DE102016217663B4

DE102016217663B4 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102016217663B4
Application number: DE102016217663.3A
Authority: DE
Inventors: Yohei KOZAKAI; Satoshi Nagasawa; Akira Suzuki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: JP2017059382A; DE102016217663A1; US20170077681A1; CN106911081B; JP6282619B2; FR3041176A1; CN106911081A; US10063036B2; FR3041176B1

Abstract

Eine Zündkerze (1), miteinem Isolator (3) mit einer axialen Bohrung (2), die in der Richtung einer Achse der Zündkerze (1) hindurch ausgebildet ist;einer Mittelelektrode (4), die in einer vorderen Seite der axialen Bohrung (2) angeordnet ist; undeiner Metallhülse (7), die um einen Außenumfang des Isolators (3) herum angeordnet ist und einen kragenförmigen Werkzeugeingriffsbereich (27) und einen Pressbereich (28), der auf einer hinteren Seite des Werkzeugeingriffsbereichs (27) angeordnet ist und in Richtung nach hinten im Durchmesser reduziert ist, aufweist,wobei der Pressbereich (28) der Metallhülse (7) aus Kohlenstoff-Stahlmaterial hergestellt ist und eine Korngrößennummer aufweist die gleich oder größer ist als Nr. 11 bei Messung nach JIS G 0551 :2013.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, insbesondere den Typ, in welchem eine Metallhülse eine Festigkeit, selbst wenn diese mit kleinem Durchmesser und geringer Dicke gebildet ist, derart hat, dass sie an einem Isolator durch Verpressen mit ausreichender Kraft befestigt werden kann, um Luftdichtigkeit zu gewährleisten.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist in folgenden Dokumenten offenbart: JP 2003-257 584 A , JP S63-266 046 A und der JP 2011-228 250 A .
Im Weiteren bezeichnet der Begriff „vorne“ eine Funkenentladungsseite in Bezug auf die Richtung einer Achse einer Zündkerze; und der Begriff „hinten“ bezeichnet eine Seite gegenüberliegend zu der Vorderseite.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor, etwa einen Fahrzeugmotor, weist generell eine stabförmige Mittelelektrode, einen im Wesentlichen zylindrischen Isolator, der um einen Außenumfang der Mittelelektrode angeordnet ist, eine im Wesentlichen zylindrische Metallhülse, die um einen Außenumfang des Isolators angeordnet ist, und eine Erdungselektrode auf, die an einem vorderen Ende der Metallhülse angeschlossen ist, um eine Funkenentladungsstrecke zwischen dem vorderen Endbereich der Mittelelektrode und einem abgewandten Endbereich der Erdungselektrode zu bilden.
In jüngerer Zeit gibt es ein Bestreben, die Größe und den Durchmesser der Zündkerze zum Zwecke der Verbesserung der Flexibilität der Gestaltung eines Motors zu reduzieren. Beispielsweise ist es vorstellbar, den Durchmesser und die Dicke der Metallhülse zur Verringerung der Größe/Durchmesser der Zündkerze zu reduzieren.
Es ist übliche Praxis, die Metallhülse an dem Isolator zu befestigen, indem der Isolator in die Metallhülse eingeführt wird, wobei die Mittelelektrode an einer vorderen Endseite des Isolators befestigt ist, und indem ein hinterer Endbereich (auch als ein „Pressbereich“ bezeichnet) der Metallhülse radial nach innen weisend auf dem Isolator verquetscht bzw. verpresst wird. Der Pressbereich der Metallhülse ist relativ dünn ausgeführt, um auf den Isolator aufgepresst werden zu können. Wenn die Metallhülse in Durchmesser und Dicke reduziert wird, verliert ein derart dünner Pressbereich an Festigkeit und kann nicht mit ausreichender Kraft verpresst bzw. gequetscht werden, um Luftdichtigkeit zu gewährleisten.
Als Lösung für das vorhergehende Problem offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung mit der Nr. 2003-257584 (abgekürzt als „ JP 2003-257584 A ‟) eine Zündkerze, die eine aus Stahlmaterial hergestellte Metallhülse mit einem Pressbereich mit reduzierter Querschnittsfläche aufweist, wobei das Stahlmaterial der Metallhülse einen Kohlenstoffanteil hat, der in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche des Pressbereichs erhöht ist, so dass dem Pressbereich Festigkeit verliehen wird, so dass, selbst wenn die Metallhülse einen kleinen Durchmesser hat, der Pressbereich an einem Isolator mit ausreichender Presskraft befestigt werden kann, um die Luftdichtigkeit und Vibrationsbeständigkeit zu verbessern (siehe Paragraph [0009] der JP 2003-257584 A ).
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Seit kurzem gibt es ein Bestreben zur Verringerung der Größe / des Durchmessers der Zündkerze. Es gibt daher das Bestreben, die Festigkeit der Metallhülse weiter zu erhöhen. Ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit der Metallhülse besteht darin, die Metallhülse aus einem Stahl mit hohem Kohlenstoffanteil herzustellen, wie in JP 2003-257584 A beschrieben ist. Je höher der Kohlenstoffanteil des Stahlmaterials ist, desto höher ist die Festigkeit des Stahlmaterials. Andererseits ist eine Verformung des Stahlmaterials schwieriger, und daher nimmt die Bearbeitbarkeit ab, wenn der Kohlenstoffanteil des Stahlmaterials zunimmt. Aus diesem Grunde gibt es ein Bestreben, die Festigkeit der Metallhülse zu erhöhen, während die Bearbeitbarkeit des Metallhülsenmaterials ohne Erhöhung des Kohlenstoffanteils beibehalten wird.
In Hinblick auf das zuvor Gesagte, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze des Typs bereitzustellen, in welchem eine Metallhülse eine Festigkeit hat, selbst wenn sie mit kleinem Durchmesser und Dicke hergestellt ist, die geeignet ist, dass sie an einem Isolator durch Verpressen bzw. Verquetschen mit ausreichender Kraft befestigt wird, so dass Luftdichtigkeit gewährleistet ist.
Zur Lösung des vorher beschriebenen Problems wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Zündkerze mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zündkerze bereitgestellt, mit: einem Isolator mit einer axialen Bohrung, die in der Richtung einer Achse der Zündkerze hindurch ausgebildet ist; einer Mittelelektrode, die auf einer Vorderseite der axialen Bohrung angeordnet ist; und einer Metallhülse, die um einen Außenumfang des Isolators herum angeordnet ist und einem kragenförmigen Werkzeugeingriffsbereich und einem Pressbereich, der auf einer hinteren Seite des Werkzeugeingriffsbereichs angeordnet ist und nach hinten im Durchmesser abnimmt, aufweist, wobei der Pressbereich der Metallhülse aus einem Kohlenstoff-Stahlmaterial hergestellt ist, das eine Korngrößennummer gleich oder größer als Nr. 11 hat, wenn diese gemäß JIS G 0551:2013 gemessen wird.
Die folgenden Konfigurationen (i), (ii) und (iii) sind für die vorhergehende Zündkerze bevorzugt.

(i) Das Kohlenstoff-Stahlmaterial hat eine mittlere lineare bzw. geradlinige Kornlänge von 0,01 mm oder kleiner, wobei die mittlere geradlinige Kornlänge ein arithmetischer Mittelwert von Längen von Kristallkörnern ist, die auf einem Liniensegment parallel zu der Achse der Zündkerze angeordnet sind.
(ii) Das Kohlenstoffmaterial hat eine durch Linienschnitt bestimmte Kornnummer, die größer ist als oder gleich ist zu 200 pro mm, wenn die Messung nach JIS G 0551:2013 erfolgt.
(iii) Das Kohlenstoffmaterial enthält Fe als eine Hauptkomponente, 0,03 bis 0,3 Masse-% an C, 0,3 bis 0,9 Masse-% an Mn, 0,1 bis 0,8 Masse-% an Si und 0,001 bis 0,1 Masse-% an S.

In der vorliegenden Erfindung ist der Pressbereich der Metallhülse aus dem Kohlenstoff-Stahlmaterial mit einer Korngrößennummer gleich oder größer als Nr. 11 hergestellt, wenn die Messung gemäß JIS G 0551:2013 erfolgt. Dieses Kohlenstoff-Stahlmaterial ist in der Korngröße kleiner als diejenigen Materialien, die für konventionelle Metallhülsen verwendet werden. Der Pressbereich der Metallhülse ist somit so hergestellt, dass er eine höhere Festigkeit hat als die konventionellen Metallhülsen. Folglich erhält die Metallhülse (Pressbereich) eine Festigkeit, selbst wenn sie mit kleinem Durchmesser und Dicke hergestellt ist, die in der Lage ist, an dem Isolator durch Verpressen bzw. Verquetschen mit ausreichender Kraft zur Gewährleistung der Luftdichtigkeit befestigt zu werden.
Die anderen Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung können aus der folgenden Beschreibung entnommen werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Zündkerze gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Werkzeugeingriffsbereichs und eines Pressbereichs einer Metallhülse der Zündkerze gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 und 4 sind schematische Ansichten, die Verfahren zur Messung der mittleren geradlinigen Kornlänge und der durch Linienschnittverfahren erhaltenen Kornnummer eines Kohlenstoff-Stahlmaterials der Metallhülse gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Ansicht, die die Öffnungsabmessungen eines halbfertigen Metallhülsenprodukts der Metallhülse zeigt.
6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Last und einer Auslenkung eines hinteren Endes des verpressten Bereichs der Metallhülse zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nachfolgend mit Bezug zu den Zeichnungen eine Zündkerze 1 für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zu beachten ist, dass, wie bereits zuvor erwähnt ist, der Begriff „vorne“ eine Seite der Funkenentladung in Bezug auf die Richtung einer Achse O der Zündkerze 1 bezeichnet; und der Begriff „hinten“ bezeichnet eine Seite gegenüberliegend zu der Vorderseite.
Wie in 1 gezeigt ist, weist die Zündkerze 1 einen im Wesentlichen zylindrischen Isolator 3 mit einer axialen Bohrung 2, die in der Richtung der Achse O durch diesen hindurch ausgebildet ist, eine im Wesentlichen stabförmige Mittelelektrode 4, die an einer Vorderseite der axialen Bohrung 2 angeordnet ist, einen Anschlussstab 5, der an einer Hinterseite der axialen Bohrung 2 angeordnet ist, ein Verbindungsteil 6, das zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Anschlussstab 5 in der axialen Bohrung 2 angeordnet ist, eine im Wesentlichen zylindrische Metallhülse 7, die um einen Außenumfang des Isolators 3 herum angeordnet ist, und eine Erdungselektrode 8 auf mit einem Basisendbereich, der mit einem vorderen Endbereich der Metallhülse 7 verbunden ist, und mit einem abgewandten Endbereich, der der Mittelelektrode 4 über einen Spalt GA zugewandt ist.
Der Isolator 3 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form, wobei die axiale Bohrung 2 in der Richtung der Achse O hindurch verläuft. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Isolator 3 einen hinteren Körperbereich 11, einen Bereich mit großem Durchmesser 12, einen vorderen Körperbereich 13 und einen Schaftbereich 14 auf. Der hinteren Körperbereich 11 ist so geformt, dass darin der Metallanschluss 5 aufgenommen wird, und der Metallanschluss 5 in Bezug zu der Metallhülse 7 isoliert ist. Der Bereich mit großem Durchmesser 12 ist an einer Vorderseite des hinteren Körperbereichs 11 angeordnet und so geformt, dass er radial nach außen weisend in einer Kragenform hervorsteht. Der vordere Körperbereich 13 ist an einer Vorderseite des Bereichs mit großem Durchmesser 12 angeordnet und mit einem kleinerem Außendurchmesser als der Bereich mit großem Durchmesser 12 ausgebildet, um darin das Verbindungsteil 6 aufzunehmen und das Verbindungsteil 6 zu der Metallhülse 7 isoliert zu halten. Der Schaftbereich 14 ist auf einer Vorderseite des vorderen Körperbereichs 13 ausgebildet und mit kleinerem Außen- und Innendurchmesser im Vergleich zu dem vorderen Körperbereich 13 ausgebildet, so dass darin die Mittelelektrode 4 aufgenommen wird und die Mittelelektrode 4 in Bezug zu der Metallhülse 7 isoliert ist. Der Isolator 3 weist ferner einen Stufenbereich 15, der zwischen dem vorderen Körperbereich 13 und dem Schaftbereich 14 ausgebildet ist. Der Isolator 3 ist in der Metallhülse 7 fixiert, wobei ein vorderer Endbereich des Isolators 3 von einem vorderen Ende der Metallhülse 7 hervorsteht. Der Isolator 3 kann aus einem Material hergestellt sein, das Eigenschaften einer mechanischen Festigkeit, thermischen Beständigkeit und elektrischer Isolation hat.
Das Verbindungsteil 6 ist zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Metallanschluss 5 in der axialen Bohrung 2 so angeordnet, dass nicht nur die Mittelelektrode 4 und der Metallanschluss 5 in der axialen Bohrung 2 in Position gehalten werden, sondern dass auch eine elektrische Verbindung zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Metallanschluss 5 hergestellt wird. Das Verbindungsteil 6 kann durch Mischung eines Glaspulvers, eine nicht-metallischen leitenden Pulvers, eines Metallpulvers und dergleichen und durch Sinterung der resultierenden Zusammensetzung hergestellt werden.
Der Metallanschluss 5 ist ausgebildet, eine Spannung aus einer externen Spannungsquelle an die Mittelelektrode 4 zur Erzeugung einer Funkenentladung zwischen der Mittelelektrode 4 und der Erdungselektrode 8 aufzunehmen. Der Metallanschluss 5 ist in der axialen Bohrung 2 durch das Verbindungsteil 6 fixiert, wobei ein hinterer Endbereich des Metallanschlusses 5 aus einem hinteren Ende des Isolators 3 hervorsteht. Der Metallanschluss 5 kann aus einem Metallmaterial, etwa Stahl mit geringem Kohlenstoffanteil, hergestellt werden.
Die Mittelelektrode 4 weist einen hinteren Endbereich 16 auf, der mit dem Verbindungsteil 6 und einem Stabbereich 17, der sich in Richtung zur Vorderseite, ausgehend von dem hinteren Endbereich 16 erstreckt, in Kontakt gebracht ist. Die Mittelelektrode 4 ist in der axialen Bohrung 2 durch das Verbindungsteil 6 fixiert, wobei ein vorderer Endbereich der Mittelelektrode 4 aus einem vorderen Ende des Isolators 3 hervorsteht. Die entsprechenden Bereiche 16 und 17 der Mittelelektrode 4 können aus einem bekannten Material für die Mittelelektrode, etwa einer Ni-Legierung, hergestellt sein. Alternativ kann die Mittelelektrode 4 eine Außenschicht, die aus einer Ni-Legierung etc. hergestellt ist, und einen Kern aufweisen, der koaxial in der Außenschicht eingebettet und aus einem Material hergestellt ist, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material der Außenschicht hat, etwa Cu, eine Cu-Legierung, Ag, eine Ag-Legierung oder reines Ni.
Die Erdungselektrode 8 ist beispielsweise im Wesentlichen rechteckig im Querschnitt. Die Erdungselektrode 8 ist an dem Basisendbereich davon mit dem vorderen Endbereich der Metallhülse 7 verbunden und in einem mittleren Bereich davon in einer im Wesentlichen L-Form derart gebogen, dass der abgewandte Endbereich der Metallhülse 7 dem vorderen Endbereich der Mittelelektrode 4 zum Bilden des Spalts GA dazwischen zugewandt ist. Dabei bezeichnet der Spalt GA eine minimale Strecke zwischen einer vorderen Endfläche der Mittelelektrode 4 zu einer Seitenfläche des abgewandten Endbereichs der Erdungselektrode 8. Im Allgemeinen ist der Spalt GA innerhalb des Bereichs von 0,3 bis 1,5 mm eingestellt. Die Erdungselektrode 8 kann aus einem bekannten Material für Erdungselektroden, etwa einer Ni-Legierung, hergestellt sein. Alternativ kann die Erdungselektrode 8 eine Außenschicht, die aus einer Ni-Legierung und dergleichen aufgebaut ist, und einen Kern aufweisen, der koaxial in der Außenschicht eingebettet und aus einem Material hergestellt ist, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material der Außenschicht hat, wie dies auch für die Mittelelektrode 4 der Fall ist.
Die Metallhülse 7 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und hält darin den Isolator 3, indem ein Teil des Isolators 3 ausgehend von dem Schaftbereich 14 bis zu einem gewissen Gebiet des hinteren Körperbereichs 11 umschlossen wird, während der vordere Endbereich des Isolators 3 aus dem vorderen Ende der Metallhülse 7 hervorstehen kann. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Metallhülse 7 einen Gewindebereich 24, einen Gasdichtungsbereich 25, einen Kompressionsverformungsbereich 26, einen Werkzeugeingriffsbereich 27 und einen hinteren Endbereich (auch als „Pressbereich“ bezeichnet) 28 auf. Der Gewindebereich 24 ist in einer Außenumfangsfläche eines vorderen Teils der Metallhülse 7 derart ausgebildet, dass die Zündkerze 1 an einem Zylinderkopf (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors durch Einschrauben des Gewindebereichs 24 in eine Schraubbohrung des Motorzylinderkopfs befestigt wird. Der Gasdichtungsbereich 25 ist an einer hinteren Seite des Gewindebereichs 24 angeordnet und in einer Kragenform ausgebildet. Der Kompressionsverformungsbereich 26 ist auf einer hinteren Seite des Gasdichtungsbereichs 25 angeordnet und ist in einer radial nach außen weisenden gekrümmten Form mit einer kleineren Dicke als der Gasdichtungsbereich 25 ausgebildet. Der Werkzeugeingriffsbereich 27 ist auf einer hinteren Seite des Kompressionsverformungsbereichs 26 angeordnet und in einer radial nach außen weisenden hervorstehenden Kragenform ausgebildet. Der Werkzeugeingriffsbereich 27 ist in der Form polygonal (beispielsweise hexagonal), wenn die Betrachtung im Querschnitt in einer Richtung senkrecht zu der Achse O erfolgt, und kann mit einem Kerzenmontierwerkzeug, etwa einem Schlüssel oder Spannschlüssel in Eingriff treten. Der Pressbereich 28 ist an einer hinteren Seite des Werkzeugeingriffsbereichs 27 angeordnet und mit einer geringeren Dicke als der Werkzeugeingriffsbereich 27 ausgebildet. Wie in 2 gezeigt ist, wird der Pressbereich 28 verpresst bzw. verquetscht und dadurch im Durchmesser in Richtung zur hinteren Seite in der Richtung der Achse O reduziert.
Ein Paar aus ringförmigen Ringelementen 29 und 30 und Talg 31 sind in einem ringförmige Raumbereich zwischen einem Außenumfang des hinteren Körperbereichs 18 des Isolators 3 und inneren Umfängen des Werkzeugeingriffsbereichs 27 und des Pressbereichs 28 der Metallhülse 7 angeordnet. Bei der Herstellung der Zündkerze 1 wird der hintere Endbereich (Pressbereich) 28 radial nach innen zeigend in Richtung zu der Vorderseite durch Verpressung derart verformt, dass das hintere Ende der Metallhülse 7 mit dem Außenumfang des Isolators 3 in Kontakt gebracht wird. Mit der Ausübung einer derartigen Presskraft wird der Kompressionsverformungsbereich 55 angedrückt und nach außen verformt. Folglich wird der Isolator 3 in Richtung zu der Vorderseite innerhalb der Metallhülse 7 mittels der Ringelemente 29 und 30 und dem Talg 31 so gedrückt, dass der Talg 31 in der Richtung der Achse O komprimiert wird und die Luftdichtigkeit des Inneren der Metallhülse 7 erhöht.
Die Metallhülse 7 weist ferner einen Vorsprungsbereich 32 auf, der an einer Innenumfangsfläche davon an einer Position ausgebildet ist, die dem Gewindebereich 24 entspricht und an den Stufenbereich 15 des Isolators 3 mittels einer ringförmigen Plattendichtung 33 gepresst ist. Dabei dient die Plattendichtung 33 als ein luftdichtes Dichtungselement, um die Luftdichtigkeit zwischen der Metallhülse 7 und dem Isolator 3 beizubehalten und das Ausströmen von Verbrennungsgas zu verhindern.
Die Metallhülse 7 ist aus einem Kohlenstoff-Stahlmaterial hergestellt.
Das Kohlenstoff-Stahlmaterial des Pressbereichs 28 der Metallhülse 7 hat eine Korngrößennummer G, die gleich oder größer ist als Nr. 11, wenn die Messung gemäß JIS G 0551:2013 erfolgt. Je größer die Korngrößennummer G des Kohlenstoff-Stahlmaterials ist, desto kleiner ist die Kristallkorngröße des Kohlenstoff-Stahlmaterials und desto höher ist die Festigkeit des Kohlenstoff-Stahlmaterials. Es ist daher bevorzugt, die Korngrößennummer G des Kohlenstoff-Stahlmaterials zum Zwecke der Verbesserung der Festigkeit des Pressbereichs 28 zu erhöhen. Im Allgemeinen wird die Korngrößennummer G des Kohlenstoff-Stahlmaterials des Pressbereichs 28 auf eine Nr. 18 oder kleiner festgelegt. Da mindestens der Pressbereich 28 der Metallhülse 7 mit einem derartigen feinkörnigen Kohlenstoff-Stahl hergestellt ist, ist es möglich, dem Pressbereich 28 eine höhere Festigkeit zu verleihen, wodurch die Metallhülse 7, selbst wenn diese mit kleinem Durchmesser und kleiner Dicke hergestellt ist, in geeigneter Weise an dem Isolator 3 durch Verpressen mit ausreichender Kraft zur Gewährleistung von Luftdichtigkeit befestigt wird.
Die Korngrößennummer G des Kohlenstoffmaterials kann zahlenmäßig durch das folgende Verfahren bestimmt werden. Die Metallhülse 7 wird zunächst entlang einer Ebene parallel zu der Achse O geschnitten. Die Schnittfläche der Metallhülse 7 wird einem vorbestimmten Prozess unterzogen, der in JIS G 0551:2013 definiert ist, wodurch Korngrenzen an der Schnittfläche freigelegt werden. Durch mikroskopische Beobachtung der Schnittfläche kann die Anzahl an Kristallkörnern, die in einer Fläche von 1 mm² auf der Schnittfläche liegen, an fünf oder mehr Position mit jeweils 2 mm Abstand nach hinten, ausgehend von dem hinteren Ende des Werkzeugeingriffsbereichs 27, in der Richtung der Achse O gemessen werden. Es wird ein arithmetischer Mittelwert der Messergebnisse als eine mittleren Kornzahl m ermittelt. Die Korngrößennummer G wird dann durch die folgende Formel bestimmt: m = 8 × 2^G.
In der vorliegenden Ausführungsform weist der Werkzeugeingriffsbereich 27 ein hexagonales zylindrisches Gebiet mit sechs Umfangsseiten parallel zu der Achse O und ein vorderes und hinteres Gebiet zur Verringerung des Durchmessers auf, die an einer Vorderseite und Hinterseite des hexagonalen zylindrischen Gebiets angeordnet sind. Als Referenz für die mikroskopische Betrachtung zur zahlenmäßigen Bestimmung der Korngrößennummer G bezeichnet das „hintere Ende des Werkzeugeingriffsbereichs 27“ ein hinteres Ende des hinteren Gebiets zur Reduzierung des Durchmessers.
Genauer gesagt, in einem Querschnitt der Metallhülse 7 wird ein Profil des Außenumfangs des Werkzeugeingriffsbereichs 27 durch drei Liniensegmente festgelegt: ein erstes Liniensegment 41, das einen Außenumfang des hexagonalen zylindrischen Abschnitts repräsentiert, ein zweites Liniensegment 42, das einen Außenumfang des hinteren Gebiets zur Reduzierung des Durchmessers repräsentiert, und ein drittes Liniensegment 43, das einen Außenumfang des vorderen Gebiets zur Reduzierung des Durchmessers repräsentiert, wie in 2 gezeigt ist. Das zweite Liniensegment 42 erstreckt sich unter einem vorbestimmten Winkel, mit welchem der Werkzeugeingriffsbereich 27 (hinteres Gebiet zur Reduzierung des Durchmessers) in seinem Außendurchmesser in Richtung nach hinten reduziert wird. Andererseits wird ein Profil des Außenumfangs des Pressbereichs 28 (an der hinteren Seite des Werkzeugeingriffsbereichs 27 angeordnet) durch eine gekrümmte Linie 44 festgelegt. Wie in 2 gezeigt ist, erstreckt sich die gekrümmte Linie 44 in Richtung zur Hinterseite, ausgehend von einem hinteren Ende des zweiten Liniensegments 42 im Wesentlichen parallel zu der Achse O und wird an einem Mittelpunkt davon radial nach innen derart gebogen, dass ein hinteres Ende der gekrümmten Linie 44 mit dem Isolator 3 in Kontakt tritt. Das „hintere Ende des Werkzeugeingriffsbereichs 27“ bezeichnet einen Wechselpunkt B eines Durchmesser-Reduzierwinkels zwischen dem zweiten Liniensegment 42 und der gekrümmten Linie 44. In dem Falle, in welchem das hintere Gebiet zur Reduzierung des Durchmessers der Außenumfangsfläche des Werkzeugeingriffsbereichs 27 gekrümmt ist, bezeichnet der Begriff „hinteres Ende des Werkzeugeingriffsbereichs 27“ einen Punkt B, an welchem der Gradient einer Tangente an die gekrümmte Außenumfangsfläche sich plötzlich ändert. Die Punkt der mikroskopischen Betrachtung für die zahlenmäßige Bestimmung der Korngrößennummer G sind 2 mm oder mehr in Richtung nach hinten von einer imaginären Linie T in der Richtung der Achse O beabstandet, wobei angenommen wird, dass die imaginäre Linie T eine gerade Linie ist, die durch den Wechselpunkt B und senkrecht zu der Achse O verläuft.
Vorzugsweise hat das Kohlenstoff-Stahlmaterial für den Pressbereich 28 eine mittlere geradlinige Kornlänge von 0,01 mm oder kleiner, wobei die mittlere geradlinige Kornlänge ein arithmetischer Mittelwert von Längen von Kristallkörnern ist, die auf einem Liniensegment parallel zu der Achse O liegen. Je kleiner die mittlere geradlinige Kornlänge des Kohlenstoffmaterials ist, desto kleiner ist die Kristallkorngröße des Kohlenstoffmaterials und desto höher ist die Festigkeit des Kohlenstoff-Stahlmaterials. Es ist daher bevorzugt, die mittlere geradlinige Kornlänge des Kohlenstoff-Stahlmaterials zum Zwecke der Erhöhung der Festigkeit des Pressbereichs 28 zu verringern. Im Allgemeinen ist die mittlere geradlinige Kornlänge des Kohlenstoff-Stahlmaterials für den Pressbereich 28 auf 0,005 mm oder größer festgelegt. Durch Steuerung der mittleren geradlinigen Kornlänge des Kohlenstoff-Stahlmaterials des Pressbereichs 28 auf 0,01 mm oder kleiner ist es möglich, die Festigkeit des Pressbereichs 28 weiter zu erhöhen, wodurch die Metallhülse 7, selbst wenn diese mit kleinem Durchmesser und Dicke hergestellt ist, in geeigneter Weise an dem Isolator 3 durch Verpressung mit ausreichender Kraft zur Gewährleistung von Luftdichtigkeit befestigt wird.
Die mittlere geradlinige Kornlänge des Kohlenstoff-Stahlmaterials kann durch das folgende Verfahren zahlenmäßig bestimmt werden. Im Falle der Bestimmung der Korngrößennummer G wird eine Schnittfläche der Metallhülse 7 verarbeitet und dann mit einem Mikroskop an einer Position 2 mm oder mehr entfernt in Richtung zu der Hinterseite ausgehend von dem hinteren Ende des Werkzeugeingriffsbereichs 27 in der Richtung der Achse O betrachtet. Wie in 3 gezeigt ist, wird ein Liniensegment L auf dem Mikroskopbild parallel zu der Achse O gezeichnet. Es werden die Längen der jeweiligen Kristallkörner auf diesem Liniensegment L gemessen. Das heißt, die Abstände zwischen Schnittpunkten der jeweiligen Korngrenzen und dem Liniensegment L (in 3 der Abstand A₁₂ zwischen Punkt a1 und Punkt a2, der Abstand A₂₃ zwischen Punkt a2 und Punkt a3 und der Abstand A₃₄ zwischen Punkt a3 und Punkt a4) werden gemessen. Es wird ein arithmetischer Mittelwert der gemessenen Kornlängen als die mittlere geradlinigen Kornlänge ermittelt. Die Vergrößerung des Mikroskops wird auf einen Wert (beispielsweise 100-fach) festgelegt, bei welchem die Anzahl an Kristallkörnern auf dem Liniensegment L ungefähr 200 pro mm beträgt.
Ferner hat das Kohlenstoff-Stahlmaterial des Pressbereichs 28 vorzugsweise eine durch Linienschnittverfahren bestimmte Kornanzahl N, die größer oder gleich ist als 200 pro mm, wenn die Messung gemäß JIS G 0551:2013 erfolgt. Je größer die durch Linienschnittverfahren ermittelte Kornanzahl bzw. Kornnummer N des Kohlenstoff-Stahlmaterials ist, desto höher ist die Festigkeit des Kohlenstoff-Stahlmaterials. Es ist daher bevorzugt, die durch Linienschnittverfahren ermittelte Kornanzahl N des Kohlenstoff-Stahlmaterials zum Zwecke der Verbesserung der Festigkeit des Pressbereichs 28 zu erhöhen. Im Allgemeinen wird die durch Linienschnittverfahren ermittelte Kornanzahl N des Kohlenstoff-Stahlmaterials auf kleiner oder gleich 500 festgelegt. Es ist möglich, durch die Herstellung des Pressbereichs 28 aus einem derartigen Kohlenstoff-Stahlmaterials mit einer großen Kornanzahl die Festigkeit des Pressbereichs 28 weiter zu erhöhen, wodurch die Metallhülse 7, selbst wenn diese mit kleinem Durchmesser und Dicke hergestellt ist, an dem Isolator 3 durch Verpressen mit ausreichender Kraft zur Gewährleistung der Luftdichtigkeit befestigt wird.
Die durch Linienschnittverfahren ermittelte Kornanzahl N des Kohlenstoff-Stahlmaterials kann durch das folgende Verfahren zahlenmäßig bestimmt werden. Wie im Falle der Bestimmung der Korngrößennummer G wird eine Schnittfläche der Metallhülse 7 verarbeitet und dann mit einem Mikroskop an einer Position 2 mm oder mehr weg in Richtung zu der Hinterseite ausgehend von dem hinteren Ende des Werkzeugeingriffsbereichs 27 in der Richtung der Achse O betrachtet. Wie in 4 gezeigt ist, werden ein vertikales Liniensegment L₁, ein horizontales Liniensegment L₂, ein Kreis C und zwei diagonale Liniensegmente L₃ und L₄, die durch die Mitte des Kreises C verlaufen, als eine Testlinie auf dem Mikroskopbild gezeichnet. Die Vergrößerung des Mikroskops wird beispielsweise auf 100-fach eingestellt. In diesem Fall beträgt die Länge des vertikalen und horizontalen Liniensegments L₁ und L₂ 276,160 µm; die Länge der diagonalen Liniensegmente L₃ und L₄ beträgt 414,239 µm; der Umfang des Kreises beträgt 690,421 µm; und die gesamte Linienlänge beträgt 2071,219 µm. Die Anzahl N an Kristallkörnern, die durch die Testlinie geschnitten werden, wird gezählt als die durch das Schnittlinienverfahren bestimmte Kornanzahl, wobei angenommen wird, dass N = 1, wenn die Testlinie durch ein Kristallkorn verläuft; und N = 0,5, wenn die Testlinie in einem Kristallkorn endet oder wenn die Testlinie eine Korngrenze berührt.
In der Metallhülse 7 wird eine hohe Belastung auf den Pressbereich 28 durch die Verpressung ausgeübt. Solange das Kohlenstoff-Stahlmaterial des Pressbereichs 28 die zuvor spezifizierte scheinbare Korngröße hat, hat der Pressbereich 28 ausreichend verbesserte Festigkeit, um einer derartigen Belastung Stand zu halten. In Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Festigkeit ist es bevorzugt, dass das Kohlenstoff-Stahlmaterial nicht nur des Pressbereichs 28, sondern auch des Kompressionsverformungsbereichs 26 oder der gesamten Metallhülse 7 eine Korngrößennummer G hat, die gleich oder größer ist als Nr. 11. Es ist daher noch bevorzugter, dass das Kohlenstoff-Stahlmaterial nicht nur des Pressbereichs 28, sondern auch des Kompressionsverformungsbereichs 26 oder der gesamten Metallhülse 7 eine mittlere geradlinige Kornlänge von 0,01 mm oder kleiner und/oder eine durch Schnittlinie ermittelte Kornnummer N hat, die größer oder gleich 200 pro mm ist.
Es ist möglich, die Korngrößennummer G, die mittlere geradlinige Kornlänge und die durch Schnittlinie ermittelte Kornanzahl N des Kohlenstoff-Stahlmaterials durch geeignetes Einstellen einer Abkühlbedingung während eines Walzprozesses für die Herstellung der Metallhülse 7 einzustellen. Beispielsweise kann das Kohlenstoff-Stahlmaterial mit kleinen Kristallkörnern einer Korngrößennummer G, die größer oder gleich Nr. 11 ist, hergestellt werden, indem ein Kohlenstoff-Stahlstab unter Erwärmung auf ungefähr 1000° C und durch rasches Abkühlen des gewalzten Kohlenstoff-Stahls auf 600° C in kurzer Zeit unter Luftkühlung gewalzt wird.
Das Kohlenstoff-Stahlmaterial der Metallhülse 7 enthält Fe (Eisen) als eine Hauptkomponente und enthält allgemein ferner C (Kohlenstoff), Mn (Mangan), Si (Silizium) und S (Schwefel). Vorzugsweise hat das Kohlenstoff-Stahlmaterial einen Fe-Anteil von 97 bis 99,569 Masse-%, einen C-Anteil von 0,03 bis 0,3 Masse-%, einen Mn-Anteil von 0,3 bis 0,9 Masse-%, einen Si-Anteil von 0,1 bis 0,8 Masse-% und einen S-Anteil von 0,001 bis 0,1 Masse-%. Durch Steuerung der Zusammensetzung des Kohlenstoff-Stahlmaterials auf diesen Bereich der Zusammensetzung ist es möglich, in einfacher Weise das Kohlenstoff-Stahlmaterial mit den zuvor spezifizierten kleinen Kristallkörnern herzustellen und dadurch ist es möglich, die Festigkeit des Pressbereichs 28 ausreichend zu erhöhen.
Das Kohlenstoff-Stahlmaterial der Metallhülse 7 kann optional als eine unvermeidbare Verunreinigung ein oder mehrere andere Elemente als Fe, C, Mn, Si und S enthalten. Beispiele eines oder mehrerer derartiger unvermeidbarer Verunreinigungselemente sind P, Cu und Ni.
Der Anteil der jeweiligen Komponentenelemente in dem Kohlenstoff-Stahlmaterial kann durch Punktanalyse unter Verwendung eines Röntgenstrahl-Spektrometers mit Wellenlängendispersion numerisch ausgewertet werden, das an einem Elektronensonden-Mikroanalysator (FE-EPMA) angebracht ist. Die Punktanalyse wird an fünf oder mehr Stellen jeweils 2 mm oder mehr entfernt in Richtung zur Hinterseite ausgehend von dem hinteren Ende des Werkzeugeingriffsbereichs 27 in der Richtung der Achse O ausgeführt, wie dies für die numerische Bestimmung der Korngrößennummer G der Fall ist. Der Anteil jedes enthaltenen Elements wird durch Mittelung der resultierenden Analysewerte ermittelt.
Die Zündkerze 1 kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden.
Das Kohlenstoff-Stahlmaterial wird zunächst aus dem Rohmaterial für die Herstellung der Metallhülse 7 erzeugt. Genauer gesagt, ein Kohlenstoff-Stahlstab mit vorbestimmter Zusammensetzung wird bereitgestellt und einem Walzprozess unterzogen. Der Walzprozess wird ausgeführt, indem beispielsweise der Kohlenstoff-Stahlstab bei ungefähr 1000° C ausgeheizt wird, der erhitzte Kohlenstoff-Stahlstab gewalzt wird und der gewalzte Kohlenstoff-Stahl rasch auf 600° C in kurzer Zeit unter einem relativ großen Luftstrom abgekühlt wird. Durch das schnelle Abkühlen des gezogenen Kohlenstoff-Stahlstabs in dem Walzprozess wird das Kohlenstoff-Stahlmaterial mit kleinen Kristallkörnern einer Korngrößennummer G erzeugt, die größer oder gleich der Nr. 11 ist.
Anschließend wird das rohe Kohlenstoff-Stahlmaterial in mehreren Stufen mit einer Schmiedemaschine gepresst und dadurch in eine Form geschmiedet, die der Metallhülse 7 sehr ähnlich ist. Es wird ein halbfertiges Metallhülsenprodukt erhalten, indem Innen- und Außenumfänge des geschmiedeten Körpers mit einer Drehbank geformt werden.
Unabhängig von der Metallhülse 7 werden die Mittelelektrode 4 und die Erdungselektrode 8 jeweils in einer gewünschten Form und mit gewünschten Abmessungen aus dem Elektrodenmaterial, etwa einer Ni-Legierung, hergestellt. Die Herstellung und die Verarbeitung des Elektrodenmaterials können kontinuierlich erfolgen.
Ferner wird der Isolator 3 hergestellt, indem beispielsweise ein Rohmaterialpulver, das Aluminiumoxid als eine Hauptkomponente, einen Binder und dergleichen enthält, zu Granulat verarbeitet wird, indem das Rohmaterialpulver in Form eines Granulats in eine zylindrische Form durch weiche Pressung gebracht wird, der gegossene Körper in eine gewünschte Form geschnitten wird und der zurechtgeschnittene gegossene Körper in einem Ofen ausgeheizt wird.
Der Basisendbereich der Erdungselektrode 8 wird beispielsweise durch elektrische Widerstandsschweißung mit der vorderen Endfläche des halbfertigen Metallhülsenprodukts verbunden.
Die Mittelelektrode 4 wird in die axiale Bohrung 2 des Isolators 3 durch eine bekannte Technik eingepasst. Die Rohmaterialzusammensetzung für die Herstellung des Verbindungsteils 6 wird vorläufig komprimiert und in die axiale Bohrung 2 des Isolators 3 eingefüllt. Während die Anschlusselektrode 5 in der axialen Bohrung 2 des Isolators 3 frei durch Pressung eingepasst wird, wird die eingefüllte Materialzusammensetzung durch die Kompressionserwärmung gesintert, um damit das Verbindungsteil 6 zu bilden. Folglich sind die Mittelelektrode 4 und der Metallanschluss 5 in dem Isolator 3 durch das Verbindungsteil 6 fixiert.
Der Isolator 3, in welchem die Mittelelektrode 4, der Metallanschluss 5 und dergleichen befestigt sind, wird in die Metallhülse 7 eingeführt, an der die Erdungselektrode 8 befestigt ist, um den Stufenbereich 15 des Isolators 3 mit dem Vorsprungsbereich 32 der Metallhülse 7 über die Plattendichtung 33 in Kontakt zu bringen. Danach wird das Ringelement 29 auf den Bereich mit großem Durchmesser 12 des Isolators 3 angeordnet. Der Talg 31 wird in den ringförmigen Raumbereich zwischen dem Isolator 3 und der Metallhülse 7 eingebracht. Das Ringelement 30 wird auf dem Talg 31 angeordnet. Der offene hintere Endbereich der Metallhülse 7, der dünner ist als der Werkzeugeingriffsbereich 27, wird anschließend mit dem Isolator 3 verpresst. Der auf diese Weise hergestellte Pressbereich 28 hat einen reduzierten Durchmesser in Richtung der Hinterseite, wie in 2 gezeigt ist. Als Folge davon sind der Isolator 3 und die Metallhülse 7 aneinander befestigt.
Schließlich wird die Zündkerze 1 fertiggestellt, indem die Erdungselektrode 8 in Richtung zu der Mittelelektrode 4 gebogen wird, um dadurch den Spalt GA zwischen dem abgewandten Endbereich der Erdungselektrode 8 und dem vorderen Endbereich der Mittelelektrode 4 zu bilden.
Die Zündkerze 1 der vorliegenden Ausführungsform ist in geeigneter Weise als eine Zündkerze in diversen Arten von Verbrennungsmotoren, etwa Kraftstoff-Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen, einsetzbar. Wie zuvor erwähnt ist, hat die Metallhülse 7 eine Festigkeit, die, selbst wenn sie mit kleinem Durchmesser und Dicke im Vergleich zu konventionellen Metallhülsen hergestellt ist, geeignet ist zur Befestigung an dem Isolator 3 durch Verpressung mit einer ausreichenden Kraft, die Luftdichtigkeit gewährleistet. Die Metallhülse 7 ist somit insbesondere für eine Ausführungsform eines Verbrennungsmotors geeignet, der für eine Zündkerze mit geringer Größe vorgesehen ist.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr durch die folgenden Beispiele detaillierter beschrieben.
1. Prüfung der Festigkeit des Pressbereichs
[Herstellung von Proben für die Metallhülse]
<Beispiel 1>
Ein Kohlenstoffstahlstab der folgenden Zusammensetzung wurde einem Walzprozess unterzogen, das heißt, einem Walzen bei einer Aufheizung auf ungefähr 1000° C und einem schnellen Abkühlen auf 600° C in kurzer Zeit mit relativ hohem Luftstrom. Es wurde ein halbfertiges Metallhülsenprodukt 107 erhalten, indem das auf diese Weise verarbeitete Kohlenstoff-Stahlmaterial in eine Form näherungsweise zu jener einer Metallhülse durch mehrere Verarbeitungsschritte mit einer Schmiedemaschine geschmiedet wurde, und indem anschließend ein Innenumfang und ein Außenumfang des geschmiedeten Körpers gedreht wurde.
(Kohlenstoff-Stahl-Zusammensetzung)

Fe: 99,307 Masse-%
C: 0,16 Masse-%
Mn: 0,38 Masse%
Si: 0,14 Masse-%
S: 0,012 Masse-%
P: 0,001 Masse-%

Wie in 5 gezeigt ist, hatte das halbfertige Metallhülsenprodukt 107 einen Werkzeugeingriffsbereich 127 und einen offenen hinteren Endbereich (Pressbereich) 128, der auf einer hinteren Seite des Werkzeugeingriffsbereichs 127 in der Richtung einer Achse O₁ angeordnet war. Der Außendurchmesser R₁ des halbfertigen Metallhülsenprodukts 127 an dem hinteren Ende B₁ des Werkzeugeingriffsbereichs 127 betrug 14,8 ± 0,1 mm; der Außendurchmesser R₂ des halbfertigen Metallhüllenprodukts 127 an seinem hinteren Ende betrug 14,5 ± 0,1 mm; und der Innendurchmesser R₃ des halbfertigen Metallhülsenprodukts 127 betrug 13,05 ± 0,05 mm.
Es wurde eine Probe einer Metallhülse durch Verpressen des offenen hinteren Endbereichs 128 des halbfertigen Metallhülsenprodukts 127 derart hergestellt, dass der verpresste hintere Endbereich 128 graduell in Richtung zur Hinterseite im Durchmesser reduziert war.
Die Zusammensetzung der Probe der Metallhülse wurde durch FE-EPMA analysiert. Es wurde durch diese Analyse bestätigt, dass die Zusammensetzung der Probe der Metallhülse ungefähr die gleiche war wie diejenige des Kohlenstoff-Stahlstabs.
<Vergleichsbeispiel 1>
In dem Vergleichsbeispiel 1 wurde einer Probe einer Metallhülse in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass das Kohlenstoff-Stahlmaterial hergestellt wurde, indem nach dem Walzen eines Kohlenstoff-Stahlstabes unter Aufheizung auf ungefähr 1000° C der gewalzte Kohlenstoff-Stahl graduell auf 600° C mit einem schwächeren Luftstrom als im Beispiel 1 abgekühlt wurde.
[Bewertung der Korngrößen-Eigenschaften]
Die Korngrößennummer G, die mittlere geradlinige Kornlänge und die durch eine Schnittlinie ermittelte Kornanzahl N jeder Probe der Metallhülse wurde durch Analyse eine beobachteten Mikroskopbildes der Probe mit einer Analyse-Software „Quick-Grain“, die von Inotech Co., Ltd. erhältlich ist, analysiert wurde. Die detaillierten Auswerteprozeduren sind wie folgt.
(Zahlenmäßige Bestimmung der Korngrößennummer G)
Die Probe der Metallhülse (Pressbereich 128) wurde entlang einer Ebene parallel zu der Achse O₁ geschnitten. Die Schnittfläche der Probe der Metallhülse wurde durch Behandlung mit Nital korrodiert, wodurch Korngrenzen an der Schnittfläche freigelegt wurden. Durch Beobachtung der behandelten Schnittfläche mit einem Mikroskop (Vergrößerung: 100-fach), wurde die Anzahl an Kristallkörnern, die in einer Fläche von 1 mm² auf der Schnittfläche liegen, an fünf Positionen, die 2 mm oder mehr in Richtung zu der hinteren Seite, ausgehend von dem hinteren Ende B₁ des Werkzeugeingriffsbereichs 127 in der Richtung der Achse O entfernt sind, gemessen. Es wurde ein arithmetischer Mittelwert der Messergebnisse als eine mittlere Kornanzahl m ermittelt. Die Korngrößennummer G wurde aus der folgenden Formel ermittelt: m = 8 × 2^G gemäß JIS G 0551:2013.
(Zahlenmäßige Bestimmung der mittleren geradlinigen Kornlänge)
Die wie zuvor behandelte Schnittfläche wurde mit einem Mikroskop an willkürlichen 10 Positionen betrachtet, die 2 mm oder mehr in Richtung zur Hinterseite ausgehend von dem hinteren Ende B₁ des Werkzeugeingriffsbereichs 127 in der Richtung der Achse O entfernt sind. In jedem der Mikroskopbilder wurde ein Liniensegment parallel zur Achse O₁ gezeichnet, wie in 3 gezeigt ist. Es wurden die Längen der jeweiligen Kristallkörner auf dem gezeichneten Liniensegment gemessen. Es wurde ein arithmetischer Mittelwert der gemessenen Kornlängen als die mittlere geradlinige Kornlänge ermittelt. Die minimalen und maximalen Werte von diesen zehn Ermittlungsergebnissen sind in TABELLE 1 gezeigt. Die Vergrößerung des Mikroskops wurde auf 100-fach eingestellt, so dass das Liniensegment durch 200 pro mm Kristallkörner in jeweils den Proben des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiel 1 verlief.
(Zahlenmäßige Bestimmung der durch Schnittlinie ermittelten Kornanzahl N)
Die wie zuvor behandelte Schnittfläche wurde mit einem Mikroskop (Vergrößerung: 100-fach) an einer Position 2 mm oder mehr in Richtung zur Hinterseite ausgehend von dem hinteren Ende B₁ des Werkzeugeingriffsbereichs 127 in der Richtung der Achse O entfernt beobachtet. Wie in 4 gezeigt ist, wurden ein vertikales Liniensegment L₁, ein horizontales Liniensegment L₂, ein Kreis C und zwei diagonale Liniensegmente L₃ und L₄, die durch den Mittelpunkt des Kreises C verlaufen, als eine Testlinie auf dem Mikroskopbild gezeichnet. Die Länge des vertikalen und horizontalen Liniensegments L₁ und L₂ betrug 276,160 µm; die Längen der diagonalen Liniensegmente L₃ und L₄ betrug 414,239 µm; der Umfang des Kreises betrug 690,421 µm; und die gesamte Linienlänge betrug 2071,219 µm. Die Anzahl N an Kristallkörnern, die von dieser Testlinie geschnitten wurden, wurde gezählt als die durch Schnittlinie ermittelte Kornanzahl, gemäß JIS G 0551:2013.

Die Bewertungsergebnisse sind in TABELLE 1 gezeigt. TABELLE 1

	Korngrößennummer G	Mittlere geradlinige Kornlänge (µm)		Durch Schnittlinie ermittelte Kornanzahl N
	Korngrößennummer G	minimaler Wert	maximaler Wert	Durch Schnittlinie ermittelte Kornanzahl N
Beispiel 1	12	7	9	234
Vergleichsbeispiel 1	8	22	31	182

Wie in TABELLE 1 gezeigt ist, hatte die Probe der Metallhülse des Beispiels 1 eine größere Korngrößennummer G, das heißt, eine kleinere Korngröße im Vergleich zu der Probe des Vergleichsbeispiels 1.
[Verfahren zum Prüfen der Festigkeit]
Die Probe der Metallhülse wurde befestigt, indem ein Haltewerkzeug in die Probe der Metallhülse von der vorderen Endseite aus eingeführt und ein Ende des Haltewerkzeugs mit einer inneren Umfangsfläche des Pressbereichs in Kontakt gebracht wurde. In diesem Zustand wurde die Prüfung der Festigkeit ausgeführt, indem das Haltewerkzeug mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/min in Richtung zu dem Pressbereich mit Ausübung einer Last bewegt wurde. Die während der Festigkeitsprüfung ausgeübte Last wurde mit einem Autographen gemessen. Die Position des hinteren Endes des Pressbereichs während der Festigkeitsprüfung wurde ebenfalls gemessen, wobei angenommen wurde, dass: die Position des hinteren Endes des Pressbereichs 28 vor der Ausübung der Last als 0 (Null) definiert wurde; und die Position des hinteren Endes des Pressbereichs wurde als positiv festgelegt, wenn das hintere Ende des Pressbereichs nach hinten verschoben wurde.
Die Ergebnisse der Prüfung sind in 6 gezeigt. In 6 gilt, dass je größer der Maximalwert der Belastung, die während der Festigkeitsprüfung ausgeübt wurde, war, desto höher war die Festigkeit des Pressbereichs. Wie in 6 gezeigt ist, war der maximale Wert der auf die Probe der Metallhülse des Beispiels 1 ausgeübten Last größer als derjenige des Vergleichsbeispiels 1. Daher hatte der Pressbereich 28 der Probe der Metallhülse des Beispiels 1 eine höhere Festigkeit als die Probe des Vergleichsbeispiels 1.
2. Stoßprüfung des Pressbereichs
[Herstellung von Proben der Zündkerze]
<Beispiel 2>
Es wurde eine Probe einer Zündkerze hergestellt, in dem ein Isolator in das halbfertige Metallhülsenprodukt 107, das gemäß dem Beispiel 1 erhalten wurde, eingeführt wurde, wobei eine Mittelelektrode in den Isolator eingepasst wurde, und indem der offene hintere Endbereich 128 des halbfertigen Metallhülsenprodukts 107 mit dem Isolator verpresst wurde.
Bei der Herstellung der Zündkerze ist es üblich, den Isolator und die Metallhülse zuverlässig durch Verpressen des hinteren Endbereichs der Metallhülse zu befestigt, bis der Kompressionsverformungsbereich sich radial nach außen verformt, wie in 1 gezeigt ist. In diesem Beispiel wurde jedoch die Verpressung ausgeführt, indem eine Last ausgeübt wurde, bis der hintere Endbereich der Probe der Metallhülse mit dem Außenumfang des Isolators in Kontakt trat, anstatt die Verpressung auszuführen, bis der Kompressionsverformungsbereich radial nach außen verformt war, so dass die folgende Stoßprüfung als beschleunigte Prüfung ausgeführt wurde.
<Vergleichsbeispiel 2>
Es wurde eine Probe einer Zündkerze in der gleichen Weise wie im Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das in Vergleichsbeispiel 1 erhaltene halbfertige Metallhülsenprodukt verwendet wurde.
[Verfahren der Stoßprüfung]
Jede Probe der Zündkerzen wurde auf einer Stoßprüfungsanlage montiert, wobei die Seite der Erdungselektrode der Probe der Zündkerze nach unten gerichtet war. In der Anlage für die Stoßprüfung wurde ein Stoß auf die Probe der Zündkerze ausgeübt, indem die Probe der Zündkerze auf eine Prüfhalterung fallen gelassen wurde. Diese Stoßprüfung wurde kontinuierlich unter den Bedingungen ausgeführt, dass: der Abstand zwischen der Prüfhalterung und dem vorderen Ende der Probe der Zündkerze 15 mm betrug; die Beschleunigung 20G betrug; und die Frequenz 20 Hz betrug.
Während der Stoßprüfung wurde der Zustand der Probe der Zündkerze nach jeder Stunde geprüft und durch die folgenden Kriterien bewertet: „⊚“, wenn kein Defekt in der Probe erkannt wurde; „◯“, wenn der Pressbereich um einen Betrag von 0,01 mm oder weniger in der Richtung der Achse O₁ verschoben wurde; „△“, wenn der Stoßbereich um einen Betrag über 0,01 mm in der Richtung der Achse O₁ verschoben wurde, obwohl keine Lockerung zwischen der Metallhülse und dem Isolator auftrat; und „X“, wenn eine Lockerung zwischen der Metallhülse und dem Isolator auftrat.
Die Bewertungsergebnisse sind in TABELLE 2 gezeigt. TABELLE 2

Prüfzeit (Std)

1 2 3 4 5 6 7 8

Beispiel 2 ⊚ ⊚ ⊚ ⊚ ⊚ ⊚ ⊚ ◯

Vergleichsbeispiel 2 ⊚ ⊚ ◯ ◯ ◯ △ △ ×
Wie in TABELLE 2 gezeigt ist, trat eine Lockerung zwischen der Metallhülse und dem Isolator in der Probe der Zündkerze des Beispiels 2 nach 12 Stunden während der Stoßprüfung auf. Die Zeit, die bis zum Auftreten der Lockerung zwischen der Metallhülse und dem Isolator verstrichen ist, war länger für die Probe der Zündkerze des Beispiels 2 im Vergleich zu der Probe der Zündkerze des Vergleichsbeispiels 2. Die Probe der Zündkerze des Beispiels 2 hatte somit eine höhere Stoßfestigkeit und Beständigkeit als die Probe der Zündkerze des Vergleichsbeispiels 2.
Aus den Prüfergebnissen der Beispiele 1-2 und der Vergleichsbeispiele 1-2 ist ersichtlich, dass es möglich ist, durch Herstellung der Metallhülse (Pressbereich) mit einer größeren Korngrößennummer, das heißt, einer kleineren Korngröße, dem Pressbereich eine höhere Festigkeit zu verleihen und die Zündkerze mit erhöhter Stoßfestigkeit und Beständigkeit zu versehen.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2015-182469 (am 16. September 2015 eingereicht) ist hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehende Ausführungsform beschränkt. Es sind diverse Änderungen und Modifizierungen an der vorhergehenden Ausführungsform möglich, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Schutzbereich ist mit Bezug zu den folgenden Ansprüchen festgelegt.

Claims

Eine Zündkerze (1), mit einem Isolator (3) mit einer axialen Bohrung (2), die in der Richtung einer Achse der Zündkerze (1) hindurch ausgebildet ist; einer Mittelelektrode (4), die in einer vorderen Seite der axialen Bohrung (2) angeordnet ist; und einer Metallhülse (7), die um einen Außenumfang des Isolators (3) herum angeordnet ist und einen kragenförmigen Werkzeugeingriffsbereich (27) und einen Pressbereich (28), der auf einer hinteren Seite des Werkzeugeingriffsbereichs (27) angeordnet ist und in Richtung nach hinten im Durchmesser reduziert ist, aufweist, wobei der Pressbereich (28) der Metallhülse (7) aus Kohlenstoff-Stahlmaterial hergestellt ist und eine Korngrößennummer aufweist die gleich oder größer ist als Nr. 11 bei Messung nach JIS G 0551 :2013.
Die Zündkerze (1) nach Anspruch 1, wobei das Kohlenstoff-Stahlmaterial eine mittlere geradlinige Kornlänge von 0,01 mm oder kleiner hat, wobei die mittlere geradlinige Kornlänge ein arithmetischer Mittelwert von Längen von Kristallkörnern ist, die auf einem Liniensegment parallel zu der Achse der Zündkerze (1) angeordnet sind.
Die Zündkerze (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kohlenstoff-Stahlmaterial eine Anzahl von auf einer Schnittlinie liegenden Körnern hat, die größer oder gleich 200 pro mm bei Messung nach JIS G 0551:2013 ist.
Die Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kohlenstoff-Stahlmaterial Fe als eine Hauptkomponente, 0,03 bis 0,3 Masse-% an C, 0,3 bis 0,9 Masse-% an Mn, 0,1 bis 0,8 Masse-% an Si und 0,001 bis 0,1 Masse-% an S enthält.