestigt. Die Masseelektrode 27 ist zum Beispiel aus einer Ni-haltigen Legierung als Hauptbestandteil gebildet und an ihrem Mittelabschnitt gebogen. Eine zylindrische Spitze 32, die aus einem Metall mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit (wie einem Metall, das mindestens einen von Pt, Ir, Pd, Rh, Ru, Re usw. enthält) gebildet ist, ist an einem distalen Endabschnitt der Masseelektrode 27 angeordnet. Ein Funkenentladungsspalt 33 ist zwischen dem vorderen Endabschnitt (der Spitze 31) der Mittelelektrode 5 und dem distalen Endabschnitt (der Spitze 32) der Masseelektrode 27 ausgebildet, wobei die Funkenentladung in dem Funkenentladungsspalt 33 in einer Richtung erzeugt wird, die im Wesentlichen entlang der axialen Linie CL1 verläuft.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Länge des hinteren Rumpfabschnitts 10 in der axialen Linie CL1 erhöht, um die Erzeugung einer Entladung zu unterdrücken, die entlang der Oberfläche des hinteren Rumpfabschnitts 10 kriecht (so genannter „Überschlag“). Um den Abstand von dem hinteren Ende des Metallgehäuses 3 zu dem hinteren Ende der Anschlusselektrode 6 auf einen vorgegebenen Wert oder darunter zu bringen, weist der hintere Endabschnitt der Anschlusselektrode 6 (der Abschnitt, der von dem hinteren Ende des Keramikisolators 2 hervorsteht), eine relativ kleine Länge entlang der axialen Linie CL1 auf. Wie in 2 dargestellt (in 2 ist nur der hintere Endabschnitt der Anschlusselektrode 6 dargestellt), ist ein ringförmiger äußerer Wandabschnitt 6A, der sich nach hinten in die Richtung der axialen Linie CL1 erstreckt, an dem äußeren Umfang des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode 6 bereitgestellt. Der äußere Wandabschnitt 6A bildet eine Aussparung 6B in der Mitte des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode 6, sodass die Tiefenrichtung der Aussparung 6B mit der Richtung der axialen Linie CL1 übereinstimmt. Auf diese Weise ist der ringförmige äußere Wandabschnitt 6A an dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode 6 derart bereitgestellt, dass der äußere Wandabschnitt 6A die Aussparung 6B umgibt. Ein Anschluss (nicht dargestellt) zur Stromversorgung ist in der Aussparung 6B anzuordnen.
Wie in 3 dargestellt, ist eine Nickelschicht 35, die aus einem Metall, welches Nickel als Hauptbestandteil enthält, besteht, auf der äußeren Oberfläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode 6 bereitgestellt (der „Hauptbestandteil““ ist ein Bestandteil mit dem höchsten Masseverhältnis in dem Material). Die Nickelschicht 35 ist derart gebildet, dass ihre Dicke T1 3 µm oder mehr und 25 µm oder weniger beträgt, wenngleich die Dicke T1 an unterschiedlichen Positionen leicht variiert. In einem Querschnitt senkrecht zu der äußeren Oberfläche der Nickelschicht 35 beträgt die durchschnittliche Querschnittsfläche von Kristallkörnern, welche die Nickelschicht 35 bilden, 50 µm² oder mehr und 500 µm² oder weniger (mehr bevorzugt 200 µm² oder mehr und 400 µm² oder weniger). In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der durchschnittliche Umfang der Kristallkörner 60 µm oder mehr und 200 µm oder weniger (mehr bevorzugt 80 µm oder mehr und 150 µm oder weniger). Ferner ist die Dicke der Nickelschicht 35, die auf einer inneren Umfangsoberfläche 6D des äußeren Wandabschnitts 6A ausgebildet ist, größer als die Dicke der Nickelschicht 35, die auf einer Bodenoberfläche 6C ausgebildet ist, zumindest in einem Bereich der inneren Umfangsoberfläche des äußeren Wandabschnitts 6A, der sich an der hinteren Endseite des Mittelpunktes davon in der Richtung der axialen Linie CL1 befindet. In der beispielsweise in 7 gezeigten vorliegenden Ausführungsform ist die Nickelschicht 35 derart gebildet, dass ihre Dicke allmählich von der vorderen Endseite zu der hinteren Endseite der inneren Umfangsoberfläche des äußeren Wandabschnitts 6A zunimmt.
Die durchschnittliche Querschnittfläche und der durchschnittliche Umfang der Kristallkörner können durch das folgende Verfahren erhalten werden. Die Nickelschicht 35 wird in einer Richtung, die zu der äußeren Oberfläche der Nickelschicht 35 senkrecht ist, unter Verwendung einer vorgegebenen Ionenfeinstrahlanlage (Focused Ion Beam = FIB) geschnitten, um ein dünnes Stück zu erhalten, das die Nickelschicht 35 enthält. Das erhaltene dünne Stück wird dann unter einem vorgegebenen Rasterelektronenmikroskop (Scanning Electron Microscope = SEM) beobachtet, und ein Bild eines Bereichs mit einer Länge von 20 µm x einer Breite von 30 µm und einschließlich der Nickelschicht 35 wird bei einer 6.500fachen Vergrößerung erfasst, um ein Graustufenbild zu erhalten. Danach werden, wie in 4(a) dargestellt [nur ein Kristallkorn 35A ist in 4 dargestellt, jedoch sind in dem tatsächlichen Graustufenbild mehrere Kristallkörner 35A vorhanden], Kristallkörner 35A in der Nickelschicht 35, die sich auf einer Linie befinden, die an der horizontalen Mitte des Graustufenbildes angeordnet ist und sich vertikal erstreckt, in dem Graustufenbild identifiziert, und die Umrisse der identifizierten Kristallkörner 35A werden auf einen dünnen Papierbogen kopiert. Danach werden die Daten auf dem dünnen Papierbogen in einen vorgegebenen Computer eingegeben und eine vorgegebene Bildsoftware (z. B. Paint) wird verwendet, um die Bereiche innerhalb der Umrisse zu füllen, wie in 4(b) dargestellt. Anschließend wird eine vorgegebene Analysesoftware (z. B. imageJ, ein Produkt des National Institutes of Health) verwendet, um die Fläche und den Umfang jedes gefüllten Bereichs zu messen. Schließlich wird der Durchschnitt der gemessenen Flächen berechnet, um die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner zu erhalten. Außerdem wird der Durchschnitt der berechneten Umfänge berechnet, um den durchschnittlichen Umfang der Kristallkörner zu erhalten. Ein Beispiel des FIB ist eine Ionenfeinstrahlanlage, die von HITACHI, Ltd. (Typ: FB-2000, integriert mit SIM (Rasterelektronenmikroskop)) hergestellt wird.)
Infolge der Oxidation der Nickelschicht 35 wird ein Oxidfilm 36 auf der äußeren Oberfläche der Nickelschicht 35 gebildet, wie in 5 dargestellt. Allerdings wird der Oxidfilm 36 in der vorliegenden Ausführungsform sehr dünn gemacht; das heißt, dass seine Dicke T2 gleich oder geringer als 1,0 µm ist. Im Hinblick auf die Abspaltungsbeständigkeit der Nickelschicht 35 ist der Oxidfilm 36 vorzugsweise so dünne wie möglich. Es ist bevorzugt, dass gar kein Oxidfilm 36 vorhanden ist. Da jedoch die Anschlusselektrode 6 in der vorliegenden Ausführungsform in einem später beschriebenen Heißabdichtungsschritt erwärmt wird, wird der Oxidfilm 36 auf der äußeren Oberfläche der Nickelschicht 35 gebildet, wobei die Dicke T2 des Oxidfilms 36 0,01 µm oder mehr beträgt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vickershärte des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode 6 auf 140 Hv oder mehr und 180 Hv oder weniger eingestellt. Die Härte des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode 6 kann durch das folgende Verfahren gemessen werden. Ein Liniensegment SL wird in einem Querschnitt gezeichnet, der die axiale Linie CL1 aufweist, wie in 6 dargestellt. Genauer befindet sich dieses Liniensegment SL an einer Position, die 0,5 mm von der äußeren Umfangsoberfläche der Anschlusselektrode 6 zu der axialen Linie CL1 in einer Richtung verschoben ist, die senkrecht zu der axialen Linie CL1 ist, sich in der Richtung der axialen Linie CL1 erstreckt und in der Anschlusselektrode 6 vorhanden ist. Danach wird gemäß den Vorgaben von JIS Z2244 eine vorgegebene Last (z. B. 20 kgf) an einen Abschnitt der Anschlusselektrode 6 angelegt, an dem der Mittelpunkt CP des Liniensegments SL angeordnet ist, unter Verwendung eines pyramidenförmigen Diamant-Eindringkörpers. Die Härte des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode 6 kann aus der Länge diagonaler Linien der Vertiefung ermittelt werden, die auf der Anschlusselektrode 6 ausgebildet ist.
Nachstehend wird eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung der Zündkerze 1 gegeben, die wie oben beschieben konfiguriert ist. Zuerst wird die Metallhülse 3 hergestellt. Genauer wird ein zylindrisches säulenförmiges Metallmaterial (z. B. ein eisenbasiertes oder Edelstahlmaterial wie S17C oder S25C) beispielsweise einer Kaltumformung unterworfen, um ein Durchgangsloch zu bilden, wodurch eine raue Form gebildet wird. Danach wird ein Schneidvorgang ausgeführt, um die äußere Form anzupassen, wodurch ein Metallgehäusezwischenprodukt erhalten wird.
Danach wird eine gerade stabförmige Masseelektrode 27 aus zum Beispiel einer Ni-Legierung durch Widerstandsscheißen an eine vordere Endfläche des Metallgehäusezwischenprodukts geschweißt. Da ein so genanntes „Ablaufen“ („Sagging“) während des Widerstandsschweißens auftritt, wird der „Ablauf” entfernt und danach ein Gewindeabschnitt 15 an einem vorgegebenen Abschnitt des Metallgehäusezwischenprodukts durch Walzen gebildet. Ein Metallgehäuse 3 mit einer daran geschweißten Masseelektrode 27 wird dadurch erhalten.
Danach wird ein vorgegebenes Metallmaterial (z. B. Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt) maschinell bearbeitet, um eine stabförmige Anschlusselektrode 6 zu erhalten. Danach wird die Anschlusselektrode 6 durch ein Trommelgalvanisierungsverfahren einer Galvanisierungsbehandlung unterzogen, um eine Nickelschicht 35 auf der äußeren Oberfläche der Anschlusselektrode 6 zu bilden. Bei der Ausführung der Galvanisierungsbehandlung wird eine Trommelgalvanisierungsvorrichtung (nicht dargestellt) verwendet. Die Trommelgalvanisierungsvorrichtung weist ein Galvanisierungsbad zum Speichern einer sauren wässrigen Galvanisierungslösung (pH-Wert: etwa 4,0±0,5) und einen Lagerbehälter auf, der eine Wand aufweist, die beispielsweise aus einem Sieb oder einer perforierten Platte gebildet ist und in die wässrigen Galvanisierungslösung eingetaucht wird. Die wässrige Galvanisierungslösung enthält Nickelsulfat (NiSO₄) einer vorgegebenen Konzentration (z. B. 250±20 g/L), Nickelchlorid (NiCl₂) einer vorgegebenen Konzentration (z. B. 50±10 g/L), Borsäure (H₃BO₃) einer vorgegebenen Konzentration (z. B. 40±10 g/L) und einen Aufheller. Genauer ist die Anschlusselektrode 6 in dem Lagerbehälter untergebracht und wird dann in die wässrige Galvanisierungslösung eingetaucht. Danach wird die Temperatur der wässrigen Galvanisierungslösung auf eine vorgegebene Temperatur (z. B. 55±5°C) eingestellt und Gleichstrom mit einer vorgegebenen Stromdichte (z. B. 0,13 A/dm² oder mehr und 1,33 A/dm² oder weniger) wird an die Anschlusselektrode 6 für einen vorgegebenen Bestromungszeitraum (z. B. 9 Sekunden oder länger und 1.500 Sekunden oder kürzer) angelegt, während der Lagerbehälter unter Verwendung eines Motors gedreht wird. Dadurch wird eine Nickelschicht 35 über der gesamten äußeren Oberfläche der Anschlusselektrode 6 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform werden der Bestromungszeitraum und die Stromdichte (A/dm²) während der Galvanisierungsbehandlung derart gesteuert, dass die Dicke T1 der Nickelschicht 35 auf 3 µm oder mehr und 25 µm oder weniger eingestellt wird, und die durchschnittliche Querschnittsfläche von Kristallkörnern, welche die Nickelschicht 35 bilden, auf 50 µm² oder mehr und 500 µm² oder weniger eingestellt wird. Die Dicke T1 der Nickelschicht 35 kann durch Steuern des Bestromungszeitraums geändert werden und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner kann durch Steuern der Stromdichte geändert werden.
Neben dem Metallgehäuse 3 wird im Vorfeld der Keramikisolator 2 gebildet. Zum Beispiel wird rohes Materialpulver, das Aluminiumoxid als Hauptbestandteil und ein Bindemittel usw. enthält, zur Herstellung eines granulierten Basismaterials zur Formung verwendet, wobei der granulierte Basisstoff einem Gummiformpressvorgang unterzogen wird, um so einen röhrenförmige Pressling zu erhalten. Der erhaltene Pressling wird durch Schleifen geformt und der geschliffene Pressling wird in einem Brennofen gebrannt, um den Keramikisolator 2 zu erhalten.
Neben dem Metallgehäuse 3 und dem oben beschriebenen Keramikisolator 2 wird im Vorfeld die Mittelelektrode 5 hergestellt. Genauer wird eine Ni-Legierung, in der zum Beispiel eine Kupferlegierung zur Verbesserung der Wärmeabgabe in der Mitte angeordnet ist, einem Schmiedevorgang unterzogen, um die Mittelelektrode 5 herzustellen. Eine Spitze 31 wird mit dem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode 5, beispielsweise durch Laserschweißen verbunden.
An dem Keramikisolator 2, der auf die oben beschriebene Weise erhalten wird, werden die Mittelelektrode 5, die Anschlusselektrode 6 und der Widerstand 7 in einem abgedichteten Zustand durch die Glasdichtungsschichten 8 und 9 befestigt. Die Glasdichtungsschichten 8 und 9 werden im Allgemeinen wie folgt gebildet. Eine Mischung aus Borsilicatglas und Metallpulver wird in die axiale Bohrung 4 des Keramikisolators 2 geladen, um den Widerstand 7 einzuklemmen. Anschließend wird von der Rückseite davon durch die Anschlusselektrode 6 Druck an die geladene Mischung angelegt und danach wird sie in einem Brennofen erwärmt. Demzufolge werden die Mittelelektrode 5 usw. in einem abgedichteten Zustand befestigt. Gleichzeitig kann durch Brennen eine Glasurschicht auf der Oberfläche des hinteren Rumpfabschnitts 10 des Keramikisolators 2 gebildet werden. Als Alternative kann die Glasurschicht im Voraus gebildet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Dicke T2 des Oxidfilms 36 durch Steuern der Erwärmungszeit auf 1,0 µm oder weniger eingestellt.
Danach wird der Keramikisolator 2 von ihrer hinteren Öffnung in das Metallgehäuse 3 eingeführt. Danach wird der hintere Endabschnitt des Metallgehäuses 3 in die Richtung der axialen Linie CL1 gepresst, um den hinteren Endabschnitt radial nach innen zu biegen (d. h. den Crimpabschnitt 20 zu bilden), wodurch der Keramikisolator 2 und das Metallgehäuse 3 aneinander befestigt werden.
Danach wird eine Spitze 32 an dem vorderen Endabschnitt der Masseelektrode 27 beispielsweise durch Widerstandsschweißen befestigt und die Masseelektrode 27 wird zur Mittelelektrode 5 gebogen. Schließlich wird die Größe des Funkenentladungsspaltes 33, der zwischen der Mittelelektrode 5 (der Spitze 31) und der Masseelektrode 27 (der Spitze 32) gebildet wird, eingestellt, wodurch die oben beschriebene Zündkerze 1 erhalten wird.
Wie oben ausführlich beschrieben, ist die Dicke T1 der Nickelschicht 35 in der vorliegenden Ausführungsform auf 3 µm oder mehr und 25 µm oder weniger eingestellt, wobei die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner auf 50 µm² oder mehr und 500 µm² oder weniger eingestellt wird. Daher können sowohl die Abspaltungsbeständigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit hinlänglich verbessert werden. Infolgedessen können, selbst wenn die Aussparung 6B, die in dem hinteren Endabschnitt der Anschlusselektrode 6 ausgebildet ist, die Möglichkeit einer Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit der Anschlusselektrode 6 und Abspaltung der Nickelschicht erhöht, sowohl die Abspaltungsbeständigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit verbessert werden.
Wenn die Dicke T1 der Nickelschicht 35 10 µm oder mehr und 20 µm oder weniger beträgt und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner 200 µm² oder mehr und 400 µm² oder weniger beträgt, können sowohl die Abspaltungsbeständigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit weiter verbessert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Dicke T2 des Oxidfilms 36 auf 1,0 µm oder weniger eingestellt. Daher kann die Flexibilität der Nickelschicht 35 ausreichend gewährleistet und die Beständigkeit der Nickelschicht gegenüber Wärmebeanspruchung kann weiter verbessert werden. Infolgedessen kann eine weiter verbesserte Abspaltungsbeständigkeit realisiert werden.
Die Härte des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode 6 ist auf 140 Hv oder mehr und 180 Hv oder weniger eingestellt. Daher kann die Differenz hinsichtlich der Wärmeausdehnung zwischen der Anschlusselektrode 6 und der Nickelschicht 35 weiter verringert werden und die Wärmebeanspruchung, die auf die Nickelschicht 35 einwirkt, kann erheblich reduziert werden. Infolgedessen kann die Abspaltungsbeständigkeit erheblich verbessert werden.
Als Nächstes wurden zur Untersuchung der Auswirkungen, die durch die obige Ausführungsform erhalten werden, mehrere Anschlusselektrodenproben, die Nickelschichten mit unterschiedlichen Dicken T1 (µm) und unterschiedlichen durchschnittlichen Querschnittsflächen (µm²) der Kristallkörner aufwiesen, durch Steuern der Stromdichte und des Bestromungszeitraums während einer Galvanisierungsbehandlung hergestellt. Eine Bewertungsprüfung der Abspaltungsbeständigkeit und eine Bewertungsprüfung der Korrosionsbeständigkeit wurden an jeder der Proben ausgeführt. Jede Anschlusselektrode wies eine Aussparung in ihrem hinteren Endabschnitt auf.
Die Bewertungsprüfung der Abspaltungsbeständigkeit kann wie folgt beschrieben werden. Jede Probe wurde in einem Röhrenofen bei 1.000 °C 8 Minuten lang erwärmt und danach langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Danach wurde an der Probe eine Sichtprüfung oder eine Prüfung mit einem vorgegebenen Vergrößerungsglas durchgeführt, ob eine Abspaltung (Rissbildung usw.) der Nickelschicht an der äußeren Oberfläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode auftrat oder nicht. Eine Probe ohne Abspaltung der Nickelschicht wurde als mit einer sehr guten Abspaltungsbeständigkeit betrachtet und mit „AAA“ bewertet. Eine Probe, bei der zwar eine Abspaltung der Nickelschicht aufgetreten war, aber die Fläche eines Bereichs, an dem die Abspaltung auftrat (die Abspaltungsfläche) weniger als 5 % der Fläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode betrug, wurde als mit einer hervorragenden Abspaltungsbeständigkeit betrachtet und mit „AA“ bewertet. Eine Probe, bei der zwar eine Abspaltung der Nickelschicht aufgetreten war, aber die Abspaltungsfläche 5 % oder mehr und 10 % oder weniger als die Fläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode betrug, wurde als mit einer guten Abspaltungsbeständigkeit betrachtet und mit „A“ bewertet. Eine Probe, bei der zwar eine Abspaltung der Nickelschicht aufgetreten war, und die Abspaltungsfläche mehr als 10 % der Fläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode betrug, wurde als mit einer schlechten Abspaltungsbeständigkeit betrachtet und mit „X“ bewertet.
Die Bewertungsprüfung der Korrosionsbeständigkeit kann wie folgt beschrieben werden. Jede Probe wurde 48 Stunden lang in einer Atmosphäre stehen gelassen, in die Salzwasser gesprüht wurde, und es wurde geprüft, ob roter Rost an der Oberfläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode auftrat oder nicht. Eine Probe, bei der keine Erzeugung von rotem Rost vorlag, wurde als mit einer sehr guten Korrosionsbeständigkeit betracht und mit „AAA“ bewertet. Eine Probe, bei der zwar roter Rost gefunden wurde, aber die Fläche eines Bereichs, an dem roter Rost erzeugt wurde (die Erzeugungsfläche von rotem Rost), weniger als 5 % der Fläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode betrug, wurde als mit einer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit betrachtet und mit „AA“ bewertet. Eine Probe, bei der zwar roter Rost gefunden wurde, jedoch die Erzeugungsfläche von rotem Rost 5 % oder mehr und 30 % oder weniger als die Fläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode betrug, wurde als mit einer guten Korrosionsbeständigkeit betrachtet und mit „A“ bewertet. Eine Probe, bei der die Erzeugungsfläche von rotem Rost mehr als 30% der Fläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode betrug, wurde als mit einer schlechten Korrosionsbeständigkeit betrachtet und mit „X“ bewertet.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Bewertungsprüfung der Abspaltungsbeständigkeit und Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Bewertungsprüfung der Korrosionsbeständigkeit. [Tabelle 1]

		Dicke T1 der Nickelschicht (µm)
		0,5	1	2	3	4	5	10	14	16	18	20	22	24	25	26	28	30
Durchschnittliche Querschnittsfläche von Kristallkörnern (µm²)	25	AAA	AA	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X
	50	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	AA	AA	A	A	X	X	X
	75	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	AA	AA	A	A	X	X	X
	100	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	AA	AA	A	A	X	X	X
	150	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	AA	AA	A	A	X	X	X
	200	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	A	X	X	X
	300	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	A	X	X	X
	400	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	A	X	X	X
	450	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	AA	AA	A	A	X	X	X
	500	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	AA	AA	A	A	X	X	X
	600	AAA	AA	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X

[Tabelle 2]

		Dicke T1 der Nickelschicht (µm)
		0,5	1	2	3	4	5	10	14	16	18	20	22	24	25	26	28	30
Durchschnittliche Querschnittsfläche von Kristallkörnern (µm²)	25	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	AA	AA	AAA
	50	X	X	X	A	A	A	AA	AA	AA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA
	75	X	X	X	A	A	AA	AA	AA	AA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA
	100	X	X	X	A	A	AA	AA	AA	AA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA
	150	X	X	X	A	A	AA	AA	AA	AA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA
	200	X	X	X	A	AA	AA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA
	300	X	X	X	A	AA	AA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA
	400	X	X	X	A	AA	AA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA
	450	X	X	X	A	A	AA	AA	AA	AA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA
	500	X	X	X	A	A	AA	AA	AA	AA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA
	600	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	AA	AA	AAA

Aus Tabelle 1 geht eindeutig hervor, dass die Proben, in denen die Dicke T1 der Nickelschicht 25 µm oder weniger betrug und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner 50 µm² oder mehr und 500 µm² oder weniger betrug, eine gute Abspaltungsbeständigkeit aufwiesen. Dies kann auf der synergistischen Wirkung der folgenden Aspekte (1) bis (3) beruhen.
(1) Da die Dicke T1 der Nickelschicht 25 µm oder weniger betrug, war die Differenz hinsichtlich der Wärmeausdehnung zwischen der Nickelschicht und der Anschlusselektrode, die während der Erwärmung und Abkühlung auftrat, relativ gering, sodass die Wärmebeanspruchung, die auf die Nickelschicht einwirkte, relativ gering war.
(2) Da die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner 50 µm² oder mehr betrug, wurde eine übermäßige Reduzierung der Größe der Kristallkörner unterdrückt und die Korngrenzen-Bindefestigkeit wurde erhöht. Daher war die Bildung von Rissen an den Korngrenzen weniger wahrscheinlich, wenn eine Wärmebeanspruchung an die Nickelschicht angelegt wurde.
(3) Da die durchschnittliche Querschnittsflächeder Kristallkörner 500 µm² oder weniger betrug, waren die Durchmesser der Kristallkörner relativ klein. Auf diese Weise kann die Beständigkeit der Nickelschicht gegenüber Wärmebeanspruchung ausreichend verbessert werden.
Aus Tabelle 2 geht eindeutig hervor, dass die Proben, in denen die Dicke T1 der Nickelschicht 3 µm oder mehr betrug und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner 50 µm² oder mehr und 500 µm² oder weniger betrug, eine gute Korrosionsbeständigkeit aufwiesen. Dies kann auf der synergistischen Wirkung der folgenden Aspekte (4) bis (6) beruhen.
(4) Da die Dicke T1 der Nickelschicht 3 µm oder mehr betrug, nahm die Anzahl der Stiftlöcher pro Einheitsfläche in der Nickelschicht ab und die Adhäsion von Salzwasser an der Anschlusselektrode wurde unterdrückt.
(5) Da die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner 50 µm² oder mehr betrug, nahm die Grenzflächen-Bindefestigkeit zu. In diesem Fall traten Risse an den Korngrenzen weniger wahrscheinlich auf und die Adhäsion von Salzwasser an der Anschlusselektrode wurde unterdrückt.
(6) Die Nickelschicht wurde derart gebildet, dass Kristalle in der Kristallphase aufeinander gestapelt werden. Da die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner 500 µm² oder weniger betrug, waren die Durchmesser der Kristallkörner relativ klein, sodass Unregelmäßigkeiten an der Korngrenze weiter verringert wurden. Daher wurde eine Teildünnung der Kristallschichten auf zuverlässigere Weise verhindert.
Insbesondere in Proben, in denen die Dicke T1 der Nickelschicht 10 µm oder mehr und 20 µm oder weniger betrug und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner 200 µm² oder mehr und 400 µm² oder weniger betrug, waren nachweislich sowohl die Abspaltungsbeständigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit hervorragend.
Wie aus den Ergebnissen der zwei Prüfungen hervorgeht, wird zum Erhalt einer guten Abspaltungsbeständigkeit und einer guten Korrosionsbeständigkeit die Dicke T1 der Nickelschicht vorzugsweise auf 3 µm oder mehr und 25 µm oder weniger eingestellt und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner wird auf 50 µm² oder mehr und 500 µm² oder weniger eingestellt.
Zur weiteren Verbesserung der Abspaltungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit wird die Dicke T1 der Nickelschicht mehr bevorzugt auf 10 µm oder mehr und 20 µm oder weniger eingestellt, wobei die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner auf 200 µm² oder mehr und 400 µm² oder weniger eingestellt wird.

Als Nächstes wurde für die Anschlusselektrodenproben, in denen die Dicke T1 der Nickelschicht auf 3 µm oder mehr und 25 µm oder weniger eingestellt wurde und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner auf etwa 300 µm² eingestellt wurde, die oben beschriebene Bewertungsprüfung der Abspaltungsbeständigkeit mit auf 1.200 °C geänderter Erwärmungstemperatur ausgeführt (unter Bedingungen also, unter denen die Abspaltung der Nickelschicht wahrscheinlicher eintritt). In dieser Prüfung wurde die Erwärmungszeit geändert, um die Dicke T2 (µm) des Oxidfilms zu ändern, die auf der äußeren Oberfläche der Nickelschicht infolge der Erwärmung gebildet wurde. Tabelle 3 stellt die Ergebnisse der Prüfung dar. Tabelle 3 stellt zwecks Referenz auch die Erwärmungszeit dar. [Tabelle 3]

Dicke T2 des Oxidfilms (µm²)	Erwärmungszeit (Minuten)	Dicke T1 der Nickelschicht (µm)
Dicke T2 des Oxidfilms (µm²)	Erwärmungszeit (Minuten)	3	4	5	10	14	16	18	20	22	24	25
0,1	8	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	A	A	A	A
0,2	16	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	A	A	A	A
0,5	40	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	A	A	A	A
1,0	80	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	A	A	A	A
2,0	160	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, wiesen die Proben, in denen die Dicke T2 des Oxidfilms 1,0 µm oder geringer war, eine hervorragende Abspaltungsbeständigkeit auf. Dies kann darauf beruhen, dass die Flexibilität der Nickelschicht ausreichend gewährleistet war und die Beständigkeit der Nickelschicht gegenüber Wärmebeanspruchung weiter verbessert war.
Wie den Ergebnissen der obigen Prüfung zu entnehmen ist, wird die Dicke T2 des Oxidfilms auf der äußeren Oberfläche der Nickelschicht zur weiteren Verbesserung der Abspaltungsbeständigkeit auf 1,0 µm oder weniger eingestellt.

Als Nächstes wurden Anschlusselektrodenproben hergestellt, in denen die Dicke T1 der Nickelschicht auf 3 µm oder mehr und 25 µm oder weniger eingestellt wurde und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner auf 300 µm² eingestellt war. In diesen Proben wurde der Kohlenstoff-(C)-Gehalt (Massen-%) derart eingestellt, dass die Härte des hinteren Endabschnitts geändert wurde. Für diese Proben wurde die oben beschriebene Bewertungsprüfung zur Abspaltungsbeständigkeit ausgeführt, wobei die Erwärmungstemperatur auf 1.200 °C und die Erwärmungszeit auf 8 Minuten eingestellt wurde. Tabelle 4 stellt die Ergebnisse der Prüfung dar. Tabelle 4 stellt auch den C-Gehalt jeder Probe zu Referenzwecken dar. [Tabelle 4]

Härte (Hv)	C-Gehalt (Massen-%)	Dicke T1 der Nickelschicht (µm)
Härte (Hv)	C-Gehalt (Massen-%)	3	4	5	10	14	16	18	20	22	24	25
120	0.12	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X
140	0.15	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	A	X	X	X
160	0.20	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	A	X	X	X
180	0.23	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AAA	AA	A	X	X	X
200	0.27	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X

Wie aus Tabelle 4 ersichtlich, wiesen die Proben, in denen die Härte des hinteren Endabschnitts 140 Hv oder mehr und 180 Hv oder weniger betrug, eine hervorragende Abspaltungsbeständigkeit auf. Dies kann darauf beruhen, dass die Differenz hinsichtlich der Wärmeausdehnung zwischen der Anschlusselektrode und der Nickelschicht verringert wird und die Wärmebeanspruchung, die auf die Nickelschicht einwirkt, geringer wird.
Wie den Ergebnissen der obigen Prüfung zu entnehmen ist, wird die Vickershärte des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode mehr bevorzugt auf 140 Hv oder mehr und 180 Hv oder weniger eingestellt, um eine weitere Verbesserung der Abspaltungsbeständigkeit bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Inhalte der Beschreibung der obigen Ausführungsform eingeschränkt und kann zum Beispiel wie folgt ausgeführt werden. Man wird zu schätzen wissen, dass andere als die unten beispielhaft dargestellten Anwendungsbeispiele und Modifikationen ebenfalls möglich sind.

(a) In der obigen Ausführungsform ist die Nickelschicht 35 über die gesamte äußere Oberfläche der Anschlusselektrode 6 ausgebildet. Allerdings kann die Nickelschicht 35 auf zumindest der äußeren Oberfläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode 6 ausgebildet sein.
(b) Eine Vorvernickelung kann an der Anschlusselektrode 6 vor der oben beschriebenen Galvanisierungsbehandlung zur Bereitstellung der Nickelschicht 35 vorgenommen werden, sodass ein Vorvernickelungs-Dünnfilm auf der Oberfläche der Anschlusselektrode 6 bereitgestellt wird. In dem Vorvernickelungsverfahren wird eine Trommelgalvanisierungsbehandlung unter Verwendung einer stark sauren wässrigen Galvanisierungslösung (pH-Wert: 1 oder weniger) ausgeführt, die zum Beispiel NiSO₄, NiCl₂, H₃BO₃ und HCl enthält. Die Vorvernickelungsbehandlung kann Verunreinigungen entfernen, die an der Oberfläche der Anschlusselektrode 6 haften. Dies kann die Adhäsion der Nickelschicht 35 an der Anschlusselektrode 6 verbessern, sodass die Abspaltungsbeständigkeit und die Korrosionsbeständigkeit weiter verbessert werden.
(c) In der obigen Ausführungsform wird nur die Nickelschicht 35 auf der Oberfläche der Anschlusselektrode 6 bereitgestellt. Allerdings kann eine dreiwertige Chromatschicht (mindestens 95 Massen-% der enthaltenen Chrombestandteile sind dreiwertiges Chrom) auf der Oberfläche der Nickelschicht 35 ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Korrosionsbeständigkeit weiter verbessert werden.
(d) In der obigen Ausführungsform erzeugt die Zündkerze 1 eine Funkenentladung in dem Funkenentladungsspalt 33. Allerdings ist die Struktur einer Zündkerze, auf welche das technologische Vorbild der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, nicht darauf beschränkt. Daher kann das ideologische Vorbild der vorliegenden Erfindung zum Beispiel auf eine Zündkerze, die nach Anlegen einer AC-Leistung an den Funkenentladungsspalt ein AC-Plasma in einem Funkenentladungsspalt erzeugt (eine AC-Plasma-Zündkerze), und auf eine Zündkerze, die einen Hohlraum (Zwischenraum) an dem vorderen Endabschnitt eines Keramikisolators und Plasmastrahle, die in dem Hohlraum erzeugt werden, aufweist (eine Plasmastrahl-Zündkerze) usw., angewendet werden.
(e) In der obigen Ausführungsform ist die Masseelektrode 27 mit einem vorderen Endabschnitt des Metallgehäuses 3 verbunden. Allerdings ist die vorliegende Erfindung auf den Fall anwendbar, in dem ein Abschnitt eines Metallgehäuses (oder ein Abschnitt eines Endmetallstücks, das im Vorfeld an das Metallgehäuses geschweißt wurde) durch maschinelles Bearbeiten zu einer Masseelektrode gebildet wird (siehe zum Beispiel die japanische Patent-Auslegeschrift JP 2006 - 236 906 A ).
(f) In der obigen Ausführungsform weist der Werkzeugeingriffsabschnitt 19 einen sechseckigen Querschnitt auf. Allerdings ist die Form des Werkzeugeingriffsabschnitts 19 nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Werkzeugeingriffsabschnitt 19 eine Bi-HEX (modifizierte zwölfeckige) -Form [ISO22977:2005(E)] aufweisen.

Bezugszeichenliste

1: Zündkerze
2: Keramikisolator (Isolierelement)
4: axiale Bohrung
6: Anschlusselektrode
6A: äußerer Wandabschnitt
6B: Aussparung
6C: Bodenoberfläche
6D: innere Umfangsoberfläche
35: Nickelschicht
36: Oxidfilm
CL1: axiale Linie

Claims

Zündkerze (1), umfassend: ein Isolierelement (2) mit einer axialen Bohrung (4), die durch das Isolierelement (2) in einer Richtung einer axialen Linie geht (CL1); und eine Anschlusselektrode (6), die in die axiale Bohrung (4) eingeführt ist, wobei ein hinterer Endabschnitt der Anschlusselektrode (6) von einem hinteren Ende des Isolierelements (2) hervorsteht, wobei die Anschlusselektrode (6) eine Aussparung (6B) in ihrem hinteren Endabschnitt aufweist, wobei die Aussparung (6B) eine Tiefenrichtung aufweist, die mit der Richtung der axialen Linie (CL1) übereinstimmt, wobei die Anschlusselektrode (6) eine Nickelschicht (35) aufweist, die auf einer äußeren Oberfläche des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode (6) bereitgestellt ist, wobei die Dicke der Nickelschicht (35) 3 µm oder mehr und 25 µm oder weniger beträgt, und wobei eine durchschnittliche Querschnittsfläche von Kristallkörnern, welche die Nickelschicht (35) bilden, wie in einem Querschnitt senkrecht zu einer äußeren Oberfläche der Nickelschicht (35) gemessen, 50 µm² oder mehr und 500 µm² oder weniger beträgt.
Zündkerze (1) nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Nickelschicht (35) 10 µm oder mehr und 20 µm oder weniger beträgt, und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Kristallkörner, wie im Querschnitt gemessen, 200 µm² oder mehr und 400 µm² oder weniger beträgt.
Zündkerze (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nickelschicht (35) auf ihrer äußeren Oberfläche einen Oxidfilm (36) mit einer Dicke von 1,0 µm oder weniger aufweist.
Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vickershärte des hinteren Endabschnitts der Anschlusselektrode (6) 140 Hv oder mehr und 180 Hv oder weniger beträgt.
Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anschlusselektrode (6) einen ringförmigen äußeren Wandabschnitt (6A) aufweist, der die Aussparung (6B) umgibt; die Aussparung (6B) durch eine Bodenoberfläche (6C) die eine flache Oberfläche ist, die zu der Richtung der axialen Linie (CL1) orthogonal ist, und eine innere Umfangsoberfläche (6D) des äußeren Wandabschnitts (6A) definiert ist; und die Dicke der Nickelschicht (35), die auf der inneren Umfangsoberfläche (6D) des äußeren Wandabschnitts (6A) ausgebildet ist, größer als die Dicke der auf der Bodenoberfläche (6C) geformten Nickelschicht (35) ist, zumindest in einem Bereich der inneren Umfangsoberfläche (6D) des äußeren Wandabschnitts (6A), der sich auf der hinteren Endseite des Mittelpunktes davon in Richtung der axialen Linie (CL1) befindet.