FR3041176B1 - Bougie d'allumage - Google Patents

Abstract

Une bougie d'allumage (1) comprend un isolateur (3) ayant un trou axial (2) formé à travers celui-ci dans la direction de l'axe de la bougie d'allumage (1), une électrode centrale (4) disposée du côté avant du trou axial (2), et une coque métallique (7) disposée autour de la circonférence extérieure de l'isolateur (3) et comprenant une partie d'engagement d'outil en forme de collier et une partie de sertissage située sur le côté arrière de la partie d'engagement d'outil et ayant un diamètre réduit vers l'arrière, dans laquelle la partie de sertissage de la coque métallique est faite en un matériau en acier au carbone ayant une grosseur de grain égale ou supérieure au N° 11, telle que mesurée conformément à la norme JIS G 0551.

Description

BOUGIE D'ALLUMAGE

Domaine de 1'invention

La présente invention concerne une bougie d'allumage, en particulier du type dans lequel une coque métallique a une résistance permettant, même lorsqu'elle est produite avec un petit diamètre et une petite épaisseur, sa fixation à un isolateur par sertissage avec une force suffisante pour assurer une étanchéité à l'air.

Ci-après, le terme « avant » se réfère au côté de décharge de l'étincelle par rapport à la direction de l'axe de la bougie d'allumage ; et le terme « arrière » se réfère au côté opposé au côté avant.

Arrière-plan de l'invention

Une bougie d'allumage pour un moteur à combustion interne, tel qu'un moteur de véhicule, comprend généralement une électrode centrale en forme de tige, un isolateur pratiquement cylindrique disposé autour de la circonférence extérieure de l'électrode centrale, une coque métallique pratiquement cylindrique disposée autour de la circonférence extérieure de l'isolateur, et une électrode de masse jointe à une extrémité avant de la coque métallique de façon à définir un espace de décharge d'étincelle entre une partie d'extrémité avant de l'électrode centrale et une partie d'extrémité distale de l'électrode de masse.

Il y a récemment eu une demande pour réduire la taille et le diamètre d'une bougie d'allumage dans le but d'améliorer la flexibilité d'agencement des moteurs. Par exemple, il est concevable de réduire le diamètre et l'épaisseur de la coque métallique pour réduire la taille/le diamètre de la bougie d'allumage.

Il est couramment pratiqué de fixer la coque métallique à l’isolateur en insérant l'isolateur à travers la coque métallique, l'électrode centrale étant montée du côté d’extrémité avant de l'isolateur, et en sertissant radialement vers l'intérieur une partie d'extrémité arrière (également appelée « partie de sertissage ») de la coque métallique sur l'isolateur. La partie de sertissage de la coque métallique est fabriquée relativement mince de façon à être sertie sur l’isolateur. Quand la coque métallique est produite avec une épaisseur et un diamètre réduits, cette mince partie de sertissage a une résistance réduite et ne peut pas être sertie avec une force suffisante pour assurer une étanchéité à l'air.

Pour résoudre le problème décrit ci-dessus, la publication de brevet japonais N° 2003-257584 (abrégée en « JP 2003-257584 A ») divulgue une bougie d'allumage qui a une coque métallique formée d'un matériau en acier et comprenant une partie de sertissage ayant une surface en coupe transversale réduite, dans laquelle le matériau en acier de la coque métallique a une teneur en carbone plus élevée en fonction de la surface en coupe transversale de la partie de sertissage de façon à conférer une résistance à la partie de sertissage afin que, même quand la coque métallique est produite avec un petit diamètre, la partie de sertissage puisse être fixée à un isolateur avec une force de sertissage suffisante pour améliorer l'étanchéité à l'air et la résistance aux vibrations (voir le paragraphe [0009] du document JP 2003-257584 A). Résumé de l'invention

Ces dernières années, une réduction de taille/diamètre d'une bougie d'allumage a été fortement demandée. Il y a donc une demande pour augmenter encore la résistance de la coque métallique. Un procédé pour augmenter la résistance de la coque métallique consiste à produire la coque métallique à partir d'un matériau en acier à forte teneur en carbone comme divulgué dans le document JP 2003-257584 A. La résistance du matériau en acier est d'autant plus importante que la teneur en carbone du matériau en acier est élevée. D'autre part, le matériau en acier devient plus difficile à déformer et par conséquent son usinabilité se détériore quand la teneur en carbone du matériau en acier augmente. Pour cette raison, il est demandé d'augmenter la résistance de la coque métallique tout en maintenant 1'usinabilité du matériau de coque métallique sans augmentation de la teneur en carbone.

Au vu de ce qui précède, un objet de la présente invention consiste à mettre à disposition une bougie d’allumage du type dans lequel une coque métallique a une résistance permettant, même lorsqu'elle est produite avec un petit diamètre et une petite épaisseur, sa fixation à un isolateur par sertissage avec une force suffisante pour assurer une étanchéité à l’air.

Conformément à un aspect de la présente invention, il est mis à disposition une bougie d'allumage comprenant : un isolateur ayant un trou axial formé à travers celui-ci dans la direction de l'axe de la bougie d’allumage ; une électrode centrale disposée du côté avant du trou axial ; et une coque métallique disposée autour de la circonférence extérieure de l'isolateur et comprenant une partie d'engagement d'outil en forme de collier et une partie de sertissage située du côté arrière de la partie d'engagement d'outil et ayant un diamètre réduit en direction de l'arrière, dans laquelle la partie de sertissage de la coque métallique est formée avec un matériau en acier au carbone ayant une grosseur de grain égale ou supérieure au N° 11, telle que mesurée conformément à la norme JIS G 0551.

Les configurations (i), (ii) et (iii) suivantes sont préférées pour la bougie d’allumage ci-dessus. (i) Le matériau en acier au carbone a une longueur de grain linéaire moyenne de 0,01 mm ou moins lorsque la longueur de grain linéaire moyenne est une valeur moyenne arithmétique des longueurs de grains cristallins situés sur un segment de droite parallèle à l'axe de la bougie d'allumage. (ii) Le matériau en acier au carbone a un nombre de grains interceptés supérieur ou égal à 200, tel que mesuré conformément à la norme JIS G 0551. (iii) Le matériau en acier au carbone contient du Fe en tant que composant principal, 0,03 à 0,3 % en masse de C, 0,3 à 0,9 % en masse de Mn, 0,1 à 0,8 % en masse de Si et 0,001 à 0,1 % en masse de S.

Dans la présente invention, la partie de sertissage de la coque métallique est formée avec un matériau en acier au carbone ayant une grosseur de grain égale ou supérieure au N° 11, telle que mesurée conformément à la norme JIS G 0551. Ce matériau en acier au carbone a une grosseur de grain inférieure à celle de matériaux utilisés pour des coques métalliques conventionnelles. La partie de sertissage de la coque métallique a donc une résistance supérieure à celles de coques métalliques conventionnelles. Par conséquent, la coque métallique (partie de sertissage) atteint une résistance permettant, même lorsqu'elle est produite avec un petit diamètre et une petite épaisseur, sa fixation à un isolateur par sertissage avec une force suffisante pour assurer une étanchéité à l'air.

Les objets et caractéristiques de la présente invention seront également compris à partir de la description qui suit.

Brève description des dessins

La Figure 1 est une vue schématique, partiellement en coupe, d’une bougie d'allumage selon un mode de réalisation de la présente invention.

La Figure 2 est une vue en coupe transversale agrandie d'une partie d'engagement d'outil et d'une partie de sertissage d'une coque métallique de la bougie d'allumage selon le mode de réalisation de la présente invention.

Les Figures 3 et 4 sont des vues schématiques montrant des procédés pour mesurer la longueur de grain linéaire moyenne et le nombre de grains interceptés d'un matériau en acier au carbone de la coque métallique selon le mode de réalisation de la présente invention.

La Figure 5 est une vue schématique montrant les dimensions d'ouverture d'un produit de coque métallique semi-fini de la coque métallique.

La Figure 6 est un graphique montrant la relation entre la charge et le déplacement de l'extrémité arrière de la partie sertie de la coque métallique.

Description de modes de réalisation

Une bougie d'allumage 1 pour un moteur à combustion interne selon un mode de réalisation de la présente invention va être décrite ci-dessous en référence aux dessins. On note que, comme déjà mentionné ci-dessus, le terme « avant » se réfère au côté de décharge de l’étincelle par rapport à la direction de l'axe 0 de la bougie d'allumage 1 ; et le terme « arrière » se réfère au côté opposé au côté avant.

Comme le montre la Figure 1, la bougie d'allumage 1 comprend un isolateur pratiquement cylindrique 3 ayant un trou axial 2 formé à travers celui-ci dans la direction de l'axe 0, une électrode centrale sensiblement en forme de tige 4 disposée dans le côté avant du trou axial 2, une tige formant borne 5 disposée dans le côté arrière du trou axial 2, une partie de connexion 6 agencée entre l’électrode centrale 4 et la tige formant borne 5 à l’intérieur du trou axial 2, une coque métallique pratiquement cylindrique 7 disposée autour de la circonférence extérieure de l'isolateur 3 et une électrode de masse 8 ayant une partie d'extrémité de base jointe à la partie d'extrémité avant de la coque métallique 7 et une partie d'extrémité distale faisant face à l'électrode centrale 4 via un espace GA. L'isolateur 3 a une forme pratiquement cylindrique, avec le trou axial 2 formé à travers celui-ci dans la direction de l’axe 0. Dans le présent mode de réalisation, l'isolateur 3 comprend une partie de corps arrière 11, une partie de grand diamètre 12, une partie de corps avant 13 et une partie de jambe 14. La partie de corps arrière 11 est formée de façon à loger dans celle-ci la borne métallique 5 et à maintenir la borne métallique 5 isolée par rapport à la coque métallique 7. La partie de grand diamètre 12 est située sur un côté avant de la partie de corps arrière 11 et formée de façon à faire saillie radialement vers l'extérieur sous une forme de collier. La partie de corps avant 13 est située sur un côté avant de la partie de grand diamètre 12 et formée avec un diamètre extérieur inférieur à celui de la partie de grand diamètre 12 de façon à loger dans celle-ci la partie de connexion 6 et à maintenir la partie de connexion 6 isolée par rapport à la coque métallique 7. La partie de jambe 14 est formée sur un côté avant de la partie de corps avant 13 et formée avec des diamètres extérieur et intérieur plus petits que ceux de la partie de corps avant 13 de façon à loger dans celle-ci l'électrode centrale 4 et à maintenir l'électrode centrale 4 isolée par rapport à la coque métallique 7. L'isolateur 3 comprend en outre une partie étagée 15 formée entre la partie de corps avant 13 et la partie de jambe 14. L'isolateur 3 est fixé dans la coque métallique 7, avec une partie d'extrémité avant de l'isolateur 3 qui fait saillie depuis une extrémité avant de la coque métallique 7. L'isolateur 3 peut être formé en un matériau ayant des propriétés de résistance mécanique, de résistance thermique et d'isolation électrique.

La partie de connexion 6 est située entre l'électrode centrale 4 et la borne métallique 5 à l'intérieur du trou axial 2 de façon à non seulement fixer l'électrode centrale 4 et la borne métallique 5 en position à l'intérieur du trou axial 2 mais aussi à établir une connexion électrique entre l'électrode centrale 4 et la borne métallique 5. La partie de connexion 6 peut être formée par mélange d'une poudre de verre, d'une poudre conductrice non métallique, d'une poudre métallique, etc., et frittage de la composition résultante.

La borne métallique 5 est adaptée pour appliquer une tension depuis une source de tension externe à l'électrode centrale 4 pour la génération d'une décharge d'étincelle entre l'électrode centrale 4 et l'électrode de masse 8. La borne métallique 5 est fixée dans le trou axial 2 par la partie de connexion 6, avec une partie d’extrémité arrière de la borne métallique 5 qui fait saillie depuis une extrémité arrière de l'isolateur 3. La borne métallique 5 peut être formée en un matériau métallique tel qu'un acier à faible teneur en carbone. L'électrode centrale 4 comprend une partie d'extrémité arrière 16 portée en contact avec la partie de connexion 6 et une partie de tige 17 s'étendant vers l'avant depuis la partie d'extrémité arrière 16. L'électrode centrale 4 est fixée dans le trou axial 2 par la partie de connexion 6, avec une partie d'extrémité avant de l'électrode centrale 4 qui fait saillie depuis l'extrémité avant de l'isolateur 3. Les parties respectives 16 et 17 de l'électrode centrale 4 peuvent être formées en un matériau d'électrode central connu tel qu'un alliage de Ni. En variante, l'électrode centrale 4 peut avoir une couche extérieure formée en un alliage de Ni, etc., et un cœur encastré coaxialement dans la couche extérieure et formé en un matériau ayant une conductivité thermique supérieure à celle du matériau de la couche extérieur, tel que Cu, un alliage de Cu, Ag, un alliage de Ag, ou le Ni pur. L'électrode de masse 8 a par exemple une section transversale pratiquement rectangulaire. L'électrode de masse est jointe au niveau de sa partie d'extrémité de base à la partie d'extrémité avant de la coque métallique 7 et cintrée au niveau d'une partie centrale de celle-ci pratiquement en une forme de L de façon que la partie d'extrémité distale de la coque métallique 7 fasse face à la partie d'extrémité avant de l'électrode centrale 4 pour définir l'espace GA entre elles. Ici, l'espace GA se réfère à une distance minimale entre une face d'extrémité avant de l'électrode centrale 4 et une surface latérale de la partie d'extrémité distale de l'électrode de masse 8. En général, l'espace GA est établi de façon à être situé dans la plage allant de 0,3 à 1,5 mm. L'électrode de masse 8 peut être formée en un matériau d'électrode de masse connu tel qu'un alliage de Ni. En variante, l'électrode de masse 8 peut avoir une couche extérieure formée en alliage de Ni, etc., et un cœur encastré coaxialement dans la couche extérieure et formée en un matériau ayant une conductivité thermique supérieure à celle du matériau de la couche extérieure, comme dans le cas de 1'électrode centrale 4.

La coque métallique 7 a une forme pratiquement cylindrique et maintient dans celle-ci l'isolateur 3 en entourant une partie de l'isolateur 3 depuis la partie de jambe 14 jusqu'à une certaine région dans la partie de corps arrière 11 tout en laissant la partie d’extrémité avant de l’isolateur 3 faire saillie depuis l'extrémité avant de la coque métallique 7. Dans le présent mode de réalisation, la coque métallique 7 comprend une partie de filetage 24, une partie d'étanchéité aux gaz 25, une partie de déformation par compression 26, une partie d'engagement d'outil 27 et une partie d'extrémité arrière (également appelée « partie de sertissage ») 28. La partie de filetage 24 est formée dans une surface circonférentielle extérieure d'une partie avant de la coque métallique 7 de façon que la bougie d'allumage 1 soit montée sur une culasse (non représentée) du moteur à combustion interne par vissage de la partie filetée 24 dans un trou de vis de la culasse de moteur. La partie d'étanchéité aux gaz 25 est située sur le côté arrière de la partie filetée 24 et a la forme d'un collier. La partie de déformation par compression 26 est située sur le côté arrière de la partie d'étanchéité aux gaz 25 et a une forme radialement incurvée vers l'extérieur avec une épaisseur inférieure à celle de la partie d'étanchéité aux gaz 25. La partie d'engagement d'outil 27 est située sur le côté arrière de la partie de déformation par compression 26 et a une forme de collier saillant radialement vers l'extérieur. La partie d'engagement d'outil 27 a une forme polygonale (par exemple hexagonale) quand on la regarde en section transversale dans une direction perpendiculaire à l'axe 0, et peut s'engager avec un outil de montage de bougie tel qu'une clé à ouverture fixe ou variable. La partie de sertissage 28 est située sur le côté arrière de la partie d'engagement d'outil 27 et est formée avec une épaisseur inférieure à celle de la partie d’engagement d'outil 27. Comme le montre la Figure 2, la partie de sertissage 28 est sertie et donc son diamètre est réduit vers l'arrière en direction de l'axe 0.

Une paire d'éléments annulaires 29 et 30 et du talc 31 sont disposés dans un espace annulaire entre la circonférence extérieure de la partie de corps arrière 18 de l'isolateur 3 et les circonférences intérieures de la partie d'engagement d'outil 27 et la partie de sertissage 28 de la coque métallique 7. Lors de la fabrication de la bougie d'allumage 1, la partie d'extrémité arrière (partie de sertissage) 28 est déformée radialement vers l'intérieur en direction de l'avant par le sertissage de façon que l'extrémité arrière de la coque métallique 7 soit portée en contact avec la circonférence extérieure de l'isolateur 3. Avec l'application d'une telle force de sertissage, la partie de déformation par compression 55 est compressée et déformée vers l'extérieur. En résultat, l'isolateur 3 est pressé vers l'avant à l'intérieur de la coque métallique 7 via les éléments annulaires 29 et 30 et le talc 31 de façon que le talc 31 soit compressé dans la direction de l'axe O et amplifie l'étanchéité à l'air de l'intérieur de la coque métallique 7.

La coque métallique 7 comprend en outre une partie en saillie 32 formée sur une surface circonférentielle intérieure de celle-ci en une position correspondant à la partie de filetage 24 et pressée contre la partie étagée 15 de l'isolateur 3 via une garniture en plaque annulaire 33. Ici, la garniture en plaque 33 sert d'élément d'étanchéité à l'air pour maintenir l'étanchéité à l'air entre la coque métallique 3 et l'isolateur 3 et empêcher une fuite de gaz de combustion.

La coque métallique 7 est faite en un matériau en acier au carbone.

Le matériau en acier au carbone de la partie de sertissage 28 de la coque métallique 7 a une grosseur de grain G égale ou supérieure au N° 11, telle que mesurée conformément à la norme JIS G 0551. La taille de grain cristallin du matériau en acier au carbone est d'autant plus petite et la résistance du matériau en acier au carbone est d'autant plus grande que la grosseur de grain G du matériau en acier au carbone est importante. Il est donc préférable d'augmenter la grosseur de grain G du matériau en acier au carbone afin d'améliorer la résistance de la partie de sertissage 28. En général, la grosseur de grain G du matériau en acier au carbone de la partie de sertissage 28 est établie au N° 18 ou plus petit. Comme au moins la partie de sertissage 28 de la coque métallique 7 est formée d'un tel acier au carbone à grains fins, il est possible de conférer une meilleure résistance à la partie de sertissage 28, si bien que la coque métallique 7, même quand elle est produite avec une épaisseur et un diamètre plus petits, est convenablement fixée à l'isolateur 3 par sertissage avec une force suffisante pour assurer une étanchéité à l'air.

La grosseur de grain G du matériau en acier au carbone peut être évaluée par la procédure suivante. La coque métallique 7 est d'abord découpée le long d'un plan parallèle à l’axe 0. La surface de coupe de la coque métallique 7 est soumise à un procédé prédéterminé tel que défini dans la norme JIS G 0511, qui révèle ainsi les joints de grains au niveau de la surface de coupe. Par observation au microscope de la surface de coupe, le nombre de grains cristallins situés dans une zone de 1 mm2 sur la surface de coupe est mesuré en cinq emplacements ou plus, espacés chacun de 2 mm vers l’arrière depuis l’extrémité arrière de la partie d'engagement d'outil 27 dans la direction de l'axe 0. Le nombre de grains moyen m est déterminé par la valeur moyenne arithmétique des résultats de la mesure. La grosseur de taille de grain G est ensuite déterminée d'après la formule suivante : m = 8 x 2G.

Dans le présent mode de réalisation, la partie d'engagement d'outil 27 comprend une région cylindrique hexagonale avec six côtés circonférentiels parallèles à l'axe 0 et des régions de réduction de diamètre avant et arrière situées sur les côtés avant et arrière de la région cylindrique hexagonale. En tant que référence de l'observation au microscope pour l'évaluation de la grosseur de grain G, « l'extrémité arrière de la partie d'engagement d'outil 27 » se réfère à l'extrémité arrière de la région de réduction de diamètre arrière.

De façon plus spécifique, dans une coupe transversale de la coque métallique 7, un profil circonférentiel extérieur de la partie d'engagement d'outil 27 est défini par trois segments de droite : un premier segment de droite 41 représentant la circonférence extérieure de la section cylindrique hexagonale, un deuxième segment de droite 42 représentant la circonférence extérieure de la région de réduction de diamètre arrière et un troisième segment de droite 43 représentant la circonférence extérieure de la région de réduction de diamètre avant, comme le montre la Figure 2. Le deuxième segment de droite 42 s'étend avec un angle prédéterminé auquel la partie d'engagement d'outil 27 (région de réduction de diamètre arrière) a un diamètre extérieur réduit en direction de l'arrière. D'autre part, le profil circonférentiel extérieur de la partie de sertissage 28 (se trouvant sur le côté arrière de la partie d'engagement d'outil 27) est défini par une ligne incurvée 44. Comme le montre la Figure 2, la ligne incurvée 44 s'étend vers l'arrière d'une extrémité arrière du deuxième segment de droite 42 pratiquement parallèlement à l’axe 0 et ensuite s'incurve au niveau d'un point central de celle-ci radialement vers l'intérieur de façon que l’extrémité arrière de la ligne incurvée 44 vienne en contact avec l'isolateur 3. « L'extrémité arrière de la partie d'engagement d'outil 27 » se réfère à un point de changement B d'angle de réduction de diamètre entre le deuxième segment de droite 42 et la ligne incurvée 44. Dans le cas où la région de réduction de diamètre arrière de surface circonférentielle extérieure de la partie d'engagement d'outil 27 est incurvée, l'expression « extrémité arrière de la partie d'engagement d'outil 27 » se réfère à un point B auquel la pente d'une tangente de la surface circonférentielle extérieure incurvée est soudainement changée. Les points de l'observation au microscope pour l'évaluation de la grosseur de grain G sont espacés de 2 mm ou plus vers l'arrière depuis une ligne imaginaire T dans la direction de l'axe 0, étant supposé que la ligne imaginaire T est une ligne droite passant par le point de changement B et s'étendant perpendiculairement à l'axe 0.

De préférence, le matériau en acier au carbone de la partie de sertissage 28 a une longueur de grain linéaire moyenne de 0,01 mm ou moins, la longueur de grain linéaire moyenne étant une valeur moyenne arithmétique des longueurs de grains cristallins situés sur un segment de droite parallèle à l'axe 0. La taille de grain cristallin du matériau en acier au carbone est d’autant plus petite et la résistance du matériau en acier au carbone est d'autant plus grande que la longueur de grain linéaire moyenne du matériau en acier au carbone est petite. Il est donc préférable de réduire la longueur de grain linéaire moyenne du matériau en acier au carbone afin d'améliorer la résistance de la partie de sertissage 28. En général, la longueur de grain linéaire moyenne du matériau en acier au carbone de la partie de sertissage 28 est établie à 0,005 mm ou plus. En contrôlant la longueur de grain linéaire moyenne du matériau en acier au carbone de la partie de sertissage 28 à 0,01 mm ou moins, il est possible d'améliorer encore la résistance de la partie de sertissage 28, en conséquence de quoi la coque métallique 7, même lorsqu'elle est produite avec un petit diamètre et une épaisseur réduite, est convenablement fixée à l’isolateur 3 par sertissage avec une force suffisante pour assurer une étanchéité à l'air.

La longueur de grain linéaire moyenne du matériau en acier au carbone peut être évaluée par la procédure suivante. Comme dans le cas de l'évaluation de la grosseur de grain G, une surface de coupe de la coque métallique 7 est traitée et ensuite observée au microscope en un emplacement espacé de 2 mm ou plus vers l'arrière depuis l'extrémité arrière de la partie d'engagement d'outil 27 dans la direction de l'axe 0. Comme le montre la Figure 3, un segment de droite L est tracé sur l'image au microscope parallèlement à l'axe 0. Les longueurs des grains cristallins respectifs sur ce segment de droite L sont mesurées. A savoir, les distances entre des points d'intersection des joints de grain respectifs et le segment de droite L (sur la Figure 3, la distance A12 entre le point al et le point a2, la distance A23 entre le point a2 et le point a3 et la distance A34 entre le point a3 et le point a4) sont mesurées. La longueur de grain linéaire moyenne est déterminée par la valeur moyenne arithmétique des longueurs de grain mesurées. Le grossissement du microscope est réglé à un degré (par exemple 100 fois) auquel le nombre de grains cristallins sur le segment de droite L est d'environ 200.

En outre, le matériau en acier au carbone de la partie de sertissage 28 a de préférence un nombre de grains interceptés N supérieur ou égal à 200, tel que mesuré conformément à la norme JIS G 0551. La résistance du matériau en acier au carbone est d’autant plus grande que le nombre de grains interceptés N du matériau en acier au carbone est élevé. Il est donc préférable d'augmenter le nombre de grains interceptés N du matériau en acier au carbone dans le but d'améliorer la résistance de la partie de sertissage 28. En général, le nombre de grains interceptés N du matériau en acier au carbone est établi inférieur ou égal à 500. Il est possible, en formant la partie de sertissage 28 à partir d'un tel matériau en acier au carbone ayant un grand nombre de grains, d'améliorer encore la résistance de la partie de sertissage 28, en conséquence de quoi la coque métallique 7, même lorsqu'elle est produite avec un petit diamètre et une petite épaisseur, est fixée à l'isolateur 3 par sertissage avec une force suffisante pour assurer une étanchéité à l'air.

Le nombre de grains interceptés N du matériau en acier au carbone peut être évalué par la procédure suivante. Comme dans le cas de l'évaluation de la grosseur de grain G, une surface de coupe de la coque métallique 7 est traitée et ensuite observée au microscope en un emplacement espacé de 2 mm ou plus vers l'arrière depuis l'extrémité arrière de la partie d'engagement d'outil 27 dans la direction de l'axe 0. Comme le montre la Figure 4, un segment de droite vertical Li, un segment de droite horizontal L2, un cercle C et deux segments de droite diagonaux L3 et L4 passant par le centre du cercle C sont tracés en tant que ligne de test sur l’image au microscope. Le grossissement du microscope est réglé par exemple à 100 fois. Dans ce cas, la longueur des segments de droite vertical et horizontal Li et L2 est de 276,160 pm ; les longueurs des segments de droite diagonaux L3 et L4 sont de 414,239 pm ; le périmètre du cercle est de 690,421 pm ; et la longueur de droite totale est de 2071,219 pm. Le nombre N de grains cristallins interceptés avec la ligne de test est compté et représente le nombre de grains interceptés, étant supposé que : N = 1 si la ligne de test passe par un grain cristallin ; N = 0,5 si la ligne de test se termine dans un grain cristallin ou si la ligne de test est tangentielle à un joint de grain.

Dans la coque métallique 7, une forte contrainte est exercée sur la partie de sertissage 28 par le sertissage. Dans la mesure où le matériau en acier au carbone de la partie de sertissage 28 a la taille de grain apparente spécifique ci-dessus, la partie de sertissage 28 atteint une résistance suffisamment améliorée pour supporter une telle forte contrainte. En termes d'amélioration supplémentaire de la résistance, il est préférable que le matériau en acier au carbone non seulement de la partie de sertissage 28 mais aussi de la partie de déformation par compression 26, ou la totalité de la coque métallique 7, ait une grosseur de grain G égale ou supérieure au N° 11. On préfère davantage que le matériau en acier au carbone non seulement de la partie de sertissage 28 mais aussi de la partie de déformation par compression 26, ou la totalité de la coque métallique 7, ait une longueur de grain linéaire moyenne de 0,01 mm ou moins et/ou un nombre de grains interceptés N supérieur ou égal à 200.

Il est possible d'ajuster la grosseur de grain G, la longueur de grain linéaire moyenne et le nombre de grains interceptés N du matériau en acier au carbone en ajustant de façon appropriée la condition de refroidissement durant un traitement de laminage pour la production de la coque métallique 7. Par exemple, le matériau en acier au carbone peut être formé avec des grains cristallins fins ayant une grosseur de grains G supérieure ou égale au N° 11 par laminage d'une barre en acier au carbone sous chauffage à environ 1000°C et refroidissement rapide à 600°C de l'acier au carbone laminé en un temps court sous refroidissement par air.

Le matériau en acier au carbone de la coque métallique 7 contient Fe (fer) en tant que composant principal et généralement contient en outre C (carbone), Mn (manganèse) , Si (silicium) et S (soufre) . De préférence, le matériau en acier au carbone a une teneur en Fe de 97 à 99,569 % en masse, une teneur en C de 0,03 à 0,3 % en masse, une teneur en Mn de 0,3 à 0,9 % en masse, une teneur en Si de 0,1 % à 0,8 % en masse et une teneur en S de 0,001 à 0,1 % en masse. En contrôlant la composition du matériau en acier au carbone à l’intérieur de cette plage de composition, il est possible de former aisément le matériau en acier au carbone avec les grains cristallins fins spécifiés ci-dessus et donc possible d'améliorer suffisamment la résistance de la partie sertie 28.

Le matériau en acier au carbone de la coque métallique 7 peut éventuellement contenir, à titre d'impuretés inévitables, un ou plusieurs quelconques éléments autres que Fe, C, Mn, Si et S. Des exemples d'un ou plusieurs tels éléments d'impuretés inévitables sont P, Cu et Ni.

Les teneurs en éléments constitutifs respectifs du matériau en acier au carbone peuvent être évaluées par analyse ponctuelle utilisant un spectromètre à rayons X dispersif en longueur d'onde rattaché à un microanalyseur à sonde électronique (FE-EPMA). L'analyse ponctuelle est effectuée en cinq emplacements ou plus espacés chacun de 2 mm ou plus vers l'arrière depuis l'extrémité arrière de la partie d'engagement d'outil 27 dans la direction de l'axe 0 comme dans le cas de l'évaluation de la grosseur de grain G. La teneur en chaque élément constitutif est déterminée par la moyenne des valeurs d'analyse résultantes.

La bougie d'allumage 1 peut être fabriquée par la procédure suivante.

Le matériau en acier au carbone est d’abord préparé en tant que matière première pour la production de la coque métallique 7. De façon plus spécifique, une barre en acier au carbone ayant une composition prédéterminée est obtenue et soumise à un traitement de laminage. Le traitement de laminage est effectué par exemple par chauffage de la barre en acier au carbone à environ 1000°C, laminage de la barre en acier au carbone chauffée et refroidissement rapide à 600°C de l'acier au carbone laminé en un temps court avec un courant d'air relativement fort. Par le refroidissement rapide de la barre en acier au carbone étirée dans le traitement de laminage, le matériau en acier au carbone est formé avec des grains cristallins fins ayant une grosseur de grain G égale ou supérieure au N° 11.

Ensuite, le matériau en acier au carbone brut est pressé dans une pluralité d'étapes avec une machine de forgeage et ainsi forgé sous une forme proche de celle de la coque métallique 7. Un produit de coque métallique semi-fini est obtenu par découpage des circonférences intérieure et extérieure du corps forgé avec un tour. Séparément de la coque métallique 7, l'électrode centrale 4 et l'électrode de masse 8 sont chacune produites avec une forme et des dimensions souhaitées à partir d'un matériau d'électrode tel qu'un alliage de Ni. La préparation et le traitement du matériau d'électrode peuvent être effectués en continu.

En outre, l'isolateur 3 est produit par exemple par granulation d'une matière première en poudre contenant de l'alumine en tant que composant principal, un liant, etc., moulage à la presse en caoutchouc de la matière première en poudre granulée sous une forme cylindrique, découpage du corps moulé sous une forme souhaitée, et cuisson du corps moulé découpé dans un four.

La partie d'extrémité de base de l'électrode de masse 8 est jointe par exemple par soudure d'une résistance électrique sur la face d'extrémité avant du produit de coque métallique semi-fini. L'électrode centrale 4 est montée dans le trou axial 2 de l'isolateur 3 par une technique connue. La composition de la matière première pour la formation de la partie de connexion 6 est au préalable compressée et tassée dans le trou axial 2 de l'isolateur 3. Alors que l'électrode de borne 5 est montée en ajustement serré dans le trou axial 2 de l'isolateur 3, la composition de matériau tassée est frittée par chauffage par compression pour former la partie de connexion 6. Par conséquent, l'électrode centrale 4 et la borne métallique 5 sont fixées dans l'isolateur 3 par la partie de connexion 6. L'isolateur 3 dans lequel l'électrode centrale 4, la borne métallique 5, etc., ont été fixées, est inséré dans la coque métallique 7 à laquelle l'électrode de masse 8 a été jointe, de façon que la partie étagée 15 de l'isolateur 3 soit portée en contact avec la partie saillante 32 de la coque métallique 7 via la garniture en plaque 33. Après cela, l'élément annulaire 29 est disposé sur la partie de grand diamètre 12 de l'isolateur 3. Le talc 31 est placé dans l'espace annulaire entre l'isolateur 3 et la coque métallique 7. L'élément annulaire 30 est disposé sur le talc 31. La partie d'extrémité arrière ouverte de la coque métallique 7, qui est fabriquée plus fine que la partie d'engagement d'outil 27, est ensuite sertie sur l'isolateur 3. La partie de sertissage ainsi formée 28 a un diamètre réduit vers l'arrière, comme le montre la Figure 2. En conséquence, l'isolateur 3 et la coque métallique 7 sont fixés ensemble.

Finalement, la bougie d'allumage 1 est terminée par cintrage de l'électrode de masse 8 vers l'électrode centrale 4, ce qui définit ainsi l'espace GA entre la partie d'extrémité distale de l'électrode de masse 8 et la partie d'extrémité avant de l'électrode centrale 4.

La bougie d'allumage 1 du présent mode de réalisation peut être convenablement utilisée en tant que bougie d'allumage dans divers types de moteurs à combustion interne tels que des moteurs à essence de véhicules. Comme mentionné ci-dessus, la coque métallique 7 a une résistance permettant, même lorsqu'elle est produite avec un petit diamètre et une petite épaisseur en comparaison avec des coques métalliques conventionnelles, sa fixation à l'isolateur 3 par sertissage avec une force suffisante pour assurer une étanchéité à l’air. La coque métallique 7 est donc particulièrement adaptée pour une conception de moteur à combustion interne ayant une bougie d’allumage de petite taille.

Exemples

La présente invention va être décrite plus en détail au moyen des exemples qui suivent. 1. Test de résistance de partie de sertissage [Préparation d'échantillons de coques métalliques]

Exemple 1

On soumet une barre en acier au carbone ayant la composition qui suit à un traitement de laminage, c'est-à-dire un laminage avec chauffage à environ 1000°C et refroidissement rapide à 600 °C en un temps court avec un courant d'air relativement fort. On obtient un produit de coque métallique semi-fini 107 en forgeant le matériau en acier au carbone ainsi préparé sous une forme proche de celle d'une coque métallique par l'intermédiaire d'une pluralité d'étapes de pressage avec une machine de forgeage, et ensuite en découpant les circonférences intérieure et extérieure du corps forgé. (Composition de l'acier au carbone Fe : 99,307 % en masse C : 0,16 % en masse Mn : 0,38 % en masse Si : 0,14 % en masse S : 0,012 % en masse P : 0,001 % en masse

Comme le montre la Figure 5, le produit de coque métallique semi-fini 107 a une partie d'engagement d'outil 127 et une partie d'extrémité arrière ouverte (partie de sertissage) 128 située sur le côté arrière de la partie d'engagement d'outil 127 dans la direction de l'axe Οχ. Le diamètre extérieur Ri du produit de coque métallique semi-fini 127 au niveau de l'extrémité arrière Bi de la partie d'engagement d'outil 127 est de 14,8 ± 0,1 mm ; le diamètre extérieur R2 du produit de coque métallique semi-fini 127 au niveau de son extrémité arrière est de 14,5 ± 0,1 mm ; et le diamètre intérieur R3 du produit de coque métallique semi-fini 127 est de 13,05 ± 0,05 mm.

On forme un échantillon de coque métallique en sertissant la partie d'extrémité arrière ouverte 128 du produit de coque métallique semi-fini 127 de façon que la partie d'extrémité arrière sertie 28 ait un diamètre se réduisant progressivement vers l'arrière.

On analyse par FE-EPMA la composition de l'échantillon de coque métallique. L'analyse confirme que la composition de l'échantillon de coque métallique est approximativement la même que celle de la barre en acier au carbone.

Exemple comparatif 1

Dans l'Exemple comparatif 1, on forme un échantillon de coque métallique de la même manière que dans l'Exemple 1, sauf qu'on prépare un matériau en acier au carbone, après avoir laminé une barre en acier au carbone sous chauffage à environ 1000°C, en refroidissement progressivement à 600°C l'acier au carbone laminé avec un courant d'air plus faible que dans 1'Exemple 1.

[Evaluation des caractéristiques de grosseur de grain]

On évalue la grosseur de grain G, la longueur de grain linéaire moyenne et le nombre de grains interceptés N de chaque échantillon de coque métallique en analysant une image observée au microscope de l'échantillon au moyen du programme logiciel d'analyse « Quick Grain » disponible chez Inotech Co., Ltd. Les procédures d'évaluation détaillées sont les suivantes. (Evaluation de la grosseur de grain G)

On découpe l'échantillon de coque métallique (partie de sertissage 128) le long d'un plan parallèle à l'axe Οχ. On corrode la surface de coupe de l'échantillon de coque métallique par traitement au nital, ce qui révèle ainsi les joints de grain au niveau de la surface de coupe. En observant au microscope (grossissement : 100 fois) la surface de coupe traitée, on mesure le nombre de grains cristallins situés dans une zone de 1 mm2 sur la surface de coupe en cinq emplacements éloignés de 2 mm ou plus vers l'arrière depuis l'extrémité arrière Βχ de la partie d'engagement d'outil 127 dans la direction de l'axe O. On détermine le nombre de grains moyen m par la valeur moyenne arithmétique des résultats de mesure. On détermine la grosseur de grain G à partir de la formule suivante : ia = 8 x 2e conformément à la norme JIS G 0551. (Evaluation de la longueur de grain linéaire moyenne)

On observe au microscope la surface de coupe traitée ci-dessus en 10 emplacements arbitraires espacés de 2 mm ou plus vers l'arrière depuis l'extrémité arrière Βχ de la partie d'engagement d'outil 127 dans la direction de l'axe 0. Sur chacune des images au microscope, on trace un segment de droite parallèle à l'axe Οχ comme le montre la Figure 3. On mesure les longueurs des grains cristallins respectifs sur le segment de droite tracé. On détermine la longueur de grain linéaire moyenne par la valeur moyenne arithmétique des longueurs de grain mesurées. Les valeurs minimales et maximales de ces dix résultats de détermination sont présentées dans le Tableau 1. Le grossissement du microscope est réglé à 100 fois de façon que le segment de droite passe par environ 200 grains cristallins dans chacun des échantillons de l'Exemple 1 et de l'Exemple comparatif 1. (Evaluation du nombre de grains interceptés N)

On observe au microscope (grossissement : 100 fois) la surface de coupe traitée ci-dessus en un emplacement éloigné de 2 mm ou plus vers l’arrière depuis l'extrémité arrière Βχ de la partie d'engagement d'outil 127 dans la direction de l'axe 0. Comme le montre la Figure 4, un segment de droite vertical Li, un segment de droite horizontal L2, un cercle C et deux segments de droite diagonaux L3 et L4 traversant le centre du cercle C sont tracés en tant que ligne de test sur l'image au microscope. La longueur des segments de droite vertical et horizontal Li et L2 est de 276, 160 pm ; les longueurs des segments de droite diagonaux L3 et L4 sont de 414,239 pm ; le diamètre du cercle est de 690,421 pm ; et la longueur de droite totale est de 2071,219 pm. On compte le nombre N de grains cristallins interceptés avec la ligne de test qui représente le nombre de grains interceptés, conformément à la norme JIS G 0551.

Les résultats de l'évaluation sont présentés dans le Tableau 1.

Tableau 1

Comme le montre le Tableau 1, l'échantillon de coque métallique de l'Exemple 1 a une grosseur de grain G plus importante, c'est-à-dire une taille de grain inférieure à celle de l'Exemple comparatif 1.

[Méthode de test de résistance]

On fixe l’échantillon de coque métallique en insérant un gabarit dans l'échantillon de coque métallique depuis le côté d'extrémité avant et en mettant une extrémité du gabarit en contact avec la surface circonférentielle intérieure de la partie de sertissage. Dans cet état, on effectue le test de résistance en déplaçant le gabarit à une vitesse de 10 mm/min en direction de la partie de sertissage en appliquant une charge. On mesure avec un autographe la charge appliquée durant le test de résistance. On mesure aussi la position de l'extrémité arrière de la partie de sertissage durant le test de résistance en supposant que : la position de l'extrémité arrière de la partie de sertissage avant l’application de la charge est définie être de 0 (zéro) ; et la position de l'extrémité arrière de la partie de sertissage est définie être positive quand l'extrémité arrière de la partie de sertissage est déplacée vers l'arrière.

Les résultats du test sont présentés sur la Figure 6. Sur la Figure 6, la résistance de la partie de sertissage est d'autant plus grande que la valeur maximale de la charge appliquée durant le test de résistance est élevée. Comme le montre la Figure 6, la valeur maximale de la charge appliquée à l'échantillon de coque métallique de l'Exemple 1 est supérieure à celle de l'Exemple comparatif 1. Ainsi, la partie de sertissage 128 de l'échantillon de coque métallique de l'Exemple 1 a une résistance supérieure à celle de l'Exemple comparatif 1. 2. Test de choc sur la partie de sertissage [Préparation d'échantillons de bougies d'allumage]

Exemple 2

On produit un échantillon de bougie d'allumage en insérant un isolateur dans le produit de coque métallique semi-fini 107 obtenu dans l'Exemple 1, avec une électrode centrale assujettie dans l’isolateur, et en sertissant la partie d'extrémité arrière ouverte 128 du produit de coque métallique semi-fini 107 sur l'isolateur.

Dans la fabrication de la bougie d'allumage, il est courant de fixer solidement l'isolateur et la coque métallique en sertissant la partie d'extrémité arrière de la coque métallique jusqu'à ce que la partie de déformation par compression devienne déformée radialement vers l'extérieur comme le montre la Figure 1. Toutefois, dans cet exemple, on effectue le sertissage en appliquant une charge jusqu'à ce que la partie d'extrémité arrière de l'échantillon de coque métallique soit portée en contact avec la circonférence extérieure de l'isolateur, plutôt que jusqu'à ce que la partie de déformation par compression soit déformée radialement vers l'extérieur, si bien que le test de choc qui suit se déroule sous la forme d’un test accéléré.

Exemple comparatif 2

On produit un échantillon de bougie d'allumage de la même manière que dans l'Exemple 2, sauf qu'on utilise le produit de coque métallique semi-fini obtenu dans l'Exemple comparatif 1.

[Méthode de test de choc]

On monte chacun des échantillons de bougies d'allumage sur une machine de test de choc, avec le côté électrode de masse de l'échantillon de bougie d'allumage dirigé vers le bas. Dans la machine de test de choc, on applique un impact sur l’échantillon de bougie d'allumage en faisant tomber l'échantillon de bougie d'allumage sur un étage de test. On effectue ce test de choc en continu dans les conditions suivantes : la distance entre l'étage de test et l'extrémité avant de l'échantillon de bougie d'allumage est de 15 mm ; l'accélération est de 20G ; et la fréquence est de 20 Hz.

Durant le test de choc, on vérifie l'état de l'échantillon de bougie d'allumage chaque heure et on l'évalue par les critères suivants : « © » quand aucun défaut n'est observé dans l'échantillon ; ; « O » quand la partie de sertissage s'est déplacée d'une distance de 0,01 mm ou moins dans la direction de l'axe Οχ ; « Δ » quand la partie de sertissage s'est déplacée d'une distance dépassant 0,01 mm dans la direction de l'axe Οχ bien qu'il n'apparaisse pas de relâchement entre la coque métallique et l'isolateur ; et « X » quand il est apparu un relâchement entre la coque métallique et l'isolateur.

Les résultats de l'évaluation sont présentés dans le Tableau 2.

Comme le montre le Tableau 2, il se produit un relâchement entre la coque métallique et l’isolateur dans l'échantillon de bougie d'allumage de l'Exemple 2 après 12 heures du test de choc. Le temps écoulé jusqu'à l'apparition d'un relâchement entre la coque métallique et l'isolateur est plus long dans l'échantillon de bougie d'allumage de l'Exemple 2 que dans l'échantillon de bougie d'allumage de l'Exemple comparatif 2. L'échantillon de bougie d'allumage de l'Exemple 2 a donc une résistance au choc et une durabilité supérieures à celles de l’échantillon de bougie d'allumage de l'Exemple comparatif 2.

Il apparaît de façon évidente à partir des résultats des test des Exemples 1-2 et des Exemples comparatifs 1-2 qu'il

est possible, en formant la coque métallique (partie de sertissage) avec une grosseur de grain de numéro plus élevé, c'est-à-dire une taille de grain plus petite, de conférer une plus grande résistance à la partie de sertissage et de doter la bougie d'allumage de meilleures caractéristiques de résistance au choc et de durabilité.

La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation ci-dessus. Divers changements et modifications du mode de réalisation ci-dessus sont possibles sans que l'on s'écarte de la portée de la présente invention. La portée de l'invention est définie en référence aux revendications qui suivent.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS

   1. Bougie d'allumage (1) comprenant : un isolateur (3) ayant un trou axial (2) formé à travers celui-ci dans la direction de l'axe de la bougie d'allumage (i) ; une électrode centrale (4) disposée du côté avant du trou axial (2); et une coque métallique (7) disposée autour de la circonférence extérieure de l'isolateur (3) et comprenant une partie d'engagement d'outil (27) en forme de collier et une partie de sertissage (28) située sur le côté arrière de la partie d'engagement d'outil (27) et ayant un diamètre réduit vers l'arrière, dans laquelle la partie de sertissage (28) de la coque métallique (7) est formée avec un matériau en acier au carbone ayant une grosseur de grain égale ou supérieure au N° 11, telle que mesurée conformément à la norme JIS G 0551.
2. 2. Bougie d'allumage (1) selon la revendication 1, dans laquelle le matériau en acier au carbone a une longueur de grain linéaire moyenne de 0,01 mm ou moins, la longueur de grain linéaire moyenne étant une valeur moyenne arithmétique de longueurs de grains cristallins situés sur un segment de droite parallèle à l'axe de la bougie d'allumage (1).
3. 3. Bougie d'allumage (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le matériau en acier au carbone a un nombre de grains interceptés supérieur ou égal à 200, tel que mesuré conformément à la norme JIS G 0551.
4. 4. Bougie d'allumage (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le matériau en acier au carbone contient du Fe en tant que composant principal, 0,03 à 0,3 % en masse de C, 0,3 à 0,9 % en masse de Mn, 0,1 à 0,8 % en masse de Si et 0,001 à 0,1 % en masse de S.